JP2006332113A - Concentrating solar power generation module and solar power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、集光型太陽光発電モジュールおよび集光型太陽光発電装置の技術に関し、より具体的には集光型太陽電池モジュールの集光光学系に関する。 The present invention relates to a technology of a concentrating solar power generation module and a concentrating solar power generation device, and more specifically to a condensing optical system of a concentrating solar cell module.
太陽光発電装置としては、太陽電池セルを隙間無く敷き詰めた構造の太陽光発電モジュールを、南面の屋根の上等に固定設置する非集光固定型の構造が一般的である。これに対し、太陽光発電装置中でコスト割合の大きな太陽電池セルの使用量を減らすために、レンズや反射鏡等の1次光学系を用いて太陽光を小さな太陽電池セルに集光し、焦点が常に太陽電池セルにあたるように太陽を追尾する集光追尾型太陽光発電装置が近年注目を集めている。 As a solar power generation device, a non-condensing fixed structure in which a solar power generation module having a structure in which solar cells are spread without gaps is fixedly installed on a roof or the like on the south surface is generally used. On the other hand, in order to reduce the amount of use of solar cells having a large cost ratio in the solar power generation device, sunlight is condensed on the small solar cells using a primary optical system such as a lens or a reflecting mirror, In recent years, a concentrating tracking solar power generation apparatus that tracks the sun so that the focal point is always on a solar battery cell has attracted attention.
集光追尾型太陽光発電装置では、1次光学系と太陽電池セルとのアライメント誤差、太陽追尾誤差、及びモジュールを構成する材料の熱膨張率の差により生じる1次光学系と太陽電池セルとの位置ズレにより太陽電池セルへの入射光量が減少する問題や、1次光学系の色収差による面内の光強度分布により太陽電池セル出力が低下する問題があった。
これら問題を改善するために、従来からフレネルレンズ等の1次光学系と太陽電池セルの間に、2次光学系を設けることが一般的に行われている。2次光学系としては、両凸レンズや平凸レンズが用いられる。図8に示すように太陽電池セル3から離れた位置に両凸レンズ2を設置し、太陽光10を1次光学系1により集光し、集光された光11を2次光学系である両凸レンズ2に入射、屈折させ、集光された光12を太陽電池セル3に入射させる構造である。また、特許文献1には、太陽電池セル表面直上に2次光学系として凸レンズを用いた構造が開示されている。さらに、特許文献2および特許文献3には、1次光学系により集光した光を太陽電池セルの直上に配置された透光性材料からなる2次光学系内部に取り込んで側面で全反射させ、太陽電池表面に集める構造が開示されている。
In order to improve these problems, a secondary optical system is generally provided between a primary optical system such as a Fresnel lens and a solar battery cell. As the secondary optical system, a biconvex lens or a plano-convex lens is used. As shown in FIG. 8, the biconvex
しかしながら、2次光学系に両凸レンズや、平凸レンズを用いた場合、色収差の問題がかえって悪化する、あるいは、これら2次光学系の反射・透過損失によって太陽電池セルの入射光量が低下するといった問題がある。
特許文献1に示されている方法では、太陽電池セルに入射する光がすべて2次光学系を透過するため、2次光学系による反射・透過損失が存在し、太陽電池セルの入射光量が低下するといった問題がある。
特許文献2、特許文献3に示されている方法では、アライメント誤差、色収差、光強度分布の問題を解決するには有効であるが、2次光学系の側面で全反射させるために側面への入射角を大きくとる必要がある。このためには、1次光学系の焦点距離を長く設計し、それに合わせて2次光学系と太陽電池を1次光学系から離して設置する必要があり、結果として太陽光発電モジュールの厚さが厚くなってしまう。太陽電池モジュールの厚さが増えて重量が増加することは、集光型太陽光発電モジュールを搭載する追尾システムの大型化を招き、集光追尾型太陽光発電装置のコストアップにつながる。さらに、この方法の場合、2次光学系の入射・出射端面おける反射損失、2次光学系中の透過損失により太陽電池に入射する光量が減少するといった問題がある。
さらに、特許文献2や特許文献3に示されている2次光学系を用いる方法では、1次光学系によって高密度に集光された太陽光を直接受光するため、2次光学系に用いられる材料には、高い耐熱性が要求され、結果として装置のコストが高くなるといった問題がある。
However, when a biconvex lens or a plano-convex lens is used for the secondary optical system, the problem of chromatic aberration is worsened, or the incident light quantity of the solar battery cell is reduced due to reflection / transmission loss of these secondary optical systems. There is.
