JP2014220268A - Condensed photovoltaic power generator and condenser lens member - Google Patents

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Tomonori Nishida
知則 西田
麻理衣 西川
Marie Nishikawa
麻理衣 西川
松本 和樹
Kazuki Matsumoto
和樹 松本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a condensed photovoltaic power generator and condenser lens member, capable of preventing degradation in condensation performance and photoelectric conversion efficiency by preventing deformation and positional deviation of a condenser lens caused by temperature changes.SOLUTION: The condensed photovoltaic power generator includes at least a solar battery and a condenser lens member disposed on the light-receiving surface side of the solar battery. The condenser lens member includes a substrate and a plurality of condenser lens arranged on one surface of the substrate at predetermined intervals.

Description

本発明は、温度変化に伴う集光レンズの変形および位置ずれを防ぎ、集光性能および光電変換効率の低下を防止することが可能な集光型太陽光発電装置および集光レンズ部材に関する。   The present invention relates to a concentrating solar power generation device and a condensing lens member that can prevent deformation and displacement of the condensing lens due to temperature changes, and prevent degradation of condensing performance and photoelectric conversion efficiency.

近年、二酸化炭素の増加が原因とされる地球温暖化等の環境問題が深刻となり、世界的にその対策が進められている。中でも現行の火力発電等に代わり、環境に対する負荷が小さくクリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用した太陽光発電が注目されており、光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能、すなわち、光電変換効率の高い太陽光発電装置の開発が進められている。   In recent years, environmental problems such as global warming caused by an increase in carbon dioxide have become serious, and countermeasures are being promoted worldwide. In particular, solar power generation using solar energy is attracting attention as a clean energy source with a small environmental load in place of current thermal power generation, etc., and the function of converting light energy into electrical energy, that is, photoelectric conversion efficiency Development of high-power solar power generation equipment is underway.

太陽光発電装置は、太陽光をそのまま太陽電池に照射する「非集光型」と、集光レンズ部材を用いて集光された太陽光を太陽電池に照射する「集光型」に大別される。ここで、太陽光発電装置においては、太陽電池は高い光電変換効率を有するが高価であるため、太陽電池の使用量を抑えて発電コストを低減することが重要となる。そのため、電力を安価で効率よく製造できるという点で、「集光型」が好適とされている。例えば、特許文献1では、集光レンズ部材として、隙間無く配列されたフレネルレンズの群を有する集光型太陽光発電装置の一例が開示されている。   Photovoltaic power generators are broadly divided into a “non-condensing type” that irradiates solar cells directly with solar light and a “condensed type” that irradiates solar cells with sunlight condensed using a condensing lens member. Is done. Here, in the solar power generation device, since the solar cell has high photoelectric conversion efficiency but is expensive, it is important to reduce the power generation cost by suppressing the amount of use of the solar cell. Therefore, the “condensing type” is suitable in that power can be manufactured inexpensively and efficiently. For example, Patent Document 1 discloses an example of a concentrating solar power generation device having a group of Fresnel lenses arranged without a gap as a condensing lens member.

ここで、一般的な集光型太陽光発電装置について説明する。図7は、一般的な集光型太陽光発電装置の一例を示す概略斜視図であり、図8は、図7のC−C線断面図である。図7および図8で例示されるように、集光型太陽光発電装置100は、基材112上にフレネルレンズ等の集光レンズ111を有する集光レンズ部材101と、太陽電池103とを有する。なお、便宜上、図7において太陽電池の図示は省略する。
また、図7で例示されるように、集光レンズ部材101は、集光量を高めるために複数個の集光レンズ111が隙間無く配置される。
Here, a general concentrating solar power generation device will be described. FIG. 7 is a schematic perspective view showing an example of a general concentrating solar power generation device, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. As illustrated in FIGS. 7 and 8, the concentrating solar power generation device 100 includes a condensing lens member 101 having a condensing lens 111 such as a Fresnel lens on a base material 112, and a solar cell 103. . For convenience, illustration of the solar cell is omitted in FIG.
Further, as illustrated in FIG. 7, the condensing lens member 101 has a plurality of condensing lenses 111 arranged without gaps in order to increase the amount of condensing.

