太陽光・熱発電装置
【課題】赤外線を半導体熱電素子による熱発電、紫外線は蛍光剤を励起して赤色発光させ、この光を再度太陽電池の励起をするなど太陽光の波長が持つ夫々の長所を生かして高率よく太陽光発電を行う。
【解決手段】フィルターミラーが蒸着された複数個の太陽電池５を球面あるいは複数個の太陽電池５を夫々煽りを付けて平面上に並べた球面型あるいは円筒型セグメントミラー２３で受けた太陽光７，８，９を、フィルターミラーから反射される赤外線７で半導体熱電素子１１に照射して熱発電、フィルターミラーを透過した可視光線８は太陽電池５を励起、さらに紫外線で蛍光体を励起して赤色発光を利用して再度太陽電池を励起する。これら太陽電池５および半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子１１では温度差を発生させ、太陽電池５では動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させる。
【解決手段】フィルターミラーが蒸着された複数個の太陽電池５を球面あるいは複数個の太陽電池５を夫々煽りを付けて平面上に並べた球面型あるいは円筒型セグメントミラー２３で受けた太陽光７，８，９を、フィルターミラーから反射される赤外線７で半導体熱電素子１１に照射して熱発電、フィルターミラーを透過した可視光線８は太陽電池５を励起、さらに紫外線で蛍光体を励起して赤色発光を利用して再度太陽電池を励起する。これら太陽電池５および半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子１１では温度差を発生させ、太陽電池５では動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光・熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽から地球に注がれるエネルギー密度は１ｋＷ／ｍ２あり、このエネルギーの可視光線を半導体の量子光電効果を利用して発電するのが太陽電池である。太陽電池のエネルギー変換効率は太陽電池に入射されたエネルギーと太陽電池の電気出力エネルギーの比をパーセントで表したものである。現在市場に出回っている太陽電池の９９％がシリコーン系材料を使ったものであり、電池素子が単結晶シリコンの場合の変換効率は１７〜２１％、た結晶シリコンで１５〜１７％、アモルファスシリコンで１０〜１２％である。
【０００３】
太陽電池の変換効率が高々２０％と低い理由は、太陽電池が熱エネルギーを媒介しないエネルギー変換だからである。地球上に降注ぐ太陽光の波長域は０．２５〜１．８μｍである。しかし太陽電池はその中の０．４〜０．８μｍの光のみしか使われていない。特に単結晶シリコンでは励起波長のピークが８００nm、アモルファスシリコンでは６００nm前後にあり、太陽光のピーク波長５５０nmに比べ長波長側にずれている。そこで太陽光のピーク波長５５０nmによって色素を励起して長波長の光に変換する方法の特許出願が多い。二酸化チタンを光電変換の基幹部品に用いる色素増感型太陽電池の研究がそれを物語っている。例えば、金属イオンをドープした酸化チタン半導体層の表面に、遷移金属錯体などの分光増感色素を吸着させた色素増感型太陽電池が特許文献１に記載されている。色素増感された酸化物半導体微粒子薄膜を用いた太陽電池について特許文献２に開示されている。しかしこれら色素増感型太陽電池の吸収波長域がシリコンより狭いため実用にはいたっていない。
【０００４】
太陽電池に使われていない短波長域の光を利用する試みとして特許文献３には太陽電池表面に蒸着されている無反射膜にEuなどの希土類金属をドープして熱拡散することにより、短波長領域の光を希土類イオンに一旦きゅうしゅうさせて、長波長側に発光させ、この発光光をシリコンに効率よく吸収させた両のキャリアを励起して高効率で光電変換を行うことができることが開示されている。
【０００５】
熱電素子はペルチェ素子とも言い異種の半導体を接合して電流を流すと、一方の接合部で発熱が、他方の接合部で吸熱が起こる。このことは一方で吸熱した熱を他方で放出することを意味し、電流の向きを逆にすると発熱、吸熱が逆になる。また両接合面に温度差を持たすと電位差が現れ、これが温度差発電素子としても働く。本願発明者はこの熱電素子に正弦波直流電圧をプラス電位からマイナス電位に変化するようにして熱電素子に印加して、温度差を周期的に変化させて、その熱変化を岩石試料に与え、岩石の熱定数測定装置を作ったことが非特許文献１に開示されている。また熱電素子の一方をレーザーミラーに密接させ、他方を冷却水で冷却した状態で素子に直流を流す事によってレーザーミラーを冷却する装置を特許文献４に開示されている。またこの熱電素子を一方に５００℃以下の高温を与え、他方を１００℃以下にした温度差を発電素子に使うことが非特許文献２が、その素子の製作方法が特許文献５に開示されている。
【０００６】
太陽電池の裏側に赤外線のみ透過する層と熱吸収層の背後に熱電素子その背後に冷却装置を付けて太陽光発電と熱発電を併用する方法が特許文献６に開示されている。太陽電池の裏側と熱伝素子の裏側との間に熱交換用のフィンを付け、太陽電池と熱伝素子を冷却して太陽光発電と熱発電を併用する方法が特許文献７に開示されている。ドーナツ型の中央部は太陽光の入射口、周辺部はフレネルレンズからなりこのレンズにより集められた太陽エネルギーと中央部の開口部を通過した太陽光とを重畳して集光し、太陽電池または熱電素子に照射する方法が特許文献８に開示されている。
【０００７】
地球に降注ぐ太陽光のエネルギー密度は１ｋＷ／ｍ２あり、このエネルギーの可視光線を半導体の量子光電効果を利用して発電するのが太陽電池であるが、その光電効率は高々２０％である。この効率を上げる最も容易な方法が、太陽光の密度を高くすることである。本願発明者は円筒鏡を製造する方法として、耐熱煉瓦表面を円筒状にＮＣフライス加工したミラー鋳型を作り、その上に電気炉中でガラス板を載せ、ガラスの軟化点近くまで炉の温度を上げ、鋳型の下部から真空脱気することによりガラス表面が予め計算された曲面まで馴染ませル事により、大口径球面ミラーを作る方法を非特許文献３および特許文献９に開示している。この手法は昭和４９年４月から通産省工業技術院のサンシャイン計画の中で「筒型法物面鏡」として日立製作所原子力研究所が「太陽熱発電システムの開発」で使用した事が非特許文献４に開示されている。さらに本願発明者は特許文献１０で太陽励起レーザーに集光鏡としてトロイダル鏡を使うことを開示している。
【特許文献１】特公平８-１５０９７号公報
【特許文献２】特願 ２００１−２７２２５２ （特開 ２００３−８６２５７）
【特許文献３】特願 平７−０２７３５９ （特開平 ８−２０４２２２）
【特許文献４】特願 昭５３−０２４９７２
【特許文献５】特願 ２０００−３９９２５５ （特開 ２００２−２０３９９３）
【特許文献６】特願 平８−２６４１４４ （特開平 １０−１１０６７０）
【特許文献７】特願 平４−３２４１６２ （特開平 ６−１７４２４９）
【特許文献８】特願 ２００３−１１０６ （特開 ２００４−２１４４９１）
【特許文献９】特願 昭５１−７９０５５ （特開昭５３−５６４７）
【特許文献１０】特願 ２００５−３３８４２５
【非特許文献１】村原正隆、岩石の熱拡散率熱半導体で測定、日刊工業新聞、昭和５２年３月３０日
【非特許文献２】東芝プレスリリース、２００４年３月２９日号、上下面の温度差を利用して発電する熱伝モジュール開発について
【非特許文献３】村原正隆・萩原義一、応用物理、第４５巻 第９号、７００−７０３（１９７６）
【非特許文献４】稲垣清和、隅田 勲、梶浦宗次、土井 彰、大島亮一郎、応用物理、第４６巻 第１０号、１０４０−１０４４（１９７７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
太陽電池の変換効率が高々２０％と低い理由は、地球上に降注ぐ太陽光の波長域０．２５〜１．８μｍの内、０．４〜０．８μｍの光のみしか使われていない。特に単結晶シリコンでは励起波長のピークが８００nm、アモルファスシリコンでは６００nm前後にあり、太陽光のピーク波長５５０nmに比べ長波長側にずれている。極端なことを言うと近紫外線と近赤外線および可視光線の内太陽光のピーク波長５５０nm以下の光が未使用のままである。特に８５０nm以上の近赤外線すなわち熱線は太陽電池素子の温度上昇を来たし、光電変換効率を著しく低下させる。さらに光量子効率が高い紫外線も殆ど使われていない。
【０００９】
そこで、本願発明では、太陽光に含まれる紫外線、可視光線、赤外線を分波するために、フィルターミラーを使用する。フィルターミラーとは誘電体多層膜の干渉を利用して、特定範囲の波長の光のみを透過させ、残りを反射させるフィルターのことで、コールドミラーやコールドフィルターあるいはダイクロイックミラーなどがこれに属する。この光電変換効率を著しく低下させる。さらに光量子効率が高い紫外線も殆ど使われていない。そこで太陽電池の光入射面にフィルターミラーにより分光した太陽光を夫々の波長が持つ長所を生かして高効率の太陽光発電を行うことが本願発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、単結晶シリコンでは励起波長のピークが８００nm、アモルファスシリコンでは６００nm前後にあり、太陽光のピーク波長５５０nmに比べ長波長側にずれていることに鑑み、フィルターミラーを用いて９００nm以上の赤外線を反射させ、または透過させてその熱線を熱吸収体に吸収させ、その熱を半導体熱電素子の一方の側に与え、他方側を水冷することにより、高い温度差を発生させ、この温度差により温度差発電を行う。４５０〜８５０nmの可視光線と赤外線はフィルターミラーの表面で透過し、さらにフィルターミラーの裏面で２５０nm以下の光は反射して蛍光剤を励起し、４５０〜８００nmの光に変換され再度太陽電池を励起する。フィルターミラーを透過した４５０〜８５０nmの光は太陽電池を直接励起する。
【００１１】
太陽電池表面に８５０nm以上の赤外線を反射するフィルターミラーが蒸着された複数個の太陽電池あるいは太陽電池の上にガラス板の表面あるいは裏面または両面に干渉膜を蒸着したフィルターミラー板を載せ、太陽集光用の円筒型放物面や円筒型凹面面、あるいは軸対称球面や放物面、または一面または帯状面に集光するように複数個のフィルターミラーが蒸着された太陽電池を夫々煽りを付けて平面上に並べた球面型あるいは円筒型フレネル型ミラー（セグメントミラー）で受けた太陽光を、フィルターミラーから反射される８５０nm以上の赤外線を熱線吸収体を介して半導体熱電素子に照射する。 この集光された高密度赤外線は半導体熱電素子の熱吸収体に直接または凸面あるいは凹面または平面鏡を介して一点を共有する面または帯状面に集光される。この集光面には半導体熱電素の代わりに、水や油が循環する集熱器や収熱パイプを付けて光熱変換することが出来る。他方フィルターミラーを透過した太陽光は太陽電池を励起する。これら太陽電池および半導体熱電素子の背面部は冷却水で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池では動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させる。
【００１２】
太陽電池のエネルギー変換効率は太陽電池に入射されたエネルギーと太陽電池の電気出力エネルギーの比をパーセントで表したものである。然るに太陽電池に入射するエネルギー密度を高くすれば発電効率は上がる。さらに太陽電池の数量も少なくてすみ、フィルターミラーの個数も軽減される。地球に降注ぐ太陽光のエネルギー密度は１ｋＷ／ｍ２であるため、この密度を集光ミラーやレンズで集光すれば課題を満足できる。さらに集光した太陽光であっても、太陽光が太陽電池に入射される前に、赤外線を取り除いておけば、太陽電池素子の熱による破壊を防ぐことが出来る。この赤外線である熱線を分光するのがフィルターミラーである。このフィルターミラーは太陽光が集光された部分に置くため、耐熱性が必要であるが、面積は著しく小さくてすむため、経済的である。耐熱性のあるガラスとしては合成石英ガラスが良く、かつ紫外線も透過するため、蛍光剤を紫外線励起する時に好都合である。このような高密度太陽光を作るためにはと太陽光を集光するための凹面鏡や放物面鏡あるいは複数個の平面鏡を円筒面または円筒型放物面あるいは球面、または平面上に夫々のミラーに煽りを付けた小面積平面鏡を複数個配列しこれらを、１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーあるいは光学レンズやフレネルレンズなどを組み合わせることにより集光光学系が成立する。そこでフィルターミラーから反射される高密度可視光線で太陽電池を直接励起し、フィルターミラーを透過した高密度赤外線を一点を共有する面または帯状面に集光し、その集光面に半導体熱電素子あるいは水や油が循環する集熱器を備えるか、またはフィルターミラーを透過した高密度可視光線で太陽電池を直接励起し、フィルターミラーで反射した高密度赤外線を一点を共有する面または帯状面に集光し、その集光面に半導体熱電素子あるいは水や油が循環する集熱器を備えることにより高効率の熱・光発電が行われる。尚レンズやミラーで集光された集光面近傍に集められた部分に凸面、凹面、平面、メニスカスレンズなどに干渉膜を蒸着したフィルターミラーが使われ、太陽光の波長別有効利用が行われる。
