JP2006332535A - Convergent solar cell module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure capable of efficiently radiating heat generated in a solar cell and suppressing the weight of a module to a minimum in a convergent solar cell module. <P>SOLUTION: An efficient radiation of heat generated in a solar cell can be maintained and an increase in the weight of the module can be suppressed, by defining the thickness and outer size of an electrode plate to which the solar cell is fixed in a certain range. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、集光型太陽電池モジュールの技術に係り、より具体的には放熱性に優れた集光型太陽電池モジュール構造に関する。   The present invention relates to a technology of a concentrating solar cell module, and more specifically to a concentrating solar cell module structure excellent in heat dissipation.

近年、エネルギー資源枯渇の問題や大気中のCO2増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギーの開発が望まれており、特に太陽電池を用いた太陽光発電が新しいエネルギー源として開発、実用化されている。太陽光発電システムは、更なる普及のため低コスト化が望まれている。集光型太陽光発電システムは、太陽光発電システムにおいて最も高価な構成物である太陽電池セルの使用量を減らし、システム全体のコストを低減するシステムとして有望である。 In recent years, development of clean energy has been demanded due to problems such as depletion of energy resources and global environmental problems such as increased CO 2 in the atmosphere. In particular, solar power generation using solar cells has been developed and used as a new energy source. It has become. The solar power generation system is desired to be reduced in cost for further spread. The concentrating solar power generation system is promising as a system that reduces the amount of solar cells that are the most expensive components in the solar power generation system and reduces the cost of the entire system.

集光型太陽電池モジュールの従来例について図を用いて説明する。図8は、従来の集光型太陽電池モジュールの概略図であり、図9は従来の集光型太陽電池モジュールの概略断面図である。直方体形状のケース11の太陽光入射側にフレネルレンズ12がアレイ状に複数個設置されている。個々のフレネルレンズ12には、それぞれに対応する太陽電池セル23が設置されている。フレネルレンズ12により集光された光を太陽電池セル23に入射させるためには、太陽光13がフレネルレンズ12に垂直に入射するように設定する必要がある。   A conventional example of a concentrating solar cell module will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a schematic view of a conventional concentrating solar cell module, and FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the conventional concentrating solar cell module. A plurality of Fresnel lenses 12 are arranged in an array on the sunlight incident side of the rectangular parallelepiped case 11. Each Fresnel lens 12 is provided with a corresponding solar battery cell 23. In order to make the light condensed by the Fresnel lens 12 enter the solar battery cell 23, it is necessary to set so that the sunlight 13 enters the Fresnel lens 12 perpendicularly.

太陽光13がフレネルレンズ12に垂直に入射するように設定するためには、ケース11全体が常に太陽方向を向くように追尾する必要がある。一般的には、ケース11とシステム設置面の間に2つの回転軸を設け、モータあるいは油圧駆動によりその2軸を回転駆動させ太陽追尾を行う。太陽方位、太陽高度は、太陽軌道の式と設置場所の緯度、経度、時刻により計算され、前記駆動系を制御することにより太陽追尾が行われる。
フレネルレンズ12に入射した太陽光13は、フレネルレンズ12により集光され、フレネルレンズ12と対向するケース11の一面で太陽電池セル23を支持する支持板部11aに設置された太陽電池セル23に照射される。集光倍率は数十倍〜数百倍であり、太陽電池セル上には大きなエネルギー密度の太陽光が照射されるため、温度上昇が避けられない。太陽電池セルは温度上昇に伴って、発電効率が低下するため、放熱機構が必要となる。
一般には、支持板部11aの材質に金属等の熱伝導率の大きな材質を用いて太陽電池セル23の裏面を通じて支持板部11aにより放熱する構造や、さらに放熱効率を上げるため、支持板部11aの裏側の表面積が大きくなる様に放熱用フィンを設けた構造が採られる。
In order to set so that the sunlight 13 enters the Fresnel lens 12 perpendicularly, it is necessary to track the entire case 11 so that it always faces the sun. In general, two rotation shafts are provided between the case 11 and the system installation surface, and the sun tracking is performed by rotationally driving the two shafts by a motor or hydraulic drive. The solar azimuth and solar altitude are calculated by the formula of the solar orbit and the latitude, longitude and time of the installation location, and the sun tracking is performed by controlling the drive system.
The sunlight 13 incident on the Fresnel lens 12 is collected by the Fresnel lens 12 and is applied to the solar battery cell 23 installed on the support plate portion 11 a that supports the solar battery cell 23 on one surface of the case 11 facing the Fresnel lens 12. Irradiated. Condensation magnification is several tens of times to several hundreds of times, and solar cells are irradiated with sunlight having a large energy density. Since the power generation efficiency of solar cells decreases with increasing temperature, a heat dissipation mechanism is required.
In general, the support plate portion 11a is made of a material having a high thermal conductivity such as a metal, and the support plate portion 11a uses the support plate portion 11a to dissipate heat through the back surface of the solar battery cell 23. The structure which provided the fin for heat radiation is taken so that the surface area of the back side may become large.

特許文献1には、集光型太陽光発電システムにおける太陽電池セル固定に関して、金属箔を太陽電池セルの裏面電極全面に半田付けし、この金属箔により電極を取り出し、前記金属箔を熱伝導性添加剤を含有するエポキシ樹脂接着剤からなる放熱層により座板に接着することによって、太陽電池セルの電極取り出し、固定および放熱を実現する構造が開示されている。また、効率的な放熱のためには、金属箔の幅が太陽電池セルの幅より大きい方が好ましいといった記述がある。
また、特許文献2には、集光型太陽電池システムの1次光学系、太陽電池セル固定および電極取り出し部分の構造に関する記述がある。太陽電池セルの裏面電極はヒートシンクに半田付けされヒートシンクから電極を外部に取り出し、ヒートシンクは電気絶縁層を介して支持板に固定される構造が開示されている。
特開2003−174179号公報 米国特許6399874号明細書
In Patent Document 1, regarding solar cell fixing in a concentrating solar power generation system, a metal foil is soldered to the entire back electrode of the solar cell, the electrode is taken out by this metal foil, and the metal foil is thermally conductive. The structure which implement | achieves the electrode extraction of a photovoltaic cell, fixation, and thermal radiation by adhere | attaching on a seat plate with the thermal radiation layer which consists of an epoxy resin adhesive containing an additive is disclosed. In addition, there is a description that the width of the metal foil is preferably larger than the width of the solar battery cell for efficient heat dissipation.
Patent Document 2 describes a structure of a primary optical system of a concentrating solar cell system, solar cell fixing and electrode extraction portions. A structure is disclosed in which a back electrode of a solar battery cell is soldered to a heat sink, the electrode is taken out from the heat sink, and the heat sink is fixed to a support plate via an electric insulating layer.
JP 2003-174179 A US Pat. No. 6,399,874

