(57)【要約】【課題】高集光度による高温対策が施された冷却技術を有する太陽光発電モジュールおよび高集光度が得られる集光型太陽光発電システムを提供する。【解決手段】複数の太陽電池セル１２０が矩形状に並置された太陽電池セル集合体１０２の裏面全体を覆う様に冷却体１０３が設けられるので、受光時に発生した太陽電池セルなどの熱を冷却できる。冷却体１０３は、内部に冷媒用通路１２３を有する一体的な鋳造体なので、急に太陽光が当たった場合などの熱衝撃にも強く、８００倍〜２０００倍程度まで高めた集光度による高温にも確実に対応できる。【選択図】        図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側の一部が受光素子となっている複数の太陽電池セルが矩形状に並置された太陽電池セル集合体と、
前記太陽電池セル集合体の裏面全体を覆う様に設けられ、内部に冷媒用通路を有する一体的な鋳造体で構成された冷却体と、
前記太陽電池セル集合体の表面側に設けられ、各々の前記太陽電池セルの受光素子に光を集中させる１または複数の集光体と、
を具備することを特徴とする太陽光発電モジュール。
【請求項２】
前記太陽電池セルの受光素子は、化合物結晶系の多接合セル構造であることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電モジュール。
【請求項３】
前記冷却体は、銅または銅合金製であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項４】
前記冷媒用通路は、２系統以上の独立した通路であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項５】
前記集光体は、光の出口側の断面が狭まった略四角錐のプリズムが矩形状に並置された状態で一体成形されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項６】
前記集光体の光の入口側に、太陽光の強度を均一化し且つ紫外線を吸収するガラス部材を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載された１または複数の太陽光発電モジュールがタワーの所定高さ位置に設置された発電エリアと、
太陽光を前記発電エリアの受光面に向けて反射する１または複数のヘリオスタットと、
から構成されていることを特徴とする集光型太陽光発電システム。
【請求項８】
前記冷却体は、自律して冷媒を遮断または流量制御することが可能であることを特徴とする請求項７に記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項９】
システム全体の集光度が８００倍以上であることを特徴とする請求項７または８のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項１０】
前記ヘリオスタットが複数のミラー要素に反射機能を分散させたマルチミラー型であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項１１】
前記ヘリオスタットは、地球の自転軸と平行で且つ軸心を中心に太陽の日周運動に関連する赤経方向で回転自在な第１軸と、第１軸の先端に固定されたコ字形のフレームと、フレームを第１軸と直交する方向で貫通し且つ軸心を中心に太陽の季節運動に関連する赤緯方向で回転自在な第２軸を有し、
第２軸におけるフレームの両外側に複数のミラー要素を支持し、第２軸におけるフレームの内側に１枚のセンサーミラーを支持すると共に、
センサーミラーと発電エリアを結ぶ直線上に、センサーミラーにて反射された太陽光を受光するセンサーを不動状態で固定し、該センサーミラーにて反射された太陽光が常にセンサーにて受光されるように第１軸及び第２軸を回転制御する駆動部を設けたことを特徴とする請求項１０記載の集光型太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電モジュールおよび集光型太陽光発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常のシリコン系の太陽電池セルは、非集光の太陽光を当てることにより１５％程度の発電効率が得られる。一方、人工衛星などに用いられているＧａＡｓなどのIII−V族太陽電池セルは、材料コストが高いが、変換効率が高い。多接合セル構造のものは変換効率３３％が得られ、さらに集光した太陽光を当てることにより４０％以上の変換効率も可能となる。このような高い変換効率の太陽電池セルに集光した太陽光を当てて高効率で発電を行うことは集光型太陽光発電（ＣＰＶ）と呼ばれ着目されている。
