JP2005317756A - 太陽電池パネル - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの冷却効率の向上による出力電圧向上を図ることができ、さらには太陽電池モジュールの取り替え作業を容易に行うことができる太陽電池パネルを提供すること。
【解決手段】太陽電池の受光面を常に太陽の方向へ向けて発電を行う追尾型太陽光発電装置に用いられる太陽電池パネルであって、複数の太陽電池モジュールと、これらの太陽電池モジュールを搭載する支持板と、支持板が太陽を追尾するように支持板を回動させるための回転軸とを備え、支持板は熱伝導性を有する材料からなり、各太陽電池モジュールは受光面と対向する裏面が支持板の表面と面接触していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、太陽電池パネルに関し、詳しくは、太陽追尾機能を有する太陽光発電装置に用いられる太陽電池パネルに関する。

太陽電池パネルの受光面を常に太陽の方向に向けて発電を行う太陽追尾機能を有する太陽光発電装置（以下、この明細書において、「追尾型太陽光発電装置」と称する）が知られている。
このような追尾型太陽光発電装置としては、例えば、図７および図８に示されるような構造のものが知られている。図７は従来の追尾型太陽光発電装置の概略的な構成を示す斜視図、図８は図７に示される追尾型太陽光発電装置において太陽電池パネルが裏返った状態を示す斜視図である。

図７に示されるように、従来の追尾型太陽光発電装置１００は、回転軸１０４を有する太陽電池パネル１０１と、回転軸１０４を支持する支持台１０７とから主に構成されている。回転軸１０４は支持台１０７のベアリング１０８を介して支持され、モーター１０９によって駆動されるように構成されている。
また、図８に示されるように、太陽電池パネル１０１は複数の太陽電池モジュール１０２と、これら太陽電池モジュール１０２を固定する金属製のフレーム１１０とから構成されている。フレーム１１０に固定された各太陽電池モジュール１０２は、その裏面側が開放され、熱が滞留しないように配慮されている。

ところで、太陽電池は太陽光の日射が強くなるに従い出力電力は増大するが、太陽電池自体の温度が上昇し、その温度上昇により出力電圧が低下するという性質がある。特に、追尾型太陽光発電装置の場合、太陽電池パネルが常に太陽の方向に向けられるため、一般的な固定式と比較して照射される太陽光のエネルギー密度が高くなり、太陽電池の温度上昇による出力損失の影響が大きくなる。
そこで、温度上昇対策として、太陽電池モジュールの裏面に放熱フィンを取り付け、さらにモジュール枠側面に穴を設けることにより空冷効率を向上させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−８３００３号公報

上述のように、従来の追尾型太陽光発電装置に用いられる太陽電池パネルは、太陽電池モジュールの裏面側が開放された状態であり、太陽電池モジュール裏面に放熱フィンを取り付けるだけでも空冷による冷却効率は向上すると考えられるが、放熱効率をさらに向上させるためには、より大きな放熱フィンを取り付ける必要がある。さらに、このような方法では、太陽電池モジュール毎に放熱フィンを取り付ける必要があり、取り付け作業が煩雑になる。また、太陽電池モジュールの故障等による交換時には新たな放熱フィンを取り付けるか古い太陽電池モジュールからの付け替えが必要になり、太陽電池モジュールの交換作業が煩雑になるという問題がある。

この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、追尾型太陽光発電装置に用いられたときに太陽電池モジュールの冷却効率の向上による出力電圧向上を図ることができ、さらには太陽電池モジュールの取り替え作業を容易に行うことができる太陽電池パネルを提供するものである。

この発明は、太陽電池の受光面を常に太陽の方向へ向けて発電を行う追尾型太陽光発電装置に用いられる太陽電池パネルであって、複数の太陽電池モジュールと、これらの太陽電池モジュールを搭載する支持板と、支持板が太陽を追尾するように支持板を回動させるための回転軸とを備え、支持板は熱伝導性を有する材料からなり、各太陽電池モジュールは受光面と対向する裏面が支持板の表面と面接触していることを特徴とする太陽電池パネルを提供するものである。

