(57)【要約】【課題】光を取り込むことを抑えた状態であっても光の利用効率が低下し難い採光システムを提供する。【解決手段】採光システム１０は、光を取り込むための採光口２１が設けられた採光構造体２０と、太陽電池パネル３０と、を備える。第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１の方が、第１方向ｄ１よりも上方側に傾斜した第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２よりも、採光構造体２０に取り込まれる光量が大きい。第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２のうち採光構造体２０に取り込まれなかった光の少なくとも一部が、太陽電池パネル３０に入射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を取り込むための採光口が設けられた採光構造体と、
太陽電池パネルと、を備え、
第１方向から前記採光口に向かう光束の方が、前記第１方向よりも上方側に傾斜した第２方向から前記採光口に向かう光束よりも、前記採光構造体に取り込まれる光量が大きく、
前記第２方向から前記採光口に向かう光束のうち前記採光構造体に取り込まれなかった光の少なくとも一部が、前記太陽電池パネルに入射する、採光システム。
【請求項２】
前記第１方向から前記採光口に向かう光束のうち前記採光構造体に取り込まれなかった光の少なくとも一部が、前記太陽電池パネルに入射する、請求項１に記載の採光システム。
【請求項３】
前記太陽電池パネルは、光透過性をもち、前記採光口を覆うように設けられていて、
前記太陽電池パネルの受光面への法線方向が前記第１方向となす角度の大きさは、当該太陽電池パネルの受光面への法線方向が前記第２方向となす角度の大きさよりも小さい、請求項１または２に記載の採光システム。
【請求項４】
前記第１方向から前記採光口に向かう光束が前記太陽電池パネルに取り込まれる光量は、前記第２方向から前記採光口に向かう光束が前記太陽電池パネルに取り込まれる光量よりも低い、請求項１または２に記載の採光システム。
【請求項５】
複数の太陽電池パネルが、前記採光口に対向する位置で間隔を空けて配置されており、
各太陽電池パネルの受光面への法線方向が前記第１方向となす角度の大きさは、当該太陽電池パネルの受光面への法線方向が前記第２方向となす角度の大きさよりも大きい、請求項４に記載の採光システム。
【請求項６】
前記複数の太陽電池パネルを上方からみたときに、下方に位置する太陽電池パネルほど前記採光口から離間するようにずれて配置されている、請求項５に記載の採光システム。
【請求項７】
前記採光口を覆うように採光部材が設けられており、
前記採光部材は、前記第２方向から前記採光口に向かう光束を前記第１方向から前記採光口に向かう光束よりも高い反射率で反射し、
前記太陽電池パネルは、前記第２方向から前記採光口に向かい前記採光部材にて反射した光を受光するような位置に、設置されている、請求項４に記載の採光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、採光システムに係り、とりわけ、光を取り込むことを抑えた状態であっても光の利用効率が低下し難い採光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１または２に開示されているように、光を採光して当該光を室内に導光する採光システムの開発が進められている。採光システムは、例えば、屋根に設置された採光パネルと、採光パネルで採光された太陽光を室内に導光するダクトと、を有したシステムとして、室内の照明に用いられる。このような採光システムは、ＣＯ２の削減に寄与し、また直接的に省エネルギーを実現することができるシステムとして、注目を浴びている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１１１６１０号公報
【特許文献２】特開２０１４−０４４３３１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１または２に記載の採光システムでは、季節や時間帯に応じて太陽の高度が変化しても、一年を通じて均一に採光する工夫がなされている。しかしながら、日差しが強く気温が高い夏季においては、室内に取り込まれた光による室温の上昇を抑制したい場合もある。そこで、本件発明者らは、冬期の太陽光を積極的に採光する一方で、夏季の太陽光を遮光する採光システムに着目した（特願２０１３−０７３２９０、特願２０１３−１３１９５３、特願２０１３−１３９２４９参照）。
【０００５】
しかしながら、夏季の太陽光を遮光してしまうと、夏季において太陽光の利用効率が低下してしまう。自然エネルギーを効率よく利用することが求められている昨今では、夏季において、室内に光を取り込むことを抑えつつ太陽光の利用効率の低下を抑制するような採光システムが求められている。
