JP2008258436A

JP2008258436A - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2008258436A
Application number: JP2007099615A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Iida; 智一飯田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2027-04-05
Also published as: JP5029103B2

Abstract

【課題】簡素な構造で、発電モード及び透過モードの切換が可能な太陽光発電装置を提供すること。
【解決手段】可変焦点レンズ１４を設け、焦点距離を調節することで、光を集光して発電する発電モードと、パネル構造体１２の背面側に光を透過させる透過モードとを切り換える。発電モードでは、光の焦点を太陽電池素子１６に合わせて発電効率を向上させて発電を行う。透過モードでは、光の焦点距離を無限遠とすることで、パネル構造体１２の背面側へ光を透過させる。これにより、簡素な構造で、発電モードと透過モードとの切換を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光発電装置に関する。

従来、太陽光を用いた発電装置において、上面外方向に凸部を形成してなる上面板と、発電セルを配設した底面基板との間に、所定の空間を形成し、この空間内に冷却媒体を充填可能としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の太陽光発電装置では、所定の空間内に冷却媒体を充填してレンズ機能を持たせ、このレンズ機能により光の焦点を発電セルに合わせている。これにより、発電セルを冷却すると共に、レンズ機能により集光することで発電効率の向上を図っている。また、この太陽光発電装置では、所定の空間内への冷却媒体の供給を停止することで、レンズ機能を停止させている。
特開平１０−２５２６４０号公報

太陽光発電装置において、光による発電を行う発電モード、及び光を透過させる透過モードの切換が可能な太陽光発電装置が求められている。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、簡素な構造で、発電モード及び透過モードの切換が可能な太陽光発電装置を提供することを目的とする。

本発明による太陽光発電装置は、光を集光して発電する発電モードと、光を背面側に透過させる透過モードとを切換可能なパネル構造体を有する太陽光発電装置であって、パネル構造体は、透過した光の焦点距離を可変する可変焦点レンズと、可変焦点レンズによって集光された光により発電する太陽電池素子と、を備えることを特徴としている。

このような太陽光発電装置によれば、可変焦点レンズにより焦点距離を調節することで、光を集光して発電する発電モードと、パネル構造体の背面側に光を透過させる透過モードとを切り換えることができる。発電モードでは、光の焦点を太陽電池素子に合わせて発電効率を向上させ、透過モードでは、光の焦点距離を無限遠とすることで、光をパネル構造体の背面側へ透過させる。これにより、構造を簡素とし、発電モードと透過モードとの切換を容易に行うことができる。

また、本発明による太陽光発電装置は、光を集光して発電する発電モードと、光を背面側に透過させる透過モードとを切換可能なパネル構造体を有する太陽光発電装置であって、パネル構造体は、透過した光を集光する集光レンズと、集光レンズの背面側に配置されて集光レンズによって集光された光を透過させて平行光に変換する平行光変換レンズと、集光レンズと平行光変換レンズとの間の光路上に配置されて集光レンズによって集光された光により発電する太陽電池素子と、太陽電池素子の位置を可変とする位置可変機構と、を備えることを特徴としている。

このような太陽光発電装置によれば、太陽電池素子の位置を可変とする位置可変機構により太陽電池素子の位置を変更することで、光を集光して発電する発電モードと、パネル構造体の背面側に光を透過させる透過モードとを切り換えることができる。発電モードでは、太陽電池素子を集光レンズと平行光変換レンズとの間の光路上に配置して、発電を行い、透過モードでは、太陽電池素子を集光レンズと平行光変換レンズとの間の光路上から外すことで、集光レンズによって集光された光を平行光変換レンズにより平行光に変換して、光をパネル構造体の背面側へ透過させる。これにより、構造を簡素とし、発電モードと透過モードとの切換を容易に行うことができる。

本発明の太陽光発電装置によれば、簡素な構造で、光を集光して発電する発電モード及び光を背面側に透過させる透過モードの切換が可能な太陽光発電装置を提供することができる。

以下、本発明による太陽光発電装置の好適な第１実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽光発電装置の平面図、図２は、図１に示す太陽光発電装置の発電モードにおける断面図、図３は、図１に示す太陽光発電装置の透過モードにおける断面図である。

図１〜図３に示す太陽光発電装置１０は、例えば、窓パネルやルーフパネルとして採用されるものであり、集光された太陽光Ｓにより発電する発電モードと、太陽光Ｓを背面側（裏面側）に透過させる透過モードとを切換可能なパネル構造体１２を有するものである。

このパネル構造体１２は、透過した光の焦点を可変する可変焦点レンズ１４と、この可変焦点レンズ１４の背面側に配置され、可変焦点レンズ１４によって集光された光により発電する太陽電池素子１６とを備えている。本実施形態のパネル構造体１２は、複数（例えば、６個）の可変焦点レンズ１４及び太陽電池素子１６を備えている。太陽電池素子１６の表面積は、可変焦点レンズ１４の表面積に比して小さくされている。