この発明によれば、複数の太陽電池モジュールを支持する支持板が熱伝導性を有する材料からなり、各太陽電池モジュールはその裏面が支持板に面接触しているので、各太陽電池モジュールが太陽光によって熱せられたときに、各太陽電池モジュールの熱を支持板を介して放熱できる。この結果、各太陽電池モジュールの温度上昇が抑えられ、出力電圧の向上が図られる。
さらには、支持板が、太陽電池モジュールを支える役割と、各太陽電池モジュールの放熱を促進させる役割を兼ねるので、太陽電池モジュールの交換時に放熱用の部材を別途取り付ける必要がなくなり、交換作業が容易になる。

この発明は、太陽電池の受光面を常に太陽の方向へ向けて発電を行う追尾型太陽光発電装置に用いられる太陽電池パネルであって、複数の太陽電池モジュールと、これらの太陽電池モジュールを搭載する支持板と、支持板が太陽を追尾するように支持板を回動させるための回転軸とを備え、支持板は熱伝導性を有する材料からなり、各太陽電池モジュールは受光面と対向する裏面が支持板の表面と面接触していることを特徴とする。

この発明において、追尾型太陽光発電装置とは、太陽電池の受光面を常に太陽の方向に向ける太陽追尾機能を有する太陽光発電装置を意味する。
この発明において太陽電池パネルとは、複数の太陽電池モジュールが１つの支持板上に搭載されたものを意味する。
この発明において太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルが電気的に接続されるか、或いは、単一の太陽電池セルからなり、１つの発電単位をなすものを意味する。
この発明において、各太陽電池モジュールは受光面と対向する裏面が支持板の表面と面接触するが、ここで「面接触」とは、太陽電池モジュールの裏面の少なくとも一部の領域が支持板の表面に面状に接触している状態を意味し、必ずしも裏面の全面が支持板の表面に面接触している必要はない。

この発明による太陽電池パネルは、各太陽電池モジュールの裏面と支持板の表面との間に配される熱伝導性のシーリング材をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、各太陽電池モジュールの裏面と支持板の表面が隙間なく密着するようになることから、各太陽電池モジュールと支持板との間の熱伝導性が向上し、各太陽電池モジュールの放熱性がより一層向上する。

この発明による太陽電池パネルにおいて、支持板はその裏面に表面積を増大させる凹凸が形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、支持板の裏面側の表面積が大きくなることから、支持板の放熱性が向上し、この結果、各太陽電池モジュールの放熱性がより一層向上する。

この発明による太陽電池パネルにおいて、支持板の表面は太陽電池モジュールを搭載する搭載領域と、太陽電池モジュールを搭載しない非搭載領域に規定され、支持板は非搭載領域に表面積を増大させる凹凸が形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、支持板の表面側の表面積が大きくなることから、結果として太陽電池モジュールの放熱性がより一層向上する。

また、非搭載領域に凹凸が形成される上記構成において、支持板の非搭載領域に形成された凹凸は、複数の直線状の溝によって構成され、各溝はその長手方向が回転軸と平行となるように配されると共に断面形状が矩形であることが好ましい。
このような構成によれば、追尾型太陽光発電装置の太陽電池パネルとして用いられた場合に、支持板の表面に入射する太陽光は常に垂直入射となり、凹凸が形成された領域における多重反射が抑えられることから支持板の反射率が高められる。この結果、支持板の温度上昇を抑えることができ、太陽電池モジュールの放熱性がより一層向上する。

この発明による太陽電池パネルにおいて、支持板はその表面が太陽電池モジュールを搭載する搭載領域と、太陽電池モジュールを搭載しない非搭載領域に規定され、支持板は非搭載領域上に遮光板が設けられ、支持板の表面と遮光板との間に通気可能な隙間が形成されることが好ましい。
このような構成によれば、遮光板によって支持板の非搭載領域を太陽光から遮ることができ、さらに、支持板の表面と遮光板との間に形成される通気可能な隙間によって遮光板から支持板への熱伝達を抑制することができる。この結果、支持板の温度上昇を効果的に抑えることができ、各太陽電池モジュールの放熱性がより一層向上する。

また、非搭載領域上に遮光板が設けられる上記構成において、遮光板は太陽に向けられる表面が鏡面加工されていることが好ましい。
このような構成によれば、遮光板の反射率が向上することにより遮光板の温度上昇を抑えることができる。この結果、支持板の温度上昇を効果的に抑えることができ、各太陽電池の放熱性がより一層向上する。

また、非搭載領域上に遮光板が設けられる上記構成において、遮光板は支持板の非搭載領域と対向する裏面側に断熱材を有することが好ましい。
このような構成によれば、支持板の表面と遮光板との間に形成される通気可能な隙間の温度上昇を抑えることができる。この結果、支持板の温度上昇をより効果的に抑えることができ、各太陽電池の放熱性がより一層向上する。

