JP2011210890A - Photovoltaic power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽光発電装置に関するものである。 The present invention relates to a solar power generation device that converts sunlight into electrical energy.
太陽光を電気エネルギーに変換する太陽光発電装置として、変換効率の高い太陽電池を用いた集光型太陽電池がある。
集光型太陽電池では、一般的に太陽光を、集光レンズを用いて太陽電池に集光している。
As a solar power generation device that converts sunlight into electric energy, there is a concentrating solar cell using a solar cell with high conversion efficiency.
In a concentrating solar cell, sunlight is generally condensed onto the solar cell using a condensing lens.
しかし、集光レンズを用いた太陽電池は簡易なレンズ、たとえば単レンズではその集光倍率を稼ぐのが難しく、一方、複数の光学系を用いることで解決を図るとコスト面で不利になる。
さらに、時間とともに太陽が移動するため、効率が低下する問題点もある。
この問題を解決するために、太陽を追尾する機構を付加したシステムも散見されるようになってきた。
However, it is difficult for a solar cell using a condensing lens to obtain its condensing magnification with a simple lens such as a single lens. On the other hand, if a solution is obtained by using a plurality of optical systems, it is disadvantageous in terms of cost.
Furthermore, since the sun moves with time, there is a problem that the efficiency is lowered.
In order to solve this problem, systems with a mechanism for tracking the sun have come to be seen.
特許文献1には、フレネルレンズのような光学系を用いて太陽電池の受光面に集光する集光型太陽電池モジュールが開示されている。
この太陽電池モジュールは、集光することにより、光強度が大きくなって発生電圧が高まる。つまり入射エネルギーに対する出力エネルギーの割合、すなわち変換効率を向上させることができる。
When the solar cell module is condensed, the light intensity increases and the generated voltage increases. That is, the ratio of the output energy to the incident energy, that is, the conversion efficiency can be improved.
しかし、時間や季節によって太陽の位置が変化すると太陽電池モジュール側への太陽光の入射角度もさまざまに変化するため、このような光学系による集光では集光位置も変化し、最適位置からずれて効率を低下させたり、太陽電池の位置から外れて発電できなかったりする。
そのために、先行技術においても追尾装置を用いて太陽光が最適な入射角度(法線方向)となるように太陽電池モジュールの受光角度をコントロールすることが提案されている。
However, if the position of the sun changes depending on the time and season, the incident angle of sunlight on the solar cell module also changes in various ways. The efficiency may be reduced, and the solar cell may be out of position to generate power.
Therefore, in the prior art, it has been proposed to control the light receiving angle of the solar cell module using a tracking device so that the sunlight has an optimum incident angle (normal direction).
集光レンズを用いた太陽電池は簡易なレンズ、たとえば単レンズではその集光倍率を稼ぐのが難しく、一方、複数の光学系を用いることで解決を図るとコスト面で不利になる。 In a solar cell using a condensing lens, it is difficult to obtain a condensing magnification with a simple lens such as a single lens.
しかしながら、追尾装置を用いるということはその制御および駆動自体に電力を用いることになる。天候等によって太陽光が弱い場合は自らの起電力によって追尾に必要な電力を賄うこともままならない。
また、屋外に設置されることが前提となる装置であるために耐環境・耐久性が求められ、場合によってはメンテナンスが必要とも考えられ、手間やコストを要してしまう。
However, using a tracking device uses power for its control and drive itself. If the sunlight is weak due to the weather, etc., the power necessary for tracking will not be covered by its own electromotive force.
Moreover, since it is a device on the premise that it is installed outdoors, environmental resistance and durability are required. In some cases, it is considered that maintenance is required, which requires labor and cost.
本発明は、簡易な構成でも集光倍率に制限が無く、太陽を追尾するメカニカルな可動部がなくとも効率の落ちにくい太陽光発電装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a photovoltaic power generation apparatus that has no limitation on the light collecting magnification even with a simple configuration and that is less likely to lose efficiency even without a mechanical movable part that tracks the sun.