In the method disclosed in
The methods disclosed in
Furthermore, in the method using the secondary optical system shown in
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、2次光学系の透過・反射損失による太陽電池セルへの入射光量低下の低減、2次光学系に要求される耐熱性能の低減、アライメント誤差・追尾誤差・色収差・光強度分布による発電量低下の低減、モジュール厚の薄型化、および大型アレイ作製の簡略化を可能とするモジュール構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to reduce a decrease in the amount of incident light on a solar battery cell due to transmission / reflection loss of the secondary optical system, to reduce heat resistance performance required for the secondary optical system, and to alignment errors. An object of the present invention is to provide a module structure capable of reducing a decrease in the amount of power generation due to tracking error, chromatic aberration, and light intensity distribution, reducing the thickness of the module, and simplifying the production of a large array.
上記課題を解決するために、本発明では、太陽光を集光する1次光学系と、前記1次光学系から照射される太陽光を集光して太陽電池セルに照射する2次光学系と、前記1次光学系および2次光学系から照射される太陽光を受光する太陽電池セルを備える集光型太陽光発電モジュールであって、前記2次光学系は開口部を有している構造とする。
この構成によれば、1次光学系により集光された光の一部は2次光学系に設けられた開口部を通過することにより、2次光学系による反射・透過損失が無く太陽電池セルに到達するため、太陽光エネルギーの光学系における損失を低減することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a primary optical system that condenses sunlight and a secondary optical system that condenses sunlight irradiated from the primary optical system and irradiates solar cells. And a concentrating solar power generation module including solar cells that receive sunlight irradiated from the primary optical system and the secondary optical system, wherein the secondary optical system has an opening. Structure.
According to this configuration, a part of the light condensed by the primary optical system passes through the opening provided in the secondary optical system, so that there is no reflection / transmission loss due to the secondary optical system. Therefore, the loss of solar energy in the optical system can be reduced.
また、本発明では、前記開口部は、前記1次光学系の光学中心と焦点を結ぶ直線が通る位置に設けられた構造とする。
この構成によれば、光強度密度が極大となる部分に2次光学系の開口部が位置するため、2次光学系による反射・透過損失を低減できると共に、2次光学系の材質に求められる耐熱性が緩和される。1次光学系は設計によっては複数の焦点を有する場合もあるが、この場合にも少なくとも各焦点に対応して光強度密度が極大となる2次光学系部分に開口部を設けることにより、本発明の効果が期待できる。
In the present invention, the opening is provided at a position where a straight line connecting the optical center and the focal point of the primary optical system passes.
According to this configuration, since the opening of the secondary optical system is located at the portion where the light intensity density is maximized, the reflection / transmission loss due to the secondary optical system can be reduced and the material of the secondary optical system is required. Heat resistance is alleviated. The primary optical system may have a plurality of focal points depending on the design, but in this case as well, by providing an opening in the secondary optical system portion where the light intensity density is maximized corresponding to at least each focal point, The effect of the invention can be expected.
また、本発明によれば、前記開口部は、1次光学系の有効集光面の外周上の任意の点Aと前記太陽電池セルの有効受光面の外周上の任意の点Bを結んだ直線ABが前記開口部を通る位置に設けられている構造とする。
この構成において、有効集光面とは、その面に入射した光が設計通りに屈折される面であり、光学系として機能する部分をいう。この構成によれば、1次光学系により集光された光のうち、太陽電池セルに直接入射することができる光の全てが、2次光学系中の開口部を通過するため、2次光学系における透過・反射損失を低減することが可能となる。前記開口部は前記範囲内において小さい程好ましく、前記開口部を通過した光をすべて太陽電池セル受光面に入射させることができる。また、1次光学系により集光された太陽電池セルの感度波長光すべてが太陽電池セルの有効受光面内に入射するように設計した場合にも、追尾システムの追尾角度がずれ、太陽電池セルの有効受光面外に照射される場合に、前記2次光学系により太陽電池セルの有効受光面方向に屈折されるため、角度ずれによる発電量低下を低減することができる。
According to the invention, the opening connects an arbitrary point A on the outer periphery of the effective light collecting surface of the primary optical system and an arbitrary point B on the outer periphery of the effective light receiving surface of the solar battery cell. A straight line AB is provided at a position passing through the opening.
In this configuration, the effective light collection surface is a surface on which light incident on the surface is refracted as designed, and refers to a portion that functions as an optical system. According to this configuration, since all of the light collected by the primary optical system that can be directly incident on the solar cell passes through the opening in the secondary optical system, the secondary optical system It becomes possible to reduce transmission / reflection loss in the system. The opening is preferably as small as possible within the above range, and all the light that has passed through the opening can be incident on the light receiving surface of the solar battery cell. In addition, when the design is made so that all of the sensitivity wavelength light of the solar cell condensed by the primary optical system is incident on the effective light receiving surface of the solar cell, the tracking angle of the tracking system is shifted, and the solar cell When the light is irradiated outside the effective light receiving surface, the secondary optical system is refracted in the direction of the effective light receiving surface of the solar battery cell.
