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JP2017016737A - Sunlight collection module and light collection panel using the same - Google Patents

Sunlight collection module and light collection panel using the same Download PDF

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JP2017016737A JP2015128758A JP2015128758A JP2017016737A JP 2017016737 A JP2017016737 A JP 2017016737A JP 2015128758 A JP2015128758 A JP 2015128758A JP 2015128758 A JP2015128758 A JP 2015128758A JP 2017016737 A JP2017016737 A JP 2017016737A
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俊之 松本
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Abstract

【課題】追尾機構を必要としない太陽光集光モジュール及びそれを用いた太陽光集光パネルを提供すること。
【解決手段】太陽光集光モジュール10は、透明な板状の集光板1を有している。この集光板1は、その裏面1bに、表面1aから入射した太陽光を一側面1fの集光領域1eの方向に反射させる傾斜面1dを有している。傾斜面1dは、集光領域1fの方向に複数並設されており、隣接する傾斜面1d同士の傾斜角度αnを変えて、集光領域1eを中心とする曲面状に設けられている。
【選択図】図4
A solar light collecting module that does not require a tracking mechanism and a solar light collecting panel using the same.
A solar light collecting module has a transparent plate-shaped light collecting plate. The light collector 1 has an inclined surface 1d that reflects sunlight incident from the front surface 1a in the direction of the light condensing region 1e on one side surface 1f on the back surface 1b. A plurality of inclined surfaces 1d are arranged in parallel in the direction of the condensing region 1f, and are provided in a curved shape centered on the condensing region 1e by changing the inclination angle αn between the adjacent inclined surfaces 1d.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、無追尾で太陽光を集光可能な平面板状の太陽光集光モジュールと、それを用いた集光パネルに関する。   The present invention relates to a flat plate-shaped solar light collecting module capable of collecting sunlight without tracking and a light collecting panel using the same.

太陽光を屋内に導入し、照明等に用いる様々な方式が提案されている。例えば、図7に示す太陽光集光照明装置が提案されている(特許文献1参照)。この太陽光集光照明装置は、複数個のレンズ101と太陽の位置を検出する太陽センサー102とを一体化した集光部本体を、機構部103と太陽センサー102とからの信号で制御する制御部104によって機構部103を動作させ、太陽の方向に向くように追従させるものである。各々のレンズ101の焦点付近には光ファイバ105の一端が配置され、集光された太陽光を光ファイバ105内に導く。そして、光ファイバ105の他端に接続された照明端末器具106から太陽光を屋内に照射するものである。   Various systems have been proposed in which sunlight is introduced indoors and used for lighting or the like. For example, the sunlight condensing lighting apparatus shown in FIG. 7 is proposed (refer patent document 1). This sunlight condensing illuminating device is a control that controls a condensing unit body in which a plurality of lenses 101 and a sun sensor 102 that detects the position of the sun are integrated with signals from the mechanism unit 103 and the sun sensor 102. The mechanism unit 103 is operated by the unit 104 so as to follow the direction of the sun. One end of the optical fiber 105 is disposed near the focal point of each lens 101, and the collected sunlight is guided into the optical fiber 105. And it irradiates sunlight indoors from the lighting terminal device 106 connected to the other end of the optical fiber 105.

また、図8に示したような太陽追尾を不要とするものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。この太陽光集光器は、上面からの広範な角度の入射光を許容し、下面側に放射する光機能性シート111と、この光機能性シート111の下面側に配置された導光体112と、この導光体112の下面112aに設けられた反射面と、入射光が集光する導光体112の一端側面112bとを備えたものである。   Further, a device that does not require sun tracking as shown in FIG. 8 has been proposed (see, for example, Patent Document 2). This solar concentrator allows light having a wide angle from the upper surface to radiate to the lower surface side, and a light guide 112 disposed on the lower surface side of the optical functional sheet 111. And a reflecting surface provided on the lower surface 112a of the light guide 112 and one end side surface 112b of the light guide 112 on which incident light is collected.

この太陽集光器は、一端側面112bの広い面に太陽光を誘導するもので、一端側面112bの全面に太陽電池セルや集熱手段等の変換装置113を配置したりして太陽エネルギーを電力や熱に変換するものである。   This solar concentrator induces sunlight on a wide surface of the one end side surface 112b, and a solar cell or a conversion device 113 such as a heat collecting means is disposed on the entire surface of the one end side surface 112b to power solar energy. Or convert it into heat.

特開平6−300925号公報JP-A-6-300925 特開2007−218540号公報JP 2007-218540 A

しかし、特許文献1に記載された太陽光集光照明装置の場合、集光部本体を常時太陽の方向に正確に追従させなければならないという課題がある。また、こうした装置は、外部環境に設置する為に、耐防水、耐風圧の観点から透明なドーム107内に設置され、集光部本体部分を建屋の屋根または屋上と間隔を空けて設置されなければならない。こうした追従機構及び耐防水風圧構造部を装備しなければならない為、高コストなものになってしまう。さらに、こうした構造を必要とする為に重量が重くなり、屋根上に設けられる設置台数には自ずと制限がある。外観上の問題も生じる。   However, in the case of the solar light collecting and illuminating device described in Patent Document 1, there is a problem in that the light collecting unit main body must always accurately follow the direction of the sun. In addition, these devices must be installed in the transparent dome 107 from the viewpoint of waterproofing and wind pressure resistance, and the light collecting unit main body must be installed at a distance from the roof of the building or the roof for installation in the external environment. I must. Since such a follow-up mechanism and a waterproof wind-pressure structure must be equipped, the cost becomes high. Furthermore, since such a structure is required, the weight increases, and the number of installations provided on the roof is naturally limited. Appearance problems also arise.

特許文献2に記載された太陽集光器は、広範な角度で入射する太陽光を集光するために光機能性シート111を用いる必要があるという課題がある。また、太陽光を他の場所に導いて利用することはできない。例えば、照明に用いる場合、太陽光を太陽電池により一旦電力等に変換し、その後、その電気を屋内等の照明器具に導いて、点灯させる必要がある。   The solar concentrator described in Patent Document 2 has a problem that it is necessary to use the optical functional sheet 111 in order to collect sunlight incident at a wide angle. Moreover, sunlight cannot be guided to other places. For example, when used for lighting, it is necessary to convert sunlight into electric power or the like once by a solar cell, and then guide the electricity to a lighting device such as indoors to light it.

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、追尾機構を有さない簡素な構造により太陽光を集光し、光ファイバに導くことができる太陽光集光モジュールを
提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solar light collecting module capable of collecting sunlight and guiding it to an optical fiber with a simple structure that does not have a tracking mechanism. It is something to be offered.

本発明の一実施形態に係る太陽光集光モジュールは、透明な板状の集光板であって、この集光板の裏面に、表面から入射した太陽光を一側面の集光領域の方向に反射させる傾斜面が、前記集光領域の方向に複数並設されているとともに、隣接する前記傾斜面同士の傾斜角度を変えて設けられており、前記集光領域を中心とする曲面状に設けられている集光板を有していることを特徴とする。   A solar light collecting module according to an embodiment of the present invention is a transparent plate-shaped light collecting plate, and reflects sunlight incident from the front surface toward the light collecting region on one side surface of the light collecting plate. A plurality of inclined surfaces are arranged side by side in the direction of the light condensing region, are provided by changing the inclination angle between the adjacent inclined surfaces, and are provided in a curved surface centering on the light condensing region. It has the light-condensing plate which is characterized by the above-mentioned.

