JP5081866B2

JP5081866B2 - 集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法

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Publication number: JP5081866B2
Application number: JP2009129099A
Authority: JP
Inventors: 寿国伊藤; 哲山本; 秀勝両角
Original assignee: Ishizuka Glass Co Ltd
Current assignee: Ishizuka Glass Co Ltd
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-05-28
Also published as: JP2010010672A

Description

本発明は、１次集光部材で集光した太陽光を発電素子に対して均一に照射するための集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法に関する。

近年、太陽光を利用した発電装置では、複数の太陽電池が配置されたパネルを所定角度に傾斜させて太陽光発電を行うパネル式太陽光発電装置に代わって集光式太陽光発電装置が注目されている（例えば、特許文献１参照。）。この集光式太陽光発電装置では、レンズ状の１次集光部材と発電素子との間に２次光学系ガラス部材ホモジナイザーを配置し、前記１次集光部材によって収束された太陽光を前記ホモジナイザー内に入射させ、前記入射光がホモジナイザー内で全反射されて均質化された光が発電素子に照射される。これにより、パネル式太陽光発電装置に比して、約２．６倍の発電を行うことが可能となる。

このような集光式太陽光発電装置の２次光学系ガラス部材ホモジナイザーとしては、水平な上面及び下面に対してそれぞれ同一の所定角度で連接する側面を有する角錐台形状のガラス材からなるものが使用され、ダイレクトプレスやモールドプレス等の公知のガラス成形方法によって所望する角錐台形状に近似した形状に成形した後、外表面を公知の研磨方法によって研磨することによって成形される。

上記の如く構成された角錐台形状のホモジナイザーでは、太陽光がガラス材内部を通過して発電素子に照射されるものであり、内部に入射した際には入射光が表面近傍で反射を繰り返すように構成されている。そのため、ガラス体内部に欠陥があると内部を通過する太陽光の光路位相等が発生したり、外表面が粗れていると太陽光の漏洩によって光学効率が低下して発電効率の低下を招く等のおそれがあり、ガラス材を均質にするとともにその外表面を平滑に構成することが要求される。

しかしながら、このホモジナイザーにあっては、発電装置が野外に設置されることから、外表面が常に外気に晒されることとなるため、環境によって表面汚染や表面劣化が生じることがある。また、このようなホモジナイザーは単独で自立させることが困難であり、設置する際にはアルミ製の支柱等の固定部材が必要となって、部品点数が増加して組立作業が繁雑になることも問題であった。

特開２００６−２７８５８１号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、設置が容易で光学効率や発電効率の低下を抑制することができる集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーを容易に製造することができる製造方法を提供する。

請求項１の発明は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に１次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部内に複数の角錐台または円錐台形状の突部が所定間隔で形成された下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理し、さらに前記ガラス成形材の各凹部間の任意の位置で切断及び研磨して複数の前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成することを特徴とする集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法に係る。

請求項２の発明は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に１次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部を有する下型に軟化したガラスを供給し、逆角錐台または逆円錐台形状の突部が形成された上型を前記下型に対して降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理して前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成することを特徴とする集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法に係る。

請求項３の発明は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に１次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部内に前記内周面の半内周面を形成するための突部を有する下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形して半形状のガラス成形材を成形し、前記半形状のガラス成形材の前記半内周面に前記反射膜を形成して半形状のガラス材を得た後、同様にして得られた他の半形状のガラス材と前記半形状のガラス材との各半内周面とで逆角錐台または逆円錐台形状の前記内周面が形成されるように前記各半形状のガラス材を張り合わせたことを特徴とする集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法に係る。

請求項１の発明に係る集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に１次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部内に複数の角錐台または円錐台形状の突部が所定間隔で形成された下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理し、さらに前記ガラス成形材の各凹部間の任意の位置で切断及び研磨して複数の前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成するため、多数のガラス材を簡易かつ効率的に形成することが可能であり、生産性に優れる。

請求項２の発明に係る集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に１次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部を有する下型に軟化したガラスを供給し、逆角錐台または逆円錐台形状の突部が形成された上型を前記下型に対して降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理して前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成するため、内周面を精度よく形成することができ、生産効率にも優れる。

