(54)【考案の名称】集光型太陽光発電パネル、集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電システム

(73)【実用新案権者】住友電気工業株式会社

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図2

【概要説明】

【分野】

【0001】
この考案は、表示性や装飾性を持たせた集光型太陽光発電パネル、集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電システムに関するものである。

【従来の技術】

【0002】
太陽光発電パネルは、発電素子(セル)の多数を平面状に隣接して配列したものが一般的であり、光を吸収するという特殊性から、その受光面は全面黒色が一般的である。
一方、フレネルレンズ等の集光レンズで太陽光を集光して発電素子に照射し太陽光エネルギーを濃縮して発電する集光型太陽光発電パネルがあり、この集光型太陽光発電パネルは、太陽を追日(追尾)する架台に設置されていて、設置面積当りの発電効率の高いことから注目されている(特許文献1参照)。
【0003】
この集光型太陽光発電パネルは、図2を参照して説明すると、各集光レンズ14aに対して一つの発電素子12が設けられ、例えば、我国においては、その集光レンズ14aに照射する太陽光の約70%をなす直達光が集光レンズ14aによって集められ(集光され)発電素子12に照射されて発電し、太陽光の残り約30%の散乱光はその発電素子12の周りに照射する。このとき、追日精度(追尾精度)の低下によって、その集光位置がズレて発電素子12周りの機器に障害が生じることを無くすため、各発電素子12の受光部のみを透孔とした保護カバーを受光面(集光板14裏側)全面に設けている(発電素子12の周り全面を保護カバーで被っている)。
また、太陽光発電パネル内に、種々の色の発光素子を設けて表示性や装飾性を持たせる技術がある(特許文献2段落0022等参照)。
【0004】

【効果】

【0018】
以上のように、この考案は、集光レンズの特性でもって見る方向により異なる画像を認識し得るようにしたので、表示性(メッセージ性)や装飾性の高い集光型太陽光発電パネル、集光型太陽光発電装置又は集光型太陽光発電システムとし得る。すなわち、太陽光発電パネルのみならずメッセージボードの機能を持つものとし得る。このとき、画像の一部を他から受けた光を反射して表示性や装飾性を持つ塗料等で描かれたものとすれば、安価にしてその表示性や装飾性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】この考案に係る集光型太陽光発電装置の一例の斜視図である。
【図2】同太陽光発電パネルの一部切り欠き斜視図である。
【図3】この考案の一実施形態の要部平面図である。
【図4】同実施形態の配色部材の要部平面図である。
【図5】同実施形態の作用説明図である。
【図6】他の実施形態の一集光型太陽光発電パネルにおける配色部材の平面図である。
【図7】同実施形態の作用説明図である。
【図8】他の実施形態の配色部材の要部平面図である。
【図9】同実施形態の一集光型太陽光発電パネルにおける配色部材の平面図である。
【図10】同実施形態の作用説明図である。
【図11】他の実施形態の配色部材の要部平面図である。

