JP2013135023A - Concentrating solar power generation module, concentrating solar power generation panel, and printed wiring board array - Google Patents

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Kazumasa Toritani
和正 鳥谷
Takashi Iwasaki
孝 岩崎
Hideaki Nakahata
英章 中幡
Junichi Akasaka
淳一 赤坂
Kenichi Hirotsu
研一 弘津
Yoshiya Abiko
義哉 安彦
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a structure suitable for easy manufacturing, cost reduction, and ensuring heat radiation performance for a substrate, on which power generation elements receiving concentrated solar light are mounted, and to provide a concentrating solar power generation module using the substrates.SOLUTION: A concentrating solar power generation module 1M includes: a housing 11 having a dish shape with a bottom surface 11a; a light concentrating part 13 attached to the housing 11 and formed by arranging multiple Fresnel lenses 13f concentrating solar light; and a printed wiring board array 12A where printed wiring boards 12, each of which is provided on the bottom surface 11a of the housing 11, and has power generation elements 121 mounted at positions corresponding to the multiple Fresnel lenses 13f in each small region formed by dividing the light concentrating part 13 into the multiple small regions, are arranged so as to correspond to all of the small regions in a matrix state and are electrically connected with each other.

Description

本発明は、太陽光を発電素子に集光して発電する集光型太陽光発電(CPV:Concentrated Photovoltaic)に関する。   The present invention relates to a concentrating photovoltaic power generation (CPV: Concentrated Photovoltaic) that generates power by concentrating sunlight on a power generation element.

集光型太陽光発電では、発電効率の高い小型の化合物半導体素子を発電素子として、これに、レンズで集光させた太陽光を入射させる構成を基本としている。このような基本構成を複数備える集光型太陽光発電パネルを、常に太陽に向けるように追尾動作させることにより、所望の発電電力を得ることができる。具体的には、例えば、配線付きのセラミック等の絶縁基板に1つの発電素子を実装したものを複数個、集光位置に配置し、電線により各絶縁基板上の発電電力を集電するよう構成される(例えば、非特許文献1参照。)。   In the concentrating solar power generation, a small compound semiconductor element having a high power generation efficiency is used as a power generation element, and the structure in which sunlight condensed by a lens is made incident is basically used. By performing a tracking operation so that a concentrating solar power generation panel having a plurality of such basic configurations is always directed to the sun, desired generated power can be obtained. Specifically, for example, a configuration in which a plurality of electric power generating elements mounted on an insulating substrate such as ceramic with wiring are arranged at a light collecting position, and the generated power on each insulating substrate is collected by electric wires. (For example, see Non-Patent Document 1).

"Failure Modes of CPV Modules and How to Test for Them"、[online]、2010年2月19日、Emcore Corporation、[平成23年9月29日検索]、インターネット〈URL: http://www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/pvrw2010_aeby.pdf#search='emcore Pointfocus Fresnel Lens HCPV System'〉"Failure Modes of CPV Modules and How to Test for Them", [online], February 19, 2010, Emcore Corporation, [Search September 29, 2011], Internet <URL: http: //www1.eere .energy.gov / solar / pdfs / pvrw2010_aeby.pdf # search = 'emcore Pointfocus Fresnel Lens HCPV System'〉

しかしながら、上記のような従来の集光型太陽光発電パネルでは、多数の絶縁基板が必要である。これらの多数の絶縁基板を並べて、かつ、それぞれを電線で接続するとなると、製造工程が多くなり、時間がかかる。その結果、製造コストが高くなって、実用上適切な価格の製品とすることができない。   However, the conventional concentrating solar power generation panel as described above requires a large number of insulating substrates. When these many insulating substrates are arranged and connected to each other with electric wires, the number of manufacturing processes increases and it takes time. As a result, the manufacturing cost increases, and a product with a practically appropriate price cannot be obtained.

一方、非常に大きな1枚基板を作成すれば製造工程数は激減するが、そもそも、太陽光発電パネル若しくはその構成単位であるモジュールには大きな面積が必要であるため、基板も相当大きくしなければならない。しかし、そのような大基板を作ることは製造技術上困難である。また、集光する太陽光を受ける発電素子を搭載する基板であることから、放熱性への配慮も必要である。大基板の場合、反りや曲がりがあると、取り付け面にぴったりと沿わせることが容易でないため、放熱性が確保しにくい。   On the other hand, if a very large single substrate is produced, the number of manufacturing processes is drastically reduced. However, since a photovoltaic power generation panel or a module that is a constituent unit of the module requires a large area, the substrate must be made considerably large. Don't be. However, manufacturing such a large substrate is difficult in terms of manufacturing technology. Moreover, since it is a board | substrate which mounts the power generation element which receives the sunlight which condenses, consideration to heat dissipation is also required. In the case of a large substrate, if there is warping or bending, it is not easy to fit the mounting surface exactly, so it is difficult to ensure heat dissipation.

以上のように、発電素子ごとに基板を用意して相互に接続するのは時間がかかり、その一方で、大基板を作るのは製造技術上の困難性があり、また、放熱性にも問題がある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、集光型太陽光発電において、集光する太陽光を受ける発電素子を搭載する基板の構成に関して、製造のし易さと、低コスト化と、放熱性確保とに好適な構成を実現することを目的とする。
As described above, it takes time to prepare a substrate for each power generating element and connect them to each other. On the other hand, it is difficult to make a large substrate in terms of manufacturing technology, and there is also a problem with heat dissipation. There is.
In view of such conventional problems, the present invention relates to a configuration of a substrate on which a power generating element that receives concentrated sunlight in concentrating solar power generation, manufacturing ease, cost reduction, and heat dissipation. An object is to realize a configuration suitable for securing.