【０００６】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、光を取り込むことを抑えた状態であっても光の利用効率が低下し難い採光システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による採光システムは、光を取り込むための採光口が設けられた採光構造体と、太陽電池パネルと、を備え、第１方向から前記採光口に向かう光束の方が、前記第１方向よりも上方側に傾斜した第２方向から前記採光口に向かう光束よりも、前記採光構造体に取り込まれる光量が大きく、前記第２方向から前記採光口に向かう光束のうち前記採光構造体に取り込まれなかった光の少なくとも一部が、前記太陽電池パネルに入射する。
【０００８】
本発明による採光システムにおいて、前記第１方向から前記採光口に向かう光束のうち前記採光構造体に取り込まれなかった光の少なくとも一部が、前記太陽電池パネルに入射してもよい。
【０００９】
本発明による採光システムにおいて、前記太陽電池パネルは、光透過性をもち、前記採光口を覆うように設けられていて、前記太陽電池パネルの受光面への法線方向が前記第１方向となす角度の大きさは、当該太陽電池パネルの受光面への法線方向が前記第２方向となす角度の大きさよりも小さくてもよい。
【００１０】
本発明による採光システムにおいて、前記第１方向から前記採光口に向かう光束が前記太陽電池パネルに取り込まれる光量は、前記第２方向から前記採光口に向かう光束が前記太陽電池パネルに取り込まれる光量よりも低くてもよい。
【００１１】
本発明による採光システムにおいて、複数の太陽電池パネルが、前記採光口に対向する位置で間隔を空けて配列されており、各太陽電池パネルの受光面への法線方向が前記第１方向となす角度の大きさは、当該太陽電池パネルの受光面への法線方向が前記第２方向となす角度の大きさよりも大きくてもよい。
【００１２】
本発明による採光システムにおいて、前記複数の太陽電池パネルを上方からみたときに、下方に位置する太陽電池パネルほど前記採光口から離間するようにずれて配置されていてもよい。
【００１３】
本発明による採光システムにおいて、前記採光口を覆うように採光部材が設けられており、前記採光部材は、前記第２方向から前記採光口に向かう光束を前記第１方向から前記採光口に向かう光束よりも高い反射率で反射し、前記太陽電池パネルは、前記第２方向から前記採光口に向かい前記採光部材にて反射した光を受光するような位置に、設置されていてもよい。
【００１４】
本発明による採光システムにおいて、前記採光部材は、光が入射する第１面及び当該第１面に対向する第２面を有し、前記採光部材の前記第１面は、前記第２面に対して傾斜した傾斜面を含み、前記第１方向を含む或る角度範囲から前記傾斜面に入射する光は、当該傾斜面及び前記第２面を透過して前記採光構造体内を進行していき、前記第２方向を含む別の角度範囲から前記傾斜面に入射する光は、当該傾斜面を透過して前記第２面にて全反射するようになっていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、太陽の高度が低い時間帯乃至季節において採光口から多くの光を積極的に取り込み、室内を明るく且つ暖かく保つ一方で、太陽の高度が高い時間帯乃至季節において採光口から取り込む光を制限し、室温の上昇及び室内の眩しさを抑制することができると同時に、相対的に上方側に傾斜した第２方向から採光口に向かい採光構造体内に取り込まれなかった光の少なくとも一部は、太陽電池パネルに受光されて有効に利用される。これらの結果、光を取り込むことを抑えた状態であっても光の利用効率が低下し難い採光システムが実現される。なお、光の利用効率とは、採光口に照射される太陽光のエネルギーに対する、採光構造体内に取り込まれる光エネルギーと太陽電池パネルに受光される光エネルギーの和、と定義する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態による採光システムが取り付けられた建物を模式的に示す縦断面図。
【図２】図１に示す採光システムの要部を拡大して示す断面図。
【図３】図１に示す採光システムの別の形態を示す断面図。
【図４】第２の実施の形態による採光システムが取り付けられた建物を模式的に示す縦断面図。
【図５】図４に示す採光システムの要部を拡大して示す断面図。
【図６】第３の実施の形態による採光システムが取り付けられた建物を模式的に示す縦断面図。
【図７】図６に示す採光システムの要部を拡大して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
≪第１の実施の形態≫
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。図１は、第１の実施の形態による採光システム１０が取り付けられた建物１を模式的に示す縦断面図である。
【００１８】
なお、本明細書において、「パネル」、「シート」、「板」等の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「パネル」はシートや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。一具体例として、「採光パネル」には、「採光シート」や「採光板」等と呼ばれる部材も含まれる。
【００１９】
採光システム１０は、建物１に設けられ、光を取り込んで所定の空間、例えば部屋２に導くためのものである。図１に示す採光システム１０は、建物１の天井３に設置された採光構造体２０を備えている。採光構造体２０に入射した光は、採光構造体２０内を案内されて室内に導かれる。
【００２０】
