JPH08148711A

JPH08148711A - 太陽電池装置

Info

Publication number: JPH08148711A
Application number: JP6281927A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Minamino; 康幸南野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-11-16
Filing date: 1994-11-16
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】太陽位置を追尾する方式の集光装置の諸問題
を解消するとともに、簡便でかつ太陽光入射量の増大効
果が期待できる優れた太陽電池装置を提供すること。【構成】反射面の少なくとも一部を可撓性とした光反
射体２と、該光反射体２を介して照射される太陽光を受
光して発電する太陽電池モジュール１と、光反射体２の
可撓性の反射面に張力を印加して太陽電池モジュール１
へ照射される太陽光の反射角度を調整する手段とを備え
て成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池モジュールの受
光面に入射光量を増大させるために、光反射体と太陽電
池モジュールとを組み合わせた太陽電池装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】一般に、太陽電池の受光面を
東から西への太陽位置の移動に追尾できるように構成さ
れた追尾型太陽電池装置は、太陽電池の受光面を常時固
定して発電を行う太陽電池装置に比べて、一日当たり30
〜50％程度の発電量の増大が可能であることが知られて
いる。また、このような追尾型太陽電池装置に、例え
ば、図９（ａ），（ｂ），図１０（ａ），（ｂ）に示す
ようなレンズや反射鏡等による入射光量増大手段を備え
ることによって、集光量にほぼ比例して太陽光発電量を
増大させることが可能である。

【０００３】すなわち、図９（ａ）に示すように、同心
円状にレンズ領域が多数形成された円型フレネルレンズ
Ｌ１を入射光量増大手段として用いた場合、レンズＬ１
を透過した太陽光ｈはレンズＬ１の焦点ｆ１に集光さ
れ、この集光領域において発電量を増大させることがで
きる。また、この作用効果は図１０（ａ）に示すような
円型放物面鏡Ｍ１においても同様であり、鏡Ｍ１で反射
した太陽光ｈは焦点ｆ３に集光され、この集光領域にお
いて発電量を増大させることができる。

【０００４】また、図９（ｂ）に示すように、線状にレ
ンズ領域の多数が平行に形成された線型フレネルレンズ
を入射量増大手段として用いた場合は、レンズＬ２を透
過した太陽光ｈはレンズＬ２の焦線ｆ２に集光され、こ
の集光領域において発電量を増大させることができる。
また、この作用効果は図１０（ｂ）に示すような樋型
（線型）放物面鏡Ｍ２においても同様であり、鏡Ｍ２で
反射した太陽光ｈは焦線ｆ４に集光され、この集光領域
において発電量を増大させることができる（「最新太陽
光発電技術」浜川圭弘編著，槇書店，1984年 7月 1日
発行，ｐ.111〜ｐ.112参照）。

【０００５】しかしながら、上述したような高倍率集光
型の入射光量増大手段を利用した太陽電池装置の場合、
集光領域がきわめて狭いために、非常に高精度な太陽位
置の追尾を行わなければ、発電量の高い集光領域を形成
させたり、所望の太陽電池の受光面に集光領域を形成さ
せることは不可能であり、入射光量増大手段の機能を充
分に発揮させることができない。このため、例えばコン
ピュータ制御による２軸追尾制御が必要となったり、集
光に伴う発熱を冷却させるための冷却機構が必要となる
等の理由により、装置が複雑化したり大型化せざるを得
なくなる。

【０００６】また、太陽位置の追尾は行わずに比較的単
純な構成で太陽光を集光する装置として、例えば図１１
に示すように、太陽光ｈを曲面状の光反射体Ｍ３で反射
させ太陽電池Ｐ１へ入射させるようにした太陽光集光装
置が提案されている（特公平6-13938 号公報等を参
照）。ところが、光反射体Ｍ３の受光面は曲面となって
いるので反射光は平行光線とならず、太陽電池Ｐ１への
入射光量の分布は不均一となる。このため、太陽電池Ｐ
１を多数に直列接続された太陽電池素子（セル）で構成
したものでは、入射光量の不均一な分布により発電電流
が制限され、発電量の増加を期待することができない。

【０００７】そこで本発明は、このような太陽位置を追
尾する方式の集光装置の諸問題を解消するとともに、簡
便でかつ太陽光入射量の増大効果が期待できる優れた太
陽電池装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに、本発明の太陽電池装置は、太陽からの直達光及び
併設した光反射体からの反射光を受光して発電する太陽
電池モジュールに、光反射体を回動自在に取着して成る
とともに、太陽電池モジュールの受光面と光反射体との
成す角度を調節するように構成したことを特徴とする。

【０００９】また、反射面の少なくとも一部を可撓性と
した光反射体と、該光反射体を介して照射される太陽光
を受光して発電する太陽電池モジュールと、光反射体の
可撓性の反射面に張力を印加して太陽電池モジュールへ
照射される太陽光の反射角度を調整する角度調整手段と
を備えるようにしてもよい。