【０００３】
集光型太陽光発電で使用される集光装置としては、一般に太陽を追尾しながら常に太陽に向いた状態を維持するディッシュ型のミラーが使用されている。複数のミラー要素をディッシュ型に形成して、その焦点位置に太陽電池セルを固定した構造である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６６９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、集光度が高くなるのに伴い太陽電池セルの温度が上昇するが、太陽電池セルには許容上限温度がある。通常は５００倍程度の集光度であるが、それを超えて８００倍〜２０００倍程度まで高めようとする場合は、そのような高集光度条件下においても太陽電池セルを問題がない温度にまで確実に冷却できる技術がなかった。すなわち、従来は単なる空冷や水冷による冷却で、高集光度による高温対策が施された信頼性のおける冷却技術がなかった。
【０００６】
また、従来は集光装置がディッシュ型のため、集光度が５００倍程度であり、得られる発電量に限界があった。すなわち、ディッシュ型は大型化すると自重によりミラー表面が歪むため大型化が困難であり、５００倍程度の集光度が限界であった。そのため、集光度を８００倍〜２０００倍程度にまで高めれば、より高い発電効率が得られるにもかかわらず、それを実現するための集光型太陽光発電が提案されずにいた。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術の課題に着目してなされたものであり、高集光度による高温対策が施された冷却技術を有する太陽光発電モジュールおよび高集光度が得られる集光型太陽光発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明に係る太陽光発電モジュールは、表面側の一部が受光素子となっている複数の太陽電池セルが矩形状に並置された太陽電池セル集合体と、前記太陽電池セル集合体の裏面全体を覆う様に設けられ、内部に冷媒用通路を有する一体的な鋳造体で構成された冷却体と、前記太陽電池セル集合体の表面側に設けられ、各々の前記太陽電池セルの受光素子に光を集中させる１または複数の集光体と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る太陽光発電モジュールは、前記太陽電池セルの受光素子が、化合物結晶系の多接合セル構造であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明に係る太陽光発電モジュールは、前記冷却体が、銅または銅合金製であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明に係る太陽光発電モジュールは、前記冷媒用通路が、２系統以上の独立した通路であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明に係る太陽光発電モジュールは、前記集光体が、光の出口側の断面が狭まった略四角錐のプリズムが矩形状に並置された状態で一体成形されたものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明に係る太陽光発電モジュールは、前記集光体の光の入口側に、太陽光の強度を均一化し且つ紫外線を吸収するガラス部材を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明に係る集光型太陽光発電システムは、１または複数の前記太陽光発電モジュールがタワーの所定高さ位置に設置された発電エリアと、太陽光を前記発電エリアの受光面に向けて反射する１または複数のヘリオスタットと、から構成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明に係る集光型太陽光発電システムは、前記冷却体が、自律して冷媒を遮断または流量制御することが可能であることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明に係る集光型太陽光