また、本発明では、前記2次光学系の有効集光面は、前記開口部の周縁に設けられ、前記1次光学系により屈折された前記太陽電池セルの感度波長光が入射する構造とした。
この構成によれば、1次光学系により集光された光のうち太陽電池セルの感度波長光を含まない光は、2次光学系により屈折されず太陽電池セル受光面に入射しない。このため、太陽電池セルの感度波長光以外の光が太陽電池セル受光面に入射することを抑えることができ、温度上昇を低減することが可能となる。一般的にレンズに用いられる材料は、長波長領域ほど屈折率が小さく、1次光学系における屈折角が小さいため、2次光学系の外側を通過することとなる。この長波長光は、特に太陽電池セルの温度上昇の原因となるため、太陽電池表面に入射させないことが望ましい。
Further, in the present invention, the effective condensing surface of the secondary optical system is provided at the periphery of the opening, and is configured to receive the sensitivity wavelength light of the solar battery cell refracted by the primary optical system. .
According to this structure, the light which does not include the sensitivity wavelength light of the solar battery cell among the light condensed by the primary optical system is not refracted by the secondary optical system and does not enter the solar cell light receiving surface. For this reason, it can suppress that lights other than the sensitivity wavelength light of a photovoltaic cell enter into a photovoltaic cell light-receiving surface, and it becomes possible to reduce a temperature rise. In general, a material used for a lens has a smaller refractive index in a longer wavelength region and a smaller refraction angle in the primary optical system, and therefore passes outside the secondary optical system. Since this long wavelength light causes a rise in the temperature of the solar battery cell in particular, it is desirable not to enter the solar battery surface.
また、本発明では、前記1次光学系の有効集光面の形状、前記2次光学系の前記開口部の形状及び前記太陽電池セルの有効受光面の形状は、光軸に対して垂直な面に前記光軸に沿って投影した場合、それらの形状は互いに略相似形である構造とした。
この構成によれば、1次光学系により集光された光が、2次光学系の開口部を通して効率良く太陽電池セルに入射されるため、2次光学系の反射、透過による損失を低減することができる。本構成において、完全な相似形の方がより好ましいが、略相似形であれば、本発明の効果が有効となる。
In the present invention, the shape of the effective condensing surface of the primary optical system, the shape of the opening of the secondary optical system, and the shape of the effective light receiving surface of the solar cell are perpendicular to the optical axis. When projected onto the surface along the optical axis, the shapes were substantially similar to each other.
According to this configuration, since the light collected by the primary optical system is efficiently incident on the solar battery cell through the opening of the secondary optical system, loss due to reflection and transmission of the secondary optical system is reduced. be able to. In this configuration, the perfect similarity is more preferable, but the effect of the present invention is effective if it is substantially similar.
また、本発明では、前記1次光学系により集光された光が前記太陽電池セル近傍以外の部分に直接照射されないように遮光する遮光板に、前記2次光学系が取り付けられている構造とした。
この構成によれば、集光型太陽光発電モジュールでは、集光ズレにより、高密度に集光された光が、太陽電池セル以外の領域に照射され、配線やバイパスダイオード等の部材が劣化するといった問題を解決するために設けられた遮光板に、2次光学系を保持するため、前記2次光学系を保持するための特別な部材を必要としないことから、低コストで2次光学系を備え付けることが可能となる。
In the present invention, the secondary optical system is attached to a light-shielding plate that shields the light collected by the primary optical system from being directly irradiated to portions other than the vicinity of the solar battery cell. did.
According to this configuration, in the concentrating solar power generation module, light concentrated at a high density is irradiated to a region other than the solar battery cell due to the condensing shift, and members such as wiring and bypass diodes deteriorate. In order to hold the secondary optical system on the light-shielding plate provided to solve such a problem, a special member for holding the secondary optical system is not required, so the secondary optical system is low-cost. Can be provided.
また、本発明では、前記集光型太陽光発電モジュールが同一面内に繰り返し複数配列されており、1次光学系と、2次光学系はそれぞれ複数配列が一体となって成形された板状の1次光学系アレイと、板状の2次光学系アレイである構造とした。
この構成によれば、集光型太陽光発電モジュール製造時の1次光学系と、2次光学系のアライメントを容易とし、かつ工数を低減できるのみならず、複数配列の一体である光学系同士を同一筐体に固定することで、風圧等によりモジュールにねじれ、あるいはたわみが生じた場合でも、1次光学系と2次光学系がモジュールの変形に追随するように同様に変形するために、モジュール変形による光学ズレを生じ難い。
また、本発明では、前記集光型太陽光発電モジュールを、太陽追尾装置に搭載する構成とした。
この構成によれば、高出力、軽量な集光型太陽電池モジュールを使用するため、駆動部分の負荷が少なく高効率で安価な集光追尾型太陽光発電システムの作製が可能となる。
Further, in the present invention, a plurality of the concentrating solar power generation modules are repeatedly arranged in the same plane, and the primary optical system and the secondary optical system are respectively formed in a plurality of integrated arrays. And a plate-like secondary optical system array.