図9は、集光型太陽光発電装置における集光機能について説明した説明図である。図9で例示されるように、集光レンズ111に対して垂直に入射された太陽光Xは、当該集光レンズ111により集光されて焦点Fを結ぶ。太陽電池103は、その集光レンズ側の表面(以下、受光面と称する。)が当該焦点F上に位置する様に配置されており、集光された光が太陽電池103に照射されることにより、光エネルギーが電気エネルギーに変換されて発電する。このとき、太陽光が照射される箇所に太陽電池が配置されていれば足りるため、太陽電池の使用面積を小さくすることができ、また、集光レンズにより光が集光されることにより太陽電池での受光量を多くすることができるため、光電変換効率が増加し、大きな電力を生み出すことが可能となる。   FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a light collecting function in the concentrating solar power generation device. As illustrated in FIG. 9, sunlight X incident perpendicularly to the condenser lens 111 is condensed by the condenser lens 111 and forms a focal point F. The solar cell 103 is disposed such that the surface on the condenser lens side (hereinafter referred to as a light receiving surface) is positioned on the focal point F, and the collected light is irradiated onto the solar cell 103. Thus, light energy is converted into electric energy to generate electricity. At this time, since it is sufficient that the solar cell is disposed at a place where the sunlight is irradiated, the use area of the solar cell can be reduced, and the solar cell can be obtained by condensing the light by the condenser lens. Since the amount of light received at can be increased, the photoelectric conversion efficiency is increased and a large amount of electric power can be generated.

この様な集光型太陽光発電装置は、高い光電変換効率を発揮するために、日中の太陽光を安定して集光することが求められる。しかし、集光型太陽光発電装置は、主に屋外で使用されるため、屋外の使用環境下において時間毎や季節毎の温度差が大きい場合、その温度変化に伴い集光レンズが膨張および収縮を生じるという問題がある。
中でも、集光レンズの表面のうち、基材表面と接していない面側に行くほど、厚さ方向および幅方向への膨張収縮が生じやすく、形状変化率が大きくなる。これは、集光レンズの材料が基材材料よりも線膨張率が大きいため、基材と接する面では上記基材により応力がかかることで集光レンズの変形が多少抑制されるのに対し、基材表面と接しない面では集光レンズの変形を抑制する力がかからないからである。
集光型太陽光発電装置の使用環境下において温度が高温になるほど、集光レンズの熱膨張率は大きくなり、熱膨張により内部にかかる応力も大きくなる。このため、隙間なく配置される集光レンズにおいて、一方の集光レンズにより生じた応力は、接触する他方の集光レンズにも及ぶこととなり、当該応力を受けた他方の集光レンズは、元の配置位置から大幅にずれることとなる。また、同時に、当該集光レンズの焦点位置も太陽電池の受光面からずれてしまう。
その結果、1日および年間を通じた太陽電池の受光量に変化が生じると共に、光電変換効率の増減が起こり、集光型太陽光発電装置としての発電量が不安定になるという問題があった。
Such a concentrating solar power generation apparatus is required to stably collect sunlight during the day in order to exhibit high photoelectric conversion efficiency. However, since concentrating solar power generation devices are mainly used outdoors, when the temperature difference between hours and seasons is large under the outdoor usage environment, the condensing lens expands and contracts as the temperature changes. There is a problem of producing.
In particular, the closer to the surface of the condenser lens that is not in contact with the substrate surface, the more easily the expansion and contraction in the thickness direction and the width direction occurs, and the shape change rate increases. This is because the material of the condensing lens has a larger linear expansion coefficient than the base material, so that deformation of the condensing lens is somewhat suppressed by applying stress to the base material on the surface in contact with the base material, This is because the surface that is not in contact with the substrate surface does not have a force to suppress the deformation of the condenser lens.
The higher the temperature is in the usage environment of the concentrating solar power generation device, the greater the coefficient of thermal expansion of the condensing lens, and the greater the stress applied to the inside due to thermal expansion. For this reason, in a condensing lens arranged without a gap, the stress generated by one condensing lens also reaches the other condensing lens in contact with the other condensing lens. It will deviate significantly from the arrangement position. At the same time, the focal position of the condenser lens also deviates from the light receiving surface of the solar cell.
As a result, there has been a problem that the amount of light received by the solar cell changes throughout the day and year, and the photoelectric conversion efficiency increases and decreases, resulting in an unstable power generation amount as the concentrating solar power generation device.