このような採光システム１０によれば、取り込んだ光を例えば室内照明光として用いることができる。すなわち、採光システム１０を用いることにより、省エネルギーを直接的に実現することができ、また、ＣＯ２の削減にも貢献し得る。
【００２１】
図１に示すように、採光構造体２０には、光を取り込むための採光口２１が設けられていて、採光口２１から取り込まれた光は、導光部材２２を介して部屋２に導かれるようになっている。採光口２１には、季節や時間帯に応じて入射方向が変動する光が取り込まれる。採光口２１に取り込まれる光としては、典型的には太陽光に代表される自然光が挙げられる。なお、図１に示す採光口２１は、光透過性をもつ太陽電池パネル３０に覆われているが、太陽電池パネル３０については後に詳しく説明する。
【００２２】
採光構造体２０内に取り込まれた光は、導光部材２２内を案内される。図１に示すように、導光部材２２の一部が、建物１の壁４から屋外に張り出し、この張り出した端部に上述の採光口２１が形成されている。導光部材２２は、筒状に形成され、天井３内を通って部屋２に繋がっている。なお、筒状とは、長尺状の中空な柱体の形状をいう。
【００２３】
本実施の形態では、導光部材２２の延びる方向に直交する断面において、導光部材２２は、多角形の輪郭形状、より詳細には矩形の輪郭形状を有している。ただし、このような例に限定されず、導光部材２２は、円形の輪郭形状乃至楕円形の輪郭形状を有していてもよい。また、図１に示す例では、導光部材２２が、直線状に成形された例が示されているが、部分的に曲がって成形されていてもよい。
【００２４】
導光部材２２の内面には、反射面２３が形成されている。反射面２３は、光を反射する機能、好ましくは、光を正反射、すなわち鏡面反射する機能を有し、これにより、導光部材２２の内部を通る光が反射面２３で反射して導かれる。このような反射面２３は、一例として、銀やアルミや誘電体多層膜等の高反射率材料を導光部材２２にコーティングすることにより得られる。
【００２５】
導光部材２２は、拡散板２４を介して部屋２に繋がっている。拡散板２４によれば、導光部材２２から導かれる光で部屋２内をむらなく照明することが可能となる。もっとも、拡散板２４は必ずしも設けられていなくてもよく、採光構造体２０内に取り込まれた光が導光部材２２から直接的に射出してもよい。
【００２６】
ところで、太陽の高度は、季節や時間帯に応じて変動する。日差しがあまり強くなく気温も低い冬季では、採光口２１から室内に取り込まれる光を積極的に利用して室内を明るく且つ暖かく保つことが期待される。その一方で、日差しが強く気温が高い夏季では、採光口２１から室内に光を取り込むことによる室温の上昇及び室内の眩しさを抑制することが期待される。ただし、夏季において光を取り込むことを制限することによって太陽光の利用効率が低下してしまうことは好ましくない。そこで、本実施の形態の採光システム１０は、夏季において、採光口２１から室内に光を取り込むことを抑制しつつ太陽光を効率よく利用すべく、光透過性をもつ太陽電池パネル３０で採光口２１を覆う構造を採用している。
【００２７】
太陽電池パネル３０は、受光面３１で受光した光を電気エネルギーに変換する発電装置である。本実施の形態の太陽電池パネル３０は、光透過性をもつ半透明太陽電池パネル乃至シースルー太陽電池パネルとして構成されている。すなわち、太陽電池パネル３０は、受光面３１に入射した光束の一部を受光して発電する一方で、受光面３１に入射した光束の一部を透過させて採光構造体２０内に導く。
【００２８】
上述のように、本採光システム１０では、冬季においては採光口２１から多くの光を取り込む一方で、夏季においては採光口２１から光を取り込むことを抑制することが意図される。そこで、本実施の形態の採光システム１０は、例えば、冬至の南中時に採光口２１に向かう光を積極的に採光口２１から取り込み、夏至の南中時に採光口２１に向かう光を採光口２１から取り込むことを抑制するように構成されている。以下の説明では、冬至の南中時において太陽光が降り注ぐ方向を第１方向ｄ１とし、夏至の南中時において太陽光が降り注ぐ方向を第２方向ｄ２とする。
【００２９】
図２に、採光システム１０の要部を拡大して示す。図２に示すように、太陽電池パネル３０の受光面３１は、冬季の太陽光を多く取り込むよう、概ね第１方向ｄ１に向いている。すなわち、太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄが第１方向ｄ１となす角度の大きさα１は、当該太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄが第２方向ｄ２となす角度の大きさα２よりも小さい。ここで、受光面３１への法線方向ｎｄとは、受光面３１を全体的かつ大局的に見た場合における受光面３１の平面構造の法線方向を指す。このとき、太陽電池パネル３０と採光口２１は一致し、かつその面積、すなわちこの図面内での長さは固定された値であると考える。
【００３０】