請求項３の発明に係る集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に１次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部内に前記内周面の半内周面を形成するための突部を有する下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形して半形状のガラス成形材を成形し、前記半形状のガラス成形材の前記半内周面に前記反射膜を形成して半形状のガラス材を得た後、同様にして得られた他の半形状のガラス材と前記半形状のガラス材との各半内周面とで逆角錐台または逆円錐台形状の前記内周面が形成されるように前記各半形状のガラス材を張り合わせたため、成膜処理を容易に行うことができる。

第一実施例に係る集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの斜視図である。図１のホモジナイザーを用いた集光式太陽光発電装置の概略断面図である。第一実施例のガラス材の成形前の製造工程を表す概略断面図である。図３の下型の平面図である。第一実施例のガラス材のプレス成形工程を表す概略断面図である。第一実施例のガラス材の平滑処理工程を表すの概略断面図である。第二実施例に係る集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの斜視図である。図７のホモジナイザーを用いた集光式太陽光発電装置の概略断面図である。第二実施例のガラス材の成形前の製造工程を表す概略断面図である。第二実施例のガラス材のプレス成形工程を表す概略断面図である。第二実施例のガラス材の平滑処理工程を表す概略断面図である。第三実施例に係る集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの斜視図である。第三実施例のガラス材を成形するための下型の平面図である。図１３のＢ−Ｂ断面図である。第三実施例のガラス材のプレス成形工程を表す概略断面図である。半形状のガラス材の張り合わせ前の斜視図である。

図１及び図２に示す集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザー１０は、集光式太陽光発電装置５０に配置され、１次集光部材５１で集光した太陽光Ｌを発電素子５２に対して均一に照射するためのものであって、上下面が水平なブロック状のガラス材１１からなり、内周面１６が逆角錐台形状に形成された中空部１５を有するとともに、中空部１５の内周面１６に太陽光を反射するための反射膜２０を形成したものである。

図２において、符号５３はホモジナイザー１０の上面に配置されて中空部１５を封止するスライドガラスからなる封止板、５４は封止板５３をホモジナイザー１０の上面に固定するための固定板、５５は固定板５４に形成され集光された太陽光Ｌを通過させるための開口部、５６は固定板５４を固定するとともに放熱機能を有するネジ部材、５７はリード線やバイパスダイオード等の周辺備品、５８はホモジナイザー１０が配置される発電装置５０の機台である。なお、この例では、封止板５３の上面側にＭｇＦ₂やＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の多層構造の反射防止膜が公知のスパッタリング処理によって膜厚約１００ｎｍで成膜されている。

第一実施例のホモジナイザー１０において、ブロック状のガラス材１１は、縦約１９ｍｍ、横約１９ｍｍ、高さ約２０ｍｍの直方体形状に形成されている。また、中空部１５は、ガラス材１１上面に一辺約１１ｍｍの正方形状に開口するとともに、下面に一辺約６．５ｍｍの正方形状に開口するように４面の内周面１６が連接されて、ガラス材１１の上下面の中心部分を貫通する逆角錐台形状の空間を形成したものである。そして、中空部１５を形成する各内周面１６は、ガラス材１１の下面との傾斜角が約８３．６°で形成される。上記ブロック状のガラス材１１は、ダイレクトプレス成形、ダイレクトプレス成形及びブロー成形、モールドプレス成形等の公知の製法によって製造することができる。

このガラス材１１は、自立可能な脚部１２を備えている。この例の脚部１２は、ガラス材１１下面の四隅に一辺約３．５ｍｍ、高さ約４ｍｍの角柱状に形成されており、ガラス材１１を持ち上げるように構成される。これにより、ガラス材１１をより安定して自立させることが可能となる。また、脚部１２によって持ち上げられたガラス材１１下面の下方に形成された空間部分を収納空間１３としてもよい。このように収納空間１３を形成することにより、発電素子５２やリード線，バイパスダイオード等の周辺備品５７を収納することが可能となり、発電素子５２や周辺備品５７を効果的かつ効率的に設置することができる。