以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。

実施例１
この発明の実施例１による追尾型太陽光発電装置について、図１および図２に基づいて説明する。図１は実施例１による追尾型太陽光発電装置の概略的な構成を示す斜視図、図２は図１に示される追尾型太陽光発電装置のＡ−Ａ'部分拡大断面図である。

図１および図２に示されるように、実施例１による追尾型太陽光発電装置１０に用いられている太陽電池パネル１１は、４つの太陽電池モジュール１２と、これらの太陽電池モジュール１２を搭載する支持板１３と、支持板１３が太陽を追尾するように支持板１３を回動させるための回転軸１４とを備えている。支持板１３は熱伝導性を有する材料からなり、各太陽電池モジュール１２は受光面と対向する裏面が支持板１３の表面と面接触している。

各太陽電池モジュール１２は、モジュール固定用金具１５とボルト１６で支持板１３に固定され、支持板１３は回転軸１４に固定されている。
回転軸１４は、支持台１７上にベアリング１８を介して支持され、モーター１９によって駆動される。支持板１３は仰角３０度に設定され、回転軸１４によって１軸駆動されることにより太陽を追尾する。この実施例では支持板１３の形状を円形として意匠性を高めているが、もちろん他の形状であってもよい。

図２に示されるように、各太陽電池モジュール１２は、多結晶シリコンからなる太陽電池セル２０を直列接続した出力４０Ｗタイプのものである。太陽電池モジュール１２は、従来と同様に、表面ガラス２１と裏面フィルム２２の間に配された太陽電池セル２０をＥＶＡ２３で封止し、さらに周囲をアルミニウム枠２４で囲った構造を有する。アルミニウム枠２４は通常の住宅用太陽電池モジュールと異なり、太陽電池モジュール１２の裏面側への突出高さが５ｍｍとされている。太陽電池モジュール１２の出力は、裏面の端子ボックス２５を通じて配線ケーブル２６により取り出される。

支持板１３は、太陽電池モジュール１２の裏面に突出したアルミニウム枠２４と端子ボックス２５を逃がすため、アルミニウム枠２４については幅２０ｍｍ、深さ６ｍｍの溝２７が形成され、端子ボックス２５については端子ボックス２５の最大幅５０ｍｍより５ｍｍ大きな直径を有する穴２８が形成されている。
これにより、太陽電池モジュール１２の裏面フィルム２２と支持板１３とが密着可能になり、太陽電池モジュール１２から支持板１３への熱伝導効率が向上する。なお、太陽電池モジュール１２の出力を取り出す配線ケーブル２６は、支持板１３の穴２８を介して端子ボックス２５に接続される。

太陽電池モジュール１２の裏面と支持板１３の表面との間には熱伝導性材料であるシリコングリース２９が介在し、太陽電池モジュール１２の裏面フィルム２２と支持板１３との密着性をさらに向上させている。熱伝導性材料としては、シリコンの他にもグラファイトや金属などを主成分とするものを用いることができ、これらの材料を混合したものであってもよいが、その性状としては、裏面フィルム２２と支持板１３の表面との間の微細な隙間を埋めるという観点から柔軟性や流動性に優れたものが好ましい。このため、粒子状熱伝導性材料を主成分とするペースト状のものが好適である。

太陽電池モジュール１２の出力を取り出す配線ケーブル２６は、絶縁防水被覆された銅ケーブルからなり、各々が２ｍｍ²の断面積を有する。
支持板１３は熱伝導性や機械的強度を考慮し、厚さ１０ｍｍのアルミニウム板で構成しているが、熱伝導性と機械的強度を満たすものであれば、他の材質やサイズでもよい。例えば、ステンレス、鉄等の金属板であってもよく、支持板１３の面積が大きいために強度が不足する場合には、鉄、アルミニウム、ステンレス等からなる棒状の補強材によって支持板１３の裏面側に補強が加えられてもよい。

