(57)【要約】      （修正有）【課題】設置やメンテナンスをし易くできるようにする電球型構造と現在実用化できていない色素増感太陽電池を提供する。【解決手段】太陽電池２を設置やメンテナンスをしやすくするために電球に似た形状にする。同時に発電性能を高めるため太陽電池を縦型にして立体的に組み立てた新しい構造の太陽電池モジュールとし、このモジュール形状により側面での受光・発電を可能にし、太陽光を効率よく集めるため凹面鏡などの集光システムを使用して効率の良い発電を行えるようにする。また、集光に伴う熱による破損や出力低下を防ぐための冷却装置を設置することで吸収した熱を二次的に利用できるようにした廃熱利用法も提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電球型太陽電池。太陽電池モジュールの形状を電球に似た形状にすることで設置・取替え等の取り扱いを容易にした。特に取り付け方式を電球式のねじ込み型等にした点が有効と考える。
【請求項２】
側面で受光して発電する立体式側面受光型太陽電池モジュールの構造。凹面鏡などを使用して全周囲から集光発電できるので発電効率が高い。板状の太陽電池を立体型に組み立てるだけで良く、主な形状として六角柱などの角柱型と放射線状型が考えられる。特に六角形型は反射鏡を隙間なく並べる蜂の巣（ハニカム）構造に適しているので利用性が高い。
【請求項３】
色素増感太陽電池を実用化するため、電解液を封印せずに注入口と排出口を設定してポンプで電解液を循環させる方法の提案。電解液循環式色素増感太陽電池。
【請求項４】
電解液循環式にすることと側面受光型にすることで可能になる、両面発電パネルを使用した新しい色素増感式発電システムに関するアイディア。
【請求項５】
凹面鏡などの反射鏡を使って集光し、電球型太陽電池を効率よく発電するための反射集光システム。側面で受光することができる電球型ならではの皿状凹面鏡使用の効率良い集光システム。また、凹面鏡にねじ込み型の取り付け金具をつけたユニット。その他にＵ字溝状反射鏡を使ったローコストの太陽追尾装置も提案する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、太陽電池およびその設置に関する発明です。
【背景技術】
【０００２】  従来の太陽電池は主に板（パネル）状のものしかなく、平面に並べて使用していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかしこの場合、ある程度の発電量を発生させるためには設置面積を広く取らねばならないなど問題が多かった。まず発電モジュールが高価なため採算性が悪いことや設置がしにくいうえ一度設置すると今度は交換がしにくいことなどのほか、設置条件等が多様であったので規格性がなく大量生産がしにくいなどの諸問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  採算性の問題を解決するために、高価な太陽電池パネルをあまり使わなくても良いように凹面鏡を利用して集光することを考えた。集光しやすくするために太陽電池モジュールを立体的形状にして側面受光とした。同時に接続方法をねじ込み式などとして設置・交換などが簡単にできる電球型の太陽電池ユニットを考案した。図１  また色素増感太陽電池を実用化する方法として電解液を循環させる循環型色素増感太陽電池を考えた。図５・６
【発明の効果】
【０００５】  これらの方法により高価な太陽電池を効率よく有効に使用できるようにできるため採算性をあげることが出来る。また形状を一般に普及している電球に似た形状にすることによりメンテナンス性を高めることができる。色素増感型に関しては一部形状に工夫を加えることで今まで解決できなかった液洩れなどの問題を克服する事で実用化できると考えた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  側面で受光する立体型太陽電池モジュールを提案する。これは単純に太陽電池を立体的に組み立てるだけでよい。簡単な構造としては太陽電池パネルを立てて組み立て六角柱など角柱形に固定する。図１  発電面積を増やして効率を良くする設定としては中央にマウント（軸）を設置し太陽電池パネルを放射線状に設置する方法もある。図２  この形状は以下に述べる流動式電解液色素増感太陽電池にも有効である。このような構造にすることにより側面で受光して発電できるようになるので、凹面鏡などを利用して簡単に集光することができ、発電効率を上げることができる。これにより高価な太陽電池パネルの使用量を減らして設置コストを下げることができる。モジュールは板状の太陽電池パネルを立体的に組み立てるだけなので目的や使用方法に合わせて効率の良い組み立て方ができる。【０００７】  設置・固定方法として、一般的な電球に使用されているねじ込み式を提案する。図１これにより設置を簡単に設定できるようにする。屋外に設置する場合は防水パッキングなどを使用するとよい。