ガラス材１１の組成としては、ＳｉＯ₂：６７〜７０重量％、Ｎａ₂Ｏ：９〜１２重量％、Ｋ₂Ｏ：９〜１２重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：２〜４重量％、ＴｉＯ₂：４〜７重量％、Ｆ：０．８〜２重量％、Ｓｂ₂Ｏ₃：０．０２〜０．２重量％を含むものからなる。この例のガラス材１１は、ＳｉＯ₂：６７．２重量％、Ｎａ₂Ｏ：１１．０重量％、Ｋ₂Ｏ：１１．０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３．０重量％、ＴｉＯ₂：６．０重量％、Ｆ：１．６重量％、Ｓｂ₂Ｏ₃：０．２重量％で構成され、軟化点が約６５５℃、徐冷点が約４６５℃、ガラス転移点（Ｔｇ）が４６４℃で、屈折率（ｎｄ）が１．５１７４である。また、このガラス材１１では、成形後のヒケの発生や、成形時に使用する金型の酸化抑制のために、ガラスの屈伏点が比較的低いものを使用することが好ましい。この屈伏点は、例えば、５１０〜５３０℃であり、この例では５２２℃である。これにより、低温での成形性がよく研磨加工性にも優れたガラス材１１とすることができる。

さらに、ガラス材１１の性質としては、特に、日本光学硝子工業会規格の粉末法耐水性試験に基づく粉末ガラスの質量の減量率（ｗｔ％）が０．０５未満であり、かつ、日本光学硝子工業会規格の粉末法耐酸性試験に基づく粉末ガラスの質量の減量率（ｗｔ％）が０．２０未満であることが好ましい。

（Ｉ）の粉末法耐水性試験は、粒度４２５〜６００μｍに粉砕されたガラスを比重グラムとり、白金篭の中に入れ、それをｐＨ６．５〜７．５の純水の入った石英ガラス製丸底フラスコに入れて、沸騰水中で６０分間処理し、処理後の粉末ガラスの質量の減量率を算出する試験である。

（ＩＩ）の粉末法耐酸性試験は、粒度４２５〜６００μｍに粉砕されたガラスを比重グラムとり、白金篭の中に入れ、それを０．０１Ｎ硝酸水溶液の入った石英ガラス製丸底フラスコに入れて、沸騰水中で６０分間処理し、処理後の粉末ガラスの質量の減量率を算出する試験である。

このようなガラス材１１にあっては、耐水性や耐化学性等の耐久性に優れるため、高温高湿等の環境下で長期間外気に晒されても劣化等の悪影響を抑制することができ、メンテナンスにかかる手間等が低減されてコストパフォーマンスが高いガラス材１１を製造することができる。

反射膜２０は、中空部１５を構成する内周面１６に形成され、１次集光部材５１で集光した太陽光Ｌを反射または屈折させて光学的分散を図るものである。この反射膜２０としては、集光した太陽光Ｌを効果的に反射させることや高温高湿の環境にも耐え得る耐久性を考慮して、Ａｇ合金によって構成することが好ましい。この例では、Ａｇ合金の成分がＡｇ，０．７ａｔ％Ｎｄ，０．９ａｔ％Ｃｕであり、膜厚１２０ｎｍのＳｉＯ₂を下地膜として公知のスパッタリング処理によって膜厚２００ｎｍに成膜される。この反射膜２０によれば、反射率が約９０％で、８５℃，ＲＨ８５％の環境に約１０００時間晒した場合でも異常がなかった。

また、反射膜２０であるＡｇ合金の耐久性をより向上させるために、図２に示すように、前記反射膜２０に反射率劣化防止膜２５を処理してもよい。反射率劣化防止膜２５としては、例えば、膜厚２００ｎｍのシリカ膜を公知のスパッタリング処理によって成膜することができる。

ここで、図３〜図６を用いて、当該ホモジナイザー１０の製造方法の一例を説明する。図示の成形装置６０は、軟化されたガラスが供給される凹部６２内に複数の角錐台形状の突部６３が所定間隔で形成された下型６１と、下型６１に対して加圧力で加圧を行う上型６５とを備えたプレス成形機である。この実施例において、角錐台形状の突部６３は、各側面が底面に対して約８３．６°で傾斜して形成されている。なお、この角錐台形状の突部６３には、後述の平滑処理において切削される切代７２を形成するために、底面に対して垂直な側面６４が形成されている。

まず、図３に示すように、下型６１の凹部６２内に１２００〜１３００℃に溶融されたガラス原料を所定量供給し、続いて、図５に示すように、下型６１に対して上型６５を下降させて所定の加圧力でプレス成形を行い、ガラス成形材７０を成形する。