【００１０】例えば北緯35°地点（日本の京都市近辺）
において、冬期と夏期、及び朝・夕と南中時等では太陽
高度の差異は大きい。このため、ただ単に太陽光を反射
する光反射体を設けても、その受光角度を太陽高度に応
じて調節することなく固定したままでは、光反射体への
太陽光の入射角が小さ過ぎる場合に、光反射体でもって
反射した太陽光は、太陽電池モジュールの受光面に届か
ずに太陽電池モジュールから外れたり、太陽電池モジュ
ールの受光面への入射角が大きくなりすぎて、受光面で
の反射率が増大したりする。

【００１１】一方、光反射体への太陽光の入射角が大き
過ぎる場合、光反射体でもって反射した太陽光は、太陽
電池モジュールの上辺より上方へ外れる割合が多くなっ
たり、逆に太陽電池モジュールの端部へ入射される割合
が増加し、入射光量の分布が不均一となって発電量を増
加させることができないことが多くなる。

【００１２】そこで本発明では、太陽位置の追尾や高倍
率集光に伴う装置の複雑化・高コスト化などの諸問題を
避けるために、太陽の追尾は行なうことをせずに、季節
の移り変わりや一日の時間経過に伴う太陽高度に合わせ
て、光反射体の受光面を変化させ、常に光反射体への太
陽光入射角が適当となるように調節を行うことができる
ようにしたのである。

【００１３】

【実施例】本発明に係る一実施例を詳細に説明する。図
１に示すように、太陽電池装置Ｓ０は、日本の北緯35°
地点において、陸屋根タイプの住宅の屋上に設置したも
のであり、架台設置型の太陽電池モジュール１に、表側
が金属板２ａで覆われた光反射体２をヒンジＨを介して
回動自在に取り付け、光反射体２の裏面側にはエアバッ
グＡを取着して、不図示のポンプ及びその駆動制御手段
でもってエアバッグＡに空気の注入や排気を行い、これ
に伴うエアバッグＡの体積変化により、光反射体２の受
光角度を調整するようにしたものである。このようにす
ることで、太陽電池モジュール１の受光面１ａへ太陽光
からの直達光だけでなく光反射体２が受光した太陽光を
効率よく反射させることが可能となる。

【００１４】なお、この実施例ではエアバッグＡとヒン
ジＨ等を用いて光反射体２の太陽光の受光角度を調整し
たものであるが、エアバッグ以外にモーター等を用いて
モーターの回転軸の回動に伴ってヒンジ部を回動させる
ようにし、受光角度を調整するようにしてもよい。ま
た、使用しないときはエアバッグＡを排気した状態でこ
れを偏平とし、光反射体２を太陽電池モジュール１側へ
倒して、太陽電池モジュール１を保護するようにした
り、太陽電池装置を強風などからまもるようにしてもよ
い。

【００１５】図２，３に示す太陽電池装置Ｓ１の場合
も、上記実施例と同様に、陸屋根タイプの住宅の屋上な
どに設置した架台設置型太陽電池モジュールに本発明を
適用した例であり、太陽電池モジュール１は水平面と約
53°程度の角度を持たせて受光面１ａが南を向くように
架台上に固定設置したものである。

【００１６】ここで、光反射体２はその表面全体をアル
ミ箔を貼着したキャンバス（例えばテント生地）等で構
成しており、その一辺を２本の支柱３，３に設け、キャ
ンバスの一辺を上下に可動とする支点４，４間に保持し
ている。さらに光反射体２の東側及び西側の端辺にロー
ラ７を介してロープ９を取り付け、このロープ９を太陽
電池モジュール１側に設置した支柱１３，１３の上端に
取り付けた滑車５を介して、張力印加用錘６に結び付け
た。光反射体２の南側支柱の支点４の可動範囲は0.1 m
から2.0 m 程度とし、支点４を2.0 m 位置に保持したと
きの光反射体２と水平面とのなす角が平均でほぼ35°と
なるようにした。なお、支柱３，３における光反射体２
の一辺を上下動させる機構は、この実施例のように、通
常、旗の上下動に使用される滑車とワイヤ等の組み合わ
せや、支柱３の長さ方向に沿って設けたレール上に保持
するようにさせたり、支柱３自体を伸縮自在のもので構
成するようにする。

【００１７】年間を通して南中時の前後3.5 時間（7 時
間／日）の間、光反射体２の上端（南端）近傍の太陽光
反射光が、太陽電池モジュール１の上端からできるだけ
外れないように、光反射体２の支点高さを図示しないモ
ーター等の上下駆動装置で調節するという、比較的大雑
把な運転操作を行い、光反射体２を設けていない太陽電
池モジュール１との発電量の比較を行った。

【００１８】その結果、この光反射体２を取り付けない
場合に比較して、発電量が冬至前後1.5 ヶ月平均で27
％、春分・秋分前後1.5 ヶ月平均で32％、及び夏至前後
1.5 ヶ月平均で37％増加することが判明し、年間の発電
量は32％も増加した。また、緯度傾斜（この場合、水平
から35°傾斜）架台設置型の太陽電池モジュールの年間
発電量と比較した場合、この光反射体２を備えた太陽電
池装置Ｓ１の年間発電量は約25％も増加することが判明
した。