According to this configuration, the primary optical system and the secondary optical system at the time of manufacturing the concentrating solar power generation module can be easily aligned and the number of man-hours can be reduced. Since the primary optical system and the secondary optical system are similarly deformed so as to follow the deformation of the module even when the module is twisted or bent due to wind pressure or the like by fixing the same to the same housing, Optical deviation due to module deformation is unlikely to occur.
Moreover, in this invention, it was set as the structure which mounts the said concentrating solar power generation module in a solar tracking apparatus.
According to this configuration, since a high-power and light-weight concentrating solar cell module is used, it is possible to manufacture a concentrating and tracking solar power generation system with a low driving load and high efficiency and at low cost.
本発明のモジュール構造によれば、2次光学系の透過・反射損失による太陽電池セルへの入射光量低下の低減、2次光学系に要求される耐熱性能の低減、アライメント誤差・追尾誤差・光強度分布による発電量低下の低減およびモジュール厚の薄型化が可能となる。 According to the module structure of the present invention, reduction in the amount of incident light on the solar cell due to transmission / reflection loss of the secondary optical system is reduced, heat resistance performance required for the secondary optical system is reduced, alignment error, tracking error, light It is possible to reduce the decrease in power generation amount due to the intensity distribution and to reduce the thickness of the module.
以下、本発明の実施の形態について図面を基にして詳細に説明する。尚、図では集光型太陽光発電装置の一部のみを記しており、装置の全てを記すものではない。
図1に集光追尾型太陽光発電システムの概略全体図を示す。
集光型太陽光発電モジュール20は、太陽の動きに合わせて、常に受光面を太陽に正対させるように駆動することができる追尾駆動システム21に搭載されている。
追尾駆動システム21は、太陽の方位にモジュール受光面を向けるための方位軸と、太陽の高度にモジュール受光面を傾けるための傾倒軸との2軸別々の追尾駆動装置から構成され、これにより太陽を高精度に追尾することが可能となる。追尾駆動システムとしては、日ごとに異なる太陽高度に合わせて緯度角程度に日ごとに傾ける傾倒軸と、その傾倒軸方向に集光型太陽光発電モジュール面が平行になるようにモジュールを取り付けて、この傾倒軸を中心にモジュールを回転させるといった2軸駆動装置からなるシステムも一般的であり、このようなシステムを用いても良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the figure, only a part of the concentrating solar power generation device is shown, and not all of the device is shown.
FIG. 1 shows a schematic overall view of a concentrating and tracking solar power generation system.
The concentrating solar
The tracking
駆動システムの動力系としては、モーターと減速機を用いてギヤを所定の回転数回転させて所定の方向に駆動させる方法や、油圧ポンプと油圧シリンダーを用いて、所定の長さにシリンダーを調節することにより、所定の方向に駆動させるといった方法があり、どちらの方法を用いても良い。
追尾駆動システムの動作を制御する制御システム(図示はしていない。)としては、制御システム内部に搭載された時計によって、あらかじめ太陽の軌道を計算し、その向きに集光型太陽光発電モジュールが向くように制御する方法や、システムにホトダイオード等からなる太陽センサーを取り付けて太陽方向を随時モニターし制御する方法等が一般的であり、どちらの方法を用いても良い。
As a power system for the drive system, a motor and a speed reducer are used to rotate a gear at a predetermined rotational speed to drive it in a predetermined direction, and a hydraulic pump and a hydraulic cylinder are used to adjust the cylinder to a predetermined length. Thus, there is a method of driving in a predetermined direction, and either method may be used.
As a control system (not shown) for controlling the operation of the tracking drive system, a solar orbit is calculated in advance by a clock mounted inside the control system, and a concentrating solar power generation module is installed in that direction. Generally, there are a method for controlling the solar direction and a method for monitoring and controlling the sun direction as needed by attaching a solar sensor such as a photodiode to the system, and either method may be used.
集光型太陽光発電モジュール20は、1次光学系、2次光学系と、太陽電池セルを一対として配置したユニットが、複数配列されて構成されており、必要な電流と電圧を得るために、個々の太陽電池セルを適当な数だけ電気的に、接続されている。
1つのユニットは数十mmから数百mmの大きさであり、アレイ化されたモジュール全体の大きさは数m程度である。
集光型太陽光発電システムに用いられる太陽電池セルの外形サイズは、集光システムのひとつの目的である使用太陽電池材料の削減の観点から、できるだけ小さくする必要があり、数mmから20mm程度のものが使用される。
The concentrating solar
One unit has a size of several tens of mm to several hundreds of mm, and the size of the entire arrayed module is about several m.
The external size of the solar cell used in the concentrating solar power generation system needs to be as small as possible from the viewpoint of reducing the solar cell material used, which is one purpose of the concentrating system. Things are used.