【００１３】
太陽光の内８５０nm以上の赤外線や５００nm以下の可視光線を含む高密度紫外線を反射し、５００から８５０nmの光のみを太陽電池に供給するフィルターミラー（バンドパスフィルター）が必要である。このため太陽電池の前面にガラス板を載せ、その表面には８５０nm以上の赤外線を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線と紫外線を共に反射するミラーが出来る。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子や水や油が循環する集熱器などの表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光は太陽電池を再度励起して発電効率を向上させる。赤外線は蛍光体の背部の熱吸収層に吸熱され半導体熱電素子に伝導する。他方、赤外線により集熱器を加熱し、さらに紫外線による蛍光体で太陽電池を再励起するために、フィルターミラー付き太陽電池を円筒面上または円筒型放物面上あるいは球面上または平面上に１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーとして配列し、フィルターミラーから反射される紫外線により帯状集光面や集熱パイプに塗布された蛍光剤を励起して可視光線に変換した光で太陽電池群を励起することにより太陽光のｐ波長別有効利用が行われる。
【００１４】
蛍光体は紫外線励によって励起され赤色発光するが、その光は散乱光であり指向性が無い。そこで積分球の内部に太陽電池を、積分球の内面には蛍光体を塗布して、発光を効率よく太陽電池を励起できるようにした。また積分球の天井部には太陽光の入射窓を装付けしている。積分球の内部に置かれた太陽電池の前面には赤外線を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線と紫外線を共に反射するミラーを装着している。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光が太陽電池を再度励起して発電効率を向上させ、かつ太陽電池前面のフィルターミラーで反射した赤外線は半導体熱電素子を加熱する。さらにこの積分球の外壁は冷却水を循環し、半導体熱電素子に温度差を与えるためと太陽電池の冷却に使われる。さらにこの積分球の太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点前に置く時は太陽光線を散乱させる為マイクロ凹レンズアレーを有する入射窓を、太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点後方に置く時は入射窓は大気開放としている。またこの太陽光入射窓の太陽光入射面を赤外線を反射するフィルターミラーを付けて積分球の外に半導体熱電素子を付けることも出来る。この積分球は半球（ドーム型）でも、反円筒（かまぼこ型）でも同様な効果が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、太陽光に含まれる紫外線、可視光線、赤外線をフィルターミラーで分波するために、９００nm以上の赤外線を半導体熱電素子の一方の側に与え、他方側を水冷することにより、高い温度差を発生させ、この温度差により温度差発電を行う。さらに４５０〜８５０nmの可視光線は太陽電池を直接励起し、フィルターミラーの裏面で反射した２５０から４５０nmの光は蛍光剤を励起し、４５０〜８００nmの光に変換され再度太陽電池を励起する。このようにして太陽光の持つエネルギーをス別使用する発電様式を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図２３に基づいて説明する。
【００１７】
図１で本発明の太陽光・熱発電装置の動作原理を太陽電池素子について説明する。ガラス基板１の上面に赤外線反射干渉膜２、下面に紫外線反射干渉膜３を蒸着したフィルターミラー４を、太陽電池５の上に密着させ、太陽電池５の背部は冷却水６で冷却する。入射太陽光の内赤外線７はフィルターミラー４の上面２で反射して半導体熱電素子を加熱する。可視光線８はフィルターミラー４を透過して太陽電池５を励起する。紫外線９はフィルターミラー４の下層面３で反射され蛍光体を励起するために使われる。
【００１８】
図２は太陽光・熱発電装置の動作原理を半導体熱電素子について説明する。赤外線を吸収する熱吸収層１０を半導体熱電素子１１に塗布し、半導体熱電素子１１の背部から冷却水６を流すことにより高い温度差を発生させ熱発電を行う。
【００１９】
図３は集光面に半導体熱電素子を装着した場合の球面鏡集光形太陽光・熱発電装置略図である。球面鏡の鋳型１２の上にフィルターミラー４付き太陽電池５を並べ、球面鏡鋳型１２の下面は冷却水６で冷却されている。太陽光線７、８、９の内赤外線７はフィルターミラー４で反射され、熱吸収体１０で熱に変換されその温度と冷却水６で挟まれた半導体熱電素子１１は温度差により起電力が発生する。フィルターミラーを透過した可視光線８は太陽電池５で光発電される。図４は集光面に凸面鏡を装着し、球面中央部に半導体熱電素子を装着した場合の球面鏡集光形太陽光・熱発電装置略図である。太陽電池５の表面のフィルターミラー４で反射した赤外線７を凸面鏡１３で平行光あるいはさらに集光した後熱吸収体１０で熱に変換されその温度と冷却水６で挟まれた半導体熱電素子１１は温度差により起電力が発生する。この装置の特徴は半導体熱電素子１１と太陽電池５の冷却水が同一であることである。
【００２０】
図５は集光面に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽電池５の表面に８５０nm以上の赤外線を反射するフィルターミラー４が蒸着された複数個の太陽電池５を載せ、一面または帯状面に集光するように複数個のフィルターミラーが蒸着された太陽電池を夫々煽りを付けて平面円盤１４上に並べた球面型あるいは円筒型フレネル型ミラー（セグメントミラー）で受けた太陽光７、８、９を、フィルターミラーから反射される８５０nm以上の赤外線７を熱線吸収体１０を介して半導体熱電素子１１に照射する。 この集光された高密度赤外線７は半導体熱電素子１１の熱吸収体１０に一点を共有する面に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。図６は集光面に凸面鏡を装着し、球面中央部に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽電池５の表面に８５０nm以上の赤外線を反射するフィルターミラー４が蒸着された複数個の太陽電池５を載せ、一面または帯状面に集光するように複数個のフィルターミラーが蒸着された太陽電池を夫々煽りを付けて平面円盤１４上に並べた球面型あるいは円筒型フレネル型ミラー（セグメントミラー）で受けた太陽光７、８、９を、フィルターミラーから反射される８５０nm以上の赤外線７を凸面鏡１３で反射させ、セグメントミラーの中央部にセットした熱線吸収体１０を介して半導体熱電素子１１に照射する。 この集光された高密度赤外線７は半導体熱電素子１１の熱吸収体１０に直接または凸面あるいは凹面または平面鏡を介して一点を共有する面に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。
【００２１】
図７は帯状集光面に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽電池５の表面に８５０nm以上の赤外線を反射するフィルターミラー４が蒸着された複数個の太陽電池５を載せ、帯状面に集光するように複数個のフィルターミラーが蒸着された太陽電池を夫々煽りを付けて矩形状平面板１５上に並べたセグメントミラー４で受けた太陽光７、８、９を、フィルターミラーから反射される８５０nm以上の赤外線７を熱線吸収体１０を介して半導体熱電素子１１に照射する。 この集光された高密度赤外線７は半導体熱電素子１１の熱吸収体１０に一点を共有する帯状面に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。図８は矩形状に並べた太陽電池の中央に帯状に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽電池５の表面に８５０nm以上の赤外線を反射するフィルターミラー４が蒸着された複数個の太陽電池５を載せ、帯状面に集光するように複数個のフィルターミラーが蒸着された太陽電池を夫々煽りを付けて矩形状平面板１５上に並べた矩形型セグメントミラー５で受けた太陽光７、８、９を、フィルターミラーから反射される８５０nm以上の赤外線７を帯状凸面鏡１６で反射させ、セグメントミラーの中央部にセットした熱線吸収体１０を介して半導体熱電素子１１に照射する。 この集光された高密度赤外線７は半導体熱電素子１１の熱吸収体１０に帯状凸面鏡１６で反射され矩形状に配列された太陽電池５の中央部に帯状に置かれた半導体熱電素子１１に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。
【００２２】
図９は球面鏡や円筒型凹面鏡による太陽光・熱発電装置の動作原理説明図で集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着した場合の説明図である。球面鏡または円筒型凹面鏡１７により太陽光７，８，９は、球面または円筒型メニスカス型フィルターミラー１８で可視光線８を透過し赤外線７を反射し球面鏡あるいは円筒型凹面鏡の中央部に置かれた半導体熱電素子１１に集光する。他方フィルターミラー１８を透過した可視光線８は太陽電池５に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。さらにこのシステムの特徴は太陽電池を高密度励起することにより発電効率を高くしている。図１０は球面鏡や円筒型凹面鏡による太陽光・熱発電装置の動作原理説明図で集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を反射、赤外線を透過し、球面あるいは円筒面中央部に太陽電池をフィルターミラーの後方に半導体熱電素子を装着した場合の説明図である。球面鏡または円筒型凹面鏡１７により太陽光７，８，９は、球面または円筒型メニスカス型フィルターミラー１８で可視光線８を反射し、赤外線７を透過し、球面鏡あるいは円筒型凹面鏡の中央部に置かれた太陽電池５に集光する。他方フィルターミラー１９を透過した赤外線７は半導体熱電素子１１に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。さらにこのシステムの特徴は太陽電池を高密度励起することにより発電効率を高くしている。
【００２３】
図１１は球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列した太陽光・熱発電装置の動作原理説明図であり集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着した場合を説明する。球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列したセグメントミラー２０により太陽光７，８，９は、球面または円筒型メニスカス型フィルターミラー１８で可視光線８を透過し赤外線７を反射し球面鏡あるいは円筒型セグメントミラー２０の中央部に置かれた１面あるいは帯表に並べた半導体熱電素子１１に集光する。他方フィルターミラー１８を透過した可視光線８は１面または帯状に並べた太陽電池５に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。さらにこのシステムの特徴は太陽電池を高密度励起することにより発電効率を高くしている。図１２は球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列した太陽光・熱発電装置の動作原理説明図であり、集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、赤外線を透過、可視光線を反射し、球面中央部に太陽電池をフィルターミラーの後方に半導体熱電素子装着する場合の説明図である。球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列したセグメントミラー２０により太陽光７，８，９は、球面または円筒型メニスカス型フィルターミラー１９で可視光線８を反射し、赤外線７を透過し、球面鏡あるいは円筒型セグメントミラー２０の中央部に置かれた１面あるいは帯表に並べた太陽電池５に集光する。他方フィルターミラー１８を透過した赤外線７は１面または帯状に並べた半導体熱電素子１１に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。さらにこのシステムの特徴は太陽電池を高密度励起することにより発電効率を高くしている。
【００２４】