このような配置によれば、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１の方が、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２よりも、太陽電池パネル３０に入射する光量が大きくなる。その上、太陽電池パネル３０に入射する光の透過率は、太陽電池パネル３０への法線方向ｎｄと、当該光の進行方向と、がなす角度の余弦に比例する。これらのことから、太陽電池パネル３０への法線方向ｎｄに対してなす角度が相対的に小さい第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１の方が、前記法線方向ｎｄに対してなす角度が相対的に大きい第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２よりも、太陽電池パネル３０を透過する光量も大きくなる。この結果、冬季において太陽電池パネル３０を介して採光構造体２０内に多くの光を積極的に取り込み、室内を明るく且つ暖かく保つことに寄与する。
【００３１】
その一方で、第１方向ｄ１または第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ１、Ｌ２の一部は、太陽電池パネル３０の受光面３１にて受光される。すなわち、太陽電池パネル３０は、採光構造体２０内に取り込まれなかった太陽光を積極的に利用するように機能する。このように、太陽電池パネル３０が、採光構造体２０内に取り込まれなかった太陽光を積極的に利用することで、太陽光の利用効率を高めることができる。
【００３２】
図２に示す例では、採光口２１に向かう光束Ｌ１、Ｌ２が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量は、太陽電池パネル３０への法線方向ｎｄと、当該光束Ｌ１、Ｌ２の進行方向ｄ１、ｄ２とがなす角度の余弦に比例する。したがって、図２に示す例では、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量は、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量よりも高い。
【００３３】
このような半透明乃至シースルー太陽電池パネルの具体的な構成として、例えば、光透過領域と光吸収領域とが敷き詰められたタイプのもの、入射する光の一部を吸収し残りの一部を透過させる半透過領域にて構成されたタイプのもの、が挙げられる。前者の一例として、光を電気エネルギーに変換する不透過性の受光素子が互いに間隔を空けてストライプ状に配列され、隣り合う素子の間の光透過領域から光を透過させるタイプのものが挙げられる。光を電気エネルギーに変換する不透過性の受光素子としては、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンのようなシリコン系の材料からなる素子あるいはカルコパイライト系の材料からなる素子が挙げられる。
【００３４】
図１に戻って、太陽電池パネル３０には、パワーコンディショナ３２が接続されている。パワーコンディショナ３２は、太陽電池パネル３０にて発電された電力を管理し、必要に応じて蓄えることができるようになっている。パワーコンディショナ３２に蓄えられた電力は、他の電気機器３３に利用されるようになっている。
【００３５】
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。なお、以下の説明では、採光システム１０が太陽光を利用する例を用いて説明するが、採光システム１０に利用される光は太陽光に限定されない。
【００３６】
冬季あるいは朝や夕方の時間帯において、太陽の高度は低い。上述のように、採光口２１を覆う太陽電池パネル３０の受光面３１は、冬至の南中時において太陽光の降り注ぐ方向となる第１方向ｄ１を概ね向いている。このため、冬季の太陽光Ｌ１は、太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄに対してなす角度が小さい方向から採光口２１に向かう。上述のように、太陽光Ｌ１が太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄに対してなす角度が比較的小さい方向から採光口２１に入射する場合、多くの光が太陽電池パネル３０を介して採光構造体２０内に取り込まれることになる。採光口２１から取り込まれた太陽光Ｌ１は、導光部材２２内を部屋２に向かって導光された後に拡散板２４にて拡散されて、部屋２内をむらなく照明する。
【００３７】
その一方で、冬季の太陽光Ｌ１のうち採光構造体２０に取り込まれなかった光は、その少なくとも一部が太陽電池パネル３０の受光面３１にて受光される。とりわけ、太陽電池パネル３０の受光面３１は、冬至の南中時において太陽光の降り注ぐ方向となる第１方向ｄ１を向いているため、比較的多くの光が太陽電池パネル３０の受光面３１に入射して受光される。
【００３８】
一方、夏季の昼間の時間帯においては、太陽の高度は高い。このため、夏季の太陽光Ｌ２は、太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄに対してなす角度が大きい方向から採光口２１に向かう。上述のように、太陽光Ｌ２が太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄに対してなす角度が比較的大きい方向から採光口２１に入射する場合、太陽電池パネル３０を介して採光構造体２０内に取り込まれる光の光量が制限されることになる。
【００３９】
