集光閉空間三次元太陽電池

【課題】従来の太陽電池設備は平面的な構成がなされており、発電変換効率も限界値にきている。そのため集光レンズを用いて変換効率を向上させようとする試みが始まっている。
【解決手段】集光レンズ１と、反射面２、拡散面４とで閉空間を構成した空間内に、両面が受光面になっている太陽電池セルを一つ以上、三次元構成となるように設ける。さすれば、受光面積は少なくなり、変換効率が向上する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体構造太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池は平面的な構成がなされており、設置面積が大幅に必要とされる。しかし近年、集光レンズを用いて変換効率をあげ、設置面積を少なくしようとする試みもなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２１７３５７
【特許文献２】特開２００１−３１３４１０
【特許文献３】特開平１１−２１４０４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
設置面積を少なくするために変換効率を上げようとしているが、限界値にきており、そのために集光式が考慮されてきている。しかし、太陽電池セルに直接集光すると、太陽熱エネルギーも集光されて効率も下がり、劣化のおそれもある。
【０００５】
特許文献１は、球状光電変換素子を集光部材の中に配置されているので、従来の平面の太陽電池セルは考慮されていない球状の特殊形体のみであり、量産化されていないのが現状である。
【０００６】
また特許文献２は、集光レンズの焦点位置と光入射孔の位置を合わせるために、太陽光線の時間経過により焦点がずれることが欠点である。
【０００７】
また特許文献３は、集光が考えられていない立体太陽電池である
【０００８】
本発明は、上記の事柄を考慮し、三次元化することにより設置面積を減らし、且つ又、太陽熱エネルギーは分散することで熱の影響を減少しようとする発明である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の集光閉空間三次元太陽電池は、集光レンズを使って太陽エネルギーを集めるのであるが、一点に集めると熱エネルギーも集まって悪影響をおよぼすので、集光レンズ・反射面・拡散面を用いた閉空間に光を導光し、この閉空間に太陽電池セルを設けることにより、分散された熱エネルギーの影響は減少し、かつ光エネルギーは反射・拡散により太陽電池セルの受光面に照射される。
【００１０】
従って、この閉空間において最も変換効率の良い太陽電池セルの配置を考えることが大切である。そこで、設置面積のほうから考えると、太陽電池セルの受光面を太陽光の入射に対して１８０度の平行に設けることが最小面積となる。つまり、従来の平面的な二次元構成でなく、高さも考慮した三次元構成とすることにより、変換効率の向上がはかれる。
【００１１】
また太陽電池セル受光面の裏同士を合わせてその閉空間に設置すると、両受光面に光が照射されるので、効率も向上できる。
【００１２】
請求項２の集光閉空間三次元太陽電池は、集光レンズ・反射面・拡散面を用いた閉空間を空気でなく、アクリル樹脂・エポキシ樹脂・シリコン樹脂などの透明な導光素材を充填することにより、各接触部分の反射損を減らせると共に、構造上の強化にもつながる。
【００１３】
請求項３は、集光閉空間三次元太陽電池の集光レンズを工夫したものである。集光レンズの内部を空洞にしその部分に水を挿入することにより水レンズとなり、かつまた太陽熱により内部の水が熱せられて温水となる。この熱せられた温水を連結するように各集光閉空間太陽電池ユニットのレンズを接続すれば、電気エネルギーだけでなく熱エネルギーも利用できる。
【００１４】
請求項４は。集光閉空間三次元太陽電池ユニット単体で取り外せるようにすることにより集合体である太陽電池アレイの保守がしやすくなる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の集光閉空間三次元太陽電池であれば、太陽電池セルを三次元構成することにより、変換効率のファクターである受光面積を小さくすることが出来る。
【００１６】
たとえば図１において、太陽電池セルの長辺が４センチメートル，短辺が２センチメートルを用いた時、従来の二次元平面では８平方センチメートルとなる。しかし、本発明による円筒形の三次元太陽電池であれば、３．１４平方センチメートルとなり、約４割の面積とすることが出来る。
