JPH0295185A

JPH0295185A - 太陽光エネルギ変換装置

Info

Publication number: JPH0295185A
Application number: JP63241980A
Authority: JP
Inventors: Shinji Sawada; 澤田　慎治; Tadayoshi Tanaka; 忠良田中; Nagayasu Ikeda; 池田　長康
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Priority date: 1988-09-27
Filing date: 1988-09-27
Publication date: 1990-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPH0734661B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は太陽光エネルギの変換装置に関し、特に、主と
して効率的な光電変換を可能としながらも、要すれば光
熱変換をも可能とする装置に関する。

［従来の技術］光電変換素子としての太陽電池素子自体の改良は益々盛
んであり、特に変換効率や曲線因子、開放起電圧等々、
素子単体としての電気的な諸特性は、昨今、富に向上す
るに至っている。

しかし、このような素子を用いて実際に太陽光エネルギ
変換装置を作成し、実用に供しようとする場合には、も
とより素子単体で用いられるわけではなく、これらを多
数個、一般には板状基板上に集積した太陽電池モジュー
ルを用い、さらに何等かの効率の良い太陽光吸収手段や
鏡、レンズ等の集光手段を併用しなければ、システムと
しての総体的な変換効率、ひいては電力容量を満足な程
度に引き上げることはできない。

そこで、光電変換素子単体の特性向−Ｆのための開発技
術とは別に、これら素子を用いた太陽電池と他の何等か
の部材とを組合せて、装置ないしシステム全体としての
効率や発電電力容量を稼ごうとする試みもまた、種々な
されてきた。

その中、太陽光が発する各波長帯のエネルギなできるだ
け効率良く電気エネルギに変換しようとする提案として
、第５図に示されるように、蛍光粒子を利用したものが
ある。

周知のように、光電変換素子には結晶シリコン系、非晶
質シリコン系、化合物半導体系等、光電変換メカニズム
に関与するバルク部分に互いに異なる材質を用いたもの
があり、それぞれに最も高い感度を示す波長領域が異な
るか、大概して言えば大体、５５００Å以上の所に共通
して良好な感度特性を認めることができる。

方、太陽光に含まれる波長帯域は、それより下の方（短
い方）にも十分に広い領域を有している。

したがって、提供された太陽電池を単にそのまま、太陽
光に晒すだけでは、！ノ―えられている太陽光エネルギ
の一部は無駄に使っていることになる。

そこで、第５図（Ａ）に示されるように、照射される太
陽光Ｌｓを直接に太陽電池ＩＯに入射させるのではなく
、まず蛍光粒子ｎ１を適当量封入した透明板目に入射さ
せ、透明板内を反射させながら当該透明板１１の端面に
接着剤１２で固定した太陽電池１０に導くようにしたも
のがある。

このようにすると、透明板１１内を伝搬して行く太陽光
の波長成分の中、太陽電池１０の示す高感度領域から外
れた波長領域の光成分も、−旦、透明板１１に適当量台
まれている蛍光粒子ｎ１にて吸収され、波長変換されて
発光、輻射されることにより、太陽電池１０にて効率良
く吸収可能な波長領域の光に変換することができる。

第５図（Ａ）にて透明板１１がそれぞれサフィックスを
付した積重ね構造（ＩＬ＋　、　１１−２　’＋　１ｌ
−３）から構成さね、それら各透明板］］−＋　、　３
１−ｚ　、　１１−ｓにそれぞれ太陽電池１０−＋　、
　１０−２　、１０−３が備えられているのは、各透明
板１１−＋　、　＋１−２　、１］、−３中に含ませる
蛍光粒子ｎｌ　＋　ｎ２　＋　ｎ３を異ならせ、変換対
象波長を異ならせることにより、より広い太陽光波長範
囲を光電変換に利用しようとするがためである。したが
ってもちろん、図示の三枚重ねは単なる例示であって、
原理上は任意枚数の積重ね構造とすることができる。

思想的には同様であるが、透明板の端面照射光を利用す
るに代え、第５図（Ｂ）に示されるように、同様に蛍光
粒子ｎ＋（サフィックスｉは任意種類、任意数の蛍光粒
子で良いことを表す）を封入した透明板１１の主面部分
に沿って接着剤】２で太陽電池１０を貼り付け、また望
ましくは太陽電池を貼り付けた領域以外の面積部分に、
鏡面または拡散面を持つ反射板１４を形成した構造のも
のもある。

反射板１４はもちろん、透明板１１を抜けようとする太
陽光を再び透明板１１内に戻すことにより、太陽光利用
効率を増さんとするものである。

このように、従来からも、与えられる太陽光エネルギを
その波長に鑑み、できるだけ無駄なく利用して光電変換
しようとする技術があるが、一方ではまた、光電変換に
併せて光熱変換も図る装置、すなわち太陽光から熱エネ
ルギをも採り出そうとする装置系も提案されている。