本発明の第1の観点の太陽光発電装置は、2次元状に間隔を空けて配置された複数の太陽電池と、前記太陽電池の間に配置される第1の反射部と、前記太陽電池の受光面側に配置される集光装置と、前記集光装置の太陽電池に面する側に配置され、前記集光装置の光路を避けた部分に反射面を有する第2の反射部と、を有する。 The solar power generation device according to the first aspect of the present invention includes a plurality of solar cells that are two-dimensionally spaced apart, a first reflecting portion that is disposed between the solar cells, and the solar cell. A light collecting surface disposed on the light receiving surface side of the light collecting surface, a second reflecting portion disposed on a side facing the solar cell of the light collecting device and having a reflective surface in a portion avoiding the optical path of the light collecting device, Have
好適には、前記集光装置は、反射部材によって太陽電池側に向かって口径が小さくなる漏斗形状の光集光部を複数並べて形成されている。 Preferably, the condensing device is formed by arranging a plurality of funnel-shaped light condensing portions that are reduced in diameter toward the solar cell by the reflecting member.
好適には、前記漏斗形状の光集光部は、中央部側が周辺部側より屈折率が高く設定されている。 Preferably, the funnel-shaped light condensing part is set such that the central part side has a higher refractive index than the peripheral part side.
好適には、前記集光装置は、マイクロレンズアレイにより形成されている。 Preferably, the light collecting device is formed of a microlens array.
好適には、前記第2の反射部は、前記太陽電池の受光面の略法線方向に面頂を持つ凹面形状を有する。 Preferably, the second reflecting portion has a concave shape having a surface top in a substantially normal direction of the light receiving surface of the solar cell.
好適には、前記太陽電池と前記第2の反射部の間に流体が注入されている。 Preferably, a fluid is injected between the solar cell and the second reflecting portion.
本発明によれば、簡易な構成でも集光倍率に制限が無く、太陽を追尾するメカニカルな可動部がなくとも効率の落ちにくい太陽光発電装置を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a photovoltaic power generation apparatus that has no limitation on the light collecting magnification even with a simple configuration and that is less likely to lose efficiency even without a mechanical movable part that tracks the sun.
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る太陽光発電装置の構成例を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a photovoltaic power generation apparatus according to the first embodiment of the present invention.
本第1の実施形態に係る太陽光発電装置1は、複数の太陽電池2、第1の反射部3、光学的トラップとしての集光装置4、導光部5、および第2の反射部6を主構成要素として有している。なお、図1において、第2の反射部6は、模式的に一つのみ示している。
The solar
太陽電池2は、複数有し、受光面21を光入射側に向けて太陽電池基板10の主面11において、2次元状に間隙を空けて配置されている。
A plurality of
太陽電池基板10の複数の太陽電池2の間にはミラーの反射機能を有する第1の反射部3が配置されている。
第1の反射部3は、集光装置4により集光されて導光され、太陽電池2の受光面2で受光される光以外の光を集光装置4側に反射し、さらに集光装置4側で反射させ、光を再利用させる機能を有する。
Between the plurality of
The
本第1の実施形態において、導光部5は、太陽電池基板10の主面11と対向して面する集光装置4の光出射面4a側との間に、光を導光する空間として形成されている。
In the first embodiment, the
集光装置4は、導光部5を介して太陽電池2の受光面側に配置され、太陽光SLを集光して太陽電池基板10の主面側、特に太陽電池2の受光面21に向かって集光した光を出射する機能を有する。
The
集光装置4は、光学的トラップの一部として機能し、また放熱機能を有する。
ここで、光学的トラップとは、太陽光がそそがれる方向、一般的には上方からの光を通過、あるいは通過しやすく、下方、本実施形態では太陽電池基板10側からの光を反射、あるいは反射しやすい構造を有する構造物を意味する。
The
Here, the optical trap refers to the direction in which sunlight is lit, generally passing or easily passing light from above, and reflecting light from the lower side, in this embodiment, from the
このように、本実施形態の太陽光発電装置1は、太陽電池2の上方に、光学的トラップとしての集光装置4を付加し、太陽電池2同士の隙間にはミラーである第1の反射部3を配置した構造を有する。
この構造により、上方からの光は光学的トラップである集光装置4を通過し、下方に配置されている太陽電池2の受光面21に光が届く。
太陽電池2の受光面21に到達しなかった光は太陽電池2同士の隙間に配置されたミラーである第1の反射部3で反射され上方に向かうが、光学的トラップである集光装置4の面4a側において下方からくる光はさらに第2の反射部等により反射され、下方の太陽電池基板10側に戻される。
Thus, the solar
With this structure, light from above passes through the
The light that has not reached the
以下に、光学的トラップとして機能する集光装置4の具体的な構成および機能について説明する。
Below, the specific structure and function of the
図2は、本実施形態に係る集光装置の全体的な概要を模式的に示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing an overall outline of the light collecting apparatus according to the present embodiment.
