JP2005166949A - 集光型太陽光発電装置の受光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多接合型の太陽電池セルを複数備え、且つ、その複数の太陽電池セルにより、集光された太陽光をすべて受光できる集光型太陽光発電装置の受光装置を提供する。
【解決手段】 集光装置により集光された太陽光を複数の太陽電池セル３４により受光する、集光型太陽光発電装置の受光装置１０において、複数の太陽電池セル３４上に、太陽電池セル３４側ほど断面積が小さくなるテーパ状のガラスプリズム２２をそれぞれ載置し、ガラスプリズム２２の底面２２ａを太陽電池セル３４の受光面よりも小さくしてその受光面に重ね、互いに隣接するガラスプリズム２２の入射面２２ａの辺同士を互いに密着させて、複数のガラスプリズム２２の入射面２２ｂにより光通路を塞ぐ。こうすると、集光された太陽光をすべて受光しつつ、ガラスプリズム２２の底面２２ａ間に配線可能な隙間ができるので、両面に電極を有する多接合型の太陽電池セル３４を使用することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は集光型太陽光発電装置に用いる受光装置に関し、特に、多数の太陽電池セルを備えている受光装置に関する。

集光型の太陽光発電装置は、太陽光を集光させて太陽電池セルに照射することから、太陽電池セルを小さく（または少なく）することができる。そのため、低コスト化が可能である。この集光型太陽光発電装置は、太陽光を集光する集光装置と、集光装置により集光された太陽光を受光する受光装置を備えている。集光装置は、反射鏡などにより太陽光を一点に集光する装置であり、受光装置は、太陽電池セルを備え、集光装置により集光された太陽光をその太陽電池セルにより受光して発電を行う装置である。この受光装置には、１つの受光装置内に複数の太陽電池セルが配列されているものが知られている。図６は、そのような集光型太陽光発電装置１００の一例を示す図である。図６に示す集光型太陽光発電装置１００では、集光装置１０２は、全体として皿状となるように配置された多数の凹面鏡１０４からなり、各凹面鏡１０４により反射された太陽光は、集光装置１０２の軸心上に配置された受光装置１０６に照射される。

この受光装置１０６は図６に示すように直方体状であり、集光された太陽光が入射する入射口の反対側に位置する底部に、図７に示すように、多数の太陽電池セル１０８がその辺同士を密着させられた状態で配置されている。このように、多数の太陽電池セル１０８が辺同士を密着させられた状態で配置されていると、集光された太陽光は、すべて、いずれかの太陽電池セルにより受光されるので、太陽光を有効に利用することができる。

しかし、隣接する太陽電池セルの辺同士を密着させる場合、受光面の反対側となる裏面に＋電極および−電極が形成された、所謂バックコンタクト型太陽電池セルしか用いることができず、バックコンタクト型の太陽電池セルは多層構造にできないため、太陽電池セル自体の性能が高くない。

一方、吸収波長帯が異なる複数種類のｐｎ接合が積層された多接合型の太陽電池セルは、発電効率は高いが、一方の電極が受光面（表面）に形成され、他方の電極が裏面に形成されているので、互いに隣接する太陽電池セルの表面と裏面とをリード線により連結しなければならない。そのため、多接合型の太陽電池セルを用いる場合には、太陽電池セルと太陽電池セルとの間に、配線用の隙間を設ける必要がある。その隙間に集光された太陽光の一部が照射されると、その太陽光は発電に全く寄与できないことから、装置全体としては高い発電効率が得られない。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、多接合型の太陽電池セルを複数備え、且つ、その複数の太陽電池セルにより、集光された太陽光をすべて受光できる集光型太陽光発電装置の受光装置を提供することにある。