可変焦点レンズ１４は、レンズの位置関係を動かすことなく透過した光の焦点距離を変化させるものである。可変焦点レンズ１４は、弾性を有する透明なフッ素樹脂フィルム内に透明なシリコンオイルを封入したものであり、内部のシリコンオイルの注入、吸引により、可変焦点レンズ１４の形状を変化させて、焦点を可変とする。発電モードでは、図２に示すように、シリコンオイルを注入して、可変焦点レンズ１４の厚さを増加させる。透過モードでは、図３に示すように、シリコンオイルを吸引して、可変焦点レンズ１４の厚さを減少させる。

また、可変焦点レンズとして、例えば、可変形状液体レンズ、可変屈折率レンズ、液晶レンズ、可変曲率ミラーレンズ等が挙げられる。可変形状液体レンズは、透明な液体やゲル状物質を用い、外圧または内圧を加えてレンズ形状を変化させ、焦点距離を制御するものである。

太陽光発電装置１０は、図示していないが、可変焦点レンズ１４による焦点距離を制御する電子制御ユニットと、この電子制御ユニットによって制御され、可変焦点レンズ１４の厚さを変化させるアクチュエータとを有している。このアクチュエータとしては、シリンダ、ポンプ等が挙げられる。アクチュエータは、配管を介して、各可変焦点レンズ１４に接続され、電子制御ユニットからの駆動信号に従いて駆動し、シリコンオイルの注入、吸引を行う。

パネル構造体１２は、正面側（太陽光入射側）に配置された白色強化ガラス１８と、背面側に配置された太陽電池封止材２０とを備えている。太陽電池封止材２０は、太陽電池素子１６を封止するものであり、複数枚のＥＶＡ（エチルビニルアセテート）フィルムを加熱真空圧着して形成され板状を成している。太陽電池封止材２０は、光を透しやすく、所定の強度を有するものが好ましい。そして、複数の太陽電池素子１６及びこれらの太陽電池素子１６を電気的に接続する電気配線２２は、太陽電池封止材２０によって、両面側から封止されている。また、太陽電池封止材２０には、可変焦点レンズ１４を収容するための凹部が形成されている。可変焦点レンズ１４は、この凹部に収容され、太陽電池封止材２０に接着されている。

電気配線２２は、透明電極（透明導電材）によって形成されている。透明電極としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム−スズ）製、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）製のものが挙げられる。太陽電池素子１６によって発電された電力は、電気配線２２を介して、外部の電気機器に出力される。

このような太陽光発電装置１０では、可変焦点レンズ１４によってこの可変焦点レンズ１４を透過した光の焦点を変更することができるので、光を集光して発電する発電モードと、パネル構造体１２の背面側に光を透過させる透過モードとを切り換えることができる。

発電モードでは、アクチュエータによりシリコンオイルが可変焦点レンズ１４へ注入されて、可変焦点レンズ１４の厚さが増加する。これにより、光の焦点を太陽電池素子１６の表面に合わせることができるので、太陽電池素子１６における発電効率を向上させることができる。また、発電モードにおいて、可変焦点レンズ１４により光を集光して発電することができるので、太陽電池素子１６の設置面積を縮小して、低コスト化を図ることができる。

透過モードでは、アクチュエータによりシリコンオイルが可変焦点レンズ１４から吸引されて、可変焦点レンズ１４の厚さが減少して平板化される。これにより、入射された光は、平行光のまま、可変焦点レンズ１４及び太陽電池封止材２０を透過して、パネル構造体１２の背面側に達する。また、太陽電池封止材２０内の電気配線２２が透明な材料によって形成されているため、電気配線２２が光を遮ることが防止されている。

このように本実施形態の太陽光発電装置１０によれば、簡素な構造で、発電モードと透過モードとの切換を行うことができる。また、可変焦点レンズ１４による焦点距離を制御する電子制御ユニットを備えているので、発電モード及び透過モードの切換の自動化が容易に行える。

次に、本発明の第２実施形態に係る太陽光発電装置について、図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る太陽光発電装置の平面図、図５は、図４に示す太陽光発電装置の発電モードにおける断面図、図６は、図４に示す太陽光発電装置の透過モードにおける断面図である。

図４及び図５に示す太陽光発電装置３０は、集光された太陽光により発電する発電モードと、太陽光を背面側（裏面側）に透過させる透過モードとを切換可能なパネル構造体３２を有するものである。

このパネル構造体３２は、透過した光を集光する集光レンズ３４と、この集光レンズ３４の背面側に配置されて集光レンズ３４によって集光された光を透過させて平行光に変換する平行光変換レンズ３５と、集光レンズ３４と平行光変換レンズ３５との間の光路上に配置されて集光レンズ３４によって集光された光により発電する太陽電池素子３６と、この太陽電池素子３６の位置を可変とする位置可変機構３８とを備えている。本実施形態のパネル構造体３２は、複数（例えば、６個）の集光レンズ３４、平行光変換レンズ３５、及び太陽電池素子３６を備えている。