(1)本発明の集光型太陽光発電モジュールは、底面を有する器状の筐体と、前記筐体に取り付けられ、太陽光を集光するレンズ要素が複数個並んで形成された集光部と、前記底面上に設けられ、前記集光部を複数の小領域に分けた場合の各小領域の複数のレンズ要素と対応する位置にそれぞれ発電素子を搭載したプリント配線板が、全ての小領域に対応してマトリックス状に配置され、電気的に互いに接続されるプリント配線板アレイとを備えたものである。   (1) A concentrating solar power generation module according to the present invention is a condensing unit in which a bowl-shaped housing having a bottom surface and a plurality of lens elements that are attached to the housing and collect sunlight are arranged side by side. And a printed wiring board provided with power generation elements at positions corresponding to a plurality of lens elements in each small region when the light collecting unit is divided into a plurality of small regions. The printed wiring board array is arranged in a matrix corresponding to the small area and is electrically connected to each other.

上記のように構成された集光型太陽光発電モジュールでは、複数の発電素子を搭載するプリント配線板が複数個集まってマトリックス状に配置されることによって実質的に大基板と同じ拡がりを持ち、レンズ要素の全数に対応した発電素子を配置することができる。各プリント配線板単位では基板上で回路構成を完成させることができるため、発電素子ごとにプリント配線板がある場合と比較すると、複数のプリント配線板同士の接続作業は格段に容易になる。また、個々のプリント配線板は、筐体の底面に沿わせやすいので、放熱性も確保し易い。   In the concentrating solar power generation module configured as described above, a plurality of printed wiring boards on which a plurality of power generation elements are mounted are gathered and arranged in a matrix, thereby having substantially the same spread as a large substrate, Power generation elements corresponding to the total number of lens elements can be arranged. Since the circuit configuration can be completed on the substrate in each printed wiring board unit, the connection work between the plurality of printed wiring boards is much easier than in the case where there is a printed wiring board for each power generating element. Moreover, since each printed wiring board is easy to be along the bottom face of a housing | casing, it is easy to ensure heat dissipation.

(2)また、上記(1)の集光型太陽光発電モジュールにおいて、プリント配線板上の複数の発電素子については、当該プリント配線板に設けられた導電性のパターンによって必要な相互接続が施され、互いに接続される2つのプリント配線板同士の接続は被覆電線によって行われるようにしてもよい。
この場合、各プリント配線板単位では基板上で複数の発電素子を含む回路構成が出来上がっているため、被覆電線による複数のプリント配線板同士の接続箇所は大幅に削減され、作業は格段に容易になる。また、被覆電線は柔軟性があり曲げ易いので、電線接続のための高い精度は不要である。さらに、被覆電線の使用により、筐体に対する絶縁も容易である。なお、被覆電線の接続の仕方によって全体の直並列接続形態を変更することも容易である。
(2) Further, in the concentrating solar power generation module of (1), a plurality of power generation elements on the printed wiring board are subjected to necessary interconnections by a conductive pattern provided on the printed wiring board. In addition, the connection between the two printed wiring boards connected to each other may be performed by a covered electric wire.
In this case, each printed wiring board unit has a circuit configuration including a plurality of power generation elements on the board, so the number of connection points between the plurality of printed wiring boards by the covered wire is greatly reduced, and the work is much easier. Become. Moreover, since the covered electric wire is flexible and easy to bend, high accuracy for electric wire connection is not necessary. Furthermore, the insulation with respect to a housing | casing is also easy by use of a covered electric wire. In addition, it is also easy to change the whole series-parallel connection form according to the way of connecting the covered wires.

(3)また、上記(1)又は(2)の集光型太陽光発電モジュールにおいて、発電素子が搭載される面とは反対側の、プリント配線板の下面に、金属板が接着されている構成であってもよい。
この場合、金属板(例えばアルミニウム板)を介して容易に、プリント配線板の熱を筐体に逃がすことができる。また、プリント配線板の変形を抑制することができる。
(3) In the concentrating solar power generation module according to (1) or (2), a metal plate is bonded to the lower surface of the printed wiring board on the side opposite to the surface on which the power generation element is mounted. It may be a configuration.
In this case, the heat of the printed wiring board can be easily released to the housing via a metal plate (for example, an aluminum plate). Further, deformation of the printed wiring board can be suppressed.

(4)また、上記(1)〜(3)のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、底面及びプリント配線板には、位置決め用に、互いに嵌り合う部位が形成されていることが好ましい。
この場合、プリント配線板を、底面上の所定位置に位置決めすることが容易である。
(4) Moreover, in the concentrating solar power generation module according to any one of (1) to (3), it is preferable that the bottom surface and the printed wiring board are formed with portions that fit each other for positioning. .
In this case, it is easy to position the printed wiring board at a predetermined position on the bottom surface.

(5)また、上記(1)〜(4)のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、筐体は金属製であることが好ましい。
この場合、筐体が良好な熱伝導性を有するので、プリント配線板からの放熱性が特に良い。
(5) Moreover, in the concentrating solar power generation module according to any one of (1) to (4), the housing is preferably made of metal.
In this case, since the casing has good thermal conductivity, heat dissipation from the printed wiring board is particularly good.

