(54)【考案の名称】太陽光発電装置

(51)【国際特許分類】

H01L 31/052

H01L 31/042

(73)【実用新案権者】アーベル・システムズ株式会社

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図1

【概要説明】

【分野】

【0001】
本考案は、太陽光発電装置に関するものである。

【従来の技術】

【0002】
近年、エネルギー資源の確保及びその利用について将来的に様々な問題に直面すると言われている。例えば、石油危機、化石燃料の枯渇、燃焼ガスによる環境破壊の発生などが挙げられる。これに伴い、風力、水力、太陽光等の再生可能エネルギーが注目され、これらを利用した技術の開発が進められている。
【0003】
特に太陽光エネルギーを利用した発電技術に関しては、実用化され、実際に使用されている製品も多数存在し高い利用効果を発揮している。例えば、集光型の太陽光発電装置が下記に示す特許文献1に開示されている。
【0004】
しかしながら、特許文献1の太陽光発電装置は、太陽電池の表面が露出しており、美観が損なわれている。また、太陽光と太陽電池との角度によって発電効率が変化するため、太陽を追尾する機構を備えていなければ効率よく発電することができない。
【0005】

【効果】

【0011】
本考案の太陽光発電装置によれば、集光手段を構成する枠体が球体または多面体であるため、360°方向からの光を集光することができる。したがって、太陽を追尾する機構を備える必要がない。また、太陽電池の表面を集光手段で覆うことができるため、美観を損なわない。
【0012】
本考案の太陽光発電装置によれば、集光手段を構成する枠体の内面に反射手段を設けているため、太陽電池に直接照射されない角度で枠体の内部に導かれた光も反射手段で反射させて太陽電池に照射させることができる。したがって、集光効率が非常によい。
【0013】
本考案の太陽光発電装置によれば、集光手段を構成する枠体の内部に導かれた光がレンズを介して太陽電池に照射されるため、効率よく太陽電池に光を集光させることができる。
【0014】
本考案の太陽光発電装置によれば、太陽電池の受光面が太陽の南中する角度に対して垂直に設けられているため、太陽電池の裏面からの入射光が排除され、太陽電池の発電効率がよい照射角度の光を効率よく受光できる。
【0015】
本考案の太陽光発電装置によれば、太陽電池の受光面に誘電体アンテナを備えているため、太陽電池の集光効率及び発電効率をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本考案に係る太陽光発電装置を示す側面図である。
【図2】本考案に係る反射手段を拡大した部分断面図である。
【図3】本考案に係る太陽電池を拡大した断面図である。
【図4】他の実施形態に係る太陽光発電装置を示す側面図である。