支持板１３の裏面には、３ｍｍの最大高低差を有する凹凸３０が形成される。凹凸３０が形成されることにより、支持板１３の裏面側における表面積が増大し、支持板１３の放熱効率が向上するため、結果として太陽電池モジュール１２の温度上昇を抑えることができる。支持板１３の裏面に形成される凹凸３０の断面形状は、多角形、円弧またはそれらを組合せたものであり、ライン状、ドット状のいずれでもよい。
一方、支持板１３の表面には、太陽電池モジュール１２の搭載領域を除く領域、すなわち非搭載領域に複数の直線状の溝からなる凹凸３１が形成され、非搭載領域における表面積が増大している。この凹凸３１を構成する各溝は３ｍｍの深さを有し、その長手方向が回転軸１４（図１参照）と平行となるように延びている。さらに、支持板１３の表面側は鏡面加工され、反射率が高められている。

支持板１３の表面側に形成される凹凸３１を上記のような構成とすることにより、支持板１３に入射する太陽光は凹凸３１の形成領域においても常に垂直入射するようになり、凹凸３１の形成領域における多重反射が防止される。さらに、鏡面加工によって高い反射率で反射されることから支持板１３の温度上昇は最低限に抑えられ、結果として太陽電池モジュール１２の温度上昇を抑えることができる。

実施例２
この発明の実施例２による追尾型太陽光発電装置について図３および図４に基づいて説明する。図３は、この発明の実施例２による追尾型太陽光発電装置の概略的な構成を示す斜視図、図４は図３に示される追尾型太陽光発電装置のＢ−Ｂ'部分拡大断面図である。

図３および図４に示されるように、実施例２による追尾型太陽光発電装置４０に用いられる太陽電池パネル４１は、支持板４３の非搭載領域上に遮光板４２が設けられている。 遮光板４２は、厚さ３ｍｍのステンレス板からなり、太陽光を受ける表面側が鏡面加工され、反射率が高められている。遮光板４２は支持板４３の非搭載領域上に円筒形のスペーサ４４を介してボルト１６によって固定されることにより、支持板４３の表面と遮光板４２の裏面との間に通気可能な空間４５を形成している。

遮光板４２を設けることにより、支持板４３の非搭載領域に太陽光が照射されなくなり、支持板４３の温度上昇が抑えられる。また、遮光板４２の表面が鏡面加工されることにより遮光板４２自体の温度上昇も抑えられ、さらに、支持板４３の表面と遮光板４２の裏面との間に形成される通気可能な空間４５によって、遮光板４２から支持板４３への熱伝達も抑えられる。これらの結果、支持板４３の温度上昇が抑えられ放熱効率が向上することから、結果として太陽電池モジュール１２の温度上昇が抑えられる。

遮光板４２はステンレス板以外で構成されてもよく、例えば、高反射率のアルミニウム板や銀板なども用いることができる。
一方、支持板４３の表面の非搭載領域および裏面に形成される凹凸３１は、いずれも複数の直線状の溝から構成され、各溝は、深さが３ｍｍでその長手方向が回転軸と平行となるように延びている。その他の構成は上述の実施例１と同様である。

実施例３
この発明の実施例３による追尾型太陽光発電装置について図５に基づいて説明する。図５は、実施例３による追尾型太陽光発電装置において実施例２のＢ−Ｂ’部分拡大図に相当する図である。

図５に示されるように、実施例３による追尾型太陽光発電装置（図示せず）に用いられる太陽電池パネル５１は、遮光板４２の裏面側に発泡スチロールからなる断熱材５２が設けられている。断熱材５２を設けることにより、支持板４３と遮光板４２との間の通気可能な空間４５の温度上昇が抑えられ、遮光板４２から支持板４３への熱伝達がより効果的に抑えられる。この結果、支持板４３の温度上昇が抑えられて放熱効率が向上し、太陽電池モジュール１２の温度上昇が抑えられる。
断熱材５２は、発泡スチロール以外のもので構成されてもよく、例えば、グラスウール、ウレタン、ポリスチレンフォームなどを用いることもできる。その他の構成は上述の実施例２と同様である。

実施例３による追尾型太陽光発電装置では、日射強度９００Ｗ／ｍ²の条件において、特に放熱構造を備えない一般的な太陽電池モジュール（図示せず）の温度が６３℃まで上昇するのに対して、太陽電池モジュール１２の温度を４８℃に抑えることができる。太陽電池出力の温度係数は−０．５％／℃であることから、放熱構造を備えない一般的な太陽電池モジュールに対して７．５％の出力向上が得られることになる。

実施例４
この発明の実施例４による追尾型太陽光発電装置について図６に基づいて説明する。図６は実施例４による追尾型太陽光発電装置において実施例２のＢ−Ｂ’部分拡大断面図に相当する図である。