第６図各図は従来のそうした装置例を示していて、まず
同図（八）に示されるものは、断熱材１５を内包した箱
形の外装ケース１６内に複数の太陽電池１０と外装ケー
ス内を往復する集熱管２０を収めた上で、ガラス・カバ
ー１８により蓋をした構造のもので、集熱管２０にはロ
ール・ボンド板とかフィン等の集熱板１９を熱結合させ
、これを外装ケース１６の内底上に断熱材１７を介して
固定している。

集熱管２０内には適当なる流体熱媒が流され、これには
、外装ケース内でその上方に収められている太陽電池ｌ
Ｏに入射する以外の太陽光Ｌｓにより、熱エネルギが与
えられる。

同図（Ｂ）の構造も原理的には同様であって、異なる所
は、太陽電池１０を一対のガラス・カバー１８．１８で
挟んだモジュール構造が用いられていること、集熱管２
１に透明ガラス管が用いられ、その中に流される熱媒流
としていわゆるブラック・リキッド２２が選ばれていて
、集熱ガラス管２１内に太陽光Ｌｓを直接に導き、ブラ
ック・リキッド２２にて熱吸収させていることである。

最後に、同図（Ｃ）に示される構造は、隣接する集熱管
２０　、２０の間にあってそれら集熱管２０　、２０と
熱結合しながら設けられている集熱板１９の上に、直接
に太陽電池ＩＯを配したもので、他の構造部分は図中、
同一の符号を用いていることからも分かるように、上記
二側とほぼ同様である。

いずれにしても、従来のこうした装置では、いわゆるハ
イブリッド型の太陽光エネルギ変換装置として、太陽エ
ネルギを直接に電気エネルギに変換するだけではなく、
太陽光の持つ熱エネルギを熱エネルギとしてそのまま利
用可能でもあるし、これをさらに適当なる熱交換器から
ひいては発電システムを介して電気エネルギに変換すれ
ば、太陽電池からの直接発電による発電電力にこの熱発
電電力分を加えることができる。

［発明が解決しようとする課題］第５．６図に示した従来における各工夫は、それなりに
一応は有用な一面を持っている。しかし、図示従来例に
限らず、単に太陽電池を太陽光に晒すだけの基本的な構
造を考えてみても、最も問題となるのは、実働下におけ
る太陽電池の温度上昇である。

昨今の報告では、非晶質系のものにあっても、光電変換
素子としての変換効率は１０％を越え、将来的にはより
高い効率の達成も現実視されている。しかし、こうした
効率は、一般に室温程度で議論されていることが多く、
実際には１０℃温度が上がる度に効率はほぼ１０％位づ
つ低下して行く。

してみるに、本書で対象としているような太陽光エネル
ギの変換装置としてこうした光電変換素子を用いた場合
、それが大気環境下に直接に置かれていても、当該太陽
電池の温度は（気温＋５０）℃程度には容易になり得る
し、集光鏡や集光レンズが用いられたり、あるいはまた
先の従来例に見られるように、蛍光粒子を内包した透明
板構造や外装ケース内密封構造が採られる場合には、そ
れらが本質的に冷却の難しい構造であることもあって、
悪くすると数百℃にも達し得る。

これを換言すれば、この種の太陽光エネルギ変換装装置
における最も基本的な課題は、とりも直さず、使用する
太陽電池の冷却にあるが、従来はせいぜい、太陽電池モ
ジュールに放熱フィンを付ける程度の試みしかなく、そ
れでは十分でなかった。

例えば、先の第６図（Ｃ）に示されたような従来構造で
も、一応は、集熱管２０内を流れる熱媒流が集熱板１９
上に密着配置されている太陽電池１０を冷却するように
図っているが、実際にはガラス・カバー１８で外装ケー
ス１６内に密封された構造であることもあって、この集
熱板１９自体が相当に熱くなり、冷却効果はほとんど期
待できない。

このように、冷却に関しては、第５．６図示のものを始
め、従来構造のものはいずれも基本的な課題を残したま
まであったが、さらに、これら第５．６図示の従来例に
おいて工夫された各個別部分について鑑みても、未だな
お、改良すべき欠点がある。

まず、第５図示の構造について考えると、同図（八）の
ものも同図（Ｂ）のものも、蛍光粒子ｎ、を適当量内包
する透明板１１と太陽電池１０との間に実際には適当な
る接着剤Ｉ２が介在し、機械的に組合された構造である
ため、光学的に多くの境界面ができる構造となっていて
、場合によっては接着剤の充填不備等により、光路中に
空隙が生ずることもある。