かかる目的を達成するための第１発明は、(a)集光型太陽光発電装置に備えられ、集光装置により集光された太陽光を底部に備えられた複数の太陽電池セルにより受光する、集光型太陽光発電装置の受光装置であって、(b)前記複数の太陽電池セルは、吸収波長帯が異なる複数種類のｐｎ接合が積層された多接合型であり、その複数の太陽電池セル間が所定の間隔を有するように配置され、(c)前記複数の太陽電池セル上に、その太陽電池セルに平行な断面形状が角形であり、その太陽電池セル側ほど断面積が小さくなるテーパ状の集光部材がそれぞれ載置され、(d)その集光部材の前記太陽電池セル側の面は、前記太陽電池セルの受光面よりも小さくされてその受光面に重ねられ、(e)互いに隣接する該集光部材の入射面は辺同士が互いに密着させられており、複数の集光部材の入射面により前記受光装置の光通路が塞がれていることを特徴とする。

また、第２発明は、第１発明の集光型太陽光発電装置の受光装置において、前記集光装置により集光された太陽光の強度を均一化して前記複数の集光部材の入射面に等強度の光を入射させる光均一化部材が設けられていることを特徴とする。

また、第３発明は、第１発明または第２発明の集光型太陽光発電装置の受光装置において、前記複数の太陽電池セルの受光面は矩形であって、各太陽電池セルには、その受光面の１つの辺に上側リード電極が接合され、裏面に、その上側リード電極と直交する方向に下側リード電極が接合されており、１つの太陽電池セルに接合された上側リード電極と、隣接する他の太陽電池セルに接合された下側リード電極とが接合されていることを特徴とする。

第１発明によれば、複数の集光部材の入射面により受光装置の光通路が塞がれているので、受光装置に入射された太陽光は、すべて複数の集光部材の入射面のいずれかに入射し、また、集光部材は入射面とは反対側の底面の面積が太陽電池セルの受光面よりも小さくされて、その底面が太陽電池セルの受光面に重ねられているので、受光装置に入射された太陽光は複数の太陽電池セルのいずれかによりすべて受光される。また、集光部材はテーパ状とされているので、互いに隣接する集光部材の底面間には隙間が生じている。そのため、本発明のように、高効率の多接合型の太陽電池セルを使用することができる。

第２発明では、光均一化部材により、集光装置によって集光された太陽光の強度が均一化されて複数の集光部材の入射面に等強度の太陽光が入射されるので、発電効率が向上する。

第３発明によれば、上側リード電極が太陽電池セルの１つの辺にのみ接合されているため、１対の上側リード電極が互いに平行な１対の辺にそれぞれ接合されており、その１対の上側リード電極間が渡し電極により電気的に結合されている場合に比較して、太陽電池セルに対する上側リード電極の面積が小さくなる。従って、太陽電池セル間の隙間が小さくても、容易に配線を行うことができる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が適用された太陽光発電装置の受光装置１０の概略断面図であり、図２は受光装置１０内に収容される部品を示す斜視図である。図１、２に示すように、受光装置１０は、一方向に開口する直方体状のハウジング１２内に、底面側から順に、基台１４、放熱板１６、樹脂シート１８、電極付き太陽電池セル２０（図２には図示せず）、集光部材として機能するガラスプリズム２２、光均一化部材すなわちホモジナイザーとして機能するガラス柱２４を備えている。この受光装置１０は、前述の受光装置１０６に代えて集光型太陽光発電装置１００に使用できるものであり、集光装置１０２により集光された太陽光が入射される。

基台１４は熱伝導率の高い材質、たとえばアルミニウムなどの金属製であり、その側面に冷却水が供給される供給口２６および冷却水が排出される排出口２８が形成されており、図示しない内部に冷却水流通路が形成されている。また、基台１４の上面には、基台１４に放熱板１６を固定するための図示しないねじが挿入されるねじ穴３０が複数形成されている。

放熱板１６も熱伝導率の高い材質、たとえばアルミニウムなどの金属製であり、四隅に図示しないねじが挿し通される貫通穴３２が形成されている。絶縁シート１８は、放熱板１６と電極付き太陽電池セル２０との間を絶縁するとともに、電極付き太陽電池セル２０を放熱板１６に接着する接着層としても機能する。本実施例では、エポキシ樹脂に熱伝導性充填剤としてアルミナ粉末が分散させられたものが用いられ、放熱板１６の上面に接着させられている。なお、エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂を用いることもできる。また、熱伝導性充填剤としては、他に、カーボン、ガラス繊維、金属粉などを用いることができ、また、熱伝導性充填剤が含まれていなくてもよい。

