(57)【要約】      （修正有）【課題】コストを低く抑えるとともに高い集光効率を達成し、太陽光発電装置または太陽熱発電装置に用いることのできるトラフ型反射鏡を提供する。【解決手段】トラフ型反射鏡１０は、断面放物線状の曲面部を有するＤ字状フレーム２０と、Ｄ字状フレームとＤ字状フレームの各曲面部同士を連結する複数の連結フレーム３０と、Ｄ字状フレームのそれぞれの前記曲面部および前記複数の連結フレームに、両端部および平面部がそれぞれ接続される略方形の反射板４０とを少なくとも備え、Ｄ字状フレームが、帯状板２２と、前記帯状板の略中心部分から立設された立設構造体２４と、立設構造体とは垂直に交わるように配設された複数の水平構造体２６とを備え、前記複数の水平構造体の各々の両端部および前記立設構造体の基端部によって、前記帯状板が支えられ、前記帯状板によって前記Ｄ字状フレームの曲面部が構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射板を利用して太陽光を集光する集光式トラフ型太陽光発電装置または集光式トラフ型太陽熱発電装置に用いられるトラフ型反射鏡であって、
前記トラフ型反射鏡は、
断面放物線状の曲面部を有するＤ字状フレームと、
前記Ｄ字状フレームを所定間隔離間して設け、前記Ｄ字状フレームとＤ字状フレームの各曲面部同士を連結する複数の連結フレームと、
前記Ｄ字状フレームのそれぞれの前記曲面部および前記複数の連結フレームに、両端部および平面部がそれぞれ接続される略方形の反射板と、
を少なくとも備え、
前記Ｄ字状フレームが、
帯状板と、
前記帯状板の略中心部分から立設された立設構造体と、
前記立設構造体とは垂直に交わるように配設された複数の水平構造体と、
を備え、
前記複数の水平構造体の各々の両端部および前記立設構造体の基端部によって、前記帯状板が支えられ、前記帯状板によって前記Ｄ字状フレームの曲面部が構成されていることを特徴とするトラフ型反射鏡。
【請求項２】
前記Ｄ字状フレームを構成する前記複数の水平構造体の端部に、前記連結フレームの端部が接続されていることを特徴とする請求項１に記載のトラフ型反射鏡。
【請求項３】
前記反射板が複数の反射分割体から構成され、隣合う前記反射分割体同士が、連結用帯状板によって連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトラフ型反射鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光式トラフ型太陽光発電装置または集光式トラフ型太陽熱発電装置に好適に用いられるトラフ型反射鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーを用いた発電装置には、太陽光を半導体基板に照射して光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池を用いた「太陽光発電装置」や、太陽光を照射して例えばスターリングエンジンの集熱部の温度を所定の温度に加熱しピストンを駆動して発電したり、または太陽熱で熱媒体を加熱して高温の水蒸気を発生させ蒸気タービンによって発電する、いわゆる「太陽熱発電装置」などがある。
【０００３】
これまで水力発電、火力発電、原子力発電などと、一般的には発電の元になるエネルギー源を区分して発電方式としてきたが、太陽エネルギーだけは歴史的に「太陽光発電」と「太陽熱発電」が区分されて使用されている場合が多い。
【０００４】
本明細書中では、「太陽光発電」と「太陽熱発電」の区別が特に必要なく、単に太陽エネルギーを使った発電とする場合には、他の発電方式に準じ、従来からある太陽光発電と太陽熱発電の全てを総称して「太陽力発電」と称する。また「太陽光」と「太陽熱」を総称して「太陽力」と称する。
【０００５】
近年、世界的なエネルギー消費量増大に伴う二酸化炭素の空気中への放出量の増大などを抑止するため、二酸化炭素の放出を伴わない太陽エネルギーを利用した発電装置への期待が高まっている。太陽エネルギーは、１平方メートル当たり１ＫＷのエネルギーが照射されており、その有効利用は極めて重要である。
【０００６】
太陽力の利用形態としては、発電して電気エネルギーとして利用する他に、太陽熱温水器などとしての利用も活発に行われている。太陽電池として利用する場合の利用効率は、現在、最も普及しているシリコン半導体を使った場合２０％程度であるのに対し、温水器として使用する場合の利用効率は５０％近くに達する。したがって、電気として利用する場合よりも温水として利用する場合の方が利用効率としては高い。
【０００７】
しかしながら利用形態としては電気エネルギーとして利用する方が好都合である場合が多いので、最近はできるだけ安価に効率良く電気エネルギーとして利用可能な方式の開発が進められている。