発電システムは、システム全体の集光度が８００倍以上であることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明に係る集光型太陽光発電システムは、前記ヘリオスタットが複数のミラー要素に反射機能を分散させたマルチミラー型であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の発明に係る集光型太陽光発電システムは、前記ヘリオスタットが、地球の自転軸と平行で且つ軸心を中心に太陽の日周運動に関連する赤経方向で回転自在な第１軸と、第１軸の先端に固定されたコ字形のフレームと、フレームを第１軸と直交する方向で貫通し且つ軸心を中心に太陽の季節運動に関連する赤緯方向で回転自在な第２軸を有し、第２軸におけるフレームの両外側に複数のミラー要素を支持し、第２軸におけるフレームの内側に１枚のセンサーミラーを支持すると共に、センサーミラーと発電エリアを結ぶ直線上に、センサーミラーにて反射された太陽光を受光するセンサーを不動状態で固定し、該センサーミラーにて反射された太陽光が常にセンサーにて受光されるように第１軸及び第２軸を回転制御する駆動部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の発明によれば、複数の太陽電池セルが矩形状に並置された太陽電池セル集合体の裏面全体を覆う様に冷却体が設けられるので、受光時に発生した太陽電池セルなどの熱を冷却できる。冷却体は、内部に冷媒用通路を有する一体的な鋳造体である。鋳造体なので、急に太陽光が当たった場合などの熱衝撃にも強い。
【００２０】
しかし、太陽電池セルは各辺が２０〜３０ｍｍ程度の矩形であるが、冷却体は各辺が１００〜１５０ｍｍ程度の矩形が実用的に製作できる最小の大きさであり、大きいものは各辺が１ｍ程度の矩形を製作することも可能である。そこで、複数の太陽電池セルを並べた大きさと、冷却体の大きさをほぼ同じ大きさとすることにより、太陽電池セルを冷却体で効率的に冷却できる。
【００２１】
さらに、内部に冷媒用通路を有する一体的な鋳造体で構成されているので、（冷却体として一般的な）ジャケット構造のものと比べ、（ア）（冷媒用通路の断面を狭くできるので）冷媒の流速を速くすることができ、高い熱負荷にも対応できる、（イ）冷媒用通路のターン部を少なくできるため、冷媒の圧力損失が低くなる、（ウ）冷媒用通路のターン部での淀みが生じなくなるため、通路内部での付着物の成長が抑制され、冷却能力が低下しにくい、といった効果が得られ、８００倍〜２０００倍程度まで高めた集光度による高温にも対応できる。また、各々の受光素子に光を集中させる１または複数の集光体を設けているので、太陽光発電モジュールが受光した光を無駄なく発電に利用することができ、発電量が増加する。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、太陽電池セルの受光素子が化合物結晶系の多接合セル構造なので、発電効率が高い。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、冷却体を銅または銅合金製としたため、熱伝導率が高く、冷却能力を高めることができる。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、冷却体に設けられた冷媒用通路が２系統以上の独立した通路なので、１系統の通路が詰まったり、冷却体が部分的に焼損したりした場合であっても、冷却機能が全面的に失われてしまう危険が低い。１系統のみ冷媒の流通を止めて発電することも、場合によっては可能である。
【００２５】
請求項５記載の発明によれば、集光体は、光の出口側の断面が狭まった略四角錐のプリズムが矩形状に並置された状態で一体成形されている。そのため、バラバラの状態のプリズムと比較して、太陽電池セルへの取り付けが容易になる。また、一体成形されているので、隣り合ったプリズムとの接合面がないので、接合面から雨水が浸入したり、接合面が破損したりするおそれがない。
【００２６】
請求項６記載の発明によれば、集光体の表面側にガラス部材を設けたため、このガラス部材により集光された太陽光の強度を均一化できると共に、太陽電池セル劣化の原因となる紫外線を吸収することができる。
【００２７】