このガラス成形材７０は、図６に示すように、逆角錐台形状の凹部７１が複数形成された形状となる。次いで、ガラス成形材７０の下部を逆角錐台形状の凹部７１底面に沿った面７５で開口部を形成するように切削・切断・研磨等の適宜の平滑処理を実施するとともに、上部を前記平滑処理された面（平滑面）７５に平行となる任意の面７６（この例では切代７２）で平滑処理を実施する。ここでは、平滑処理として切削及び研磨処理がそれぞれ実施される。このように平滑処理によって開口部が形成されたことにより、逆角錐台形状の凹部７１を中空部１５として形成することができる。さらに、ガラス成形材７０の各凹部７１間の任意の位置を平滑面７５に対して垂直な面７７で切断及び研磨し、ブロック状のガラス材１１が複数得られる。そして、各ガラス材１１の下面側を四隅に脚部１２が残るように切削及び研磨した後、各ガラス材１１の内周面１６（凹部７１）に対してＡｇ合金をスパッタリング処理して反射膜２０を形成し、本発明のホモジナイザー１０は完成する。

この製造方法にあっては、多数のガラス材１１を簡易かつ効率的に形成することが可能であるため、生産性に優れる。なお、成形装置６０において、上記の如く中空部１５を形成するために下型６１に突部６３を形成したことにより、突部６３の研削や研磨加工が容易となって、型の表面精度を容易に向上させることができる。また、ガラスとの濡れ性改善等を目的に成膜制御も容易となる。

次に、ホモジナイザー１０の作用について説明する。図２に示すように、このホモジナイザー１０は、発電装置５０の１次集光部材５１によって集光された太陽光Ｌが所定の入射角で中空部１５内に入射されると、中空部１５を構成する内周面１６に形成された反射膜２０で前記入射された太陽光Ｌを反射することによって均一化し、中空部１５最下部から発電素子５２に対して照射するように構成される。すなわち、発電素子５２に対して照射される太陽光Ｌは、１次集光部材５１によって集光された後、ホモジナイザー１０内を通過することなくその表面（反射面２０）で反射して発電素子５２に導かれる。

このように、当該ホモジナイザー１０にあっては、太陽光Ｌがホモジナイザー１０内を通過せずに発電素子５２に照射されるものであるから、従来のように太陽光がホモジナイザー内を通過して発電素子に導かれる構成に比して光学効率に優れる。また、このホモジナイザー１０は、太陽光Ｌを表面部分（反射面２０）で反射させる構成であるため、ガラス材１１全体の品位を高くする必要がなく、太陽光Ｌを反射する表面近傍（内周面１６）の品位のみを高くすればよく、ガラス材１１内部に気泡等が存在しても太陽光発電に影響せず、ガラス溶融での省エネ効果や製造工程の簡素化等も期待できる。さらに、このホモジナイザー１０は、自立可能な構成であるため、固定部材の部品点数やその作業工程の低減を図ることができ、太陽光発電装置５０への設置が容易となる。

ここで、図２に示す上記ホモジナイザー１０を用いた集光式太陽光発電装置５０について説明すると、ホモジナイザー１０は、公知のフレネルレンズからなる１次集光部材５１によって集光された太陽光Ｌを中空部１５内に受けることができるとともに発電素子５２に対して前記太陽光Ｌを照射することができる所定の位置に自立され、その上面側に封止板５３が配置されて固定板５４によって固定されている。

また、このホモジナイザー１０では、中空部１５（内周面１６）最下部が均一化された太陽光を放出する部分であるから、上のように配置する際に中空部１５（内周面１６）最下部と発電素子５２の上面５２Ａとの間に隙間が生じていると、発電素子５２への照射時に隙間から太陽光が漏れて発電効率が低下するおそれがある。そこで、上のようにホモジナイザー１０を固定するに際しては、太陽光を放出する部分と発電素子５２上面５２Ａとの隙間を可能な限り小さくすることが重要となる。

太陽光を放出する部分と発電素子５２上面５２Ａとの隙間を小さくする場合、従来のホモジナイザーを用いた発電装置では、太陽光がホモジナイザー内を通過してホモジナイザー下面から放出される構成であることから、前記下面と発電素子５２の上面５２Ａとを当接させてホモジナイザーが配置される。しかしながら、従来のホモジナイザーでは、前記下面の平滑度や発電素子５２上面５２Ａの凹凸等の関係から、前記下面と発電素子５２上面５２Ａとを当接させても隙間を完全になくすことができない。