(第1の実施形態)
図2に本発明の集光型太陽光発電モジュールの第1の実施形態を示す。図2は、集光型太陽光発電モジュールの1つのユニットの断面模式図である。本実施形態では、太陽光10を集光する1次光学系1と、1次光学系1によって集光された太陽光10を受光し屈折させて出射させる2次光学系2と、太陽光10を電気に変換する太陽電池セル3が、各々のレンズ面あるいは受光面が平行になるように配置されている。太陽光10は集光型太陽光発電モジュールの受光面である1次光学系1に垂直な方向すなわち光学系の光軸40と平行な方向から入射し、11に示す方向に1次光学系により屈折され、太陽電池セル3方向へと集光される。1次光学系1は本光学系の光軸40上の太陽電池セル3を超えた点において焦点を結ぶように設計されており、太陽光10の各波長における前記焦点は前記光軸上に位置する。そして、2次光学系2における、前記1次光学系1の光学中心と前記焦点を結ぶ直線が通過する位置に開口部50を設けることで、1次光学系1により屈折された光のうち太陽電池セル3の感度波長域の光は、前記開口部50を通して太陽電池セル3の有効受光面に直接入射するか、あるいは2次光学系2の有効集光面2aに入射し屈折されて太陽電池セル3の有効受光面に入射するように設計されている。
(First embodiment)
FIG. 2 shows a first embodiment of the concentrating solar power generation module of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one unit of the concentrating solar power generation module. In this embodiment, the primary
図3は、光軸に対して垂直な線3a−3bを通過する屈折光11の光強度分布である。一般的に太陽電池の感度波長域において、1次光学系材料の屈折率は長波長ほど小さくなり、1次光学系1における屈折角が小さくなる、いわゆる色収差が存在し、光強度は1次光学系1の中心部付近、即ち光軸40付近が最大となる。本実施形態では、2次光学系2の光軸40が通る部分に開口部50を設けており、1次光学系1により集光された光のうち、図3に示した光強度が極大となる部分の光は、2次光学系2の開口部50を通過して、太陽電池3に直接入射する。
これにより、最も光強度の強い部分について2次光学系2の反射損失、透過損失を低減できる。2次光学系2の表面及び裏面での反射・透過損失の合計は10%程度であるため、開口部のない2次光学系を設けた場合と比較して、太陽電池セル発電量の損失を大きく低減することができる。また、1次光学系1により集光された高密度光が、2次光学系2の開口部50を通過するため、2次光学系2の材質に要求される耐熱性能が緩和されるといった利点がある。
FIG. 3 is a light intensity distribution of the refracted light 11 passing through a
Thereby, it is possible to reduce the reflection loss and transmission loss of the secondary
前述のように1次光学系1の材料の屈折率は長波長では短波長に比べ小さくなる事から、1次光学系1において屈折された光は、図4に示すように短波長光13は強く屈折されて太陽電池セル3方向へと向かうが、長波長光14は、1次光学系1における屈折角が小さいため、2次光学系2が無ければ太陽電池セル3に入射することができない。2次光学系2の有効集光面2aは2次光学系2の開口部50以外の部分全体に設けられており、前記2次光学系2に入射した光はすべて屈折され、太陽電池セル3の有効受光面に照射される。このように、光学系の色収差の問題を改善することが可能となる。また、追尾システムの追尾誤差により、アライメントずれが生じた場合においても、ずれた光が2次光学系2により太陽電池セル3側に屈折され、太陽電池セル3の有効受光面に導くことができる。さらに、図3に示した光強度分布の問題に関し、2次光学系2がない場合に太陽電池セルの外側にはみ出す光を、2次光学系2により太陽電池セル3受光面内の光強度が弱い部分に照射するように設計することにより、光強度分布の問題を改善することができる。
As described above, since the refractive index of the material of the primary
本実施形態を構成する1次光学系1としては、両凸レンズ、平凸レンズ、フレネルレンズ等が挙げられるが、重量・コスト面・使用環境での扱い易さから受光面側が平坦で、光出射面側に略三角断面を有するフレネルレンズであることが望ましい。また、1次光学系1は、同じ光学系を複数並べ一体成形されたアレイ状のものでもよい。本レンズの材質としては、太陽電池セルの感度波長光の透過率が高く、耐候性を有するものが良い。例えば、太陽電池モジュール等に一般的に使用される白板ガラスや、耐候性グレードのアクリル、ポリカーボネート等が挙げられる。1次光学系1の材料は、これらに限定されるものではなく、これら材料の複層からなるものでもよい。また、これら材料の中には、集光型太陽光発電モジュール内部の材料の紫外線劣化や、1次光学系1の紫外線劣化を防ぐ目的で、適当な紫外線吸収剤を添加することも可能である。また、太陽電池セル3の感度波長領域での光反射率の低減のために、適当な反射防止膜等を設けることができる。さらには太陽電池セル3の感度波長領域以外の波長の光を反射する、UV反射膜や、赤外線反射膜等を設けることも可能である。