図１３は帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図であり、集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着した方式を示す。太陽光７、８、９は帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラー２１により反射してフィルターミラー１８に至る。ここで反射した赤外線７はセグメントミラーの中央部に装着した半導体熱電素子１１を加熱する。フィルターミラー１８を透過した可視光線８は太陽電池５を励起する。 この集光された高密度赤外線７は半導体熱電素子１１の熱吸収体１０に直接または凸面あるいは凹面または平面鏡を介して一点を共有する面に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。図１４は帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図であり、集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、赤外線を透過、可視光線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着した方式を示す。太陽光７、８、９は帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラー２１により反射してフィルターミラー１９に至る。ここで透過した赤外線７は半導体熱電素子１１を加熱する。フィルターミラー１９で反射した可視光線８はセグメントミラーの中央に装着した太陽電池５を励起する。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。
【００２５】
図１５は帯状平面鏡を平面状で煽り、短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図であり、集光面に凹面状に曲げた短冊状鋳型の上にフィルターミラーが付いた太陽電池アレイを１列に並べ、可視光を透過、赤外線を反射し、矩形状ミラーを配列した中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーを装着倍について説明する。太陽光７、８、９は帯状平面鏡を平面状で煽り、短冊状に集光するように並べたセグメントミラー２３により反射してフィルターミラー１８張られたあるいは蒸着した凹面状短冊鋳型２２に取り付けた太陽電池アレイに至る。ここで反射した赤外線７はセグメントミラーの中央部に装着した半導体熱電素子１１を加熱する。フィルターミラー１８を透過した可視光線８は太陽電池５を励起する。 この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も凹面状短冊鋳型２２に取り付けた冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。
【００２６】
図１６はメニスカスレンズ型フィルターミラーで反射して集光された可視光線で太陽電池を励起し透過して集光された赤外線で半導体熱電素子を加熱することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。反射面が凹面鏡で可視光線を反射し、透過面は凸レンズを成し赤外線を集光するメニスカス型フィルターミラー２４で分波され、反射して集光された可視光線８は太陽電池５を励起し、透過して集光された赤外線７は半導体熱電素子を加熱する。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。図１７はメニスカスレンズ型フィルターミラーで反射して集光された赤外線で半導体熱電素子を加熱し、透過して集光された可視光線で太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。反射面が凹面鏡で赤外線を反射し、透過面は凸レンズを成し可視光線を集光するメニスカス型フィルターミラー２４で分波され、反射して集光された赤外線７は半導体熱電素子を加熱し、透過して集光された可視光線８は太陽電池５を励起する。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。
【００２７】
図１８はフィルターミラーを装着した角形平面鏡を平面状で煽り１面に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線で半導体熱電素子を加熱して熱発電を行う太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
太陽光７、８、９の内８５０nm以上の赤外線７や５００nm以下の可視光線を含む高密度紫外線９を反射し、５００から８５０nmの光のみを太陽電池５に供給するフィルターミラー４を太陽電池の前面にガラス板を載せ、その表面には８５０nm以上の赤外線７を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線７と紫外線９を共に反射するミラーが出来る。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子１１や水や油が循環する集熱器などの表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光は太陽電池を再度励起して発電効率を向上させる。蛍光剤としては高温に耐性があり蛍光強度の比較的高いランプ用蛍光体を使用した。特に２５０〜４５０nmで効率よく励起でき、かつ４００〜８００nmに発光を有するものの中から以下の物質を選択した。 (Sr,Mg)3(PO4)2:Sn2+ 、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn2+、 (Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+、 2Sr 0.84P2O5 0.16B2O3:Eu2+、 LaPO4:Ce3+ 、Tb3+ Y2O3:Eu3+ などである。 赤外線７は蛍光体２６の背部の熱吸収層１０に吸熱され半導体熱電素子に伝導する。他方、赤外線により集熱器を加熱し、さらに紫外線による蛍光体で太陽電池を再励起するために、フィルターミラー付き太陽電池を円筒面上または円筒型放物面上あるいは球面上または平面上に１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーとして配列し、フィルターミラーから反射される紫外線により帯状集光面や集熱パイプに塗布された蛍光剤を励起して可視光線に変換した光で太陽電池群を励起することにより太陽光の波長別有効利用が行われる。
【００２８】
図１９はフィルターミラーを装着した角形または短冊状平面鏡を平面状で煽り帯状に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線で半導体熱電素子を加熱して熱発電を行う太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽光７、８、９の内８５０nm以上の赤外線７や５００nm以下の可視光線を含む高密度紫外線９を反射し、５００から８５０nmの光のみを太陽電池５に供給するフィルターミラー４を太陽電池の前面にガラス板を載せ、その表面には８５０nm以上の赤外線７を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線７と紫外線９を共に反射するミラーが出来る。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子１１表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光は太陽電池を再度励起して発電効率を向上させる。赤外線は蛍光体の背部の熱吸収層に吸熱され半導体熱電素子に伝導する。さらに紫外線による蛍光体で太陽電池を再励起するために、フィルターミラー付き太陽電池を球面上に集光するように配置したセグメントミラーとして配列し、フィルターミラーから反射される紫外線により半導体熱電素子１１に塗布された蛍光剤を励起して可視光線に変換した光で太陽電池５を励起することにより太陽光の波長別有効利用が行われる。
【００２９】
図２０はフィルターミラーを装着した角形または短冊状平面鏡を平面状で煽り帯状に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で収熱器に塗布された蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線でパイプ内の水や油が循環する収熱器を加熱して熱発電の熱源とするための太陽光・熱発電装置動作原理説明図である。フィルターミラーを装着した太陽電池５を煽り帯状に集光するように並べた太陽電池群により、反射した紫外線で収熱器に塗布された蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線で半導体熱電素子を加熱して熱発電を行う太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽光７、８、９の内８５０nm以上の赤外線７や５００nm以下の可視光線を含む高密度紫外線９を反射し、５００から８５０nmの光のみを太陽電池５に供給するフィルターミラー４を太陽電池の前面にガラス板を載せ、その表面には８５０nm以上の赤外線７を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線７と紫外線９を共に反射するミラーが出来る。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子１１表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光は太陽電池を再度励起して発電効率を向上させる。赤外線は蛍光体の背部の熱吸収層に吸熱されパイプ内の油や水に伝導する。さらに紫外線による蛍光体で太陽電池を再励起するために、収熱パイプ２８に塗布された蛍光剤２６を励起して可視光線に変換した光で太陽電池５を励起することにより太陽光の波長別有効利用が行われる。
【００３０】
図２１は太陽光入射窓に付けたフィルターミラーで赤外線を反射し、積分球（半球でも蒲鉾型でも良い）内に入った紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。蛍光体は紫外線励によって励起され赤色発光するが、その光は散乱光であり指向性が無い。そこで積分球の内部に太陽電池を、積分球の内面には蛍光体を塗布して、発光を効率よく太陽電池を励起できるようにした。また積分球の天井部には太陽光の入射窓を装付けしている。積分球の内部に置かれた太陽電池の前面には赤外線を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線と紫外線を共に反射するミラーを装着している。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光が太陽電池を再度励起して発電効率を向上させ、かつ太陽電池前面のフィルターミラーで反射した赤外線は半導体熱電素子を加熱する。さらにこの積分球の外壁は冷却水を循環し、半導体熱電素子に温度差を与えるためと太陽電池の冷却に使われる。さらにこの積分球の太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点前に置く時は太陽光線を散乱させる為マイクロ凹レンズアレーを有する入射窓を、太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点後方に置く時は入射窓は大気開放としている。またこの太陽光入射窓の太陽光入射面を赤外線を反射するフィルターミラーを付けて積分球の外に半導体熱電素子を付けることも出来る。この積分球は半球（ドーム型）でも、半円筒（かまぼこ型）でも同様な効果が得られる。
【００３１】
図２２はマイクロ凹レンズアレ付き入射窓で入射光を散乱させた太陽光をフィルターミラーで赤外線を反射し、積分球（半球でも蒲鉾型でも良い）内の半導体熱電素子を加熱し、紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。蛍光体は紫外線励によって励起され赤色発光するが、その光は散乱光であり指向性が無い。そこで積分球の内部に太陽電池５を、積分球の内面には蛍光体２６を塗布して、発光を効率よく太陽電池５を励起できるようにした。また積分球の天井部には太陽光の入射窓２８を装付けしている。積分球の内部に置かれた太陽電池５の前面には赤外線７を反射し、紫外線９を含めた全ての光を透過するような干渉膜２を蒸着し、ガラス板１の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜３を蒸着させることにより、赤外線７と紫外線９を共に反射するフィルターミラー４を装着している。赤外線７と紫外線９が混合した光は、半導体熱電素子表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光が太陽電池を再度励起して発電効率を向上させ、かつ太陽電池前面のフィルターミラーで反射した赤外線７は半導体熱電素子５を加熱する。さらにこの積分球の外壁は冷却水６を循環し、半導体熱電素子に温度差を与えるためと太陽電池の冷却に使われる。さらにこの積分球の太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点前に置く時は太陽光線を散乱させる為マイクロ凹レンズアレーを有する入射窓２８を装着している。この積分球は半球（ドーム型）でも、反円筒（かまぼこ型）でも同様な効果が得られる。