請求項７記載の発明によれば、１または複数の太陽光発電モジュールが設置された発電エリアをタワーの所定高さ位置に設け、そこに地上に設置した複数のヘリオスタットにより反射した太陽光を重ね合わせるように集光させるため、ヘリオスタットのミラー枚数やヘリオスタット自体の数を増やした分だけ、太陽電池セルに対する集光度を高めることができる。
【００２８】
請求項８記載の発明によれば、冷却体は、自律して冷媒を遮断または流量制御できるので、太陽電池セルの破損、水路（冷媒用通路）のトラブル（詰まり、水漏れなど）といった不具合が太陽光発電モジュールに発生しても、その不具合が生じたモジュールの冷却体に流れる冷媒のみを遮断または流量制御できるので、他の不具合が生じていない太陽光発電モジュールによって発電を継続することができる。
【００２９】
請求項９記載の発明によれば、システム全体の集光度を８００倍以上にしたので、太陽電池セルの変換効率が上がり、発電量を向上できる。
【００３０】
請求項１０記載の発明によれば、ヘリオスタットが複数のミラー要素に反射機能を分散させたマルチミラー型であるため、１枚の大きなミラーで反射させる場合に比べて、各ミラー要素が小さいため、その表面形状精度が維持され、歪みの少ない集光スポットを形成することができる。歪みの少ない形状の集光スポットは太陽電池セルに当たる太陽光の強度及び範囲を計算する際に有利である。集光スポットの形状が不規則に歪むと、太陽電池セルに当たる太陽光の強度及び範囲の計算が大変に困難になる。
【００３１】
請求項１１記載の発明によれば、ヘリオスタットのミラー要素が、第１軸を中心にした日周運動と、第２軸を中心とした季節運動で回転する赤道儀方式のため、太陽を追尾しやすい。また、センサーミラーで実際に反射された太陽光をセンサーで受光してミラー要素の動きを制御するため、いわゆる二次側制御（出側制御）となり、ヘリオスタットに加わった外因（風圧やガタなど）も含めて制御することができ、ヘリオスタットで反射されて太陽電池セルに当たる太陽光の集光スポットが完全に停止して動かない。従って、太陽電池セルにおいて予め均一になるように調整された太陽光の強度が変動せず、太陽電池セルの発電出力の変動も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係る集光型太陽光発電システムを示す斜視図。
【図２】集光型太陽光発電システムを示す平面図。
【図３】集光型太陽光発電システムを示す側面図。
【図４】ヘリオスタットを示す斜視図。
【図５】ヘリオスタットを示す分解斜視図。
【図６】ヘリオスタットのミラーの支持構造を示す概略説明図。
【図７】発電エリアの取付状態を示す図。
【図８】発電エリアに当たる集光スポットを示す図。
【図９】太陽光発電モジュールを示す斜視図。
【図１０】太陽光発電モジュールの構成を示す図。
【図１１】集光体を示す斜視図。
【図１２】太陽光発電モジュールの集光状態を示す断面図。
【図１３】冷却体を示す裏面図。
【図１４】図１３中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う冷却体の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１〜図１４は本発明の好適な実施形態を示す図である。この実施形態では、小型のパイロットプラント級の集光型太陽光発電を例に説明する。また東西南北の方向性は日本のように北半球の中緯度の地域を例にして説明する。
【００３４】
タワー１は高さ１０ｍで、その頂部の北側には斜め下を向いた斜面１ａが形成されている。このタワー１の斜面１ａには発電エリア３が設けられている。発電エリア３は、後述する太陽光発電モジュール１０１が９個（３行３列）の矩形状に隙間なく並置されたものである。
【００３５】
タワー１の北側の地上には、図２に示す如く、タワー１を中心とした角度θ（方位角３０度）の扇形エリアＥ内には、円弧状に複数の層状になって並んだ合計３４基のヘリオスタット５が設置されている。
【００３６】
このヘリオスタット５は、ミラー要素としての４枚のミラー２に反射機能を分散させたマルチミラー型のものである。各ヘリオスタット５のベース６にはタワー１側にバー７が立設され、その上端にセンサー８が固定されている。ベース６のバー７とは反対側に支柱９が設けられ、その上端に第１駆動部１０が設けられている。第１駆動部１０には、地球の自転軸と平行で地面に対して所定の角度を有する第１軸１１が設けられている。この第１軸１１は第１駆動部１０により軸心を中心に日周運動に関連する赤経方向Ａ（図６参照）へ回転自在である。