Examples of the primary
本実施形態を構成する太陽電池セル3としては、Si、GaAs、CuInGaSe、CdTe等からなる無機太陽電池セルや、色素増感型太陽電池セル等の有機太陽電池セルが用いられる。また、太陽電池セルの構造は、単一接合型セルや、モノリシック多接合型セルや、感度領域の異なる種々太陽電池セルを繋げたメカニカルスタックセル等が用いられる。集光型太陽光発電モジュールとしては、高効率性が特に求められることから、InGaP/GaAs/Ge3接合型太陽電池セルや、メカニカルスタックセルの使用が好ましい。
As the
2次光学系2としては、両凸レンズ、平凸レンズ、フレネルレンズ、略三角形状のプリズム等であって、開口部を有するものが挙げられるが、重量・コスト面から、フレネルレンズや、断面が三角形状のプリズムであることが望ましい。また本レンズの材質としては、太陽電池セル3の感度波長領域において高い透過率を有し、耐候性を有するものが良く、例えば、ガラスや、アクリル、ポリカーボネート等が挙げられる。2次光学系2の光強度密度が高い部分には、開口部50を設けるため、その材質に要求される耐熱性が緩和され、アクリル等の樹脂を使用することも可能である。2次光学系2の材料は、これらに限定されるものではなく、これら材料の複層からなるものでもよい。また、これら材料の中には、集光型太陽光発電モジュール内部の材料の紫外線劣化や、2次光学系2の紫外線劣化を防ぐ目的で、適当な紫外線吸収剤を添加することも可能である。また、太陽電池セル3の感度波長領域での光反射率の低減のために、適当な反射防止膜等を設けることができる。さらには、太陽電池セル3の感度波長領域以外の波長の光を反射するUV反射膜や、赤外線反射膜等を設けることができる。
Examples of the secondary
2次光学系2の有効集光面は、2次光学系2の受光面において、太陽電池セル3の感度波長領域の光が通過する領域とすることが望ましい。1次光学系1によって集光された太陽光は、図4に示すように色収差を生じ、2次光学系2の受光面内では、光軸40から遠ざかるにしたがって、その位置での全光量に対する長波長光の占める割合は増加していき、ある地点まで離れると、太陽電池セル3の感度波長領域の光は存在しなくなる。2次光学系2の有効集光面をこの位置までとすることにより、太陽電池セル3に、感度波長領域より長い波長の光が余分に入射することがなくなり、太陽電池セル3の効率低下の原因となる温度上昇を低減することができる。
The effective condensing surface of the secondary
2次光学系2は、1次光学系1と太陽電池セル3の間で、屈折光12が太陽電池セル3に入射する様に設計され取り付けられる。2次光学系2を保持するためには、特別な保持部を設けることも可能であるが、望ましくは一般的に集光型太陽光発電モジュールに取り付けられている遮光板に取り付けられることが望ましい。図5に示すように太陽電池セル3の周囲には、太陽電池セル同士を直並列に接続するための配線52等の部材が存在する。配線等の表面は絶縁性確保のため有機材料等で被覆されており、この被覆の部分は耐熱性が低い。大きな追尾ずれが生じ、太陽光が符号17で示す如く1次光学系に斜めに入射するような事態によって、集光スポット18がずれた場合においても、前記配線等に直接光が当たらないように、金属等からなる遮光板51が配置されている。2次光学系2をこの遮光板51に取り付けることで、2次光学系2の導入に伴い、保持するための特別な部材を設ける必要がなく、低コストで2次光学系2を備え付けることが可能となる。
The secondary
(第2の実施形態)
図6に本発明の集光型太陽光発電モジュールの第2の実施形態を示す。図6は、集光型太陽光発電モジュールの1つのユニットの鳥瞰図である。
1次光学系の有効集光面内の外周上の任意の点Aと、太陽電池セルの有効受光面の外周上の任意の点Bを結んだ直線をLとしたときに、点A及び点Bを、それぞれの外周上のどの位置に設定しても、直線Lが開口部50中を通過し、かつ2次光学系2の設置面内において、その開口部50の形状が最も小さくなるように設けた。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a second embodiment of the concentrating solar power generation module of the present invention. FIG. 6 is a bird's-eye view of one unit of the concentrating solar power generation module.