これに対し、当該ホモジナイザー１０を用いた発電装置５０では、ホモジナイザー１０の中空部１５の内周面１６最下部と発電素子５２の上面５２Ａとが同一平面となるように配置されている。すなわち、ホモジナイザー１０では、太陽光を放出する部分が中空部１５によって構成されていることから、下面の平滑度や発電素子５２上面５２Ａの凹凸等の影響がなくなり、ホモジナイザー１０の中空部１５（内周面１６）最下部と発電素子５２上面５２Ａとの隙間を限りなく小さくすることができる。

そこで、発電装置５０の具体的な例について説明する。以下の例では、ホモジナイザー１０は、ガラス材１１の一辺が１９ｍｍ、高さが２０ｍｍであり、逆角錐台形状の中空部１５の上部が一辺１１ｍｍ、下部が一辺６．５ｍｍ、傾斜角が８３．６°である。従来のホモジナイザーは、上面の一辺が１１ｍｍ、下面の一辺が６．５ｍｍ、高さが２０ｍｍである逆角錐台形状のガラスブロックであり、各側面の傾斜角が８３．６°である。なお、各ホモジナイザーを構成するガラス組成は同一とした。

また、以下の例の発電効率は、ホモジナイザーを設置していない集光式太陽光発電装置において、入射光の傾き（°）が０．０°の時の発電効率の値を１．０として対比した値である。なお、集光式太陽光発電装置では、雲等による散乱光では発電できず、太陽光の中の直達光で発電するため、太陽を追尾することが必須となる。その際、追尾誤差が０．６°程度生じるため、ホモジナイザーを設置していない発電装置での実際の発電効率は０．７６である。また、ホモジナイザーを設置しない場合、太陽光の追尾不良による集光点ズレにより周辺部材の加熱損傷が発生するおそれがある。従って、ホモジナイザーを設置する目的は、発電効率の低下を抑制するとともに、周辺部材の加熱損傷を防止するものである。

発電装置Ａは、ホモジナイザー１０を使用し、中空部１５の内周面１６最下部と発電素子５２の上面５２Ａとが同一平面となるように配置した。公知の顕微鏡を用いてホモジナイザー１０と発電素子５２との隙間を測定したところ０ｍｍであった。入射光の傾き（°）が０．０°の時、発電効率は０．８８となった。以下、入射光の傾き（°）が０．１°である時の発電効率は０．８８、入射光の傾き（°）が０．３°である時の発電効率は０．８８、入射光の傾き（°）が０．６°である時の発電効率は０．８７、入射光の傾き（°）が０．９°である時の発電効率は０．８１となった。

発電装置Ｂは、従来のホモジナイザーを使用し、その下面と発電素子５２の上面５２Ａとが当接するように配置した。従来のホモジナイザーと発電素子５２との隙間を測定したところ１ｍｍであった。入射光の傾き（°）が０．０°である時の発電効率は０．７５、入射光の傾き（°）が０．１°である時の発電効率は０．７５、入射光の傾き（°）が０．３°である時の発電効率は０．７４、入射光の傾き（°）が０．６°である時の発電効率は０．７１、入射光の傾き（°）が０．９°である時の発電効率は０．６７となった。

発電装置Ｃは、ホモジナイザー１０を使用し、中空部１５の内周面１６最下部と発電素子５２の上面５２Ａとの間隔が１ｍｍとなるように配置した。入射光の傾き（°）が０．０°である時の発電効率は０．７５、入射光の傾き（°）が０．１°である時の発電効率は０．７５、入射光の傾き（°）が０．３°である時の発電効率は０．７４、入射光の傾き（°）が０．６°である時の発電効率は０．７１、入射光の傾き（°）が０．９°である時の発電効率は０．６７となった。

表１に示した結果から理解されるように、ホモジナイザーと発電素子５２との隙間により、発電効率が大幅に低下する。特に、従来のホモジナイザーを使用した場合、入射光の傾きが増大することにより発電効率の低下が顕著に現れる。従って、本発明のホモジナイザー１０は、従来のように太陽光がホモジナイザー内を通過して発電素子に導かれる構成に比して光学効率に優れ、発電装置５０の如く中空部１５の内周面１６最下部と発電素子５２の上面５２Ａとが同一平面となるように配置することにより発電効率の低下を大幅に抑制することができ、極めて実用的で効果的に太陽光発電を実施することができる。

