Design of a 3D solar concentrator with different directional acceptance angles

本研究では，従来の集光器と異なり，これまでにない太陽追尾技術を利用しない楕円形の受光部と長方形の受光部を持つ2次ミラー付きの集光器を開発している．受光部の形状が楕円や長方形などの形状であるため，非追尾型集光器は許容入射角が1つしか存在しない従来の集光器と異なり，全方向に異なる許容入射角を持つ．それで，東西南北方向の光線を入射させるため，場所の経緯，太陽方位及び太陽高度によって集光器を設置することになる．研究成果として，2次ミラー付き集光器の1次ミラーの設計と最適化が済んでいて，2次ミラーは設計中である．集光器に2重の放物面鏡を使うため，研究期間中はまず，パラメーターの多いミラー曲面の形状の設計方法を確立した．その後，パラメータの組み合わせからなる形状の光学シミュレーションを行った．光学シミュレーションでは太陽方位角及び太陽高度を変化させ，集光器の入射量，集光量及び集光分布が得られた．それから，入射量に対する集光量である集光効率及び集光密度の比である集光比を算出し，最適なミラー形状を明らかにした．集光効率が高いほど形状に光線をどどける力があり，集光比が高いほどシステムが収集できる太陽熱の温度が高くなる．さらに，設置場所である東京における最適設計を求めるには1年間の集光量を解析した．その際，2つの指標で形状を評価した．設置面積あたりに集められた光の量及び受光部面積あたりに集められた光の量である．解析結果より，受光部が楕円形や長方形の提案型が円形の受光部を持つ従来の集光器と比べ，ほぼ同位に東西方向の集光効率が高く，集光比がより高いことがわかった．また，通年の解析では設置面積あたりの集光量は数台の倍は提案型のがより小さいですが，数十台になるとより大きくなる．また，受光部面積あたりの集光量の面では，集光器を切断した場合の提案型が切断されていない従来の集光器の2倍になっている．

本研究では，従来の集光器と異なり，これまでにない太陽追尾技術を利用しない楕円形の受光部と長方形の受光部を持つ2次ミラー付きの集光器を開発している．受光部の形状が楕円や長方形などの形状であるため，非追尾型集光器は許容入射角が1つしか存在しない従来の集光器と異なり，全方向に異なる許容入射角を持つ．それで，東西南北方向の光線を入射させるため，場所の経緯，太陽方位及び太陽高度によって集光器を設置することになる．研究成果として，2次ミラー付き集光器の1次ミラーの設計と最適化が済んでいて，2次ミラーは設計中である．集光器に2重の放物面鏡を使うため，研究期間中はまず，パラメーターの多いミラー曲面の形状の設計方法を確立した．その後，パラメータの組み合わせからなる形状の光学シミュレーションを行った．光学シミュレーションでは太陽方位角及び太陽高度を変化させ，集光器の入射量，集光量及び集光分布が得られた．それから，入射量に対する集光量である集光効率及び集光密度の比である集光比を算出し，最適なミラー形状を明らかにした．集光効率が高いほど形状に光線をどどける力があり，集光比が高いほどシステムが収集できる太陽熱の温度が高くなる．さらに，設置場所である東京における最適設計を求めるには1年間の集光量を解析した．その際，2つの指標で形状を評価した．設置面積あたりに集められた光の量及び受光部面積あたりに集められた光の量である．解析結果より，受光部が楕円形や長方形の提案型が円形の受光部を持つ従来の集光器と比べ，ほぼ同位に東西方向の集光効率が高く，集光比がより高いことがわかった．また，通年の解析では設置面積あたりの集光量は数台の倍は提案型のがより小さいですが，数十台になるとより大きくなる．また，受光部面積あたりの集光量の面では，集光器を切断した場合の提案型が切断されていない従来の集光器の2倍になっている．