【００１７】
また従来のように太陽光軸に９０度の角度で閉空間に設置すれば（図２）、三次元要素として両面が受光面として扱えるので、受光面積は変わらないが、出力を増加出来るので変換効率を向上出来る。
【００１８】
なお時間と共に太陽光軸の角度が変化するが、閉空間を構成する側面の反射面・拡散面に太陽光からの照射が移動するため三次元の閉空間としての照射量は減少が少ない。
【００１９】
請求項２の集光閉空間三次元太陽電池であれば、請求項１の要素に加え、各接触部分による反射損を減少することができると共に、構造上の強化にもつながる。
【００２０】
請求項３の集光閉空間太陽電池であれば、集光レンズの素材を減らすことによる経済効果を生じ、かつ太陽熱も利用する太陽温水器を兼ねることが出来、太陽光エネルギーと太陽熱エネルギーの両方を利用できる。
【００２１】
請求項４の集光閉空間太陽電池であれば、各ユニットの取り外しが可能であるため、もし故障が起きたときなどには、そのユニットのみを取り外して取り替えれるという保守管理が有効である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】
図１に示すように、集光閉空間太陽電池は、集光レンズ１と、反射面２、拡散面４とで閉空間を構成している。また、従来の平面な太陽電池が２枚裏同士張り合わされて、両面が受光面になっている太陽電池セル３が、上記の閉空間内に太陽光軸に対して平行に設けられ三次元構成となっている。
【００２３】
集光レンズ１で集められた太陽光線は反射面２、拡散面４で反射・拡散を生じ、閉空間内にある太陽電池セル３の受光面を照射する。
【実施例２】
【００２４】
図２は閉空間内に従来のように太陽光軸に対して９０度の垂直に設置したもので、受光面積は減らせないが、裏側の受光面も利用できるので変換効率が少し向上する。
【実施例３】
【００２５】
図３は、図１の基本形を発展させたもので、複数の太陽電池セル３を閉空間内に設けたものである。
【実施例４】
【００２６】
図４は、フレキシブルな太陽電池セル３を閉空間内に設けたものである。
【実施例５】
【００２７】
図５は、フレネルレンズと呼ばれている集光レンズ１を用い、閉空間を円柱でなく長方体に構成し、その内部に太陽電池セル３を設けたものである。
【実施例６】
【００２８】
図６は、請求項３を実施した例で、集光レンズ１の内部に水５が入っており、水レンズとして作用している。また、太陽熱のために内部の水が暖められて温水となり、これを利用すれば太陽熱温水器も兼ねることが出来る。
【実施例７】
【００２９】
図７は、請求項４を実施した例で、請求項１の集光閉空間太陽電池ユニットの外側と支持体７に電極６を設け、支持体７に差し込んだ時両電極が接続されるようにしたものであり、各ユニットごとに取り外しが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１の集光閉空間太陽電池の斜視図である。
【図２】実施例２の集光閉空間太陽電池の斜視図である。
【図３】実施例３の集光閉空間太陽電池の斜視図である。
【図４】実施例４の集光閉空間太陽電池の斜視図である。
【図５】実施例５の集光閉空間太陽電池の斜視図である。
【図６】実施例６の集光閉空間太陽電池の断面図である。
【図７】実施例７の集光閉空間太陽電池の斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１集光レンズ
２反射面
３太陽電池セル
４拡散面
５水
６電極
７支持体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
本発明は、集光レンズと反射面及び拡散面で閉空間を構成し、太陽電池セルの裏側を合わせて受光面を両面とした太陽電池セルの受光面を、太陽光軸に対しあらゆる角度で、上記三次元の閉空間内に一つ以上設けることを特徴とする太陽電池ユニット。
【請求項２】
請求項１で、閉空間を透明な導光素材で構成したことを特徴とする太陽電池ユニット。
【請求項３】
請求項１、請求項２で、集光レンズの内部を空洞にし、水を充填することにより、集光レンズの役目を果たしながら、温水を得るようにすることを特徴とする太陽電池ユニット。
【請求項４】
請求項１、請求項２、請求項３の太陽電池ユニットを多数構成し、各ユニットを取り外せるようにしたことを特徴とする太陽電池アレイ。

【図１】