図６に示されるように、実施例４による追尾型太陽光発電装置（図示せず）に用いられる太陽電池パネル６１は、遮光板４２が太陽電池モジュール１２側へ５度傾けて取り付けられている。これにより、遮光板４２に入射した散乱光は太陽電池モジュール１２へ導かれ、遮光による支持板４３の放熱効率の向上のみならず、太陽電池モジュール１２への集光効率の向上による出力向上が得られる。なお、このような構成において、遮光板４２は表面の反射率が高いほど出力向上の効果が大きくなる。その他の構成は上述の実施例３と同様である。

実施例２〜４では、遮光板による支持板の温度上昇の抑制効果とそれに伴う太陽電池モジュールの温度上昇の抑制効果について主に説明したが、遮光板４２の表面に色彩や模様を施すことにより太陽電池パネルの意匠性を高めることもできる。この場合、遮光板の表面における反射率の低下とそれに伴う遮光板の温度上昇が懸念されるが、遮光板自体を断熱性の材料で構成するか、或いは、実施例３および実施例４のように遮光板の裏側に断熱材を設けることにより支持板の温度上昇抑制効果は維持される。

実施例１による追尾型太陽光発電装置の概略的な構成を示す斜視図である。 図１に示される追尾型太陽光発電装置のＡ−Ａ'部分拡大断面図である。 実施例２による追尾型太陽光発電装置の概略的な構成を示す斜視図である。 図３に示される追尾型太陽光発電装置のＢ−Ｂ'部分拡大断面図である。 実施例３による追尾型太陽光発電装置において実施例２のＢ−Ｂ'部分拡大図に相当する図である。 実施例４による追尾型太陽光発電装置において実施例２のＢ−Ｂ'部分拡大断面図に相当する図である。 従来の追尾型太陽光発電装置の概略的な構成を示す斜視図である。 図７に示される追尾型太陽光発電装置において太陽電池パネルが裏返った状態を示す斜視図である。

符号の説明

１０，４０・・・追尾型太陽光発電装置
１１，４１，５１，６１・・・太陽電池パネル
１２・・・太陽電池モジュール
１３，４３・・・支持板
１４・・・回転軸
１５・・・モジュール固定用金具
１６・・・ボルト
１７・・・支持台
１８・・・ベアリング
１９・・・モーター
２０・・・太陽電池セル
２１・・・表面ガラス
２２・・・裏面フィルム
２３・・・ＥＶＡ
２４・・・アルミニウム枠
２５・・・端子ボックス
２６・・・配線ケーブル
２７・・・溝
２８・・・穴
２９・・・シリコングリース
３０，３１・・・凹凸
４２・・・遮光板
４４・・・スペーサ
４５・・・空間

Claims (8)

1. 太陽電池の受光面を常に太陽の方向へ向けて発電を行う追尾型太陽光発電装置に用いられる太陽電池パネルであって、複数の太陽電池モジュールと、これらの太陽電池モジュールを搭載する支持板と、支持板が太陽を追尾するように支持板を回動させるための回転軸とを備え、支持板は熱伝導性を有する材料からなり、各太陽電池モジュールは受光面と対向する裏面が支持板の表面と面接触していることを特徴とする太陽電池パネル。
2. 各太陽電池モジュールの裏面と支持板の表面との間に配される熱伝導性のシーリング材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル。
3. 支持板はその裏面に表面積を増大させる凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル。
4. 支持板の表面は太陽電池モジュールを搭載する搭載領域と、太陽電池モジュールを搭載しない非搭載領域に規定され、支持板は非搭載領域に表面積を増大させる凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル。
5. 支持板の非搭載領域に形成された凹凸は、複数の直線状の溝によって構成され、各溝はその長手方向が回転軸と平行となるように配されると共に断面形状が矩形であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池パネル。
6. 支持板はその表面が太陽電池モジュールを搭載する搭載領域と、太陽電池モジュールを搭載しない非搭載領域に規定され、支持板は非搭載領域上に遮光板が設けられ、支持板の表面と遮光板との間に通気可能な隙間が形成されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル。
7. 遮光板は、太陽に向けられる表面が鏡面加工されていることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池パネル。
8. 遮光板は、支持板の非搭載領域と対向する裏面側に断熱材を有することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池パネル。

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