(57)【要約】【課題】効率を向上させた太陽光・熱ハイブリッド発電システムを提供する。【解決手段】太陽光５２および太陽熱５２によって発電を行う太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００は、赤外線反射フィルム２０が表面１０ａに形成された集光ミラー１０と、集光ミラー１０の表面１０ａにおける赤外線反射フィルム２０で反射された赤外線５５を集める集熱部６０と、集熱部６０に集められた熱で生じた蒸気によって回転するタービン８２が設けられた発電機８４と、集光ミラー１０の内部に配置された太陽電池セル３２を含む太陽電池パネル３０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光および太陽熱によって発電を行う太陽光・熱ハイブリッド発電システムであって、
赤外線反射フィルムが表面に形成された集光ミラーと、
前記集光ミラーの表面における前記赤外線反射フィルムで反射された赤外線を集める集熱部と、
前記集熱部に集められた熱で生じた蒸気によって回転するタービンが設けられた発電機と、
前記集光ミラーの内部に配置された太陽電池セルを含む太陽電池パネルと
を備えている、太陽光・熱ハイブリッド発電システム。
【請求項２】
前記赤外線反射フィルムは、可視光から紫外光のうちの少なくとも一部の光を前記太陽電池セルへと透過させるフィルムであり、
前記太陽電池パネルの表面を構成する基板は、前記集光ミラーの前記表面である、請求項１に記載の太陽光・熱ハイブリッド発電システム。
【請求項３】
前記太陽電池パネルの表面を構成する基板は、ガラス基板であり、
前記太陽電池パネル内には、複数の前記太陽電池セルが配列されている、請求項２に記載の太陽光・熱ハイブリッド発電システム。
【請求項４】
前記集熱部は、内部に液体が通る集熱管であり、
前記集光ミラーの前記表面は、前記反射した赤外線を前記集熱管に集光させるように湾曲しており、
前記集熱管から延びた配管は、前記タービンに接続されている、請求項１から３の何れか１つに記載の太陽光・熱ハイブリッド発電システム。
【請求項５】
前記集熱部は、内部に液体が通る集熱管であり、
前記集光ミラーは、フレネル型ミラーである、請求項１から３の何れか１つに記載の太陽光・熱ハイブリッド発電システム。
【請求項６】
前記集熱部は、タワーの頂上に設置された集熱器であり、
前記集光ミラーは、前記集光器に向けて集光させるように配列された複数枚の反射鏡である、請求項１から３の何れか１つに記載の太陽光・熱ハイブリッド発電システム。
【請求項７】
前記集光ミラーは、パラボラ反射鏡であり、
前記集熱部は、前記パラボラ反射鏡の焦点に配置された集熱器である、請求項１から３の何れか１つに記載の太陽光・熱ハイブリッド発電システム。
【請求項８】
前記集熱器において、前記発電機が配置されている、請求項７に記載の太陽光・熱ハイブリッド発電システム。
【請求項９】
前記赤外線反射フィルムは、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルブチラールおよびアクリル樹脂からなる群から選択された樹脂基材を含み、
前記樹脂基材の上に、波長選択性を有する多層膜が形成されている、請求項１から８の何れか１つに記載の太陽光・熱ハイブリッド発電システム。
【請求項１０】
前記赤外線反射フィルムは、前記集光ミラーの表面を保護する保護部材である、請求項１から９の何れか１つに記載の太陽光・熱ハイブリッド発電システム。
【請求項１１】
太陽光・熱ハイブリッド発電システムに用いる集光ミラーであって、
前記集光ミラーの表面には、赤外線反射フィルムが形成されており、
前記集光ミラーの内部には、太陽電池セルが配置されており、
前記赤外線反射フィルムは、可視光から紫外光のうちの少なくとも一部の光を前記太陽電池セルへと透過させるフィルムである、集光ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光・熱ハイブリッド発電システムに関する。特に、太陽光による光エネルギーおよび熱エネルギーを利用した発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の消費増大等に起因する地球環境問題やエネルギー枯渇問題が深刻化しつつあることに対して、化石燃料消費をあまり伴わないクリーンなエネルギーが求められている。また、先般の東日本大震災の影響を踏まえて、原子力発電に頼らない傾向も強くなってきている。このような中、太陽エネルギーを利用した発電が普及しているとともに、さらに注目を集めてきている。