しかしながら、特許文献1の太陽電池セルの固定方法においては以下に述べる問題がある。太陽電池セルで発生した熱が、大気への放熱機構を有する座板まで伝導する際、金属箔、熱伝導性添加剤を含有するエポキシ樹脂からなる放熱層を伝導する必要がある。金属箔の面積を太陽電池セルの面積より大きくした場合でも、金属箔は0.1mm厚と非常に薄いため、金属箔の面方向の熱抵抗が大きく、太陽電池セルから外側方向へ熱拡散が十分に行われない。外側への熱拡散が十分に行われない場合、エポキシ樹脂からなる放熱層のうち熱が伝導する面積が太陽電池セル付近の小さな領域に留まるため、前記放熱層の熱抵抗が大きくなる。放熱層の熱伝導率は金属と比べると2桁程度低いため、この問題が放熱特性の悪化に繋がる。すなわち、特許文献1の構造の場合、太陽電池セルで発生した熱の伝導が、放熱層部分で律速され太陽電池セルに滞留することにより放熱が十分に行われず、太陽電池セルの温度が上昇してしまうといった問題がある。
特許文献2においては、ヒートシンクの材質、厚み、サイズの記述はなく、ヒートシンクの厚みが薄い場合には上記特許文献1と同様の問題が考えられ、ヒートシンクの外形サイズが小さいと前記放熱特性が悪化する問題が生じる。
However, the solar cell fixing method of Patent Document 1 has the following problems. When the heat generated in the solar battery cell is conducted to the seat plate having a heat radiation mechanism to the atmosphere, it is necessary to conduct a heat radiation layer made of an epoxy resin containing a metal foil and a heat conductive additive. Even when the area of the metal foil is larger than the area of the solar battery cell, the metal foil is very thin with a thickness of 0.1 mm. Therefore, the thermal resistance in the surface direction of the metal foil is large, and the heat diffusion from the solar battery cell to the outside direction. Not enough. When heat diffusion to the outside is not sufficiently performed, the heat conduction area of the heat dissipation layer made of epoxy resin remains in a small region near the solar battery cell, so that the heat resistance of the heat dissipation layer increases. Since the heat conductivity of the heat dissipation layer is about two orders of magnitude lower than that of metal, this problem leads to deterioration of heat dissipation characteristics. That is, in the case of the structure of Patent Document 1, the heat conduction generated in the solar cell is rate-determined in the heat dissipation layer part and stays in the solar cell, so that the heat dissipation is not sufficiently performed and the temperature of the solar cell rises. There is a problem such as.
In Patent Document 2, there is no description of the material, thickness, and size of the heat sink. When the heat sink is thin, the same problem as in Patent Document 1 can be considered. When the heat sink has a small outer size, the heat dissipation characteristics deteriorate. Problems arise.

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、太陽電池セルの放熱特性が最も効率よく得られる構造を見出すことにより、放熱特性の維持とモジュール重量の低減を最小限に抑えた集光型太陽電池モジュール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 by finding a structure in which the heat dissipation characteristics of solar cells can be most efficiently obtained, a concentrating type that minimizes the maintenance of the heat dissipation characteristics and the reduction of the module weight. An object is to provide a solar cell module.

上記目的を達成するために本発明は、表面と裏面に電極を有する太陽電池セルと、前記太陽電池セルの裏面電極と半田によって電気的に接合される電極板と、放熱電気絶縁層を介して前記電極板を支持する支持板を備えた集光型太陽電池モジュールであって、前記電極板は前記太陽電池の裏面電極側の外部への配線部材を構成し、前記太陽電池セルのサイズより大きく、かつ前記電極板の厚みをt(mm)、前記電極板の熱伝導率をλ(W/K/m)とした場合、λ×tは、160以上、2000以下である集光型太陽電池モジュールとした。
この構造によれば、太陽電池セルにおいて発生した熱が、半田を介して電極板に伝導し、ある程度厚みのある電極板によって太陽電池セルの外側方向に拡散し、その後、熱伝導性の低い放熱電気絶縁層を伝導するため、放熱電気絶縁層の伝導断面積が大きくなり、熱抵抗を低減することができる。その結果、太陽電池セルからの放熱特性がよくなり、太陽電池セルの温度をより低く抑えることができる。λ×tが160より小さくなれば、電極板における太陽電池セル外側方向への熱拡散が不十分になり、放熱特性が悪化する。また、λ×tは大きいほど太陽電池セル温度を低く抑えることができるが、2000より大きくなれば太陽電池セルの温度低減効果が飽和する一方、tの増加はモジュール全体の重量増加となるため、この値より小さいことが望ましい。
In order to achieve the above object, the present invention provides a solar cell having electrodes on the front surface and the back surface, an electrode plate electrically connected to the back electrode of the solar cell by solder, and a heat dissipation electrical insulating layer. A concentrating solar cell module including a support plate for supporting the electrode plate, wherein the electrode plate constitutes a wiring member to the outside on the back electrode side of the solar cell and is larger than the size of the solar cell. And, when the thickness of the electrode plate is t (mm) and the thermal conductivity of the electrode plate is λ (W / K / m), λ × t is 160 or more and 2000 or less. It was a module.
According to this structure, the heat generated in the solar battery cell is conducted to the electrode plate through the solder, diffused to the outside of the solar battery cell by the electrode plate having a certain thickness, and then the heat dissipation with low thermal conductivity. Since the electrical insulating layer is conducted, the conduction cross-sectional area of the radiating electrical insulating layer is increased, and the thermal resistance can be reduced. As a result, the heat dissipation characteristics from the solar battery cell are improved, and the temperature of the solar battery cell can be suppressed lower. If λ × t is smaller than 160, the thermal diffusion of the electrode plate toward the outside of the solar battery cell becomes insufficient, and the heat dissipation characteristics deteriorate. In addition, the larger the λ × t, the lower the solar cell temperature can be, but if it exceeds 2000, the solar cell temperature reduction effect will be saturated, while the increase in t will increase the weight of the entire module. It is desirable to be smaller than this value.

また、本発明においては、前記電極板のλ×tは、400以上、1200以下であることが望ましい。
この構造によれば、上記放熱特性が良好であり、かつ、電極板の厚みが必要以上に厚くないためモジュールの重量増加を抑えることができ、さらに好ましい。
In the present invention, λ × t of the electrode plate is preferably 400 or more and 1200 or less.
According to this structure, the heat dissipation characteristics are good, and the thickness of the electrode plate is not unnecessarily thick, so that an increase in the weight of the module can be suppressed.

また、本発明においては、前記電極板の外形サイズは前記太陽電池セルの外形サイズの3倍以上、10倍以下であることが望ましい。
この構造によれば、電極板の外形サイズが太陽電池セル外形サイズの3倍より小さい場合、放熱効率が悪く太陽電池セル部分の温度が高くなる。また、電極板の外形サイズが太陽電池セル外形サイズの10倍より大きい場合、外形サイズの増加に対する太陽電池セルの温度低下が小さくなり、電極板外形サイズを大きくしても放熱効率の向上が少なく、モジュール全体の重量増加となるため、この値より小さいことが望ましい。
In the present invention, it is preferable that the outer size of the electrode plate is not less than 3 times and not more than 10 times the outer size of the solar battery cell.
According to this structure, when the outer size of the electrode plate is smaller than three times the outer size of the solar cell, the heat dissipation efficiency is poor and the temperature of the solar cell portion is increased. Moreover, when the outer size of the electrode plate is larger than 10 times the outer size of the solar cell, the temperature drop of the solar cell with respect to the increase of the outer size is reduced, and even if the outer size of the electrode plate is increased, the improvement of the heat dissipation efficiency is small. Since this increases the weight of the entire module, it is desirable to be smaller than this value.