(6)また、上記(5)の集光型太陽光発電モジュールにおいて、筐体はアルミニウム製であることが好ましい。
この場合、筐体が軽量であり、集光型太陽光発電モジュール全体としても軽量となる。
(6) In the concentrating solar power generation module according to (5), the housing is preferably made of aluminum.
In this case, the casing is lightweight, and the entire concentrating solar power generation module is also lightweight.

(7)また、上記(1)〜(4)のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、筐体は樹脂製であってもよい。
この場合、筐体が特に軽量であり、集光型太陽光発電モジュール全体としても特に軽量となる。なお、樹脂であっても熱伝導性はあるので、一定の放熱性は得られる。特に、高熱伝導性を有する絶縁性フィラー(例えば、アルミナ、シリカ、炭化珪素、酸化マグネシウム等)を添加した樹脂は、熱伝導性に優れ、放熱性が向上するので、好適である。
(7) In the concentrating solar power generation module according to any one of (1) to (4), the casing may be made of resin.
In this case, the casing is particularly lightweight, and the entire concentrating solar power generation module is particularly lightweight. In addition, even if it is resin, since there exists thermal conductivity, fixed heat dissipation is obtained. In particular, a resin to which an insulating filler having high thermal conductivity (for example, alumina, silica, silicon carbide, magnesium oxide, or the like) is added is preferable because it has excellent thermal conductivity and improved heat dissipation.

(8)また、上記(1)〜(7)のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、発電素子上に設けられ、レンズ要素の各々から入射する太陽光を発電素子上に集める2次集光部が設けられていてもよい。
この場合、2次集光部により、さらに、集光度を高めることができるので、発電素子を、より小さくすることができる。
(8) Further, in the concentrating solar power generation module according to any one of the above (1) to (7), a secondary that is provided on the power generation element and collects sunlight incident from each of the lens elements on the power generation element. A condensing part may be provided.
In this case, since the degree of light collection can be further increased by the secondary light collecting unit, the power generation element can be further reduced.

(9)一方、本発明の集光型太陽光発電パネルは、上記(1)〜(8)のいずれかの集光型太陽光発電モジュールを複数個集合させて成るものである。
これにより、発電パネルとして所望の出力(定格出力)を確保することができる。
(9) On the other hand, the concentrating solar power generation panel of the present invention is formed by assembling a plurality of concentrating solar power generation modules according to any one of the above (1) to (8).
Thereby, a desired output (rated output) can be secured as the power generation panel.

(10)また、上記(1)の集光型太陽光発電モジュールを、プリント配線板アレイの発明として見た場合の本発明は、底面を有する器状の筐体と、当該筐体に取り付けられ、太陽光を集光するレンズ要素が複数個並んで形成された集光部とを備えた集光型太陽光発電モジュール用として、前記底面上に設けられるプリント配線板アレイであって、
前記集光部を複数の小領域に分けた場合の各小領域の複数のレンズ要素と対応する位置にそれぞれ発電素子を搭載したプリント配線板が、全ての小領域に対応してマトリックス状に配置され、電気的に互いに接続されることを特徴とするものである。
(10) Further, the present invention when the concentrating photovoltaic power generation module of (1) is viewed as an invention of a printed wiring board array includes a container-like housing having a bottom surface and the housing. A printed wiring board array provided on the bottom surface for a concentrating solar power generation module including a condensing unit formed by arranging a plurality of lens elements that condense sunlight.
When the light condensing part is divided into a plurality of small areas, printed wiring boards each equipped with a power generation element at a position corresponding to a plurality of lens elements in each small area are arranged in a matrix corresponding to all the small areas And are electrically connected to each other.

本発明の集光型太陽光発電モジュール、集光型太陽光発電パネル又はプリント配線板アレイによれば、製造のし易さと、低コスト化と、放熱性確保とに好適な基板の構成を実現することができる。   According to the concentrating solar power generation module, the concentrating solar power generation panel, or the printed wiring board array of the present invention, a substrate configuration suitable for ease of manufacturing, cost reduction, and heat dissipation is realized. can do.

本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電パネルを含む、集光型太陽光発電装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view showing an example of a concentrating solar power generation device including a concentrating solar power generation panel according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電モジュールを拡大して示す斜視図(一部破断)である。It is a perspective view (partially broken) which expands and shows a concentrating solar power generation module concerning one embodiment of the present invention. 図2における筐体内のプリント配線板アレイを正面から見た図である。It is the figure which looked at the printed wiring board array in the housing | casing in FIG. 2 from the front. 図3における2段目、3段目の任意のプリント配線板を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the arbitrary printed wiring boards of the 2nd step and the 3rd step in FIG. モジュールにおける、フレネルレンズと発電素子との光学的な位置関係を、プリント配線板等の断面図の一例と共に示す図である。It is a figure which shows the optical positional relationship of the Fresnel lens and electric power generation element in a module with an example of sectional drawings, such as a printed wiring board. 図5の変形例として、2次集光部としてのレンズと発電素子とを一体にパッケージ化したレシーバを搭載した構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration in which a receiver in which a lens as a secondary condensing unit and a power generation element are packaged together is mounted as a modification of FIG. 5. 図5の変形例として、2次集光部としての導光部と発電素子とを一体にパッケージ化したレシーバを搭載した構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration in which a receiver in which a light guide unit as a secondary condensing unit and a power generation element are packaged as a package is mounted as a modification of FIG. 5.