上記太陽光集光モジュールにおいて、前記傾斜面は、この傾斜面に直交し前記集光板の厚み方向に平行な断面において、前記集光板の外側に向けて凸の曲面状であってもよい。   In the solar light collecting module, the inclined surface may be a curved surface convex toward the outside of the light collecting plate in a cross section orthogonal to the inclined surface and parallel to the thickness direction of the light collecting plate.

上記太陽光集光モジュールにおいて、前記傾斜面のこの傾斜面に直交し前記集光板の厚み方向に平行な断面における曲面の曲率と、前記集光領域を中心とする曲面の曲率とは等しくてもよい。   In the solar light collecting module, the curvature of the curved surface in a section perpendicular to the inclined surface of the inclined surface and parallel to the thickness direction of the light collecting plate may be equal to the curvature of the curved surface centered on the light collecting region. Good.

上記太陽光集光モジュールにおいて、前記傾斜面の高さは、前記集光領域の方向に向かうにしたがって低くなっていてもよい。   In the solar light collecting module, the height of the inclined surface may be lowered toward the light collecting region.

本発明の一実施形態に係る太陽光集光パネルは、上記太陽光集光用モジュールを架台に複数並置したことを特徴とする。   A solar light collecting panel according to an embodiment of the present invention is characterized in that a plurality of the solar light collecting modules are juxtaposed on a gantry.

本発明の一実施形態に係る太陽光集光モジュールによれば、裏面に、表面から入射した太陽光を一側面の集光領域の方向に反射させる傾斜面が、集光領域の方向に複数並設されているとともに、隣接する傾斜面同士の傾斜角度を変えて設けられており、集光領域を中心とする曲面状に設けられている集光板を有していることから、表面から入射した太陽光が裏面に設けられた傾斜面で反射されて集光領域に集光される。傾斜面は傾斜角度を変えて設けられているので、太陽の位置が変化しても適宜傾斜面に反射されて集光領域に集光される。したがって、無追尾型の太陽光集光モジュールとすることができる。   According to the solar light collecting module according to one embodiment of the present invention, the back surface has a plurality of inclined surfaces that reflect sunlight incident from the front surface in the direction of the light collecting region on one side surface in the direction of the light collecting region. In addition to being provided with different inclination angles between adjacent inclined surfaces, and having a condensing plate provided in a curved shape centering on the condensing region, it is incident from the surface Sunlight is reflected by the inclined surface provided on the back surface and condensed on the condensing region. Since the inclined surface is provided by changing the inclination angle, even if the position of the sun is changed, the inclined surface is appropriately reflected by the inclined surface and is condensed on the condensing region. Therefore, it can be set as a non-tracking type sunlight condensing module.

上記太陽光集光モジュールにおいて、傾斜面が、この傾斜面に直交し前記集光板の厚み方向に平行な断面において、前記集光板の外側に向けて凸の曲面状であると、傾斜面で反射した太陽光を集光領域に集光させやすくできる。   In the solar light collecting module, when the inclined surface is a curved surface convex toward the outside of the light collecting plate in a cross section orthogonal to the inclined surface and parallel to the thickness direction of the light collecting plate, the light is reflected by the inclined surface. The collected sunlight can be easily collected in the condensing region.

上記太陽光集光モジュールにおいて、傾斜面のこの傾斜面に直交し集光板の厚み方向に平行な断面における曲面の曲率と、集光領域を中心とする曲面の曲率とが等しいと、傾斜面で反射した太陽光を集光領域に集光させやすくできる。   In the solar light collecting module, if the curvature of the curved surface in the cross section perpendicular to the inclined surface of the inclined surface and parallel to the thickness direction of the light collecting plate is equal to the curvature of the curved surface centered on the light collecting region, the inclined surface The reflected sunlight can be easily collected in the condensing region.

上記太陽光集光モジュールにおいて、傾斜面の高さが、集光領域の方向に向かうにしたがって低くなっていると、傾斜面部からの反射光が、隣接した傾斜面部にぶつかりにくくなり、出射端に向け効率良く反射伝搬しやすくする事ができる。   In the solar light collecting module described above, when the height of the inclined surface is reduced toward the light collecting region, the reflected light from the inclined surface portion is less likely to collide with the adjacent inclined surface portion, and the light exiting end It is possible to make it easy to reflect and propagate efficiently.

本発明の一実施形態に係る太陽光集光パネルによれば、上記太陽光集光用モジュールを架台に複数並置したことから、それぞれの太陽光集光用モジュールで集光した太陽光を取り出して利用することができる。   According to the solar light collecting panel according to one embodiment of the present invention, since a plurality of the solar light collecting modules are juxtaposed on the gantry, the sunlight collected by the respective solar light collecting modules is taken out. Can be used.

本発明の一実施形態に係る集光板を用いた太陽光集光モジュールの外観イメージを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance image of the sunlight condensing module using the light-condensing plate which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る太陽光集光パネルの外観イメージを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance image of the sunlight condensing panel which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る太陽光集光モジュールに用いられる集光板の平面図である。It is a top view of the light-condensing plate used for the sunlight condensing module which concerns on one Embodiment of this invention. 図3に示す集光板のB−B断面における断面図である。It is sectional drawing in the BB cross section of the light-condensing plate shown in FIG. 図4で示した集光板のA部を拡大して示した要部拡大断面図である。It is the principal part expanded sectional view which expanded and showed the A section of the light-condensing plate shown in FIG. 図3に示す集光板のC−C断面における断面イメージ図である。It is a cross-sectional image figure in CC cross section of the light-condensing plate shown in FIG. 従来の太陽光集光照明装置の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the conventional sunlight condensing lighting apparatus. 従来の太陽光集光器の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the conventional sunlight collector.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態の各例について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の太陽光集光モジュール10の実施の形態の一例を示す斜視図である。また、図2は、複数個の太陽光集光モジュール10を架台5上に2列に並べて配置した場合の太陽光集光パネル11の実施の形態の一例を示す斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a solar light collecting module 10 of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an example of an embodiment of the solar light collecting panel 11 when a plurality of solar light collecting modules 10 are arranged in two rows on the gantry 5.

太陽光集光モジュール10は集光板1を備えている。集光板1の一側面1fに接続器2を介して光ファイバ3が接続されている。太陽光は、集光板1の上面から入射し、集光板1の内側で反射を繰り返して集光板1の集光領域1eに集光する。その太陽光を集光領域1eの出射端となる一側面1fから光ファイバ3に入射させる。そして、光ファイバ3内を伝播させて光ファイバ3の出射端から太陽光を出射させる。例えば、光ファイバ3を室内に導き、光ファイバ3の出射端に放射器具等を取り付けると、太陽光を室内に照射させて照明光として利用できる。   The solar light collecting module 10 includes a light collecting plate 1. An optical fiber 3 is connected to one side surface 1 f of the light collector 1 via a connector 2. Sunlight enters from the upper surface of the light collector 1, is repeatedly reflected inside the light collector 1, and is condensed on the light condensing region 1 e of the light collector 1. The sunlight is made incident on the optical fiber 3 from the one side surface 1f that is the emission end of the light collection region 1e. Then, the light is propagated through the optical fiber 3 so that sunlight is emitted from the output end of the optical fiber 3. For example, when the optical fiber 3 is guided indoors and a radiating device or the like is attached to the exit end of the optical fiber 3, sunlight can be irradiated into the room and used as illumination light.

