JP2003069070A

JP2003069070A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2003069070A
Application number: JP2001259246A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yamada; 聡山田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】光起電力素子の温度上昇による変換効率の低
下を防止することができ、特に高集光型の太陽電池モジ
ュールにおける光起電力素子が温度上昇して変換効率に
低下を生じるのを防止することができ、更にはその熱を
熱発電により有効に利用することができる太陽電池モジ
ュールを提供する。【解決手段】集光型の太陽電池モジュールにおける光
学系に熱線吸収手段３０１を設けると共に、熱的に結合
した熱電変換素子３０２を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽を追尾し、集
光した太陽光を光起電力素子に照射し、電力を得る集光
型の太陽電池モジュールに係り、詳しくは、集光した光
を受光することによる光起電力素子の温度上昇を抑え、
更にその熱を有効利用しうる太陽電池モジュールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池モジュールは、光起電力素子に
太陽光線を受ける方法により２種類に分類できる。すな
わち、太陽光線をそのまま光起電力素子で受光する太陽
電池モジュールと、太陽光線を集光して光起電力素子で
受光する集光型の太陽電池モジュールとがある。更に、
太陽電池モジュールは、架台に固定する場合と、太陽光
線をより効率良く受光するために、太陽電池モジュール
を太陽に追尾させる場合とがある。

【０００３】集光型の太陽電池モジュールは、集光によ
り変換効率が高まり、光起電力素子の面積を小さくでき
るというメリットがある。光起電力素子の出力電流は、
集光倍率に比例して増加する。これに加えて出力電圧
は、原理的に集光による出力電流の増加に伴って対数的
に増大する。したがって、光変換効率は、集光倍率を増
加させることにより出力電圧の増加分だけ向上する。ま
た同一の出力を得るためには、光起電力素子の寸法が集
光倍率に反比例して小さくなるため、モジュールの中で
光起電力素子の占めるコストを削減することができる。
そこで最近、太陽光線を集光し、太陽を追尾するタイプ
の太陽電池モジュールが注目されている。

【０００４】一方、光起電力素子は温度が上昇すると変
換効率の低下を生じる。集光型の太陽電池モジュールは
光起電力素子に集光した太陽光線が照射されるため、通
常の太陽電池モジュールに比べて、光起電力素子の温度
の上昇が顕著である。特に集光倍率を２００倍以上とし
た場合には、光起電力素子は非常に高温になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような光起電力素
子の温度上昇による変換効率の低下を防ぐために、光起
電力素子の放熱性を高めることが種々提案されている
が、それぞれ後述するような課題があった。

【０００６】例えば特開平６−４５６２３号公報には、
光入射面側に凹凸構造を有する良熱伝導性の金属材料か
らなる電極を設け、更に光起電力素子の表面に凹凸を設
けることが提案されている。凹凸構造をもたせることで
表面積を増大させ、大気等との接触面積を広げて熱を効
果的に外部へ放出するものである。

【０００７】しかし通常、光起電力素子は、該素子を水
分や外的な力から保護するため、封止材により封止して
使用される。そのため、光起電力素子の表面は封止材と
接触することとなり、熱は封止材へと移動することとな
るが、通常の封止材は熱伝導率が低く、放熱効果は少な
い。

【０００８】また特開平１１−８４０１号公報には、光
起電力素子の受光面に形成された電極を受光面外部に延
長し、その延長部に冷却する手段を有する太陽電池モジ
ュールが提案されている。これは、光起電力素子の裏面
側に冷却手段を設けることにより太陽電池モジュールの
厚みが厚くなることを防ぐものである。

【０００９】しかし、前述の先行例と同様に受光面側に
電極を設けているので、該電極により光起電力素子に光
があたらない部分が生じてしまう。これは、太陽光線を
有効に利用しえないだけでなく、光起電力素子上に温度
差が生じ、光起電力素子が壊れてしまう可能性もある。
特に集光型の太陽電池モジュールの場合には、その可能
性が高い。

【００１０】さらに特開２０００−６８５３９号公報に
は、光起電力素子の裏面にヒートシンクを貼り合わせ
て、光起電力素子を冷却する太陽電池モジュールが提案
されている。これは光起電力素子を裏面側から冷却する
ものである。

【００１１】しかし、このような冷却構造の場合、光起
電力素子に封止を施した際に、光起電力素子の表面側と
裏面側に温度差が生じてしまう。このような温度差は光
起電力素子に歪を生じる場合があり、光起電力素子が壊
れてしまう場合がある。

【００１２】そして特開平６−２６５２１８号公報に
は、このような熱を発電に使用することがに提案されて
いる。集光型の太陽電池モジュールにおいて、受光器と
して光起電力素子と熱発電素子を組み合わせたものであ
り、光起電力素子の裏面に熱発電素子を介して冷却器を
有するものである。