《集光型太陽光発電装置・集光型太陽光発電パネル》
図1は、本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電パネルを含む、集光型太陽光発電装置の一例を示す斜視図である。図において、集光型太陽光発電装置100は、集光型太陽光発電パネル1と、これを背面中央で支持する支柱2と、支柱2を取り付ける架台3とを備えている。集光型太陽光発電パネル1は、例えば、支柱2との接続用の中央部を除く、62個(縦7×横9−1)の集光型太陽光発電モジュール1Mを縦横に集合させて成る。1個の集光型太陽光発電モジュール1Mの定格出力は例えば約120Wであり、集光型太陽光発電パネル1全体としては、約7.5kWの定格出力となる。架台3は、図示しない回転機構により支柱2を軸として回転することができ、集光型太陽光発電パネル1を常に太陽の方向へ向けるように追尾させることができる。
《Concentrated solar power generation device / Concentrated solar power generation panel》
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a concentrating solar power generation apparatus including a concentrating solar power generation panel according to an embodiment of the present invention. In the figure, a concentrating solar power generation apparatus 100 includes a concentrating solar power generation panel 1, a support 2 that supports the concentrating solar power generation panel 1 at the center of the back surface, and a gantry 3 to which the support 2 is attached. The concentrating solar power generation panel 1 includes, for example, 62 concentrating solar power generation modules 1M (vertical 7 × horizontal 9-1), excluding the central portion for connection with the support column 2, vertically and horizontally. Become. The rated output of one concentrating solar power generation module 1M is about 120 W, for example, and the entire concentrating solar power generation panel 1 has a rated output of about 7.5 kW. The gantry 3 can be rotated around the column 2 by a rotation mechanism (not shown), and the concentrating solar power generation panel 1 can be tracked so as to always face the sun.

《集光型太陽光発電モジュール》
図2は、本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電モジュール(以下、単にモジュールとも言う。)1Mを拡大して示す斜視図(一部破断)である。図において、モジュール1Mは、底面11aを有する器状(バット状)の筐体11と、底面11aに設けられた複数のプリント配線板12と、筐体11の鍔部11bに、蓋のように取り付けられた集光部13とを備えている。筐体11は、例えば金属製であり、アルミニウムが好適である。金属製であることによって、筐体11は良好な熱伝導性を有する。従って、プリント配線板12から筐体11への放熱性が特に良い。
《Concentrated solar power generation module》
FIG. 2 is an enlarged perspective view (partially broken) showing a concentrating solar power generation module (hereinafter also simply referred to as a module) 1M according to an embodiment of the present invention. In the figure, the module 1M includes a container-like (bat-shaped) housing 11 having a bottom surface 11a, a plurality of printed wiring boards 12 provided on the bottom surface 11a, and a flange 11b of the housing 11 like a lid. And a light collecting unit 13 attached thereto. The housing 11 is made of, for example, metal, and aluminum is preferable. By being made of metal, the housing 11 has good thermal conductivity. Therefore, the heat dissipation from the printed wiring board 12 to the housing 11 is particularly good.

集光部13は、フレネルレンズアレイであり、太陽光を集光するレンズ要素としてのフレネルレンズ13fがマトリックス状に複数個(例えば縦16×横12で、192個)並んで形成されている。各フレネルレンズ13fは、正方形の有効集光領域を成している。このような集光部13は、例えば、ガラス板を基材として、その裏面(内側)にシリコーン樹脂膜を形成したものとすることができる。フレネルレンズは、この樹脂膜に形成される。筐体11の外面には、モジュール1Mの出力を取り出すためのコネクタ14が設けられている。   The light condensing unit 13 is a Fresnel lens array, and a plurality of Fresnel lenses 13f as lens elements for condensing sunlight are formed in a matrix (for example, 192 in the length 16 × width 12). Each Fresnel lens 13f forms a square effective condensing region. Such a condensing part 13 can use a glass plate as a base material and a silicone resin film formed on the back surface (inside) thereof, for example. The Fresnel lens is formed on this resin film. A connector 14 for taking out the output of the module 1M is provided on the outer surface of the housing 11.

プリント配線板12には、基板12s上に、複数個(ここでは8個)の発電素子(太陽電池)121が搭載されている。図示の例では、プリント配線板12は、縦4枚×横6枚の、合計24枚のプリント配線板12がマトリックス状に並べられ、プリント配線板アレイ12Aを構成している。発電素子121の総数は、24×8で、192個である。すなわち、集光部13のフレネルレンズ13fと同数であり、また、発電素子121はフレネルレンズ13fと対応して、その光軸上に設けられている。   In the printed wiring board 12, a plurality of (here, eight) power generation elements (solar cells) 121 are mounted on a substrate 12s. In the illustrated example, the printed wiring board 12 includes a total of 24 printed wiring boards 12 in a matrix form of 4 vertical x 6 horizontal, forming a printed wiring board array 12A. The total number of power generating elements 121 is 24 × 8, which is 192. That is, the number is the same as that of the Fresnel lens 13f of the light collecting unit 13, and the power generation element 121 is provided on the optical axis corresponding to the Fresnel lens 13f.