【０００８】
それでも折角の太陽力を効率良く利用する形態として、同じ装置を使って、電気エネルギーとして利用するのと同時に熱エネルギーとしても利用可能であれば、最も効率の良い利用機器となることは自明である。
【０００９】
従来より、太陽光発電装置や太陽熱発電装置は、日本国内はもとより世界中で多くの方式が提案され、世界各地に実証装置や実験装置などが設けられ、一部では商業的利用も開始されている。
【００１０】
ところで太陽光を利用する太陽電池の原料として、結晶シリコンやアモルファスシリコン、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ化物）やＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）などの無機化合物、有機色素や導電性ポリマーなどの有機化合物などが検討されている。
【００１１】
それぞれ変換効率、製造コスト、耐候性など様々な観点から実用化の検討が進められており、中でもシリコンを使用する太陽電池は、世界中で市販されている太陽電池の９０％以上を占有しており最も多用されている。
【００１２】
なお、太陽光発電装置では、太陽光を効率良く電気エネルギーに変換できる高性能で安価な太陽電池（ソーラーパネル）が必要である。しかしながら太陽電池の元となる半導体基板の製造コスト、および半導体基板を組み込んだモジュールの製造コストは割高である。さらに太陽光発電装置では、高効率発電を可能にするために太陽追跡装置が用いられる場合が多いが、この太陽追跡装置は割高であり、発電コストを押し上げる要因となってしまっている。
【００１３】
このため太陽光発電は、水力発電や火力発電などの他の発電方式と比べてコスト高となっている。
発電コスト削減には、太陽電池の元となる半導体基板およびこれを組み込んだモジュールの製造コスト削減と、変換効率の向上が有効であることは無論であるが、他に安価な集光システムを開発し、少ない半導体基板で大量の発電を可能とし発電コストを大幅に削減する方策も有力である。
【００１４】
このような方式は「集光式」と呼ばれ、世界各国で精力的に高効率な集光システムの開発が進められている。半導体基板に数百倍に集光した大量の光エネルギーを照射すると変換効率が高くなり、大量の電力を得ることが可能となるからである。
【００１５】
但し、一般的に半導体基板は基板温度が上がると変換効率が劣化してしまうので、高密度の光照射下においても基板温度を効果的に冷却して変換効率の劣化を抑止する手段が求められる。
【００１６】
一方、太陽光を反射鏡で集光して効率的に発電するいわゆる「集光式太陽熱発電装置」が様々に開発されている。高いタワーの上に集熱部を設け、この集熱部に向かって多数の反射鏡で太陽光を集光して高熱を得るタワー式、雨樋型（トラフ型）の反射鏡で集光し、反射鏡による焦点位置に配置された集熱管中の熱媒体を加熱するトラフ式など、様々な方式が知られている。
【００１７】
タワー式については、日周運動を繰り返す太陽を正確に追跡しなければならず、多数の反射鏡を配置する必要があるにも関わらず、太陽の位置との相対関係で利用効率が極端に低くなってしまう時間帯が発生してしまい、全体としての効率は高くならない致命的欠陥がある。
【００１８】
トラフ式については、最も効率を高くできると期待され、実用化に向けた大規模発電所の設置も進んでいる。
一般的に生産コスト削減には、装置を大型化して単価を下げる手段が有力である。大型装置では、大型のトラフ型反射鏡で大量の太陽光を集め、これを半導体基板に照射することで太陽光の密度を数百倍に変換でき、高効率な発電が可能となる。したがって、発電コストを大幅に削減することができる。
【００１９】
しかしながら、単にトラフ型反射鏡を大型化すると、重量が過大となりトラフ型反射鏡を支える支持体の設置費用や運搬費用が嵩んでしまい、結果的に発電コストが増加してしまうことが考えられる。
【００２０】
したがって、各構成要素の軽量化や製造コストの抑制が、発電コストの削減には非常に重要である。
現状、大型のトラフ型反射鏡を製造する際には、まず大型の放物面架台を製造しておき、これに高反射板を貼り付ける方法が採られている。
【００２１】
高反射板として、ガラス板を用いることができるが、ガラス板は重量も重く破損し易いため、大型のトラフ型反射鏡には、軽量で変形に強い反射板が好適である。
しかしながらこのような反射板を用いたトラフ型反射鏡であっても、大型になれば全体の重量は増加することとなる。この重量を支え、正確な放物面を維持するためには、放物面架台を高強度な構造としなければならない。
【００２２】
