JP2013004884A - Condensing-type solar cell module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a condensing-type solar cell module that can always perform a good heat release without depending on a direction change of its power generation element while tracking the sun.SOLUTION: A first ventilation passage 4 surrounding heat exchange means 5 provided to a power generation element 1 is configured to communicate with a second ventilation passage 6 provided at the upper edge of a condensing-type solar cell module, the second ventilation passage 6 being extending vertically to a light-receiving surface side of the power generation element 1. Thus, the condensing-type solar cell module can always perform a good heat release without depending on a direction change of the power generation element 1 while tracking the sun. This can provide the condensing-type solar cell module with a high efficiency and a long life regardless of a longitude of its installation site and a time zone without changing its configuration.

Description

本発明は、集光型太陽電池に関する。   The present invention relates to a concentrating solar cell.

図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃに、特許文献１に記載の集光型太陽電池を示す。   10A, 10B, and 10C show the concentrating solar cell described in Patent Document 1. FIG.

図１０Ａは、従来の集光型太陽光電池の構成の模式図である。また、図１０Ｂは、従来の集光型太陽光電池の構成の断面図ある。   FIG. 10A is a schematic diagram of a configuration of a conventional concentrating solar cell. FIG. 10B is a cross-sectional view of the configuration of a conventional concentrating solar cell.

図１０Ａ、及び図１１Ｂに示す集光型太陽電池は、発電素子５２と、発電素子への集光のために太陽を追尾させる駆動装置を具備した架台５１と、集光のための屈折式光学系５３と、発電素子５２を冷却するための熱交換器５４と、熱交換器５４に空気を送るための開口５５と、送風路５６と、熱交換器５４から空気を取り出すための開口５７とを備えている。   A concentrating solar cell shown in FIGS. 10A and 11B includes a power generation element 52, a gantry 51 including a driving device for tracking the sun for condensing light to the power generation element, and a refractive optical system for condensing light. A system 53, a heat exchanger 54 for cooling the power generation element 52, an opening 55 for sending air to the heat exchanger 54, an air passage 56, and an opening 57 for taking out air from the heat exchanger 54 It has.

図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃに示す集光型太陽電池の動作原理を説明する。   The operation principle of the concentrating solar cell shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C will be described.

発電素子５２は、太陽からの平行光は屈折式光学系５３を通過して集光された太陽光を吸収し、電力及び熱を生成する。発生した熱は、発電素子５２から熱交換器５４に伝わる。
開口５５から流入する空気は、熱交換器５４に伝わった熱と熱交換することで、温められる。暖められた空気は開口５７から流出する。 In the power generation element 52, parallel light from the sun passes through the refractive optical system 53, absorbs sunlight collected, and generates electric power and heat. The generated heat is transmitted from the power generation element 52 to the heat exchanger 54.
The air flowing from the opening 55 is warmed by exchanging heat with the heat transferred to the heat exchanger 54. The warmed air flows out from the opening 57.

図１０Ｃは、従来の集光型太陽光電池の構成の断面図である。   FIG. 10C is a cross-sectional view of the configuration of a conventional concentrating solar cell.

図１０Ｃに、風の流れ５８を示す。発電素子５２の受光面側に吹く風５８は、発電素子５２の表面に沿って上方に移動して上縁の開口５５から、発電素子５２の非受光面側の熱交換器５４に送られる。熱交換された空気は、通風路５６を通過して、下縁の開口５７から排出される。   FIG. 10C shows the wind flow 58. The wind 58 blown to the light receiving surface side of the power generation element 52 moves upward along the surface of the power generation element 52 and is sent from the opening 55 at the upper edge to the heat exchanger 54 on the non-light receiving surface side of the power generation element 52. The heat-exchanged air passes through the ventilation path 56 and is discharged from the opening 57 at the lower edge.

太陽光を追尾しつつ常に、発電素子の熱を通風によって熱交換して冷却することが可能な構成である。   In this configuration, the solar power can always be cooled by exchanging heat of the power generation element by ventilation.

図１１及び図１２に、特許文献２に記載されている、煙突効果を利用した空冷式の冷却機構を備えた太陽電池を示す。   11 and 12 show a solar cell provided with an air-cooling type cooling mechanism using the chimney effect described in Patent Document 2. FIG.

図１１（ａ）に、従来の太陽電池２００の断面図である。太陽電池は、発電素子６４と、基板６１と、基板６１に取り付けられた発電素子６４と、基板６１と平行に取り付けられた板状部品６２と、煙突形状で上下が開口の上昇筒６３と、光吸収材料６５とを備えている。基板６１と板状部材６２の間に挟まれた空間は、上昇筒６３の内部空間とつながっている。   FIG. 11A is a cross-sectional view of a conventional solar cell 200. The solar cell includes a power generation element 64, a substrate 61, a power generation element 64 attached to the substrate 61, a plate-like component 62 attached in parallel to the substrate 61, a rising cylinder 63 having a chimney shape and an open top and bottom, A light absorbing material 65. The space sandwiched between the substrate 61 and the plate-like member 62 is connected to the internal space of the rising cylinder 63.

図１１Ｂに、基板６１と板状部材６２とを分離した太陽電池を示す。   FIG. 11B shows a solar cell in which the substrate 61 and the plate-like member 62 are separated.

放熱のための空気の流れは、上昇筒６３の内部で起こる熱上昇流による圧力差が原動力となり、基板６１と板状部品６２との間に挟まれる空間の周縁部で吸い込まれた外部の空気が加速され、流れによって発電素子６４を冷却した後、上昇筒６３の内部に入り、熱上昇流となって上昇筒６３内部を上昇して、上昇筒６３の開口した上端から排出される。基板６１の中央部分には発電素子６４を取り付けず、光吸収部材６５を配置している。光吸収部材６５は太陽光を吸収し、その熱を空気に伝達するので上昇筒６３の熱上昇流を強める。   The air flow for heat dissipation is driven by the pressure difference caused by the heat rising flow generated inside the rising cylinder 63, and the external air sucked in the peripheral portion of the space sandwiched between the substrate 61 and the plate-like component 62. After the power generation element 64 is cooled by the flow, it enters the inside of the rising cylinder 63, becomes a heat rising flow, rises inside the rising cylinder 63, and is discharged from the opened upper end of the rising cylinder 63. The light-absorbing member 65 is disposed in the central portion of the substrate 61 without attaching the power generation element 64. The light absorbing member 65 absorbs sunlight and transmits the heat to the air, so that the heat rising flow of the rising cylinder 63 is strengthened.