こうした境界や空隙は、光の反射、拡散、吸収、屈折等
、光の損失要因となり、極めて望ましくない。

また、実際には透明板１１、接着剤１２、太陽電池１０
の熱膨張率や昇温率は互いに異なり、したがってそれら
の機械的な寸法変化がさらに大きな空隙を生んで損失を
増加させたり、最悪の場合、機械的な装置の破壊に繕が
ることもあった。これを防ぐために冷却を考えるにして
も、こうした構造では、それらを同じ昇温率に制御する
ことは到底不可能である。

さらに、透明板１１内に蛍光粒子ｎ、を充填固定すると
いう構造にも問題があった。

周知のように、蛍光体はどの種のものも本質的に経時劣
化する。しかも何年ももたないものが多い。したがって
、第５図示のような構造では、駄目になった蛍光粒子ｎ
１だけのために透明板１１をかなり頻繁な周期で定期的
に交換しなければならならず、そればかりか、太陽電池
ＩＯが透明板１１に接着剤１２で固定されていることを
考えると、結局はまた部分に使える高価な太陽電池】０
まで、その度ごとに廃棄し、全体を新しい構造に交換し
なけわばならない。これが如何に無駄かはごうまでもな
い。取り替えに要する時間と手間もばかにならないし、
システムの動作はその保守作業中、停止し１なければな
らない。

対して、第６図示のハイブリッド型の装置は、上記のよ
うに基本的に冷却の難しい構造であり、むしろ温室のよ
うに温度上昇を許容してしまう装置構造である点で望ま
しくない外、第６各図から明らかなように、集熱板１９
が太陽電池１０の陰”になる関係にあり、その点で太陽
光エネルギの利用効率が十分に高いとは言い難い。図示
のように太陽電池１０の方が集熱管２０．２１の上にあ
る場合の外、この上下関係を逆にした構造を考えてみて
も、結局は平面投影的に見て太陽電池の設けられていな
い部分に集熱管を配さなければならず、太陽電池下の例
えば集熱板や、その逆の構造においての集熱板下の太陽
電池等は、それぞれ陰の部分になってしまう。

本発明は上記のような従来の実情に鑑みて成されたもの
で、次のような目的を有している。

■　最も基本的な解決課題として、太陽電池の冷却を十
分に、かつまた合理的になし得る構造を提供すること。

■　蛍光粒子を用い、太陽光の波長変換を図ることによ
り、太陽光の利用効率を増す場合にも、従来の透明板構
造が有していたような欠点のないものとし、波長変換効
率や光等価損失も少なく、かつ蛍光粒子の取り替えや保
守も容易な構造を提供すること。

Ｏさらに、太陽光エネルギを電気エネルギに変換するだ
けではなく、熱エネルギとしても採り出し得る、いわゆ
るハイブリッド型の太陽光エネルギ変換装置を構成する
場合にも、簡単かつ合理的にこれを実現し得る装置を提
供するこ［課題を解決するための手段］上記した課題■〜■を達成するため、本発明では、太陽
光に対して透明度が高く、流体状の材質から成る熱媒を
用い、この熱媒流を流す密封容器内に太陽電池を収め、
太陽電池と熱媒流とを熱結合させるという基本的な構造
を提案する。

太陽電池と熱媒流を熱結合させるには、当該太陽電池の
表面が直接に熱媒流に触れるようにするのが簡単な割に
効率が良くて一番良いが、場合によっては太陽電池に熱
結合した熱伝導率の良いフィン等を設け、このフィン部
分が熱媒流に直接に触れるようにしても良い。

もちろん、当該密封容器には、少なくとも内蔵の太陽電
池に太陽光を照射可能なように、その−部に窓を設けて
置く。

ただし、ここで°“窓″と言うのは、光学的な意味であ
って、その形状の如何を問わない。したがって、場合に
より、密封容器全体が例えばガラス製等、透明材料で作
成されている場合も当然に含む。換言すれば、そうした
全体が透明な密封容器は、当該全体が太陽光に関してそ
の入射窓を構成していると見ても良いし、逆に、そうし
た密封容器にあって、太陽光が実際に内蔵の太陽電池を
照射しているときに当該太陽光が透過している容器の透
明壁面部分を窓と定義しても良い。

このような構造にあフて、本発明は、密封容器内を流れ
る熱媒流に生ずる乱流を意図的に促進す成分をも感度の
高い波長領域に変換して利用しようとする場合に適当な
るように、密封容器中に流す熱媒流に適度な濃度で少な
くとも一種類以上の蛍光粒子を混入させるという構成も
提案する。

方、密封容器内に流す熱媒流を集熱媒体として利用する
ことにより、光電変換機能と光熱変換機能を併せ持つハ
イブリッド装置を構成したい場合に適当なように、密封
容器外部には熱媒流の集熱量を取り出す熱交換器を設け
る構成も提案する。

［作　用］本発明の太陽光エネルギ変換装置では、密封容器内に設
けられている太陽電池には当該密封容器中を流れる熱媒
流が常に熱結合しているので、この太陽電池に太陽光が
入射することにより、光電変換が営まれているとき、同
時に、熱媒流により当該太陽電池が強制冷却されている
。