また、本発明においては、前記電極板の外形サイズは前記太陽電池セルの外形サイズの6倍以上、9倍以下であることがさらに望ましい。
この構造によれば、放熱特性の維持と、余計なモジュール重量の増加を抑えることができる。
In the present invention, the outer size of the electrode plate is more preferably 6 to 9 times the outer size of the solar battery cell.
According to this structure, it is possible to maintain heat dissipation characteristics and suppress an unnecessary increase in module weight.

また、本発明においては、前記電極板は金属を主材料とすることが望ましい。
この構成によれば、前記電極板の主材料を金属とすることにより、電極板の熱伝導率が高く良好な放熱特性を維持できるといった利点がある。
In the present invention, the electrode plate is preferably made of metal as a main material.
According to this configuration, by using a metal as the main material of the electrode plate, there is an advantage that the heat conductivity of the electrode plate is high and good heat dissipation characteristics can be maintained.

また、本発明においては、前記電極板は銅を主材料とすることが望ましい。
この構成によれば、前記電極板の材質を銅とすることにより、銅と半田の接着性が良好であるため、太陽電池セルと電極板の半田による接合が容易であり、かつ、商業上安価に入手することができるといった利点がある。
In the present invention, the electrode plate is preferably made of copper as a main material.
According to this configuration, since the electrode plate is made of copper, the adhesion between the copper and the solder is good, so that the solar battery cell and the electrode plate can be easily joined by solder and is also commercially inexpensive. There is an advantage that it can be obtained.

また、本発明においては、銅を主材料とする前記電極板の厚みが1mmから3mmであることが望ましい。
この構造によれば、上記放熱特性が良好であり、かつ、電極板の厚みが必要以上に厚くないため重量増加を抑えることができる。
In the present invention, the thickness of the electrode plate made mainly of copper is preferably 1 mm to 3 mm.
According to this structure, the heat dissipation characteristics are good and the thickness of the electrode plate is not thicker than necessary, so that an increase in weight can be suppressed.

また、本発明では、前記電極板の上面の少なくとも一部に電気絶縁層を形成するとともに、前記電気絶縁層上に前記太陽電池セルの表面電極側引き出し配線を配置する構造とした。
この構造によれば、太陽電池セルの裏面電極と電気的に導通する電極板上に電気絶縁層をパターニングし、その電気絶縁層上に太陽電池セルの表面電極と電気的に導通する配線をパターニングすることが可能となり、電極板上に配線パターンを形成することが可能となる。この配線パターンは、例えばバイパスダイオードの取り付け、他の太陽電池セルとの接続に使用することができる。電極板上面は、集光型太陽電池モジュールのケース内にあり、空気の対流が少なく放熱の効果がほとんど無いため、電極板上面に電気絶縁層を形成しても、放熱特性にほとんど影響を与えない。
In the present invention, an electrical insulating layer is formed on at least a part of the upper surface of the electrode plate, and the surface electrode side lead wiring of the solar battery cell is disposed on the electrical insulating layer.
According to this structure, the electrical insulating layer is patterned on the electrode plate that is electrically connected to the back electrode of the solar battery cell, and the wiring that is electrically connected to the front electrode of the solar battery cell is patterned on the electrical insulating layer. And a wiring pattern can be formed on the electrode plate. This wiring pattern can be used, for example, for attachment of a bypass diode and connection with other solar cells. Since the upper surface of the electrode plate is inside the case of the concentrating solar cell module and there is little air convection and almost no heat dissipation effect, even if an electrical insulation layer is formed on the upper surface of the electrode plate, the heat dissipation characteristics are almost affected. Absent.

また、本発明においては、前記電気絶縁層はアクリル系樹脂を主成分とするレジストとすることが望ましい。
この構成によれば、前記電極板上に印刷、スプレー等により塗布することができ、前記電気絶縁性を有する層のパターニングを容易に行うことができる。
In the present invention, it is desirable that the electrical insulating layer is a resist mainly composed of an acrylic resin.
According to this structure, it can apply | coat by printing, spraying, etc. on the said electrode plate, and the patterning of the layer which has the said electrical insulation can be performed easily.

本発明の構造によれば、太陽電池セルで発生した熱を効率良く放熱することができ、かつ、重量増加を抑えた集光型太陽電池モジュールを提供することができる。太陽電池セルで発生した熱は、太陽電池セル裏面から半田を介して電極板に伝導し、電極板を通じて太陽電池セルの外側方向に拡散し、その後、放熱電気絶縁層を伝導するため、熱伝導率が最も低い放熱電気絶縁層の熱抵抗を低減することができ、全体としての放熱特性を改善することが可能となる。この過程において、電極板により太陽電池セルの外側方向に熱を拡散することが最も重要であり、本発明においては電極板のサイズ・材質を最適化することにより、放熱特性の維持とモジュールの軽量化の両立が可能となる。
放熱特性が改善すると太陽電池セルの温度を低く抑えることができ、温度上昇に伴う太陽電池セル出力の低下を抑制できる。また、放熱特性を維持しつつ、電極板の厚み、外形サイズを最低限の大きさとすることにより、モジュール全体の重量増加を抑えることができる。モジュールの重量が軽量化できると、太陽追尾の駆動系に掛かる負荷が小さくなり、駆動系の簡略化、低コスト化に寄与する。
According to the structure of the present invention, it is possible to provide a concentrating solar cell module that can efficiently dissipate the heat generated in the solar cells and suppress an increase in weight. The heat generated in the solar cell is conducted from the back surface of the solar cell to the electrode plate via solder, diffuses to the outside of the solar cell through the electrode plate, and then conducts through the heat-dissipating electrical insulating layer, so that heat conduction It is possible to reduce the thermal resistance of the heat dissipating electrical insulating layer having the lowest rate, and to improve the heat dissipation characteristics as a whole. In this process, it is most important to diffuse the heat to the outside of the solar cell by the electrode plate. In the present invention, by optimizing the size and material of the electrode plate, the heat dissipation characteristics can be maintained and the module weight can be reduced. It becomes possible to make it compatible.
When the heat dissipation characteristics are improved, the temperature of the solar battery cell can be kept low, and the decrease in the solar battery cell output accompanying the temperature rise can be suppressed. Moreover, the weight increase of the whole module can be suppressed by making the thickness of the electrode plate and the outer size the minimum while maintaining the heat dissipation characteristics. If the weight of the module can be reduced, the load on the drive system for solar tracking will be reduced, contributing to simplification of the drive system and cost reduction.