【０００３】
太陽エネルギーを利用した発電システムとしては、大別して、太陽光発電と太陽熱発電とがある（例えば、特許文献１、２など）。太陽光発電については、太陽電池パネルを住宅の屋根上に設置して家庭内の電力需要をまかなうシステムも実用化されてきている。一方で、太陽熱発電としては、太陽熱を熱源とし、ゼーベック効果を有する熱電変換素子を用いて熱電変換を行うことによって発電を行うものが知られている。
【０００４】
しかしながら、太陽光発電システムにおいては、太陽エネルギーは地表面でのエネルギー密度が低いものであるばかりか、気象条件や日照時間などに影響されやすいという問題がある。すなわち、それらの影響によって、電力を安定的に得ることが困難であるという問題がある。また、熱電変換素子を利用した太陽熱発電システムは、現在知られている熱電変換素子の性能が低いものであるために、十分な発電効率を得ることが困難であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８１０９７号公報
【特許文献２】特開２００１−７４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、太陽エネルギーを効率的に利用することができる太陽光・熱ハイブリッドモジュールが提案されている。具体的には、太陽電池パネルと、太陽光による熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子を有する熱発電装置とを組み合わせたモジュールが提案されている。この太陽光・熱ハイブリッドモジュールによれば、曇天時や夜間などの条件によって発電効率が影響を受けやすいという太陽光発電の問題点を熱発電装置によって補うことができるとともに、熱電変換素子それ自体の発電効率が十分でないという太陽熱発電の問題点を太陽電池パネルによって補うことができる。なお、特許文献１によれば、曇天時や夜間において、太陽電池パネルだけの構成の電力量と比較して、５〜１５％程度高い電力を安定的に得ることができる旨が記載されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された太陽光・熱ハイブリッドモジュールにおいては、太陽熱発電は熱電変換素子の発電によるものであるので、太陽熱発電で発生する電力はさほど大きくなく、家庭用又はオフィスビルの太陽電池パネルの欠点を補う程度の技術にならざるを得ない。今日では、新たな原子力発電所を建設せずに、その不足する電力を太陽エネルギーによって補おうとする技術が求められており、特許文献１に記載された技術ではその要請に対応することが難しい。
【０００８】
本願発明者はこのような状況下において、大規模な太陽光・熱ハイブリッド発電システムに適した技術を鋭意検討した結果、本発明に至った。本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、効率を向上させた太陽光・熱ハイブリッド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】
【０００９】
本発明に係る太陽光・熱ハイブリッド発電システムは、太陽光および太陽熱によって発電を行う発電システムであり、赤外線反射フィルムが表面に形成された集光ミラーと、前記集光ミラーの表面における前記赤外線反射フィルムで反射された赤外線を集める集熱部と、前記集熱部に集められた熱で生じた蒸気によって回転するタービンが設けられた発電機と、前記集光ミラーの内部に配置された太陽電池セルを含む太陽電池パネルとを備えている。
【００１０】
ある好適な実施形態において、前記赤外線反射フィルムは、可視光から紫外光のうちの少なくとも一部の光を前記太陽電池セルへと透過させるフィルムであり、前記太陽電池パネルの表面を構成する基板は、前記集光ミラーの前記表面である。
【００１１】
ある好適な実施形態において、前記太陽電池パネルの表面を構成する基板は、ガラス基板であり、前記太陽電池パネル内には、複数の前記太陽電池セルが配列されている。
【００１２】