パネル構造体３２は、正面ガラス４０、背面ガラス４２、及びフレーム４４を有している。正面ガラス４０及び背面ガラス４２は、例えば白色強化ガラスによって構成されている。正面ガラス４０及び背面ガラス４２は、板厚方向に所定間隔離間して配置され、その周縁部は、フレーム４４により支持されている。そして、これらの正面ガラス４０、背面ガラス４２、及びフレーム４４に囲まれた空間が、上記集光レンズ３４、平行光変換レンズ３５、太陽電池素子３６、を収容する収容空間とされている。また、集光レンズ３４は、正面ガラス４０に接着され、平行光変換レンズ３５は、背面ガラス４２に接着されている。

平行光変換レンズ３５は、拡散光を平行光に変換するものである。平行光変換レンズ３５としては、コリメータレンズ、平凸レンズ、アクロマティックレンズ等が挙げられる。

複数の太陽電池素子３６及びこれらの太陽電池素子３６を電気的に接続する電気配線（透明電極）４６は、フィルム状の太陽電池封止材４８によって、両面側（図示上下方向）から封止されている。この太陽電池封止材４８は、位置可変機構３８の回転軸５０及び駆動軸５２により支持されて、ピンと張った状態とされている。

位置可変機構３８は、上述した回転軸５０、駆動軸５２の他に、駆動軸５２を回転させるモータ５４と、このモータ５４の回転を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）５６とを有している。回転部５０及び駆動軸５２は、回転可能にフレーム４４に支持されている。モータ５４は、駆動軸５２を回転させるものであり、駆動軸５２を回転させることで、太陽電池封止材４８をスライドさせることができる。

このような太陽光発電装置３０では、位置可変機構３８を備え、太陽電池素子３６の位置を変更することができるので、光を集光して発電する発電モードと、パネル構造体３２の背面側に光を透過させる透過モードとを切り換えることができる。

発電モードでは、ＥＣＵ５６からの駆動信号に基づいて、モータ５４を回転させて、太陽電池封止材４８をスライドさせる。これにより、太陽電池素子３６を集光レンズ３４の焦点位置に移動させることができるので、効率良く発電を行うことができる。また、発電モードにおいて、集光レンズ３４により光を集光して発電することができるので、太陽電池素子３６の設置面積を縮小して、低コスト化を図ることができる。

透過モードでは、ＥＣＵ５６からの駆動信号に基づいて、モータ５４を発電モードのときとは逆方向に回転させて、太陽電池封止材４８を反対方向にスライドさせる。これにより、太陽電池素子３６を集光レンズ３４の焦点位置から外れる位置に移動させることができる。パネル構造体３２に入射された光は、集光レンズ３４により、集光されたあと、平行光変換レンズ３５に入射されて、再び平行光に変換される。平行光変換レンズ３５によって変換された平行光は、背面ガラス４２を透過して、パネル構造体３２の背面側に達する。

このような構成の第２実施形態の太陽光発電装置３０にあっても、第１実施形態と同様な作用、効果を奏することができ、簡素な構造で、発電モードと透過モードとの切換を行うことができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の太陽光発電装置は、光を集光して発電する発電モードと、光をパネル構造体の背面側に透過させる透過モードとを切り換え可能な構成であればよい。

また、上記実施形態では、電気配線を透明導電材としているが、電気配線は、銅線等のその他の金属材料であってもよい。

また、上記太陽光発電装置３０では、モータ５４を用いて、太陽電池素子３６の位置を変更しているが、手動により、太陽電池素子３６の位置を変更してもよく、バネ等の弾性部材を利用して、太陽電池素子３６の位置を変更してもよい。

本発明の第１実施形態に係る太陽光発電装置の平面図である。図１に示す太陽光発電装置の発電モードにおける断面図である。図１に示す太陽光発電装置の透過モードにおける断面図である。本発明の第２実施形態に係る太陽光発電装置の平面図である。図４に示す太陽光発電装置の発電モードにおける断面図である。図４に示す太陽光発電装置の透過モードにおける断面図である。

符号の説明

１０，３０…太陽光発電装置、１２，３２…パネル構造体、１４…可変焦点レンズ、１６，３６…太陽電池素子、２２…電気配線、３４…集光レンズ、３５…平行光変換レンズ、３８…位置可変機構、Ｓ…太陽光。

Claims

光を集光して発電する発電モードと、光を背面側に透過させる透過モードとを切換可能なパネル構造体を有する太陽光発電装置であって、
前記パネル構造体は、
透過した光の焦点距離を可変する可変焦点レンズと、
前記可変焦点レンズによって集光された光により発電する太陽電池素子と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
光を集光して発電する発電モードと、光を背面側に透過させる透過モードとを切換可能なパネル構造体を有する太陽光発電装置であって、
前記パネル構造体は、
透過した光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズの背面側に配置されて前記集光レンズによって集光された光を透過させて平行光に変換する平行光変換レンズと、
前記集光レンズと前記平行光変換レンズとの間の光路上に配置されて前記集光レンズによって集光された光により発電する太陽電池素子と、
前記太陽電池素子の位置を可変とする位置可変機構と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。