太陽光集光パネル11は、1台以上の太陽光集光モジュール10を例えば架台5上に搭載したものである。太陽光集光パネル11は、例えば一般家庭の傾斜した屋根、又はビルの屋上、工場建屋、空き地等、日当たり良好な場所に設置される。なお、図2においてWは東、Eは西、Sは南、Nは北方向であることを示す。また各集光モジュール10は、各5台の内、片側のモジュールを反対方向に設置してもよい。   The solar light collecting panel 11 includes one or more solar light collecting modules 10 mounted on, for example, the gantry 5. The sunlight condensing panel 11 is installed in a place with good sunlight, for example, an inclined roof of a general household, a rooftop of a building, a factory building, a vacant land, or the like. In FIG. 2, W is east, E is west, S is south, and N is north. Moreover, each condensing module 10 may install the module of one side among 5 units in the opposite direction.

太陽光集光パネル11は、平たい形状をしているため、家の屋根等に設置したとしても下から目立たず建築物の外観の障害となりにくい。また、強風時等、風圧による負荷が小さいため、屋根の上に設ける設置台数に関する制限も少なくできる。   Since the sunlight condensing panel 11 has a flat shape, even if it is installed on the roof of a house or the like, it is not conspicuous from the bottom and is unlikely to obstruct the appearance of the building. In addition, since the load due to wind pressure is small, such as during strong winds, restrictions on the number of units installed on the roof can be reduced.

図3は集光板1の平面図である。図3において、便宜的に、左右方向をX軸方向、上下方向をY軸方向とする。図4は図3の集光板1のB−B断面を示す断面図である。また、図5は図4のA部を示す要部詳細断面図である。なお、図が煩雑になるので、ハッチングを省略した。図4,図5において、便宜的に左右方向をX軸方向、上下方向をZ軸方向とする。太陽光集光モジュール10は、集光板1のX軸が黄道面に平行となり、Z軸が太陽高度に対して最適な向きとなるように、所定の角度で設置される。   FIG. 3 is a plan view of the light collector 1. In FIG. 3, for the sake of convenience, the left-right direction is the X-axis direction, and the up-down direction is the Y-axis direction. 4 is a cross-sectional view showing a BB cross section of the light collector 1 of FIG. FIG. 5 is a detailed cross-sectional view of the main part showing the part A of FIG. In addition, since the figure becomes complicated, hatching was omitted. 4 and 5, for the sake of convenience, the left-right direction is the X-axis direction, and the up-down direction is the Z-axis direction. The sunlight collecting module 10 is installed at a predetermined angle so that the X axis of the light collector 1 is parallel to the ecliptic plane and the Z axis is in an optimum direction with respect to the solar altitude.

集光板1には、上方から表面1aを透過して太陽光が入射する。太陽光が入射面で反射するのを抑制、効率良く集光板1内に入射する為、集光板1の表面1aには誘電体多層膜による反射防止コート、または光の位相の干渉による打ち消し合いを利用した反射防止シート等を設置するのがよい。これによって太陽光の入射効率が向上する。   Sunlight enters the light collector 1 through the surface 1a from above. In order to suppress the reflection of sunlight at the incident surface and to efficiently enter the light collector 1, the surface 1 a of the light collector 1 is subjected to an antireflection coating by a dielectric multilayer film, or cancellation due to interference of light phases. It is recommended to install an anti-reflection sheet that is used. This improves the incident efficiency of sunlight.

集光板1の裏面1bには、太陽光を一側面1fの方向に反射させる複数の曲面状の傾斜面1dが設けられている。傾斜面1dは、X−Z面内において、X軸方向に傾斜した曲面として形成される。したがって、集光板1に入射した太陽光は、傾斜面1dで反射され、
表面1aで再び反射され、最終的に一側面1f(以降、出射端1fとも言う)近傍の集光領域1eに集光される。出射端1fの端面形状は、接続する光ファイバのサイズ、本数により設定される。例えば直径がdmmの光ファイバ2本を接続する場合は、(d×2d)mmの矩形又は長円形の出射端1f形状になる。
The back surface 1b of the light collector 1 is provided with a plurality of curved inclined surfaces 1d that reflect sunlight in the direction of one side surface 1f. The inclined surface 1d is formed as a curved surface inclined in the X-axis direction in the XZ plane. Therefore, the sunlight incident on the light collector 1 is reflected by the inclined surface 1d,
The light is reflected again by the surface 1a, and finally converged on a condensing region 1e in the vicinity of one side surface 1f (hereinafter also referred to as an emission end 1f). The end face shape of the emitting end 1f is set by the size and number of optical fibers to be connected. For example, when two optical fibers having a diameter of dmm are connected, a rectangular or oval emitting end 1f shape of (d × 2d) mm is obtained.

また、集光板1は、平面視において、集光領域1eに向けて幅が狭くなる扇形状を有している。このため、表面1aから入射した太陽光は、裏面1b側に構成された曲面状の傾斜面1dと、両側側面1cでも反射され、全反射領域D2での反射を介し、集光領域1eに向けて集光される。その後、太陽光は集光板1の出射端1bから光ファイバ3に入射する。   Further, the light collector 1 has a fan shape whose width becomes narrower toward the light condensing region 1e in plan view. For this reason, sunlight incident from the front surface 1a is also reflected by the curved inclined surface 1d configured on the back surface 1b side and the side surfaces 1c, and is directed toward the light collection region 1e through reflection in the total reflection region D2. And condensed. Thereafter, the sunlight enters the optical fiber 3 from the exit end 1 b of the light collector 1.

また、表面1aは、裏面1bに対して傾斜角βで出射端1f側に傾斜している。なお、裏面とは、傾斜面1dの下端を結んだ面である。集光板1内の導光スペースは、傾斜面1dによる反射光を効率良く出射端1f側に伝搬させる為、出射端1f側に向かうに従って厚みが薄くなるように形成される。すなわち表面1aの傾斜角が裏面1b面に対し角度β
だけ傾斜しており、裏面1bに構成した各傾斜面1dの上端を結んだ傾斜角をγとし、反射領域D1での入射光導光スペースを大きくし、1回程度の上面反射で集光領域D2に届くようにしている。
Further, the front surface 1a is inclined to the emission end 1f side at an inclination angle β with respect to the back surface 1b. The back surface is a surface connecting the lower ends of the inclined surface 1d. The light guide space in the light collector 1 is formed so that the thickness decreases toward the emission end 1f side in order to efficiently propagate the reflected light from the inclined surface 1d to the emission end 1f side. That is, the inclination angle of the front surface 1a is an angle β with respect to the back surface 1b surface.
The angle of inclination connecting the upper ends of the respective inclined surfaces 1d formed on the back surface 1b is γ, the incident light guide space in the reflection region D1 is increased, and the light collection region D2 is reflected by the upper surface reflection about once. To reach.

集光板1は、屈折率nrの透光性材料からなり、出射端1fの反対側面1gが球面状の
反射面とし、そこで反射した光が出射端1f近傍で集光するように設定されている。また、集光板1の裏面1b側に構成された傾斜面1dを含む裏面1b、両側側面1c、および表面1aの出射端1f側の全反射領域D2の表面1aも高反射層を形成した反射面としている。高反射層領域は、例えばアルミニウム、または銀合金等の薄膜蒸着により鏡面状に形成されている。高反射層領域は、例えば誘電体多層膜によって集光板1内で全反射を生じやすくしたものでもよい。
The light collector 1 is made of a light-transmitting material having a refractive index nr, and the side surface 1g opposite to the output end 1f is a spherical reflecting surface, and the reflected light is set to be collected near the output end 1f. . Further, the back surface 1b including the inclined surface 1d formed on the back surface 1b side of the light collector 1, the both side surfaces 1c, and the surface 1a of the total reflection region D2 on the emission end 1f side of the surface 1a also form a high-reflection layer. It is said. The highly reflective layer region is formed in a mirror shape by thin film deposition such as aluminum or silver alloy. The high reflection layer region may be one in which total reflection is easily caused in the light collector 1 by, for example, a dielectric multilayer film.