図７及び図８に示す第二実施例に係る集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザー１０Ａは、上下面が水平な逆円錐台形状のガラス材１１Ａからなり、内周面１６が逆角錐台形状に形成された中空部１５を有するとともに、中空部１５の内周面１６に太陽光を反射するための反射膜２０を形成したものである。なお、以下の説明において、第一実施例と同一の符号は同一の構成を表すものとして、その説明を省略する。

ここで、図９〜図１１を用いて、ホモジナイザー１０Ａの製造方法の一例を説明すると、図示の成形装置６０Ａは、軟化されたガラスが供給される凹部６２Ａを有する下型６１Ａと、逆角錐台形状の突部６６Ａが形成され下型に対して所定の加圧力で加圧を行う上型６５Ａとを備えたプレス成形機である。この実施例において、逆角錐台形状の突部６６Ａは、前記成形装置６０の突部６３と同様に各側面が底面に対して約８３．６°で傾斜して形成されている。

この製造方法では、図９に示すように、下型６１Ａの凹部６２Ａ内に１２００〜１３００℃に溶融されたガラス原料を所定量供給し、続いて、図１０に示すように、下型６１Ａに対して上型６５Ａを下降させて所定の加圧力でプレス成形を行い、ガラス成形材７０Ａが成形される。この時、上型６５Ａの突部６６Ａ先端部分は下型６１Ａの凹部６２Ａ底面に到達せず、図１１に示すような後述の平滑処理において切削される切代７２Ａを形成するように構成される。

このようにして形成されたガラス成形材７０Ａは、図１１に示すように、逆円錐台形状の外形を有するとともに内部に逆角錐台形状の凹部７１Ａが形成された形状となる。次いで、このガラス成形材７０Ａの切代７２Ａを逆角錐台形状の凹部７１Ａ下面に沿った面（平滑面）７５Ａで開口部を形成するように平滑処理するとともに、上部を前記平滑面７５Ａと平行となる任意の面７６Ａで平滑処理して、中空部１５を有する逆円錐台形状のガラス材１１Ａが得られる。ここでは、平滑処理として切削及び研磨処理がそれぞれ実施される。そして、ガラス材１１Ａの内周面１６（凹部７１Ａ）に対してＡｇ合金をスパッタリング処理して反射膜２０を形成し、ホモジナイザー１０Ａが完成する。

第二実施例の製造方法にあっては、軟化されたガラスに対して効果的に加圧力を伝達することができ、内周面１６をより精度よく形成することができる。また、ガラス材を単体で形成するため、多数のガラス材を形成する場合に必要な側面加工を省略することができて、生産効率にも優れる。なお、この成形装置６０Ａにおいては、中空部１５を形成するために上型６５Ａに突部６６Ａを形成したことにより、前記成形装置６０と同様に突部６６Ａの研削や研磨加工が容易となって、型の表面精度を容易に向上させることができる。また、ガラスとの濡れ性改善等を目的に成膜制御も容易となる。

このホモジナイザー１０Ａにあっても、前記ホモジナイザー１０と同様に太陽光Ｌがホモジナイザー１０Ａ内を通過せずに発電素子５２に照射されるものであるから、従来のホモジナイザーに比して光学効率に優れ、ガラス溶融での省エネ効果や製造工程の簡素化等も期待できる。

また、図８に示す第二実施例のホモジナイザー１０Ａを用いた集光式太陽光発電装置５０Ａでは、中空部１５の内周面１６最下部と機台５８に埋設された発電素子５２の上面５２Ａとが同一平面となるように前記ホモジナイザー１０Ａが配置されている。この発電装置５０Ａ前記発電装置５０と同様に発電効率の低下を大幅に抑制することができ、実用的で効果的に太陽光発電を実施することができる。

図１２に示す第三実施例に係る集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザー１０Ｂは、上下面が水平な角柱形状のガラス材１１Ｂからなり、内周面１６が逆角錐台形状に形成された中空部１５を有するとともに、中空部１５の内周面１６に太陽光を反射するための反射膜２０を形成したものである。このホモジナイザー１０Ｂでは、図示のように、逆角錐台形状の内周面１６の各頂点がガラス材１１Ｂの各側面方向となるように形成されている。この図において、符号１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、内周面１６を構成する各面部である。

ここで、図１３〜図１６を用いて、ホモジナイザー１０Ｂの製造方法の一例を説明する。図１３〜図１５に示す成形装置６０Ｂは、軟化されたガラスが供給される凹部６２Ｂ内に内周面１６の半内周面１６ａ，１６ｂ（１６ｃ，１６ｄ）を形成するための突部６３Ｂを有する下型６１Ｂと、下型６１Ｂに対して所定の加圧力で加圧を行う上型６５Ｂとを備えたプレス成形機である。