そのため、直射日光に長い時間に亙り、晒され続ける宿
命にあるこの種の太陽光エネルギ変換装置としても、当
該太陽電池の温度上昇に基づく効率の低下を良く抑える
ことができる。

さらに、熱媒流中に適当量の蛍光粒子を混入させた場合
には、当該蛍光粒子は、用いている太陽電池にあって相
対的に低感度領域に属する波長領域の太陽光成分を、太
陽電池の相対的な高感度領域に波長変換する作用を営み
、総体的に太陽光の利用効率が向上する。

しかも、先に述べた従来例の場合とは異なり、蛍光粒子
は流体として流れている熱媒中に直接に混入され、かつ
、当該熱媒流と太陽電池との間には特に物理的ないし機
械的な境界面を存在させる必要がないので、入射太陽光
や、蛍光粒子により波長変換された光が、そのような境
界面によって損失を受けることもなく、これも太陽光エ
ネルギの変換効率向上に寄与する。

また、熱媒中の蛍光粒子が経時変化により使用不能とな
っても、流れている熱媒中に新たに蛍光ならない必然性
は全くなくなる。また、そうした蛍光粒子の補充作業を
なすにしても、本太陽光エネルギ変換装置を用いたシス
テムの運転を停止させる必要もないことが多い。

補充ではなく、古くなった蛍光粒子の取り替えを必要と
しても、本発明装置の場合には、当該蛍光粒子を混入な
いし溶解している熱媒のみを取り替え、これに新しい蛍
光粒子を混入させれば良く、太陽電池を始め、他の固定
部材の取り替えはやはり必要ないし、場合によってはこ
のような熱媒流の入れ替え作業も、システムの運転を継
続させたまま行なうこともできる。

一方、上記のようにして基本的には太陽電池の強制冷却
のために用いた熱媒は、それ自身、太陽光から吸収した
熱量を運んでくる集熱媒体として作用するので、それ自
体は公知既存の熱交換技術を援用して良い適当なる熱交
換器を用い、熱媒の１保有する熱量を出力熱量として取
り出せば、これをそのまま、熱エネルギとして温水シス
テム等に利用し得ることはもちろん、さらには蒸気ター
ビンを有する等の適当なる発電システムを介して電気エ
ネルギに変換することもでき、いずれにしてもハイブリ
ッド型の太陽光エネルギ変換装置として極めて合理的な
装置とすることができる。

ただし、上記の熱交換器は、一般に熱媒流を循環使用す
ることを考えると、その意味でも必要である。すなわち
、密封容器内の太陽電池を冷却することにより熱量を得
た熱媒流の当該熱量を低減し、再度、密封容器内に流し
込む前に、十分、その温度を下げて置くのである。

［実　施　例］第１図には、本発明に従って構成された太陽光エネルギ
変換装置３０の要部構成例が示されている。

この実施例の場合、細長い円筒状の密封容器３】があり
、全体として透明なガラス製または透明樹脂製となって
いる。樹脂であっても、十分に高い耐熱性を有するもの
は、現状では最早、容易に入手できる。

第２図（八）〜（Ｇ）にも、この密封容器３１内の構造
が示しであるので、以下ではこの第２図も参照して説明
すると、密封容器３１内にはこの場合、その内部直径部
分を亙るように、長さ方向に沿って太陽電池３２が挿入
され、この太陽電池３２の主面（表面）に対し、透明な
密封容器３１の壁面の一部を介して太陽光１．８が入射
する。

これにより、当該太陽電池内で光電変換機能が生成する
と、発生した起電圧に基づく光電変換電流は、第２図（
Ａ）　、　（Ｂ）にてのみ、模式的に示す両端の一対の
電流リード３３　、３３から外部の負荷回路系（図示せ
ず）に取り出すことができる。当該外部負荷回路系の構
成等は、この種の太陽電池利用技術において各種の利用
機器に要求される既存の回路系と同様のものであって良
く、本発明が直接にこれらを限定するものではない。

全く同様に、太陽電池３２それ自体に関しても、公知技
術により作成されたものであって良く、般には太陽電池
セグメントを共通基板上に複数個、直列または直並列に
電気的に接続して構成され、密封容器３１内に収めるに
適した幾何形状に形成されたもので良い。

密封容器３１には、この場合、その長さ方向の各端部に
熱媒の流入口３５と流出［」３６がある。図中では文字
通り、それらは単なるｗｉ口の開口として示しであるが
、ここには後述する熱媒循環系等に必要なパイピング処
理に適当なように、外部バイブに望ましくは脱着可能に
連結することができるコネクタ等を有していて良い。コ
ネクタは、例えば水道配管系に見られるようなもの、あ
るいはこれに類似のものであって良く、単純な接続フラ
ンジ構造等も含み、特に限定されるものではない。