【００３２】
図２３は積分球容器（半球でも蒲鉾型でも良い）への太陽光入射窓を大気開放し、焦点を容器の外に置き、太陽電池の上に装着したフィルターミラーで赤外線を反射し、積分球内の半導体熱電素子を加熱し、紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。積分球（半球でも蒲鉾型でも良い）内に入った紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起する。この蛍光体は紫外線励によって励起され赤色発光するが、その光は散乱光であり指向性が無い。そこで積分球の内部に太陽電池５を、積分球の内面には蛍光体２６を塗布して、発光を効率よく太陽電池を励起できるようにした。積分球の内部に置かれた太陽電池の前面には赤外線を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜２を蒸着し、太陽電池５の上に密着させたフィルターミラー４はガラス板１の表面２では５００nm以下の光を反射させる干渉膜３を蒸着させることにより、紫外線９を反射するミラーを装着している。積分球の内壁には蛍光体２６を塗布し、紫外線９によって励起された蛍光体からの赤色発光が太陽電池を再度励起して発電効率を向上させ、かつ太陽電池前面のフィルターミラー２８で反射した赤外線は半導体熱電素子を加熱する。さらにこの積分球の外壁は冷却水を循環し、半導体熱電素子の温度差発生と太陽電池の冷却に使われる。この積分球の太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点の後方に設置しているため入射窓は大気開放している。この積分球は半球（ドーム型）でも、半円筒（かまぼこ型）でも同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、太陽光に含まれる紫外線、可視光線、赤外線をフィルターミラーで分波した後、赤外線は半導体熱電素子による発電、可視光線は従来の太陽電池光発電、紫外線は蛍光剤を励起して赤色発光させ、この光を再度太陽電池の励起用に用いる。この半導体による熱発電の温度差は冷却水を用いるためこの冷却水が太陽電池の光変換効率をさらに増加させる。これは化石燃料である石油を使わないクリーンエネルギーの複合システムとしてこれからの産業に多大の貢献をすると考える。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】太陽電池素子の動作原理図
【図２】半導体熱電素子の動作原理図
【図３】球面鏡集光形太陽光・熱発電装置略図（集光面に半導体熱電素子を装着）
【図４】球面鏡集光形太陽光・熱発電装置略図（集光面に凸面鏡１３を装着し、球面中央部に半導体熱電素子を装着）
【図５】セグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面に半導体熱電素子を装着）
【図６】セグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面に凸面鏡１３を装着し、球面中央部に半導体熱電素子を装着）
【図７】帯状集光面に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図８】矩形状に並べた太陽電池の中央に帯状に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図９】球面鏡や円筒型凹面鏡による太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着）
【図１０】球面鏡や円筒型凹面鏡による太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、赤外線を透過、可視光線を反射し、球面中央部に太陽電池をフィルターミラーの後方にを半導体熱電素子装着）
【図１１】球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列した太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着）
【図１２】球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列した太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、赤外線を透過、可視光線を反射し、球面中央部に太陽電池をフィルターミラーの後方にを半導体熱電素子装着）
【図１３】帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着）
【図１４】帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、赤外線を透過、可視光線を反射し、球面中央部に太陽電池をフィルターミラーの後方にを半導体熱電素子装着）
【図１５】帯状平面鏡を平面状で煽り、短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面に凹面状に曲げた短冊状鋳型の上にフィルターミラーが付いた太陽電池アレイを１列に並べ、可視光を透過、赤外線を反射し、矩形状ミラーを配列した中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーを装着）
【図１６】メニスカスレンズ型フィルターミラーで反射して集光された可視光線で太陽電池を励起し透過して集光された赤外線で半導体熱電素子を加熱することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図１７】メニスカスレンズ型フィルターミラーで透過して集光された可視光線で太陽電池を励起し、反射して集光された赤外線で半導体熱電素子を加熱することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図１８】フィルターミラーを装着した角形平面鏡を平面状で煽り１面に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線で半導体熱電素子を加熱して熱発電を行う太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図１９】フィルターミラーを装着した角形または短冊状平面鏡を平面状で煽り帯状に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線で半導体熱電素子を加熱して熱発電を行う太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図２０】フィルターミラーを装着した角形または短冊状平面鏡を平面状で煽り帯状に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で収熱器に塗布された蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線でパイプ内の水や油が循環する収熱器を加熱して熱発電の熱源とするための太陽光・熱発電装置動作原理説明図
【図２１】太陽光入射窓に付けたフィルターミラーで赤外線を反射し、積分球（半球でも蒲鉾型でも良い）内に入った紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図２２】マイクロ凹レンズアレ付き入射窓で入射光を散乱させた太陽光は、フィルターミラーで赤外線を反射し、積分球（半球でも蒲鉾型でも良い）内の半導体熱電素子を加熱し、紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図２３】積分球容器（半球でも蒲鉾型でも良い）への太陽光入射窓を大気開放し、焦点を容器の外に置き、太陽電池の上に装着したフィルターミラーで赤外線を反射し、積分球内の半導体熱電素子を加熱し、紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【符号の説明】
【００３５】
１ ガラス基板
２ 赤外線反射膜
３ 紫外線反射膜
４ フィルターミラー
５ 太陽電池
６ 冷却水
７ 赤外線
８ 可視光線
９ 紫外線
１０ 熱吸収層
１１ 半導体熱伝素子
１２ 球面鏡鋳型（下部に冷却水６層付け）
１３ 凸面鏡
１４ 平面円盤
１５ 矩形状平面板
１６ 帯状凸面鏡
１７ 球面鏡または円筒型凹面鏡
１８ メニスカス型フィルターミラー（球面または円筒）可視光線を透過し赤外線を反射
１９ メニスカス型フィルターミラー（球面または円筒）可視光線を反射し赤外線を透過
２０ 球面あるいは円筒凹面鋳型上に正方形や矩形状ミラーを配列したセグメントミラー
２１ 帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラー
２２ 凹面状短冊鋳型に取り付けた太陽電池アレイ
２３ 短冊状ミラー
２４ メニスカス型フィルターミラー（反射面が凹面鏡で可視光線を反射、透過面は凸レンズを成し赤外線を集光）
２５ メニスカス型フィルターミラー（反射面が凹面鏡で赤外線を反射、透過面は凸レンズを成し可視光線を集光）
２６ 蛍光体
２７ パイプ（収熱器）
２８ 入射窓（散乱用マイクロ凹レンズアレイ）
２９ 冷却水入り口
３０ 冷却水出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光・熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽から地球に注がれるエネルギー密度は１ｋＷ／ｍ２あり、このエネルギーの可視光線を半導体の量子光電効果を利用して発電するのが太陽電池である。太陽電池のエネルギー変換効率は太陽電池に入射されたエネルギーと太陽電池の電気出力エネルギーの比をパーセントで表したものである。現在市場に出回っている太陽電池の９９％がシリコーン系材料を使ったものであり、電池素子が単結晶シリコンの場合の変換効率は１７〜２１％、た結晶シリコンで１５〜１７％、アモルファスシリコンで１０〜１２％である。
【０００３】
太陽電池の変換効率が高々２０％と低い理由は、太陽電池が熱エネルギーを媒介しないエネルギー変換だからである。地球上に降注ぐ太陽光の波長域は０．２５〜１．８μｍである。しかし太陽電池はその中の０．４〜０．８μｍの光のみしか使われていない。特に単結晶シリコンでは励起波長のピークが８００nm、アモルファスシリコンでは６００nm前後にあり、太陽光のピーク波長５５０nmに比べ長波長側にずれている。そこで太陽光のピーク波長５５０nmによって色素を励起して長波長の光に変換する方法の特許出願が多い。二酸化チタンを光電変換の基幹部品に用いる色素増感型太陽電池の研究がそれを物語っている。例えば、金属イオンをドープした酸化チタン半導体層の表面に、遷移金属錯体などの分光増感色素を吸着させた色素増感型太陽電池が特許文献１に記載されている。色素増感された酸化物半導体微粒子薄膜を用いた太陽電池について特許文献２に開示されている。しかしこれら色素増感型太陽電池の吸収波長域がシリコンより狭いため実用にはいたっていない。
【０００４】
太陽電池に使われていない短波長域の光を利用する試みとして特許文献３には太陽電池表面に蒸着されている無反射膜にEuなどの希土類金属をドープして熱拡散することにより、短波長領域の光を希土類イオンに一旦きゅうしゅうさせて、長波長側に発光させ、この発光光をシリコンに効率よく吸収させた両のキャリアを励起して高効率で光電変換を行うことができることが開示されている。
【０００５】
熱電素子はペルチェ素子とも言い異種の半導体を接合して電流を流すと、一方の接合部で発熱が、他方の接合部で吸熱が起こる。このことは一方で吸熱した熱を他方で放出することを意味し、電流の向きを逆にすると発熱、吸熱が逆になる。また両接合面に温度差を持たすと電位差が現れ、これが温度差発電素子としても働く。本願発明者はこの熱電素子に正弦波直流電圧をプラス電位からマイナス電位に変化するようにして熱電素子に印加して、温度差を周期的に変化させて、その熱変化を岩石試料に与え、岩石の熱定数測定装置を作ったことが非特許文献１に開示されている。また熱電素子の一方をレーザーミラーに密接させ、他方を冷却水で冷却した状態で素子に直流を流す事によってレーザーミラーを冷却する装置を特許文献４に開示されている。またこの熱電素子を一方に５００℃以下の高温を与え、他方を１００℃以下にした温度差を発電素子に使うことが非特許文献２が、その素子の製作方法が特許文献５に開示されている。
【０００６】