ある好適な実施形態において、前記集熱部は、内部に液体が通る集熱管であり、前記集光ミラーの前記表面は、前記反射した赤外線を前記集熱管に集光させるように湾曲しており、前記集熱管から延びた配管は、前記タービンに接続されている。
【００１３】
ある好適な実施形態において、前記集熱部は、内部に液体が通る集熱管であり、前記集光ミラーは、フレネル型ミラーである。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記集熱部は、タワーの頂上に設置された集熱器であり、前記集光ミラーは、前記集光器に向けて集光させるように配列された複数枚の反射鏡である。
【００１５】
ある好適な実施形態において、前記集光ミラーは、パラボラ反射鏡であり、前記集熱部は、前記パラボラ反射鏡の焦点に配置された集熱器である。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記集熱器において、前記発電機が配置されている。
【００１７】
ある好適な実施形態において、前記赤外線反射フィルムは、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルブチラールおよびアクリル樹脂からなる群から選択された樹脂基材を含み、前記樹脂基材の上に、波長選択性を有する多層膜が形成されている。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記赤外線反射フィルムは、前記集光ミラーの表面を保護する保護部材である。
【００１９】
本発明に係る集光ミラーは、太陽光・熱ハイブリッド発電システムに用いる集光ミラーであり、前記集光ミラーの表面には、赤外線反射フィルムが形成されており、前記集光ミラーの内部には、太陽電池セルが配置されており、前記赤外線反射フィルムは、可視光から紫外光のうちの少なくとも一部の光を前記太陽電池セルへと透過させるフィルムである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る太陽光・熱ハイブリッド発電システムによれば、集光ミラーの表面に形成された赤外線反射フィルムによって反射した赤外線の熱で生じた蒸気を用いてタービンを回転させることで、太陽熱発電を実行することができる。それに加えて、集光ミラーの表面に形成された赤外線反射フィルムを透過した光を用いて、集光ミラーの内部に配置された太陽電池セルによって太陽光発電を実行することができる。したがって、太陽光の単独発電または太陽熱の単独発電と比較して、効率を向上させた太陽光・熱ハイブリッド発電システムを実現することができる。特に、熱電変換素子を用いた効率がそれほど良くない太陽熱発電を行う太陽光・熱ハイブリッド発電システムと比較して、タービンを回転させて発電を行うので大規模な発電に向いており、それゆえに、発電所として機能し得る発電システムを実現することが容易となる。また、本発明の太陽光・熱ハイブリッド発電システムを、日照時間が長い地域にて多くの土地を確保して設置する場合、その設置の面積を変更することなく、効率を向上させたハイブリッド発電システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態における集光ミラー１０の構成の説明するための部分断面図である。
【図３】光の波長と光子数の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態における赤外線反射フィルム２０の分光透過率を説明するグラフである。
【図５】本発明の実施形態に係る太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事項は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書及び図面によって開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００２３】
なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は、必ずしも実際の寸法関係を正確に反映するものではない。また、図中のハッチングは、構成要素の把握のし易さを主な目的として付しており、必ずしも材料の要素を表現するものではない。加えて、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