【００１３】しかし、このような構成の太陽電池モジュ
ールは、熱を利用するという点で優れているものの、熱
発電素子を有効に使用するためには熱発電素子の表面と
裏面の温度差が重要となる。つまり、表面側である光起
電力素子が高温で、裏面側である冷却器が低温である必
要がある。これらの温度差は大きいほど良く、熱発電を
有効に行うためには光起電力素子が高温である必要があ
る。そのため、光起電力素子は高温に保持される必要が
あり、変換効率が低下してしまう。

【００１４】本発明は、上記課題に鑑みて、光起電力素
子の温度上昇による変換効率の低下を防止することがで
き、特に高集光型の太陽電池モジュールにおける光起電
力素子が温度上昇して変換効率に低下を生じるのを防止
することができ、更にはその熱を熱発電により有効に利
用することができる太陽電池モジュールを提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべ
く、本発明の太陽電池モジュールは、太陽光線を集光し
光起電力素子に導く光学系を有する太陽電池モジュール
において、前記光学系に熱線吸収手段を設けると共に、
熱的に結合した熱電変換素子を備えることを特徴とす
る。

【００１６】本発明の太陽電池モジュールによれば、集
光部材である光学系に設けられた熱線吸収手段により、
熱となる部分の太陽光線を予め吸収し、温度上昇の起こ
りにくい光を光起電力素子に照射するようにしたことに
より、光起電力素子の温度上昇を防ぎ、光起電力素子の
変換効率の低下を防ぐことができると共に、熱線吸収手
段により吸収された熱を利用して熱電変換素子により熱
発電を行うことができ、太陽電池モジュールの変換効率
を上昇せしめることができるものである。

【００１７】本発明の太陽電池モジュールにおいては、
上記熱線吸収手段が反射部材であることが好ましい。こ
れにより、吸収した熱をロスすることなく熱電変換素子
に伝えることができる。

【００１８】また、上記反射部材の反射が表面反射であ
ることが好ましい。これにより、反射部材によって光起
電力素子に必要な光を必要以上に吸収することを防ぐこ
とができる。

【００１９】さらに、上記反射部材が金属基材を用いた
ものであることが好ましい。これにより、熱電変換素子
への熱伝導がスムーズに行われる。

【００２０】そして、上記熱電変換素子が、ＢｉＴｅ系
またはＢｉＳｂＴｅ系であることが好ましい。このよう
な熱電変換素子は、通常の環境下での使用に好適なもの
であり、変換効率を向上せしめるものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について説明するが、本発明は本実施形態に限るもので
はない。

【００２２】本発明の太陽電池モジュールは、太陽光線
を集光し、光起電力素子に導く光学系と、集光された光
を受光して電力に変換するレシーバーからなる。更に、
それらは太陽を追尾する手段に設置して用いられる。

【００２３】図１は、本発明の太陽電池モジュールにお
ける第１の例として、反射鏡を用いた太陽電池モジュー
ルを示す概略図である。図１において、１０１は光学
系、１０２はレシーバー、１０３は追尾装置である。

【００２４】まず、第１の例の太陽電池モジュールにつ
いて説明する。

【００２５】（光学系）光学系１０１は、太陽光線を集
光し、光をレシーバーへ導くものである。光学系は、１
次光学系と２次光学系に分けられる場合もある。

【００２６】第１の例の太陽電池モジュールにおける光
学系は、１次光学系のみで構成しており、反射を利用す
るいわゆるディッシュ型として構成されている。ディッ
シュ型は、太陽光線を反射部材により反射し、レシーバ
ー受光面上に導くものである。その形状は、一体型の凹
面反射部材や、複数の曲面反射部材や平面反射部材を組
み合わせたものなどが挙げられる。一体型の凹面反射部
材の形状としては、放物面、複合放物面、球面等が挙げ
られる。

【００２７】上記ディッシュ型のような反射を利用する
光学系は反射型と呼ばれる。反射型は、ガラスやプラス
チックという比較的熱伝導度の低い部材を主に用いる屈
折型に対して、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス
鋼というような熱伝導度の極めて高い部材を主に使用す
ることができる特徴がある。

【００２８】図３は、第１の例の太陽電池モジュールに
おいて、ディッシュ型光学系に熱電変換素子を配置した
場合の積層構造を示す拡大図である。図３において、３
０１は熱線吸収手段としての反射部材、３０２は熱電変
換素子、３０３は冷却部材である。