この他にも固定金具は使用目的に応じて合わせることができる。【０００８】  このような立体的発電ユニット使用することで電球型以外にも、細長い蛍光灯型にするなど設置場所や条件・目的に合わせた形状にすることが可能である。蛍光灯型の場合、後で提示するＵ字溝型反射鏡などと組み合わせると効率が良いと考える。【０００９】  将来的にではあるが、更に高効率化を図るためにはロール型発電モジュールも有効であると考える。図３  これは、発電モジュールとして薄膜シリコン太陽電池のような光を通す透過性フィルム型太陽電池をロール状に巻き付けたもので、従来型に比べ設置単位面積あたりの発電面を大幅に増やすことができる。この場合、所々巻き付けるフィルムを吸収する光の波長の異なる種類の太陽電池に組み合わせれば光の波長を効果的に吸収し、交換効率を上げることができると考える。下記の色素増感太陽電池にも有効である。将来有効なフィルム透過型太陽電池が実用化されれば有効な構造であると考える。【００１０】  本提案の電球型太陽電池の場合、側面からの光を吸収して発電を行うため凹面鏡などの反射鏡を併用して集光することによって高い発電効果が期待できる。図４  太陽追尾装置を設置すれば最良の結果が得られるが、固定式の場合でも凹面鏡を覆う透明カバー（バルブ）にカッティングなどを入れて内部方向に拡散性を持たせることなどである程度の効果が期待できる。またこの方法の場合、散光することにより過度の集熱を避ける効果もある。この場合反射鏡を含めた形で電球型に設定する方法もある。図４  刻々変化する太陽高度による照射角度に対応するためにカバー形状をドーム型にし、安定性を高める。また、安全性の面からも集熱による発火事故を避けるためこのようなカバーは是非必要と思われる。【００１１】  凹面鏡などを使用する場合、集光と同時に太陽熱も集熱してしまい、これによって太陽電池の温度があがり発電効率を下げてしまったり太陽電池を破損してしまったりすることが危惧される。これに対応するため冷却システムを組み込むことが必要と考える。これには太陽電池の固定具を熱伝導性の高い金属で作り外部に放熱板��設置して放熱を行う空冷式と、冷却効率を上げるために太陽電池を固定するマウントやパネル内に水を通して冷却する水冷方式が考えられる。水冷式は効果が高いうえ、熱の二次的な利用が可能にできる。また、太陽電池パネルも必要に応じて熱に強いタイプを使用する必要もあると考える。【００１２】  色素増感太陽電池の実用化を図るための新しい形式を提案する。色素増感太陽電池は酸化チタンなどの光触媒効果を利用した低コスト発電方法であるが、今までは電解液をユニットに封印する方法がとられていたため電解液が蒸発したり、液洩れしたりまた電解液等の劣化などの諸問題があって実用化が難しかった。しかし、原理的には電解液は必ずしも封印しなければならないものではないと考え、注入口と排出口を設置し、電解液をポンプなどで循環してやる方法を考えた。この場合、温まった電解液を冷ますラジエターなどを設置することで温度管理を行える他、低温時には電解液を抜き凍結破損を防ぐことが出来る。また、劣化した電解液を交換するなどのメンテナンスをおこなう事ができるようになる。また、電球型にすることにより色素が劣化した場合などの交換が簡単に出来る上、電解液の劣化を防ぐことが出来る。この方法によって封印式では品質管理等で問題の多かった色素増感型の太陽電池を実用化することができると考える。【００１３】  さらにこの循環式色素増感太陽電池を電球型などの立体的な構造にすることで可能になる有効な方法を考案した。一般的な色素増感太陽電池に使用されるパネル（負極）には伝導性のあるガラスを使用するが本提案の電球型太陽電池の場合、側面からの光を吸収するため透過性を必要としない。そのためガラスに替わって金属のパネルを使用することができるのではないかと考えた。この場合、伝導性ガラスよりも軽量でなおかつ効率の高い金属を使用する事ができるため有効性の高い発電システムとすることができる。さらにパネルの両面とも発電面にできるので発電面積を増やせ発電効率がよく実用性が高い。構造はガラス製の発電ユニット内部（バルブ内）に吸入口を兼ねたパイプ型マウント軸を設定し発電プレート（負極）を放射線状に設置する。図５・６  負極は伝導性ガラスに替わって金属板の両面に酸化チタンなどの光触媒と色素を焼き付ける。ただし電解液によっては金属の腐食性があるため、伝導性ガラスやガラス繊維を使用でも良い。この場合、透過性は必要ないので腐食性の少ない白金等をめっき又は蒸着しても良い。正極は排出口近くに設定し電解液を発電ユニット内に満たす。これも高価な金属を使う場合にはタンクなどに集中させてから集中してイオン還元させると効率が良いと考える。これらの発電ユニットを並べて設置し、つなげてポンプを使用して電解液を巡廻させる。図７  重量を抑えるためには電解液のスペースを発電板にあわせると効率がよいと考える。【００１４】  集光のための凹面鏡は一般的な皿状以外にも六角形などが並べて設置する場合などに有効であるほかＵ字溝型の反射板も有効だと考える。この形状の場合、皿状よりは効率はさがるものの回転だけで太陽追尾をおこなう事ができるので簡易な追尾システムとして使用すると高い有効性が期待できる。また固定式でも一定の効果はある。Ｕ字型の場合、入���角に対して自由度が高いため円形のパネル状に並べてやれば水平方向の回転だけで太陽追尾をおこなう事ができるので簡便な追尾装置ができる。また光ファイバー等を併設するのも良いと考える。