図2の集光装置4は、基体41に複数の光集光部42がマトリクス状に配列されて形成されている。
The
図2の集光装置4は、太陽電池2側に向かって開口径ORが小さくなる漏斗形状の複数の光集光部42をマトリクス状に配列して形成されている
光集光部42に入射した光線は漏斗状の壁にあたり、太陽電池側(下方)に導かれる。
光集光部42は、上方から入射した光線が下方に導かれるようにするために、開口径は徐々に小さくなるように形成される。
また、光集光部42の光出射面側(下面側)は開口部を除き、平坦なミラー形状であると良い。それにより、下方からの光が1回の反射で再び太陽電池側へ戻される。
さらに、光集光部42は、漏斗形状部の内部は周辺部より中央部の方が屈折率の高い透明材質で充填されていると良い。漏斗形状部の内部に入射した光は、屈折率の高い中心部に向かって光線が進んでいき、屈折率の低い部材から高い部材への界面では、全反射が発生するため、高効率に光線を下方に導くことができる。
The
The
Further, the light exit surface side (lower surface side) of the
Furthermore, the
これらの構成を図3〜図5に関連付けて説明する。 These configurations will be described with reference to FIGS.
図3は、本実施形態に係る光集光部の漏斗形状部の内部を透明媒質で充填した構成を模式的に示す図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration in which the inside of the funnel-shaped portion of the light condensing portion according to the present embodiment is filled with a transparent medium.
光集光部42は、図3に示すように、漏斗形状部の内部を透明媒質TPで充填すると良い。光集光部42の漏斗形状部の内部に入射した光は、屈折率の高い中心部TP1に向かって光線が進んでいき、屈折率の低い部分TP2から高い部分TP1への界面では、全反射が発生する。
このため、光線が上方に戻りにくくなり、さらに、漏斗形状部の上面の開口径と下面の開口径の比率を大きくできるため、集光型太陽電池装置1としての集光度を向上させることができる。
これは、上面の開口径を大きくすると太陽の光を多く取り込めるようになり、かつ、下面の開口径を小さくすると、太陽電池2同士の隙間に配置された第1の反射部3であるミラーで反射された光を上方に逃がしにくくなるためである。
As shown in FIG. 3, the
For this reason, it becomes difficult for the light beam to return upward, and furthermore, the ratio of the opening diameter of the upper surface and the opening diameter of the lower surface of the funnel-shaped portion can be increased. .
This is a mirror which is the first reflecting
図4は、本実施形態に係る光学的トラップとして機能する集光装置および第2の反射部による集光のイメージを示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a condensing device functioning as an optical trap according to the present embodiment and an image of condensing by the second reflecting unit.
太陽光発電装置1は、太陽電池基板10上の太陽電池2の占める割合が、集光度にあたる。
集光装置4は、光集光部42の太陽電池側面(下面)42aを、開口部を除き、第2の反射部6として機能する平坦なミラーとした場合を示している。平坦なミラーとすることで、製造は安易に可能となる。
In the solar
The condensing
たとえば、熱伝導率の良いアルミニウムの平板を母材として使用する。
反射により発生する熱を効率よく逃がすためである。この平板の下面はミラー化する。さらに、漏斗状のザグリ穴を施す。好適には、ザグリ穴に屈折率の異なる2種類の樹脂や硝子を用いて、図3で示したように、周辺部より中央部の屈折率の高い透明材質で充填する。
For example, an aluminum flat plate having good thermal conductivity is used as a base material.