【0020】
この考案は、縦横に集光レンズを配置し、その各集光レンズの後側(太陽と反対側)に発電素子を配置した集光型太陽光発電パネルにおいて、その受光面の複数の方向から集光レンズを通して見た前記受光面全体の画像が異なるように発電素子の周りに前記異なる各画像の一部を描いたものであり、例えば、図1に示す、複数の太陽光発電パネルPを縦横に有する集光型太陽光発電装置に採用される。
【0021】
この集光型太陽光発電装置は、追日架台Dに格子状のフレームFをその追日架台Dに対して左右方向(追日架台Dの軸心周り)かつ上下方向(追日架台Dの軸心に沿う)に電動機等によってそれぞれ回動可能に取付け、このフレームFに集光型太陽光発電パネルPを縦横に配置したものである。この太陽光発電パネルPの縦横の配列個数は任意である。また、この集光型太陽光発電装置を縦横に並べて集光型太陽光発電システム(設備)とすることもできる。その集光型太陽光発電装置の縦横の配列個数も任意である。
【0022】
この集光型太陽光発電パネルPは、例えば、縦:850mm、横:650mm、厚さ:70mm等として、一人で持ち運べる大きさ・重さ(軽量・薄型)とすることが好ましい。また、この程度の大きさであると、我国の薄型TV、LED照明器具等の生産技術の応用によって、集光板14等の製作コストの低減や発電素子12の自動実装等による低コスト化が可能である。
【0023】
その各パネルPの中央部に、太陽方位計(太陽追日計)C、全天日射計C及び太陽光直達光計Cが配置されており、太陽方位計Cによって太陽の位置(方位)を確認し、その確認信号に基づき、フレームFが左右及び上下方向に動いて太陽に真っ直ぐ向く回転角θと迎え角αとされる。すなわち、常時、太陽の一日の運行に追日して、東方向から西方向へ太陽光発電パネルPの受光面を可動とする方位角(回転角θ)に制御され、太陽高度が低い日の出から高度の高い昼そして再び高度の低くなる日没まで太陽の一日の高度変化に追日して、仰角方向に太陽光発電パネルPの受光面を可動とする仰角(迎え角α)に制御されて、パネル受光面を発電効率が最良となる、太陽に向かって各太陽光発電パネルP(受光面)が真っ直ぐ(直角)に向く(受光面が正対する)状態とされる。
【0024】
また、全天日射計Cによって全天空の日射量を検出し、太陽光直達光計Cによって直達光の日射量を検出し、それらの検出量と発電量との対比によって発電効率等が計算される。
この3つの太陽方位計C、太陽光照度全天日射計C及び太陽光直達光計Cの周りには口、眉毛に相当する模様a、bが描かれており、この模様a、bによって、太陽方位計C、太陽光照度全天日射計Cが人の目、太陽光直達光計Cが同鼻に相当して擬人化されたものとなっている。また、太陽方位計C、全天日射計C及び太陽光直達光計Cが太陽光発電パネルPの縦横配列した中央部に位置することは、フレームFの経年に伴う反りに基づく各計器C、C、Cの全体フレームに対するズレ(検出方向のズレ)が少ないため、検出精度の劣化が少ない利点がある。
【0025】
太陽光発電パネルPは、図2に示すように、四角枠状の金属製箱フレーム10内に高放熱基板11が設けられ、その基板11上にIII−V族化合物半導体からなる小型の発電素子(例えば、一辺5mm正四角)12が縦横に配置されている。この例では、図2、図3に示すように、高放熱基板11上に、上下方向等間隔に16個の発電素子12を直線上に直列配置した基板を1単位とし、その1単位を12列並列に実装している。
【0026】
箱フレーム10の前面はフレネルレンズから成る集光レンズ(例えば、一辺5cm正四角)14aが縦横(縦:16、横:12)に配置された集光板14によって被われており、各集光レンズ14aの中心が各発電素子12にそれぞれ対向している。このため、集光レンズ14aによって集光された太陽光は発電素子12にその多く(直達光)が照射されて効率的な発電がなされる。一方、発電素子12の周りはその太陽光の散乱光の反射によってその周りの画像が確認されることとなる。図中、13は集光型太陽光発電パネルPで発電された電力を外部に導くケーブルである。また、この例では、集光レンズ14aを縦横4個を一体成形した集光板片を縦4枚、横3枚並べて集光板14を形成しているが、集光板14の大きさ・形状に応じて、その集光板片内の集光レンズ14aの縦横の数、及び集光板片の数は任意に決定し得る。
【0027】
因みに、この種の太陽光発電パネルにおいては、発電効率が同じで、その受光面の大きさが同じであれば、太陽光の照射量も同じであって発電量も同じとなるが、この例では、縦:850mm、横:650mm、厚さ:70mmの集光板14に192(16×12)個の小型発電素子12を配置し、同一の大きさの受光面に対して、例えば、48個の大型発電素子を設けた太陽光発電パネルに比べれば、各発電素子12の周りのスペースが広くなるため、基板11からの放熱性が高くなっている。