その結果、トラフ型反射鏡の製造コストが嵩み、発電コストの低減に寄与しないばかりか逆にコスト高となってしまっていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、このような現状に鑑み、製造コスト，設置コスト，メンテナンスコストを低く抑えるとともに高い集光効率を達成することができ、集光式トラフ型太陽光発電装置または集光式トラフ型太陽熱発電装置に好適に用いることのできるトラフ型反射鏡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】
【００２４】
本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、
本発明のトラフ型反射鏡は、
反射板を利用して太陽光を集光する集光式トラフ型太陽光発電装置または集光式トラフ型太陽熱発電装置に用いられるトラフ型反射鏡であって、
前記トラフ型反射鏡は、
断面放物線状の曲面部を有するＤ字状フレームと、
前記Ｄ字状フレームを所定間隔離間して設け、前記Ｄ字状フレームとＤ字状フレームの各曲面部同士を連結する複数の連結フレームと、
前記Ｄ字状フレームのそれぞれの前記曲面部および前記複数の連結フレームに、両端部および平面部がそれぞれ接続される略方形の反射板と、
を少なくとも備え、
前記Ｄ字状フレームが、
帯状板と、
前記帯状板の略中心部分から立設された立設構造体と、
前記立設構造体とは垂直に交わるように配設された複数の水平構造体と、
を備え、
前記複数の水平構造体の各々の両端部および前記立設構造体の基端部によって、前記帯状板が支えられ、前記帯状板によって前記Ｄ字状フレームの曲面部が構成されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明のトラフ型反射鏡は、極めて簡単な構造で高精度な断面放物線状を作成可能としたものであるため、製造コストを大幅に削減でき、これを用いた太陽光発電および太陽熱発電の総コストを大幅に削減することができる。
【００２６】
また、本発明のトラフ型反射鏡は、
前記Ｄ字状フレームを構成する前記複数の水平構造体の端部に、前記連結フレームの端部が接続されていることを特徴とする。
このように構成されていれば、立設構造体と水平構造体と連結フレームとで強固な骨組み構造を得ることができる。
【００２７】
また、本発明のトラフ型反射鏡は、
前記反射板が複数の反射分割体から構成され、隣合う前記反射分割体同士が、連結用帯状板によって連結されていることを特徴とする。
【００２８】
このように構成されていれば、例えば連結用帯状板の一部が破損した場合に容易に交換ができ、メンテナンス性が良好である。また分解時における全体の大きさを小さくすることができるため、搬送に要するコストを抑えることもできる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、上記した構成を有することで、製造コスト，設置コスト，メンテナンスコストを低く抑えるとともに高い集光効率を達成することができ、集光式トラフ型太陽光発電装置または集光式トラフ型太陽熱発電装置に好適に用いることのできるトラフ型反射鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明のトラフ型反射鏡の実施形態を説明するための概略斜視図である。
【図２】図２は、図１に示したトラフ型反射鏡のＡ−Ａ線による断面図である。
【図３】図３は、本発明のトラフ型反射鏡の製造手順を説明するための斜視図である。
【図４】図４は、本発明のトラフ型反射鏡の製造手順を説明するための斜視図である。
【図５】図５は、本発明のトラフ型反射鏡の製造手順を説明するための斜視図である。
【図６】図６は、本発明のトラフ型反射鏡の他の実施形態を説明するための概略斜視図である。
【図７】図７は、本発明のトラフ型反射鏡の反射分割体の連結構造について説明するための説明図である。
【図８】図８は、本発明のトラフ型反射鏡の反射分割体の連結構造に帯状反射板を追加した状態を説明するための説明図である。
【図９】図９は、本発明のトラフ型反射鏡を用いた集光式トラフ型太陽熱発電装置の概略斜視図である。
【図１０】図１０は、図９に示した集光式トラフ型太陽熱発電装置のＢ−Ｂ線による断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
本発明のトラフ型（雨樋型）反射鏡は、太陽光を効率良く集光するためのものである。
なお本実施例では、本発明のトラフ型反射鏡を用いて太陽光を効率良く集光し、トラフ型反射鏡の焦点位置に設置された太陽電池で効率良く発電を行う集光式トラフ型太陽光発電装置を例として説明を行う。
【００３２】
＜トラフ型反射鏡１０＞