This is because the heat generated by the reflection is efficiently released. The lower surface of this flat plate is mirrored. Furthermore, a funnel-shaped counterbore is provided. Preferably, the counterbore hole is filled with a transparent material having a higher refractive index at the center than at the periphery, as shown in FIG.
図5は、本実施形態に係る光学的トラップとして機能する他の集光装置による集光のイメージを示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an image of light collection by another light collecting device that functions as an optical trap according to the present embodiment.
図5の集光装置4Aは、光集光部42の下面42aの開口部を除き、各太陽電池2の受光面21の略法線方向(鉛直線状)に面頂がある凹面ミラーを第2の反射部6aとして並べた形状であることを示している。
図4で示した平面ミラーに比べ、各太陽電池近傍に光を集光しているため、集光度が向上できる。
The concentrating
Compared with the flat mirror shown in FIG. 4, since the light is condensed in the vicinity of each solar cell, the light condensing degree can be improved.
図6は、本実施形態に係る集光装置の製造方法を説明するための図である。 FIG. 6 is a view for explaining the method of manufacturing the light collecting device according to this embodiment.
基体41に形成する漏斗形状の透明部材は、芯を空洞にした部材として作製する。
その芯に、屈折率が高い溶かした樹脂や硝子を流し込むと、図3で示したような周辺部より中央部の屈折率の高い透明材質となる。
基体41は、熱伝導率の良いアルミニウムの平板を母材として使用する。この平板の下面はミラー化する。
そして、漏斗状のザグリ穴を施す。
ザグリ穴に上記作製した透明部材を充填する。
The funnel-shaped transparent member formed on the
When molten resin or glass having a high refractive index is poured into the core, a transparent material having a higher refractive index in the central portion than in the peripheral portion as shown in FIG. 3 is obtained.
The
Then, a funnel-shaped counterbore is provided.
The counterbore hole is filled with the transparent member produced above.
本第1の実施形態によれば、太陽光発電装置1は、2次元状に複数の太陽電池2を間隔を空けて配置し、その間の部分には第1の反射部3を配置し、太陽電池2の受光面21側には全反射もしくは全反射を行なう漏斗形状を並べた集光装置4を、その集光装置4の太陽電池2側には第2の反射部(面)6を配置する構成を有する。
この構成により、集光装置4で受けた光を太陽電池2側に導き、太陽電池2で受光できなかった光も第1反射部3と第2反射部6の間で反射を繰り返して太陽電池2の受光部へ導くようにして集光率の向上を図っている。
したがって、本実施形態によれば、簡易な構成でも集光倍率に制限が無く、太陽を追尾するメカニカルな可動部がなくとも効率の落ちにくい太陽光発電装置を実現することができる。
According to the first embodiment, the solar
With this configuration, the light received by the condensing
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a photovoltaic power generation apparatus that is not easily reduced in efficiency even if there is no restriction on the light collecting magnification even with a simple configuration and there is no mechanical movable part that tracks the sun.
図7は、本発明の第2の実施形態に係る太陽光発電装置の構成例を模式的に示す図である。 FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the solar power generation device according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態に係る太陽光発電装置1Aが第1の実施形態に係る太陽光発電装置1と異なる点は、次のとおりである。
第1の実施形態において、導光部5Aが、太陽電池基板10の主面11と対向して面する集光装置4の光出射面4a側との間に、光を導光する空間として形成されている。
これに対して、本第2の実施形態においては、その間隙により形成される導光部5Aに、各反射の際に発生する熱を効果的に放熱するために、冷却水循環器8により純水等の冷却水7を循環させている。
The solar
In 1st Embodiment, 5 A of light guide parts are formed as the space which guides light between the light-
On the other hand, in the second embodiment, pure water is supplied by the cooling water circulator 8 in order to effectively dissipate the heat generated at each reflection to the
純水等の冷却水7を導光部5Aの間隙に満杯に注入することにより、冷却水と集光装置の光集光部42の光出射面42aとの界面での光伝搬ロスを低減することが可能となる。
By injecting cooling water 7 such as pure water into the gap between the light guides 5A, light transmission loss at the interface between the cooling water and the
その他の構成は第1の実施形態と同様であり、上述した第1の実施形態の効果と同様の効果を得ることもできる。 Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same effects as those of the above-described first embodiment can also be obtained.