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は本発明の実施の形態に係る集光型太陽電池モジュールの概略断面図である。直方体形状をしたケース11の一端面は開口しており、前記開口部にフレネルレンズ12が固定される。フレネルレンズ12は複数枚がそれぞれ固定される場合でも良く、一面の中に多数のフレネルレンズパターンが形成されているものでも良い。複数のフレネルレンズパターンが一枚に形成されている場合、レンズごとのずれが生じ難いため、フレネルレンズ12と太陽電池セル23のアライメントずれを抑えることができる。
ケース11の材質としては軽量で熱伝導性の良いアルミニウムが適しているが、ステンレス板、鋼板、あるいは鋼板に亜鉛、アルミニウム、シリコン等の合金をめっきしたものを用いても良い。また、フレネルレンズ12の材質としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート、UV硬化樹脂、ガラス等の透光性材料が挙げられる。
図1において、ケース11のフレネルレンズ12と対向する支持板部11aには太陽電池セル23が固定されている。フレネルレンズ12により集光された太陽光が太陽電池23に照射される。太陽光の集光倍率は最大で700倍程度である。図2には、太陽電池セル23の固定部分の拡大斜視図を示した。太陽電池セル23は半田により電極板42に固定され、電極板42は放熱電気絶縁層41を介して支持板部11aと電気絶縁性ねじ27により固定される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a concentrating solar cell module according to an embodiment of the present invention. One end surface of the rectangular parallelepiped case 11 is open, and the Fresnel lens 12 is fixed to the opening. A plurality of Fresnel lenses 12 may be fixed, or a plurality of Fresnel lens patterns may be formed on one surface. In the case where a plurality of Fresnel lens patterns are formed on one sheet, it is difficult for the lens to shift, so that the alignment shift between the Fresnel lens 12 and the solar battery cell 23 can be suppressed.
As the material of the case 11, aluminum that is lightweight and has good thermal conductivity is suitable. However, a stainless plate, a steel plate, or a steel plate plated with an alloy such as zinc, aluminum, or silicon may be used. Examples of the material of the Fresnel lens 12 include translucent materials such as acrylic resin, polycarbonate, UV curable resin, and glass.
In FIG. 1, solar cells 23 are fixed to a support plate portion 11 a facing the Fresnel lens 12 of the case 11. Sunlight condensed by the Fresnel lens 12 is irradiated to the solar cell 23. The concentration factor of sunlight is about 700 times at maximum. FIG. 2 shows an enlarged perspective view of a fixed portion of the solar battery cell 23. The solar battery cell 23 is fixed to the electrode plate 42 with solder, and the electrode plate 42 is fixed to the support plate portion 11 a and the electric insulating screw 27 through the heat dissipation electric insulating layer 41.

太陽電池セル23としては、Si、GaAs、CuInGaSe、CdTe等からなる無機太陽電池セルを用いることが可能であり、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を用いることができる。集光型太陽光発電システムにおいては、コストダウンのため太陽電池セルの使用量を抑える目的があり、太陽電池セル23のサイズは小さく、薄いほど望ましい。太陽電池セル23の厚みは100μmから200μm程度、太陽電池23の外形サイズは数mmから20mm程度のものが用いられる。太陽電池セル23の外形サイズはフレネルレンズ12の有効集光面積と所望の集光倍率から決定される。   As the solar battery cell 23, an inorganic solar battery cell made of Si, GaAs, CuInGaSe, CdTe or the like can be used, and the structure of the solar battery cell is a single junction cell or a monolithic multi-junction cell. Alternatively, a mechanical stack cell in which various solar cells having different sensitivity regions are connected can be used. In the concentrating solar power generation system, there is an object of suppressing the usage amount of the solar battery cell for cost reduction, and the size of the solar battery cell 23 is preferably smaller and thinner. The thickness of the solar cell 23 is about 100 μm to 200 μm, and the outer size of the solar cell 23 is about several mm to 20 mm. The outer size of the solar battery cell 23 is determined from the effective light collection area of the Fresnel lens 12 and a desired light collection magnification.

図3には、図2の2a―2bにおける切断面である太陽電池セル23固定部の拡大断面図を示す。太陽電池セル23を固定する支持板部11aの上面に、電気絶縁性を有する熱伝導性材料からなる放熱電気絶縁層41を設け、その上部の電極板42の下面と接する構造とする。
放熱電気絶縁層41は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を主材料とすることが望ましく、添加剤として金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ステンレス等の金属や、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、カーボン等を1つ以上添加したものが使用される。電極板42の材質は熱伝導率の大きな金属あるいは合金を主材料としたものが望ましい。例えば、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ニッケル、錫、ステンレス等の金属単体や、それらの合金とすることができる。特に銅は、商業上安価に入手し易く熱伝導率が大きく、半田と接合性が良好であるため電極板42の材料として適している。
FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of the fixing portion of the solar battery cell 23 which is a cut surface in 2a-2b of FIG. A heat-dissipating electrical insulating layer 41 made of a heat conductive material having electrical insulation is provided on the upper surface of the support plate portion 11a that fixes the solar battery cell 23, and a structure in contact with the lower surface of the upper electrode plate 42 is provided.
The heat-dissipating electrical insulating layer 41 is preferably made of epoxy resin, silicone resin or the like as a main material, and as an additive, metal such as gold, silver, copper, aluminum, magnesium, iron, stainless steel, aluminum oxide, magnesium oxide, oxidation What added one or more metal oxides, such as zinc, boron nitride, aluminum nitride, carbon, etc. is used. The electrode plate 42 is preferably made mainly of a metal or alloy having a high thermal conductivity. For example, it can be a simple metal such as gold, silver, copper, aluminum, magnesium, iron, nickel, tin, stainless steel, or an alloy thereof. In particular, copper is suitable as a material for the electrode plate 42 because it is easily available commercially at a low cost, has a high thermal conductivity, and has good bonding properties with solder.

電極板42の上面の太陽電池セル23を接合する部分以外の箇所の少なくとも一部には電気絶縁層24を設ける。電気絶縁層24の上面には金属箔21aを設け、この金属箔21aと太陽電池セル23の表面電極22を金属ワイヤーボンディングにより電気的に接合する。金属箔21aから外部への配線の取り出しは外部取り出し線25と金属箔21aを半田付けすることにより行い、電極板42から外部への配線の取り出しは外部取り出し線26を電極板42の表面に半田付けすることにより行う。   An electrical insulating layer 24 is provided on at least a portion of the upper surface of the electrode plate 42 other than the portion where the solar battery cells 23 are joined. A metal foil 21a is provided on the upper surface of the electrical insulating layer 24, and the metal foil 21a and the surface electrode 22 of the solar battery cell 23 are electrically joined by metal wire bonding. The extraction of the wiring from the metal foil 21a to the outside is performed by soldering the external extraction line 25 and the metal foil 21a, and the extraction of the wiring from the electrode plate 42 to the outside is performed by soldering the external extraction line 26 to the surface of the electrode plate 42. It is done by attaching.