図3は、筐体11内のプリント配線板アレイ12Aを正面から見た図である。また、図4は、例えば図3における2段目、3段目の任意のプリント配線板12を拡大して示す図である。なお、図3における1段目、4段目のプリント配線板12についても、被覆電線の接続形態以外は、同じである。   FIG. 3 is a view of the printed wiring board array 12A in the housing 11 as viewed from the front. FIG. 4 is an enlarged view of, for example, the second and third arbitrary printed wiring boards 12 in FIG. The first and fourth printed wiring boards 12 in FIG. 3 are the same except for the connection form of the covered wires.

まず、図4において、プリント配線板12は、例えばガラスエポキシ樹脂製の基板(絶縁基材)12sと、その上にエッチング等により形成された導電性(銅)のパターン12p(12p0〜12p9の総称符号)と、8個の発電素子121と、8個のバイパスダイオード122とを主な構成要素としている。   First, in FIG. 4, a printed wiring board 12 is, for example, a glass epoxy resin substrate (insulating base material) 12 s and a conductive (copper) pattern 12 p (12p 0 to 12 p 9) formed on the substrate by etching or the like. ), Eight power generating elements 121, and eight bypass diodes 122 are main components.

発電素子121の中心間の縦横の距離は、集光部13におけるフレネルレンズ13fの縦横の中心間距離と一致している。すなわち、各フレネルレンズ13fの光軸は、対応する発電素子121の中心と交わる。パターン12pは、その領域が10個(12p0〜12p9)に分かれており、左半分・右半分ごとに、隣り合う2つの領域間を接続するように、発電素子121と、バイパスダイオード122とが設けられている。これによって、左側の4個の発電素子121は、互いに直列に接続されている。また、右側の4個の発電素子121も、互いに直列に接続されている。   The vertical and horizontal distances between the centers of the power generation elements 121 coincide with the vertical and horizontal center distances of the Fresnel lens 13 f in the light collecting unit 13. That is, the optical axis of each Fresnel lens 13 f intersects the center of the corresponding power generation element 121. The pattern 12p is divided into 10 regions (12p0 to 12p9), and a power generating element 121 and a bypass diode 122 are provided so as to connect two adjacent regions for each of the left and right halves. It has been. Thus, the four left power generation elements 121 are connected in series with each other. The four power generating elements 121 on the right side are also connected to each other in series.

なお、パターン12p0とパターン12p9との間、及び、パターン12p4とパターン12p5との間は、繋がっていない。パターン12p0及びパターン12p9にはそれぞれ、端子123L及び端子123Rが取り付けられている。端子123L及び端子123Rにはそれぞれ、被覆電線124L及び124Rがねじ止めにより接続されている。また、パターン12p4及びパターン12p5にはそれぞれ、端子125L及び端子125Rが取り付けられている。端子125L及び端子125Rにはそれぞれ、被覆電線126L及び126Rがねじ止めにより接続されている。   The pattern 12p0 and the pattern 12p9 and the pattern 12p4 and the pattern 12p5 are not connected. A terminal 123L and a terminal 123R are attached to the pattern 12p0 and the pattern 12p9, respectively. The covered wires 124L and 124R are connected to the terminals 123L and 123R by screws. Further, a terminal 125L and a terminal 125R are attached to the pattern 12p4 and the pattern 12p5, respectively. The covered wires 126L and 126R are connected to the terminals 125L and 125R by screws, respectively.

バイパスダイオード122は、対応する発電素子121と並列に接続され、電流のバイパスを形成している。バイパスダイオード125は、発電素子121が発電しないときに、隣り合うパターン同士を短絡する役目をする。これにより、局部的に発電しない発電素子121があっても、プリント配線板12としての発電、さらには、プリント配線板アレイ12A全体としての発電を妨げないようになっている。   The bypass diode 122 is connected in parallel with the corresponding power generation element 121 to form a current bypass. The bypass diode 125 serves to short-circuit adjacent patterns when the power generation element 121 does not generate power. Thus, even if there is a power generation element 121 that does not generate power locally, power generation as the printed wiring board 12 and further power generation as the entire printed wiring board array 12A are not hindered.

図3に戻り、縦一列(4枚)のプリント配線板12に注目すると、各プリント配線板12における左側の16個の発電素子121は全て直列に接続され、また、右側の16個の発電素子121も全て直列に接続されている。1個の発電素子121の出力電圧は例えば2.5Vであり、上記の直列接続によって、出力電圧40V(=2.5V×16)の直列回路が合計12本形成されている。これら12本の直列回路は、渡り線としての被覆電線の127P及び127Nによってプラス側・マイナス側がそれぞれ相互に並列接続される。従って、このプリント配線板アレイ12A全体としては、例えば右上・左下に出力線128P,128Nがあるとすれば、当該出力線から40Vの12並列の出力を提供することができ、1モジュール1M全体として、前述の120W(3A)を供給することができる。   Returning to FIG. 3, paying attention to the printed wiring boards 12 in a vertical row (four sheets), the left 16 power generating elements 121 in each printed wiring board 12 are all connected in series, and the right 16 power generating elements. 121 are all connected in series. The output voltage of one power generating element 121 is, for example, 2.5 V, and a total of 12 series circuits with an output voltage of 40 V (= 2.5 V × 16) are formed by the above series connection. In these 12 series circuits, the plus side and the minus side are connected in parallel to each other by the covered wires 127P and 127N as the connecting wires. Accordingly, if the printed wiring board array 12A as a whole has, for example, output lines 128P and 128N at the upper right and lower left, it is possible to provide 12 parallel outputs of 40V from the output lines, and as a whole 1 module 1M. , 120W (3A) can be supplied.