【００２９】反射部材３０１に熱電変換素子３０２を接
着または機械的に接触させ、更に冷却部材３０３を接着
または機械的に接触させる。冷却部材３０３は、熱電変
換素子３０２の表裏面の温度差を十分に保つことが可能
であれば、設けなくてもよい。

【００３０】反射部材３０１には、耐候性が高いこと、
反射率が高いこと、軽量であること等が求められる。更
に詳しくは、反射部材３０１には、反射部材表面で反射
する表面反射タイプと、反射部材裏面で反射する裏面反
射タイプとがある。表面反射タイプとしては、金属板、
基材上に金属薄膜を設けたもの等が挙げられる。裏面反
射タイプとしては、透明基材に金属薄膜を設けたもの等
が挙げられる。これら反射部材３０１は、可視光線の反
射率が高いことが好ましい。

【００３１】表面反射タイプに用いる金属板としては、
アルミニウム、ステンレス鋼等が挙げられる。これら
は、正反射率を高めるために鏡面研磨することが好まし
い。また、反射面を保護するための保護膜を設けてもよ
い。一方、基材上に反射膜を設ける場合には、基材とし
ては、金属板、樹脂板、樹脂フィルム、ガラス板等が挙
げられ、反射膜としてアルミニウム、ニッケル、金、
銀、白金、銅、ロジウム（Ｒｈ）等が挙げられる。これ
らの膜は公知の方法で設けられる。例えば、通常の蒸着
法、すなわち真空蒸着、スパッタリング、イオンプレー
ティング等が挙げられる。これらは、更に金属板の場合
と同様に反射面を保護するための保護膜を設けてもよ
い。基材上に反射膜を設ける場合、機械的強度や熱伝導
率を考慮に入れると、金属板がより好ましい。

【００３２】一方、裏面反射タイプの場合は、基材の透
明性が非常に重要である。特に３００ｎｍ〜１２００ｎ
ｍの透過率が高いことが好ましい。裏面反射タイプの場
合は、基材を太陽光線が２回通過する。そのため、厚み
が薄いことも重要である。具体的にはガラス、樹脂板、
樹脂フィルム等が挙げられる。樹脂の場合には、耐候性
が高いことが要求される。耐候性向上のために紫外線吸
収剤を混合したり、紫外線吸収膜を設けてもよい。樹脂
の場合の具体的な材料としては、アクリル樹脂、ポリカ
ーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹
脂、ポリオレフィン系樹脂、フッ素樹脂等が挙げられ
る。これら樹脂には耐熱性も要求される。

【００３３】これら反射部材には、赤外線等を吸収する
機能を持たせる。例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化
インジウム、酸化錫、硫化亜鉛、アンチモンドープ酸化
錫（ＡＴＯ）、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等の
無機系の赤外線吸収膜や、有機系の色素を前記反射部材
３０１上に形成して使用できる。これらの赤外線吸収膜
は、蒸着やゾルゲル法等の公知の方法で形成することが
できる。また、これらの赤外線吸収膜は、その膜厚が１
μｍ〜１ｍｍ程度と薄く形成するため、ここで熱に変換
された赤外線等のエネルギーは、反射部材３０１にすば
やく伝達される。

【００３４】なお、反射部材３０１が裏面反射タイプの
場合には、これらの赤外線吸収部材を透明基材中に設け
ることも可能である。その場合は、上記基材上に赤外線
吸収膜を設けるより、熱伝導性の高い裏面反射膜に、赤
外線吸収体がより近接して配置できるため好ましいとい
える。

【００３５】本発明において反射部材３０１は前述のも
のが好ましく使用できるが、特に好ましくは、金属板、
金属基材上に前記反射膜を設けたものを使用する。これ
らは、熱伝導性が高いために太陽光線の熱線を、前記赤
外線吸収膜により吸収し、速やかに熱電変換素子へ熱を
伝導することが可能である。

【００３６】（熱電変換素子）本発明に用いる熱電変換
素子３０２としては、ペルチェ素子が挙げられる。具体
的な材料としては、ＢｉＴｅ系、ＢｉＳｂＴｅ系、Ｐｂ
Ｔｅ系、ＧｅＴｅ系、ＰｂＳｎＴｅ系、ＦｅＳｉ系、Ｚ
ｎＳｂ系、ＣｏＳｂ３系、ＡｇＧｅＳｂＴｅ系、ＳｉＧ
ｅ系等が挙げられる。本発明において熱電変換素子３０
２は、３０℃〜２００℃での変換効率特性のよいものが
好ましい。前述した材料で言えば、ＢｉＴｅ系、ＢｉＳ
ｂＴｅ系が好ましい。これらペルチェ素子は、屋外にて
露出して使用されるため、防水性を持たせるために防湿
カバーを取り付けたり、あるいは防湿コーティングを施
す等を行うことが好ましい。