密封容器３１内には、流入［Ｉ３５から流出口３６に向
けて、第１，２図中では矢印で代表させた熱媒３７が流
れる。ただし、符号３７は、そのときどきの説明の都合
上、熱媒自体を示す場合と、その流れである熱媒流を示
す場合がある。

図示実施例では、熱媒３７の循環使用例が示されており
、そのために密封容器３１の流入口３５に向け、まずも
って熱媒３７を送り込むポンプ部３８があり、一方、密
封容器３１の流出口３６から排出されてぐる熱媒３７は
、当該熱媒の冷却のため、あるいはまた後述のように、
さらにこの熱媒３７の運んできた熱エネルギを図示しな
い外部装置系にて有効に利用するための熱交換器３９を
介した後、再び循環用のポンプ部３８に人力する。

さらに、ポンプ部３８の出力と密封容器３１の流入口３
５との間の熱媒流路途中には、後述する蛍光粒子の供給
部４０が設けられている。

しかるに、このような循環系に使用される熱媒３７は、
太陽光Ｌｓに対してできるだけ透明度が高く、かつ、化
学的に安定で、密封容器３Ｉに内蔵の太陽電池３２に対
し、物理的、化学的、電気的に悪影響を与えない材質で
ある必要があるが、こうした材料としては、例えば商品
名サームエスＳｌ＋−２。

５Ｈ−４、５ｌｌ−６等と呼ばれている合成パラフィン
系有機溶媒や、ＰＳ−５と呼ばれている有機溶媒、さら
には最も一般的にシリコン・オイル等を挙げること以上
のような第１．２図示の装置は、次のように動作する。

循環用ポンプ部３８の働きにより、密封容器３１内を通
ずるように熱媒３７を循環させながら、太陽光Ｌｓにて
密封容器３Ｉに内蔵の太陽電池３２を照射し、光電変換
させると、実際の使用環境下においては熱媒３７がない
場合、この太陽電池３２の温度が極めて高い値にまで上
昇してしまう所、熱媒３７がこの実施例の場合には太陽
電池３２の表面（表裏面）に直接に触れながら常に流れ
ているので、太陽電池３２を効率良く強制冷却できる。

本出願人の知見によれば、熱交換器３９や循環系の構成
にもよるが、太陽光エネルギ変換装置として実用に近い
条件下でも、太陽電池温度を例えば６０℃以下に常に保
つことは容易であり、従来のように太陽電池温度が極め
て高い温度にまで達し、その結果、当該温度における太
陽電池の実効変換効率が大きく低下するという不都合は
、本発明装置の場合、最小限度に抑え込むことができる
。

しかも、光損失の因となる機械的な界面とか空隙等は熱
媒３７と太陽電池３２との間に何等存在しないので、強
制冷却をしたことの見返りとして、他に不都合な因子が
表れることもない。もちろん、熱媒３７によっては、あ
るいは当該熱媒３７自体に対する熱交換器３９を冷却器
と呼ぶ程のもので構成すれば、大気環境温度よりもさら
にずっと下の温度で太陽電池を動作させることすら可能
である。

なお、この実施例では、密封容器３１に透明材料を用い
ているので、特に幾何寸法的に限定された領域としての
太陽光Ｌｓの入射窓という領域はないが、先の定義の通
り、太陽光＋、ｓが容器内部の太陽電池を照射可能に入
射している部分を光学的な意味で入射窓と観念すること
ができる。

ただし、後述する第３．４図示実施例に見られるように
、この第１，２図示実施例の場合にも、太陽電池３２の
表面より上の容器部分はそのまま透もちろん逆に、密封
容器３１が主としては適当なる金属、樹脂その他、容器
としての剛性を保つに適当なる不透明材料からできてい
て、その一部にガラスや透明樹脂を嵌める等して窓枠状
の部分により囲まれた領域があり、これが文字通り、太
陽光Ｌ３の入射窓となっていて、当該機械的な意味でも
現に存在する窓を介し、密封容器３１に内蔵の太陽電池
３２が太陽光Ｌｓにより照射されるようになっていても
良い。この点については、後述する各実施例においても
同様である。

しかるに、第１図中には、上記のように本発明の最も基
本的な思想ないし構成に従った場合として、流れる熱媒
３７により太陽電池３２を強制冷却するという構成に加
え、必要に応じ、太陽光Ｌ８中にあっても太陽電池３２
にとっては相対的に低感度領域となる波長領域の光成分
を波長変換し、太陽電量保持する窪み４２が設けられて
いるので、コック４１を必要時に半回転させると、コッ
ク４１に連動して弁部も回転し、窪み４２中に人ってい
る所定量の蛍光粒子ｎｉのみが、分岐部４５を介して熱
媒３７の主流路であるパイプ４４中に投入される。