図3における24枚のプリント配線板12は、それぞれの真上に来る集光部13の24の小領域と対応している。言い換えれば、集光部13を、プリント配線板12に対応した24の小領域に分けた場合の各小領域の8個のフレネルレンズ13fと対応する位置にそれぞれ発電素子121を搭載したプリント配線板12が、集光部13の全ての小領域に対応してマトリックス状に配置されている関係になる。   The 24 printed wiring boards 12 in FIG. 3 correspond to 24 small regions of the light collecting unit 13 that are directly above each. In other words, when the condensing part 13 is divided into 24 small areas corresponding to the printed wiring board 12, the printed wiring board in which the power generating elements 121 are mounted at positions corresponding to the eight Fresnel lenses 13f in each small area. 12 are arranged in a matrix corresponding to all the small regions of the light collecting unit 13.

上記のように構成された集光型太陽光発電モジュール1Mでは、複数(本例では8個)の発電素子121を搭載するプリント配線板12が複数個(本例では24枚)集まってマトリックス状に配置されることによって実質的に大基板と同じ拡がりを持ち、フレネルレンズ13fの全数に対応した発電素子121を等間隔で配置することができる。個々のプリント配線板12は、適度な大きさにとどまるため、筐体11の底面11aに沿わせることが容易で、放熱性も確保し易い。   In the concentrating solar power generation module 1M configured as described above, a plurality of printed wiring boards 12 (24 in this example) on which a plurality of (eight in this example) power generating elements 121 are mounted gather to form a matrix. The power generating elements 121 having substantially the same extent as the large substrate and corresponding to the total number of Fresnel lenses 13f can be arranged at equal intervals. Since each printed wiring board 12 remains in an appropriate size, it is easy to follow the bottom surface 11a of the housing 11 and to ensure heat dissipation.

各プリント配線板12単位では基板上に形成されたパターンを介して回路接続を完成させることができるため、発電素子ごとにプリント配線板がある場合と比較すると、複数のプリント配線板12同士の接続作業は格段に容易になる。また、被覆電線は柔軟性があり曲げ易いので、電線接続のための高い精度(例えば端子123L,123R,125L,125Rの位置を高精度に製作すること等)は不要である。さらに、被覆電線の使用により、筐体11に対する絶縁も容易である。なお、被覆電線の接続の仕方によって全体の直並列接続形態を、図3とは異なる形態に変更することも容易である。
このようにして、製造のし易さと、低コスト化と、放熱性確保とに好適な基板の構成を実現することができる。
In each printed wiring board 12 unit, circuit connection can be completed through a pattern formed on the substrate. Therefore, compared to the case where there is a printed wiring board for each power generating element, a connection between a plurality of printed wiring boards 12 is possible. Work becomes much easier. Further, since the covered electric wire is flexible and easy to bend, high accuracy for connecting the wires (for example, manufacturing the positions of the terminals 123L, 123R, 125L, and 125R with high accuracy) is unnecessary. Furthermore, the insulation with respect to the housing | casing 11 is easy by use of a covered electric wire. In addition, it is also easy to change the whole series-parallel connection form to the form different from FIG. 3 by the method of connecting a covered wire.
In this way, it is possible to realize a substrate configuration suitable for ease of manufacture, cost reduction, and heat dissipation.

また、図4において、プリント配線板12には孔12hが2箇所に形成されている。一方、筐体11の底面には突起11pがプリント配線板12ごとに2つ形成されている。そして、突起11pと孔12hとを嵌め合わせるようにプリント配線板12を取り付けることにより容易に、所定位置に、プリント配線板12の位置決めをすることができる。なお、この嵌め合い構造は一例であり、要は、底面11aとプリント配線板12との間で、互いに嵌り合う部位が形成されていればよい。   In FIG. 4, the printed wiring board 12 has holes 12h formed in two places. On the other hand, two protrusions 11 p are formed on the bottom surface of the housing 11 for each printed wiring board 12. Then, the printed wiring board 12 can be easily positioned at a predetermined position by attaching the printed wiring board 12 so as to fit the protrusions 11p and the holes 12h. In addition, this fitting structure is an example, and, in short, it is only necessary that a portion that fits between the bottom surface 11a and the printed wiring board 12 is formed.

また、発電素子121が設けられる表面に対して、プリント配線板12の裏面の全面(孔12hを除く。)には、例えばアルミニウム板等の、金属板129が接着されている。このように金属板129を設けることで、プリント配線板12の熱を、金属板129を介して容易に、筐体11に逃がすことができる。また、金属板129は、プリント配線板12の変形防止にも寄与する。   A metal plate 129 such as an aluminum plate is bonded to the entire surface (excluding the holes 12h) of the printed wiring board 12 with respect to the surface on which the power generation element 121 is provided. By providing the metal plate 129 in this way, the heat of the printed wiring board 12 can be easily released to the housing 11 via the metal plate 129. Further, the metal plate 129 contributes to prevention of deformation of the printed wiring board 12.