電気絶縁層24は太陽電池の金属箔21aと電極板42間の電気絶縁を保つために設けられ、金属箔21aと合わせてパターニングすることにより、電極板42上において配線パターニングが可能となる。例えば、電気絶縁層24の開口部と金属箔21aを近接した位置に設けることにより、その部分に太陽電池セル23のバイパスダイオードを取り付けることが可能である。電気絶縁層24のパターニングは、アクリル、ナイロン、PET、ポリイミド等を材料とするフィルムを接着する方法やこれらの材料を主成分とするレジストを印刷、スプレー等の方法により塗布することにより行うことができる。金属箔21aの材料としては、金、銀、銅、錫等を用いることができる。
電極板42の上面中央部の電気絶縁層24が設けられていない部分に半田43により太陽電池セル23の裏面電極全面を接合する。電極板42は放熱電気絶縁層41を介して支持板部11aに電気絶縁性ねじにより固定される。
The electrical insulation layer 24 is provided to maintain electrical insulation between the metal foil 21a of the solar cell and the electrode plate 42. By patterning together with the metal foil 21a, wiring patterning is possible on the electrode plate 42. For example, by providing the opening of the electrical insulating layer 24 and the metal foil 21a in a close position, the bypass diode of the solar battery cell 23 can be attached to that portion. The patterning of the electrical insulating layer 24 can be performed by bonding a film made of acrylic, nylon, PET, polyimide, or the like, or by applying a resist mainly composed of these materials by printing, spraying, or the like. it can. As the material of the metal foil 21a, gold, silver, copper, tin or the like can be used.
The entire surface of the back electrode of the solar battery cell 23 is joined by solder 43 to a portion of the electrode plate 42 where the electrical insulating layer 24 is not provided at the center of the upper surface. The electrode plate 42 is fixed to the support plate portion 11a via the heat-dissipating electric insulating layer 41 with an electric insulating screw.

本構造とすることにより、フレネルレンズ12により集光された太陽光13が太陽電池セル23に照射され、大きなエネルギーが太陽電池セル23に照射されるが、太陽電池セル23で発生する熱を太陽電池セル23下面から半田を通じて電極板42に伝達し、電極板42において太陽電池セル23外側方向に効率的に拡散でき、その後、電極板42から熱伝導性かつ電気絶縁性を有する放熱電気絶縁層41、支持板部11aを通して効率良く放熱することができる。電極板42により一旦熱を太陽電池セル23外側方向に拡散することにより、熱伝導率の小さな前記放熱電気絶縁層41の熱伝導時の断面積を大きくし熱抵抗を低減できるため、放熱効率が向上する。   By adopting this structure, sunlight 13 collected by the Fresnel lens 12 is irradiated to the solar cells 23 and a large amount of energy is irradiated to the solar cells 23. It is transmitted from the lower surface of the battery cell 23 to the electrode plate 42 through solder, and can be efficiently diffused in the electrode plate 42 toward the outside of the solar battery cell 23. Thereafter, the heat dissipating electrical insulating layer having thermal conductivity and electrical insulation from the electrode plate 42 41, heat can be efficiently radiated through the support plate portion 11a. By once diffusing heat to the outside of the solar battery cell 23 by the electrode plate 42, the cross-sectional area at the time of heat conduction of the heat dissipation electrical insulating layer 41 having a small thermal conductivity can be increased and the heat resistance can be reduced. improves.

太陽電池セル23表面は透光性のガラスあるいは樹脂等で被覆し、耐候性を向上させる。封止用の材料29としては、ポリエチレンテトラフルオロエチレン、ポリ3フッ化エチレン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂フィルム、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)樹脂、ブチラール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、PETなどの透明な樹脂やガラスが使用できる。   The surface of the solar battery cell 23 is covered with translucent glass or resin to improve weather resistance. Examples of the sealing material 29 include fluorine resin films such as polyethylene tetrafluoroethylene, polytrifluoride ethylene, and polyvinyl fluoride, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) resin, butyral resin, silicon resin, epoxy resin, fluorine Transparent resin such as fluorinated polyimide resin, acrylic resin, and PET, and glass can be used.

各構成物の材料・サイズは、放熱シミュレーションにより決定される。
(放熱シミュレーション)
以下に放熱シミュレーションについて詳述する。
Autodesk Inventor(R)7で3Dモデルを作成し、シュミレーションソフトCOSMOS Design STAR 4.0を用いて熱伝導解析(定常解析、反復回数はWNR(修正ニュートン−ラプソン法)、初期温度は摂氏25℃)を行った。
支持板部11aは160mm×200mm×2mmtのアルミニウム6061Alloy板(熱伝導率170W/K/m)、放熱電気絶縁層41はシリコーン樹脂に金属添加剤を含有したもの(熱伝導率0.65W/K/m)、電極板42は外形サイズ60mm角の銅板(熱伝導率390W/K/m)とし、その上面に7mm×7mmサイズで厚み0.1mmの半田43(熱伝導率31.1W/K/m)、その上面に外形7mm角、160μm厚の太陽電池セル23(熱伝導率59.9W/K/m:InGaP/InGaAs/Geの3接合型化合物太陽電池)を接合した構成を基本とし、入力熱源として太陽電池セル23に体積発熱量17.15W(1000W/m2)(直達日射強度)×0.000049(m2)(集光スポット面積)×500(sun)(500倍集光)×0.7(1−太陽電池発電消費量))を与え、支持板部11a裏面のみ対流25℃と設定した。太陽電池セル23表面、電極板42表面の空間は、空気の対流が小さいため、本シミュレーションにおいては表面側からの放熱は考慮していない。上記条件を初期状態とし、電極板42の厚みを変化させた。以下の結果はそれぞれの太陽電池セル23の最高温度の比較である。
The material and size of each component is determined by a heat dissipation simulation.
(Heat dissipation simulation)
The heat dissipation simulation will be described in detail below.
Create a 3D model with Autodesk Inventor (R) 7 and use the simulation software COSMOS Design STAR 4.0 to conduct heat conduction analysis (steady state analysis, WNR (modified Newton-Raphson method), initial temperature 25 degrees Celsius) Went.
The support plate portion 11a is an aluminum 6061 Alloy plate (heat conductivity 170 W / K / m) of 160 mm × 200 mm × 2 mm t , and the heat dissipation electrical insulating layer 41 is a silicone resin containing a metal additive (heat conductivity 0.65 W / m). K / m), the electrode plate 42 is a copper plate (thermal conductivity 390 W / K / m) having an outer size of 60 mm square, and a solder 43 (thermal conductivity 31.1 W / mm) having a size of 7 mm × 7 mm and a thickness of 0.1 mm on the upper surface thereof. K / m), and a solar cell 23 (heat conductivity 59.9 W / K / m: InGaP / InGaAs / Ge three-junction compound solar cell) having an outer shape of 7 mm square and a thickness of 160 μm is basically bonded to the upper surface. and then, the volume calorific 17.15W to the solar cell 23 as an input heat source (1000W / m 2) (direct solar radiation intensity) × 0.000049 (m 2) (focused spot area) × 5 0 gives (sun) (500-fold condensing) × 0.7 (1-photovoltaic power generation consumption)), only the support plate portion 11a back surface was set to convection 25 ° C.. Since the air convection is small in the space on the surface of the solar battery cell 23 and the surface of the electrode plate 42, heat dissipation from the surface side is not considered in this simulation. The above conditions were set to the initial state, and the thickness of the electrode plate 42 was changed. The following results are a comparison of the maximum temperatures of the respective solar cells 23.