その一方で、夏季の太陽光Ｌ２のうち採光構造体２０に取り込まれなかった光は、その少なくとも一部が太陽電池パネル３０の受光面３１にて受光される。すなわち、太陽電池パネル３０が、夏季における太陽光の利用効率の低減を補償するように作用する。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、光を取り込むための採光口２１が設けられた採光構造体２０と、太陽電池パネル３０と、を備え、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１の方が、第１方向ｄ１よりも上方側に傾斜した第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２よりも、採光構造体２０に取り込まれる光量が大きい。このような形態によれば、太陽の高度が低い冬季において採光口２１から多くの光を積極的に取り込み、室内を明るく且つ暖かく保つ一方で、太陽の高度が高い夏季において採光口２１から取り込む光を制限し、室温の上昇及び室内の眩しさを抑制することができる。
【００４１】
その上、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２のうち採光構造体２０に取り込まれなかった光の少なくとも一部が、太陽電池パネル３０に入射する。このため、太陽電池パネル３０が、夏季において採光構造体２０に取り込まれなかった光の少なくとも一部を受光して、太陽光の利用効率の低減を補償するように作用する。これらの結果、光を取り込むことを抑えた状態であっても光の利用効率が低下し難い採光システム１０が実現される。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１のうち採光構造体２０に取り込まれなかった光の少なくとも一部も、太陽電池パネル３０に入射する。この場合、太陽の高度が低い冬季において採光口２１に向かう光を多く取り込むだけでなく、取り込まれなかった光を発電にも利用することができる。このため、本実施の形態の採光システム１０によれば、太陽の高度が低い冬季において採光口２１に向かう光を極めて効率よく利用することができる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、太陽電池パネル３０は、光透過性をもち、採光口２１を覆うように設けられている。光透過性をもつ太陽電池パネル３０が採光口２１を覆うことで、採光口２１に異物が混入すること等を妨げることができる。このため、採光口２１を保護するために別個の保護部材を設ける必要がなくなるため、採光システム１０を構成する部品点数の削減に寄与する。また、冬季において採光口２１から多くの光を積極的に取り込む一方で、夏季において採光口２１から取り込む光を効果的に制限する観点から、太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄが第１方向ｄ１となす角度の大きさα１は、当該太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄが第２方向ｄ２となす角度の大きさα２よりも小さいのがよい。
【００４４】
≪変形例≫
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
【００４５】
上述した実施の形態では、図１に示すように、採光構造体２０が、建物１の天井３に設置された例を示したが、採光構造体２０の配置は、このような例に限定されない。図３に、採光構造体２０の他の設置例を示す。
【００４６】
図３に示す採光構造体２０では、建物１の壁３から導光部材２２が延び出して、当該延び出した先端に採光口２１が設けられている。採光口２１は、上述の光透過性をもつ太陽電池パネル３０で覆われている。そして、採光口２１から採光された光は、導光部材２２を介して部屋２に導かれるようになっている。
【００４７】
≪第２の実施の形態≫
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、第２の実施の形態による採光システム１０が取り付けられた建物１を模式的に示す縦断面図であり、図５は、図４に示す採光システム１０の要部を示す縦断面図である。図４及び図５を参照して説明する第２の実施の形態は、太陽電池パネル３０の形態が異なるが、その他の構成は、第１の実施形態およびその変形例と同様に構成することができる。第２の実施の形態に関する以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した第１の実施の形態およびその変形例と同様に構成され得る部分について、上述の第１の実施の形態およびその変形例における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
【００４８】
図４及び図５に示すように、不透過性の複数の太陽電池パネル３０が、採光口２１に対向する位置で間隔を空けて配列されている。各太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄが第１方向ｄ１となす角度α１の大きさは、当該太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄが第２方向ｄ２となす角度α２の大きさよりも大きい。受光面３１は、正面方向からくる光つまり法線方向ｎｄとなす角度が小さい光ほど受光し易いことから、第１方向ｄ１から向かってくる光よりも第２方向ｄ２から向かってくる光を受光し易くなる。すなわち、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量は、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量よりも低くなる。