特開2010−276845号公報JP 2010-276845 A

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、温度変化に伴う集光レンズの変形および位置ずれを防ぎ、集光性能および光電変換効率の低下を防止することが可能な集光型太陽光発電装置および集光レンズ部材を提供することを主目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a condensing type capable of preventing the condensing lens from being deformed and displaced due to a temperature change, and preventing a decrease in condensing performance and photoelectric conversion efficiency. A main object is to provide a solar power generation device and a condensing lens member.

上記課題を解決するために、本発明は、太陽電池と、上記太陽電池の受光面側に配置される集光レンズ部材と、を少なくとも有する集光型太陽光発電装置であって、上記集光レンズ部材が、基材と、上記基材の一方の表面に所定の間隔で配置された複数個の集光レンズとを有することを特徴とする集光型太陽光発電装置を提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention is a concentrating solar power generation device including at least a solar cell and a condensing lens member disposed on a light receiving surface side of the solar cell, wherein the concentrating solar power generation device is provided. A lens member has a base material and a plurality of condensing lenses arranged at a predetermined interval on one surface of the base material.

本発明によれば、基材上に集光レンズが所定の間隔で配置された集光レンズ部材を備えることにより、温度変化に伴い各々の集光レンズが膨張等を起こす場合であっても、形状変化により生じる応力が隣り合う他の集光レンズに作用するのを阻止でき、集光レンズの配置位置のずれを抑えることができる。
これにより、当該集光レンズの焦点位置と太陽電池の受光面との位置ずれも抑えることができるため、使用環境における温度変化に因らず、一定の集光量を確保することができ、光電変換効率が高く、安定した発電量を得ることが可能な集光型太陽光発電装置とすることができる。
According to the present invention, by providing a condenser lens member in which the condenser lenses are arranged at a predetermined interval on the base material, even if each condenser lens causes expansion or the like with a temperature change, The stress caused by the shape change can be prevented from acting on other condensing lenses adjacent to each other, and the displacement of the arrangement position of the condensing lenses can be suppressed.
As a result, positional deviation between the focal position of the condensing lens and the light receiving surface of the solar cell can also be suppressed, so that a constant amount of condensing can be ensured regardless of temperature changes in the usage environment. It can be set as the concentrating solar power generation device which is highly efficient and can obtain the stable electric power generation amount.

上記発明においては、上記所定の間隔が、使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度において、隣り合う上記集光レンズの、上記基材と反対側に位置する面同士が接触しない間隔であることが好ましい。本発明の集光型太陽光発電装置の使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度において、隣り合う集光レンズのうち、形状変化の特に大きい部分、すなわち、基材と接する面と反対側に位置する集光レンズの面同士が接触しない間隔とすることにより、温度変化に伴う集光レンズの配置位置のずれ、および当該集光レンズの焦点位置と太陽電池の受光面との位置ずれを最小限に抑えることができ、安定した発電量を得ることが可能となるからである。   In the said invention, the said predetermined space | interval is the space | interval which the surface located in the opposite side to the said base material of the said adjacent condensing lens does not contact in the highest temperature in the use temperature range determined by use environment. Preferably there is. At the maximum temperature in the operating temperature range determined by the usage environment of the concentrating solar power generation device of the present invention, the adjacent condensing lens has a particularly large shape change, that is, opposite to the surface in contact with the substrate. By setting the distance between the surfaces of the condenser lenses located on the side so that they do not contact each other, the deviation of the arrangement position of the condenser lens due to the temperature change and the positional deviation between the focal position of the condenser lens and the light receiving surface of the solar cell This is because the power generation can be minimized and a stable power generation amount can be obtained.