まず、従来例の電極板が薄い箔状(厚み0.1mm)の場合と板状(厚み1mm)の場合を比較した。電極板の厚み以外の条件は同一とした。シュミレーションの結果、セルの最高温度は、箔状(厚み0.1mm):98.23℃、板状(厚み1.0mm):64.04℃と34度程度の差があった。図4にInGaP/InGaAs/Geの3接合型化合物太陽電池の変換効率の温度特性を示す。200倍集光の場合、太陽電池セルの温度差が前記34度程度であるとき、変換効率の差は絶対値で2%程度と大きく、500倍集光下においてもこの傾向は変わらない。   First, the case where the electrode plate of the conventional example was thin foil shape (thickness 0.1 mm) and the case of plate shape (thickness 1 mm) were compared. The conditions other than the thickness of the electrode plate were the same. As a result of the simulation, the maximum temperature of the cell was as follows: foil shape (thickness 0.1 mm): 98.23 ° C., plate shape (thickness 1.0 mm): 64.04 ° C., which was about 34 ° C. FIG. 4 shows the temperature characteristics of the conversion efficiency of an InGaP / InGaAs / Ge three-junction compound solar cell. In the case of 200 times condensing, when the temperature difference of solar cells is about 34 degrees, the difference in conversion efficiency is as large as about 2% in absolute value, and this tendency does not change even under 500 times condensing.

次に、上記初期状態の電極板厚を1mmとした場合において、電極板42の厚み以外でも放熱性に有効と考えられるパラメータ(放熱電気絶縁層41の材質、支持板11aの厚み)について、どのパラメータが太陽電池セル23の放熱に影響が大きいかを確認した。結果を図5に示す。放熱電気絶縁層41の熱伝導率を0.65W/K/mから3あるいは5W/K/mに変更した場合、支持板部11aの厚みを2mmから3あるいは4mmに変更した場合に比べて、電極板42の厚みを1mmから2あるいは3mmに変更した場合の太陽電池セル最高温度の変化が大きいことが分かる。すなわち、放熱特性を向上させるためには、電極板42の厚みを厚くすることが、より効果的であると言える。   Next, when the thickness of the electrode plate in the initial state is 1 mm, parameters other than the thickness of the electrode plate 42 that are considered to be effective for heat dissipation (material of the heat dissipation electrical insulating layer 41, thickness of the support plate 11a) It was confirmed whether the parameter had a large influence on the heat dissipation of the solar battery cell 23. The results are shown in FIG. When the thermal conductivity of the radiating electrical insulating layer 41 is changed from 0.65 W / K / m to 3 or 5 W / K / m, compared to the case where the thickness of the support plate portion 11a is changed from 2 mm to 3 or 4 mm, It can be seen that the change in the maximum solar cell temperature is large when the thickness of the electrode plate 42 is changed from 1 mm to 2 or 3 mm. That is, it can be said that it is more effective to increase the thickness of the electrode plate 42 in order to improve the heat dissipation characteristics.

図6は前記初期状態において、電極板42のサイズを10mm×10mm、40mm×40mm・・・60mm×60mm(放熱電気絶縁層41もそれぞれ電極板42のサイズと同じ)、または厚みを0.1mmから5mmと変化させた場合の太陽電池セル最高温度のシュミレーション結果である。電極板の厚みが0.1mmから0.4mmになるときに急激に太陽電池セル温度が低下しており、それ以上大きくなると温度低下が徐々に小さくなることが分かる。放熱性と電極板42の低重量化の観点から設計する場合、厚みを0.4mmから5.0mmの範囲とすることが望ましく、1mmから3mmとすることが更に好ましい。図6は、電極板42の材料を銅とした場合であるが、電極板42の熱伝導率と電極板42の厚みの積が等しい場合は同様の結果が得られる。例えば、電極板42の熱伝導率が170(W/K/m)であるアルミニウムを用いた場合、上記電極板42の厚みが2.3倍のときに略同一のシミュレーション結果となる。すなわち、前記電極板42の厚みをt(mm)、前記電極板42の熱伝導率をλ(W/K/m)とした場合、λ×tは、160以上、2000以下であることが望ましく、400以上、1200以下とすることが更に好ましい。   FIG. 6 shows that in the initial state, the size of the electrode plate 42 is 10 mm × 10 mm, 40 mm × 40 mm,... 60 mm × 60 mm (the heat dissipation electrical insulating layer 41 is also the same as the size of the electrode plate 42), or the thickness is 0.1 mm. It is the simulation result of the photovoltaic cell maximum temperature at the time of changing to 5 mm from. It can be seen that when the thickness of the electrode plate is changed from 0.1 mm to 0.4 mm, the temperature of the solar battery cell is drastically lowered, and when the thickness is further increased, the temperature drop is gradually reduced. When designing from the viewpoint of heat dissipation and weight reduction of the electrode plate 42, the thickness is preferably in the range of 0.4 mm to 5.0 mm, and more preferably 1 mm to 3 mm. FIG. 6 shows a case where the material of the electrode plate 42 is copper, but the same result is obtained when the product of the thermal conductivity of the electrode plate 42 and the thickness of the electrode plate 42 is equal. For example, when aluminum whose thermal conductivity of the electrode plate 42 is 170 (W / K / m) is used, substantially the same simulation result is obtained when the thickness of the electrode plate 42 is 2.3 times. That is, when the thickness of the electrode plate 42 is t (mm) and the thermal conductivity of the electrode plate 42 is λ (W / K / m), λ × t is preferably 160 or more and 2000 or less. More preferably, it is 400 or more and 1200 or less.

図7は、前記初期状態において、電極板42の厚みを1mm、2mm、3mmとした場合に、電極板42と太陽電池セル23の外形サイズの比を横軸に取り、太陽電池セル最高温度を縦軸にプロットした図である。電極板サイズ/太陽電池サイズの値が3以下においては太陽電池セル最高温度が高く、10より大きくなると温度低下が小さくなる。放熱性向上の観点と電極板の低重量化の観点から設計する場合、6から9の範囲とすることがさらに望ましい。   FIG. 7 shows the ratio of the outer size of the electrode plate 42 and the solar battery cell 23 on the horizontal axis when the thickness of the electrode plate 42 is 1 mm, 2 mm, and 3 mm in the initial state, It is the figure plotted on the vertical axis. When the value of the electrode plate size / solar cell size is 3 or less, the solar cell maximum temperature is high, and when it exceeds 10, the temperature drop is small. In the case of designing from the viewpoint of improving heat dissipation and reducing the weight of the electrode plate, it is more preferable that the range is 6 to 9.