太陽電池の裏側に赤外線のみ透過する層と熱吸収層の背後に熱電素子その背後に冷却装置を付けて太陽光発電と熱発電を併用する方法が特許文献６に開示されている。太陽電池の裏側と熱伝素子の裏側との間に熱交換用のフィンを付け、太陽電池と熱伝素子を冷却して太陽光発電と熱発電を併用する方法が特許文献７に開示されている。ドーナツ型の中央部は太陽光の入射口、周辺部はフレネルレンズからなりこのレンズにより集められた太陽エネルギーと中央部の開口部を通過した太陽光とを重畳して集光し、太陽電池または熱電素子に照射する方法が特許文献８に開示されている。
【０００７】
地球に降注ぐ太陽光のエネルギー密度は１ｋＷ／ｍ２あり、このエネルギーの可視光線を半導体の量子光電効果を利用して発電するのが太陽電池であるが、その光電効率は高々２０％である。この効率を上げる最も容易な方法が、太陽光の密度を高くすることである。本願発明者は円筒鏡を製造する方法として、耐熱煉瓦表面を円筒状にＮＣフライス加工したミラー鋳型を作り、その上に電気炉中でガラス板を載せ、ガラスの軟化点近くまで炉の温度を上げ、鋳型の下部から真空脱気することによりガラス表面が予め計算された曲面まで馴染ませル事により、大口径球面ミラーを作る方法を非特許文献３および特許文献９に開示している。この手法は昭和４９年４月から通産省工業技術院のサンシャイン計画の中で「筒型法物面鏡」として日立製作所原子力研究所が「太陽熱発電システムの開発」で使用した事が非特許文献４に開示されている。さらに本願発明者は特許文献１０で太陽励起レーザーに集光鏡としてトロイダル鏡を使うことを開示している。
【特許文献１】特公平８-１５０９７号公報
【特許文献２】特願 ２００１−２７２２５２ （特開 ２００３−８６２５７）
【特許文献３】特願 平７−０２７３５９ （特開平 ８−２０４２２２）
【特許文献４】特願 昭５３−０２４９７２
【特許文献５】特願 ２０００−３９９２５５ （特開 ２００２−２０３９９３）
【特許文献６】特願 平８−２６４１４４ （特開平 １０−１１０６７０）
【特許文献７】特願 平４−３２４１６２ （特開平 ６−１７４２４９）
【特許文献８】特願 ２００３−１１０６ （特開 ２００４−２１４４９１）
【特許文献９】特願 昭５１−７９０５５ （特開昭５３−５６４７）
【特許文献１０】特願 ２００５−３３８４２５
【非特許文献１】村原正隆、岩石の熱拡散率熱半導体で測定、日刊工業新聞、昭和５２年３月３０日
【非特許文献２】東芝プレスリリース、２００４年３月２９日号、上下面の温度差を利用して発電する熱伝モジュール開発について
【非特許文献３】村原正隆・萩原義一、応用物理、第４５巻 第９号、７００−７０３（１９７６）
【非特許文献４】稲垣清和、隅田 勲、梶浦宗次、土井 彰、大島亮一郎、応用物理、第４６巻 第１０号、１０４０−１０４４（１９７７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
太陽電池の変換効率が高々２０％と低い理由は、地球上に降注ぐ太陽光の波長域０．２５〜１．８μｍの内、０．４〜０．８μｍの光のみしか使われていない。特に単結晶シリコンでは励起波長のピークが８００nm、アモルファスシリコンでは６００nm前後にあり、太陽光のピーク波長５５０nmに比べ長波長側にずれている。極端なことを言うと近紫外線と近赤外線および可視光線の内太陽光のピーク波長５５０nm以下の光が未使用のままである。特に８５０nm以上の近赤外線すなわち熱線は太陽電池素子の温度上昇を来たし、光電変換効率を著しく低下させる。さらに光量子効率が高い紫外線も殆ど使われていない。
【０００９】
そこで、本願発明では、太陽光に含まれる紫外線、可視光線、赤外線を分波するために、フィルターミラーを使用する。フィルターミラーとは誘電体多層膜の干渉を利用して、特定範囲の波長の光のみを透過させ、残りを反射させるフィルターのことで、コールドミラーやコールドフィルターあるいはダイクロイックミラーなどがこれに属する。この光電変換効率を著しく低下させる。さらに光量子効率が高い紫外線も殆ど使われていない。そこで太陽電池の光入射面にフィルターミラーにより分光した太陽光を夫々の波長が持つ長所を生かして高効率の太陽光発電を行うことが本願発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、単結晶シリコンでは励起波長のピークが８００nm、アモルファスシリコンでは６００nm前後にあり、太陽光のピーク波長５５０nmに比べ長波長側にずれていることに鑑み、フィルターミラーを用いて９００nm以上の赤外線を反射させ、または透過させてその熱線を熱吸収体に吸収させ、その熱を半導体熱電素子の一方の側に与え、他方側を水冷することにより、高い温度差を発生させ、この温度差により温度差発電を行う。４５０〜８５０nmの可視光線と赤外線はフィルターミラーの表面で透過し、さらにフィルターミラーの裏面で２５０nm以下の光は反射して蛍光剤を励起し、４５０〜８００nmの光に変換され再度太陽電池を励起する。フィルターミラーを透過した４５０〜８５０nmの光は太陽電池を直接励起する。
【００１１】
太陽電池表面に８５０nm以上の赤外線を反射するフィルターミラーが蒸着された複数個の太陽電池あるいは太陽電池の上にガラス板の表面あるいは裏面または両面に干渉膜を蒸着したフィルターミラー板を載せ、太陽集光用の円筒型放物面や円筒型凹面面、あるいは軸対称球面や放物面、または一面または帯状面に集光するように複数個のフィルターミラーが蒸着された太陽電池を夫々煽りを付けて平面上に並べた球面型あるいは円筒型フレネル型ミラー（セグメントミラー）で受けた太陽光を、フィルターミラーから反射される８５０nm以上の赤外線を熱線吸収体を介して半導体熱電素子に照射する。 この集光された高密度赤外線は半導体熱電素子の熱吸収体に直接または凸面あるいは凹面または平面鏡を介して一点を共有する面または帯状面に集光される。この集光面には半導体熱電素の代わりに、水や油が循環する集熱器や収熱パイプを付けて光熱変換することが出来る。他方フィルターミラーを透過した太陽光は太陽電池を励起する。これら太陽電池および半導体熱電素子の背面部は冷却水で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池では動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させる。
【００１２】
太陽電池のエネルギー変換効率は太陽電池に入射されたエネルギーと太陽電池の電気出力エネルギーの比をパーセントで表したものである。然るに太陽電池に入射するエネルギー密度を高くすれば発電効率は上がる。さらに太陽電池の数量も少なくてすみ、フィルターミラーの個数も軽減される。地球に降注ぐ太陽光のエネルギー密度は１ｋＷ／ｍ２であるため、この密度を集光ミラーやレンズで集光すれば課題を満足できる。さらに集光した太陽光であっても、太陽光が太陽電池に入射される前に、赤外線を取り除いておけば、太陽電池素子の熱による破壊を防ぐことが出来る。この赤外線である熱線を分光するのがフィルターミラーである。このフィルターミラーは太陽光が集光された部分に置くため、耐熱性が必要であるが、面積は著しく小さくてすむため、経済的である。耐熱性のあるガラスとしては合成石英ガラスが良く、かつ紫外線も透過するため、蛍光剤を紫外線励起する時に好都合である。このような高密度太陽光を作るためにはと太陽光を集光するための凹面鏡や放物面鏡あるいは複数個の平面鏡を円筒面または円筒型放物面あるいは球面、または平面上に夫々のミラーに煽りを付けた小面積平面鏡を複数個配列しこれらを、１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーあるいは光学レンズやフレネルレンズなどを組み合わせることにより集光光学系が成立する。そこでフィルターミラーから反射される高密度可視光線で太陽電池を直接励起し、フィルターミラーを透過した高密度赤外線を一点を共有する面または帯状面に集光し、その集光面に半導体熱電素子あるいは水や油が循環する集熱器を備えるか、またはフィルターミラーを透過した高密度可視光線で太陽電池を直接励起し、フィルターミラーで反射した高密度赤外線を一点を共有する面または帯状面に集光し、その集光面に半導体熱電素子あるいは水や油が循環する集熱器を備えることにより高効率の熱・光発電が行われる。尚レンズやミラーで集光された集光面近傍に集められた部分に凸面、凹面、平面、メニスカスレンズなどに干渉膜を蒸着したフィルターミラーが使われ、太陽光の波長別有効利用が行われる。
【００１３】
太陽光の内８５０nm以上の赤外線や５００nm以下の可視光線を含む高密度紫外線を反射し、５００から８５０nmの光のみを太陽電池に供給するフィルターミラー（バンドパスフィルター）が必要である。このため太陽電池の前面にガラス板を載せ、その表面には８５０nm以上の赤外線を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線と紫外線を共に反射するミラーが出来る。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子や水や油が循環する集熱器などの表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光は太陽電池を再度励起して発電効率を向上させる。赤外線は蛍光体の背部の熱吸収層に吸熱され半導体熱電素子に伝導する。他方、赤外線により集熱器を加熱し、さらに紫外線による蛍光体で太陽電池を再励起するために、フィルターミラー付き太陽電池を円筒面上または円筒型放物面上あるいは球面上または平面上に１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーとして配列し、フィルターミラーから反射される紫外線により帯状集光面や集熱パイプに塗布された蛍光剤を励起して可視光線に変換した光で太陽電池群を励起することにより太陽光のｐ波長別有効利用が行われる。
【００１４】
蛍光体は紫外線励によって励起され赤色発光するが、その光は散乱光であり指向性が無い。そこで積分球の内部に太陽電池を、積分球の内面には蛍光体を塗布して、発光を効率よく太陽電池を励起できるようにした。また積分球の天井部には太陽光の入射窓を装付けしている。積分球の内部に置かれた太陽電池の前面には赤外線を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線と紫外線を共に反射するミラーを装着している。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光が太陽電池を再度励起して発電効率を向上させ、かつ太陽電池前面のフィルターミラーで反射した赤外線は半導体熱電素子を加熱する。さらにこの積分球の外壁は冷却水を循環し、半導体熱電素子に温度差を与えるためと太陽電池の冷却に使われる。さらにこの積分球の太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点前に置く時は太陽光線を散乱させる為マイクロ凹レンズアレーを有する入射窓を、太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点後方に置く時は入射窓は大気開放としている。またこの太陽光入射窓の太陽光入射面を赤外線を反射するフィルターミラーを付けて積分球の外に半導体熱電素子を付けることも出来る。この積分球は半球（ドーム型）でも、反円筒（かまぼこ型）でも同様な効果が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、太陽光に含まれる紫外線、可視光線、赤外線をフィルターミラーで分波するために、９００nm以上の赤外線を半導体熱電素子の一方の側に与え、他方側を水冷することにより、高い温度差を発生させ、この温度差により温度差発電を行う。さらに４５０〜８５０nmの可視光線は太陽電池を直接励起し、フィルターミラーの裏面で反射した２５０から４５０nmの光は蛍光剤を励起し、４５０〜８００nmの光に変換され再度太陽電池を励起する。このようにして太陽光の持つエネルギーをス別使用する発電様式を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図２３に基づいて説明する。
【００１７】
図１で本発明の太陽光・熱発電装置の動作原理を太陽電池素子について説明する。ガラス基板１の上面に赤外線反射干渉膜２、下面に紫外線反射干渉膜３を蒸着したフィルターミラー４を、太陽電池５の上に密着させ、太陽電池５の背部は冷却水６で冷却する。入射太陽光の内赤外線７はフィルターミラー４の上面２で反射して半導体熱電素子を加熱する。可視光線８はフィルターミラー４を透過して太陽電池５を励起する。紫外線９はフィルターミラー４の下層面３で反射され蛍光体を励起するために使われる。
【００１８】
図２は太陽光・熱発電装置の動作原理を半導体熱電素子について説明する。赤外線を吸収する熱吸収層１０を半導体熱電素子１１に塗布し、半導体熱電素子１１の背部から冷却水６を流すことにより高い温度差を発生させ熱発電を行う。
【００１９】