【００４９】
さらに、複数の太陽電池パネル３０を上方からみたときに、互いに重ならずにずれている。図５に示す例では、複数の太陽電池パネル３０を上方からみたときに、下方に位置する太陽電池パネル３０ほど採光口２１から離間するようにずれて配置されている。なお、複数の太陽電池パネルの長さが異なる配置も可能であり、その場合は、太陽電池パネルの中心位置をずらして配置すると考えればよい。
【００５０】
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００５１】
冬季あるいは朝や夕方の時間帯において、太陽の高度は低い。上述のように、採光口２１を覆う太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄは、冬至の南中時において太陽光の降り注ぐ方向となる第１方向ｄ１に直交している。このため、冬季の太陽光Ｌ１は、太陽電池パネル３０の受光面３１にある程度沿った方向から採光口２１に向かう。図５に示すように、太陽光Ｌ１が太陽電池パネル３０の受光面３１に沿った方向から採光口２１に入射する場合、多くの光が隣り合う２つの太陽電池パネル３０の間を通過して採光口２１から採光構造体２０内に進入する。採光構造体２０内に進入した太陽光Ｌ１は、導光部材２２内を部屋２に向かって導光された後に拡散板２４にて拡散されて、部屋２内をむらなく照明する。なお、採光口２１に向かう冬季の太陽光Ｌ１は、太陽電池パネル３０の受光面３１にはほとんど受光されない。
【００５２】
一方、夏季の昼間の時間帯においては、太陽の高度は高い。上述のように、採光口２１を覆う太陽電池パネル３０の受光面３１への法線方向ｎｄは、夏至の南中時において太陽光の降り注ぐ方向となる第２方向ｄ２となす角度α２が比較的小さい。このため、採光口２１に向かう夏季の太陽光Ｌ２は、太陽電池パネル３０の受光面３１に正面方向から向かっていき当該受光面３１にて遮られ易くなる。太陽電池パネル３０の受光面３１に遮られなかった光は、隣り合う２つの太陽電池パネル３０の間を通過して採光口２１から採光構造体２０内に進入する。つまり、採光口２１に向かう夏季の太陽光Ｌ２の少なくとも一部が太陽電池パネル３０の受光面３１にて受光され発電に利用される一方で、残りの光が採光構造体２０内に取り込まれる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態によれば、光を取り込むための採光口２１が設けられた採光構造体２０と、太陽電池パネル３０と、を備え、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１の方が、第１方向ｄ１よりも上方側に傾斜した第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２よりも、採光構造体２０に取り込まれる光量が大きい。このような形態によれば、太陽の高度が低い冬季において採光口２１から多くの光を積極的に取り込み、室内を明るく且つ暖かく保つ一方で、太陽の高度が高い夏季において採光口２１から取り込む光を制限し、室温の上昇及び室内の眩しさを抑制することができる。
【００５４】
その上、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２のうち採光構造体２０に取り込まれなかった光の少なくとも一部が、太陽電池パネル３０に入射する。このため、太陽電池パネル３０が、夏季において採光構造体２０に取り込まれなかった光の少なくとも一部を受光して、太陽光の利用効率の低減を補償するように作用する。これらの結果、光を取り込むことを抑えた状態であっても光の利用効率が低下し難い採光システム１０が実現される。
【００５５】
また、本実施の形態によれば、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量は、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量よりも低い。このような形態によれば、採光構造体２０に取り込まれ易い第１方向ｄ１から向かってくる光よりも、採光構造体２０に取り込まれ難い第２方向ｄ２から向かってくる光を、太陽電池パネル３０で積極的に受光することができる。このため、採光構造体２０に取り込まれ難い第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２の利用効率の低下を太陽電池パネル３０にて補償することができ、結果として、入射方向の変動による太陽光の利用効率の変動を抑えることができる。
【００５６】
また、本実施の形態によれば、複数の太陽電池パネル３０を上方からみたときに、下方に位置する太陽電池パネル３０ほど採光口２１から離間するようにずれて配置されている。この場合、各太陽電池パネル３０に入射すべき光が、当該太陽電池パネル３０よりも相対的に上方に位置する太陽電池パネル３０に遮られてしまうことを抑制することができる。結果として、太陽電池パネル３０を効率よく利用することが可能となる。