図１および図２に示したように、本発明のトラフ型反射鏡１０は、断面放物線状の曲面部２８を有するＤ字状フレーム２０と、このＤ字状フレーム２０を所定間隔離間して設け、Ｄ字状フレーム２０とＤ字状フレーム２０の各曲面部２８同士を連結する複数の連結フレーム３０と、Ｄ字状フレーム２０のそれぞれの曲面部２８および複数の連結フレーム３０に、両端部および平面部の一部がそれぞれ接続される略方形の反射板４０と、を少なくとも備えてなるものである。
【００３３】
反射板４０は、その厚みが０．３〜０．５ｍｍ程度であることが好ましい。
Ｄ字状フレーム２０は、帯状板２２と、帯状板２２の略中心部分から立設された立設構造体２４と、立設構造体２４とは垂直に交わるように配設された複数の水平構造体２６とを備えてなるものである。帯状板２２としては、幅が３〜５ｃｍ程度、厚さが２〜５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００３４】
そして、複数の水平構造体２６の各々の両端部および立設構造体２４の基端部によって帯状板２２が支えられ、この帯状板２２によってＤ字状フレーム２０の曲面部２８が構成され、この曲面部２８によって、反射板４０の反射面の曲率が規定されるようになっている。
【００３５】
このようにしてなるトラフ型反射鏡１０は、構造が極めて簡素化されており、また構成する部品点数が少ないため、トラフ型反射鏡１０に要する製造コストを従来より大幅に下げることができる。
【００３６】
ここで反射板４０の材質としては、太陽光を効率良く反射できる金属であれば特に限定されず、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの金属や、これらの金属を含む合金などを用いることができる。なお、製造コストを削減するうえでは、アルミニウムを用いることが好ましい。
【００３７】
さらに反射板４０の表面（太陽光の反射面）は、高反射性能を発現できるように、例えば、化学研磨や電解研磨などの表面処理を施すことが好ましい。
一方、立設構造体２４および水平構造体２６の材質としては、高い強度を有する材質であれば特に限定されず、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの金属や、これらの金属を含む合金などを用いることができる。なお、製造コストを削減するうえでは、アルミニウムを用いることが好ましい。
【００３８】
このようなトラフ型反射鏡１０は、製造コスト，設置コスト，メンテナンスコストを低く抑えることができるとともに、高い集光効率を達成することのできるものである。
次にこのようなトラフ型反射鏡１０の製造手順について説明する。
【００３９】
＜トラフ型反射鏡１０の製造手順＞
まず図３に示したように、Ｄ字状フレーム２０を所定間隔離間して設ける。
次いで図４に示したように、Ｄ字状フレーム２０とＤ字状フレーム２０の各曲面部２８同士を、それぞれ連結フレーム３０で連結する。具体的には、複数の水平構造体２６の端部と連結フレーム３０の端部、立設構造体２４の端部と連結フレーム３０の端部とを接続した骨組みを形成する。
【００４０】
今度は図５に示したように、図４で形成された骨組みの上に、略方形の反射板４０を配設する。反射板４０は、ちょうどＤ字状フレーム２０とＤ字状フレーム２０の間に嵌るように寸法が規定されたものである。
【００４１】
この反射板４０を図４で形成された骨組みの上に重ね、骨組みと反射板４０とを固定することにより図１に示したトラフ型反射鏡１０が得られる。
なお、トラフ型反射鏡１０の反射板４０は、図６に示したように複数の反射分割体４２を連結したものであっても良いものである。各反射分割体４２の幅は、例えば１００〜１５０ｃｍ程度であることが好ましい。
【００４２】
反射分割体４２同士の連結方法については特に限定されるものではないが、例えば図７に示したように、連結用帯状板５０を介して連結することが好ましい。
この場合、連結用帯状板５０で反射分割体４２と反射分割体４２とを直接的に連結してしまうのではなく、連結用帯状板５０と押さえ部材５４との間に座金５２を設け、これを締結部材５６で締め付け、座金５２によって形成された隙間内に、反射分割体４２が位置するようにすることが好ましい。
【００４３】
つまり、反射分割体４２は昼間の高温時には熱膨張し、寸法が変化することとなるため、直接的に互いを固定してしまうことなく、ある程度の隙間を設けて連結するようにすることが好ましい。
【００４４】
なお、連結用帯状板５０を用いた場合には、押さえ部材５４の面積分だけ太陽光の集光効率が低下することとなるため、図８に示したようにこの押さえ部材５４の上に新たに帯状反射板５８を設け、帯状反射板５８の部分でも太陽光の集光ができるようにすることが好ましい。帯状反射板５８は、上記した反射板４０と同材質のものを用いることができる。
【００４５】