【0028】
この考案は、このような集光型太陽光発電パネルPにおいて、その各発電素子12の周りに異なる画像Wの一部を形成し、その太陽光発電パネルP全面(受光面)に対する複数の方向から集光レンズ14aを通して見た画像Wが異なるようにしたことが特徴である。すなわち、一方向から見た各集光レンズ14aを通した集合画像Wが、例えば、「おはようございます」、「広告文字」、「広告画」等の表示性や、例えば、「花模様」等の装飾性を持つものとすることを特徴とする。このとき、その画像Wは、高放熱基板11上又は発電素子12の周りに保護用カバーがある場合にはそのカバー上に塗料等によって描く。この実施形態では、基板11上に画像Wを描いているが、従来の保護カバーに描いた態様は、図2において、画像(画素w)の描かれた板が保護カバーとなって、その下側に基板11が位置することとなり、その保護カバーには、各集光レンズ14aの中心が対向する位置に透孔が形成されて集光レンズ14aによる集光がその透孔を通って各発電素子12に照射されるようになっている。
【0029】
その画像Wは、例えば、図3に示すように、一の発電素子12とその発電素子12に対応する一の集光レンズ14aとを一単位とし、その一単位の発電素子12の周りを上下左右4等分に区画し、その4分割部分に、「赤」「青」「黄」「緑」の着色w、w、w、wを施すと(図3の左上端参照)、一の太陽光発電パネルPにおけるフレーム10内の前記集光板片に対応する部分は図4のような色配置となる。
因みに、この例では、左右上下の四方向から異なる画像Wを得ることができるため、表示装置(装飾装置)としては、一の発電素子12の周りに4色からなる各色部分が、各画像の一部w、w、w、wをなすことからその各画像の一画素をなすと考えることもでき、この一の画素の集合(4個の画素w、w、w、w)と発電素子12によって、請求項でいう一つの基本発電構成Lをなすこととなり、その各画素w、w、w、wが発電素子12以外の部分の配色部材となる。
【0030】
このように色配置された太陽光発電パネルPは、例えば、パネルPから10メートル程離れた定置からその鉛直なパネルPを見た場合、各集光レンズ14aへの視線がほほ平行と考え得ると、図5(a)に示すように、パネルPが上向き右傾斜した場合、人は、パネルPの中心垂直軸に対して左側下方から見ることとなって、黄色のみを確認でき(黄色のみが表れ)、同図(b)に示すように、パネルPが下向き右傾斜した場合、人は、同左側上方から見ることとなって、緑色のみを確認でき(緑色のみが表れ)、同図(c)に示すように、パネルPが上向き左傾斜した場合、人は、同右側下方から見ることとなって、青色のみを確認でき(青色のみが表れ)、同図(d)に示すように、パネルPが下向き左傾斜した場合、人は、同右側上方から見ることとなって、赤色のみが確認できる(赤色のみが表れる)。
【0031】
このとき、パネルPの傾斜角度(人がパネルPを見る角度)によって、一の集光レンズ14aを通して見える画像は、その集光レンズ14aに対応する基本発電構成が図3左角の鎖線で囲まれた部分Lである場合、その基本発電構成Lの画素w、w、w、wの全体ではなく、例えば、その基本発電構成部分Lに対応する集光レンズ14aを通して見た場合、その基本発電構成部分Lのみではなく、同Lの画素w、wと同Lの画素w、wを確認したり、同Lの画素w、w、w、wを確認したりする。このため、見る角度によって、縦横の各基本発電構成Lの各画素w、w、w、wの何れかがそれぞれ適宜選択的に一つづつ周期的に繰り返し確認されて画像Wが認識されることとなる。
【0032】
なお、パネルPに対して真っ直ぐに見る時(太陽光の方向から見る時)のみ、発電素子12を確認し得るため、前記左側下方などのパネルPを斜めに見る場合にはその発電素子12は見えない。すなわち、発電素子12は黒く極小さく見えるが、各色が見えるときにはその黒(黒点)は殆ど見えないため、発電素子12による各画像への視覚上の影響は殆ど無視できる。
【0033】
以上から理解できるように、各発電素子12の周りの色配置パターン等を変えることによって、パネルPの全面(受光面)を見る方向によって確認できる(表れる)画像(文字等)Wが変わることとなる。
このため、例えば、一のパネルPにおいて、図6に示すように、そのフレーム10内の各基本発電構成Lに「赤」「青」「黄」「緑」の着色w、w、w、wを施すと(図3と同様に、4つの枠(4つの着色部)で一つの発電素子12の周りの各一画素を構成すると)、右側下方から見れば、図7(a)に示すように、青色によってその周りが黄色の「B」が確認でき(Bが表れ)、左側下方から見れば、同図(b)に示すように、黄色によってその周りが青色の「Y」が確認でき(Yが表れ)、右側上方から見れば、同図(c)に示すように、赤色によってその周りが緑色の「R」が確認でき(Rが表れ)、左側上方から見れば、同図(d)に示すように、緑色によってその周りが赤色の「G」が確認できる(Gが表れる)。ここでは、4種の例示を行なったが、4種に拘らない。