図１２Ａには、受光面が水平ではなく、傾斜させて設置する場合である。その場合には、上昇筒６３が傾斜していると熱上昇流の妨げとなるため、常に上昇筒６３が鉛直方向となるように取り付け角度を設定している構成である。図１２Ａでは、傾斜しているために起こり得る空気の流れに不均衡を防止するために、基板６１と板状部材６２の側面に側板６５を取り付けて内部空間の低所側と上昇筒６３の上端のみを開口として、上昇筒６３は高所側の端に複数設けている。図１２Ｂは、図１２Ａの断面図である。   FIG. 12A shows a case where the light receiving surface is not horizontal but is inclined. In this case, if the ascending cylinder 63 is inclined, the heat rising flow is hindered. Therefore, the mounting angle is set so that the ascending cylinder 63 is always in the vertical direction. In FIG. 12A, in order to prevent an imbalance in air flow that may occur due to the inclination, side plates 65 are attached to the side surfaces of the substrate 61 and the plate-like member 62 so that the lower side of the internal space and the rising cylinder 63 Only the upper end is opened, and a plurality of rising cylinders 63 are provided at the end on the high place side. 12B is a cross-sectional view of FIG. 12A.

図１２Ｃでは、上昇筒６３の断面が円形ではなく、細長い断面の形状として構成されている。   In FIG. 12C, the rising cylinder 63 has a cross-sectional shape that is not a circle but an elongated cross-section.

特開２００２−１７０９７４号公報JP 2002-170974 A 特開２０１１−３５３５５号公報JP 2011-35355 A

しかしながら、前述した構成の集光型太陽電池の放熱機構にも課題がある。特許文献１の方法では、屈折式光学系５３のある受光面側に吹く風５８を上縁の開口５５から取り込んで、発電素子５２の熱交換器５４に送られ、熱交換後に、通風路５６を通過して、下縁の開口５７から排出される。つまり、受光面側の空気の利用を主眼に構成されている。しかし、風の吹く方向は一定ではない。無風状態では、通風路５６内での熱交換器５４により昇温した空気の密度低下による浮力で、開口部５５から空気は排出される基本構成となっている。それに対して、上記のように受光面側に吹く風が発生した時間帯は、開口部５５で空気の流れが逆転されることになる。一定でない風に多大な影響を受ける放熱用の空気の流れは、そのまま放熱性能を増減させるため欠点となる。また、発電素子への集光のために太陽を追尾させる駆動装置を具備した架台５１によって、通風路５６の角度は可変するため、基本性能である浮力の効果も都度変化する一方、開口５５の風に対する向きも微妙に変化するため、太陽の位置、つまり時間帯によって放熱性能が変化してしまう課題を有する。   However, there is a problem with the heat dissipation mechanism of the concentrating solar cell having the above-described configuration. In the method of Patent Document 1, the wind 58 blown toward the light receiving surface side where the refractive optical system 53 is located is taken in from the opening 55 at the upper edge, sent to the heat exchanger 54 of the power generation element 52, and after the heat exchange, the ventilation path 56. And is discharged from the opening 57 at the lower edge. That is, it is mainly configured to use air on the light receiving surface side. However, the direction in which the wind blows is not constant. In a no-air condition, the air is discharged from the opening 55 by a buoyancy due to a decrease in the density of air heated by the heat exchanger 54 in the ventilation path 56. On the other hand, the air flow is reversed at the opening 55 during the time period when the wind blowing toward the light receiving surface is generated as described above. The flow of air for heat radiation that is greatly affected by a non-constant wind is a drawback because it directly increases or decreases the heat radiation performance. In addition, since the angle of the ventilation path 56 is changed by the gantry 51 provided with a driving device for tracking the sun for condensing on the power generation element, the effect of the buoyancy, which is the basic performance, is changed each time, while the opening 55 Since the direction with respect to the wind also changes slightly, there is a problem that the heat radiation performance changes depending on the position of the sun, that is, the time zone.

特許文献２の方法では、煙突効果は上昇筒６３の性能に依存している。上昇筒６３は常に鉛直方向であることが最適であるため、設置時の発電素子６４等の傾斜に応じて、上昇筒６３の角度は設計時点で決定されており、可変ではない。その結果、太陽への追尾が不可能となる大きな欠点がある。たとえ、太陽光に追尾しない場合であっても、太陽電池を使用する地域の緯度に応じて、設計変更が必要である。また、煙突効果の動力源である昇温した空気は、光吸収部材６５への熱吸収にのみ依存しており、太陽の位置、つまり時間帯とか季節により変わるため、常に一定の煙突効果を得るために光吸収部材６５設置に関するコストが常に必要である。太陽の追尾が不可能な点、使用する地域の緯度毎に最適設計への変更コストが掛かることが、普及への欠点となる可能性がある。   In the method of Patent Document 2, the chimney effect depends on the performance of the rising cylinder 63. Since it is optimal that the ascending cylinder 63 is always in the vertical direction, the angle of the ascending cylinder 63 is determined at the design time according to the inclination of the power generating element 64 and the like at the time of installation, and is not variable. As a result, there is a major drawback that tracking to the sun is impossible. Even if the solar light is not tracked, a design change is required according to the latitude of the area where the solar cell is used. Further, the heated air that is the power source of the chimney effect depends only on the heat absorption to the light absorbing member 65 and changes depending on the position of the sun, that is, the time zone or the season, so that a constant chimney effect is always obtained. Therefore, the cost related to the installation of the light absorbing member 65 is always necessary. The point that the sun cannot be tracked and the cost of changing to the optimum design for each latitude of the area to be used may be a disadvantage to popularization.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、集光型太陽電池の発電素子に関する放熱機構を提供することを目的とする。   This invention solves the said conventional subject, and it aims at providing the thermal radiation mechanism regarding the electric power generating element of a concentrating solar cell.

前記従来の課題を解決するために、本発明は、発熱素子に設けた熱交換手段を包囲する第一通気路が、集光型太陽電池の上端に、発電素子の受光面側に垂直に、延長して設けた第二通気路と連通しているよう構成している。   In order to solve the above-described conventional problems, the present invention has a first air passage that surrounds the heat exchange means provided in the heating element, at the upper end of the concentrating solar cell, perpendicular to the light receiving surface side of the power generation element, It is configured to communicate with the extended second air passage.

本発明の集光型太陽電池によれば、太陽追尾時の発電素子の方向変化に依存せず、常に良好な放熱が可能となる。その結果、設置する経度や時間帯に無関係に、同一の構成にて、高効率で高寿命な集光型太陽電池の提供を可能とすることができる。   According to the concentrating solar cell of the present invention, good heat radiation is always possible without depending on the direction change of the power generation element during solar tracking. As a result, it is possible to provide a highly efficient and long-life concentrating solar cell with the same configuration regardless of the installed longitude and time zone.