When L is a straight line connecting an arbitrary point A on the outer periphery of the effective light-collecting surface of the primary optical system and an arbitrary point B on the outer periphery of the effective light-receiving surface of the solar battery cell, point A and point No matter where B is set on the outer circumference, the straight line L passes through the
また、本実施形態では、1次光学系1の有効集光面の形状と、2次光学系2の開口部50の形状と、太陽電池セル3の有効受光面の形状とが矩形の相似形であり、光学設計により1次光学系1、2次光学系2及び太陽電池セル3の相対位置とレンズ形状が設計された条件において、2次光学系2の開口部50の面積が最小となるようにその形状が定められている。2次光学系2の1次光学系1からの距離は、2次光学系2により屈折された光が太陽電池セル3の受光面内に照射されるように2次光学系2のレンズ設計と共に決定されるものであり、その決定された位置において、開口部50の面積が最小となるように形状を定める。
In the present embodiment, the shape of the effective condensing surface of the primary
太陽電池セル3の感度波長のうち最短波長光はすべて、2次光学系2の開口部50内を通過し、太陽電池セル3の有効受光面に入射するように設計されている。2次光学系2の有効集光面の外形寸法は第1の実施形態と同様の方法により決定し、1次光学系1により屈折された太陽光のうち太陽電池セル3の感度波長を含む光のみが、2次光学系2の有効集光面に入射し屈折され太陽電池セル3の有効受光面に入射するように設計されている。この構造により、太陽電池セル3への余分な光が入射することがなく、温度上昇を最低限に抑えることができる。本実施の形態においては、2次光学系2の有効集光面の外形形状は、1次光学系1の有効集光面の形状、2次光学系2の開口部50の形状、太陽電池セル3の有効受光面の形状と相似形とした。
本実施形態では、1次光学系1の有効集光面の形状と、2次光学系2の開口部の形状と、太陽電池セル3の有効受光面の形状を矩形としているが、その形状は矩形に限定されず、例えば円形・多角形等が使用されるが、集光型太陽光発電モジュールユニットを複数並べて使用する場合、隙間無く1次光学系を敷き詰めるために、1次光学系1の外形形状としては矩形が望ましい。
The shortest wavelength light of the sensitivity wavelength of the
In this embodiment, the shape of the effective condensing surface of the primary
本実施形態によれば、1次光学系1により集光され、太陽電池セル3に対して直接入射可能な太陽光は全て2次光学系2の開口部内を通過することから、2次光学系2における透過・反射損失は低減される。また、光密度の高い部分は前記開口部50内を通過することから2次光学系2の材料として要求される耐熱性能を低減することができる。1次光学系1の有効集光面の形状と、2次光学系2の開口部の形状と、太陽電池セル3の有効受光面の形状とが相似形であれば、前記効果がより大きいが、略相似形であればその効果を生じることができる。例えば、矩形の1次光学系1の有効集光面、2次光学系2の開口部に対して、太陽電池セル3の有効受光面を矩形の角に曲率を持たせたような若干の変更によっても、略同等の効果は期待でき、相似形状からずれるに従って、その効果が少なくなるのみである。
また、2次光学系2の保持は、第1の実施形態と同様に遮光版に取り付ける構造とした。
According to the present embodiment, since all the sunlight that is collected by the primary
In addition, the secondary
(第3の実施形態)
図7に本発明の集光型太陽光発電モジュールの第3の実施形態を示す。個々のモジュールユニットは第2の実施形態と同様としたが、他の形態としても良い。本図では、集光型太陽光発電モジュールが同一面内に2×2で配列されており、1次光学系1と、2次光学系2はそれぞれ2×2の配列が一体となって成形された板状の1次光学系1のアレイと、板状の2次光学系2のアレイにより形成されている。1次光学系1と2次光学系2の配列数は特に限定されるものではない。1次光学系1と2次光学系2が、それぞれアレイ状であり、面積が大きくなることから、集光型太陽光発電モジュールを組み立てる際に、1次光学系1と、2次光学系2のアライメントずれを確認し易くなり、アライメント作業が容易となる。また、1次光学系1のアレイと2次光学系2のアレイは同一筐体に固定されるため、集光型太陽光発電モジュールの風圧によるねじれ、たわみにより、モジュールの変形に対して1次光学系1と2次光学系2が追従して同様に変形するために、モジュール変形による相対的な位置ずれが生じ難くなり、光軸ずれの発生が抑制できる。
(Third embodiment)
FIG. 7 shows a third embodiment of the concentrating solar power generation module of the present invention. The individual module units are the same as those in the second embodiment, but may be in other forms. In this figure, the concentrating solar power generation modules are arranged in 2 × 2 in the same plane, and the primary
1次光学系1と2次光学系2は、成形時に一体で成形されてもよく、また、個別に成形されたものを、後加工によりつなぎ合わせて一体化させてもよい。また、2次光学系2は、個別の2次光学系2が連結部53で一体化されていてもよく、個別の2次光学系2同士が隙間無く接続されている完全な板状のものでもよい。モジュールの変形に対する追従性という点では、2次光学系2は隙間無く接続されている完全な板状である方が望ましい。さらに、好適な例として、第1の実施形態で述べた遮光板51をアレイに対応した一枚の板に複数の開口部50を設けた構造とし、その開口部50それぞれに2次光学系2を設置する構造とすることができる。
The primary
1 1次光学系
2 2次光学系
2a 2次光学系の有効集光面
3 太陽電池セル
3a−3b 光軸に対して垂直な線
10 1次光学系に垂直に入射する太陽光
11 1次光学系に垂直に入射し、集光された光
12 2次光学系で屈折された光
13 1次光学系で集光された短波長光
14 1次光学系で集光された長波長光
15 2次光学系で屈折された短波長光
16 2次光学系で屈折された長波長光
17 1次光学系に斜めに入射する太陽光
18 1次光学系に斜めに入射し、屈折した光
20 集光型太陽光発電モジュール
21 追尾駆動システム
40 本光学系の光軸
50 開口部
51 遮光板
52 配線材料
53 連結部
A 1次光学系の有効集光面内の外周上の点
B 太陽電池セルの有効受光面の外周上の点
L 点Aと点Bを結んだ直線
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記2次光学系は開口部を有していることを特徴とする集光型太陽光発電モジュール。 A primary optical system for condensing sunlight, a secondary optical system for condensing sunlight irradiated from the primary optical system and irradiating the solar cell, and the primary optical system and the secondary optical system A concentrating solar power generation module comprising solar cells that receive sunlight irradiated from
The concentrating solar power generation module, wherein the secondary optical system has an opening.