図３は集光面に半導体熱電素子を装着した場合の球面鏡集光形太陽光・熱発電装置略図である。球面鏡の鋳型１２の上にフィルターミラー４付き太陽電池５を並べ、球面鏡鋳型１２の下面は冷却水６で冷却されている。太陽光線７、８、９の内赤外線７はフィルターミラー４で反射され、熱吸収体１０で熱に変換されその温度と冷却水６で挟まれた半導体熱電素子１１は温度差により起電力が発生する。フィルターミラーを透過した可視光線８は太陽電池５で光発電される。図４は集光面に凸面鏡を装着し、球面中央部に半導体熱電素子を装着した場合の球面鏡集光形太陽光・熱発電装置略図である。太陽電池５の表面のフィルターミラー４で反射した赤外線７を凸面鏡１３で平行光あるいはさらに集光した後熱吸収体１０で熱に変換されその温度と冷却水６で挟まれた半導体熱電素子１１は温度差により起電力が発生する。この装置の特徴は半導体熱電素子１１と太陽電池５の冷却水が同一であることである。
【００２０】
図５は集光面に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽電池５の表面に８５０nm以上の赤外線を反射するフィルターミラー４が蒸着された複数個の太陽電池５を載せ、一面または帯状面に集光するように複数個のフィルターミラーが蒸着された太陽電池を夫々煽りを付けて平面円盤１４上に並べた球面型あるいは円筒型フレネル型ミラー（セグメントミラー）で受けた太陽光７、８、９を、フィルターミラーから反射される８５０nm以上の赤外線７を熱線吸収体１０を介して半導体熱電素子１１に照射する。 この集光された高密度赤外線７は半導体熱電素子１１の熱吸収体１０に一点を共有する面に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。図６は集光面に凸面鏡を装着し、球面中央部に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽電池５の表面に８５０nm以上の赤外線を反射するフィルターミラー４が蒸着された複数個の太陽電池５を載せ、一面または帯状面に集光するように複数個のフィルターミラーが蒸着された太陽電池を夫々煽りを付けて平面円盤１４上に並べた球面型あるいは円筒型フレネル型ミラー（セグメントミラー）で受けた太陽光７、８、９を、フィルターミラーから反射される８５０nm以上の赤外線７を凸面鏡１３で反射させ、セグメントミラーの中央部にセットした熱線吸収体１０を介して半導体熱電素子１１に照射する。 この集光された高密度赤外線７は半導体熱電素子１１の熱吸収体１０に直接または凸面あるいは凹面または平面鏡を介して一点を共有する面に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。
【００２１】
図７は帯状集光面に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽電池５の表面に８５０nm以上の赤外線を反射するフィルターミラー４が蒸着された複数個の太陽電池５を載せ、帯状面に集光するように複数個のフィルターミラーが蒸着された太陽電池を夫々煽りを付けて矩形状平面板１５上に並べたセグメントミラー４で受けた太陽光７、８、９を、フィルターミラーから反射される８５０nm以上の赤外線７を熱線吸収体１０を介して半導体熱電素子１１に照射する。 この集光された高密度赤外線７は半導体熱電素子１１の熱吸収体１０に一点を共有する帯状面に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。図８は矩形状に並べた太陽電池の中央に帯状に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽電池５の表面に８５０nm以上の赤外線を反射するフィルターミラー４が蒸着された複数個の太陽電池５を載せ、帯状面に集光するように複数個のフィルターミラーが蒸着された太陽電池を夫々煽りを付けて矩形状平面板１５上に並べた矩形型セグメントミラー５で受けた太陽光７、８、９を、フィルターミラーから反射される８５０nm以上の赤外線７を帯状凸面鏡１６で反射させ、セグメントミラーの中央部にセットした熱線吸収体１０を介して半導体熱電素子１１に照射する。 この集光された高密度赤外線７は半導体熱電素子１１の熱吸収体１０に帯状凸面鏡１６で反射され矩形状に配列された太陽電池５の中央部に帯状に置かれた半導体熱電素子１１に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。
【００２２】
図９は球面鏡や円筒型凹面鏡による太陽光・熱発電装置の動作原理説明図で集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着した場合の説明図である。球面鏡または円筒型凹面鏡１７により太陽光７，８，９は、球面または円筒型メニスカス型フィルターミラー１８で可視光線８を透過し赤外線７を反射し球面鏡あるいは円筒型凹面鏡の中央部に置かれた半導体熱電素子１１に集光する。他方フィルターミラー１８を透過した可視光線８は太陽電池５に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。さらにこのシステムの特徴は太陽電池を高密度励起することにより発電効率を高くしている。図１０は球面鏡や円筒型凹面鏡による太陽光・熱発電装置の動作原理説明図で集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を反射、赤外線を透過し、球面あるいは円筒面中央部に太陽電池をフィルターミラーの後方に半導体熱電素子を装着した場合の説明図である。球面鏡または円筒型凹面鏡１７により太陽光７，８，９は、球面または円筒型メニスカス型フィルターミラー１８で可視光線８を反射し、赤外線７を透過し、球面鏡あるいは円筒型凹面鏡の中央部に置かれた太陽電池５に集光する。他方フィルターミラー１９を透過した赤外線７は半導体熱電素子１１に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。さらにこのシステムの特徴は太陽電池を高密度励起することにより発電効率を高くしている。
【００２３】
図１１は球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列した太陽光・熱発電装置の動作原理説明図であり集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着した場合を説明する。球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列したセグメントミラー２０により太陽光７，８，９は、球面または円筒型メニスカス型フィルターミラー１８で可視光線８を透過し赤外線７を反射し球面鏡あるいは円筒型セグメントミラー２０の中央部に置かれた１面あるいは帯表に並べた半導体熱電素子１１に集光する。他方フィルターミラー１８を透過した可視光線８は１面または帯状に並べた太陽電池５に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。さらにこのシステムの特徴は太陽電池を高密度励起することにより発電効率を高くしている。図１２は球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列した太陽光・熱発電装置の動作原理説明図であり、集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、赤外線を透過、可視光線を反射し、球面中央部に太陽電池をフィルターミラーの後方に半導体熱電素子装着する場合の説明図である。球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列したセグメントミラー２０により太陽光７，８，９は、球面または円筒型メニスカス型フィルターミラー１９で可視光線８を反射し、赤外線７を透過し、球面鏡あるいは円筒型セグメントミラー２０の中央部に置かれた１面あるいは帯表に並べた太陽電池５に集光する。他方フィルターミラー１８を透過した赤外線７は１面または帯状に並べた半導体熱電素子１１に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。さらにこのシステムの特徴は太陽電池を高密度励起することにより発電効率を高くしている。
【００２４】
図１３は帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図であり、集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着した方式を示す。太陽光７、８、９は帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラー２１により反射してフィルターミラー１８に至る。ここで反射した赤外線７はセグメントミラーの中央部に装着した半導体熱電素子１１を加熱する。フィルターミラー１８を透過した可視光線８は太陽電池５を励起する。 この集光された高密度赤外線７は半導体熱電素子１１の熱吸収体１０に直接または凸面あるいは凹面または平面鏡を介して一点を共有する面に集光される。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。図１４は帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図であり、集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、赤外線を透過、可視光線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着した方式を示す。太陽光７、８、９は帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラー２１により反射してフィルターミラー１９に至る。ここで透過した赤外線７は半導体熱電素子１１を加熱する。フィルターミラー１９で反射した可視光線８はセグメントミラーの中央に装着した太陽電池５を励起する。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。
【００２５】
図１５は帯状平面鏡を平面状で煽り、短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図であり、集光面に凹面状に曲げた短冊状鋳型の上にフィルターミラーが付いた太陽電池アレイを１列に並べ、可視光を透過、赤外線を反射し、矩形状ミラーを配列した中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーを装着倍について説明する。太陽光７、８、９は帯状平面鏡を平面状で煽り、短冊状に集光するように並べたセグメントミラー２３により反射してフィルターミラー１８張られたあるいは蒸着した凹面状短冊鋳型２２に取り付けた太陽電池アレイに至る。ここで反射した赤外線７はセグメントミラーの中央部に装着した半導体熱電素子１１を加熱する。フィルターミラー１８を透過した可視光線８は太陽電池５を励起する。 この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も凹面状短冊鋳型２２に取り付けた冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。
【００２６】
図１６はメニスカスレンズ型フィルターミラーで反射して集光された可視光線で太陽電池を励起し透過して集光された赤外線で半導体熱電素子を加熱することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。反射面が凹面鏡で可視光線を反射し、透過面は凸レンズを成し赤外線を集光するメニスカス型フィルターミラー２４で分波され、反射して集光された可視光線８は太陽電池５を励起し、透過して集光された赤外線７は半導体熱電素子を加熱する。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。図１７はメニスカスレンズ型フィルターミラーで反射して集光された赤外線で半導体熱電素子を加熱し、透過して集光された可視光線で太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。反射面が凹面鏡で赤外線を反射し、透過面は凸レンズを成し可視光線を集光するメニスカス型フィルターミラー２４で分波され、反射して集光された赤外線７は半導体熱電素子を加熱し、透過して集光された可視光線８は太陽電池５を励起する。この半導体熱電素子１１の背面部は冷却水６で冷却し、半導体熱電素子では温度差を発生させ、太陽電池５も冷却水６で動作温度を下げることにより共に発電効率を向上させている。
【００２７】
図１８はフィルターミラーを装着した角形平面鏡を平面状で煽り１面に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線で半導体熱電素子を加熱して熱発電を行う太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