【００３７】ペルチェ素子と反射部材３０１は、接着も
しくは機械的に接触させる。例えば、熱伝導性接着剤を
用いて反射部材とペルチェ素子を貼り合わせる。これら
接着剤は、熱伝導率が高いことが重要である。

【００３８】（冷却部材）本発明の冷却部材３０３は、
水等の冷媒を流す、空冷等、公知の方法が使用可能であ
る。ペルチェ素子と冷却部材３０３は、ペルチェ素子と
反射部材と同様な方法で接着もしくは、機械的に接触さ
せる。

【００３９】なお、本実施形態においては、光学系を反
射型で説明をしたが、本発明を球面レンズ、非球面レン
ズ、フレネルレンズ、ライトパイプ等の屈折型の光学系
で応用することも可能である。ただし、この場合、熱電
変換素子３０２は、屈折型光学系の光入射面と光射出面
以外の場所に接着もしくは機械的に接触させる。接触面
に光が入射した場合を考慮して、接触面には銀やアルミ
ニウム等の光反射性部材を設けておけば、光が接触面で
反射して、発電に有効な波長の光がロスする危険性を防
止することができる。また屈折型の場合は、光学系自体
が透明物質なので上記赤外吸収物質を、上記透明物質中
に混在させることで、赤外吸収膜を別途設ける必要がな
いという利点も奏する。

【００４０】（レシーバー）図２は、第１の例の太陽電
池モジュールにおけるレシーバーの積層構造を示す概略
図である。図２において、２０１は封止材、２０２は光
起電力素子、２０３は基板、２０４は冷却部材であり、
封止材２０１、冷却部材２０４を設けない場合もある。
本例の封止材２０１は、封止材外層２０５と封止材内層
２０６等の複数層によって構成されている。

【００４１】〈封止材〉封止材２０１は、光起電力素子
２０２を光、水分、外力等から保護するものである。更
に、光起電力素子と基板との電気的接続部分も水分等か
ら保護する。封止材２０１に求められる特性としては、
耐光性、耐湿性に優れ、また、光の透過率が高く、光起
電力素子との密着性に優れること等である。単独では前
述した特性を満たすことができない場合には、本例のよ
うに封止材外層２０５、封止材内層２０６等の複数層に
することも可能である。

【００４２】封止材２０１に求められる耐光性は、集光
した太陽光線によって劣化しないことが要求される。本
発明でいう劣化とは、透明性の低下、密着性の低下、機
械的強度の低下等をいう。特に集光により強度を増した
紫外線に対する耐性が必要となる。封止樹脂自体の耐光
性が不十分である場合には、紫外線吸収剤等を添加した
り、紫外線吸収膜を設ける。

【００４３】一方、光学系１０１が例えば、アクリル樹
脂、ポリカーボネート樹脂等からなる樹脂にアルミニウ
ムや銀の蒸着を施した反射鏡である場合には、それら樹
脂自体の紫外線からの保護のために紫外線を吸収する機
能を有している場合がある。そのような場合には紫外線
吸収剤の添加、紫外線吸収膜を設ける必要は無い。

【００４４】封止材２０１に求められる耐湿性は、水分
等で劣化しないものである。また、光起電力素子２０２
を水分から保護するために透湿度が低いことが好まし
い。単独での透湿度が不十分な場合には、封止材外層、
封止材内層といった複数層の構成を採用し、封止材外層
にガラス等の透湿度の低いものを用いることも可能であ
る。

【００４５】封止材２０１に求められる透過率は、使用
する光起電力素子２０２によって異なるが、３００ｎｍ
〜１０００ｎｍにおいて９０％以上の透過率を有するこ
とが好ましい。しかし、封止材２０１の耐光性を向上さ
せるために４００ｎｍ以下の光を透過しにくくすること
はやむをえない。更に、透過率を向上させるために反射
防止膜を設けてもよい。

【００４６】封止材２０１に求められる密着性は、光起
電力素子２０２、基板２０３との密着性が良いことが必
要である。また、封止材が封止材内層２０６と封止材外
層２０５によって構成される場合には、これら相互の密
着性も良いことが必要である。密着性を高めるために
は、封止材２０１にシランカップリング剤等の密着性を
高める接着助剤を混合してもよい。更に、光起電力素子
２０２、基板２０３、外層２０５の接着面に接着力を高
める処理を施してもよい。

【００４７】以上のような特性を満たす封止材２０１
は、例えば封止材外層２０５、封止材内層２０６の２層
構成が挙げられる。以下にこのような構成の場合の具体
的な材料について示す。