図3に示したように、集光板1の平面形状は、中心軸(一点鎖線)に対し片側開角εの扇形形状である。又基準点は、その各片側開角εの側面同士の交点である。集光領域1eはこの基準点を中心とする領域である。   As shown in FIG. 3, the planar shape of the light collector 1 is a sector shape having a one-side opening angle ε with respect to the central axis (dashed line). The reference point is the intersection of the side surfaces of each one-side opening angle ε. The condensing region 1e is a region centered on this reference point.

片側開角εは、接続する光ファイバ3の特性により設定される。使用する光ファイバのNAが0.5、集光板1の屈折率がnrの値が1.5近傍の場合、
ε=sin―1(0.5)/nr=20°
となる。実際は、それより5度程度大きくし、入射範囲に余裕をもたせた方が良い。また太陽光は、ある入射角で平行光として集光板1の表面1aに入射する。これを、集光板1の下面1bの傾斜面1dによって光ファイバ3に入射させる光束に絞り込まなければならない。そこで集光板1の下面の傾斜面1dは、傾斜面に直交し、集光板の厚み方向に平行な断面、すなわちX−Z面内において、集光板1の外側に凸の曲面としてある。この曲面の曲率半径をRn(n=1〜)とする。また同様に、傾斜面1dは平面視において、集光
領域1fを中心とする曲面としてある。このX−Y面内における曲面の曲率半径をRn(
n=1〜)とする。
The one-side opening angle ε is set according to the characteristics of the optical fiber 3 to be connected. When the NA of the optical fiber used is 0.5 and the refractive index of the light collector 1 is nr,
ε = sin −1 (0.5) / nr = 20 °
It becomes. Actually, it is better to make it about 5 degrees larger than that to allow a margin in the incident range. Sunlight enters the surface 1a of the light collector 1 as parallel light at a certain incident angle. This must be narrowed down to a light beam incident on the optical fiber 3 by the inclined surface 1 d of the lower surface 1 b of the light collector 1. Therefore, the inclined surface 1d on the lower surface of the light collector 1 is a convex curved surface outside the light collector 1 in a cross section orthogonal to the inclined surface and parallel to the thickness direction of the light collector, that is, in the XZ plane. Let the radius of curvature of this curved surface be Rn (n = 1 to 1). Similarly, the inclined surface 1d is a curved surface centered on the condensing region 1f in plan view. The radius of curvature of the curved surface in the XY plane is defined as Rn (
n = 1-).

ある曲率半径Rnをもつ球面鏡に平行光が入射する場合に、入射開角εが20°程度と小
さい場合は、反射光が集光する位置はほぼRn/2の位置になる。したがって、傾斜面1dの曲面の曲率半径Rnの値をその傾斜面1dと集光端1fとの間の光路長の2倍程度に設
定すれば、傾斜面1dに反射された太陽光を、集光領域1fに集光させることができる。X−Z面内における各傾斜面1dの曲率半径Rn(n=1〜)も、同様に曲面状に構成され
ており、傾斜面1dと集光領域1fとの間の光路長の約2倍に設定してある。その曲率Rnは、集光領域1fから最も遠い曲率半径R1からR2、R3、R4・・・・と集光領域
1fに近づくにしたがって、小さくなっている。
When parallel light is incident on a spherical mirror having a certain radius of curvature Rn, if the incident opening angle ε is as small as about 20 °, the position where the reflected light is collected is approximately Rn / 2. Therefore, if the value of the curvature radius Rn of the curved surface of the inclined surface 1d is set to about twice the optical path length between the inclined surface 1d and the condensing end 1f, sunlight reflected on the inclined surface 1d is collected. The light can be condensed on the light region 1f. The curvature radius Rn (n = 1 to 1) of each inclined surface 1d in the XZ plane is similarly configured to be a curved surface, and is approximately twice the optical path length between the inclined surface 1d and the condensing region 1f. It is set to. The curvature Rn decreases as the radius of curvature R1 furthest from the light condensing region 1f approaches the light condensing region 1f from R2, R3, R4,.

図5は、図4に示すA部の拡大図である。そこに示すように、傾斜面1dの傾斜角αn(n=1〜)は、集光領域1fに近づくにつれ大きくなる。なお、傾斜面1dは曲面であるが、傾斜角αnは、図5に示すように傾斜面1dの両端を結んだ平面と傾斜面1dの下側頂点同士を結ぶ面(裏面1b)とが成す角度でもある。   FIG. 5 is an enlarged view of a portion A shown in FIG. As shown therein, the inclination angle αn (n = 1 to 1) of the inclined surface 1d becomes larger as it approaches the light condensing region 1f. Although the inclined surface 1d is a curved surface, the inclination angle αn is formed by a plane connecting both ends of the inclined surface 1d and a surface connecting the lower vertices of the inclined surface 1d (back surface 1b) as shown in FIG. It is also an angle.

太陽光は、集光板1の上面1aから入射角Θiで入射し、屈折角Θrで集光板1内を進行
し、傾斜面1dに入射角(Θr+α2―β)で入射する。なお、βは集光板1の表面1aの傾斜角度である。また、出射端面1fと反対側の反射面1gから2番めの傾斜角α2を有
する傾斜面1dで反射される場合を例に説明する。屈折角Θrは、
Θr=sin-1(sinΘi/nr)
で示される。
Sunlight enters from the upper surface 1a of the light collector 1 at an incident angle Θi, travels through the light collector 1 at a refraction angle Θr, and enters the inclined surface 1d at an incident angle (Θr + α2−β). Here, β is the inclination angle of the surface 1a of the light collector 1. Further, the case where the light is reflected from the reflecting surface 1g opposite to the emission end face 1f by the inclined surface 1d having the second inclination angle α2 will be described as an example. The refraction angle Θr is
Θr = sin −1 (sinΘi / nr)
Indicated by

ここで、傾斜面1dは、曲率半径Rnの球面状となっている。その中心部で反射した入射光は、集光板1の表面1aにほぼ入射角(Θr+2(α2−β))で入射する。集光板1内の傾斜面1dの反射光が、表面1aで全反射するには前記入射角が、臨界角Θcよりも
大きいことが必要である。臨界角Θcは、
Θc=sin-1(1/nr)
nr:集光板1の屈折率
で示される。すなわち、(Θr+2(α2―β))>Θcならば、傾斜面1dで反射した太
陽光は集光板1の表面1aの内側で全反射する。その後、集光板1の出射端1f側の全反射領域D2に向けて進行する。その他の傾斜角度α1、α3等である傾斜面1dへの入射光
も同様に反射、進行する。
Here, the inclined surface 1d has a spherical shape with a curvature radius Rn. Incident light reflected from the central portion is incident on the surface 1a of the light collector 1 at an incident angle (Θr + 2 (α2−β)). In order for the reflected light of the inclined surface 1d in the light collector 1 to be totally reflected by the surface 1a, the incident angle needs to be larger than the critical angle Θc. The critical angle Θc is
Θc = sin -1 (1 / nr)
nr: indicated by the refractive index of the light collector 1 That is, if (Θr + 2 (α2−β))> Θc, the sunlight reflected by the inclined surface 1d is totally reflected inside the surface 1a of the light collector 1. Then, it progresses toward the total reflection region D2 on the exit end 1f side of the light collector 1. The incident light on the inclined surface 1d having other inclination angles α1, α3, etc. is similarly reflected and travels.