図8(A)および(B)は、本発明の第3の実施形態に係る太陽光発電装置の構成例を模式的に示す図である。
図8(A)は入射光が略垂直に入射する場合、図8(B)は入射光を傾きをもって入射される場合の集光状態を示している。
FIGS. 8A and 8B are diagrams schematically illustrating a configuration example of a solar power generation device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 8A shows a condensing state when incident light is incident substantially vertically, and FIG. 8B shows a condensing state when incident light is incident with an inclination.
本第3の実施形態に係る太陽光発電装置1Bは、集光装置4Bの光学的トラップとして機能する光集光部42Bをアレイ状に配列されたマイクロレンズ420により形成されている。
The solar
マイクロレンズ420の下部の第2の反射部6Bとしてのミラーは入射光を遮らないように開口されている。
太陽電池2に直接入射しない光も基板上の第1の反射部3としてのミラーとの間で反射を繰り返して太陽電池2の受光面21に導かれる。
The mirror as the second reflecting
Light that is not directly incident on the
図9は、本第3の実施形態に係る集光装置の構成例を示す分解斜視図である。 FIG. 9 is an exploded perspective view illustrating a configuration example of the light collecting device according to the third embodiment.
間隔を空けて太陽電池2を配列した基板10上に集光光学系を隙間なく並べた集光部材400を配置する。
集光部材400に並べる集光光学系は、マイクロレンズ型でも、漏斗型でも、それらを混在させたものでも良い。集光部材400の下面400aに光集光部の光出射部に対応する開口部410が形成され、その間に第2の反射部6Bとしてのミラーが形成されている。
A condensing
The condensing optical system arranged on the condensing
1・・・太陽光発電装置、2・・・太陽電池、3・・・第1の反射部、4・・・集光装置、5・・・導光部、6・・・第2の反射部、7・・・冷却水。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記太陽電池の間に配置される第1の反射部と、
前記太陽電池の受光面側に配置される集光装置と、
前記集光装置の太陽電池に面する側に配置され、前記集光装置の光路を避けた部分に反射面を有する第2の反射部と、
を有する太陽光発電装置。 A plurality of solar cells arranged two-dimensionally apart from each other;
A first reflecting portion disposed between the solar cells;
A light collecting device disposed on the light receiving surface side of the solar cell;
A second reflecting portion disposed on the concentrating device facing the solar cell and having a reflecting surface in a portion avoiding the optical path of the concentrating device;
A solar power generation apparatus having
反射部材によって太陽電池側に向かって口径が小さくなる漏斗形状の光集光部を複数並べて形成されている
請求項1に記載の太陽光発電装置。 The light collecting device is:
The solar power generation device according to claim 1, wherein a plurality of funnel-shaped light condensing portions whose diameter decreases toward the solar cell side by the reflecting member are arranged side by side.
中央部側が周辺部側より屈折率が高く設定されている
請求項2記載の太陽光発電装置。 The funnel-shaped light condensing part is
The solar power generation device according to claim 2, wherein the center side is set to have a higher refractive index than the peripheral side.
マイクロレンズアレイにより形成されている
請求項1記載の太陽光発電装置。 The light collecting device is:
The solar power generation device according to claim 1, wherein the photovoltaic power generation device is formed of a microlens array.
前記太陽電池の受光面の略法線方向に面頂を持つ凹面形状を有する
請求項1から4のいずれか一に記載の太陽光発電装置。 The second reflecting portion is
The solar power generation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the solar power generation device has a concave shape having a top surface in a substantially normal direction of a light receiving surface of the solar cell.
請求項1から5のいずれかに一に記載の太陽光発電装置。 The solar power generation device according to any one of claims 1 to 5, wherein a fluid is injected between the solar cell and the second reflecting portion.
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CN105977328A (en) * | 2015-03-13 | 2016-09-28 | 松下知识产权经营株式会社 | Solar cell module |
KR101791130B1 (en) * | 2016-11-18 | 2017-10-27 | 엘지전자 주식회사 | Solar cell module |
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- 2010-03-29 JP JP2010076286A patent/JP2011210890A/en active Pending
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