本発明の実施の形態１における発電素子の放熱機構の構成を示した図The figure which showed the structure of the thermal radiation mechanism of the electric power generating element in Embodiment 1 of this invention 本発明に関する基本構成と特性を解説した図Diagram explaining the basic configuration and characteristics of the present invention 本発明に関する基本構成と特性を解説した図Diagram explaining the basic configuration and characteristics of the present invention 従来の放熱機構を解説した図Illustration explaining the conventional heat dissipation mechanism 本発明の放熱機構を解説した図Diagram explaining the heat dissipation mechanism of the present invention 従来の放熱機構を解説した図Illustration explaining the conventional heat dissipation mechanism 本発明の放熱機構を解説した図Diagram explaining the heat dissipation mechanism of the present invention 本発明の実施の形態１に関する数値シミュレーションを解説した図The figure explaining the numerical simulation regarding Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１を示す図The figure which shows Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１における発電素子の通気路内の流速、温度、圧力の予測値を示した図The figure which showed the predicted value of the flow velocity in the ventilation path of the electric power generation element in Embodiment 1 of this invention, temperature, and a pressure 本発明の実施の形態１における発電素子の通気路内の流速、温度、圧力の予測値を示した図The figure which showed the predicted value of the flow velocity in the ventilation path of the electric power generation element in Embodiment 1 of this invention, temperature, and a pressure 本発明の実施の形態１における発電素子の通気路内の流速、温度、圧力の予測値を示した図The figure which showed the predicted value of the flow velocity in the ventilation path of the electric power generation element in Embodiment 1 of this invention, temperature, and a pressure 本発明の実施の形態１における発電素子の最高温度の予測値を示した図The figure which showed the predicted value of the maximum temperature of the electric power generation element in Embodiment 1 of this invention 従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図Diagram showing the configuration of a concentrating solar cell equipped with a conventional heat dissipation mechanism 従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図Diagram showing the configuration of a concentrating solar cell equipped with a conventional heat dissipation mechanism 従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図Diagram showing the configuration of a concentrating solar cell equipped with a conventional heat dissipation mechanism 従来の放熱機構の構成を示した図The figure which showed the composition of the conventional heat dissipation mechanism 従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図Diagram showing the configuration of a concentrating solar cell equipped with a conventional heat dissipation mechanism 従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図Diagram showing the configuration of a concentrating solar cell equipped with a conventional heat dissipation mechanism 従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図Diagram showing the configuration of a concentrating solar cell equipped with a conventional heat dissipation mechanism 従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図Diagram showing the configuration of a concentrating solar cell equipped with a conventional heat dissipation mechanism 従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図Diagram showing the configuration of a concentrating solar cell equipped with a conventional heat dissipation mechanism

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における集光型太陽電池システム１００の構成図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of concentrating solar cell system 100 in the first embodiment.

図１に示す集光型太陽電池システム１００は、複数の発電素子１と、発電素子１の受光面側に配置されている集光レンズ群２と、集光レンズ群２の受光面側に配置されているレンズ冷却用第一通気路３と、レンズ冷却用第一通気路３と接続されているレンズ冷却用第二通気路７と、複数の発電素子１の後面側に配置されている第一通気路４と、第一通気路４と接続されている第二通気路６と、第一通気路４の内部に配置されている放熱フィン５と、追尾機構８とを備える。   A concentrating solar cell system 100 shown in FIG. 1 includes a plurality of power generating elements 1, a condensing lens group 2 disposed on the light receiving surface side of the power generating element 1, and a light receiving surface side of the condensing lens group 2. The first lens cooling air passage 3, the second lens cooling air passage 7 connected to the lens cooling first air passage 3, and the second one disposed on the rear surface side of the plurality of power generating elements 1. One air passage 4, a second air passage 6 connected to the first air passage 4, a heat radiating fin 5 disposed inside the first air passage 4, and a tracking mechanism 8 are provided.

集光型太陽電池システム１００から追尾機構８を除いた構成を、太陽電池ユニット１０１とも表記する。   A configuration obtained by removing the tracking mechanism 8 from the concentrating solar cell system 100 is also referred to as a solar cell unit 101.

発電素子１は、太陽光を受光し、熱を発生する。発電素子１は、膜の形状である。発電素子１が太陽光を受光する面の方向を「受光面側」、受光面と反対側の面の方向を「後面側」とも表記する。   The power generating element 1 receives sunlight and generates heat. The power generating element 1 has a film shape. The direction of the surface on which the power generating element 1 receives sunlight is also referred to as “light receiving surface side”, and the direction of the surface opposite to the light receiving surface is also referred to as “rear surface side”.

集光レンズ群２は、太陽光を集光する。発電素子１の受光面側に配置されている複数のレンズ２１で構成されている。   The condenser lens group 2 collects sunlight. It comprises a plurality of lenses 21 arranged on the light receiving surface side of the power generating element 1.

レンズ冷却用第一通気路３は、集光レンズ群２の受光面に配置されている。レンズ冷却用第一通気路３は、レンズ冷却用第二通気路７と接続されている端部３１と、開口である端部３２とを有する。レンズ冷却用第一通気路３の材料は、太陽光を透過する透光性部材である。   The lens cooling first air passage 3 is disposed on the light receiving surface of the condenser lens group 2. The lens cooling first air passage 3 has an end portion 31 connected to the lens cooling second air passage 7 and an end portion 32 which is an opening. The material of the lens cooling first air passage 3 is a translucent member that transmits sunlight.

レンズ冷却用第二通気路７は、受光面側に延びた煙突形状を有する。レンズ冷却用第二通気路７は、レンズ冷却用第一通気路３と接続されている端部７１と、端部７１の受光面側にあり、かつ、開口である端部７２とを有する。レンズ冷却用第二通気路７は、端部７１から端部７２に向かって、煙突状の形状を有する。煙突形状の断面図は、長方形、又は楕円等である。   The second cooling air passage 7 for the lens cooling has a chimney shape extending toward the light receiving surface. The second lens cooling passage 7 has an end 71 connected to the first lens cooling passage 3 and an end 72 that is on the light receiving surface side of the end 71 and that is an opening. The second lens cooling air passage 7 has a chimney shape from the end 71 toward the end 72. The cross-sectional view of the chimney shape is a rectangle or an ellipse.

レンズ冷却用第一通気路３の開口から入った気体は、レンズ冷却用第一通気路３とレンズ冷却用第二通気路７とを伝搬して、レンズ冷却用第二通気路７の開口から出る。   The gas entering from the opening of the first lens cooling passage 3 propagates through the first lens cooling passage 3 and the second lens cooling passage 7 and from the opening of the second lens cooling passage 7. Get out.

第一通気路４は、複数の発電素子１の後面に配置されている。第一通気路４は、第二通気路６と接続されている端部４１と、開口である端部４２とを有する。   The first air passage 4 is disposed on the rear surface of the plurality of power generating elements 1. The 1st ventilation path 4 has the edge part 41 connected with the 2nd ventilation path 6, and the edge part 42 which is opening.

第二通気路６は、受光面側に延びた煙突形状を有する。第二通気路６は、第一通気路４と接続されている端部６１と、端部６１の受光面側にあり、かつ、開口である端部６２とを有する。第二通気路６は、端部６１から端部６２に向かって、煙突状の形状を有する。煙突形状の断面図は、長方形、又は楕円等である。   The second air passage 6 has a chimney shape extending toward the light receiving surface. The second air passage 6 has an end portion 61 connected to the first air passage 4 and an end portion 62 which is on the light receiving surface side of the end portion 61 and is an opening. The second air passage 6 has a chimney shape from the end 61 toward the end 62. The cross-sectional view of the chimney shape is a rectangle or an ellipse.