図１および図２を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００の構成を示している。図１に示した太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００は、太陽光および太陽熱によって発電を行う発電システムである（以下「発電システム」と称する場合がある）。また、図２は、本実施形態の発電システム１００における集光ミラー１０の断面構成を示している。
【００２５】
本実施形態の発電システム１００は、図１に示すように、集光ミラー１０と、集光ミラー１０で反射された光を集める集熱部６０とから構成されている。また、本実施形態の構成では、図２に示すように、集光ミラー１０の表面には、赤外線反射フィルム２０が形成されている。また、集光ミラー１０の内部には、太陽電池セル３２が配置されている。太陽電池セル３２は、半導体材料から構成されており、具体的には、シリコン系半導体（例えば、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、多結晶シリコンなど）、化合物半導体（例えば、ガリウムヒ素系、インジウムガリウムヒ素、ＣＩＳ系（カルコパイライト系）など）、有機半導体材料（例えば、色素増感系、有機薄膜系（導電ポリマーやフラーレン）など）から構成されている。
【００２６】
本実施形態の構成では、太陽電池セル３２は、太陽電池パネル３０の一部品として設けられている。この例では、太陽電池パネル３０の表面を構成する部材は、透光性基板（ガラス基板）３１から構成されており、この太陽電池パネル３０の基板３１が、集光ミラー１０の表面１０ａを構成している。すなわち、太陽電池パネル３０の表面基板３１の上に、赤外線反射フィルム２０が形成されている。
【００２７】
また、太陽電池パネル３０では、表面基板３１と対向して裏面基板３５が配置されている。裏面基板３５は、例えば、樹脂基板（バックシート）、金属（例えば、アルミニウム、鉄、ステンレスなど）から構成されている。表面基板３１と裏面基板３５とが筐体を構成して、太陽電池セル３２を収納している。太陽電池パネル３０においては、複数の太陽電池セル３２が配線３４を介して接続されている。実際には、集光ミラー１０の表面形状にあわせて、太陽電池セル３２は二次元的に配列されている。
【００２８】
本実施形態の赤外線反射フィルム２０は、赤外線（例えば、波長７５０〜２５００ｎｍの近赤外線）を反射し（矢印５５参照）、一方、反射しなかった光（例えば、可視光から紫外光のうちの少なくとも一部の光）を透過させる（矢印５４参照）。赤外線反射フィルム２０を透過した光は、太陽電池パネル３０の太陽電池セル３２に到達し、その太陽電池セル３２にて太陽光発電が行われる。本実施形態の赤外線反射フィルム２０の厚さは、例えば、２０μｍ〜２００μｍであり、一例では５０μｍまたはその前後である。
【００２９】
また、赤外線反射フィルム２０で反射された光（赤外線）５５は、図１に示すように、集熱部６０を照射する。本実施形態の集光ミラー１０の表面１０ａは、反射した赤外線５５を集熱部６０に集光するように湾曲している。図１に示した例の集光ミラー１０は、トラフ型ミラーであり、長手方向に延びた溝形状のミラーとなっている。また、本実施形態の集熱部６０は、内部に液体（例えば、オイル、水など）が通過する集熱管６２である。集光ミラー（トラフ型ミラー）１０で反射された光（赤外線）５５は、集熱管６２を照射して、集熱管６２内の液体（オイルまたは水）を加熱する。
【００３０】
本実施形態の集熱管６２は、配管７０に接続されている。そして、集熱管６２から延びた配管７０は、タービン８２に接続されている。タービン８２は、集熱管６２で集められた熱で生じた蒸気によって回転する。タービン８２を回転させる蒸気は、集熱管６２で生成されたものでもよいし、集熱管６２で加熱した液体をさらに加熱して蒸気にしたものでもよい。また、集熱管６２で加熱した媒体（液体、蒸気）の熱にて他の液体を加熱してその蒸気を使用してもよいし、集熱管６２で加熱した液体をさらに加熱して蒸気にしたものでもよい。なお、集熱部６０（集熱管６２）および配管７０を流れる液体（熱伝達媒体）は、水、オイルなどに限らず、溶融塩などであってもよい。
【００３１】
