(57)【要約】【課題】集光により光のエネルギー密度が大きくなった場合にも発電効率の低下を抑制することができる光発電システムを提供する。【解決手段】光ファイバ６０，６１，６２と、光ファイバ６０，６１，６２を伝播した光により発電する光発電素子５０と、光拡散部材８０とを備えている。光拡散部材８０は、光ファイバ６０，６１，６２の端面と光発電素子５０の受光部との間に介在され、光ファイバ６０，６１，６２の端面から出射される光を拡散させて光発電素子５０の受光部に送る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
前記光ファイバを伝播した光により発電する光発電手段と、
前記光ファイバの端面と前記光発電手段の受光部との間に介在され、前記光ファイバの端面から出射される光を拡散させて前記光発電手段の前記受光部に送る光拡散部材と、
を備えたことを特徴とする光発電システム。
【請求項２】
前記光拡散部材は、前記光ファイバの端面と前記光発電手段の前記受光部とを連続的につなぐことを特徴とする請求項１に記載の光発電システム。
【請求項３】
前記光拡散部材はガラスまたはプラスチックで形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光発電システム。
【請求項４】
前記光拡散部材は、前記光ファイバの前記受光部側の端面と前記受光部との間に配置されたレンズであることを特徴とする請求項１または３に記載の光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光発電システムの一つとして、太陽光を集光部で集光し、集光された光を光発電機に光ファイバを通して導く技術がある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４４７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、集光により光のエネルギー密度が大きくなりすぎることが懸念される。光のエネルギー密度が大きくなりすぎると、損失が増加して発電効率の低下を招く。
本発明の目的は、集光により光のエネルギー密度が大きくなった場合にも発電効率の低下を抑制することができる光発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明では、光ファイバと、前記光ファイバを伝播した光により発電する光発電手段と、前記光ファイバの端面と前記光発電手段の受光部との間に介在され、前記光ファイバの端面から出射される光を拡散させて前記光発電手段の前記受光部に送る光拡散部材と、を備えたことを要旨とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、光ファイバの端面と光発電手段の受光部との間に介在された光拡散部材により、光ファイバの端面から出射される光を拡散させて光発電手段の受光部に送られる。この光により光発電手段で発電される。
【０００７】
このようにして光拡散部材により光ファイバの端面から出射される光が拡散されるので、集光により光のエネルギー密度が大きくなった場合にも光のエネルギー密度を小さくして発電効率の低下を抑制することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光発電システムにおいて、前記光拡散部材は、前記光ファイバの端面と前記光発電手段の前記受光部とを連続的につなぐことを要旨とする。
【０００９】
なお、光ファイバの端面と光発電手段の受光部とを連続的につなぐ光拡散部材とは、光拡散部材の一方の側が光ファイバの端面に配置され、光拡散部材の他方の側が光発電手段の受光部に配置される場合や、光ファイバの端面と光発電手段の受光部との間を光拡散部材が隙間なく配置される場合を指す。つまり、光ファイバの端面と光発電手段の受光部とを接続することで、光拡散部材に閉じ込めた状態で光ファイバの端面から光発電手段の受光部に光を送ることが可能な場合を言う。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、光拡散部材は、光ファイバの端面と光発電手段の受光部とを連続的につなぐので、光拡散部材に閉じ込めた状態で光ファイバの端面から光発電手段の受光部に光を送ることができ、光が漏れることを防止することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の光発電システムにおいて、前記光拡散部材は、ガラスまたはプラスチックで形成されることを要旨とする。
