(57)【要約】      （修正有）【課題】広く普及されている汎用の平板型太陽電池を使用し、集光による発電効率を高めることによって、省スペースかつ設置が容易で、経済的に費用対効果の高い集光型太陽光発電装置を提供する。【解決手段】集光能力のある円もしくは楕円等の曲面を有する断面形状、もしくは同じく集光能力が認められる多角形等の断面形状を持つ、全部または一部が透明の柱状体Ａ１及び柱状体Ｂ３の内部に平板型太陽電池２を組み込み、これを鉛直または鉛直に近い状態で設置する。集光に関しては、ある程度収束すれば良いことを前提にし、最も光束が収束する位置よりも光源側に近い位置に平板型太陽電池２を設置し、時々刻々と変化する入射角を持った入射光が作る帯状の光束を、可能な限り平板型太陽電池２が捉えるように設計する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光能力のある円もしくは楕円等の曲面を有する断面形状、もしくは同じく集光能力が認められる多角形等の断面形状を持つ、全部または一部が透明の柱状体内部に平板型太陽電池を組み込んだ太陽光発電装置。
【請求項２】
〔請求項１〕の発電装置であって、受光率を高めるために、平板型太陽電池の受光面と正対する透明柱状体の内部表面を一つ以上の山もしくは谷によって波状に加工した太陽光発電装置。
【請求項３】
〔請求項１〕の発電装置であって、〔請求項２〕の波状加工の代わりに、逆ピラミッド形状等の受光率を高めるための表面加工が施された特殊な平板型太陽電池を、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）膜などを層として、柱状体内部平面に加熱圧着等で貼合させた太陽光発電装置。
【請求項４】
〔請求項２〕の発電装置であって、平板型太陽電池を使用する代わりに、〔請求項２〕の波状加工部分に塗布等の方法で固定可能な色素増感太陽電池等の別の光起電素材を使用した太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、集光型太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  一般的な太陽光発電設備に於いては、太陽光発電パネルが平置きに設置されるか、もしくは緯度の角度程度に傾斜させた状態で設置されるため、広い取り付け面積が必要である。また、太陽光発電パネルが平板で強固な板上に貼り付けられており、アルミフレーム等で補強されているため、太陽光発電パネル自体が重く、強風で飛ばないよう安全に設置するために、堅牢な架台が必要とされる。【０００３】  一方で、太陽光発電システムに使用する平板型太陽電池の量を減少させ、コスト削減と発電効率の向上をはかるために、平板型太陽電池の単位面積あたりの受光率を高める集光型太陽光発電システム（特許文献１、特許文献２参照）が提案されている。これらは、高効率であり、経済的有利な技術が望まれている。【０００４】  また、円柱形状を使った太陽光発電装置として、米ソリンドラ社は円筒型太陽光発電モジュール（特許文献３参照）を製品として販売している。日本国内においては、円筒型色素増感太陽電池（特許文献４参照）などが実用化に向けて開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１１０３９６
【特許文献２】特許第５２５０１１１号
【特許文献３】ＵＳ  ＰＡＴＥＮＴ  ７３９４０１６  Ｂ２
【特許文献４】特開２０１２−２５６４５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  一般的な太陽光発電設備に於いては、太陽光発電パネルが平置きに設置されるか、もしくは緯度の角度程度に傾斜させた状態で設置されるため、広い取り付け面積が必要である。このため、土地の有効利用の妨げになっている。土地を有効利用するためには、太陽光発電パネルを垂直に設置すれば良いが、太陽光発電パネルの単位面積当たりの発電効率が落ちると共に、風圧の影響を直に受けやすくなり、それを支える堅牢な構造物が別に必要となる欠点がある。