【００１９】この調節操作によって、光反射体２の長さ
は図における実線の状態と一点鎖線の状態との間で変化
する。少なくともこの長さが変化する箇所は可撓性材料
で光反射体を形成し、光反射体２の太陽高度に応じた角
度調節を実施しやすくする。もちろん光反射体２の全体
を可撓性材料で形成してもなんら問題はない。この場
合、可撓性の光反射体は自然にカテナリー曲線を形成す
ることになるが、特公平6-13938 号公報で述べられてい
るように、両端をゆるく張架した可撓性の光反射体がカ
テナリー曲線を形成することは本実施例の特徴ではな
く、カテナリー曲線の曲率はなるべく小さな状態で用い
る方が、光反射体で反射した太陽光の太陽電池モジュー
ル受光面内の光量分布が均一となるため好適である。

【００２０】なお、この可撓性の光反射体に適度な張力
を印加する手段として重力を利用した錘とローラー又は
滑車の例を示したが、例えば油圧やバネ等による張力印
加手段を用いてもよい。

【００２１】次に他の実施例について説明する。図４に
示すように、光反射体２の端部を上下動させるための支
柱３の長さは、季節に応じて（または南中時の太陽高度
に応じて）年に数回〜十数回程度、間欠的に変化させる
に留め、日々の時刻による太陽高度変化には、朝 →
南中 → 夕の時間的変化に応じて、太陽電池モジュー
ル１の下辺に平行な円を描くように回動させることによ
って対応するようにしてもよい。このようにすることに
よって、図３におけるように、太陽電池モジュールの東
西幅よりも幅広の光反射体が不要となり、ほぼ太陽電池
モジュール１の東西幅と同じ程度の光反射体２の東西幅
でもって、日中の東西方向の太陽位置の移動にも対応で
きるようになる。

【００２２】なお、光反射体２の可撓領域における光反
射面の面積変化を生じさせるために、図５に示すように
光反射体２の裏面側に配設した支点１０に一端を固定し
たバネ等の弾性部材９をローラー７を介して表に出る可
撓領域部分の長さを調節するようにして、太陽の高位置
・低位置に対応させるようにしてもよい。ここで９ａは
太陽低位置の場合に弾性部材が縮んだ状態を示す。ま
た、図６，７に示すように、モーター駆動による巻き取
りローラ８（固定高さ位置が可動）に巻き取られるよう
に構成することによって可撓領域部分の長さを調節する
ようにしてもよい。

【００２３】また、図８に示すように、光反射体２の長
さは一定とし、その両端は固定定点１１で支えるように
し、支柱３は支柱３内に設けたバネ等の弾性部材で高さ
方向へ伸び縮みし、またこの弾性部材で光反射体２に張
力を与えるようにしてもよい（バネの代わりに油圧やモ
ーター駆動でもよい）。このように構成することによっ
て、支柱３の頂点のローラ７は両端の固定支点１１を焦
点とする楕円の一部を描いて移動することになり、太陽
高度により適合した光反射体２を提供できる。なお、固
定支点１１の位置や数を工夫することによって、種々の
太陽電池モジュール１の設置状態に対応できることはも
ちろんである。

【００２４】これら実施例は、北緯35°、水平面上架台
設置、太陽電池モジュール受光面を南向きにするのを前
提条件としたものであるが、これらの前提条件が変われ
ば太陽電池モジュールの設置角度や光反射体の寸法、光
反射体の上下動距離などを変えなければならず、これら
の角度・寸法・距離などは上述の実施例に拘束されな
い。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば従
来よりきわめて簡便な構成によって太陽光入射量の増大
効果が大きな太陽電池装置を提供できる。また、従来の
集光型の太陽電池装置のように特別な冷却機構も不要で
あり、太陽高度に応じた精度の粗い光反射体への太陽光
入射角調節でも発電量への影響が少ない優れた太陽電池
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例を模式的に示した側面図
である。

【図２】本発明に係る一実施例を模式的に示した側面図
である。

【図３】図２に示した実施例の斜視図である。

【図４】本発明に係る他の実施例の斜視図である。

【図５】本発明に係る他の実施例を模式的に示した側面
図である。

【図６】本発明に係る他の実施例を模式的に示した側面
図である。

【図７】本発明に係る他の実施例を模式的に示した側面
図である。

【図８】本発明に係る他の実施例の側面図である。

【図９】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ従来技術を説明す
る斜視図である。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ従来技術を説明
する斜視図である。

【図１１】従来技術を説明する側面図である。

【符号の説明】

１・・・太陽電池モジュール２・・・光
反射体Ｓ０，Ｓ１・・・太陽電池装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽からの直達光及び併設した光反射体
からの反射光を受光して発電する太陽電池モジュール
に、前記光反射体を回動自在に取着して成るとともに、
前記太陽電池モジュールの受光面と前記光反射体との間
の角度を調節するように構成したことを特徴とする太陽
電池装置。