太陽光７、８、９の内８５０nm以上の赤外線７や５００nm以下の可視光線を含む高密度紫外線９を反射し、５００から８５０nmの光のみを太陽電池５に供給するフィルターミラー４を太陽電池の前面にガラス板を載せ、その表面には８５０nm以上の赤外線７を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線７と紫外線９を共に反射するミラーが出来る。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子１１や水や油が循環する集熱器などの表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光は太陽電池を再度励起して発電効率を向上させる。蛍光剤としては高温に耐性があり蛍光強度の比較的高いランプ用蛍光体を使用した。特に２５０〜４５０nmで効率よく励起でき、かつ４００〜８００nmに発光を有するものの中から以下の物質を選択した。 (Sr,Mg)3(PO4)2:Sn2+ 、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn2+、 (Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+、 2Sr 0.84P2O5 0.16B2O3:Eu2+、 LaPO4:Ce3+ 、Tb3+ Y2O3:Eu3+ などである。 赤外線７は蛍光体２６の背部の熱吸収層１０に吸熱され半導体熱電素子に伝導する。他方、赤外線により集熱器を加熱し、さらに紫外線による蛍光体で太陽電池を再励起するために、フィルターミラー付き太陽電池を円筒面上または円筒型放物面上あるいは球面上または平面上に１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーとして配列し、フィルターミラーから反射される紫外線により帯状集光面や集熱パイプに塗布された蛍光剤を励起して可視光線に変換した光で太陽電池群を励起することにより太陽光の波長別有効利用が行われる。
【００２８】
図１９はフィルターミラーを装着した角形または短冊状平面鏡を平面状で煽り帯状に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線で半導体熱電素子を加熱して熱発電を行う太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽光７、８、９の内８５０nm以上の赤外線７や５００nm以下の可視光線を含む高密度紫外線９を反射し、５００から８５０nmの光のみを太陽電池５に供給するフィルターミラー４を太陽電池の前面にガラス板を載せ、その表面には８５０nm以上の赤外線７を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線７と紫外線９を共に反射するミラーが出来る。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子１１表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光は太陽電池を再度励起して発電効率を向上させる。赤外線は蛍光体の背部の熱吸収層に吸熱され半導体熱電素子に伝導する。さらに紫外線による蛍光体で太陽電池を再励起するために、フィルターミラー付き太陽電池を球面上に集光するように配置したセグメントミラーとして配列し、フィルターミラーから反射される紫外線により半導体熱電素子１１に塗布された蛍光剤を励起して可視光線に変換した光で太陽電池５を励起することにより太陽光の波長別有効利用が行われる。
【００２９】
図２０はフィルターミラーを装着した角形または短冊状平面鏡を平面状で煽り帯状に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で収熱器に塗布された蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線でパイプ内の水や油が循環する収熱器を加熱して熱発電の熱源とするための太陽光・熱発電装置動作原理説明図である。フィルターミラーを装着した太陽電池５を煽り帯状に集光するように並べた太陽電池群により、反射した紫外線で収熱器に塗布された蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線で半導体熱電素子を加熱して熱発電を行う太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。太陽光７、８、９の内８５０nm以上の赤外線７や５００nm以下の可視光線を含む高密度紫外線９を反射し、５００から８５０nmの光のみを太陽電池５に供給するフィルターミラー４を太陽電池の前面にガラス板を載せ、その表面には８５０nm以上の赤外線７を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線７と紫外線９を共に反射するミラーが出来る。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子１１表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光は太陽電池を再度励起して発電効率を向上させる。赤外線は蛍光体の背部の熱吸収層に吸熱されパイプ内の油や水に伝導する。さらに紫外線による蛍光体で太陽電池を再励起するために、収熱パイプ２８に塗布された蛍光剤２６を励起して可視光線に変換した光で太陽電池５を励起することにより太陽光の波長別有効利用が行われる。
【００３０】
図２１は太陽光入射窓に付けたフィルターミラーで赤外線を反射し、積分球（半球でも蒲鉾型でも良い）内に入った紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。蛍光体は紫外線励によって励起され赤色発光するが、その光は散乱光であり指向性が無い。そこで積分球の内部に太陽電池を、積分球の内面には蛍光体を塗布して、発光を効率よく太陽電池を励起できるようにした。また積分球の天井部には太陽光の入射窓を装付けしている。積分球の内部に置かれた太陽電池の前面には赤外線を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜を蒸着し、ガラス板の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜を蒸着させることにより、赤外線と紫外線を共に反射するミラーを装着している。赤外線と紫外線が混合した光は、半導体熱電素子表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光が太陽電池を再度励起して発電効率を向上させ、かつ太陽電池前面のフィルターミラーで反射した赤外線は半導体熱電素子を加熱する。さらにこの積分球の外壁は冷却水を循環し、半導体熱電素子に温度差を与えるためと太陽電池の冷却に使われる。さらにこの積分球の太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点前に置く時は太陽光線を散乱させる為マイクロ凹レンズアレーを有する入射窓を、太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点後方に置く時は入射窓は大気開放としている。またこの太陽光入射窓の太陽光入射面を赤外線を反射するフィルターミラーを付けて積分球の外に半導体熱電素子を付けることも出来る。この積分球は半球（ドーム型）でも、半円筒（かまぼこ型）でも同様な効果が得られる。
【００３１】
図２２はマイクロ凹レンズアレ付き入射窓で入射光を散乱させた太陽光をフィルターミラーで赤外線を反射し、積分球（半球でも蒲鉾型でも良い）内の半導体熱電素子を加熱し、紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。蛍光体は紫外線励によって励起され赤色発光するが、その光は散乱光であり指向性が無い。そこで積分球の内部に太陽電池５を、積分球の内面には蛍光体２６を塗布して、発光を効率よく太陽電池５を励起できるようにした。また積分球の天井部には太陽光の入射窓２８を装付けしている。積分球の内部に置かれた太陽電池５の前面には赤外線７を反射し、紫外線９を含めた全ての光を透過するような干渉膜２を蒸着し、ガラス板１の裏面では５００nm以下の光を反射させる干渉膜３を蒸着させることにより、赤外線７と紫外線９を共に反射するフィルターミラー４を装着している。赤外線７と紫外線９が混合した光は、半導体熱電素子表面の第一層目（半導体熱電素子側）に吸熱体を、第２層目に蛍光剤を塗布し、紫外線によって励起された蛍光体からの赤色発光が太陽電池を再度励起して発電効率を向上させ、かつ太陽電池前面のフィルターミラーで反射した赤外線７は半導体熱電素子５を加熱する。さらにこの積分球の外壁は冷却水６を循環し、半導体熱電素子に温度差を与えるためと太陽電池の冷却に使われる。さらにこの積分球の太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点前に置く時は太陽光線を散乱させる為マイクロ凹レンズアレーを有する入射窓２８を装着している。この積分球は半球（ドーム型）でも、反円筒（かまぼこ型）でも同様な効果が得られる。
【００３２】
図２３は積分球容器（半球でも蒲鉾型でも良い）への太陽光入射窓を大気開放し、焦点を容器の外に置き、太陽電池の上に装着したフィルターミラーで赤外線を反射し、積分球内の半導体熱電素子を加熱し、紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図である。積分球（半球でも蒲鉾型でも良い）内に入った紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起する。この蛍光体は紫外線励によって励起され赤色発光するが、その光は散乱光であり指向性が無い。そこで積分球の内部に太陽電池５を、積分球の内面には蛍光体２６を塗布して、発光を効率よく太陽電池を励起できるようにした。積分球の内部に置かれた太陽電池の前面には赤外線を反射し、紫外線を含めた全ての光を透過するような干渉膜２を蒸着し、太陽電池５の上に密着させたフィルターミラー４はガラス板１の表面２では５００nm以下の光を反射させる干渉膜３を蒸着させることにより、紫外線９を反射するミラーを装着している。積分球の内壁には蛍光体２６を塗布し、紫外線９によって励起された蛍光体からの赤色発光が太陽電池を再度励起して発電効率を向上させ、かつ太陽電池前面のフィルターミラー２８で反射した赤外線は半導体熱電素子を加熱する。さらにこの積分球の外壁は冷却水を循環し、半導体熱電素子の温度差発生と太陽電池の冷却に使われる。この積分球の太陽光入射窓を集光レンズやミラーの焦点の後方に設置しているため入射窓は大気開放している。この積分球は半球（ドーム型）でも、半円筒（かまぼこ型）でも同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、太陽光に含まれる紫外線、可視光線、赤外線をフィルターミラーで分波した後、赤外線は半導体熱電素子による発電、可視光線は従来の太陽電池光発電、紫外線は蛍光剤を励起して赤色発光させ、この光を再度太陽電池の励起用に用いる。この半導体による熱発電の温度差は冷却水を用いるためこの冷却水が太陽電池の光変換効率をさらに増加させる。これは化石燃料である石油を使わないクリーンエネルギーの複合システムとしてこれからの産業に多大の貢献をすると考える。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】太陽電池素子の動作原理図
【図２】半導体熱電素子の動作原理図
【図３】球面鏡集光形太陽光・熱発電装置略図（集光面に半導体熱電素子を装着）
【図４】球面鏡集光形太陽光・熱発電装置略図（集光面に凸面鏡１３を装着し、球面中央部に半導体熱電素子を装着）
【図５】セグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面に半導体熱電素子を装着）
【図６】セグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面に凸面鏡１３を装着し、球面中央部に半導体熱電素子を装着）
【図７】帯状集光面に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図８】矩形状に並べた太陽電池の中央に帯状に半導体熱電素子を装着した場合のセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図９】球面鏡や円筒型凹面鏡による太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着）
【図１０】球面鏡や円筒型凹面鏡による太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、赤外線を透過、可視光線を反射し、球面中央部に太陽電池をフィルターミラーの後方にを半導体熱電素子装着）
【図１１】球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列した太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着）