【0017】
本考案に係る太陽光発電装置について図面を用いて説明する。
【0018】
図1及び図2に示す太陽光発電装置1は、複数の整合層23が設けられた球体に形成された枠体22と、枠体22において、整合層23が設けられている箇所を除く内面に設けられた反射手段21と、整合層23が設けられている箇所の外面に設けられ、枠体22の外部から内部に光を導く複数の誘電体アンテナ11と、から成る集光手段10と、枠体22の内部またはその一部に設けられ、枠体22の内部に導かれた光を直接及び/又は反射手段21で反射させて受光し発電する太陽電池12とを備える。誘電体アンテナ11によって効率よく集光手段10を構成する枠体22の内部に導かれた光が、直接及び/又は反射手段21で反射して太陽電池12に照射されることで太陽電池12が発電する。
【0019】
集光手段10は、図2に示すように、複数の整合層23が設けられた枠体22の内面に反射手段21を、枠体22の外面に誘電体アンテナ11をそれぞれ設けて形成されている。反射手段21は、整合層23のない箇所に設けられている。誘電体アンテナ11は、整合層23上に設けられている。集光手段10の構成はこれに限定されない。例えば、枠体22と反射手段21は一体に構成してもよい。また、整合層23に誘電体アンテナ11を配設し、または隣接する誘電体アンテナ11の間にポリカーボネート樹脂等を充填して、枠体22の外面が面一になるような構成であってもよい。
【0020】
集光手段10は、太陽光2Aのように、入射光2aが直接太陽電池12に照射される光のみならず、太陽光2Bのように、入射光2bが直接太陽電池12に照射されない光も内面の反射手段21で反射させ反射光2b´として太陽電池12に照射させることができる。集光手段10は、太陽電池12の表面を覆うことができ、その外面にデザインを施すことができる。
【0021】
枠体22は球体に形成されている。「球体」とは「回転楕円体」であることを意味する。即ち、真球、扁球、長球を含めた広義の意味として使用するものとする。枠体22の形状はこれに限定されず、例えば、多面体等であってもよい。枠体22の大きさは太陽電池12の大きさによって適宜設計される。枠体22は、ポリカーボネート樹脂やABS樹脂等の樹脂で形成されるのが好ましいが、これに限定されない。例えば、金属等を用いて形成してもよい。枠体22に設けられる整合層23はナノサイズの微小なものでよい。
【0022】
整合層23から枠体22の内部に入射した光は、直接及び/又は反射手段21で反射して太陽電池12に照射される。整合層23から外部にもれる光も一部存在するが、整合層23はナノサイズの孔なので入射光のほとんどは反射手段21で反射して太陽電池12に照射される。枠体22は球体であるため、360°方向からの光を受光できる。したがって、例えば、地面からの反射光でさえも受光できる。これにより、太陽を追尾する機構を備える必要がない。
【0023】
反射手段21は、例えば、超高反射率鏡のような反射率の非常に高いもので形成するのが好ましい。枠体22の内部に導かれた光はほとんど吸収されることなく反射手段21で反射されて太陽電池12に照射される。反射手段21はこれに限定されず、枠体22の内面が鏡面になっていればよい。例えば、金属鏡やアクリルミラー等を設けてもよい。
【0024】
誘電体アンテナ11は、整合層23上に位置する枠体22の外面に配設されている。誘電体アンテナ11は、角柱、円柱、角錐台、円錐台などの形状である。誘電体アンテナ11の材料としては、ポリプロピレンやフッ素樹脂などの有機誘電体が挙げられ、ガラスや二酸化ケイ素などの無機誘電体であってもよい。
【0025】
誘電体アンテナ11は光を電磁波としてとらえ、特定の波長の光を受光し透過させるものである。誘電体アンテナ11は、特定の波長の光を効率よく枠体22の内部に導く。誘電体アンテナ11が導く光の波長は、太陽電池12で効率よく発電が行われる波長にするとよい。このような波長を最大感度波長とよぶ。
【0026】
誘電体アンテナ11の高さは、最大感度波長の0.5倍〜10倍にするのが好ましい。また、誘電体アンテナ11の最小幅は高さの0.5倍〜2倍とし、隣接する誘電体アンテナ11の間隔は最大感度波長の0.5倍〜10倍とするのが好ましい。誘電体アンテナ11の最適な高さは、太陽電池12の材質等により変化する。したがって、太陽電池12の材質によって適宜選択される。
【0027】
誘電体アンテナ11は、枠体22に対して垂直方向に設けられる。誘電体アンテナ11の上面に対して垂直方向から入射する太陽光3Aは入射光3aとして枠体22の内部に導かれる。それに加えて、誘電体アンテナ11から見て±60°の仰角からの太陽光3B、3Cも誘電体アンテナ11によって入射光3b、3cとして枠体22の内部に導かれる。誘電体アンテナ11の上面に対して垂直方向以外の光も枠体22の内部に入射させることができるため、集光効率がよい。
【0028】