本実施形態のタービン８２は発電機８４に連結されており、タービン８２および発電機８４を含む太陽熱発電ユニット８０によって、太陽熱発電が実行される。太陽熱発電ユニット８０で発電された電力は、電線９０を介して工場や家庭に供給されることになる。タービン８２で使用された蒸気は、配管（排気蒸気パイプ）７３を介して、凝縮器７５に送られる。凝縮器７５で凝縮された液体は、配管（液体供給パイプ）７６を通じて、再び、集熱管６２に送り出すことができる。
【００３２】
また、集熱管６２で集められた熱で加熱された液体（または蒸気）は、配管７０を通じて、蓄熱タンク７２ａに保存することができる。そして、ポンプ７１を用いて蓄熱タンク７２ａの液体（または蓄熱材）の熱をタービン８２の方に供給することができる。加えて、本実施形態の構成では、液体供給タンク７２ｂが設けられており、ポンプ７１を用いて、液体供給タンク７２ｂ中の液体を、配管（液体供給パイプ）７６を通して集熱管６２に供給することができる。なお、一日の発電電力を均一化する上で、昼間は太陽光発電をメインとし、夜は、蓄熱タンク７２ａの液体または蓄熱材の熱を利用して太陽熱発電をメインとすることも可能である。
【００３３】
太陽５０からの光５２によって地表には、１平方メートル（１ｍ２）あたり１キロワット（１ｋＷ）のエネルギーが降り注いでおり、図３に示すように、そのエネルギーは可視光線（３５０ｎｍ〜７００ｎｍ）から赤外線領域まで広がっている。光の波長は発生電圧と関係しており、例えば、約９００ｎｍの光で１．４Ｖの電圧を発生させることが可能である。なお、図３には、典型的な太陽電池（太陽電池セル）の種類に応じた光利用可能な波長領域をあわせて示している。
【００３４】
図３から理解できるように、７００ｎｍ以上の赤外領域では利用されない波長が残っており、利用しない光は、太陽光発電ではそのエネルギーを捨てることになる。本実施形態の太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００では、太陽光発電では利用しないエネルギーを太陽熱発電として利用することで、太陽光の単独発電のシステムと比較して、効率を向上させた発電システムを実現することができる。
【００３５】
本実施形態の赤外線反射フィルム２０は、透光性樹脂材料（例えば、ポリカーボネート）からなる樹脂基材の上に、波長選択性を有する多層膜が形成されたフィルムである。具体的には、赤外線反射フィルム２０は、ポリカーボネートの上に、酸化チタンおよび銀を主原料とする約０．３μｍ厚の多層膜をスパッタリング法で堆積することによって作製されている。
【００３６】
なお、樹脂基材を構成する材料は、ポリカーボネートに限らず、他の材料（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリツ樹脂など）を使用しても構わない。さらに、赤外線反射フィルム２０は、それらに限らず、また、赤外線を反射することができ、太陽電池セル３２の太陽発電に利用できる波長の光を透過できるフィルムであれば広く使用することができる。
【００３７】
図４は、本実施形態の赤外線反射フィルム２０の一例についての分光透過特性を示している。図４中のライン１１０は、赤外線反射フィルム２０が存在しない時の分光透過率を示している。一方、図４中のライン１２０ａは、耐光性試験前の赤外線反射フィルム２０を透過させた光の分光透過率を示し、ライン１２０ｂは、耐光性試験後の赤外線反射フィルム２０を透過させた光の分光透過率を示している。
【００３８】
図４に示すように、赤外線反射フィルム２０のない場合（ライン１１０）では、赤外領域の光は透過しているが、赤外線反射フィルム２０がある場合（ライン１２０ａ、１２０ｂ）は、紫外・可視領域の光の透過率は大きいが、赤外領域の光の透過率は低下しており、この領域の光の一部または全部が、赤外線反射フィルム２０によって反射されている。
また、本実施形態の赤外線反射フィルム２０は、耐光性試験の前と後でほぼ同様の分光透過特性を示したことから、実際に、太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００において赤外線反射フィルム２０を使用しても赤外線を反射させることができる。
【００３９】