実施例1について図を基に説明する。集光システムの概要は図8と同様であり、モジュールの構成は、図1から図3と同様である。直方体形状をしたアルミニウム製のケース11の一端面は開口しており、前記開口部にフレネルレンズ12がエポキシ樹脂製接着剤により固着される。フレネルレンズ12は、アクリル樹脂により形成された個々のレンズパターンが透光性を有する接着剤によりガラス板に接着され、7×5のアレイ状にフレネルレンズパターンが形成されたものを用いた。フレネルレンズ12の外形は200mm×200mmで厚さは2mm、焦点距離を200mmとした。ケース11の外形は、1440mm×1040mm×202mmであり、厚さを3mmとした。一対のフレネルレンズ12と太陽電池セル23は、ケース11内に35対設けられている。ケース11のフレネルレンズ12と対向する支持板部11aには電極板42に固定された太陽電池セル23が固定される。フレネルレンズ12により集光された太陽光13が太陽電池セル23に照射される。太陽電池セル23は、7mm角サイズのInGaP/InGaAs/Ge3接合型化合物太陽電池を使用した。   Example 1 will be described with reference to the drawings. The outline of the condensing system is the same as in FIG. 8, and the configuration of the module is the same as in FIGS. One end surface of the aluminum case 11 having a rectangular parallelepiped shape is opened, and the Fresnel lens 12 is fixed to the opening portion by an epoxy resin adhesive. As the Fresnel lens 12, an individual lens pattern formed of an acrylic resin was bonded to a glass plate with a translucent adhesive, and a Fresnel lens pattern was formed in a 7 × 5 array. The external shape of the Fresnel lens 12 was 200 mm × 200 mm, the thickness was 2 mm, and the focal length was 200 mm. The outer shape of the case 11 was 1440 mm × 1040 mm × 202 mm, and the thickness was 3 mm. A pair of Fresnel lenses 12 and solar cells 23 are provided in the case 11 in 35 pairs. The solar battery cell 23 fixed to the electrode plate 42 is fixed to the support plate portion 11 a facing the Fresnel lens 12 of the case 11. The sunlight 13 collected by the Fresnel lens 12 is irradiated to the solar battery cell 23. As the solar battery cell 23, a 7 mm square size InGaP / InGaAs / Ge3 junction type compound solar battery was used.

この構成により、太陽電池セル全面に集光した光が当たるように設定すると、集光倍率は300倍程度となる。支持板部11aの厚さは3mmとした。支持板部11aの上面に、シリコーン樹脂接着剤を主成分とし、添加剤としてアルミニウムを含有する放熱電気絶縁層41を設け、その上部の電極板42の下面と接着した。放熱電気絶縁層41の熱伝導率は0.65W/m・Kであり、厚さは0.1mmとなるようにした。電極板42は厚み2mm、外形サイズ60mm×60mmの銅板とした。
太陽電池セル23の形状は、加工容易性、材料の有効利用性から矩形形状が一般的であるが、円形、楕円形、多角形等の形状でも良い。また、太陽電池セル23のサイズはフレネルレンズのサイズと所望の集光倍率から決定されるものであり、どのような大きさでも良い。
With this configuration, when the condensed light is applied to the entire surface of the solar battery cell, the condensing magnification is about 300 times. The thickness of the support plate part 11a was 3 mm. On the upper surface of the support plate portion 11a, a heat-dissipating electrical insulating layer 41 containing a silicone resin adhesive as a main component and aluminum as an additive was provided and adhered to the lower surface of the upper electrode plate. The heat dissipation electric insulation layer 41 had a thermal conductivity of 0.65 W / m · K and a thickness of 0.1 mm. The electrode plate 42 was a copper plate having a thickness of 2 mm and an outer size of 60 mm × 60 mm.
The shape of the solar battery cell 23 is generally rectangular from the viewpoint of ease of processing and effective utilization of materials, but it may be circular, elliptical, polygonal, or the like. Moreover, the size of the solar battery cell 23 is determined from the size of the Fresnel lens and a desired condensing magnification, and may be any size.

図2、図3を基に、太陽電池セル23の表面電極22の外部への取り出しについて説明する。電極板42上に電気絶縁層24として、アクリル樹脂を主成分とするレジスト(25μm厚)をスクリーン印刷法によりパターニング形成する。その電気絶縁層24上に銀箔(200μm厚)をエポキシ樹脂系接着剤により接着する。太陽電池セル23の表面電極22と前記銀箔21aをアルミワイヤーボンディングにより接続する。前記銀箔21aと外部取り出し線25との接続は半田付けにより行った。太陽電池セル23の裏面電極からの取り出しは電極板42の上面の電気絶縁層24が形成されていない部分に外部取り出し線26を半田付けすることにより行った。このようにして電極を取り出した後、封止用の材料29として透光性のシリコン系樹脂により電極板42上の太陽電池セル23を封止した。
電極板42、放熱電気絶縁層41と支持板部11aは、電気絶縁性ねじ27により固定した。
Based on FIG. 2, FIG. 3, taking out to the exterior of the surface electrode 22 of the photovoltaic cell 23 is demonstrated. On the electrode plate 42, a resist (25 μm thick) mainly composed of an acrylic resin is formed by patterning as an electrical insulating layer 24 by a screen printing method. A silver foil (thickness: 200 μm) is bonded onto the electrical insulating layer 24 with an epoxy resin adhesive. The surface electrode 22 of the solar battery cell 23 and the silver foil 21a are connected by aluminum wire bonding. The silver foil 21a and the external lead wire 25 were connected by soldering. The solar cell 23 was taken out from the back electrode by soldering an external lead wire 26 to a portion of the upper surface of the electrode plate 42 where the electrical insulating layer 24 was not formed. After taking out the electrodes in this manner, the solar cells 23 on the electrode plate 42 were sealed with a translucent silicon resin as the sealing material 29.
The electrode plate 42, the heat dissipation electrical insulating layer 41, and the support plate portion 11 a were fixed with an electrical insulating screw 27.

本構造により、太陽電池セル23で発生した熱が裏面電極、半田を通じて電極板42に伝導し、電極板42により電極板42の面方向すなわち太陽電池セル23外側方向に拡散し、その後、放熱電気絶縁層41、支持板部11aを通じて外気に放熱することにより、良好な放熱特性が実現できる。
上記構造において実際に850W/m2の太陽光13を集光し前記太陽電池セル23に照射した場合、太陽電池セル23の温度は60℃程度に抑えることができた。
また、太陽電池セル23の裏面電極一面を半田付けにより銅板に固定した場合、その熱膨張係数の差によりセルに応力が掛かり、セル割れあるいはセル特性低下といった問題が懸念されるが、本実施例の構造において、液体窒素温度(−約195℃)から120℃までの熱サイクル試験を行った結果、30サイクルにおいても、セル割れ、特性低下等の問題は生じなかった。
With this structure, the heat generated in the solar battery cell 23 is conducted to the electrode plate 42 through the back electrode and solder, and is diffused by the electrode plate 42 in the surface direction of the electrode plate 42, that is, toward the outer side of the solar battery cell 23. By dissipating heat to the outside air through the insulating layer 41 and the support plate portion 11a, good heat dissipation characteristics can be realized.
In the above structure, when the sunlight 13 of 850 W / m 2 was actually condensed and applied to the solar battery cell 23, the temperature of the solar battery cell 23 could be suppressed to about 60 ° C.
In addition, when the entire back electrode of the solar battery cell 23 is fixed to a copper plate by soldering, the cell is stressed due to the difference in thermal expansion coefficient, and there is a concern that there may be a problem such as cell cracking or cell characteristic deterioration. As a result of conducting a thermal cycle test from the liquid nitrogen temperature (−about 195 ° C.) to 120 ° C. in the structure of No. 1, problems such as cell cracking and characteristic deterioration did not occur even in 30 cycles.