その時の集光板1表面1aの入射角Θicは、上記臨界角条件から次式で定められる。   The incident angle Θic of the surface 1a of the light collector 1 at that time is determined by the following equation from the above critical angle condition.

Θic>sin-1(nr・sin(Θc−2(αn―β))
すなわち、傾斜面1dの傾斜角度αnに依存する。傾斜角度αnが大きい程、で表面1a内側で全反射する入射角Θicが小さくなる。
Θic> sin −1 (nr · sin (Θc−2 (αn−β))
That is, it depends on the inclination angle αn of the inclined surface 1d. The larger the inclination angle αn, the smaller the incident angle Θic for total reflection inside the surface 1a.

従って、大きさの異なる傾斜角度αnの傾斜面1dを組み合わせる事により、各傾斜面
1dによる異なる入射角範囲から、全体として集光板1の入射角Θicの範囲が広くとれる。傾斜角度αnは、出射端1fに向けて次第に大きくなるように設定されている。これにより、αnが大きい領域は、小さな入射角Θiの範囲で、αnが小さい領域は、大きな入射角Θiから入射及び反射動作をする。
Therefore, by combining the inclined surfaces 1d having different inclination angles αn, the range of the incident angle Θic of the light collector 1 as a whole can be increased from the different incident angle ranges of the inclined surfaces 1d. The inclination angle αn is set to gradually increase toward the emission end 1f. Thus, the region where αn is large is in the range of a small incident angle Θi, and the region where αn is small is incident and reflected from a large incident angle Θi.

図4に、太陽光集光モジュールに入射する太陽光が集光領域1eに至る光線追跡の例を示す。図4では、反対側面1g側から3番目の傾斜面1dに太陽光が入射した場合を示す。D1は、裏面1bに傾斜面1dが配置されている領域であり、その表面1aから太陽光が入射する。D2は、裏面1bに傾斜面1dが無く、代わって、裏面1b,両側側面1cおよび表面1aに反射層が形成されている内部で全反射する領域である。なお、太陽光が入射する領域D1の表面1a部分以外、すなわちD1領域の両側側面1c、裏面1bには反射層が形成されている。   FIG. 4 shows an example of ray tracing in which sunlight incident on the sunlight collecting module reaches the light collecting region 1e. In FIG. 4, the case where sunlight injects into the 3rd inclined surface 1d from the opposite side surface 1g side is shown. D1 is a region where the inclined surface 1d is disposed on the back surface 1b, and sunlight enters from the front surface 1a. D2 is an area where the back surface 1b does not have the inclined surface 1d, and instead is totally reflected inside the back surface 1b, both side surfaces 1c and the surface 1a where the reflective layer is formed. In addition, reflective layers are formed on the side surface 1c and the back surface 1b of the D1 region other than the surface 1a portion of the region D1 where sunlight enters.

図4においては、集光板1の上面から入射した太陽光が左から3番目の傾斜面1dに入射する場合を例示する。傾斜面1dで反射した太陽光は、集光板1の内側から表面1aに入射角Θr+2(α3―β)で入射し、そこで全反射した後、全周に反射層が形成されている領域D2に入射する。その後、表面1aおよび裏面1bで全反射を数回繰り返し集光領域1eに集束する。それから、出射端1fに密着して接続された光ファイバ3に入射し、
光ファイバ3コア内を伝搬していく。
In FIG. 4, the case where the sunlight which injected from the upper surface of the light-condensing plate 1 injects into the 3rd inclined surface 1d from the left is illustrated. The sunlight reflected by the inclined surface 1d is incident on the surface 1a from the inside of the light collector 1 at an incident angle Θr + 2 (α3−β), and is totally reflected there, and then enters a region D2 where a reflection layer is formed on the entire circumference. Incident. Thereafter, total reflection is repeated several times on the front surface 1a and the back surface 1b to focus on the light condensing region 1e. Then, the light enters the optical fiber 3 connected in close contact with the output end 1f,
It propagates in the optical fiber 3 core.

ここで傾斜面1dの入射位置から全反射面領域D2内までの距離をDS2、傾斜面1dの反対側面1g側の端から全反射面領域D2の反対側側面1g側境界までの距離をS2とすると、DS2>S2の場合、集光板1の表面1aで1回反射する事で、全反射面領域D2に到達する事ができ、数回の内部反射後、出射端1fを介して、光ファイバ3の入射端に入射する。DS2<S2の場合は、他の傾斜面1dに入射する事になり、入射太陽光は、散乱される。全反射領域は、集光板1の全長DからD1引いた部分で、そこが全反射領域D2となる。   Here, the distance from the incident position of the inclined surface 1d to the total reflection surface region D2 is DS2, and the distance from the opposite side 1g side end of the inclined surface 1d to the opposite side surface 1g side boundary of the total reflection surface region D2 is S2. Then, in the case of DS2> S2, it is possible to reach the total reflection surface region D2 by reflecting once on the surface 1a of the light collector 1, and after several internal reflections, the optical fiber via the output end 1f. 3 is incident on the incident end. In the case of DS2 <S2, the light enters the other inclined surface 1d, and the incident sunlight is scattered. The total reflection region is a portion obtained by subtracting D1 from the total length D of the light collector 1, and this is the total reflection region D2.

表1は、集光板1の下面1bに構成した各傾斜面1dの入射角範囲を計算した結果を示す。αnは、各傾斜面1dの傾斜角を示す。Θiminは集光板1の上面での入射角Θiの最小値を示す。Θimaxは集光板1の上面での入射角Θiの最大値を示す。DSnは、各傾斜面1dから最小入射角で1回反射で到達する距離を示す。Snは各傾斜面1dと全反射領域D2端との距離を示す。これら値は、集光板1の屈折率nr=1.5、表面1aの傾斜角度β=6°として計算したものである。   Table 1 shows the result of calculating the incident angle range of each inclined surface 1d configured on the lower surface 1b of the light collector 1. αn represents an inclination angle of each inclined surface 1d. Θimin indicates the minimum value of the incident angle Θi on the upper surface of the light collector 1. Θimax indicates the maximum value of the incident angle Θi on the upper surface of the light collector 1. DSn indicates a distance that can be reached by reflection once from each inclined surface 1d at the minimum incident angle. Sn indicates the distance between each inclined surface 1d and the end of the total reflection region D2. These values are calculated assuming that the refractive index nr of the light collector 1 is 1.5 and the inclination angle β of the surface 1a is 6 °.

表1より、傾斜角度αn=30°の場合は、Θiがおおよそ35°以上、60°以下の範
囲で、傾斜面1dからの反射太陽光は、集光板1の表面1a内面での1回反射で、DSn>Snとなる為、全反射領域D2に到達する。傾斜角度αn=31°の場合は、入射角が2
0°以上、55°以下の範囲で表面1a内面に1回反射するだけで全反射領域D2に到達する。傾斜面1dの傾斜角度αが大きい程、集光板1の表面1aに小さな入射角Θiでも
全反射領域D2に到達することができる。
From Table 1, when the inclination angle αn = 30 °, the reflected sunlight from the inclined surface 1d is reflected once on the inner surface 1a of the light collector 1 in the range where Θi is approximately 35 ° or more and 60 ° or less. Thus, since DSn> Sn, the total reflection region D2 is reached. When the tilt angle αn = 31 °, the incident angle is 2
The light reaches the total reflection region D2 only by being reflected once on the inner surface of the surface 1a within a range of 0 ° to 55 °. The larger the inclination angle α of the inclined surface 1d, the more the light can reach the total reflection region D2 even at a small incident angle Θi on the surface 1a of the light collector 1.