また、本実施形態の赤外線反射フィルム２０は、赤外線を反射する機能を有するフィルム（例えば、樹脂フィルムを基材とするもの）を、集光ミラー１０の表面１０ａに貼り付けるようにしてもよい。あるいは、赤外線反射フィルム２０を構成する材料を集光ミラー１０の表面１０ａに塗布して、その材料から赤外線反射フィルム２０を形成してもよい。さらに、本実施形態の赤外線反射フィルム２０を表面１０ａに形成した集光ミラー１０を、太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００の構成要素として取り付けてもよいし、あるいは、集光ミラー１０を設置した後に、その集光ミラー１０の表面１０ａに赤外線反射フィルム２０を形成してもよい。そして、集光ミラー１０の表面１０ａに、赤外線反射フィルム２０を構成する基材を形成した後、その状態で、当該基材の上に、波長選択性を有する機能膜（上記の例では、多層膜）を形成することも可能である。
【００４０】
加えて、本実施形態の構成では、集光ミラー１０の表面１０ａ（または、太陽電池パネルの表面基板）は、ガラス基板３１から構成されているので、赤外線反射フィルム２０は、そのガラス基板３１を保護する保護部材（保護シート）として機能させることができる。具体的には、赤外線反射フィルム２０が、ガラス基板３１の割れなどを保護することができるとともに、ガラス基板３１が割れて飛散する場合でも赤外線反射フィルム２０の存在によって、ガラス基板３１の破片が外部に拡散することを防止することができる。
【００４１】
また、集光ミラー１０の表面１０ａ（または、太陽電池パネルの表面基板）は、ガラス基板３１でなく、樹脂基板（例えば、エンジニアリングプラスチックからなる樹脂基板）から構成することが可能であるが、その場合でも、赤外線反射フィルム２０は、集光ミラー１０の表面１０ａを構成する樹脂基板を保護することができる。
【００４２】
そして、本実施形態の赤外線反射フィルム２０は、太陽光５２のうち赤外線（５５）を反射するので、太陽電池セル３２の温度上昇を抑制することができる。太陽電池セル３２は、熱によって発電効率が低下する傾向があるところ、赤外線反射フィルム２０によってその温度上昇を抑えることができ、それによっても、太陽光発電の効率を上げることができる。また、太陽電池セル３２の温度上昇を抑制するために冷却装置を使用している場合には、その冷却装置の能力を低いものに置き換えることができるので、コスト削減に寄与することができる。
【００４３】
なお、図２に示した構成では、集光ミラー１０の表面１０ａと、太陽電池パネル３０の表面基板３１とを同じものにしたが、それに限るものではない。集光ミラー１０の表面１０ａを構成する部材（透光性基板）と、太陽電池パネルの表面基板３１とを別々に構成して、それらを重ね合わせるようにしてもよい。この場合、先に、集光ミラー１０を設置してから、その集光ミラー１０の後ろに太陽電池パネル３０をセットすることが可能である。逆に、太陽電池パネル３０をセットしてから、太陽電池パネル３０の前面に集光ミラー１０をセットすることができる。
【００４４】
本実施形態の太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００では、集光ミラー１０の表面１０ａに形成された赤外線反射フィルム２０によって、太陽の光５２のうち赤外線５５を反射させることができる。そして、反射した赤外線５５の熱で液体を加熱して、その加熱した液体から生じた蒸気を用いてタービン８２を回転させ、それによって、太陽熱発電ユニット８０において太陽熱発電を実行することができる。一方、集光ミラー１０の表面１０ａに形成された赤外線反射フィルム２０を透過した光５４を用いて、集光ミラー１０の内部に配置された太陽電池セル３２によって太陽光発電を実行することができる。したがって、太陽光の単独発電または太陽熱の単独発電と比較して、効率を向上させた太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００を実現することができる。
【００４５】
特許文献１に開示された太陽光・熱ハイブリッド発電システムは太陽熱発電において熱電変換素子を用いるものであり、熱電変換素子の低効率の制約を受けるとともに、大規模な発電設備を作る上では不向きである。一方、本実施形態の太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００では、タービン８２を回転させて発電を行うので大規模な発電に向いており、それゆえに、発電所として機能し得る発電システムを実現することが容易となる。加えて、本実施形態の太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００では、火力発電所またはガスタービンと併設して稼働させることもでき、既存の発電所との組み合わせとしての発展利用の可能性がある。