上記発明においては、上記所定の間隔が、10μm〜10000μmの範囲内であることが好ましい。本発明の集光型太陽光発電装置において、上記集光レンズの配置間隔を上記範囲内とする集光レンズ部材を有することにより、温度変化に伴う集光レンズの配置位置のずれ、および当該集光レンズの焦点位置と太陽電池の受光面との位置ずれを最小限に抑えることができ、安定した発電量を得ることが可能となるからである。   In the said invention, it is preferable that the said predetermined | prescribed space | interval is in the range of 10 micrometers-10000 micrometers. In the concentrating solar power generation device of the present invention, by having a condensing lens member that makes the arrangement interval of the condensing lens within the above range, the deviation of the arrangement position of the condensing lens due to temperature change, and the collection This is because the positional deviation between the focal position of the optical lens and the light receiving surface of the solar cell can be minimized, and a stable power generation amount can be obtained.

また、本発明は、基材と、上記基材の一方の表面に所定の間隔で配置された複数個の集光レンズとを有することを特徴とする集光レンズ部材を提供する。   Moreover, this invention provides a condensing lens member characterized by having a base material and the several condensing lens arrange | positioned by predetermined spacing on the one surface of the said base material.

本発明によれば、集光レンズを所定の間隔を設けて配置した集光レンズ部材とすることにより、温度変化に伴い各々の集光レンズが膨張等を起こす場合であっても、当該集光レンズの形状変化により生じる応力が、隣り合う他の集光レンズに作用することを阻止することができ、集光レンズの配置位置のずれを抑えることができる。これにより、本発明の集光レンズ部材は、使用環境における温度変化に因らず安定した集光量を確保することが可能となる。   According to the present invention, the condensing lens is a condensing lens member arranged with a predetermined interval, so that even if each condensing lens expands with temperature change, the condensing lens It is possible to prevent the stress caused by the change in the shape of the lens from acting on another condensing lens adjacent to the lens, and to suppress the displacement of the arrangement position of the condensing lens. Thereby, the condensing lens member of the present invention can secure a stable amount of condensing light regardless of the temperature change in the use environment.

上記発明においては、上記所定の間隔が、使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度において、隣り合う上記集光レンズの、上記基材と反対側に位置する面同士が接触しない間隔であることが好ましい。集光レンズ部材の使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度において、隣り合う集光レンズのうち、形状変化の特に大きい部分、すなわち、基材と接する面と反対側に位置する集光レンズの面同士が接触しない間隔とすることにより、温度変化に伴う集光レンズの配置位置のずれを最小限に抑えることができるからである。   In the said invention, the said predetermined space | interval is the space | interval which the surface located in the opposite side to the said base material of the said adjacent condensing lens does not contact in the highest temperature in the use temperature range determined by use environment. Preferably there is. At the maximum temperature in the operating temperature range determined by the usage environment of the condensing lens member, the condensing located on the side opposite to the surface in contact with the base material, that is, the portion of the adjacent condensing lens that has a particularly large shape change. This is because, by setting the distance at which the lens surfaces do not contact each other, the shift of the arrangement position of the condensing lens due to the temperature change can be minimized.

上記発明においては、上記所定の間隔が、10μm〜10000μmの範囲内であることが好ましい。集光レンズの配置間隔を上記範囲内とすることにより、温度変化に伴う集光レンズの配置位置のずれを最小限に抑えることができるからである。   In the said invention, it is preferable that the said predetermined | prescribed space | interval is in the range of 10 micrometers-10000 micrometers. This is because, by setting the arrangement interval of the condenser lenses within the above range, the deviation of the arrangement position of the condenser lenses accompanying the temperature change can be minimized.