第一通気路４の開口から入った気体は、第一通気路４と第二通気路６とを伝搬して、第二通気路６の開口から出る。   The gas that has entered from the opening of the first air passage 4 propagates through the first air passage 4 and the second air passage 6 and exits from the opening of the second air passage 6.

第二通気路６は、レンズ冷却用第二通気路７と接触して配置されていても良い。   The second air passage 6 may be disposed in contact with the lens cooling second air passage 7.

第一通気路４と第二通気路６とは同等長さを有する。レンズ冷却用第一通気路３とレンズ冷却用第二通気路７とは同等長さを有する。   The first air passage 4 and the second air passage 6 have the same length. The lens cooling first air passage 3 and the lens cooling second air passage 7 have the same length.

追尾機構８は、発電素子１の受光面に太陽光が入射するように、太陽電池ユニット１０１の角度を調整する。好ましくは、集光レンズ群２に対して垂直に太陽光が入射するように、太陽電池ユニット１０１の角度を調整する。   The tracking mechanism 8 adjusts the angle of the solar cell unit 101 so that sunlight is incident on the light receiving surface of the power generation element 1. Preferably, the angle of the solar cell unit 101 is adjusted so that sunlight enters perpendicularly to the condenser lens group 2.

か第一通気路４と第二通気路６とにより、発電素子１の傾斜角度が変化しても第一通気路４と第二通気路６の合計での煙突効果を一定に維持することにより、発電素子１の放熱効果を一定に維持できる。その結果、太陽光追尾のために発電素子１の傾斜角度が変化しても常に一定の放熱効果を維持できると共に、放熱により発電素子１の高効率化と寿命向上が実現される。   By using the first air passage 4 and the second air passage 6, the chimney effect in the sum of the first air passage 4 and the second air passage 6 is maintained constant even if the inclination angle of the power generation element 1 changes. The heat dissipation effect of the power generation element 1 can be kept constant. As a result, even if the inclination angle of the power generation element 1 changes due to solar light tracking, a constant heat dissipation effect can be maintained at all times, and higher efficiency and longer life of the power generation element 1 are realized by heat dissipation.

煙突効果については詳しくは後述するが、太陽光が水平から到達するような時間帯では第一通気路４が鉛直方向にあるため、浮力は最大となる。つまり、発電素子１の熱が放熱フィン５をメインの熱伝達経路として働き効率的に第一通気路４内の空気を昇温することで、第一通気路４の外部の空気との温度差によって生じる浮力が働く。よって、煙突効果と呼ばれる大きな空気の対流が発生可能である。この場合、第二通気路６の方は水平なため、重力方向に垂直なために浮力は発生しない。   Although the chimney effect will be described later in detail, the buoyancy is maximized in the time zone in which sunlight reaches from the horizontal because the first air passage 4 is in the vertical direction. In other words, the temperature difference between the heat of the power generation element 1 and the air outside the first air passage 4 is achieved by using the radiating fins 5 as a main heat transfer path to efficiently raise the temperature of the air in the first air passage 4. The buoyancy generated by the works. Therefore, a large air convection called a chimney effect can be generated. In this case, since the second air passage 6 is horizontal and is perpendicular to the direction of gravity, no buoyancy is generated.

逆に、太陽が真上に位置する時間帯では、第一通気路４は水平であり、第二通気路６が垂直となるため、主に第二通気路６にて煙突効果が発生する。この場合に、第一通気路４と第二通気路６が連通している点が重要な構成である。   On the contrary, in the time zone in which the sun is located directly above, the first air passage 4 is horizontal and the second air passage 6 is vertical, so that chimney effects are mainly generated in the second air passage 6. In this case, the point which the 1st ventilation path 4 and the 2nd ventilation path 6 connect is an important structure.

つまり、浮力の起動源となる熱は主に第一通気路４内で発生するが、連通している第二通気路６にその昇温した空気が移動することで、熱源のない第二通気路６にも容易に大きな煙突効果が発生できるのである。   In other words, the heat that becomes the buoyancy activation source is mainly generated in the first air passage 4, but the heated air moves to the second air passage 6 that is in communication with the second air passage without the heat source. A large chimney effect can be easily generated in the road 6 as well.

次に、太陽光が斜め方向に位置する時間帯などでは、第一通気路４と第二通気路６の両方に、傾斜角度に応じた浮力が発生する。その結果、第一通気路４と第二通気路６の合計の浮力によるトータルの煙突効果が得られるため、前述の水平の場合、或いは垂直の場合と同等な煙突効果による放熱効果が得られる。   Next, buoyancy corresponding to the inclination angle is generated in both the first air passage 4 and the second air passage 6 in a time zone where sunlight is located in an oblique direction. As a result, since the total chimney effect by the total buoyancy of the first air passage 4 and the second air passage 6 is obtained, the heat radiation effect by the chimney effect equivalent to the above-described horizontal or vertical case is obtained.

例えば単純なケースとして、太陽が水平線から斜め４５度上方に位置する場合には、第一通気路４と第二通気路６には、各々には垂直の場合と比して約７０％（ｓｉｎ（４５度））の浮力が発生すると計算される。垂直方向の高さで決まる。よって、両者の合計では約１４０％の浮力となるが、斜めに流れることによる内壁との空気抵抗が若干増加することを勘案しても、４５度の場合にも同等か若干同等以上の浮力による煙突効果が発生できている。つまり、厳密には、太陽光が水平、或いは垂直の場合は最も煙突効果が小さく、斜め４５度の差異に最大となることになる。   For example, as a simple case, when the sun is located at an angle of 45 degrees above the horizon, the first air passage 4 and the second air passage 6 are each approximately 70% (sin) compared to the vertical case. (45 degrees)) is calculated. Determined by vertical height. Therefore, the total of both is about 140% buoyancy, but even if the air resistance with the inner wall due to the slanting flow is slightly increased, the buoyancy of 45 degrees is equivalent or slightly equivalent A chimney effect has occurred. That is, strictly speaking, when the sunlight is horizontal or vertical, the chimney effect is the smallest, and the difference is 45 degrees diagonally.

次に、実施の形態１における発電素子１の放熱機構の基本原理について説明する。図２Ａ及び図２Ｂに、集光型太陽光電池の発電素子１の大きさと発電効率を示す。図３Ａ及び図３Ｂに、従来の放熱機構と煙突効果による放熱効果の比較を示す。   Next, the basic principle of the heat dissipation mechanism of the power generation element 1 in the first embodiment will be described. 2A and 2B show the size and power generation efficiency of the power generation element 1 of the concentrating solar cell. FIG. 3A and FIG. 3B show a comparison of the heat dissipation effect by the conventional heat dissipation mechanism and the chimney effect.

図２Ａ及び図２Ｂに、集光型太陽電池に関して、集光倍率及び発電素子の温度と、レンズの分割による温度の低減効果の予測とを示している。図２Ａ（ａ）は、１つのレンズに対して１つの発電素子１を有する構成を示す。図２Ａ（ａ）に示す発電素子１は、受光面と平行な方向における１辺について、１０ｍｍの長さを有する。   FIG. 2A and FIG. 2B show the condensing magnification, the temperature of the power generation element, and the prediction of the temperature reduction effect due to the lens division for the concentrating solar cell. FIG. 2A (a) shows a configuration having one power generation element 1 for one lens. The power generating element 1 shown in FIG. 2A (a) has a length of 10 mm for one side in a direction parallel to the light receiving surface.