このようにして、蛍光粒子ｎｉを密封容器３１中を流れ
る熱媒流中に混入ないし溶解させてやると、供給部４０
自体の具体的な機械構成の如何は問わず、要は必要に応
じて所定量、蛍光粒子ｎｌを熱媒３７中に投入、溶解さ
せることができれば良く、簡単には熱媒流路を構成する
パイプ４４に栓４６の付いた分岐部４５等を設け、必要
時にこの栓４６を外してそこから蛍光粒子ｎ、を落とし
込んでやる等で良いが、図示の場合は、さらに暗室型の
貯留部４３と、通常はこの貯留部４３の底を塞いでいる
弁部を半回転させ得るコック４１も模式的に例示してあ
り、弁部には定常状態で貯留部４３中の蛍光粒子ｎｌを
所定る波長帯の光に変換することができる。

例えば、先にも少し述べたように、これまでに開発され
ている太陽電池は、結晶系、非晶質系、化合物半導体系
を問わず、概ね５５００人よりも長波長側、特に６００
０人から７０００人程度０間に高感度領域を有するが、
太陽光中にはそれよりも短い波長帯の光成分も十分に含
まれている。

そこで、蛍光粒子ｎ１として適当なる蛍光物質、例えば
商品名でローダミンＢとかローダミン６Ｇと呼ばれるＧ
２ａｔ１３１Ｎ２０３ＣＩを選ぶと、この物質は、主と
して緑色（５５００人）よりも短い波長のエネルギを励
起エネルギとして吸収し、それよりもエネルギの小さい
、つまりはそれよりも長波長の緑色から赤色の波長領域
に属する６０００人前後の波長光を発光するので、本装
置に用いる蛍光粒子ｎ、として最適なものの一つとなる
。

もちろん、Ｌ記は−・例であって、ＺｎＣｄ５／Ａｇと
かる場合、その濃度は余り高くすることはできないので
注意を要する。高濃度になると、蛍光粒子相互間での再
吸収等の問題も生ずるからで、実際１−は質量濃度にお
いて０．００１％から０．１％程度が適当となろう。

いずれにしても、第１図示装置系において上記のように
さらに蛍光粒子ｎ、をも用いれば、熱媒３７による強制
冷却という形で太陽電池３２の実質的なみ、各種蛍光物
質の中からそのときときで最適なものを選択すれば良い
。

さらに、熱媒３７中に溶解ないし混入させる蛍光粒子ｎ
、は一種に限らない。必要とあらば、互いに干渉や不都
合な反応を起こさない組合せで複数種を用いれば、より
広い波長範囲の太陽光エネルギを利用することができる
。

ただ、一般に蛍光粒子ｎ、を熱媒３７中に混入させな光
電変換効率を高めることができる。

しかも、このように蛍光粒子ｎ１を用いながらも、本装
置の場合には、その保守、管理が簡易である。既に述べ
たように、蛍光粒子を固体の部材中に閉じ込めてしまう
第５図示のような従来法では、経時劣化の激しい蛍光粒
子が劣化してしまうと、これを閉じ込めている透明板や
、ひいては太陽電池まで、新しいものに取り替えなけれ
ばならなかったのに対し、本発明装置では、最も簡単に
は貯留部４３から新たに所定量、蛍光粒子ｎ、を補給す
るという形で補うことができる。

さらに、劣化した蛍光粒子ｎ１を除去する必要が生じて
も、熱媒３７を入れ替えるたけて良く、この作業は、こ
の種の流体を取扱う技術をしてさほど困難なことではな
いし、しかも、要すれば熱媒３７の流れを止めることな
く連続的にも行なえるから、結局は本発明装置を用いた
システムの運転状態を保ったまま、作業を行なうことも
できる。

また、蛍光粒子ｎ、を保持している部分と太陽電池との
間に、従来構造におけるような光学的界面や空隙が生ず
ることもなく、それらに基づく光損失も生じない。

以上、第１図示の装置３０を基本的に太陽光エネルギの
光電変換装置として利用する場合につき説明したが、当
該第１図はまた、本装置３０を光熱変換装置として利用
可能なことも示している。

太陽電池３２を強制的に冷却する熱媒３７は、それ自体
、太陽光エネルギを熱として運んでくる集熱媒体として
作用している。したがって、熱媒３７を冷却するために
設けられている熱交換器３９を、より積極的な部材とし
て、他の物体を加熱する装置として用いれば、温水シス
テムとか、さらには発電システムを介し、最終的に電気
エネルギを発するシステムを組むことができる。

このような温水システムや発電システムは、それら単体
としては既に公知のものであるのて、その機構を本装置
３０の熱交換器３９を利用して構成することは当業者に
極めて容易であるが、このようにすると、結局、本太陽
光エネルギ変換装置３０は、光電変換機能と光熱変換機
能の双方を同時に営み得る極めて合理的なハイブリッド
型の装置となり、しかも、第６図に示した従来構造のハ
イブリッド型装置に比し、それら従来例の持つ既述の欠
点をことごとく追放し得たものとなる。