【００４８】〈封止材外層〉前述の特性を満たす封止材
外層２０５としては、ガラス、樹脂フィルム等が挙げら
れる。特に、透湿度を低く抑えるためにガラスは有効で
ある。一方樹脂フィルムとしては、アクリル、ポリエス
テル、フッ素等が挙げられるが、耐光性、耐熱性の点で
フッ素樹脂が好適に用いられる。またフッ素樹脂は、屈
折率が低く、反射を抑える観点からも有効である。そう
したフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン−ヘ
キサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチ
レン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、
ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリフッ化ビニル、エチレン−テトラフルオロエチ
レン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン
共重合体が挙げられる。特にポリクロロトリフルオロエ
チレンは透湿度が低く、好適に用いられる。これらは封
止材内層との密着性を向上させるために封止材内層と接
する面に処理を施すことが好ましい。例えば、コロナ放
電処理、プラズマ放電処理、オゾン処理、またはプライ
マーのコーティングを行なうことが好ましい。

【００４９】また、その屈折率が高い場合には反射防止
膜を設けることも可能である。例えば、ＭｇＦ等を蒸着
したり、フッ素樹脂系の塗料を塗布する等が挙げられ
る。

【００５０】〈封止材内層〉前述の特性を満たす封止材
内層２０６としては、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等が
挙げられる。特に、液状のシリコーン樹脂を硬化して用
いる方法では、工程が容易である。

【００５１】〈光起電力素子〉本発明に好適に用いられ
る光起電力素子２０２としては、結晶シリコン系、Ｇａ
Ａｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ）等の
化合物半導体系、等が挙げられる。光起電力素子の出力
を取り出す電極は、電極の影による入射光のロスを無く
すために光起電力素子の裏面に形成されていることが好
ましい。また、入射光を有効に利用するために、光起電
力素子表面にテクスチャー構造を形成することが好まし
い。

【００５２】〈基板〉本発明に用いられる基板２０３と
しては、光起電力素子２０２と電気的に接続される導電
性の部材と、光起電力素子２０２と冷却部材２０４を絶
縁する絶縁性の部材からなるものが挙げられる。導電性
部材は光起電力素子の出力取り出しである、＋及び−の
電極とそれぞれ電気的に接続し、外部へと出力する。

【００５３】上記の導電性部材と電極の接続は、半田
や、導電性の接着剤等を用いることが可能である。ま
た、上記の導電性部材と絶縁性部材の接着は、予め絶縁
性部材に導電性部材を貼り合わせたものを使用すること
も可能であるが、光起電力素子２０２と導電性部材の接
着の後に接着剤等で絶縁性部材を貼り合わせる事も可能
である。基板２０３と冷却部材２０４の接着も同様であ
る。

【００５４】上記の導電性部材としては、抵抗が低く、
熱伝導性が高く、水分等に対して安定であることが好ま
しい。具体的な材料としては、銅等が挙げられる。

【００５５】また、上記の絶縁性部材としては、絶縁性
が高く、熱伝導性が高いことが求められる。具体的な材
料としては、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等が
挙げられる。

【００５６】本発明において好適に用いられる基板２０
３としては、銅／窒化アルミニウム／銅、銅／酸化アル
ミニウム／銅の積層基板等が挙げられる。

【００５７】〈冷却部材〉本発明に用いられる冷却部材
２０４は、光起電力素子２０２の温度上昇を防ぐための
ものである。冷却手段としては、水冷等の冷媒を流す方
法、空冷等が挙げられるが、ペルチェ素子等の熱電素子
を用いることも可能である。

【００５８】（追尾装置）本発明において、太陽を追尾
する手段は、公知の方法が使用可能である。

【００５９】次に、第２の例の太陽電池モジュールにつ
いて説明する。図６は、本発明の太陽電池モジュールに
おける第２の例として、フレネルレンズを用いた太陽電
池モジュールを示す概略図である。図６において、６０
１は光学系とレシーバーとを一体化した部材であり、６
０２は追尾装置である。

【００６０】第２の例の太陽電池モジュールは、光学系
として一次光学系と二次光学系を使用している。一次光
学系に屈折光学系を使用し、二次光学系に反射部材を用
いて、熱線吸収手段を形成し、その裏面に熱電変換素子
を設ける。

【００６１】また図７は、第２の例の太陽電池モジュー
ルにおいて、光学系とレシーバーを一体化した部材を示
す概略図である。図７において、７０１は一次光学系、
７０２は筐体、７０３はレシーバー、７０４は二次光学
系である。