【００３７】
第１軸１１の先端にはコ字形のフレーム１２が固定されている。このフレーム１２の両側のフランジには第１軸１１と直交する方向に第２軸１３が貫通している。第２軸１３は金属パイプで、フランジの外側へ両側が突出している。フレーム１２と第２軸１３との間には、第２軸１３を季節運動に関連する赤緯方向Ｂ（図６参照）へ回転させる第２駆動部１４が設けられている。
【００３８】
フレーム１２から外側へ突出した第２軸１３の両端には別の支持パイプ１５が直交方向に貫通している。第２軸１３と支持パイプ１５でＨ形を形成し、その四隅となる支持パイプ１５の両端にミラー２がそれぞれ金具１６により取り付けられている。ミラー２は直径５０ｃｍの円形で、その表面はそれぞれタワー１の発光モジュール集合体３までの距離に応じた焦点距離を有する凹球面になっている。
【００３９】
フレーム１２の内側の第２軸１３には一対のブラケット１７を介してセンサーミラー１８が取付けられている。センサーミラー１８は横長の長方形で、表面はフラットである。
【００４０】
センサーミラー１８で反射された太陽光Ｌはセンサー８により受光される。センサー８は、センサーミラー１８と発電エリア３の間に位置しており、センサーミラー１８とセンサー８を結ぶ線の延長線上に発電エリア３が存在する。従って、センサーミラー１８で反射された太陽光Ｌを常にセンサー８にて受光されるようにミラー２の赤経方向Ａ及び赤緯方向Ｂへの回転を制御すると、その太陽光Ｌはセンサー８の先の発電エリア３に必ず向かうことになる。４枚のミラー２は、センサーミラー１８にて反射された太陽光Ｌの光路を代表的光軸として、その光軸上における焦点距離位置で１つの集光スポットＰとして完全に重なり合うように予め角度が調整されている。
【００４１】
センサー８の内部には太陽光Ｌの左右方向（赤経方向）及び上下方向（赤緯方向）での中立位置を検出する光検出素子が設けられており、センサー８から第１駆動部１０及び第２駆動部１４へ信号を出力している。そして、センサーミラー１８で反射される太陽光Ｌが必ずセンサー８にて受光されるように（センサー８の方向に向かうように）、第１駆動部１０及び第２駆動部１４をフィードバック制御し、第１軸１１及び第２軸１３を赤道儀方式により赤経方向Ａ及び赤緯方向Ｂへ回転させて、４枚のミラー２で反射された４本の太陽光Ｌを発電エリア３の表面において１つの集光スポットＰとなるように当てている（図８参照）。
【００４２】
集光スポットＰの形はミラー２の表面形状精度に依存し、集光スポットＰの大きさは焦点距離に依存し、集光スポットＰの位置はセンサー８の位置に依存する。従って、発電エリア３に上に複数存在する集光スポットＰの位置を調整することにより、太陽光Ｌを発電エリア３に対してほぼ均等に当てることができる。
【００４３】
この際、各ミラー２が小さいため、製造時の表面形状精度がそのまま維持され、歪みの少ない集光スポットＰを形成することができる。歪みの少ない形状の集光スポットＰは発電エリア３に当たる太陽光Ｌの強度及び範囲を計算する際に有利で、発電エリア３に均一に太陽光Ｌを当てる調整が容易である。
【００４４】
また、ヘリオスタット５のミラー２が、第１軸１１を中心にした日周運動と、第２軸１３を中心とした季節運動で回転する赤道儀方式のため、太陽を追尾し易い。すなわち、一日のミラー２の動きは専ら日周運動に支配され、季節運動はほんの僅かであるため、従って、例えば、センサー８による太陽Ｓの追尾中に、太陽Ｓが雲でれた場合などは、照度計などの数値からその状態を検知して、センサー８によるリアルタイム制御から、通常の太陽の動きに応じた定速回転を再現するクロック制御に切り換える。そうすれば、ミラー２は概ねセンサー８で制御している場合と同様の回転を進めるため、雲が無くなって再び太陽Ｓが現れた時には、センサーミラー１８で反射された太陽光Ｌは必ずセンサー８に当たり、センサー８による制御が復帰して、センサー８によるリアルタイム追尾制御をそこから継続することができる。
【００４５】
更に、センサー８による制御は、センサーミラー１８で実際に反射された太陽光Ｌの光路位置をリアルタイムで検出するため、いわゆる二次側制御（出側制御）となり、ヘリオスタット５に加わった外因（風圧やガタなど）も含めて制御することができ、ヘリオスタット５で反射されて発電エリア３に当たった太陽光Ｌの集光スポットＰが完全に停止した状態となり動かない。従って、発電エリア３において予め均一に  なるように調整された太陽光Ｌの強度が変動せず、発電出力の変動も小さくすることができる。