請求項３に記載の発明によれば、光の屈折率を変更させて光ファイバの端面から出射される光を拡散させるのに好適である。
【００１２】
請求項４に記載のように、請求項１または３に記載の光発電システムにおいて、前記光拡散部材は、前記光ファイバの前記受光部側の端面と前記受光部との間に配置されたレンズであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、集光により光のエネルギー密度が大きくなった場合にも発電効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本実施形態の車両の平面図、（ｂ）は車両の側面図。
【図２】本実施形態の光発電システムの構成を示す斜視図
【図３】光発電システムの光発電素子付近を示す側面図。
【図４】別例の光発電システムの光発電素子付近を示す側面図。
【図５】別例の光発電システムの光発電素子付近を示す側面図。
【図６】別例の光発電システムの光発電素子付近を示す側面図。
【図７】別例の光発電システムの光発電素子付近を示す側面図。
【図８】別例の光発電システムの光発電素子付近を示す側面図。
【図９】比較のための光発電システムの光発電素子付近を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両としての乗用車１０はハイブリッド車であり、走行モータを駆動するための電池１１を搭載している。乗用車１０には光発電システム２０が装着されている。
【００１６】
光発電システム２０は、受光部３０と、光伝送部４０と、光発電手段としての光発電素子５０を備えている。
乗用車１０の屋根１２には光発電システム２０の受光部３０が配置され、受光部３０において太陽光を受光する。受光部３０は、図２に示すように四角板状のベースプレート３１の上に３本の光ファイバ６０，６１，６２が蛇行するように延設されている。光ファイバ６０，６１，６２は屈折率の大きなコアを屈折率の小さいクラッドで包んで構成され、クラッドを通して太陽光がコア内に入射される。そして、光ファイバ６０，６１，６２においてコアに入射された光はコアに封じ込めた状態でコア内を全反射しながら伝播する。このとき、光ファイバ６０，６１，６２において集光される。
【００１７】
図１の乗用車１０のフロントピラー１３の内部には光伝送部４０が延設されている。光伝送部４０は受光部３０から延設された光ファイバ６０，６１，６２により構成されている。つまり、図２に示すように、細い部分であるフロントピラー１３の内部を光ファイバ６０，６１，６２が通っており、光を受ける部位（受光部３０）と発電する部位（光発電素子５０）を光学的につないでいる。これは、光ファイバ６０，６１，６２が様々な方向に曲げることができるためであり、効率的に光発電素子５０に光を導くことができる。
【００１８】
図１の乗用車１０の車体の内部には光発電素子５０が設置されている。図３に示すように、光発電素子５０にはフロントピラー１３の内部を通る光ファイバ６０，６１，６２が接続されている。そして、フロントピラー１３の内部を通る光ファイバ６０，６１，６２を通して、集光した光が伝送される。この光は光発電素子５０において受光され、発電に供される。即ち、光発電素子５０は、光ファイバ６０，６１，６２を伝播した光により発電する。
【００１９】
図３に示すように、光ファイバ６０，６１，６２の端面と光発電素子５０の受光部との間には光拡散部材８０が介在されている。光拡散部材８０は、光ファイバ６０，６１，６２の端面から出射される光を拡散させて光発電素子５０の受光部に送る。本実施の形態において、光拡散部材８０は光透過性のガラスで形成されており、光ファイバ６０，６１，６２の端面と光発電素子５０の受光部とを結ぶ方向の断面形状が略台形状である。光拡散部材８０は、光ファイバ６０，６１，６２の端面と光発電素子５０の受光部とを連続的につなぐ。
【００２０】
次に、このように構成した光発電システム２０の作用を説明する。
乗用車１０の屋根１２に光発電システム２０の受光部３０が設置されており、太陽光を受光部３０で受ける。受光部３０において、３本の光ファイバ６０，６１，６２のクラッドを通して太陽光がコア内に入射され、コアに入射された光はコアに封じ込めた状態でコア内を光発電素子５０に向かって伝播する。
【００２１】