なお、密封容器３１内に太陽電池３２を固定、支持する
手段は、これ自体、本発明が具体的にその構成を直接に
規定するものではないが、当該固定装置の一部の構成要
素として望ましい効果を発揮する部材が、第１．２図、
特に個別には第２図（Ｄ）に良く示されている。

それは、太陽電池３２をその長さ方向の数ケ所で下から
支えている支持板４７に付与された構成である。

この支持板４７には、熱媒３７の流通を許す開口４８が
開けられているが、この開口４８を通る熱媒流３７に意
図的に大きな乱流を生成するため、この場合は当該支持
板４７にはあって開口下縁から斜め上向きに突出する舌
片部４９が設けられている。

すなわち、この舌片部４９が設けられているため、第２
図（Ａ）中に模式的に矢印３７で示すように、密封容器
３１中を流れる熱媒３７には十分な乱流が起こり、これ
が太陽電池３２に関し、むらなく冷却する機能を発揮し
て、その効率を促進する。既述のように、本装置３０を
ハイブリッド装置として利用する場合には、このような
熱媒乱流促進手段４９の採用は、当該熱媒３７に太陽光
の持つ熱エネルギを与えるに際しての効率向上にも維が
る。

ただし、こうした熱媒乱流促進手段４９の機械的、幾何
的な形状の如何は、上記舌片形状に限らず任意に設計で
きること、自明である。

以上、基本的な構造に関して種々述べた本発明の太陽光
エネルギ変換装置３０は、例えば第３図示のように、壁
面部分の内部に適当な断熱材５１を内包した外装ケース
５０内に複数本を並設した形で実用に供することができ
る。もっとも、同図中の熱つまり、図中で最も右端にあ
る密封容器３１中を向こう側から手前側に流れてきた熱
媒３７は、当該容器の流出口からＵ字状の接続部（図示
せず）を介する等してその左隣の密封容器の流入口に入
り、当該容器中を図面紙面に対し直交する方向で手前側
から奥向きに流れた後、この右から二番目の密封容器の
流出口を出て再度、Ｕ字状の接続部を介する等してさら
に左隣の密封容器の流入口に流入する、という往復構成
を採ることにより、熱媒流３７の流路系にこれら全ての
密封容器３１．・・・を直列に挿入することができる。

しかるに、このようにすると、熱媒３７自体を加熱し、
その熱量を有効に取り出すというパイプリッド型装置を
構成する場合にはこれが望ましいが、熱媒３７に要求さ
れる機能が、太陽電池３２の強制冷却だけ、あるいは強
制冷却を主とするという場合には、複数本の密封容器３
１．・・・に対して熱媒ミ７を並列に流す方が望ましい
こともある。各容器つの各太陽電池３２の温度上昇をよ
り良く抑え、か０．つ、より均質にし得るからである。

したがって、この場合には、ポンプ部３８（第１図）の
側から送り出された熱媒流３７を適当な分岐管構造を利
用して分岐させ、各密封容器３１．・・・中を流した後
、それらの各流出口を再度、混合管構造により一本のパ
イプにまとめ、ポンプ部側に送り戻すように構成すれば
良い。

また、この第３図示の構造では、太陽光Ｌｓが入射しな
い密封容器の壁面部分を有効に利用し、さらに変換効率
向上に寄与させるため、各密封容器３１、・・・の壁面
部分にあフて当該太陽光Ｌｓが入射しない部分の内壁面
には薄い金属薄膜等、化学的、物理的に安定で耐熱性も
高く、反射効率のなるべく高い材質を用いて反射コーテ
ィング４１を施している。この考え方は、要すれば外装
ケース５０の内壁面にも適用することができる。

こうした実施例に対し、さらに外部の要素をも含めた実
施例として示されている第４図示の実施・１゜太陽光Ｌｓを反射し、本末陽光エネルギ変換装置３０に
効率良く入射させ得るように、水平面ないし基準面に対
し、それぞれが所定の角度に角度付けられている。

ただし、この実施例の場合、上方から来る太陽光Ｌｓを
反射して再度上方に指向させる構造となっているため、
本末陽光エネルギ変換装置３０は、その密封容器３１の
下側の部分が太陽光Ｌｓの入射窓となるべくされ、上側
の部分は断熱材５１を内包するこの場合半円筒形状の外
装ケース５０により囲まれている。先の第３図示実施例
と同様、この実施例でも、密封容器３１を複数本並設し
た構造に展開できるし、また、外装ケース５０により囲
まれている部分の密封容器内壁面には反射コーティング
４１を付して良い。