図２Ａ（ｂ）に、複数のレンズと、複数のレンズのそれぞれと対となる発電素子１とを示す。図２Ａ（ｂ）に示す発電素子１は、１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲の長さを有する。   FIG. 2A (b) shows a plurality of lenses and the power generation element 1 paired with each of the plurality of lenses. The power generating element 1 shown in FIG. 2A (b) has a length in the range of 100 μm to 500 μm.

図２Ａ（ａ）及び（ｂ）について、その場所ごとの素子温度との関係を示している。図２Ａ（ａ）において、太陽光は一点に集光されるため、発電素子１の部分の温度が高くなる。図２Ａ（ｂ）において、太陽光は複数のレンズにより複数の部分に集光される。よって、図２Ａ（ａ）に示す発電素子１の温度に比べて、それぞれの発電素子１の温度は低くなる。発電素子を分割することで各々の発電素子に対する放熱面積が増大し、発電素子１の各温度は低減する。   2A (a) and (b) show the relationship with the element temperature for each location. In FIG. 2A (a), since sunlight is condensed at one point, the temperature of the portion of the power generation element 1 is increased. In FIG. 2A (b), sunlight is condensed on a plurality of portions by a plurality of lenses. Therefore, the temperature of each power generating element 1 is lower than the temperature of the power generating element 1 shown in FIG. 2A (a). By dividing the power generation element, the heat radiation area for each power generation element increases, and each temperature of the power generation element 1 decreases.

図２Ｂに、発電素子の温度に対する変換効率（発電効率）の一般的な数値を示す。レンズを分割することで、温度低下が期待できる。その結果として発電素子１の発電効率が上昇する。レンズを分割した場合には、発電素子１のサイズが小さくなるため、使用する材料量が低減できることも加味すれば、コスト低減効果は大きい。発電素子１の温度低減が、寿命の向上も含めて非常に重要である。１辺の大きさが５００μｍを有する発電素子１を用いる場合、１０００倍の集光倍率で太陽光を集光する。１辺の大きさが１００μｍを有する発電素子１を用いる場合、５０００倍の集光倍率で太陽光を集光する。なお、５０００倍の集光倍率とするように、発電素子１のサイズを小さくした場合、発電素子１の単位大きさあたりのエネルギーの量が大きくなるため、発電素子１の温度が低下するとは言えないケースもある。よって、発電素子１の分割による小型化のみではなく、発電素子１への冷却手段を設ける方が好ましい。とするのが好ましい。   FIG. 2B shows general numerical values of conversion efficiency (power generation efficiency) with respect to the temperature of the power generation element. A temperature drop can be expected by dividing the lens. As a result, the power generation efficiency of the power generation element 1 increases. When the lens is divided, the size of the power generation element 1 is reduced, so that the cost reduction effect is great if the amount of material to be used can be reduced. It is very important to reduce the temperature of the power generation element 1 including the improvement of the lifetime. When the power generating element 1 having a side size of 500 μm is used, sunlight is condensed at a condensing magnification of 1000 times. When the power generating element 1 having a side size of 100 μm is used, sunlight is condensed at a condensing magnification of 5000 times. Note that when the size of the power generation element 1 is reduced so as to obtain a condensing magnification of 5000 times, the amount of energy per unit size of the power generation element 1 is increased, so that the temperature of the power generation element 1 is decreased. There are cases where there is no. Therefore, it is preferable not only to reduce the size by dividing the power generating element 1 but also to provide a cooling means for the power generating element 1. Is preferable.

図３Ａに、通気路を有さない太陽電池の放熱状態を示す。図３Ｂに、第一の実施形態のように、集光レンズ群２の受光面側に配置されている通気路と、発電素子１の後面側に配置されている通気路とを有する太陽電池の放熱状態を示す。図３Ａ及び図３Ｂともに、太陽光が照射される方向に対して平行な方向における、太陽電池の断面図を示す。また、それぞれの太陽電池の温度分布及び流れ分布を示す。温度分布は、色が濃いほど高い温度であることを示している。   FIG. 3A shows a heat dissipation state of a solar cell that does not have an air passage. FIG. 3B shows a solar cell having an air passage disposed on the light receiving surface side of the condenser lens group 2 and an air passage disposed on the rear surface side of the power generation element 1 as in the first embodiment. Indicates the heat dissipation state. 3A and 3B both show cross-sectional views of the solar cell in a direction parallel to the direction in which sunlight is irradiated. Moreover, the temperature distribution and flow distribution of each solar cell are shown. The temperature distribution indicates that the darker the color, the higher the temperature.

図３Ａに示す太陽電池は、通気路を有さないため、周囲の空気の昇温による浮力によって生じる自然対流に依存して発電素子１が冷却されるため、放熱効果は小さい。また、鉛直方向上方への流れが起きることにより、太陽電池の上方での（後流での）放熱効果の著しく低下する。温度上昇による発電素子の特性の影響が考えられる。   Since the solar cell shown in FIG. 3A does not have an air passage, the power generation element 1 is cooled depending on the natural convection caused by the buoyancy caused by the temperature rise of the surrounding air, so the heat dissipation effect is small. In addition, the occurrence of the upward flow in the vertical direction significantly reduces the heat dissipation effect (in the downstream) above the solar cell. The influence of the characteristics of the power generation element due to temperature rise is considered.

図３Ｂに示す太陽電池は、発電素子の周囲に通気路有する。図３Ｂにおいて、通気路を筒（煙突）と表現している。鉛直方向の最下段と最上段にのみ開口部を有する筒状の通気路を設けることで、顕著な放熱のための煙突効果を有する。   The solar cell shown in FIG. 3B has a ventilation path around the power generation element. In FIG. 3B, the ventilation path is expressed as a cylinder (chimney). By providing a cylindrical air passage having openings only at the lowest and uppermost stages in the vertical direction, it has a chimney effect for significant heat dissipation.

図３Ａに示す流れ分布と図３Ｂに示す流れ分布の比較でもわかるように、大きな上昇気流が発生することによる放熱効果は大きい。   As can be seen from the comparison of the flow distribution shown in FIG. 3A and the flow distribution shown in FIG. 3B, the heat dissipation effect due to the generation of a large updraft is great.

図４Ａに、図３Ａに示す太陽電池の気体の対流を示す。空気の対流に依存しているため、その対流が弱く、放熱効果が小さい。一方、図４Ｂに、図３Ｂに示す太陽電池の気体の対流を示す。筒内に高速対流が発生し、放熱が促進される。   FIG. 4A shows gas convection of the solar cell shown in FIG. 3A. Because it depends on air convection, the convection is weak and the heat dissipation effect is small. On the other hand, FIG. 4B shows gas convection of the solar cell shown in FIG. 3B. High-speed convection occurs in the cylinder and heat dissipation is promoted.