【０００７】  また、太陽光発電パネルの単位面積当たりの発電効率を上げるために集光型太陽光発電システム（特許文献１、特許文献２参照）が提案されているが、これらは太陽を追尾する集光条件の良い状態を前提としており、別に追尾システム等が必要となり、高コストになりやすい。また、集熱によって平板型太陽電池の発電効率低下も懸念される。【０００８】  土地を有効利用し、太陽光発電パネル等装置を支持する架台を簡素化するためには、太陽光発電パネル等装置を、垂直に設置する柱状体とすることが望ましい。円柱状のものとしては、ＣＩＧＳ系の円筒型太陽光発電モジュール（特許文献３参照）が製品化されており、円筒型色素増感太陽電池（特許文献４参照）が実用化に向けて開発中であるが、これらは構造物としての強度が低いため、単体での設置には向かない。また、全方位に光起電素材を使うと、反射光などによる発電が期待できるが、その発電量は小さくコスト的に不利である。【０００９】  本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、広く普及されている汎用の平板型太陽電池を使用し、集光による発電効率を高めることによって、省スペースかつ設置が容易である、経済的に費用対効果の高い集光型太陽光発電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  平板型太陽電池を、全部または一部が透明な材質であり、曲面または此れと同等の効果を有する多角形断面の柱状体の内部に組み込み、この柱状体による光の屈折を用いて集光性能を高め、この柱状体を鉛直または鉛直に近い状態で使用する。【００１１】  また、従来の集光型太陽光発電システムは、焦点となる距離に近い位置に平板型太陽電池を設置して、平板型太陽電池の面積を極力小さいものにしようとするのに対し、本発明は、ある程度入射光が収束すれば良いことを前提とし、最も入射光が収束する位置よりも光源側に近い位置に平板型太陽電池を設置し、時々刻々と入射角を変化させる入射光が作る帯状の光束を可能な限り平板型太陽電池で捉えることを目的としており、集熱による平板型太陽電池の発電効率低下を軽減する。【００１２】  さらに、入射角の大きい入射光の反射を防ぎ、透過させて平板型太陽電池に受光させ発電効率を高めるために、平板型太陽電池の受光面と正対する柱状体の内部表面を、一つ以上の山もしくは谷によって波状に加工するなどの工夫を施すことも可能である。また、このような波状加工の代わりに、逆ピラミッド形状等の受光率を高めるための表面加工が施された「平板型太陽電池」を、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）膜などを層として、柱状体内部平面に加熱圧着等で貼合させることで同等の効果が得られる。
【発明の効果】
【００１３】  本発明によって、鉛直または鉛直に近い状態で設置する効率の良い太陽光発電装置を、一般的に普及されている平板型太陽電池を使用することによって、低コストで供給できる。また、太陽光発電パネルをそのまま鉛直に設置する場合と比較して、流体抵抗を小さくでき、構造も堅牢なため、強風による装置の破壊等の心配も軽減できる。さらに、本発明による集光型柱状太陽光発電装置は、下端や上端の一部もしくは両端を地中や建造物の中に埋めて固定することができ、固定するための架台を小さくすることが出来る。これにより、設置面積を小さくすることが可能であり、従来の太陽光発電設備では使用されなかった土地を有効活用することができ、経済的に優位である。【００１４】  本発明による「集光型柱状太陽光発電装置」は、支柱として利用できるため、平板型太陽電池の裏側に存在する柱内部の空間に蓄電池等を埋め込み、支柱の上部もしくは下部に、電灯や発信機または信号等の交通標識などを取り付け、災害時等の停電時に非常用電源として利用できる。また、携帯電話等の充電ステーションとして街中に設置しても、視覚や通行の邪魔にならないものとして有効である。たとえば、屋外の階段やスロープの手すりに置き換えるなど、鉛直としない設置方法も考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。【００１６】  図１〜図５は本発明の一様態であり、断面を円とした場合である。図１に示すように、柱状体Ａ（図１−１）と柱状体Ｂ（図１−３）を接合し、その間に平板型太陽電池（図１−２）を柱状体Ａ（図１−１）に加熱圧着等の固定法を用いて組み込む。