【００４６】
発電エリア３は、前述の如く、９個（３行３列）の太陽光発電モジュール１０１から構成されている。太陽光発電モジュール１０１は、太陽電池セル集合体１０２と冷却体１０３と集光体１０４とから構成されている。太陽電池セル集合体１０２は、表面に受光素子１１９を有する３６枚の太陽電池セル１２０が、６行６列の矩形状に隙間なく並置されている。太陽電池セル１２０は四角形で、中央の受光素子１１９も小さい四角形である。太陽電池セル１２０の受光素子１１９以外の部分は、受光素子１１９で発生した電力を取り出す電極になっている。各々の太陽電池セル１２０は、直列に接続されている。そのため、太陽光発電モジュール１０１全体で得られる電圧は、太陽電池セル１２０の発生電圧に並置されている数を乗じたものとなる。ゲルマニウム・ガリウム系の３層接合型太陽電池セルの発生電圧は２．７Ｖなので、太陽光発電モジュール１０１の発生電圧は９７．２Ｖとなる。電気機器の使用電圧は１００Ｖ、２００Ｖまたは４００Ｖが一般的なので、太陽光発電モジュール１０１の単独または二組もしくは四組を任意に直列に組み合わせにより、希望する電圧を得ることができる。もっとも、（太陽光発電モジュール１０１に並置されている）太陽電池セル１２０の全てを直列に接続することは必須ではなく、直列接続する数は任意に決めることができる。
【００４７】
太陽光発電モジュール１０１は、太陽電池セル１２０の表面側に、集光体１０４が設けられている。この集光体１０４は、略四角錐のガラス製のプリズム１２１を縦横６列に同じ高さで同じ向きに並べた形状に一体成形したものである。集光体１０４が一体成型品のため、バラバラの状態のプリズムと比較して、太陽電池セル１２０への取り付けが容易になる。また、一体成形されているので、隣り合ったプリズムとの接合面がないので、接合面から雨水が浸入したり、接合面が破損したりするおそれがない。
【００４８】
この一体物としての集光体１０４の光の入口側の面は、太陽電池セル集合体１０２と略同じ大きさである。光の出口になる各々の面は、太陽電池セル１２０の受光素子１１９と同じ大きさで、受光素子１１９に近接配置されている。この集光体１０４は、断面積が小さくなることにより、表側から入光した太陽光Ｌが内面で反射されながら６倍に集光されて裏側の端面より出射される。すなわち、出口側の面積の合計が入口側の面積の１／６になっている。集光体１０４の出口側の端面が太陽電池セル１２０の受光素子１１９に相応した形状及びサイズのため、集光体１０４の内側に入射した太陽光Ｌは受光素子１９に合致した四角形状範囲に集光され且つ分散されて受光素子１１９に当たる。
【００４９】
集光体１０４の更に表側（光の入口側）には透明なガラス部材１２２が設けられている。このガラス部材１２２に集光された太陽光Ｌが入射することにより、内部で反射及び屈折することにより、入射した太陽光Ｌの強度をガラス部材１２２の形状範囲内において均一化することができる。また、透明ガラス製のため、内部を透過する時に、太陽光Ｌの紫外線領域を吸収することができる。紫外線は受光素子１１９の劣化の原因になる波長領域のため、受光素子１１９の保護となる。尚、集光体１０４を透過する場合も、同じ透明ガラス製のため、同様に紫外線が吸収されている。
【００５０】
このような構造の太陽光発電モジュール１０１を９個（３行３列）組み合わせた発電エリア３の面積は０．１６平方メートルである。また、３４基のヘリオスタット５はそれぞれ直径５０ｃｍの円形ミラー２を４枚ずつ持っているため、ミラー２の総数は１３６枚で、ミラー２の総反射面積は約２７平方メートルとなる。そのミラー２群により反射された太陽光Ｌの全てが発電エリア３の範囲内に入射する。発電エリア３の面積内に太陽光Ｌが全て集光することにより約１７０倍の集光度となる。約１７０倍に集光された太陽光Ｌは前述の集光体１０４により更に６倍に集光される。従って、集光体１０４を透過して太陽電池セル１２０の受光素子１１９に入射する太陽光Ｌの集光度は、約１０００倍となる。約１０００倍の太陽光Ｌが入射することにより、発電素子１９の発電効率は４０％以上に高まる。
【００５１】
太陽光Ｌの集光度が１０００倍程度になると、太陽電池セル１２０は強く加熱される。そのために、冷却体１０３を太陽電池セル集合体１０２の裏面に密着状態で設けて、太陽電池セル１２０の温度を下げている。冷却体１０３は、熱伝導率の高い銅金属製で、内部に２系統の冷媒用通路１２３が形成された一体的な鋳造体である。冷媒用通路１２３の両端には、それぞれ冷却体１０３の裏面側に入口１２４と出口１２５が形成され、そこに循環パイプ１２６が連結され、冷媒としての水Ｗが循環できるようになっている。