なお、後述のように、通気路内に放熱フィンを流れに沿って設けることで、この高速の上昇気流を活かした大きな放熱効果が得られる。   As will be described later, by providing the heat radiation fins in the air passage along the flow, a large heat radiation effect utilizing the high-speed updraft can be obtained.

また、第二通気路６とレンズ冷却用第二通気路７は別々に構成しているが、同一の通気路として構成しても良い。
（シミュレーション結果）
図５Ａに、シミュレーションを行った実施の形態１における発電素子１を示す。図５Ａに示す発電素子１は、１０００倍集光が可能である。 Moreover, although the 2nd ventilation path 6 and the 2nd ventilation path 7 for lens cooling are comprised separately, you may comprise as the same ventilation path.
(simulation result)
FIG. 5A shows the power generation element 1 according to Embodiment 1 in which simulation is performed. The power generating element 1 shown in FIG. 5A can condense 1000 times.

発電素子１は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの面の大きさを有し、０．１ｍｍの厚みを有するである。発電素子１を１６ｍｍ間隔で並べてあるので、集光レンズ群２の内の各集光レンズのサイズは１６ｍｍ×１６ｍｍとなり。集光レンズ群２の厚みは、１６ｍｍである。１，０００倍集光のため、各々の発電素子１に照射されるエネルギーは１，０００ｋＷ／ｍ２となる。発電素子１は縦７個、横７個配列している。太陽電池は、１９２ｍｍ×１９２ｍｍのセルサイズを有する。   The power generating element 1 has a surface size of 0.5 mm × 0.5 mm and a thickness of 0.1 mm. Since the power generating elements 1 are arranged at intervals of 16 mm, the size of each condenser lens in the condenser lens group 2 is 16 mm × 16 mm. The thickness of the condenser lens group 2 is 16 mm. Since the light is condensed 1,000 times, the energy applied to each power generating element 1 is 1,000 kW / m 2. Seven power generation elements 1 and seven horizontal elements are arranged. The solar cell has a cell size of 192 mm × 192 mm.

図５Ｂに、発電素子１の性能を評価するための数値シミュレーションモデルを示す。   FIG. 5B shows a numerical simulation model for evaluating the performance of the power generating element 1.

温度計測、及び流速計測の実験が困難となるため、集光型太陽電池の設計と性能評価には数値シミュレーションを使用した。なお、水平方向に７個の発電素子１が並ぶことになるが、計算負荷を低減するため、鉛直方向の一列のみを抽出して、水平方向には周期境界条件で解析を行った（図１参照）。   Numerical experiments were used for the design and performance evaluation of concentrating solar cells, because experiments on temperature measurement and flow velocity measurement were difficult. Although seven power generating elements 1 are arranged in the horizontal direction, in order to reduce the calculation load, only one column in the vertical direction is extracted and analyzed in the horizontal direction under a periodic boundary condition (FIG. 1). reference).

なお、以下すべて、一列での計算結果を示しているが、３列等の複数列の場合でも同様な結果が得られていることも確認している。数値シミュレーションには、ソフトウェアクレイドル社製ＳＣＲＹＵ／ｔｅｔｒａを使用した。定常解析で、初期条件は全て２０℃として、前述の熱エネルギー相当を各々の発電素子１に加えた。有限体積法の非構造メッシュによる要素数は１，６７０，９０３で、層流条件下で、収束するまで解析を実行した。   Although all the calculation results in one column are shown below, it has also been confirmed that similar results are obtained even in the case of a plurality of columns such as three columns. For numerical simulation, SCRYU / tetra made by Software Cradle was used. In the steady analysis, the initial conditions were all set to 20 ° C., and the above-described thermal energy was added to each power generating element 1. The number of elements by the unstructured mesh of the finite volume method is 1,670,903, and the analysis was performed until convergence under laminar flow conditions.

図５Ｂに、発電素子１の放熱に寄与する空気の流れを示す。図５Ｂにおいて、第一通気路４は下方端に設けられた開口部から流入して、第二通気路６の左端に設けられた開口部から流出するように境界条件を設定している。   FIG. 5B shows a flow of air that contributes to heat dissipation of the power generation element 1. In FIG. 5B, the boundary condition is set so that the first air passage 4 flows in from the opening provided at the lower end and flows out from the opening provided at the left end of the second air passage 6.

同様に、図５Ｂにおいて、レンズ冷却用第一通気路３は下方端に設けられた開口部から流入して、レンズ冷却用第二通気路７の左端に設けられた開口部から流出するように境界条件を設定している。   Similarly, in FIG. 5B, the lens cooling first air passage 3 flows from the opening provided at the lower end, and flows out from the opening provided at the left end of the lens cooling second air passage 7. Boundary conditions are set.

以下、シミュレーションに用いた各構成要素の密度（ｇ／ｃｍ3）、比熱（Ｊ／（ｇ・Ｋ））、熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））の条件を説明する。 Hereinafter, conditions of density (g / cm 3 ), specific heat (J / (g · K)), and thermal conductivity (W / (m · K)) of each component used in the simulation will be described.

集光レンズ群２は、密度は１．２（ｇ／ｃｍ3）、比熱は１．５（Ｊ／（ｇ・Ｋ）、熱伝導率は０．２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）と設定している。 The condensing lens group 2 has a density of 1.2 (g / cm 3 ), a specific heat of 1.5 (J / (g · K), and a thermal conductivity of 0.25 W / (m · K). Yes.

発電素子１の密度は１．４２（ｇ／ｃｍ3）、比熱は１．１（Ｊ／（ｇ・Ｋ）、熱伝導率は０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）と設定している。 The density of the power generation element 1 is set to 1.42 (g / cm 3 ), the specific heat is set to 1.1 (J / (g · K), and the thermal conductivity is set to 0.16 W / (m · K).

発電素子１の周辺の部材は、５．４（ｇ／ｃｍ3）、比熱は０．３３（Ｊ／（ｇ・Ｋ）、熱伝導率は４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）と設定している。 The peripheral members of the power generation element 1 are set to 5.4 (g / cm 3 ), the specific heat is set to 0.33 (J / (g · K), and the thermal conductivity is set to 48 W / (m · K).

放熱フィン５の材料は、８．９（ｇ／ｃｍ3）、比熱は０．３９Ｊ／（ｇ・Ｋ）、熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）と設定している。 The material of the radiation fin 5 is set to 8.9 (g / cm 3 ), the specific heat is set to 0.39 J / (g · K), and the thermal conductivity is set to 400 W / (m · K).

空気は、０．２×１０-3（ｇ／ｃｍ3）、比熱は１．０Ｊ／（ｇ・Ｋ）、熱伝導率は０．０２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）と設定している。 Air is set to 0.2 × 10 −3 (g / cm 3 ), specific heat is set to 1.0 J / (g · K), and thermal conductivity is set to 0.026 W / (m · K).