【００４６】
また、本実施形態の太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００を、日照時間が長い地域にて多くの土地を確保して設置する場合、太陽熱単独の発電システムと同じ設置面積で、太陽光の発電を行うことができるので設備コストの面でも効率がよい。具体的には、太陽熱単独の発電システムの反射ミラーにおいて、本実施形態の集光ミラー１０、赤外線反射フィルム２０および太陽電池パネル３０の構成を追加することで、本実施形態の太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００を実現することができる。それゆえに、既存の太陽熱単独の発電システムに対して、さらに、本実施形態の構成を追加するという発展利用の可能性もある。
【００４７】
次に、図５から図７を参照しながら、本実施形態の改変例について説明する。なお、上述した実施形態で説明したものと同様の内容については説明を省略する。
【００４８】
（改変例１）
図５に示した太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００は、フレネル型タイプであり、具体的には、本改変例の集光ミラー１０は、フレネル型ミラー１１である。すなわち、図１に示した集光ミラー１０の表面１０ａは湾曲していたが、図５に示した集光ミラー１０（フレネル型ミラー１１）の表面１０ａは実質的に平面となっている。フレネル型ミラー１１には、集熱部６０となる集熱管６４に反射した赤外線５５が集まるように溝（不図示）が形成されている。この例では、集熱管６４は、板状の形状を有する配管となっている。
【００４９】
この構成例では、溝が形成されたフレネル型ミラー１１の表面１０ａの上に、上述した赤外線反射フィルム２０を形成して、赤外線５５と、紫外・可視光５４とを分けることができる。また、赤外線反射フィルム２０に溝を形成して、赤外線反射フィルム２０の部材の部分で、フレネル型ミラー１１を構築してもよい。そして、フレネル型ミラー１１の表面１０ａの裏側には、図２に示すように、太陽電池セル３２を含む太陽電池パネル３０が配置されている。
【００５０】
図５に示したフレネル型ミラー１１は、実質的に平面の表面１０ａを有しているので、太陽５０が移動しても、広範囲に太陽５０の光５２を反射することができる利点がある。例えば、図１に示した構成では、北半球では南向きに集光ミラー１０の表面１０ａを向けることが有利となるが、一部の時間では、太陽５０の光５２を効率的に反射できないことがある。図５に示した構成では、フレネル型ミラー１１の表面１０ａを地面と実質的に平行にすることによって、太陽５０の位置による影響を緩和することができる。もちろん、フレネル型ミラー１１の表面１０ａを地面と実質的に平行にするだけでなく、例えば南向きに向くように傾けて配置することも可能である。なお、この例に示した発電システム１００は、火力発電とのハイブリッドも可能である。
【００５１】
（改変例２）
図６に示した太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００は、タワー型タイプである。本改変例の構成においては、集熱部６０は、タワー（例えば、鉄塔）の頂上に設置された集熱器６６である。そして、集光ミラー１０は、集熱器（集光器）６６に向けて集光させるように配列された複数枚の反射鏡１２である。そして、それぞれの反射鏡１２の表面１０ａには赤外線反射フィルム２０が形成されており、反射鏡１２の表面１０ａの裏側には、図２に示すように、太陽電池セル３２を含む太陽電池パネル３０が配置されている。
【００５２】
この例では、ヘリオスタット方式、すなわち、各反射鏡１２は平面鏡であり、各反射鏡１２の反射した反射光を一点に重ね合わせて集光する方法を採用している。また、各反射鏡１２は、太陽の動きに追従して鏡の向きを調整する機構を備えていることが好ましい。例えば、数メートル四方の反射鏡１２を、数百枚から数千枚を用いて反射光５５を集光器６６の１箇所に集中させると、１０００℃程度まで加熱することが可能である。