【００５７】
なお、図４に示す例では、複数の太陽電池パネル３０が、導光部材２２外の採光口２１に対向する位置に配列された例を示したが、このような例に限定されない。複数の太陽電池パネル３０は、導光部材２２内の採光口２１に対向する位置に配列されていてもよい。
【００５８】
≪第３の実施の形態≫
次に、図６及び図７を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は、第３の実施の形態による採光システム１０が取り付けられた建物１を模式的に示す縦断面図であり、図７は、図６に示す採光システム１０の要部を示す縦断面図である。図６及び図７を参照して説明する第３の実施の形態は、太陽電池パネル３０の配置及び採光口２１を覆うように採光部材２５が設けられている点が異なるが、その他の構成は、第１の実施形態およびその変形例と同様に構成することができる。
【００５９】
図６及び図７に示すように、採光口２１を覆うように採光部材２５が設けられている。採光部材２５は、冬季の間、季節や時間帯に応じて入射方向が変動する光を安定して取り込むために設けられている。図７に示す採光部材２５は、互いに対向する第１面２６及び第２面２７を有する採光パネルからなる。第１面２６は、外方に面し、採光構造体２０の入光面として機能する。一方、第２面２７は、導光部材２２内に面し、第２面２７を透過した光が導光部材２２内を案内されていく。
【００６０】
図７に示すように、第１面２６は、複数の傾斜面２６ａと、隣り合う２つの傾斜面２６ａを接続する接続面２６ｂと、を含んでいる。傾斜面２６ａは、入射する光に対して光学作用を及ぼして入射する光の光路を調整することが期待された面である。一方、接続面２６ｂは、入射する光の光路を積極的に調整することが期待されていない面である。
【００６１】
図７に示す例では、第１方向ｄ１を含む或る角度範囲から傾斜面２６ａに入射する光Ｌ１１は、当該傾斜面２６ａ及び第２面２７を透過して導光部材２２内を進行していく。その一方で、第２方向ｄ２を含む別の角度範囲から傾斜面２６ａに入射する光Ｌ１２は、当該傾斜面２６ａを透過して第２面２７にて全反射する。したがって、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１の方が、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２よりも、採光構造体２０に取り込まれる光量が大きくなる。
【００６２】
複数の傾斜面２６ａと複数の接続面２６ｂとは、第２面２７に平行な面内を延びる一軸方向ｄ３に交互に並べられている。本実施の形態において、一軸方向ｄ３は、鉛直方向に一致する。各傾斜面２６ａ及び各接続面２６ｂは、第２面２７に平行な面内において、一軸方向ｄ３と交差する方向、より厳密には、一軸方向ｄ３と直交する他軸方向（図７において紙面の表裏方向）に直線状に延びている。本実施の形態において、他軸方向は、水平方向に一致する。
【００６３】
各傾斜面２６ａは、採光パネル２１の第２面２７に対して傾斜し、第２面２７への法線方向ＮＤに対しても傾斜している。すなわち、各傾斜面２６ａは、第２面２７及び法線方向ＮＤのいずれとも非平行になっている。図７に示す例では、傾斜面２６ａは、一軸方向ｄ１において一側となる上方に位置する一端部Ｅ１が、一軸方向ｄ１において他側となる下方に位置する他端部Ｅ２よりも第２面２７に近接するように傾斜している。一方、接続面２６ｂは、第２面２７への法線方向ＮＤに概ね沿っている。
【００６４】
さて、第１面２６と共に採光部材２５の表面を構成する第２面２７は、傾斜面２６ａから採光パネル２１に取り込まれた光を選択的に反射または透過させるよう構成されている。本実施の形態の第２面２７は、鉛直方向に平行になるように配置されている。また、第２面２７は、平滑面として形成されている。なお、本明細書でいう「平滑」とは、光学的な意味合いでの平滑を意味するものである。すなわち、ここでは、或る程度の割合の可視光帯域の透過光が、スネルの法則を満たしながら屈折するようになる程度を意味している。したがって、例えば、第２面２７の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳＢ０６０１）が最短の可視光波長（０．３８μｍ）以下となっていれば、十分、平滑に該当する。
【００６５】
第２方向ｄ２を含む角度範囲から採光口２１に向かう光Ｌ１２は、採光部材２５の第２面２７にて反射して第１面２６から出射していく。この第２面２７にて反射し第１面２６から出射した光Ｌ１２は、太陽電池パネル３０にて受光されることが意図されている。本実施の形態の太陽電池パネル３０は、採光部材２５の下部に対向するような位置に設置されている。そして、太陽電池パネル３０の受光面３１は、第２方向ｄ２を含む角度範囲から採光口２１に向かい採光部材２５にて反射した光Ｌ１２を正面方向から受光するようになっている。
【００６６】
このような太陽電池パネル３０の配置によれば、各太陽電池パネル３０の受光面３１は、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光よりも第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光を受光し易くなる。すなわち、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量は、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量よりも低くなる。