例えば、太陽光の入射方向が背面1g側からの場合、背面1g側の傾斜面1dの傾斜角度αが小さな領域で反射した太陽入射光が全反射領域D2に入射し、徐々に太陽光の入射方向が移動、入射方向が出射端1f側になるにつれて、出射端1f側の傾斜面1dの傾斜角度が大きな領域で反射した光が全反射領域D2に入射するようになる。入射角により傾斜面1dの異なる傾斜面角度により反射動作する為、太陽光入射角Θiの幅広い入射角範囲に対し、全反射領域D2に向けた集光機能をする構造となっている。   For example, when the incident direction of sunlight is from the back surface 1g side, the solar incident light reflected by the region where the inclined surface 1d of the inclined surface 1d on the back surface 1g side is small enters the total reflection region D2, and gradually enters the sunlight. As the direction moves and the incident direction becomes the exit end 1f side, the light reflected by the region with the large tilt angle of the inclined surface 1d on the exit end 1f side enters the total reflection region D2. Since the reflection operation is performed at different inclined surface angles of the inclined surface 1d depending on the incident angle, the light condensing function toward the total reflection region D2 is performed over a wide incident angle range of the sunlight incident angle Θi.

即ち、朝、太陽高度がある高さ(入射角Θiが60°以下)になると、出射端1fから一番遠くの第1の傾斜面1dに反射された太陽光が集光領域1eに届くようになる。その後、太陽が登るにつれ、隣の第2の傾斜面1dに反射された太陽光も集光領域1eに届くようになる。太陽が南中高度に近づくと(入射角Θiが±20°前後)、第1,第2の傾斜面1d等によって反射された太陽光は集光領域1eに届かなくなるが、代わって出射端1fに近い側の複数の傾斜面1dに反射された太陽光が集光領域1eに届くようになる。   That is, in the morning, when the solar altitude reaches a certain height (incident angle Θi is 60 ° or less), the sunlight reflected by the first inclined surface 1d farthest from the emission end 1f reaches the condensing region 1e. become. Thereafter, as the sun climbs, the sunlight reflected by the adjacent second inclined surface 1d also reaches the condensing region 1e. When the sun approaches the south-central altitude (incidence angle Θi is around ± 20 °), the sunlight reflected by the first and second inclined surfaces 1d, etc. does not reach the condensing region 1e, but instead, the exit end 1f Sunlight reflected by the plurality of inclined surfaces 1d on the side closer to the light reaches the light collection region 1e.

一方、各傾斜面1dの高さhnは、出射端1f側に向かって徐々に低くなるようにしてある。これにより、出射端1f側にある傾斜面1dによるケラレを生じ難くでき、出射端1f側にある傾斜面1dによって反射光が遮られ、集光領域1fに達することができなくなる影響を小さくできる。なお、傾斜面1dの高さhnとは、Z軸に平行な方向における
傾斜面1dの上端と下端との長さを意味する。
On the other hand, the height hn of each inclined surface 1d is gradually lowered toward the emission end 1f side. Accordingly, vignetting due to the inclined surface 1d on the emission end 1f side can be made difficult to occur, and the influence that the reflected light is blocked by the inclined surface 1d on the emission end 1f side and cannot reach the condensing region 1f can be reduced. The height hn of the inclined surface 1d means the length between the upper end and the lower end of the inclined surface 1d in the direction parallel to the Z axis.

各傾斜面1dの高さhn(n=1〜)は、出射端1f側に向かうにつれ、角度γで交わ
る2つの平面に接するように低くなる。角度γは、tan−1(h1/D1)で示される
。ここで、h1は、出射端1fから最も遠い傾斜面1dの高さ、D1は、裏面1bの傾斜面1dが設置された領域の長さであり、太陽光を入射させる領域D1の長さでもある。
The height hn (n = 1 to 1) of each inclined surface 1d becomes lower so as to come into contact with two planes that intersect at an angle γ as it goes toward the emission end 1f. The angle γ is indicated by tan −1 (h1 / D1). Here, h1 is the height of the inclined surface 1d farthest from the emission end 1f, D1 is the length of the region where the inclined surface 1d of the back surface 1b is installed, and even the length of the region D1 where sunlight is incident. is there.

これによって、各傾斜面1dのX軸上の長さも、l1、l2、l3・・・と異なる長さに
なり、出射端1fに近づくにつれ短くなる。
As a result, the length of each inclined surface 1d on the X-axis is also different from l1, l2, l3..., And becomes shorter as it approaches the emission end 1f.

その後、出射端1fからの出射光は、そのまま集光板1とほぼ同じ屈折率を有する端面に接続されている光ファイバ3端に入射し、伝搬する。接続器2は、集光板1と光ファイバ3の接続部を保持する支持体である。出射端1fと光ファイバ3端との接続は、単純な突き合わせでも良いし、又端面をレンズ状に加工した空間接続でもよい。接続器2は、そうした構造の集光板1の出射端1fと光ファイバ3端の各端部を接続固定する為の支持体である。尚、今回は集光板1との接続を光ファイバ3による接続としたが、それ以外にも小径のファイバを多数束状にしたファイバパンドル、更に大きな外径をもつフレキシブルな導光体でもよく、本発明の光ファイバ3とは、そうした導光する構造体全てを指しており、用途により使い分けて用いる事ができる。   Thereafter, the outgoing light from the outgoing end 1 f is directly incident on the end of the optical fiber 3 connected to the end face having the same refractive index as that of the light collector 1 and propagates. The connector 2 is a support that holds the connection between the light collector 1 and the optical fiber 3. The connection between the output end 1f and the end of the optical fiber 3 may be a simple butting or a spatial connection whose end face is processed into a lens shape. The connector 2 is a support for connecting and fixing the output end 1 f of the light collector 1 having such a structure and the ends of the optical fiber 3. In addition, although connection with the light-condensing plate 1 was set as the connection by the optical fiber 3 this time, in addition to this, a fiber pandle in which many small-diameter fibers are bundled, or a flexible light guide having a larger outer diameter may be used. The optical fiber 3 of the present invention refers to all such light guiding structures, and can be used properly depending on the application.

次に、図6は、図3に示した集光板1のC−C断面を示した断面図である。ハッチングを省略して示してある。図6に示されるように、集光板1は、裏面1b側が曲率R1、表面1a側は曲率R2の共に緩い円筒形状の面を有している。それにより入射光が出射端1fに向かって、全反射を繰り返し導光する際、Z軸方向に集光する事ができる。R1、R2は、入射太陽光が、集光板1の全長D以上のところで集光するように各曲率を大きめに設定する。表面1aを曲率R1、裏面1bを曲率R2とすることによって、それにより入射太陽光が集光板1の上面1a、Z軸に対し入射角Θaで入射した場合でも、上面のレンズ作用と下面の球面鏡作用によりZ軸方向に集光される。   Next, FIG. 6 is a cross-sectional view showing a C-C cross section of the light collector 1 shown in FIG. 3. The hatching is omitted. As shown in FIG. 6, the light collector 1 has a cylindrical surface having a gentle curvature R <b> 1 on the back surface 1 b side and a curvature R <b> 2 on the front surface 1 a side. Thereby, when incident light repeatedly guides total reflection toward the output end 1f, it can be condensed in the Z-axis direction. R1 and R2 are set to have a large curvature so that incident sunlight is condensed at a length equal to or longer than the total length D of the light collector 1. By setting the surface 1a to have a curvature R1 and the back surface 1b to have a curvature R2, even when incident sunlight is incident at an incident angle Θa with respect to the upper surface 1a of the light collector 1 and the Z axis, the upper surface lens action and the lower surface spherical mirror It is condensed in the Z-axis direction by the action.