ガラスプリズム２２は、本実施例では４×４に配列されており、合計１６個の同一形状のガラスプリズム２２が備えられている。ガラスプリズム２２は、太陽電池セル３４に平行な断面における断面形状が正方形であり、底面２２ａ側ほど断面積が小さくなるテーパ状とされている。この底面２２ａは太陽電池セル３４の受光面３４ａの面積よりも小さくされており、底面２２ａは太陽電池セル３４からはみ出ないように太陽電池セル３４上に載置される。一方、ガラスプリズム２２の上面すなわち太陽光が入射する入射面２２ｂは、隣接するガラスプリズム２２の入射面２２ｂと互いの辺同士が密着させられており、これら複数の入射面２２ｂにより、光通路であるハウジング１２内部が太陽電池セル３４に平行な方向に塞がれている。

ガラス柱２４は、上面２４ａおよび下面２４ｂがハウジング１２の開口１２ａとほぼ同じ形状とされた四角柱であり、その下面２４ｂがガラスプリズム２２の入射面２２ｂ上に載置される。

図３は太陽電池セル３４の受光面３４ａを示す平面図である。図３に示すように、本実施例の太陽電池セル３４の受光面３４ａには、１辺の長さが太陽電池セル３４の短辺よりもやや短い長さとされた正方形状の枠電極３６が形成されるとともに、その枠電極３６により囲まれる内部に、多数の鉤電極３８が形成されている。上記多数の鉤電極３８は、いずれも、枠電極３８の対角線上に交点を有する２本の電極から構成されている。この２本の電極は、枠電極３６のいずれか一方の辺と平行とされ、上記交点とは反対側の端点において、枠電極３６と接している。また、それら多数の鉤電極３８は、枠電極３６の四隅から離隔するほど１辺の長さが長くなっている。また、太陽電池セル３４の受光面３４ａには、長手方向の一方の端に、図４に示す上側リード電極４４が載置される載置部４２が形成されている。

図４は電極付き太陽電池セル２０の斜視図である。この電極付き太陽電池セル２０は、ガラスプリズム２２と同数備えられている。図４に示すように電極付き太陽電池セル２０は、太陽電池セル３４と、その太陽電池セル３４の受光面３４ａの接合部４２に半田付け接合された上側リード電極４４と、太陽電池セル３４の下面（固着面）の全面に半田付け接合された下側リード電極４６と、その下側リード電極４６の裏面（すなわち太陽電池セル３４側とは反対側の面）に半田付け接合された裏打板４８とから構成される。

太陽電池セル３４は矩形板状であり、厚さは、たとえば０．１５〜０．１７ｍｍ程度である。また、この太陽電池セル３４は、吸収波長帯が異なる複数種類のｐｎ接合が積層された多接合型（たとえばｐｎ接合が３層積層された３接合型）が用いられ、前述のように、受光面３４ａに枠電極３６および鉤電極３８が形成され、また、図示しない裏面にも電極が形成されている。

上側リード電極４４は、表面に半田メッキが施された銅板製であり、太陽電池セル３４の短辺方向の長さが、その太陽電池セル３４の短辺と略等しい長さとされ、厚みは、たとえば、０．１ｍｍ程度とされる。この上側リード電極４４は、枠電極３６の前記接合部４２側の辺と平行とされた端部が、その枠電極３６の接合部４２側の辺の全部と接するように位置させられている。

下側リード電極４６も表面に半田メッキが施された銅板製であり、その幅方向長さが太陽電池セル３４の上側リード電極４４と接合していない側の辺と略等しい長さとされ、厚みが０．１ｍｍ程度とされている。また、長手方向には、裏打板４８から両方向にはみ出している。