図６に、流速ベクトルの解析結果を示す。色が濃いほど流速ベクトルが大きいことを意味する。図７に、温度分布の解析結果を示す。色が濃いほど温度の高いことを意味する。図８に、圧力分布の解析結果を示す。色が濃いほど圧力が大きいことを意味する。   FIG. 6 shows the analysis result of the flow velocity vector. A darker color means a larger flow velocity vector. FIG. 7 shows the analysis result of the temperature distribution. The darker the color, the higher the temperature. FIG. 8 shows the analysis result of the pressure distribution. The darker the color, the greater the pressure.

また、図６から図８において、（ａ）は太陽光線が水平から入射する場合の結果、（ｂ）は太陽光線が４５度斜め上から入射する場合の結果、（ｃ）は太陽光線が鉛直真上からの入射する場合の結果を示す。   6 to 8, (a) shows the result when the sunlight enters from the horizontal, (b) shows the result when the sunlight enters 45 ° obliquely, and (c) shows that the sunlight is vertical. The result in the case of incidence from directly above is shown.

図６から図８において、太陽を記載している方向は、太陽光線の入射方向と対応する。   6 to 8, the direction describing the sun corresponds to the incident direction of sunlight.

図６（ａ）、図６（ｂ）、及び図６（ｃ）において、変化は小さい。同様に、図７（ａ）、図７（ｂ）、及び図７（ｃ）において、変化は小さい。水平時と同様に、傾斜した場合も、鉛直上向きの場合でも、良好な放熱のための流れ場が発生しており、結果として良好な放熱による温度分布となっていると言える。   In FIG. 6A, FIG. 6B, and FIG. 6C, the change is small. Similarly, the change is small in FIGS. 7A, 7B, and 7C. As in the horizontal state, even when tilted or vertically upward, a flow field for good heat dissipation is generated, and as a result, it can be said that the temperature distribution is due to good heat dissipation.

図８（ａ）から図８（ｃ）には、差異が観測される。図８（ａ）に示す発電素子１のある第一通気路４では圧力変化が確認される。図８第二通気路６への連通部（９０度に曲がった部分）にて大きな圧力が発生し、その後、第二通気路６でも圧力の変動と勾配が見られた。これは、太陽のエネルギーにより昇温した発電素子の放熱により第一通気路４内が加熱されて浮力が発生して、それが原動力となって第二通気路６まで流れを推進している様子と判断できる。複数並んでいる発電素子から熱を受けて、第一通気路４内では上流から下流に向けて昇温が加速していることからも判断できる。   Differences are observed from FIG. 8 (a) to FIG. 8 (c). A pressure change is confirmed in the 1st ventilation path 4 with the electric power generation element 1 shown to Fig.8 (a). In FIG. 8, a large pressure was generated at the communicating portion (a portion bent at 90 degrees) to the second air passage 6, and thereafter, pressure fluctuation and gradient were also observed in the second air passage 6. This is because the inside of the first air passage 4 is heated by the heat radiation of the power generating element heated by solar energy, and buoyancy is generated, which is used as a driving force to propel the flow to the second air passage 6. It can be judged. It can also be judged from the fact that the temperature rises from the upstream to the downstream in the first air passage 4 by receiving heat from a plurality of power generating elements arranged side by side.

一方、図８（ｂ）と図８（ｃ）においては、発電素子のある第一通気路４内では圧力分布がなく平坦であり、第二通気路６への連通部及び第二通気路６内も圧力分布が見られない。これは、図８（ａ）の場合と異なって、第一通気路４で発生した昇温した空気が第二通気路６内に流れ込み、一様な温度の下、浮力による煙突効果が第二通気路６と第一通気路４内へと連続して伝播して、スムーズに気流が発生している様子が観測できた。   On the other hand, in FIG. 8B and FIG. 8C, there is no pressure distribution in the first air passage 4 with the power generation element and it is flat, and the communication portion to the second air passage 6 and the second air passage 6 are provided. There is no pressure distribution inside. This is different from the case of FIG. 8A, in which the heated air generated in the first air passage 4 flows into the second air passage 6 and the chimney effect due to buoyancy is second under a uniform temperature. It was possible to observe a state in which air flow was smoothly generated by continuously propagating into the air passage 6 and the first air passage 4.

図７（ａ）から図７（ｃ）における最大温度は、発電素子内で観測され、その値は図中にも記したように各々、最大５１．６℃、最大４５．５℃、最大４６．１℃であった。発電素子の方傾斜にほとんど依存せず、良好な放熱が実現できていると言える。   The maximum temperature in FIGS. 7A to 7C is observed in the power generation element, and the values are 51.6 ° C., 45.5 ° C., 46 ° It was 1 ° C. It can be said that good heat dissipation can be realized without depending on the inclination of the power generation element.

図９に、図６から図８以外の解析結果を含めて求めた、発電素子サイズと最高温度の関係を示す。図９に、図３Ａ及び図４Ａで示した筒無し構造（通常構造）と、図３Ｂ及び図４Ｂの筒有りの構造、図６から図８に示す筒（第一通気路４及び第二通路）内に放熱フィンを設けた構造の結果を示す。   FIG. 9 shows the relationship between the power generation element size and the maximum temperature obtained including the analysis results other than those shown in FIGS. 9 shows a structure without a cylinder (normal structure) shown in FIGS. 3A and 4A, a structure with a cylinder shown in FIGS. 3B and 4B, and a cylinder shown in FIGS. 6 to 8 (first air passage 4 and second passage). The result of the structure which provided the radiation fin in the inside is shown.

筒（第一通路、第二通路）による効果に加えて、放熱フィンの効果が有効に使用できていることが分かる。なお、放熱フィンは、各々の発電素子の両端に約１ｍｍ厚さのアルミ製のものを第一通路内に流れに沿って設けているが、本数を増加させることによって、より大きな放熱効果も期待される。   It can be seen that in addition to the effect of the cylinder (first passage, second passage), the effect of the radiation fin can be used effectively. In addition, as for the heat radiation fin, about 1 mm thick aluminum is provided along the flow in the first passage at both ends of each power generation element, but a larger heat radiation effect is also expected by increasing the number of heat radiation fins. Is done.

なお、第一通気路４、および第二通気路６の厚さも重要なパラメータであるが、ここでは実装上の都合から２５ｍｍの例を計算している。   In addition, although the thickness of the 1st ventilation path 4 and the 2nd ventilation path 6 is also an important parameter, the example of 25 mm is calculated here on account of mounting.