【0034】
また、図8に示すように、一基本発電構成Lを縦横3等分割とし、その中央に発電素子12を配置し、その発電素子12の周りの8分割部の画素wに「赤色」、同wに「緑色」、同wに「灰色」、同wに「白色」、同wに「空色」、同wに「青色」、同wに「黄色」、同wに「桃色」を配色した。
このパネルPから10メートル程離れた定置からその鉛直なパネルPを見たところ、パネルPが上向き左傾斜した場合、受光面全面が「青色」、同左右に傾くことなく上向いた場合、同「黄色」、上向き右傾斜した場合、受光面全面が「桃色」、同上下に向くことなく左傾斜した場合、同「白色」、同上下に向くことなく右傾斜した場合、同「空色」、同下向き左傾斜した場合、同「灰色」、同左右に傾くことなく下向いた場合、同「緑色」、下向き右傾斜した場合、同「赤色」を確認できた。
【0035】
さらに、図8において、図9に示すように種々の配色を行えば(画素w:赤色、w:青色、w:黄色、w:緑色、w:橙色、w:黒色、w:白色、w:茶色)を形成すれば)、図10(a)〜(h)の画像を得ることができる。すなわち、左側上方から見れば、同図(a)の「あひる」を確認し、その状態から右側に徐々に移行(パネルPに対して右側に移行)すると、まず、同図(b)の「きつね」を確認し、パネルPに対して真っ直ぐな位置を通り越すと、同図(c)の「うさぎ」が確認された後、同図(d)の「くじら」が確認される。同様に、左側下方から見れば、同図(e)の「にわとり」を確認し、その状態から右側に徐々に移行(パネルPに対して右側に移行)すると、まず、同図(f)の「ねこ」を確認し、パネルPに対して真っ直ぐな位置を通り越すと、同図(g)の「ひよこ」が確認された後、同図(h)の「ぺんぎん」を確認することができる。なお、各画像において、適宜に、各画素w、w、w、w、w、w、w、wの混ざり合った色、例えば、桃色等を確認できる。
【0036】
以上から、理解できるように、各画像Wの各基本発電構成Lにおける画素wの作成の仕方は、各方向から見える画像Wに相当する画素wをその各基本発電構成の部位(分割部位)に配分する。例えば、前記「ひよこ」であれば、見える部分の各基本発電構成Lの部位にその「ひよこ」の画像Wの一画素wを配分する。
また、基本発電構成Lの分割数は、4、9、16、25、36・・等と縦横等分割としたり、縦横の分割数を異ならせたり、分割を等分(均等分割)としなかったりと任意である。この分割度合によって確認し得る画像Wが異なる。分割数が9、25などの奇数の場合は中央の分割枡に発電素子12を設ければ良いが(図8参照)、16、36等の偶数の場合には中心分割枡がないため、例えば、図3、図11に示すように、中心をなす4つの分割枡(画素w、n=1、2、3・・・)の突き当たり角に所要のスペースを形成して発電素子12を設けることとなる。このとき、その発電素子12を設けた4つの分割枡に着色等して画素wを構成するものとし得る。また、前者の分割数が奇数の場合の中央分割枡も発電素子12以外のスペースに着色等して画素wを構成するものとすることもできる。
【0037】
前記基本発電構成Lの各配色部位が発電素子12の周り均等分割で無い場合(不均等分割であれば)、画像がある見る角度の範囲で長く(長時間)確認し、同ある角度の範囲では短く(短時間)確認し得ることとなる。また、均等分割、不均等分割に拘わりなく、見る角度が連続的に変化すると、各画素wがコマ送りと同様になって、人間が走っているような動画を確認することもできる。さらに、発電素子12を中心とした複数の同心円とした複数の配色画素とすることもでき、その配色は任意である。
なお、発電素子12の周りの高放熱基板11表面を全て同じ色とすれば、その集光型太陽光発電装置の所有者を表すもの、例えば、本出願人の「水色(空色)」とし得たり、各一画素が重なって見える場合は、中間色として認識したり、太陽光発電パネルPの動きに伴って色等が変化するグラデーション効果を得ることができる。
【0038】
また、一つの画像Wの一画素wを、基本発電構成Lの各分割部位にそれぞれ形成すれば、各分割部位が同じ画素となるため、パネルPが傾いても、常に同じ画像を確認することをできる。
一方、発電素子12の周りの高放熱基板11表面(配色部材)を全て同じ色とすれば、その集光型太陽光発電装置の所有者を表すもの、例えば、本出願人の「水色(空色)」とし得たり、各一画素が重なって見える場合は、中間色として認識したり、太陽光発電パネルPの動きに伴って色等が変化するグラデーション効果を得ることができる。
【0039】