集光型太陽光発電システムにおいては、太陽電池材料の使用量を抑える、すなわち太陽電池セル23のサイズが小さい程良く、太陽電池外形サイズを小さくし集光倍率を上げる方向で検討が進んでいる。このため、太陽電池セル23と前記金属板の熱膨張係数の違いによる応力の発生による太陽電池セル23び特性低下や割れかけの問題は大きな問題とはならない。一方、集光倍率は高められるため、放熱特性の向上が最も重要な課題となっており、本発明の構造はこの課題の解決に適している。   In a concentrating solar power generation system, the amount of use of solar cell material is suppressed, that is, the smaller the size of the solar cell 23, the better, and studies are proceeding in the direction of reducing the external size of the solar cell and increasing the concentration factor. . For this reason, the problem of deterioration of the characteristics of the solar cells 23 and cracking due to the generation of stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the solar cells 23 and the metal plate does not become a big problem. On the other hand, since the condensing magnification can be increased, improvement of heat dissipation characteristics is the most important issue, and the structure of the present invention is suitable for solving this problem.

本発明の集光型太陽電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the concentrating solar cell module of this invention. 本発明の太陽電池固定部分の斜視図である。It is a perspective view of the solar cell fixing | fixed part of this invention. 本発明の太陽電池固定部分の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the solar cell fixing part of the present invention. 本発明の実施例で使用した化合物太陽電池の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the compound solar cell used in the Example of this invention. 本発明の実施の形態に係る放熱シュミレーションの結果(太陽電池セル温度のパラメータ依存性)である。It is the result (parameter dependence of the photovoltaic cell temperature) of the thermal radiation simulation which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る放熱シュミレーションの結果(電極板厚と太陽電池セル最高温度の関係)である。It is a result (relationship of an electrode board thickness and a photovoltaic cell maximum temperature) of the thermal radiation simulation which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る放熱シュミレーションの結果(電極板外形サイズ/太陽電池セルサイズと太陽電池セル最高温度の関係)である。It is a result of heat dissipation simulation (embodiment size of electrode plate / solar cell size and solar cell maximum temperature) according to the embodiment of the present invention. 従来の集光型太陽光発電システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the conventional concentrating solar power generation system. 従来の集光型太陽電池モジュールを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the conventional concentrating solar cell module.

符号の説明Explanation of symbols

11 ケース
12 フレネルレンズ
13 太陽光
11a 支持板部
21a 金属箔
21b ワイヤーボンディング
22 太陽電池セルの表面電極
23 太陽電池セル
24 電気絶縁層
25 表面電極取り出し線
26 裏面電極取り出し線
27 電気絶縁性ねじ
29 封止用の材料
41 放熱電気絶縁層
42 電極板
43 半田
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Case 12 Fresnel lens 13 Sunlight 11a Support plate part 21a Metal foil 21b Wire bonding 22 Solar cell surface electrode 23 Solar cell 24 Electrical insulation layer 25 Front electrode lead wire 26 Back electrode lead wire 27 Electrical insulation screw 29 Sealing Fixing material 41 Heat dissipation electric insulation layer 42 Electrode plate 43 Solder

Claims (9)

表面と裏面に電極を有する太陽電池セルと、前記太陽電池セルの裏面電極と半田によって電気的に接合される電極板と、放熱電気絶縁層を介して前記電極板を支持する支持板を備えた集光型太陽電池モジュールであって、
前記電極板は前記太陽電池の裏面電極側の外部への配線部材を構成し、前記太陽電池セルのサイズより大きく、かつ前記電極板の厚みをt(mm)、前記電極板の熱伝導率をλ(W/K/m)とした場合、λ×tは、160以上、2000以下であることを特徴とする集光型太陽電池モジュール。
A solar cell having electrodes on the front surface and the back surface, an electrode plate electrically connected to the back electrode of the solar cell by solder, and a support plate that supports the electrode plate through a heat dissipation electrical insulating layer A concentrating solar cell module,
The electrode plate constitutes a wiring member to the outside on the back electrode side of the solar battery, is larger than the size of the solar battery cell, the thickness of the electrode plate is t (mm), and the thermal conductivity of the electrode plate is When λ (W / K / m), λ × t is 160 or more and 2000 or less.
前記電極板のλ×tは、400以上、1200以下であることを特徴とする請求項1に記載の集光型太陽電池モジュール。   2. The concentrating solar cell module according to claim 1, wherein λ × t of the electrode plate is 400 or more and 1200 or less. 前記電極板の外形サイズは前記太陽電池セルの外形サイズの3倍以上、10倍以下であることを特徴とする請求項1または2の何れか1項に記載の集光型太陽電池モジュール。   3. The concentrating solar cell module according to claim 1, wherein an outer size of the electrode plate is not less than 3 times and not more than 10 times an outer size of the solar battery cell. 前記電極板の外形サイズは前記太陽電池セルの外形サイズの6倍以上、9倍以下であることを特徴とする請求項3に記載の集光型太陽電池モジュール。   4. The concentrating solar cell module according to claim 3, wherein an outer size of the electrode plate is not less than 6 times and not more than 9 times an outer size of the solar battery cell. 前記電極板は金属を主材料とすることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の集光型太陽電池モジュール。   The concentrating solar cell module according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode plate is made of metal as a main material. 前記電極板は銅を主材料とすることを特徴とする請求項5に記載の集光型太陽電池モジュール。   The concentrating solar cell module according to claim 5, wherein the electrode plate is mainly made of copper. 前記電極板の厚みが1mmから3mmであることを特徴とする請求項6に記載の集光型太陽電池モジュール。   The concentrating solar cell module according to claim 6, wherein the electrode plate has a thickness of 1 mm to 3 mm. 前記電極板の上面の少なくとも一部に電気絶縁層を形成するとともに、前記電気絶縁層上に前記太陽電池セルの表面電極側引き出し配線を配置することを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の集光型太陽電池モジュール。   8. An electrical insulating layer is formed on at least a part of the upper surface of the electrode plate, and a surface electrode side lead wiring of the solar battery cell is disposed on the electrical insulating layer. 2. The concentrating solar cell module according to item 1. 前記電気絶縁層はアクリル系樹脂を主成分とするレジストであることを特徴とする請求項8に記載の集光型太陽電池モジュール。   The concentrating solar cell module according to claim 8, wherein the electrical insulating layer is a resist mainly composed of an acrylic resin.
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