【００５３】
図６に示した発電システム１００では、配管７６を通して液体（水、オイル、溶融塩など）が集熱器６６に供給され、その集熱器６６で液体が加熱される。加熱された液体は、配管７０を通ってタワー６７の下部に送られ、太陽熱発電ユニット８０では、水を蒸発させて蒸気タービン８２を回すことにより、発電が行われる。この例では、給水再熱器７８が設けられており、高温蓄熱が可能な構成となっている。すなわち、給水再熱器（または、蓄熱器）７８を用いて昼間に熱を蓄えておけば、夜間の発電も可能となる。また、この例に示した発電システム１００は、火力発電とのハイブリッドも可能である。
【００５４】
（改変例３）
図７に示した太陽光・熱ハイブリッド発電システム１００は、ディッシュ型タイプである。本改変例の構成においては、集光ミラー１０は、パラボラ反射鏡１４であり、放物面を有している。また、集熱部６０は、パラボラ反射鏡１４の焦点に配置された集熱器６８である。図示した集熱部６０は、パラボラ反射鏡１４の端部から延びた支持部（支持棒）６９によって固定されている。パラボラ反射鏡１４の表面１０ａには赤外線反射フィルム２０が形成されており、パラボラ反射鏡１４の表面１０ａの裏側には、図２に示すように、太陽電池セル３２を含む太陽電池パネル３０が配置されている。
【００５５】
図７に示した発電システム１００では、集熱器６８の熱を利用して蒸気を発生させることが可能である。例えば、パラボラ反射鏡１４とは他の箇所に配置したタービンで発電することが可能である他、例えば、集熱器６８の中に発電機を配置することも可能である。
また、タービンを有する発電機に限らず、スターリングエンジンを有する発電機を集熱器６８に搭載して太陽熱発電を実行することができる。スターリングエンジンは、シリンダー内のガス（または空気等）を外部から加熱・冷却して仕事を得る外燃機関であり、この例においては集熱器６８の熱を熱源とする。なお、パラボラ反射鏡１４は、太陽の動きに追従して向きを調整する機構を備えるようにしてもよい。
【００５６】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、赤外線反射フィルム２０を透過した光５４を有効に利用するために、本実施形態の太陽電池セル３２は、利用波長の異なる太陽電池を複数枚積層した多接合型（スタック型）の構造を有するものにすることが可能である。例えば、太陽電池セル３２として、微結晶シリコンとアモルファスシリコンを積層したものを用いることができる。あるいは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）と、ａ−Ｓｉの禁制帯幅の異なるａ−ＳｉＣまたはａ−ＳｉＧｅを積層したものを用いることができる。また、太陽電池パネル３０は、集光ミラー（反射鏡）１０の形状にあわせるため可撓性を有するものを使用することができる。さらに、上述した実施形態または改変例における各要素を相互に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、効率を向上させた太陽光・熱ハイブリッド発電システムを提供することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０   集光ミラー
１１   フレネル型ミラー
１２   反射鏡
１４   パラボラ反射鏡
２０   赤外線反射フィルム
３０   太陽電池パネル
３１   表面基板（ガラス基板）
３２   太陽電池セル
３４   配線
３５   裏面基板
５０   太陽
５２   太陽光（太陽熱）
５４   透過光（紫外・可視線）
５５   反射光（赤外線）
６０   集熱部
６２   集熱管
６４   集熱管
６６   集熱器
６７   タワー
６８   集熱器
７０   配管
７１   ポンプ
７２ａ 蓄熱タンク
７２ｂ 液体供給タンク
７５   凝縮器
７６   配管
７８   給水再熱器
８０   太陽熱発電ユニット
８２   タービン（蒸気タービン）
８４   発電機
９０   電線
１００ 太陽光・熱ハイブリッド発電システム
【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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