【００６２】一次光学系７０１は、太陽から放射された
太陽光線を集光し、二次光学系７０４の入射面に導くこ
とができれば良く、フレネルレンズ、平凸レンズ、両凸
レンズ、プリズム、複合レンズ等の屈折を利用して集光
を行うレンズ、あるいはこれらを組み合わせたものが考
えうるが、上に挙げたものには限定されず同様の機能を
実現するものはすべて含みうる。

【００６３】一次光学系７０１を設計する上では、太陽
光線が二次光学系７０４の入射面近傍で略焦点を結ぶ必
要がある。

【００６４】一次光学系７０１を構成する材料としては
ガラス、ゴム、樹脂等の透光性有機材料、透光性結晶、
もしくはこれらを組み合わせたもの、あるいは空気や液
体等を利用した空気レンズや液体レンズ等も考えられ
る。

【００６５】材料としては、外環境にさらされるため耐
侯性に優れた材料が好ましく、特に紫外線による劣化及
び雨や温湿度による劣化の少ない材料が好ましい。

【００６６】また、光起電力素子の発電に寄与する波長
域の透過率が高いことが好ましく、９０％以上あること
がより好ましい。さらに、透過波長に選択性のある材料
を利用することや、同機能を有する添加剤を材料に添加
することで、材料劣化の原因となる短波長域の太陽光線
をカットすることもできる。そして、一次光学系７０１
の表面や裏面に、各種コート層を設けることで反射率の
低減、紫外線のカット、一次光学系７０１の耐摩擦性等
の機能を付加することもできる。また、高屈折率材料を
使用することで、より短い焦点距離で太陽光線を集光で
きるため、結果として集光型の太陽電池モジュールの大
きさを小さくすることができる。

【００６７】筐体７０２は、一次光学系７０１及び、レ
シーバー７０３を保持するものである。骨組みのみの構
造や、箱型の構造が挙げられるが、レシーバー７０３を
風雨等の環境から保護し、また飛来物等から守るために
箱型の構造であることが好ましい。更に、使用される材
料には、耐候性が要求される。これらには建材等に使用
されている公知の材料が使用可能である。

【００６８】レシーバー７０３は、第１の例の太陽電池
モジュールにおけるものと同様なものが使用可能であ
る。

【００６９】二次光学系７０４は、一次光学系７０１で
集光した太陽光線をレシーバー７０３にむら無く照射す
るものである。第２の例の太陽電池モジュールに用いる
二次光学系７０３は、反射部材である。かかる反射部材
は、第１の例の太陽電池モジュールにおける光学系に使
用した反射部材が好適に用いられる。二次光学系７０４
として、特に第１の例の太陽電池モジュールにおける光
学系と異なる点は、より高い耐候性と耐熱性が必要とさ
れる点である。

【００７０】第２の例の太陽電池モジュールによれば、
追尾系に追尾誤差が生じても、一次光学系７０１でずれ
た集光点を二次光学系７０４により吸収してレシーバー
７０３に集光できるという利点がある。更に、一般に二
次光学系７０４は一次光学系７０１に比べて小さいた
め、前記赤外吸収物質の使用量を削減でき安価にできる
という利点を有する。

【００７１】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００７２】〔実施例１〕本実施例においては、評価用
モジュールとして図４に示す構成のレシーバーと、図５
に示す光学系（集光部材）を作成した。

【００７３】先ず、レシーバーの構成部材として、図４
に示すように、封止材外層４０５、封止材内層４０６、
光起電力素子４０２、基板４０３、冷却部材４０４を用
意した。

【００７４】（封止材外層）封止材外層４０５として、
白板ガラス（１ｍｍ厚）を用意した。

【００７５】（封止材内層の作成）封止材内層４０６と
して２液付加型液状シリコーンを用意し、これらを混合
し脱気した。

【００７６】（光起電力素子）光起電力素子４０２とし
て、単結晶シリコンの光起電力素子を用意した。

【００７７】（基板）基板４０３として、銅／窒化アル
ミニウム／銅の三層積層構造の基板を用意した。各層の
厚みは、０．３／０．６３５／０．２５である。

【００７８】（冷却部材）冷却部材４０４としてアルミ
ニウム製ヒートシンクを用意した。

【００７９】以上の部材を以下の方法で組み立てた。

【００８０】基板４０３上の所定の位置に半田ペースト
を印刷し、光起電力素子４０２を所定の位置に載置し
た。これをリフロー炉を用いて加熱、その後冷却し、基
板４０３と光起電力素子４０２を一体化した。

【００８１】次に冷却部材４０４に熱伝導性接着剤（エ
ポキシ系）を塗布し、基板４０３と光起電力素子４０２
を一体化したものと貼り合わせ、熱風乾燥炉で６０℃、
１時間加熱硬化した。