【００６７】
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００６８】
冬季あるいは朝や夕方の時間帯において、太陽の高度は比較的低い。上述のように、採光部材２５の第２面２７は、鉛直方向に平行に設置されている。このため、太陽光Ｌ１１は、第２面２７への法線方向ＮＤに対してなす角度が比較的小さい方向から採光部材２５に入射する。図７に示すように、第１方向ｄ１を含む或る角度範囲から太陽光Ｌ１１が傾斜面２６ａに入射する場合、傾斜面２６ａに入射した太陽光Ｌ１１は、傾斜面２６ａ及び第２面２７を通過して導光部材２２内を進行していく。導光部材２２内を進行する太陽光は、建物１の部屋２に導かれ、導光部材２２の端部に取り付けられた拡散板２４で拡散されて部屋２内をむらなく照明する。
【００６９】
夏季の昼間の時間帯においては、太陽の高度は比較的高い。このため、太陽光Ｌ１２は、第２面２７への法線方向ＮＤに対してなす角度が比較的大きい方向から採光部材２５に入射する。図７に示すように、とりわけ、第２方向ｄ２を含む別の角度範囲から太陽光Ｌ１２が傾斜面２６ａに入射する場合、傾斜面２６ａに入射した太陽光Ｌ１２は、第２面２７にて全反射してしまい導光部材２２内を進行していくことができない。このため、夏季の昼間の時間帯においては、採光口２１に向かう光Ｌ１２の多くは、第２面２７にて反射して太陽電池パネル３０の受光面３１にて受光される。
【００７０】
以上のように、本実施の形態によれば、光を取り込むための採光口２１が設けられた採光構造体２０と、太陽電池パネル３０と、を備え、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１の方が、第１方向ｄ１よりも上方側に傾斜した第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２よりも、採光構造体２０に取り込まれる光量が大きい。このような形態によれば、太陽の高度が低い冬季において採光口２１から多くの光を積極的に取り込み、室内を明るく且つ暖かく保つ一方で、太陽の高度が高い夏季において採光口２１から取り込む光を制限し、室温の上昇及び室内の眩しさを抑制することができる。
【００７１】
その上、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２のうち採光構造体２０に取り込まれなかった光の少なくとも一部が、太陽電池パネル３０に入射する。このため、太陽電池パネル３０が、夏季において採光構造体２０に取り込まれなかった光の少なくとも一部を受光して、太陽光の利用効率の低減を補償するように作用する。これらの結果、光を取り込むことを抑えた状態であっても光の利用効率が低下し難い採光システム１０が実現される。
【００７２】
また、本実施の形態によれば、第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量は、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２が太陽電池パネル３０に取り込まれる光量よりも低い。このような形態によれば、採光構造体２０に取り込まれ易い第１方向ｄ１から向かってくる光よりも、採光構造体２０に取り込まれ難い第２方向ｄ２から向かってくる光を、太陽電池パネル３０で積極的に受光することができる。このため、採光構造体２０に取り込まれ難い第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２の利用効率の低下を太陽電池パネル３０にて補償することができ、結果として、入射方向の変動による太陽光の利用効率の変動を抑えることができる。
【００７３】
また、本実施の形態によれば、採光口２１を覆うように採光部材２５が設けられており、採光部材２５は、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２を第１方向ｄ１から採光口２１に向かう光束Ｌ１よりも高い反射率で反射し、太陽電池パネル３０は、第２方向ｄ２から採光口２１に向かい採光部材２５にて反射した光を受光するような位置に、設置されている。このような形態によれば、第２方向ｄ２から採光口２１に向かい採光部材２５にて反射した光を太陽電池パネル３０で積極的に受光することができる。結果として、第２方向ｄ２から採光口２１に向かう光束Ｌ２の利用効率を高めることができ、入射方向の変動による太陽光の利用効率の変動を抑えることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０  採光システム
２０  採光構造体
２１  採光口
２２  導光部材
２５  採光部材
２６  第１面
２６ａ  傾斜面
２６ｂ  接続面
２７  第２面
３０  太陽電池パネル
３１  受光面
ｄ１  第１方向
ｄ２  第２方向
Ｌ１、Ｌ２  光束
【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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