このように本発明のトラフ型反射鏡１０は、上記した構成を有することにより、製造コスト，設置コスト，メンテナンスコストを低く抑えることができるとともに高い集光効率を達成することができる。したがって、集光式トラフ型太陽光発電装置または集光式トラフ型太陽熱発電装置に好適に用いることができる。
次にこのトラフ型反射鏡１０を備えて成る集光式トラフ型太陽熱発電装置８０について説明する。
【００４６】
＜集光式トラフ型太陽熱発電装置８０＞
図９および図１０に示したように、本発明のトラフ型反射鏡１０を備えて成る集光式トラフ型太陽熱発電装置８０は、上記した断面放物線状のトラフ型反射鏡１０と、このトラフ型反射鏡１０による太陽光の焦点位置に設置され、内部に熱媒体が流される集熱管７０と、この集熱管７０の上からトラフ型反射鏡１０をすっぽりと覆う透明フィルム６０と、を少なくとも備えている。
【００４７】
このような集光式トラフ型太陽熱発電装置８０は、例えばトラフ型反射鏡１０によって集光された太陽光による太陽熱で集熱管７０内の熱媒体を加熱して高温の水蒸気を発生させ、蒸気タービンを回して発電するものである。
【００４８】
なお、本実施形態による集光式トラフ型太陽熱発電装置８０では透明フィルム６０が配設されており、これによりトラフ型反射鏡が外気によって汚染し発電効率が低下してしまうことを防止することができる。透明フィルム６０を設置する際には、透明フィルム６０を撓み無く貼るための支持体６２を設ければ良い。
【００４９】
このような透明フィルム６０は外気によって汚れ、次第に透過率が劣化するので、ある程度の劣化が見られたら新品に交換して常に高い透過率を維持することが好ましい。
透明フィルム６０の材質としては、透光性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、アクリルフィルム、アイオノマー（ＩＯ）フィルム、ポリエチレン（ＰＥ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）フィルム、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）フィルム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム、ポリプロピレンフィルム（ＰＰ）フィルム、ポリカーボネート（ＰＣ）フィルム、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）フィルム、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）フィルムなどを用いることができる。
【００５０】
また集熱管７０は、集熱効率を鑑みると金属製配管、具体的にはステンレス管、鉄管などが好適である。
熱媒体としては、例えば真水，雨水などを用いることが好ましい。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば上記した集光式トラフ型太陽熱発電装置８０以外に、集光式トラフ型太陽光発電装置にも本発明のトラフ型反射鏡１０を採用可能である。この場合には、トラフ型反射鏡１０の太陽光の集光部分に太陽電池を配設し、太陽光によるエネルギーを直接電力に変換するようにすれば良い。
【００５２】
さらに、トラフ型反射鏡１０の向きを太陽の位置に合わせて追跡する太陽追跡装置を別途設けても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０・・・トラフ型反射鏡
２０・・・Ｄ字状フレーム
２２・・・帯状板
２４・・・立設構造体
２６・・・水平構造体
２８・・・曲面部
３０・・・連結フレーム
４０・・・反射板
４２・・・反射分割体
５０・・・連結用帯状体
５２・・・座金
５４・・・押さえ部材
５６・・・締結部材
５８・・・帯状反射板
６０・・・透明フィルム
６２・・・支持体
７０・・・集熱管
８０・・・集光式トラフ型太陽熱発電装置
【図１】
2016114252.tif 000003
【図２】
2016114252.tif 000004
【図３】
2016114252.tif 000005
【図４】
2016114252.tif 000006
【図５】
2016114252.tif 000007
【図６】
2016114252.tif 000008
【図７】
2016114252.tif 000009
【図８】
2016114252.tif 000010
【図９】
2016114252.tif 000011
【図１０】
2016114252.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月8日(2013.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
本発明のトラフ型（雨樋型）反射鏡は、太陽光を効率良く集光するためのものである。