裏打板４８は、太陽電池セル３４と同程度の熱膨張率を有する矩形板状体であり、たとえば、厚さ０．３ｍｍ、４２ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金であり、表面にＳｎメッキが施されている。また、裏打板４８は、下側リード電極４６の幅方向における長さが下側リード電極４６および太陽電池セル３４のその方向における長さと等しくされ、その方向における両縁が下側リード電極４６および太陽電池セル３４の両縁と重なる位置に配置されている。一方、下側リード電極４６の長手方向は、太陽電池セル３４から両方向にはみ出している。この裏打板４８は、互いの熱膨張率が１桁程度異なる太陽電池セル３４とリード電極４４、４６とを接合する際に、半田付け後、常温へ低下する過程で接合部に大きな剪断応力が発生しないようにするためのものである。下側リード電極４６の下面に裏打板４８を接合すると、太陽電池セル３４に下側リード電極４６を半田付け接合した後、常温へ低下する過程でその接合部に生じる変形の方向と、太陽電池セル３４に上側リード電極４４を半田付け接合した後、常温へ低下する過程でその接合部に生じる変形の方向とが同方向となるので、太陽電池セル３４とリード電極４４、４６との接合部付近に生じる剪断応力が緩和される。従って、太陽電池セル３４が割れることが防止される。

図５は、複数の電極付き太陽電池セル２０が絶縁シート１８を介して放熱板１６に固着された状態を示す平面図である。なお、これら電極付き太陽電池セル２０は、絶縁シート１８のマトリックス成分であるエポキシ樹脂を軟化させた状態で電極付き太陽電池セル２０を絶縁シート１８へ押し付けることにより、絶縁シート１８に固着される。

図５に示すように、複数の電極付き太陽電池セル２０は、互いに隣接する電極付き太陽電池セル２０の上側リード電極４４の端部と下側リード電極４６の端部とが接するように、電流路の上流側から下流側に向かうに従って、順次、９０度ずつ回転させられて配置され、その互いに接する上側リード電極４４の端部と下側リード電極４６の端部とが半田付けされている。従って、１つの放熱板１６上に固着された複数（図５では８個）の太陽電池セル３４は、直列に接続されている。そして、ＡおよびＢで示す電流路の上流側端部および下流側端部となる下側リード電極４６および上側リード電極４４には、図示しない電力取り出し用リード線が接合される。なお、本実施例の受光装置１０は、放熱板１６を２枚有しており、他方の放熱板１６にも同様に８個の太陽電池セル３４が直列に接続されるが、一方の放熱板１６上の太陽電池セル３４と他方の放熱板１６上の太陽電池セル３４との間の接続は、直列および並列のいずれでもよく、要求される性能により決定される。

このように構成された受光装置１０に、集光装置により集光された太陽光が入射されると、図１に矢印で示すように、太陽光は、その一部がガラス柱２４の側面にて全反射をしつつガラスプリズム２２の入射面２２ｂに入射されるので、複数の入射面２２ｂには、略均一な強度の太陽光が入射される。そして、ガラスプリズム２２に入射した太陽光はガラスプリズム２２の側面でも全反射をしつつ、ガラスプリズム２２のテーパによって集光されて太陽電池セル３４の受光面３４ａに照射される。

以上説明したように、本実施例によれば、複数のガラスプリズム２２の入射面２２ｂにより受光装置１０の光通路が塞がれているので、受光装置１０に入射された太陽光は、すべて複数のガラスプリズム２２の入射面２２ｂのいずれかに入射し、また、ガラスプリズム２２は入射面２２ｂとは反対側の底面２２ａの面積が太陽電池セル３４の受光面３４ａよりも小さくされて、その底面２２ａが太陽電池セル３４の受光面３４ａに重ねられているので、受光装置１０に入射された太陽光は複数の太陽電池セル３４のいずれかによりすべて受光される。また、ガラスプリズム２２はテーパ状とされているので、互いに隣接するガラスプリズム２２の底面２２ａ間には隙間が生じている。そのため、本発明のように、高効率の多接合型の太陽電池セル３４を使用することができる。

また、本実施例によれば、ガラス柱２４により、集光装置によって集光された太陽光の強度が均一化されて複数のガラスプリズム２２の入射面２２ｂに等強度の太陽光が入射されるので、発電効率が向上する。