さらに、図示の場合、密封容器３Ｉに対し、太陽光ＬＳ
の反射光を入射させ易いように、外装ケース５０の開口
部はホーン状ないしラッパ状に開いているが、この面部
分にも反射コーティング５４を付しておくと、密封容器
３１に入射せず、当該面部分５４に入射した光をそこで
反射させ、密封容器３１に入射させることも可能となり
、結局はこのような種々細やかな配慮の積重ねが、シス
テムとしての総体的な太陽光エネルギ変換効率を増すも
のとなる。

当然、他の集光手段、例えば集光レンズ等を採用しても
良く、また、公知既存の太陽光追尾方式にならい、本装
置３０や反射鏡セグメント５３、集光レンズ系を太陽の
動きに合せて可動にして良い。

［効　果］本発明によると、太陽電池の強制冷却が極めて効率的に
行なわれ、かつまた熱媒と太陽電池の間に境界面とか空
隙を要する構造ではないため、実用下での太陽光エネル
ギ変換装置として十分に高効率なものを提供することが
できる。

全体の構成も簡易であり、強制冷却のために用いる要素
も熱媒流であるので、人手も取扱いも容易であり、無公
害のものを選ぶことができる。

また、熱媒流中に少なくとも一種以上の蛍光粒子を混入
ないし溶解させることにより、太陽光の波長帯域に鑑み
ての利用効率を増そうとする場合にも、その保守、管理
が極めて容易であり、悪くない部材をまで、取り替えな
ければならない無駄もない。新たに蛍光粒子を追加補給
することも交換することも、作業として何隻困難ではな
く、むしろ容易である。

さらに、太陽電池冷却のために用いる熱媒は、それ自身
、太陽光エネルギの集熱媒体として利用し得るのて、光
電変換と光熱変換とを併せ有するハイブリッド型の太陽
光エネルギ変換装置も提供でき、しかも、その総体的な
効率は極めて高いものにすることができる。

こうしたことから、何を置いても大気環境を何隻汚染す
ることがない点で優れ、将来的には地球的な規模で是非
共広く採用されるべきこの種の太陽光エネルギ変換装置
系にとって、本発明は大きな一助となること間違いない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従フて構成された太陽光エネルギ変換
装置の基本的な実施例の概略構成図。第２図（八）は第１図示装置の縦断面図。第２図（Ｂ）は第１図示装置の水平断面図。第２図（Ｃ）は第２図（Ａ）中の断面線Ｃ−Ｃに沿う断
面図。第２図（Ｄ）は熱媒乱流促進手段の〜構成例の斜視図。第３図は本発明の太陽光エネルギ変換装置の実用的な一
実施例における概略構成図。第４図は本発明の太陽光エネルギ変換装置の実用的なさ
らに他の実施例におけるｍ略構成図。第５図は蛍光粒子を用いて波長変換機能を有する光電変
換装置の従来例の説明図。第６図は光電変換に加え光熱変換をも可能にした従来例
の説明図。である。図中、３０は全体としての本発明による太陽光エネルギ
変換装置、３１は密封容器、３２は太陽電池、３７は熱
媒または熱媒流、３８はポンプ部、３９は熱交換器、４
０は蛍光粒子供給部、４１　、５４は反射コーティング
、４９は舌片部として例示された熱媒乱流促進手段、５
０は外装ケース、５３は反射鏡セグメント、である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも一部に太陽光の入射可能な窓を有する
密封容器；該密封容器に設けられ、流体状で、かつ太陽光を透過可
能な材質の熱媒を該密封容器内に流入させる流入口及び
該密封容器から排出させる流出口；上記密封容器内にあって上記熱媒流と熱結合し、かつ上
記窓を介して入射してくる上記太陽光に晒される位置に
設けられた太陽電池；を有して成る太陽光エネルギ変換装置。
（２）密封容器内を流れる熱媒流に適度な乱流を起こす
ため、上記流入口から上記流出口に向けて流れる熱媒流
に対し、該流れの方向を乱す形状の熱媒乱流促進手段を
有すること；を特徴とする請求項（１）に記載の太陽光エネルギ変換
装置。
（３）密封容器中に流す熱媒流中には、太陽光の波長領
域の中、上記太陽電池の相対的な高感度領域から外れる
波長領域の少なくとも一部の波長領域を該相対的な高感
度領域の波長に変換する一種類以上の蛍光粒子を混入し
たこと；を特徴とする請求項（１）または（２）に記載の太陽光
エネルギ変換装置。
（４）密封容器内に流す熱媒流を集熱媒体として利用す
るため、該密封容器外部には該集熱媒体の集熱量を取り
出す熱交換器が設けられており、もって上記太陽電池に
よる光電変換機能に加え、光熱変換機能を併せ持つこと
；を特徴とする請求項（１）から（３）までのどれか一つ
に記載の太陽光エネルギ変換装置。