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009064625A2 (en) * | 2007-11-14 | 2009-05-22 | Solfocus, Inc. | Solar cell package for solar concentrator |
WO2010061637A1 (en) | 2008-11-27 | 2010-06-03 | 日本カーバイド工業株式会社 | Optical layer for a light-adjusting type solar power-generating module, light-adjusting type solar power-generating module and light-adjusting type solar power-generating panel |
WO2011093634A2 (en) * | 2010-01-26 | 2011-08-04 | Park Ki Sung | Light collecting solar cell module |
KR101251581B1 (en) * | 2011-07-18 | 2013-04-08 | (주)애니캐스팅 | Concentrating Photovoltaic device |
KR101295040B1 (en) * | 2011-08-29 | 2013-08-09 | (주)애니캐스팅 | Light guide Concentrating Photovoltaic device |
CN103929125A (en) * | 2013-01-11 | 2014-07-16 | 财团法人工业技术研究院 | Light collecting module |
JP2018082143A (en) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | Solar cell module |
WO2019159554A1 (en) * | 2018-02-13 | 2019-08-22 | 住友電気工業株式会社 | Concentrator photovoltaic module and concentrator photovoltaic device |
WO2019208716A1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | パナソニック株式会社 | Concentrator solar cell module |
JP2020525833A (en) * | 2017-07-03 | 2020-08-27 | ボリーメディア ホールディングス カンパニー リミテッドBolymedia Holdings Co. Ltd. | Fresnel concentrator and concentrating solar energy system |
-
2005
- 2005-05-23 JP JP2005149652A patent/JP2006332113A/en active Pending
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009064625A2 (en) * | 2007-11-14 | 2009-05-22 | Solfocus, Inc. | Solar cell package for solar concentrator |
WO2009064625A3 (en) * | 2007-11-14 | 2009-07-16 | Solfocus Inc | Solar cell package for solar concentrator |
WO2010061637A1 (en) | 2008-11-27 | 2010-06-03 | 日本カーバイド工業株式会社 | Optical layer for a light-adjusting type solar power-generating module, light-adjusting type solar power-generating module and light-adjusting type solar power-generating panel |
WO2010061636A1 (en) | 2008-11-27 | 2010-06-03 | 日本カーバイド工業株式会社 | Optical layer for a light-adjusting type solar power-generating module, light-adjusting type solar power-generating module and light-adjusting type solar power-generating panel |
WO2011093634A2 (en) * | 2010-01-26 | 2011-08-04 | Park Ki Sung | Light collecting solar cell module |
WO2011093634A3 (en) * | 2010-01-26 | 2011-12-29 | Park Ki Sung | Light collecting solar cell module |
KR101251581B1 (en) * | 2011-07-18 | 2013-04-08 | (주)애니캐스팅 | Concentrating Photovoltaic device |
KR101295040B1 (en) * | 2011-08-29 | 2013-08-09 | (주)애니캐스팅 | Light guide Concentrating Photovoltaic device |
CN103929125A (en) * | 2013-01-11 | 2014-07-16 | 财团法人工业技术研究院 | Light collecting module |
WO2014107932A1 (en) * | 2013-01-11 | 2014-07-17 | 财团法人工业技术研究院 | Light collecting module |
JP2018082143A (en) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | Solar cell module |
US10910990B2 (en) | 2016-11-18 | 2021-02-02 | Lg Electronics Inc. | Solar cell module |
JP2020525833A (en) * | 2017-07-03 | 2020-08-27 | ボリーメディア ホールディングス カンパニー リミテッドBolymedia Holdings Co. Ltd. | Fresnel concentrator and concentrating solar energy system |
WO2019159554A1 (en) * | 2018-02-13 | 2019-08-22 | 住友電気工業株式会社 | Concentrator photovoltaic module and concentrator photovoltaic device |
WO2019208716A1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | パナソニック株式会社 | Concentrator solar cell module |
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