また、本実施例によれば、上側リード電極４４が太陽電池セル３４の１つの辺にのみ接合されているため、１対の上側リード電極が互いに平行な１対の辺にそれぞれ接合されており、その１対の上側リード電極間が渡し電極により電気的に結合されている場合に比較して、太陽電池セル３４に対する上側リード電極の面積が小さくなる。従って、太陽電池セル３４間の隙間が小さくても、容易に配線を行うことができる。

また、本実施例によれば、太陽電池セル３４の裏面は、下側リード電極４４、裏打板４８、絶縁シート１８を介して放熱板１６に密着させられているので、冷却効率もよい。

以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施できる。

例えば、前述の実施例では、ガラス柱２４すなわち柱状部材が光均一化部材として機能していたが、光均一化部材は入射側ほど断面積が大きくなるテーパ形状であってもよい。ただし、テーパ形状とされる場合には、テーパの傾斜は、入射された太陽光の進行方向が壁面での反射を繰り返すことにより入射側に向かわない程度の緩やかな傾斜に設定される。また、ガラスに代えて、内面が鏡面とされた金属筒が用いられてもよい。また、ガラスプリズム２２に代えて、内面が鏡面とされたテーパ形状の金属筒が用いられてもよい。

また、前述の実施例では、太陽電池セル３４は水冷されていたが、空冷でもよい。

また、前述の実施例では、ガラスプリズム２２は、断面形状が正方形であったが、断面形状が正方形以外の矩形や四角以外の角形（たとえば三角形など）とされてもよい。

その他、一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。

本発明が適用された太陽光発電装置の受光装置の概略断面図である。 受光装置内に収容される部品を示す斜視図である。 図１の太陽電池セルの受光面を示す平面図である。 図１の電極付き太陽電池セルの斜視図である。 複数の電極付き太陽電池セルが絶縁シートを介して放熱板に固着された状態を示す平面図である。 従来の集光型太陽光発電装置の一例を示す図である。 図６の集光型太陽光発電装置の受光装置に備えられている太陽電池セルの配列状態を示す図である。

符号の説明

１０：受光装置
２２：ガラスプリズム（集光部材）
２２ａ：（ガラスプリズムの）底面
２２ｂ：（ガラスプリズムの）入射面
２４：ガラス柱（光均一化部材）
３４：太陽電池セル
３４ａ：（太陽電池セルの）受光面
４４：上側リード電極
４６：下側リード電極

Claims (3)

1. 集光型太陽光発電装置に備えられ、集光装置により集光された太陽光を底部に備えられた複数の太陽電池セルにより受光する、集光型太陽光発電装置の受光装置であって、
   前記複数の太陽電池セルは、吸収波長帯が異なる複数種類のｐｎ接合が積層された多接合型であり、該複数の太陽電池セル間が所定の間隔を有するように配置され、
   前記複数の太陽電池セル上に、該太陽電池セルに平行な断面形状が角形であり、該太陽電池セル側ほど断面積が小さくなるテーパ状の集光部材がそれぞれ載置され、
   該集光部材の前記太陽電池セル側の面は、前記太陽電池セルの受光面よりも小さくされて該受光面に重ねられ、
   互いに隣接する該集光部材の入射面は辺同士が互いに密着させられており、複数の集光部材の入射面により前記受光装置の光通路が塞がれていることを特徴とする集光型太陽光発電装置の受光装置。
2. 前記集光装置により集光された太陽光の強度を均一化して前記複数の集光部材の入射面に等強度の光を入射させる光均一化部材が設けられていることを特徴とする請求項１の集光型太陽光発電装置の受光装置。
3. 前記複数の太陽電池セルの受光面は矩形であって、各太陽電池セルには、該受光面の１つの辺に上側リード電極が接合され、裏面に、該上側リード電極と直交する方向に下側リード電極が接合されており、
   １つの太陽電池セルに接合された上側リード電極と、隣接する他の太陽電池セルに接合された下側リード電極とが接合されていることを特徴とする請求項１または２の集光型太陽光発電装置の受光装置。

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