【００８２】最後に、光起電力素子４０２上に封止材内
層４０６を滴下し、その上に封止材外層４０５を載せ、
真空チャンバーに入れて再度脱気を行った。その後、熱
風乾燥炉で８０℃、３０分加熱硬化した。

【００８３】以上の作業を経てレシーバーを作成し、得
られたレシーバーは、シミュレーターを用いて、２５℃
における電気的特性を測定した。

【００８４】次に光学系（集光部材）として、図５に示
すように、反射部材５０１、熱電変換素子５０２、冷却
部材５０３を用意した。

【００８５】（反射部材）反射部材５０１として、アル
ミニウム板（厚み３ｍｍ）を用意した。その受光面には
ＩＴＯ膜を蒸着した。

【００８６】（熱電変換素子）熱電変換素子５０２とし
て、ペルチェ素子（ＢｉＴｅ系）を用意した。

【００８７】（冷却部材）冷却部材５０３として、アル
ミニウム製ヒートシンクを用意した。

【００８８】以上の部材を以下の方法で組み立てた。

【００８９】ペルチェ素子の両面に熱伝導性接着剤を塗
布し、反射部材／ペルチェ素子／ヒートシンクの順で積
層し、熱風乾燥炉で６０℃１時間硬化した。

【００９０】以上の方法で光学系（集光部材）を得た。

【００９１】上記の集光部材及びレシーバーを追尾装置
に取り付け、太陽電池モジュールを組み立てた。集光倍
率は２５０倍とした。

【００９２】そして、得られた太陽電池モジュールを以
下の手法で評価した。

【００９３】（屋外曝露試験）上記太陽電池モジュール
を屋外に設置し、そこで光起電力素子の温度、太陽電池
モジュールの変換効率を測定した。

【００９４】以上の測定結果を予め２５℃の一定温度で
光起電力素子単体を測定できるシミュレーターを用いて
測定した結果と比較した。結果は、予め測定したシミュ
レーターの測定値に対する相対値として表１に示す。更
に反射部材５０１に設置した熱電変換素子５０２から得
られた電力を測定した。その結果を表１に示す。

【００９５】〔実施例２〕実施例１と同様にレシーバー
を作成した。実施例１における反射部材５０１を裏面に
アルミニウム、表面にＩＴＯ膜を蒸着したアクリル板
（裏面反射部材）に変更した以外は、実施例１と同様に
光学系（集光部材）を作成した。その評価結果を表１に
示す。

【００９６】〔実施例３〕実施例１におけるアルミニウ
ム製のヒートシンク４０４を使用しない以外は、実施例
１と同様にレシーバーを作成した。また、実施例１と同
様に光学系（集光部材）を作成した。その評価結果を表
１に示す。

【００９７】〔実施例４〕実施例１と同様にレシーバー
を作成した。実施例１における熱電変換素子をＢｉＴｅ
系からＰｂＴｅ系に変更した以外は、実施例１と同様に
光学系（集光部材）を作成した。その評価結果を表１に
示す。

【００９８】〔実施例５〕実施例１と同様にレシーバー
を作成し、続いて図８に示すような光学系とレシーバー
を一体化した部材を作成した。図８において、８０１は
フレネルレンズ、８０２は筐体、８０３はレシーバー、
８０４は二次光学系である。

【００９９】（フレネルレンズ）フレネルレンズ８０１
として、アクリル製フレネルレンズを用意した。

【０１００】（筐体）筐体８０２として、アルミニウム
板を用意し作成した。

【０１０１】（二次光学系）二次光学系８０４としてア
ルミニウム板を用意し、ＩＴＯ膜を蒸着した。続いて、
実施例１と同様にペルチェ素子を取り付けた。これらペ
ルチェ素子を固定したアルミニウム板を、レシーバーの
光起電力素子の周辺にフレネルレンズから光がより光起
電力素子に集まるように固定した。

【０１０２】以上のものを組み立て、光学系とレシーバ
ーを一体化した部材（図８）を作成した。また、この部
材を追尾装置に固定した。これらについて実施例１と同
様の測定・評価を行った。その評価結果を表１に示す。

【０１０３】〔比較例１〕実施例１と同様にレシーバー
を作成した。実施例１における反射部材５０１をアルミ
ニウム板から銀を蒸着したガラス（表面反射部材）に変
更し、熱電変換素子５０２を使用しない以外は、実施例
１と同様に光学系（集光部材）を作成した。その評価結
果を表１に示す。

【０１０４】

【表１】

【０１０５】表１において、実施例１と比較例１から、
比較例１のように赤外線吸収膜を有さない反射部材であ
ると、光起電力素子の温度が上昇し、その結果、変換効
率が低下していることが判る。