図5は、モジュール1Mにおける、フレネルレンズ13fと発電素子121との光学的な位置関係を、プリント配線板12等の断面図の一例と共に示す図である。この断面は、図4における横方向への断面に相当する。プリント配線板12は、基板12s上にパターン12pが形成され、その上に、発電素子121及びバイパスダイオード122が搭載されている。また、発電素子121及びバイパスダイオード122を除くパターン12p上には、絶縁のための樹脂によるカバーレイ12cが、熱溶着等により、被着されている。基板12sの下面には金属板129が接着され、金属板129は筐体11の底面11aに密着している。   FIG. 5 is a diagram showing an optical positional relationship between the Fresnel lens 13f and the power generation element 121 in the module 1M together with an example of a cross-sectional view of the printed wiring board 12 and the like. This cross section corresponds to the cross section in the horizontal direction in FIG. In the printed wiring board 12, a pattern 12p is formed on a substrate 12s, and a power generation element 121 and a bypass diode 122 are mounted thereon. Further, a cover lay 12c made of insulating resin is deposited on the pattern 12p excluding the power generation element 121 and the bypass diode 122 by thermal welding or the like. A metal plate 129 is bonded to the lower surface of the substrate 12s, and the metal plate 129 is in close contact with the bottom surface 11a of the housing 11.

なお、上記発電素子121は、フレネルレンズ13fによる集光を、直接受けるが、フレネルレンズ13fを1次集光部としたときの2次集光部を、発電素子121と組み合わせるように設けることもできる。   The power generating element 121 directly receives the light condensing by the Fresnel lens 13f, but a secondary condensing part when the Fresnel lens 13f is a primary condensing part may be provided so as to be combined with the power generating element 121. it can.

例えば、図6は、2次集光部としてのレンズ12aと、発電素子121とを一体にパッケージ化したレシーバ12Rを、搭載した例である。一方、図7は、2次集光部としての導光部12bと、発電素子121とを一体にパッケージ化したレシーバ12Rを、搭載した例である。導光部12bは、漏斗状の形状で、内面の反射により光を発電素子121に導く。このようなレンズ12a又は導光部12bを設けることにより、集光度を高めることができるので、発電素子をさらに小さくすることができる。発電素子は高価であるため、小さくすることは実用的な意義が大きい。また、集光位置のずれによる光量の低下を抑制することができる。   For example, FIG. 6 is an example in which a receiver 12R in which a lens 12a as a secondary condensing unit and a power generation element 121 are packaged together is mounted. On the other hand, FIG. 7 shows an example in which a receiver 12R in which a light guide part 12b as a secondary light collecting part and a power generation element 121 are packaged together is mounted. The light guide unit 12 b has a funnel shape and guides light to the power generation element 121 by reflection on the inner surface. By providing such a lens 12a or a light guide portion 12b, the light condensing degree can be increased, so that the power generation element can be further reduced. Since power generation elements are expensive, it is highly practical to make them smaller. In addition, it is possible to suppress a decrease in the amount of light due to the shift of the condensing position.

なお、上記実施形態においてはプリント配線板12同士の接続には被覆電線(124L,124R,126L,126R,127P,127N)を用いた。被覆電線は相互の絶縁及び筐体11との絶縁が確保し易く、安価であるため、好適である。但し、被覆電線の代わりに、導体の接続片を用いてもよい。導体の接続片の場合には、金属製の筐体11との絶縁を確保するために、絶縁コーティングを施す等の配慮が必要である。   In the above embodiment, the covered electric wires (124L, 124R, 126L, 126R, 127P, 127N) are used for the connection between the printed wiring boards 12. The covered electric wire is suitable because it is easy to ensure mutual insulation and insulation with the housing 11 and is inexpensive. However, a conductor connection piece may be used instead of the covered electric wire. In the case of a conductor connection piece, in order to ensure insulation from the metal casing 11, it is necessary to consider such as applying an insulating coating.

また、上記実施形態において筐体11は金属製としたが、金属製に限定される訳ではなく、樹脂製とすることも可能である。この場合、筐体11が特に軽量となり、集光型太陽光発電モジュール1M全体としても特に軽量となる。なお、樹脂であっても熱伝導性はあるので、一定の放熱性は得られる。特に、高熱伝導性を有する絶縁性フィラー(例えば、アルミナ、シリカ、炭化珪素、酸化マグネシウム等)を添加した樹脂は、熱伝導性に優れ、放熱性が向上するので、好適である。また、樹脂の表面に金属コーティングを施すことにより、表面の熱伝導性を金属と同等に高めることもできる。   In the above embodiment, the casing 11 is made of metal. However, the casing 11 is not limited to metal, and can be made of resin. In this case, the casing 11 is particularly lightweight, and the entire concentrating solar power generation module 1M is particularly lightweight. In addition, even if it is resin, since there exists thermal conductivity, fixed heat dissipation is obtained. In particular, a resin to which an insulating filler having high thermal conductivity (for example, alumina, silica, silicon carbide, magnesium oxide, or the like) is added is preferable because it has excellent thermal conductivity and improved heat dissipation. In addition, by applying a metal coating to the surface of the resin, the thermal conductivity of the surface can be increased to the same level as that of a metal.

また、上記各実施形態では、集光部13のレンズ要素としてフレネルレンズ13fを使用した。フレネルレンズは、軽量で製造容易であるため好適である。但し、フレネルレンズに代えて、ガラス等のレンズを使用することも可能ではある。   In each of the above embodiments, the Fresnel lens 13 f is used as the lens element of the light collecting unit 13. Fresnel lenses are suitable because they are lightweight and easy to manufacture. However, it is also possible to use a lens such as glass instead of the Fresnel lens.