柱状体Ａ（図１−１）の素材は、中に白濁の無い透明度の高いものが望ましく、屈折率は、おおよそ１．４〜１．９の範囲にあるものとする。【００１７】  柱状体Ａ（図１−１）と柱状体Ｂ（図１−３）の大きさであるが、柱状体Ａ（図１−１）に時々刻々と変化する様々な角度で入射する光が柱状体Ａ（図１−１）の界面で屈折することによって収束し、可能な限り効率よく平板型太陽電池（図１−２）に受光されるように設計されるべきものである。【００１８】  たとえば、図２に示すように、これは入射光の水平成分の入射角が０°の場合であるが、平板型太陽電池（図２−２）は円柱が受ける光のほぼ１００％を受光している。図３は、入射光の水平成分の入射角が６０°の場合を示しているが、平板型太陽電池（図３−２）は円柱が受ける光の約７０％を受光している。柱状体Ａ（図３−１）が無い場合と比較して、５０％近く受光率が上がっていることになる。【００１９】  また、図５に示すように、反射による受光率の低下を防ぐために、平板型太陽電池（図５−２）の受光面と正対する柱状体Ａ（図５−１）の表面を一つ以上の山もしくは谷によって波状に加工し、可能な限り透過光を増加させ平板型太陽電池（図５−２）に到達するよう、時々刻々と変化する入射光に対して最適な形状で設計する工夫も考えられる。この場合、柱状体Ａ（図５−１）に平板型太陽電池（図５−２）を直接圧着できないので、平板型太陽電池（図５−２）は別に薄膜コーティングされた平板型太陽電池モジュールを利用する。【００２０】  ［００１９］と同等の効果を得るために、逆ピラミッド形状等の表面加工が施された平板型太陽電池を、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）膜などを層として、柱状体Ａ（図１−１）に加熱圧着等で貼合させることも可能である。【００２１】  上記のように設計された柱状体Ａ（図１−１）、柱状体Ｂ（図１−３）、平板型太陽電池（図１−２）によって構成される集光型柱状太陽光発電装置を、平板型太陽電池（図１−２）が可能な限り真南を指向するように、鉛直または鉛直に近い状態で設置し、使用する。
【産業上の利用可能性】
【００２２】  本発明に係る「集光型柱状太陽光発電装置」は、柱状、鉛直または鉛直に近い状態での設置を前提としており、地中や建造物の中に埋めて固定することができるため、固定するための架台を小さくすることが出来る。また、設置面積が小さいことから、従来の太陽光発電設備では使用されなかった土地の有効活用が可能となる。さらに、太陽光発電パネルを鉛直に設置する場合と比較して、流体抵抗が低く堅牢であることから、強風による装置の破壊の心配も低減できる。本発明による「集光型柱状太陽光発電装置」は、支柱として利用できるため、平板型太陽電池の裏側にある柱内部の空間を使用して、そこに蓄電池等を埋め込み、その上部もしくは下部に、電灯や発信機または信号等の交通標識などを取り付け、災害時等の停電時に非常用電源として利用できる。また、携帯電話等の充電ステーションとして街中に設置しても、視覚や通行の邪魔にならないものとして有効である。たとえば、屋外の階段やスロープの手すりに置き換えるなど、鉛直としない設置方法も考えられる。特に信号や道路交通標識については視覚の邪魔にならないことが重要である。また、広く普及されている平板型太陽電池を使用し、その単位面積当たりの発電効率が高くなるように工夫されていることから、発電量当たりのコストを低く抑えることができる。ゆえに、産業上の利用可能性は極めて高いといえる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一様態の断面図
【図２】本発明の一様態の断面図に、入射角０°  （水平成分）の光が入射した図
【図３】本発明の一様態の断面図に、入射角６０°  （水平成分）の光が入射した図
【図４】本発明の一様態のイメージ図
【図５】本発明の一様態のうち、透明柱状体表面に波状加工したものの断面図
【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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