このように、図1の集光型太陽光発電装置における各太陽光発電パネルPにおいて、上下左右斜め等の種々の複数の方向から見た時、それぞれ異なる文字等を表すようにすれば、例えば、追日架台Dの前方の定位置にいる人からは、太陽の移動に伴って各太陽光発電パネルPが左右上下に振られるため、その異なる文字を確認する(表示される)こととなる。例えば、朝は、左手前に傾くとすれば、前記の右側上方向の確認となり、昼近くは左上向きに傾き、前記の右側下方向の確認となり、昼過ぎは右上向きに傾き、前記の左側下方向の確認となり、夕方は右手前に傾き、前記の左側上方向の確認となる。
このため、その各方向に応じた文字を表現するようにすれば、例えば、朝は「おはようございます。元気で!」、昼前は、「もうすぐ、お昼ですよ!」、昼過ぎは「さあ、一がんばり!」、夕方は「お疲れ様、気を付けてお帰りください。」等を表示できることとなる。このとき、1パネルPの表示文字は1文字に限らず、2文字、3文字等と任意であり、また、記号、顔の表情等も表現できる。
【0040】
前記の表示は、図7、図10から理解できるように、単なる文字のみならず、顔文字、富士山等の絵、広告等の各種のものを行なうことができ、例えば、プールの面積等に相当する大きな受光面積を有するメガソーラーであれば、ナスカの地上絵等の図案化された画像を表現し得る。また、コマ送りの動画を確認する(表現する)こともできる。
【0041】
さらに、この太陽光発電パネルP内、太陽光発電装置又は太陽光発電システムの任意のパネルP内にLED等の発光素子を装填し、昼間において発電した電力を蓄電池に蓄え、発電しない夜間においては、その蓄電池からの電力でもって前記発光素子の発光色でもって従来と同様のメーセージや装飾を表現させることもできる。このとき、その各発光素子の発光色が前記画像Wの一部w、w、w、w・・をなすようにすれば、パネルPの受光面を異なる方向から見た場合、その異なる画像Wを確認(見ることが)できる。例えば、図4、図6、図9において、赤、青、黄、緑等の着色した箇所に同色の発光素子を配置し、夜間、各発光素子を発光させれば、その発光色によって、前記と同様な画像を認識することができる。
この発光素子を設けた構成は、前記の塗料等による画像と併用したり、併用せずに、その発光素子の発光色のみによって各画像を表すようにしたりすることもできる。
また、発光素子を、発電素子12の周りに描かれた画像W(画素w、w、w、w・・w)の単なる照明具とすることもできる。
【0042】
なお、発電素子12の周りの配色部材にもその表示に支障が生じない限りにおいて、シリコン製等の発電素子を配置して散乱光でもって発電し得るようにすることもできる。このとき、その発電素子に着色して配色部材と同様な表示を表すようにすることもできる。
また、この考案は、集光型太陽光発電パネルPを縦横に設けた集光型太陽光発電装置に限らず、その集光型太陽光発電パネルP単体においても、また、集光型太陽光発電装置を縦横に並べた集光型太陽光発電システムにおいても採用することができることは勿論である。
以上から、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この考案の範囲は、実用新案登録請求の範囲によって示され、実用新案登録請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0043】
太陽方位計
太陽光照度全天日射計
太陽光直達光計
D 集光型太陽光発電装置の追日架台
F 集光型太陽光発電装置のフレーム
L 基本発電構成
P 集光型太陽光発電パネル
W 画像
、w、w、w、w、w、w、w 画像の一部(画素)
a、b 模様
10 太陽光発電パネルの箱フレーム
11 高放熱基板
12 発電素子
13 ケーブル
14 集光板
14a 集光レンズ

(57)【要約】

【課題】表示性や装飾性が高く安価な集光型太陽光発電装置を提供する。【解決手段】縦横配置した各集光レンズ14aの後側に発電素子12を配置した集光型太陽光発電パネルPを縦横に設けて集光型太陽光発電装置とする。パネルP内の各発電素子12の周りに複数の画像の一部w、w、w、wが描かれている。この各パネルが太陽に追日し左右上下に振れると、この装置を前方定位置で見た時、集光レンズ14aの特性から、その集光レンズを通して確認できる画像がパネルの振れた角度(方位回転角θ、迎え角α)によって異なって見える。各画像をその振れ角度に応じたものとすれば、太陽の動きに伴ってその表れる文字等の画像が変化し、その時刻に応じたメッセージ等を表示することができる。


【パテントレビュー】

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【インターネット特許番号リンク】

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