【０１０６】実施例２においては、赤外線吸収膜を有す
るものの、反射部材が裏面反射であるために、実施例１
に比べて有効に熱線が吸収できていない。しかし、それ
でも比較例１に比べ、光起電力素子の温度上昇は少ない
ことが判る。

【０１０７】実施例３は、光起電力素子の冷却部材であ
るヒートシンクを外しているため、光起電力素子の温度
は上昇しているが、比較例１に比べて、温度上昇は少な
いことが判る。なお、実施例３については、冷却部材で
あるヒートシンクをなくすことによるコストダウンの可
能性がある。

【０１０８】実施例４はペルチェ素子を変更したことに
より、ペルチェの熱電変換特性が温度変換の最適な部分
からずれているために熱電変換効率は低めとなる。しか
しながら、それでも光起電力素子の温度上昇は比較例１
よりも抑えられている。

【０１０９】実施例５は、二次光学系にペルチェ素子を
付けたものであるが、同様に光起電力素子の温度上昇は
抑えられていることがわかる。

【０１１０】以上、表１から明らかなように、太陽光線
を集光し光起電力素子に導く光学系有し、電力を得る太
陽電池モジュールにおいて、該光学系に熱線吸収手段を
設け、熱的に結合した熱電変換素子を備えることによ
り、光起電力素子の温度上昇を防ぐことが可能であり、
変換効率の低下を防ぐことが可能である。また、光起電
力素子の冷却部材を省略することが可能であり、コスト
ダウンにもつながる。さらに、熱エネルギーを電力とす
ることが可能となる。

【０１１１】反射部材が表面反射であることにより、反
射部材から光起電力素子に必要な光を効率よく反射でき
る。

【０１１２】また、反射部材が金属基材を用いたもので
あることにより、反射部材で吸収した熱エネルギーを速
やかに熱電変換素子に供給できる。

【０１１３】熱電変換素子がＢｉＴｅ系または、ＢｉＳ
ｂＴｅ系であることにより、使用環境に適した熱電変換
素子であるので、熱エネルギーの変換効率が向上する。

【０１１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の太陽電池
モジュールによれば、集光型の太陽電池モジュールにお
ける光学系に熱線吸収手段を設けると共に、熱的に結合
した熱電変換素子を備えることにより、光起電力素子の
温度上昇を防いで、該光起電力素子の変換効率の低下を
防ぐことができ、更に吸収された熱線を電力に変換し、
太陽電池モジュールの変換効率を上昇させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池モジュールにおける第１の例
として、反射鏡を用いた太陽電池モジュールを示す概略
図である。

【図２】本発明の第１の例の太陽電池モジュールにおけ
るレシーバーの積層構造を示す概略図である。

【図３】本発明の第１の例の太陽電池モジュールにおい
て、ディッシュ型光学系に熱電変換素子を配置した場合
の積層構造を示す拡大図である。

【図４】実施例１の太陽電池モジュールにおけるレシー
バーの積層構造を示す概略図である。

【図５】実施例１の太陽電池モジュールにおける光学系
の積層構造を示す拡大図である。

【図６】本発明の太陽電池モジュールにおける第２の例
として、フレネルレンズを用いた太陽電池モジュールを
示す概略図である。

【図７】本発明の第２の例の太陽電池モジュールにおい
て、光学系とレシーバーを一体化した部材を示す概略図
である。

【図８】実施例５において、光学系とレシーバーを一体
化した部材を示す概略図である。

【符号の説明】

１０１光学系１０２レシーバー１０３追尾装置２０１封止材２０２光起電力素子２０３基板２０４冷却部材２０５封止材外層２０６封止材内層３０１反射部材３０２熱電変換素子３０３冷却部材４０１封止材４０２光起電力素子４０３基板４０３冷却部材４０５封止材外層４０６封止材内層５０１反射部材５０２熱電変換素子５０３冷却部材６０１光学系とレシーバーとを一体化した部材６０２追尾装置７０１一次光学系７０２筐体７０３レシーバー７０４二次光学系８０１フレネルレンズ８０２筐体８０３レシーバー８０４二次光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽光線を集光し光起電力素子に導く光
学系を有する太陽電池モジュールにおいて、前記光学系に熱線吸収手段を設けると共に、熱的に結合
した熱電変換素子を備えることを特徴とする太陽電池モ
ジュール。
【請求項２】前記熱線吸収手段が反射部材であること
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】前記反射部材の反射が表面反射であるこ
とを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】前記反射部材が金属基材を用いたもので
あることを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電
池モジュール。
【請求項５】前記熱電変換素子が、ＢｉＴｅ系または
ＢｉＳｂＴｅ系であることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれかに記載の太陽電池モジュール。