太陽電池12は、図3に示すように、表面電極層31と裏面電極層32の間に半導体発電層5を設けて構成されている。また、表面電極層31上に誘電体アンテナ30と保護膜34とを備える。誘電体アンテナ30の下に位置する表面電極層31には整合層33が形成されている。
【0029】
太陽電池12は、集光手段10の内部において、太陽電池12の受光面が太陽の南中する角度に対して垂直に設けられている。これにより、太陽電池12の裏面からの入射光を排除できる。したがって、太陽電池12の発電効率がよい照射角度の光を効率よく受光できる。
【0030】
半導体発電層5はp型半導体層5aとn型半導体層5bとを接合して形成されている。半導体発電層5の材料としては、多結晶Si、単結晶Si、薄膜Si等のシリコン系の半導体が好ましいが、これに限定されない。例えば、化合物系や有機物系の半導体を材料として形成してもよい。
【0031】
半導体発電層5に光が照射されると正孔と電子が発生する。発生した正孔はp型半導体層5a側に、電子はn型半導体層5b側に引き寄せられる。これによりp型半導体層5aとn型半導体層5bとの間に起電力が生じる。
【0032】
表面電極層31は金属電極で形成されている。表面電極層31は、例えばアルミニウム、銅、銀等の金属薄膜で形成することが好ましいが、これに限定されない。裏面電極層32もこれと同様である。
【0033】
表面電極層31は整合層33から光を透過させる。整合層33はナノサイズの微小なものでよい。金属電極は透光性を有さないが、整合層33上に誘電体アンテナ30が設けられているため表面電極層31の透光率は低下しない。金属電極は電気抵抗が極めて小さいため発電した電力を効率よく出力できる。
【0034】
誘電体アンテナ30は、上述した誘電体アンテナ11と同様の特徴を有する。したがって、枠体22の内部に導かれた入射光及び反射光を効率よく太陽電池12に導く。例えば、誘電体アンテナ30に対して垂直に入射する光4aのみならず、誘電体アンテナ30から見て±60°の仰角からの光4b、4cも太陽電池12に導かれる。誘電体アンテナ30によって、太陽電池12の集光効率及び発電効率をさらに高めることかできる。
【0035】
保護膜34は、隣接する誘電体アンテナ30の間にポリカーボネート樹脂等を充填して形成される。保護膜34と誘電体アンテナ30により太陽電池12の表面を覆うことができる。
【0036】
太陽光発電装置1は本実施形態に限定されず、その他の形態で実施することができる。例えば、図4に示すように、太陽光発電装置1は、太陽電池12の受光面が太陽の南中する角度に対して垂直になるように、太陽電池12を枠体22の外部に設け、枠体22に設けられたレンズ41によって枠体22の内部に導かれた光を集光して太陽電池12に光を照射する形態であってもよい。
【0037】
また他の実施形態として、両面受光型太陽電池、または両面で光を受光できるように複数の太陽電池を組み合わせたものを集光手段10の内部の任意の位置に設けた形態であってもよい。
【0038】
さらに他の実施形態として、複数の太陽光発電装置1をアレイ状に配置して使用する形態であってもよい。
【0039】
以上に例示した本考案の実施形態に係る太陽光発電装置は、本考案の技術的思想を実質的に限定するものと解してはならない。例えば、本考案の太陽光発電装置は、太陽電池の表面に誘電体アンテナと保護膜を有さないものを使用してもよい。また、太陽電池の形状は円錐形状等に任意に変更することも可能である。
【0040】
本考案の実施は、上記に示された複数の実施形態、あるいは使用例を組合せて実施することも可能である。よって、本考案は、その要旨を逸脱しない範囲で、当業者の創意と工夫により、適宜に改良、変更又は追加をしながら実施されるものである。
【0041】
1…太陽光発電装置、2A、2B、3A、3B、3C…太陽光、2a、2b、3a、3b、3c…入射光、2b´…反射光、4a、4b、4c…光、5…半導体発電層、5a…p型半導体層、5b…n型半導体層、10…集光手段、11…誘電体アンテナ、12…太陽電池、21…反射手段、22…枠体、23…整合層、30…誘電体アンテナ、31…表面電極層、32…裏面電極層、33…整合層、34…保護膜、41…レンズ。

(57)【要約】

【課題】美観を損なわずに効率よく発電を行う太陽光発電装置を提供することを目的とする。【解決手段】太陽光発電装置は、複数の整合層が設けられた球体または多面体に形成された枠体と、該枠体において、整合層が設けられている箇所を除く内面に設けられた反射手段と、整合層が設けられている箇所の外面に設けられ、枠体の外部から内部に光を導く複数の誘電体アンテナと、から成る集光手段と、枠体の内部またはその一部に設けられ、枠体の内部に導かれた光を直接及び/又は反射手段で反射させて受光し発電する太陽電池と、を備える。


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