この製造方法では、図１４に示すように、下型６１Ｂの凹部６２Ｂ内に１２００〜１３００℃に溶融されたガラス原料を所定量供給し、続いて、図１５に示すように、下型６１Ｂに対して上型６５Ｂを下降させて所定の加圧力でプレス成形を行い、半形状のガラス成形材８０が成形される。

半形状のガラス成形材８０は、図１６に示すように、角柱状のガラス材１１Ｂの一側半分を構成するブロック体８１と、一側面８２に形成された内周面１６の半内周面１６ａ，１６ｂを構成する凹面部８３とからなる。この半形状のガラス成形材８０では、下部を前記凹部６２Ｂの端面６４Ｂに沿った面（平滑面）で平滑処理するとともに上部を前記平滑面に平行となる任意の面で平滑処理した後、半内周面１６ａ，１６ｂ（凹面部８３）に対してＡｇ合金をスパッタリング処理して半周分の反射膜２０Ｂを形成して半形状のガラス材８０Ａが得られる。ここでは、平滑処理として切削及び研磨処理がそれぞれ実施される。

次いで、同様の手順で他の半形状のガラス材８０Ｂを得た後、半形状のガラス材８０Ａの半内周面１６ａ，１６ｂと他の半形状のガラス材８０Ｂの半内周面１６ｃ，１６ｄとで内周面１６の全周が形成されるように、各一側面８２，８２を公知の接合方法を用いて張り合わせて角柱形状のガラス材１１Ｂを形成し、ホモジナイザー１０Ｂが完成する。

第三実施例の製造方法にあっては、半形状のガラス成形材８０に形成された半内周面１６ａ，１６ｂ（１６ｃ，１６ｄ）に対して反射膜２０を形成するため、中空部１５を構成した状態の内周面１６に対して反射膜２０を形成する場合に比して成膜処理を容易に行うことができる。また、この成形装置６０Ｂにおいても、前記成形装置６０と同様に突部６３Ｂの研削や研磨加工が容易となって、型の表面精度を容易に向上させることができ、ガラスとの濡れ性改善等を目的に成膜制御も容易となる。

このホモジナイザー１０Ｂにあっても、前記ホモジナイザー１０，１０Ａと同様に太陽光Ｌがホモジナイザー１０Ｂ内を通過せずに発電素子５２に照射されるものであるから、従来のホモジナイザーに比して光学効率に優れ、ガラス溶融での省エネ効果や製造工程の簡素化等も期待できる。

なお、本発明の集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法は、前述の実施例のみに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適宜に変更して実施することができる。例えば、実施例のホモジナイザーでは、中空部を逆角錐台状に形成したが、これに限らず、逆円錐台形状とすることもできる。

さらに、第三実施例のホモジナイザーの製造方法において、実施例では、半形状のガラス成形材の上部及び下部を平滑処理した後、他の半径状のガラス成形材と張り合わせるように構成したが、上記平滑処理は、半径状のガラス成形材を他の半径状のガラス成形材と張り合わせた後に実施する等、適宜の手順で行うことができる。

１０ホモジナイザー
１１ガラス材
１２脚部
１３収納空間
１５中空部
１６内周面
２０反射面
５０集光式太陽光発電装置
５１１次集光部材
５２発電素子
Ｌ太陽光

Claims

上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に１次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、
凹部内に複数の角錐台または円錐台形状の突部が所定間隔で形成された下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理し、さらに前記ガラス成形材の各凹部間の任意の位置で切断及び研磨して複数の前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成することを特徴とする集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法。
上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に１次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、
凹部を有する下型に軟化したガラスを供給し、逆角錐台または逆円錐台形状の突部が形成された上型を前記下型に対して降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理して前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成することを特徴とする集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法。
上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に１次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、
凹部内に前記内周面の半内周面を形成するための突部を有する下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形して半形状のガラス成形材を成形し、前記半形状のガラス成形材の前記半内周面に前記反射膜を形成して半形状のガラス材を得た後、同様にして得られた他の半形状のガラス材と前記半形状のガラス材との各半内周面とで逆角錐台または逆円錐台形状の前記内周面が形成されるように前記各半形状のガラス材を張り合わせたことを特徴とする集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法。