【００５２】
従って、加熱された太陽電池セル１２０は冷却体１０３に熱を奪われ、冷却体１０３に伝わった熱は水Ｗにより順次取り出されるために、太陽電池セル１２０の温度は１００℃以下に維持される。冷却体１０３が熱伝導性の良い銅製で、流体が比熱の大きな水Ｗであるため、熱抵抗が小さく常に十分な温度差を確保することができ、太陽電池セル１２０が受ける熱を確実に熱流として除去し、且つ、熱輸送によって回収することができる。さらに、一体的な鋳造体なので、水Ｗの流速を速くすることにより高い熱負荷にも対応できる、ターン部１２７を少なくすることで水Ｗの圧力損失が低くなる、冷媒通路１２３の内部での付着物の成長が抑制されるので冷却能力が低下しにくい。
【００５３】
また、冷媒通路１２３は２系統の独立した通路なので、１系統の通路が詰まったり、冷却体１０３が部分的に焼損したりした場合であっても、冷却機能が全面的に失われてしまう危険が低い。さらに、冷却体１０３に流れる水Ｗは、自律して遮断や流量制御ができる様になっている。従って、太陽電池セル１２０の破損、冷媒通路１２３のトラブル（詰まり、水漏れなど）といった不具合が太陽光発電モジュール１０１に発生しても、他とは独立して水Ｗを遮断または流量制御できるので、不具合が生じていない太陽光発電モジュール１０１によって発電を継続することができる。尚、冷却体１０３を通過した水Ｗは加温されるので、その熱を他の用途に有効利用することもできる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、集光機能と冷却機能を備えた太陽光発電モジュール１０１に、地上に設置したヘリオスタット５により反射した太陽光Ｌを重ね合わせるように集光させるため、太陽電池セル１２０の集光度を大幅に高めて高効率の発電が可能となる。
【００５５】
尚、以上の実施形態では、太陽光発電モジュール１０１をタワー１に設ける例を示したが、これに限定されない。例えば、ヘリオスタット５を使用しないトラッカー式の太陽追尾機構に設置しても良い。このトラッカー式の太陽追尾機構に太陽光発電モジュール１０１を設置する場合はフレネルレンズ等により集光度が高められる。また、ディッシュ型のミラーの焦点位置に太陽光発電モジュール１０１を設置しても良い。
【００５６】
また、ヘリオスタット５の反射機能を複数のミラー２に分散したマルチミラー型を例にしたが、表面形状精度が維持できるような程度の大きさであれば、或いは表面形状精度が維持できるような対策が施されていれば、一枚の大きなミラーで実施することも可能である。
【００５７】
更に、マルチミラー型にする場合も、ミラー２の数は４枚に限定されず、５枚以上にすることも可能である。
【００５８】
更に、集光体１０４は、内面が鏡面とされたテーパ形状の金属筒を用いても良い。
【００５９】
冷却体１０３の材質として銅を例にしたが、それ以外の熱伝導性の良い金属を用いてもよく、そこに循環する流体も水以外の液体でも良いし、空気などの気体でも良い。
【００６０】
更に、太陽電池セル集合体を構成する太陽電池セルの数、集光体を構成する一体成形されたプリズムの数、太陽光発電モジュールを構成する集光体の数は、例示した数に限定されない。
【００６１】
更に、集光体は、大きさが太陽電池セル集合体や冷却体の大きさと同じものを例にしたが、これらより小さなものを並べることも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  タワー
２  ミラー
３  発電エリア  
５  ヘリオスタット
８  センサー
１８  センサーミラー
１０１  太陽光発電モジュール
１０２  太陽電池セル集合体
１０３  冷却体
１０４  集光体
１１９  受光素子
１２０  太陽電池セル
１２１  プリズム（集光体の一部）
１２２  ガラス部材
１２３  冷媒用通路
Ａ  赤経方向
Ｂ  赤緯方向
Ｅ  エリア
Ｌ  太陽光
Ｓ  太陽
Ｐ  集光スポット
Ｗ  水（冷媒）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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