本発明によれば、集光レンズを所定の間隔で配置させることにより、温度変化に伴う集光レンズの変形および位置ずれを防ぎ、集光性能の低下を防止することができ、集光型太陽光発電装置の発電量を安定して確保できるという効果を奏する。   According to the present invention, by disposing the condensing lens at a predetermined interval, it is possible to prevent the condensing lens from being deformed and displaced due to a temperature change, and to prevent the condensing performance from being lowered. There is an effect that the amount of power generated by the photovoltaic power generation apparatus can be secured stably.

本発明の集光型太陽光発電装置の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of the concentrating solar power generation device of this invention. 図1のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 温度変化による集光レンズの変形と集光レンズの配置ずれの発生とを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the deformation | transformation of a condensing lens by a temperature change, and generation | occurrence | production of the arrangement | positioning shift of a condensing lens. 本発明の集光レンズ部材の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of the condensing lens member of this invention. 図4のB−B線断面図である。It is the BB sectional view taken on the line of FIG. 本発明の集光レンズ部材の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the condensing lens member of this invention. 一般的な集光型太陽光発電装置の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows an example of a general concentrating solar power generation device. 図7のC−C線断面図である。It is CC sectional view taken on the line of FIG. 集光型太陽光発電装置における集光機能について説明した説明図である。It is explanatory drawing explaining the condensing function in a concentrating solar power generation device.

以下、本発明の集光型太陽光発電装置および集光レンズ部材について説明する。なお、以下の説明において、「集光レンズ」を「レンズ」と略する場合がある。   Hereinafter, the concentrating solar power generation device and the condensing lens member of the present invention will be described. In the following description, “collective lens” may be abbreviated as “lens”.

A.集光型太陽光発電装置
まず、本発明の集光型太陽光発電装置について説明する。本発明の集光型太陽光発電装置は、太陽電池と、上記太陽電池の受光面側に配置される集光レンズ部材と、を少なくとも有する集光型太陽光発電装置であって、上記集光レンズ部材が、基材と、上記基材の一方の表面に所定の間隔で配置された複数個の集光レンズとを有することを特徴とするものである。
A. First, the concentrating solar power generation device of the present invention will be described. The concentrating solar power generation device of the present invention is a concentrating solar power generation device having at least a solar cell and a condensing lens member disposed on the light receiving surface side of the solar cell, The lens member has a base material and a plurality of condensing lenses arranged at a predetermined interval on one surface of the base material.

本発明の集光型太陽光発電装置について、図を例示して説明する。図1は、本発明の集光型太陽光発電装置の一例を示す概略平面図であり、図2は、図1のA−A線断面図である。
図1および図2で例示されるように、本発明の集光型太陽光発電装置10は、底部フレーム部6により固定された太陽電池2と、太陽電池2の受光面側となる上部にスタンド3を介して配置された複数個の集光レンズ部材1とを有するものであり、支柱4および台座5により地面等に固定されている。なお、便宜上、図1では太陽電池2、スタンド3、支柱4、台座5、および底部フレーム部6の図示は省略するものとする。
集光レンズ部材1は、図1で例示されるように、複数個の集光レンズ11が所定の間隔Wを取りながら基材12上に配置されるものである。
また、図2で例示されるように、集光型太陽光発電装置10においては、1個の太陽電池2の受光面上に1個の集光レンズ11の焦点Fが位置する様に配置されている。
The concentrating solar power generation device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of the concentrating solar power generation device of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
As illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, the concentrating solar power generation device 10 of the present invention has a solar cell 2 fixed by the bottom frame portion 6 and a stand on the light receiving surface side of the solar cell 2. 3 and a plurality of condensing lens members 1 arranged through 3, and fixed to the ground or the like by a column 4 and a pedestal 5. For convenience, illustration of the solar cell 2, the stand 3, the column 4, the pedestal 5, and the bottom frame portion 6 is omitted in FIG. 1.
As illustrated in FIG. 1, the condensing lens member 1 is configured such that a plurality of condensing lenses 11 are arranged on the base material 12 with a predetermined interval W therebetween.
Further, as illustrated in FIG. 2, in the concentrating solar power generation device 10, the concentrating solar power generation device 10 is arranged so that the focal point F of one condensing lens 11 is positioned on the light receiving surface of one solar cell 2. ing.