さらに、発電素子１の受光面側に設けたレンズ冷却用第一通気路３の効果は、図７（ａ）から図７（ｃ）からも分かるように、第一通気路４と比較して小さい。ただ、実装上は発電素子１の受光面の耐久性を向上させるため、或いは汚れを防止させるために、透明材料からなるレンズ冷却用第一通気路３が設置されることが多い。この際に、レンズ冷却用第一通気路３には、紫外線（ＵＶ）吸収材料を使用することも有効である。集光レンズ群２には、樹脂製（ポリカーボネート製）を使用することが多く、この場合には、４００ｎｍ以下は透過しない性質があり、特に３００ｎｍ付近の波長によるダメージが懸念される。そのために、レンズ冷却用第一通気路３にて熱として吸収しておくことで、レンズ冷却用第一通気路３の煙突効果に役立てると共に、集光レンズ群２の耐久性の向上に効果がある。なお、第一通気路４の性能への影響は変わらなく、十分な放熱特性は維持される。
Furthermore, the effect of the lens cooling first air passage 3 provided on the light receiving surface side of the power generation element 1 is compared with the first air passage 4 as can be seen from FIGS. 7 (a) to 7 (c). small. However, in order to improve the durability of the light receiving surface of the power generating element 1 or to prevent contamination, the lens cooling first air passage 3 made of a transparent material is often installed. At this time, it is also effective to use an ultraviolet (UV) absorbing material for the lens cooling first air passage 3. In many cases, the condenser lens group 2 is made of resin (made of polycarbonate). In this case, there is a property that light of 400 nm or less is not transmitted, and damage due to wavelengths near 300 nm is particularly a concern. Therefore, by absorbing the heat as heat in the lens cooling first air passage 3, it is useful for the chimney effect of the lens cooling first air passage 3 and improving the durability of the condenser lens group 2. is there. In addition, the influence on the performance of the 1st ventilation path 4 does not change, and sufficient heat dissipation characteristic is maintained.

本発明にかかる集光型太陽電池は、太陽光追尾のために発電素子の傾斜角度が変化しても常に一定の放熱効果を維持できると共に、放熱により発電素子の高効率化と寿命向上が実現されるので、集光型対応電池の発電素子の放熱機構として有用である。   The concentrating solar cell according to the present invention can always maintain a constant heat dissipation effect even if the inclination angle of the power generation element changes due to sunlight tracking, and realizes higher efficiency and longer life of the power generation element by heat dissipation. Therefore, it is useful as a heat dissipation mechanism for the power generating element of the concentrating battery.

１、５２、６４ 発電素子
２ 集光レンズ群
３ レンズ冷却用第一通気路
４ 第一通気路
５ 放熱フィン
６ 第二通気路
７ レンズ冷却用第二通気路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 52, 64 Power generation element 2 Condensing lens group 3 1st ventilation path for lens cooling 4 1st ventilation path 5 Radiation fin 6 2nd ventilation path 7 2nd ventilation path for lens cooling

Claims (10)

太陽光を集光する集光レンズと、
前記集光された光を受光する受光面を有する発電素子と、
前記発電素子と前記受光面と異なる面と接触して配置され、第１の端部、及び開口である第２の端部を有する第一通気路と、
前記第一通気路の第１の端部と接続される第３の端部、及び開口である第４の端部とを有し、前記受光面と垂直な方向に、延伸する煙突形状を有する第二通気路とを備え、
前記第一通気路の開口から前記第二通気路の開口まで貫通しており、かつ、前記第一通気路及び前記第二通気路の長さが同じである、
集光型太陽電池。 A condensing lens that collects sunlight;
A power generating element having a light receiving surface for receiving the condensed light;
A first air passage disposed in contact with the power generating element and a surface different from the light receiving surface, and having a first end and a second end that is an opening;
It has a third end connected to the first end of the first air passage and a fourth end which is an opening, and has a chimney shape extending in a direction perpendicular to the light receiving surface. A second air passage,
Penetrating from the opening of the first air passage to the opening of the second air passage, and the lengths of the first air passage and the second air passage are the same,
Concentrating solar cell. 前記受光面で前記太陽光を受光するように、前記受光面の角度を変更する追尾機構をさらに備えている請求項１に記載の集光型太陽電池。   The concentrating solar cell according to claim 1, further comprising a tracking mechanism that changes an angle of the light receiving surface so that the sunlight is received by the light receiving surface. 発電素子と、
前記発電素子を冷却するための冷却手段を少なくとも有する集光型太陽電池において、
前記冷却手段は前記発電素子の非受光面側に設けられた空冷方式の冷却機構からなり、
前記冷却機構は熱交換手段と前記熱交換手段を包囲する第一通気路とを有し、
前記第一通気路は前記発電素子の上端の受光面側に受光面に垂直に延長して設けられた第二通気路と連通していることを特徴とする集光型太陽電池。 A power generation element;
In the concentrating solar cell having at least a cooling means for cooling the power generation element,
The cooling means comprises a cooling mechanism of an air cooling system provided on the non-light-receiving surface side of the power generation element,
The cooling mechanism has a heat exchange means and a first air passage surrounding the heat exchange means,
The concentrating solar cell is characterized in that the first air passage communicates with a second air passage provided on the light receiving surface side of the upper end of the power generating element so as to extend perpendicularly to the light receiving surface. 前記発電素子は、その受光面側に集光光学系を備えていることを特徴とする請求項３に記載の集光型太陽電池。   The concentrating solar cell according to claim 3, wherein the power generating element includes a condensing optical system on a light receiving surface side thereof. 前記熱交換手段は、拡大伝熱面として放熱フィンを備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の集光型太陽電池。   The concentrating solar cell according to claim 3 or 4, wherein the heat exchanging means includes a heat radiating fin as an enlarged heat transfer surface. 前記発電素子に関して、受光面側に透明、平らな、レンズ冷却用第一通気路を有し、
前記レンズ冷却用第一通気路は前記発電素子の上端の受光面側に受光面に垂直に延長して設けられたレンズ冷却用第二通気路と連通して備えていることを特徴とする請求項３から５のいずれか１つに記載の集光型太陽電池。 With respect to the power generation element, the light-receiving surface side is transparent, flat, and has a first lens cooling passage.
The first lens cooling air passage is provided in communication with a second lens cooling air passage provided on the light receiving surface side of the upper end of the power generating element so as to extend perpendicularly to the light receiving surface. Item 6. The concentrating solar cell according to any one of Items 3 to 5. 前記レンズ冷却用第一通気路の表面は、ＵＶ吸収材料からなる透明材料を備えていることを特徴とする請求項６に記載の集光型太陽電池。   The concentrating solar cell according to claim 6, wherein a surface of the lens cooling first air passage is provided with a transparent material made of a UV absorbing material. 前記第二通気路は、前記第一通気路と同等長さを有していることを特徴とする請求項３から７のいずれか１つに記載の集光型太陽電池。   The concentrating solar cell according to any one of claims 3 to 7, wherein the second air passage has a length equivalent to that of the first air passage. 前記レンズ冷却用第二通気路は、前記レンズ冷却用第一通気路と同等長さを有していることを特徴とする請求項３から８のいずれか１つに記載の集光型太陽電池。   9. The concentrating solar cell according to claim 3, wherein the second lens cooling air passage has a length equivalent to that of the first lens cooling air passage. . 前記第二通気路と前記レンズ冷却用第二通気路とが連動して同一の通気路を構成していることを特徴とする請求項３から９のいずれか１つに記載の集光型太陽電池。   10. The concentrating sun according to claim 3, wherein the second air passage and the second air passage for cooling the lens are linked to form the same air passage. battery.
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