また、両側側面1cは、Y軸に対して角度Θbの傾斜面を有している。例えば春分、秋
分時を基準にして設置すると、春分および秋分時に対し、夏至、冬至時期の南中高度の変動を±Θaとすると、側面の傾斜角度Θbは、
Θb=sin−1(sinΘa/nr)
によって設定される。なお、nrは集光板1の屈折率である。
Both side surfaces 1c have inclined surfaces with an angle Θb with respect to the Y axis. For example, if the installation is based on the equinox and autumn equinox, the variation of the south-central altitude at the summer solstice and winter solstice times with respect to the equinox and equinox is ± Θa,
Θb = sin −1 (sinΘa / nr)
Set by Note that nr is the refractive index of the light collector 1.

これにより春分の日および秋分の日の南中高度をZ軸基準にした場合、太陽の南中高度が±Θa変動したとしても、集光板1の表面1aからの入射光の多くを集光板1内に入射
させる事ができ、傾斜面1dに反射させてX軸方向に伝搬させる事ができる。また、集光板1の表面1aを曲率R2の曲面状にする事で、集光板1への太陽光入射面積が、平面に
した場合よりも増大させる事ができ、そのレンズ効果により出射端1fに対し中心軸Zに集光させることができる為、太陽光の入射効率(出射端1fからの出射光強度/入射面1aからの入射光強度)の改善に寄与する。
As a result, when the south-middle altitude of the Equinox and Autumn Equinox days is taken as the Z-axis reference, much of the incident light from the surface 1a of the light-condensing plate 1 can be obtained even if the south-central altitude of the sun fluctuates by ± Θa. And can be reflected on the inclined surface 1d and propagated in the X-axis direction. In addition, by making the surface 1a of the light collector 1 into a curved surface having a curvature R2, the area of sunlight incident on the light collector 1 can be increased as compared with the case where it is flat, and the lens effect causes the emission end 1f. On the other hand, since the light can be condensed on the central axis Z, it contributes to the improvement of the incident efficiency of sunlight (the intensity of the emitted light from the emission end 1f / the intensity of the incident light from the incident surface 1a).

同様に集光板1の下面を曲率R1の曲面形状にしておく事で、断面C−C内において球面鏡として作用する為、季節による南中高度の変動による傾斜面1dからの反射光の集光スポットの位置の変動を曲率R1の球面鏡による集光効果により、緩和する事ができる。   Similarly, by making the lower surface of the light collector 1 a curved surface having a curvature R1, it acts as a spherical mirror in the section C-C. Can be mitigated by the light condensing effect of the spherical mirror having the curvature R1.

このような太陽光集光モジュール10は複数個を架台5等に設置して太陽光パネル11として用いられる。太陽光集光モジュール10は、X軸方向が東西方向と一致し、Y軸方向が南北と一致するように設置される。   A plurality of such sunlight condensing modules 10 are installed on the mount 5 or the like and used as the solar panel 11. The sunlight collecting module 10 is installed so that the X-axis direction coincides with the east-west direction, and the Y-axis direction coincides with north-south.

さらに各太陽光集光モジュール10のX軸を中心軸とすると、季節に応じ、最大±Θa
計2Θa回転させる機構を付加する。それにより常時太陽光が集光モジュール4のX軸(
東西)の垂直Z軸方向からの入射角度で入射させる事ができ、季節によるY軸側の南中高度変動によるが入射角変動が緩和され、より効率的、安定的に太陽光を各集光モジュール4に入射させる事ができる。
Furthermore, if the X axis of each solar light collecting module 10 is the central axis, the maximum ± Θa is obtained depending on the season.
A mechanism for rotating the total 2Θa is added. As a result, the sunlight always stays in the X-axis (
It can be incident at an incident angle from the vertical Z-axis direction (east-west), and the incident-angle fluctuation is mitigated by the seasonal fluctuation of the south-south altitude on the Y-axis side depending on the season, and each sunlight is condensed more efficiently and stably. The light can enter the module 4.

太陽光の入射角度Θiの範囲は、例えば表1から−75°〜+60°とすることができ
る。すなわち、入射角度の範囲を135°程度とする事ができる。また、傾斜屋根設置の場合、反対側にも同じものを設置する事により、日の出から日の入りまで、ほぼ終日入射させることができる。また、1照明に対し太陽光集光モジュール10を2〜4個使用すれ
ば、照明用光ファイバ3は、設置屋根上の両方にある集光モジュール4からとり、午前から午後まで安定的に太陽入射光を取り込む事ができる。
The range of the incident angle Θi of sunlight can be set to −75 ° to + 60 ° from Table 1, for example. That is, the incident angle range can be about 135 °. In addition, in the case of an inclined roof installation, the same thing can be installed on the opposite side to allow almost all-day incidence from sunrise to sunset. Further, if 2 to 4 solar light collecting modules 10 are used for one illumination, the illumination optical fiber 3 is taken from the light collecting modules 4 on both of the installation roofs, and can be stably solarized from morning to afternoon. Incident light can be captured.

また、太陽光集光モジュール10を他の一般照明機器と組み合わせて使用する事により、照明機器の電力削減を図る事ができる。例えば、照度センサー付きLED照明器具と共に使用する事により、天候悪化の際、曇りの場合は、LED照明器具に照明を切り替えることによって、照明を補間するスマート照明用として使用する事ができる。尚、これまで集光板1に対して光ファイバ3のようなフレキシブル導光体を接続、照明用としての応用例を示したが、本発明は、それ以外の用途に用いても良く、集光板1の出射端1fに集光型太陽電池素子を複数個設置し、そこで光電変換して電力を取り出す平板固定型の集光型太陽電池として活用する事ができる。その他、出射端1fに集熱パイプ壁を設置、そこで集熱、パイプ壁内部の流体と熱交換、パイプ内流体を加熱する集熱器としても活用できる。   Further, by using the solar light collecting module 10 in combination with another general lighting device, it is possible to reduce the power of the lighting device. For example, when it is used together with an LED illuminator with an illuminance sensor and it is cloudy when the weather worsens, it can be used for smart illumination that interpolates the illumination by switching the illumination to the LED illuminator. In addition, although the flexible light guide like the optical fiber 3 was connected with respect to the light-condensing plate 1 so far, the application example for illumination was shown, However, this invention may be used for the other use, A light-condensing plate A plurality of concentrating solar cell elements can be installed at one output end 1f, and can be utilized as a flat-plate-concentrating concentrating solar cell in which electric power is extracted by photoelectric conversion. In addition, a heat collecting pipe wall can be installed at the exit end 1f, where it can be used as a heat collector for collecting heat, exchanging heat with the fluid inside the pipe wall, and heating the fluid in the pipe.

次に本発明の太陽光集光モジュール10の具体的な一実施例について説明する。   Next, a specific example of the solar light collecting module 10 of the present invention will be described.

集光板1の材料としては、光学プラスチック、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂のような屈折率1.49〜1.6のものが使用できる。これに切削機械加工、または成形すること
により所定形状に製作する。集光板1の材料としては、その他の透光性樹脂材料または光学ガラス系の材料でも構わない。上記一実施例においては、屈折率nr=1.5のポリメ
タクリル酸メチル樹脂の透光性プラスチック樹脂材料を、機械加工して用いた。
As the material of the light collector 1, an optical plastic such as a polymethyl methacrylate resin having a refractive index of 1.49 to 1.6 can be used. It is cut into a predetermined shape by machining or molding. The material of the light collector 1 may be other translucent resin material or optical glass material. In the above embodiment, a translucent plastic resin material of polymethyl methacrylate resin having a refractive index nr = 1.5 is used after being machined.