３本の光ファイバ６０，６１，６２における受光部３０から出た光は、光伝送部４０を通して光発電素子５０に送られる。このとき、光伝送部４０は乗用車１０のフロントピラー１３の内部に形成されており、フロントピラー１３内を通して光が光発電素子５０に至る。
【００２２】
光発電素子５０において光ファイバ６０，６１，６２を通して送られてきた光は光発電素子５０で発電に供され電気エネルギーに変換される。この電気は、電池１１に蓄電され、走行モータの駆動に供される。
【００２３】
光ファイバに６０，６１，６２より、集光した太陽光が伝送され、光ファイバ６０，６１，６２の端面と光発電素子５０の受光部との間に介在された光拡散部材８０により、光ファイバ６０，６１，６２の端面から出射される光を拡がらせて光発電素子５０の受光部に送られる。この光により光発電素子５０で発電される。このようにして光拡散部材８０により光ファイバ６０，６１，６２の端面から出射される光が拡がるので、集光により光のエネルギー密度が大きくなった場合にも光のエネルギー密度を小さくして発電効率の低下を抑制することができる。
【００２４】
より詳しくは、図９に示すように、光ファイバ６０，６１，６２に集光された高密度な光エネルギーを光発電素子５０で受けると、エネルギーが大きすぎて熱として損失してしまう。また、同じ損失でも発熱密度（単位面積当たりの発熱量）が大きくなり冷却が困難となる。これに対し図３に示す構成とすることによって、光拡散部材８０により光ファイバ６０，６１，６２の端面から出射される光を拡がらせて光ファイバ６０，６１，６２に集光された高密度な光エネルギーを光のエネルギー密度を小さくして熱として損失することを抑制することができる。また、同じ損失でも発熱密度（単位面積当たりの発熱量）を小さくして冷却を容易にすることができる。また、光拡散部材８０により、光ファイバ６０，６１，６２に集光された高密度な光エネルギーを物質内で均一に拡散させることができる。これにより、光発電素子５０の受光部に光エネルギーを均一に当てることができる。
【００２５】
以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）光発電システム２０の構成として、光ファイバ６０，６１，６２と、光ファイバ６０，６１，６２を伝播した光により発電する光発電素子５０を備えている。さらに、光ファイバ６０，６１，６２の端面と光発電素子５０の受光部との間に介在される光拡散部材８０を備えている。光拡散部材８０は、光ファイバ６０，６１，６２の端面から出射される光を拡散させて光発電素子５０の受光部に送る。これにより、集光により光のエネルギー密度が大きくなった場合にも光のエネルギー密度を小さくして発電効率の低下を抑制することができる。
【００２６】
（２）光拡散部材８０は、光ファイバ６０，６１，６２の端面と光発電素子５０の受光部とを連続的につなぐので、光拡散部材８０に閉じ込めた状態で光ファイバ６０，６１，６２の端面から光発電素子５０の受光部に光を送ることができ、光が漏れることを防止することができる。
【００２７】
（３）光拡散部材８０は、ガラスで形成されるので、光の屈折率を変更させて光ファイバ６０，６１，６２の端面から出射される光を拡散させるのに好適である。ここで、光拡散部材８０はプラスチックで形成されていてもよく、この場合も、光の屈折率を変更させて光ファイバ６０，６１，６２の端面から出射される光を拡散させるのに好適である。
【００２８】
（４）車両用であるので、電力が必要なとき有用である。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図３の構成に代わり、図４に示すように、光拡散部材８０の端面と光発電素子５０の受光部との間に、光発電に適した波長に変更する変長部材９０と、光発電に適した向きに変更する偏光部材１００を配置してもよい。また、図４の構成に対し、光拡散部材８０に、光発電に適した波長に変更する機能を持たせ、光拡散部材８０と偏光部材１００を配置してもよい。あるいは、図４の構成に対し、光拡散部材８０に、光発電に適した向きに変更する機能を持たせ、光拡散部材８０と変長部材９０を配置してもよい。
【００２９】
・図３の構成に代わり、図５に示すように、光拡散部材８０の端面と光発電素子５０の受光部との間に、光発電に適した波長に変更または光発電に適した向きに変更する部材１１０を配置してもよい。
【００３０】
・図４における変長部材９０と偏光部材１００は、光ファイバ６０，６１，６２の端面と光発電素子５０の受光部との間のどこにあってもよい。