【図１２】球面や円筒型凹面鋳型上に角型あるいは矩形形平面鏡を配列した太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、赤外線を透過、可視光線を反射し、球面中央部に太陽電池をフィルターミラーの後方にを半導体熱電素子装着）
【図１３】帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、可視光を透過、赤外線を反射し、球面中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーの後方に太陽電池を装着）
【図１４】帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面にメニスカス型フィルターミラーを装着し、赤外線を透過、可視光線を反射し、球面中央部に太陽電池をフィルターミラーの後方にを半導体熱電素子装着）
【図１５】帯状平面鏡を平面状で煽り、短冊状に集光するように並べたセグメントミラーによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図（集光面に凹面状に曲げた短冊状鋳型の上にフィルターミラーが付いた太陽電池アレイを１列に並べ、可視光を透過、赤外線を反射し、矩形状ミラーを配列した中央部に半導体熱電素子をフィルターミラーを装着）
【図１６】メニスカスレンズ型フィルターミラーで反射して集光された可視光線で太陽電池を励起し透過して集光された赤外線で半導体熱電素子を加熱することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図１７】メニスカスレンズ型フィルターミラーで透過して集光された可視光線で太陽電池を励起し、反射して集光された赤外線で半導体熱電素子を加熱することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図１８】フィルターミラーを装着した角形平面鏡を平面状で煽り１面に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線で半導体熱電素子を加熱して熱発電を行う太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図１９】フィルターミラーを装着した角形または短冊状平面鏡を平面状で煽り帯状に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線で半導体熱電素子を加熱して熱発電を行う太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図２０】フィルターミラーを装着した角形または短冊状平面鏡を平面状で煽り帯状に集光するように並べたセグメントミラーにより、反射した紫外線で収熱器に塗布された蛍光体を励起して赤色発光を行い、可視光線と共に太陽電池を励起、反射した赤外線でパイプ内の水や油が循環する収熱器を加熱して熱発電の熱源とするための太陽光・熱発電装置動作原理説明図
【図２１】太陽光入射窓に付けたフィルターミラーで赤外線を反射し、積分球（半球でも蒲鉾型でも良い）内に入った紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図２２】マイクロ凹レンズアレ付き入射窓で入射光を散乱させた太陽光は、フィルターミラーで赤外線を反射し、積分球（半球でも蒲鉾型でも良い）内の半導体熱電素子を加熱し、紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【図２３】積分球容器（半球でも蒲鉾型でも良い）への太陽光入射窓を大気開放し、焦点を容器の外に置き、太陽電池の上に装着したフィルターミラーで赤外線を反射し、積分球内の半導体熱電素子を加熱し、紫外線による蛍光体の赤色発光と可視光線とで太陽電池を励起することによる太陽光・熱発電装置の動作原理説明図
【符号の説明】
【００３５】
１ ガラス基板
２ 赤外線反射膜
３ 紫外線反射膜
４ フィルターミラー
５ 太陽電池
６ 冷却水
７ 赤外線
８ 可視光線
９ 紫外線
１０ 熱吸収層
１１ 半導体熱伝素子
１２ 球面鏡鋳型（下部に冷却水６層付け）
１３ 凸面鏡
１４ 平面円盤
１５ 矩形状平面板
１６ 帯状凸面鏡
１７ 球面鏡または円筒型凹面鏡
１８ メニスカス型フィルターミラー（球面または円筒）可視光線を透過し赤外線を反射
１９ メニスカス型フィルターミラー（球面または円筒）可視光線を反射し赤外線を透過
２０ 球面あるいは円筒凹面鋳型上に正方形や矩形状ミラーを配列したセグメントミラー
２１ 帯状または四角形平面鏡を平面状で煽り１面または短冊状に集光するように並べたセグメントミラー
２２ 凹面状短冊鋳型に取り付けた太陽電池アレイ
２３ 短冊状ミラー
２４ メニスカス型フィルターミラー（反射面が凹面鏡で可視光線を反射、透過面は凸レンズを成し赤外線を集光）
２５ メニスカス型フィルターミラー（反射面が凹面鏡で赤外線を反射、透過面は凸レンズを成し可視光線を集光）
２６ 蛍光体
２７ パイプ（収熱器）
２８ 入射窓（散乱用マイクロ凹レンズアレイ）
２９ 冷却水入り口
３０ 冷却水出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルターミラーで赤外線、可視光線と紫外線に分光した太陽光の赤外部は半導体熱電素子あるいは水や油が循環する集熱器に集光し、可視光部は直接太陽電池を励起し、かつ太陽電池および半導体熱電素子の背面部は冷却水で冷却し、紫外部と可視光線の短波長側は蛍光剤により可視光変換した後、太陽電池を励起することを特徴とする太陽光・熱発電装置。
【請求項２】
前記フィルターミラーが蒸着された複数個の太陽電池あるいはフィルターミラー板を載せた太陽電池であり、これらを複数個の太陽電池を円筒面上または円筒型放物面上あるいは球面上、または平面上に１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーとして配列し、フィルターミラーから反射される赤外線を直接、または凸面あるいは凹面または平面鏡により反射させ、その赤外線を一点を共有する面または帯状面に集光し、その集光面に半導体熱発電素子あるいは水や油が循環する集熱器を備えることを特徴とする請求項１記載の太陽光・熱発電装置。
【請求項３】
前記フィルターミラーが蒸着された複数個の太陽電池あるいはフィルターミラー板を載せた太陽電池を平面状に煽り角を付けて並べ、夫々の面を一点を共有する面に集光するか、または帯状面に集光するか、あるいはその集光面に反射鏡を設置し、そこでの反射光を太陽電池セグメント群の中央に置かれた半導体熱発電素子、あるいは水または油が循環する集熱パイプに集光することを特徴とする請求項１記載の太陽光・熱発電装置。
【請求項４】
前記フィルターミラーが蒸着された凸面あるいは凹面または平面鏡と太陽光を集光するための凹面鏡や放物面鏡あるいは複数個の平面鏡を円筒面または円筒型放物面あるいは球面、または平面上に１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーなどの組み合わせより成り、フィルターミラーから反射される高密度可視光線で太陽電池を直接励起し、フィルターミラーを透過した高密度赤外線を一点を共有する面または帯状面に集光し、その集光面に半導体熱発電素子あるいは水や油が循環する集熱器を備えるか、またはフィルターミラーを透過した高密度可視光線で太陽電池を直接励起し、フィルターミラーで反射した高密度赤外線を一点を共有する面または帯状面に集光し、その集光面に半導体熱発電素子あるいは水や油が循環する集熱器を備えることを特徴とする請求項１記載の太陽光・熱発電装置。
【請求項５】
前記フィルターミラーが蒸着された複数個の太陽電池あるいはフィルターミラー板を載せた太陽電池であり、これらを複数個の太陽電池を円筒面上または円筒型放物面上あるいは球面上または平面上に１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーとして配列し、フィルターミラーから反射される紫外線により帯状集光面や集熱パイプに塗布された蛍光剤を励起して可視光線に変換した光で太陽電池を再励起する。それら蛍光剤の下地は熱吸収剤が塗布されその下面に在る半導体熱発電素子あるいは水や油が循環する集熱器を加熱することを特徴とする請求項１記載の太陽光・熱発電装置。
【請求項６】
前記フィルターミラーを蒸着した太陽電池あるいはフィルターミラー板を載せた太陽電池を球状あるいは円筒状容器の中に複数個配列し、当該容器の内壁に蛍光剤あるいは蛍光剤と吸熱層を有する熱電素子を配置し、容器外壁および太陽電池の背面を冷却水で冷却し、当該容器の一部を太陽光入射用開口部とし、当該開口部分大気に開放あるいは太陽光側はフィルターミラーを蒸着した凸面を成し容器側がマイクロ凹レンズアレイで構成される一体型メニスカスレンズを装付けしたことを特徴とする請求項１記載の太陽光・熱発電装置。
【請求項１】
フィルターミラーで赤外線、可視光線と紫外線に分光した太陽光の赤外部は半導体熱電素子あるいは水や油が循環する集熱器に集光し、可視光部は直接太陽電池を励起し、かつ太陽電池および半導体熱電素子の背面部は冷却水で冷却し、紫外部と可視光線の短波長側は蛍光剤により可視光変換した後、太陽電池を励起することを特徴とする太陽光・熱発電装置。
【請求項２】
前記フィルターミラーが蒸着された複数個の太陽電池あるいはフィルターミラー板を載せた太陽電池であり、これらを複数個の太陽電池を円筒面上または円筒型放物面上あるいは球面上、または平面上に１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーとして配列し、フィルターミラーから反射される赤外線を直接、または凸面あるいは凹面または平面鏡により反射させ、その赤外線を一点を共有する面または帯状面に集光し、その集光面に半導体熱発電素子あるいは水や油が循環する集熱器を備えることを特徴とする請求項１記載の太陽光・熱発電装置。
【請求項３】
前記フィルターミラーが蒸着された複数個の太陽電池あるいはフィルターミラー板を載せた太陽電池を平面状に煽り角を付けて並べ、夫々の面を一点を共有する面に集光するか、または帯状面に集光するか、あるいはその集光面に反射鏡を設置し、そこでの反射光を太陽電池セグメント群の中央に置かれた半導体熱発電素子、あるいは水または油が循環する集熱パイプに集光することを特徴とする請求項１記載の太陽光・熱発電装置。
【請求項４】
前記フィルターミラーが蒸着された凸面あるいは凹面または平面鏡と太陽光を集光するための凹面鏡や放物面鏡あるいは複数個の平面鏡を円筒面または円筒型放物面あるいは球面、または平面上に１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーなどの組み合わせより成り、フィルターミラーから反射される高密度可視光線で太陽電池を直接励起し、フィルターミラーを透過した高密度赤外線を一点を共有する面または帯状面に集光し、その集光面に半導体熱発電素子あるいは水や油が循環する集熱器を備えるか、またはフィルターミラーを透過した高密度可視光線で太陽電池を直接励起し、フィルターミラーで反射した高密度赤外線を一点を共有する面または帯状面に集光し、その集光面に半導体熱発電素子あるいは水や油が循環する集熱器を備えることを特徴とする請求項１記載の太陽光・熱発電装置。
【請求項５】
前記フィルターミラーが蒸着された複数個の太陽電池あるいはフィルターミラー板を載せた太陽電池であり、これらを複数個の太陽電池を円筒面上または円筒型放物面上あるいは球面上または平面上に１面または帯状面に集光するように配置したセグメントミラーとして配列し、フィルターミラーから反射される紫外線により帯状集光面や集熱パイプに塗布された蛍光剤を励起して可視光線に変換した光で太陽電池を再励起する。それら蛍光剤の下地は熱吸収剤が塗布されその下面に在る半導体熱発電素子あるいは水や油が循環する集熱器を加熱することを特徴とする請求項１記載の太陽光・熱発電装置。
【請求項６】
前記フィルターミラーを蒸着した太陽電池あるいはフィルターミラー板を載せた太陽電池を球状あるいは円筒状容器の中に複数個配列し、当該容器の内壁に蛍光剤あるいは蛍光剤と吸熱層を有する熱電素子を配置し、容器外壁および太陽電池の背面を冷却水で冷却し、当該容器の一部を太陽光入射用開口部とし、当該開口部分大気に開放あるいは太陽光側はフィルターミラーを蒸着した凸面を成し容器側がマイクロ凹レンズアレイで構成される一体型メニスカスレンズを装付けしたことを特徴とする請求項１記載の太陽光・熱発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００８−１３０８０１（Ｐ２００８−１３０８０１Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１４０６２（Ｐ２００６−３１４０６２）
【出願日】平成１８年１１月２１日（２００６．１１．２１）
【出願人】（３０３０４５１８８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２１日（２００６．１１．２１）
【出願人】（３０３０４５１８８）
【Ｆターム（参考）】
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