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 集光型太陽光発電パネル
1M 集光型太陽光発電モジュール
11 筐体
11a 底面
11p 突起
12 プリント配線板
12A プリント配線板アレイ
12a レンズ(2次集光部)
12b 導光部(2次集光部)
12p(12p0〜12p9) パターン
12h 孔
13 集光部
13f フレネルレンズ(レンズ要素)
121 発電素子
124L,124R 被覆電線
126L,126R 被覆電線
127P,127N 被覆電線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Concentration type photovoltaic power generation panel 1M Concentration type photovoltaic power generation module 11 Case 11a Bottom surface 11p Protrusion 12 Printed wiring board 12A Printed wiring board array 12a Lens (secondary condensing part)
12b Light guiding part (secondary condensing part)
12p (12p0-12p9) Pattern 12h Hole 13 Condensing part 13f Fresnel lens (lens element)
121 Power generation element 124L, 124R Covered wire 126L, 126R Covered wire 127P, 127N Covered wire

Claims (10)

底面を有する器状の筐体と、
前記筐体に取り付けられ、太陽光を集光するレンズ要素が複数個並んで形成された集光部と、
前記底面上に設けられ、前記集光部を複数の小領域に分けた場合の各小領域の複数のレンズ要素と対応する位置にそれぞれ発電素子を搭載したプリント配線板が、全ての小領域に対応してマトリックス状に配置され、電気的に互いに接続されるプリント配線板アレイと
を備えていることを特徴とする集光型太陽光発電モジュール。
A vessel-shaped housing having a bottom surface;
A light collecting part attached to the housing and formed with a plurality of lens elements that collect sunlight; and
A printed wiring board provided on the bottom surface and mounted with a power generation element at a position corresponding to a plurality of lens elements in each small area when the light collecting unit is divided into a plurality of small areas is provided in all the small areas. Correspondingly arranged in a matrix, and a printed wiring board array that is electrically connected to each other, a concentrating solar power generation module.
前記プリント配線板上の複数の発電素子については、当該プリント配線板に設けられた導電性のパターンによって必要な相互接続が施され、互いに接続される2つの前記プリント配線板同士の接続は被覆電線によって行われる請求項1記載の集光型太陽光発電モジュール。   The plurality of power generating elements on the printed wiring board are subjected to necessary interconnections by conductive patterns provided on the printed wiring board, and the connection between the two printed wiring boards connected to each other is a covered electric wire. The concentrating solar power generation module according to claim 1, which is performed by: 前記発電素子が搭載される面とは反対側の、前記プリント配線板の下面に、金属板が接着されている請求項1又は2に記載の集光型太陽光発電モジュール。   The concentrating solar power generation module according to claim 1 or 2, wherein a metal plate is bonded to a lower surface of the printed wiring board on a side opposite to a surface on which the power generation element is mounted. 前記底面及び前記プリント配線板には、位置決め用に、互いに嵌り合う部位が形成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の集光型太陽光発電モジュール。   The concentrating solar power generation module according to any one of claims 1 to 3, wherein the bottom surface and the printed wiring board are formed with portions that are fitted to each other for positioning. 前記筐体は金属製である請求項1〜4のいずれか1項に記載の集光型太陽光発電モジュール。   The concentrating solar power generation module according to claim 1, wherein the housing is made of metal. 前記筐体はアルミニウム製である請求項5記載の集光型太陽光発電モジュール。   The concentrating solar power generation module according to claim 5, wherein the casing is made of aluminum. 前記筐体は樹脂製である請求項1〜4のいずれか1項に記載の集光型太陽光発電モジュール。   The concentrating solar power generation module according to claim 1, wherein the housing is made of resin. 前記発電素子上に設けられ、前記レンズ要素の各々から入射する太陽光を前記発電素子上に集める2次集光部を備えている請求項1〜7のいずれか1項に記載の集光型太陽光発電モジュール。   The concentrating type according to any one of claims 1 to 7, further comprising a secondary condensing unit that is provided on the power generation element and collects sunlight incident from each of the lens elements on the power generation element. Solar power module. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の集光型太陽光発電モジュールを複数個集合させて成る集光型太陽光発電パネル。   A concentrating solar power generation panel formed by assembling a plurality of concentrating solar power generation modules according to claim 1. 底面を有する器状の筐体と、当該筐体に取り付けられ、太陽光を集光するレンズ要素が複数個並んで形成された集光部とを備えた集光型太陽光発電モジュール用として、前記底面上に設けられるプリント配線板アレイであって、
前記集光部を複数の小領域に分けた場合の各小領域の複数のレンズ要素と対応する位置にそれぞれ発電素子を搭載したプリント配線板が、全ての小領域に対応してマトリックス状に配置され、電気的に互いに接続されることを特徴とするプリント配線板アレイ。
For a concentrating solar power generation module comprising a vessel-shaped housing having a bottom surface and a condensing unit attached to the housing and formed with a plurality of lens elements that condense sunlight. A printed wiring board array provided on the bottom surface,
When the light condensing part is divided into a plurality of small areas, printed wiring boards each equipped with a power generation element at a position corresponding to a plurality of lens elements in each small area are arranged in a matrix corresponding to all the small areas Printed wiring board array, wherein the printed wiring board array is electrically connected to each other.
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