集光板1は、図3で示した形状で、長さD=415mm、幅W350mm、反対側側面1g
の高さは67mm、表面1aのX軸に対する傾斜角βは6°、出射端1bは、高さ4×幅8
mmの矩形状である。上面視および正面視において、ほぼ扇形状の形状を有している。
The light collector 1 has the shape shown in FIG. 3 and has a length D = 415 mm, a width W 350 mm, and an opposite side surface 1 g.
Has a height of 67 mm, the inclination angle β of the surface 1a with respect to the X axis is 6 °, and the exit end 1b has a height 4 × width 8
It is a rectangular shape of mm. It has a substantially fan-like shape in top view and front view.

集光板1の裏面1bには、傾斜角度αが、30〜41°の傾斜面1dが形成されている。これら傾斜面1dの各設計パラメータを、表2に示した。   On the back surface 1 b of the light collector 1, an inclined surface 1 d having an inclination angle α of 30 to 41 ° is formed. Table 2 shows design parameters of these inclined surfaces 1d.

傾斜面1dは、集光領域1eを中心とし、光路距離Rnが等距離になる曲率の曲面をX−Y面内およびX−Z面内に有している。また、各傾斜面1dの頂点を結んだ傾斜角γは、6度として構成した。太陽光入射領域D1は265mm、全反射領域D2は150mmとし、集光板1の両側側面1c、傾斜面1dを含む裏面1b、全反射領域D2の表面1aは、銀−錫、銀―インジウム、銀―ニッケル合金による反射層を真空蒸着によって施した。また、この集光板1の出射端1fにコア径が2.9mm、クラッド径が3mm、NA(ファイバ開口数:入射角度)が0.5、長さ10mのプラスチックファイバ2本を光ファイバ3として接続した。 The inclined surface 1d has curved surfaces with curvatures such that the optical path distance Rn is an equal distance in the XY plane and the XZ plane with the condensing region 1e as the center. Further, the inclination angle γ connecting the vertices of the inclined surfaces 1d was set to 6 degrees. The sunlight incident region D1 is 265 mm, the total reflection region D2 is 150 mm, the both side surfaces 1c of the light collector 1, the back surface 1b including the inclined surface 1d, and the front surface 1a of the total reflection region D2 are silver-tin, silver-indium, silver -A reflective layer of nickel alloy or the like was applied by vacuum deposition. Further, two plastic fibers having a core diameter of 2.9 mm, a cladding diameter of 3 mm, an NA (fiber numerical aperture: incident angle) of 0.5, and a length of 10 m are used as the optical fiber 3 at the output end 1 f of the light collector 1. Connected.

集光板1の出射端1fと光ファイバ3の入射端との接続は、ファイバ端加熱による溶着し、外周を支持固定用ホルダにより密着固定した。なお、光ファイバ3端との集光板1の出射端1fの接続部に、透光性のエポキシ接着剤を介して密着接続してもよい。   The connection between the exit end 1f of the light collector 1 and the incident end of the optical fiber 3 was welded by heating the fiber end, and the outer periphery was closely fixed by a support fixing holder. In addition, you may contact | connect tightly through the translucent epoxy adhesive to the connection part of the output end 1f of the light-condensing plate 1 with the optical fiber 3 end.

このような集光板1を用いた太陽光集光モジュール10を2個用い、X軸が東西方向になるように設置した。各集光板1に2本の光ファイバ3を計4本、固定用ホルダにより固定した。その4本の光ファイバ3の出射端を6畳程度の暗室天井にまとめて固定設置した。実際に太陽光を照射させ太陽光集光モジュール4に接続した光ファイバ3、1本に付き約500〜1000lm程度の光が出射する事ができ、それらを4本用いる事により2000〜4000lmとなった。それにより約10mのスペースを照らすのに十分な照度が得られる事が認められ、太陽光集光モジュール4の有効性を確認する事ができた。 Two solar light collecting modules 10 using such a light collecting plate 1 were used and installed so that the X axis was in the east-west direction. A total of four optical fibers 3 were fixed to each light collector 1 by a fixing holder. The exit ends of the four optical fibers 3 were fixedly installed together on a dark room ceiling of about 6 tatami mats. About 500-1000 lm of light can be emitted per one optical fiber 3 that is actually irradiated with sunlight and connected to the solar condensing module 4, and it becomes 2000-4000 lm by using four of them. It was. Thereby, it was recognized that sufficient illuminance was obtained to illuminate a space of about 10 m 2 , and the effectiveness of the solar light collecting module 4 could be confirmed.

1:集光板
1a:反射端側
1b:出射端側
1c:上面側
2:ファイバ接続部
3:光ファイバ
4:集光モジュール
5:パネル用架台
6:照明器具
7:レンズ集光部
8:透明ドーム
9:太陽位置検出センサ
10:追尾架台
1: Light collector
1a: reflection end side 1b: emission end side 1c: upper surface side 2: fiber connection part
3: Optical fiber
4: Condensing module 5: Panel mount 6: Lighting fixture 7: Lens condensing unit 8: Transparent dome 9: Solar position detection sensor 10: Tracking mount

Claims (5)

透明な板状の集光板であって、該集光板の裏面に、表面から入射した太陽光を一側面の集光領域の方向に反射させる傾斜面が、前記集光領域の方向に複数並設されているとともに、隣接する前記傾斜面同士の傾斜角度を変えて設けられており、前記集光領域を中心とする曲面状に設けられている集光板を有していることを特徴とする太陽光集光モジュール。   A transparent plate-like light collecting plate, on the back surface of the light collecting plate, a plurality of inclined surfaces for reflecting sunlight incident from the front surface in the direction of the light collecting region on one side surface are arranged in parallel in the direction of the light collecting region. And a light collecting plate which is provided by changing the inclination angle between the adjacent inclined surfaces and which is provided in a curved shape centering on the light collecting region. Light condensing module. 前記傾斜面は、該傾斜面に直交し前記集光板の厚み方向に平行な断面において、前記集光板の外側に向けて凸の曲面状であることを特徴とする請求項1記載の太陽光集光モジュール。   2. The solar light collector according to claim 1, wherein the inclined surface is a curved surface convex toward the outside of the light collector in a cross section orthogonal to the inclined surface and parallel to the thickness direction of the light collector. Optical module. 前記傾斜面の該傾斜面に直交し前記集光板の厚み方向に平行な断面における曲面の曲率と、前記集光領域を中心とする曲面の曲率とが等しいことを特徴とする請求項2記載の太陽光集光モジュール。   The curvature of the curved surface in the cross section orthogonal to the inclined surface of the inclined surface and parallel to the thickness direction of the light collector is equal to the curvature of the curved surface centered on the light collecting region. Solar condensing module. 前記傾斜面の高さは、前記集光領域の方向に向かうにしたがって低くなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の太陽光集光モジュール。   The solar light collecting module according to any one of claims 1 to 3, wherein a height of the inclined surface is lowered toward the light collecting region. 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の太陽光集光モジュールを架台に複数並置したことを特徴とする太陽光集光パネル。   A solar light collecting panel, wherein a plurality of the solar light collecting modules according to claim 1 are juxtaposed on a gantry.
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