例えば、図６に示すように、前段側の光拡散部材８１と後段側の光拡散部材８２との間に、光発電に適した波長に変更する機能および光発電に適した向きに変更する機能の少なくとも一方の機能を有する部材１２０を配置してもよい。
【００３１】
あるいは、図７に示すように、光ファイバ６０，６１，６２の端面と光拡散部材８０の端面との間に、光発電に適した波長に変更する機能および光発電に適した向きに変更する機能の少なくとも一方の機能を有する部材１３０を配置してもよい。この場合、図４，５，６の構成に比べて部材１３０を小さくすることができる。
【００３２】
・光拡散部材８０の材料を選択することにより、光拡散部材８０に、光発電に適した波長に変更する機能および光発電に適した向きに変更する機能の少なくとも一方の機能を持たせてもよい。
【００３３】
・光ファイバ６０，６１，６２自身の材料を選択することにより、光ファイバ６０，６１，６２に、光発電に適した波長に変更する機能および光発電に適した向きに変更する機能の少なくとも一方の機能を持たせてもよい。
【００３４】
・図３の構成に代わり、図８に示すように、光ファイバ６０，６１，６２の端面に光拡散部材としてのレンズ１４０を配置して、レンズ１４０により光ファイバ６０，６１，６２の端面から出射される光を拡がらせて光発電素子５０の受光部に送るようにしてもよい。即ち、光ファイバ６０，６１，６２に集光された高密度な光エネルギーを離れた所から光発電素子５０に向けて照射する。このようにして、光拡散部材はレンズ１４０であるので簡素な構成にて光を拡がらせることができる。
【００３５】
このように、光拡散部材は、光ファイバ６０，６１，６２における光発電素子５０の受光部側の端面と、光発電素子５０の受光部との間に配置されたレンズであってもよい。
なお、図８の構成と図３の構成の比較において、図８の構成では光が拡散したり散乱して光発電素子５０の受光部から外れる可能性があったり中心が高強度の光が来るなどムラが発生する可能性がある。これに対し、図３の構成ではこれを回避することができる。つまり、光ファイバ６０，６１，６２に集光された高密度な光エネルギーを物質内で均一に拡散させることができる。また、光が光発電素子５０の受光部に均一に当たる。さらに、拡大率を調整することで光発電素子５０の受光部に対して効率的な光強度にすることができる。
【００３６】
・光拡散部材がレンズ１４０である場合、レンズ１４０が光ファイバ６０，６１，６２の端面に配置されていなくてもよい。光ファイバ６０，６１，６２の端面と光発電素子５０の受光部との間にレンズ１４０が配置されていてもよい。また、レンズ１４０としては例えば凹レンズ、凸レンズがある。レンズ１４０は、一方の側（光ファイバ６０，６１，６２の端面側）からレンズ１４０に入射された光が、レンズ１４０により拡散された後レンズ１４０の他方の側（光発電素子５０の受光部側）から出るように調整されていればよい。
【００３７】
・上記実施形態では乗用車１０の屋根１２に受光部３０を設けるとともにフロントピラー１３の内部に光ファイバ６０，６１，６２を通したが、フロントピラー以外の部位に光ファイバを通してもよい。例えば、センタピラーの内部に光ファイバ６０，６１，６２を通してもよい。
【００３８】
・上記実施形態では乗用車１０の屋根１２に受光部３０を設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、屋根よりも前側の部位や屋根よりも後ろ側の部位に受光部３０を設けてもよい。
【００３９】
・光ファイバは３本用いたが、これに限ることなく、１本でも２本でも４本以上用いてもよい。
・上記実施形態ではハイブリッド車に適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、電気自動車やエンジン車に適用してもよい。
【００４０】
・上記実施形態では車両用の光発電システムとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、住宅用の光発電システムとしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
２０…光発電システム、５０…光発電素子、６０，６１，６２…光ファイバ、８０…光拡散部材、１４０…レンズ。
【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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