【産業上の利用可能性】
【００１５】  太陽電池は二酸化炭素を出さずに発電ができるなど有効性が高く将来性が見込まれるものでありながら、コストや設置条件・気象条件・生産性・発電効率などに多くの問題があり今まであまり普及してこなかった。しかしながら、地球の温暖化・低公害化などに対するに大変有効な方法であるうえ安全性が高いので、以上のような方法で効率性を高めてやれば実用的なものができるのではないかと考えた。現在の板状発電ユニットとの大きな違いとしては、まず発電ユニットを多角柱形などの立体型にすることで側面からの光を吸収できるため、凹面鏡などの反射鏡を簡単に利用できるようになるという点があげられる。このメリットは大きく、板状のモジュールのように高価な太陽電池発電パネルを広域に渡って大量に敷き詰めなくとも発電量を確保できるようにできる点は実用性が高い。また、集光して発電をおこなうため、光量の少ない曇天でも出力は下がるものの発電はできる。このため気象条件の影響も少なくできる。一方で集光に伴う集熱に対処するため内部に冷却装置を設置することが必要となることがある。だが、冷却装置を水冷にすることにより逆に温水などを取り出し利用することができるようになる。これなどは一般家庭などでの有効利用が見込まれる。そのほかにもこの集光システムと組み合わせた側面受光型のアイディアは様々な種類の太陽電池に流用が可能なので目的に合わせた使用が見込まれる。【００１６】  電球型にする利点としては何よりも設置・取り外しのし易い点があげられる。これによってメンテナンス性を大幅に向上することができる。なおこれは形状のことであるので大きさ等は一般の電球のサイズには限られず目的に合ったサイズを用意すると良い。【００１７】  透過式フィルム型太陽電池を巻きつけたロール式太陽電池においては単位面積あたりの発電面積増加による大幅な起電力向上の期待以外にも光の変換効率を上げることが期待できるため将来的な発展性が高いと考える。【００１８】  色素増感太陽電池は現在ではまだ実用化されていないが、現行の電解液封印式に対し本案件では電解液を循環型にする事で劣化し易い電解液を必要に応じて交換できるようにし、液洩れ・蒸発を防止する。この方式のため、ラジエターを通すことで集熱できたり低温時に電解液を抜いて凍結防止に対応できたりするなど様々な効用が期待できる。また、同じように電球型にする事で側面からの光を使用することができる方式をとれば発電ユニットを効率の良い両面発電にすることができることなど実用化にむけてこれらは有効なアイディアであると確信する次第です。これらの発電システムはいずれも従来品に比べて低価格で設置できるため、太陽光発電の普及に大きく貢献するものと期待します。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電球型太陽電池（空冷）の正面図（角柱タイプ）
【図２】電球型太陽電池（水冷）の構造図（放射線状タイプ）
【図３】ロール型発電モジュールの構造図
【図４】凹面鏡を使った集光システムの構造図
【図５】電解液循環型色素増感太陽電池の構造図（正面図）
【図６】電解液循環型色素増感太陽電池金属パネル方式の構造図（上面図）
【図７】電解液循環型色素増感太陽電池発電ユニット図
【符号の説明】
【００２０】１）バルブ（保護・拡散ガラス）      １６）色素増感太陽電池（負極）
２）太陽電池                        １７）電解液
３）放熱フィン                      １８）正極
４）口金（ねじ込み型）              １９）排出口
５）絶縁体                          ２０）吸入口
６）中心電極                        ２１）発電面（酸化チタン・色素）
７）ソケット                        ２２）タンク（熱交換機も兼ねる）
８）導線                            ２３）ポンプ
９）冷却水
１０）パイプ型マウント
１１）水冷フィン（ラジエター）
１２）透過フィルム型太陽電池（ロール状に巻きつけてある）
１３）電球型太陽電池
１４）保護ガラス（拡散）
１５）反射鏡（凹面鏡）
【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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