本発明の集光型太陽光発電装置は、基材上に集光レンズが所定の間隔で配置されることを特徴とするものである。以下、その理由について説明する。   The concentrating solar power generation device of the present invention is characterized in that condensing lenses are arranged on a substrate at a predetermined interval. The reason will be described below.

上述したように、従来の集光型太陽光発電装置では、集光レンズ部材の単位あたりの集光量を多くするため、集光レンズを隙間なく配置して集光面積を大きくしたものが使用されており、各集光レンズの焦点位置に太陽電池を配置させることにより、受光量を増加させて光電変換効率を向上させている。また、集光レンズの材料としては、コスト低減等の観点からシリコン等の使用が主流とされている。   As described above, in the conventional concentrating solar power generation apparatus, in order to increase the amount of condensing light per unit of the condensing lens member, a condensing lens arranged without a gap to increase the condensing area is used. In addition, by arranging a solar cell at the focal position of each condenser lens, the amount of received light is increased and the photoelectric conversion efficiency is improved. In addition, as a material for the condensing lens, silicon or the like is mainly used from the viewpoint of cost reduction or the like.

しかし、このような集光型太陽光発電装置では、使用環境における温度変化により、集光レンズが熱膨張および収縮を生じる際、中でも集光レンズが膨張する際に、当該集光レンズ配置位置が元の位置からずれ、レンズの焦点が太陽電池の受光面上から外れるという問題がある。
図3は、温度変化による集光レンズの変形と集光レンズの配置ずれの発生とを説明するための説明図である。図3(a)は従来の集光型太陽光発電装置における集光レンズ部材の一部、図3(b)は本発明の集光型太陽光発電装置における集光レンズ部材の一部を例示したものである。また、Tは集光レンズの設計温度、Tmaxは、集光型太陽光発電装置の使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度(以下、「最高温度」と略する場合がある。)を示すものである。なお、図3中のXは太陽光を表わす。
図3(a)で例示されるように、従来の集光型太陽光発電装置における集光レンズ部材101では、所定の設計温度Tで形成された集光レンズ111aおよび111b(以下、まとめて「集光レンズ111」と称する場合がある。)が、各々太陽電池103上に焦点Fを有するように基材112上に隙間なく配置されている。
このような集光レンズ部材101を備える集光型太陽光発電装置を実地で使用すると、集光レンズ111は使用環境における温度変化に伴い熱膨張等の変形を生じ、最高温度Tmaxに達するときに最も膨張した形状となる。集光レンズ111aおよび111bは、熱膨張により内部で応力S(a)およびS(b)を生じることとなるが、当該応力は、集光レンズ111aおよび111bの接触部分において相互に波及し合うため、当該応力S(a)およびS(b)を受けた集光レンズ111bおよび111aは、設計時の配置位置からずれが生じてしまう。
集光レンズ111の配置ずれが生じると、レンズの焦点位置についても設計時からズレが生じることとなる。中でも、最高温度Tmaxにおける当該レンズの焦点F´は、設計時、つまり集光レンズ111の変形前の焦点Fから大幅にずれ、焦点F´は太陽電池103の受光面上から外れることとなり、太陽電池103は十分な量の太陽光を受光することができなくなる。
このため、使用温度により太陽電池の受光量が変化し、光電変換効率の増減が起き、その結果、集光型太陽光発電装置としての発電量が不安定になるという問題がある。
However, in such a concentrating solar power generation device, when the condensing lens is thermally expanded and contracted due to a temperature change in the use environment, particularly when the condensing lens is expanded, the condensing lens arrangement position is There is a problem that the lens deviates from the original position and the focal point of the lens deviates from the light receiving surface of the solar cell.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the deformation of the condensing lens and the occurrence of misalignment of the condensing lens due to a temperature change. FIG. 3A illustrates a part of a condensing lens member in a conventional concentrating solar power generation device, and FIG. 3B illustrates a part of the condensing lens member in the concentrating solar power generation device of the present invention. It is a thing. T 0 is the design temperature of the condenser lens, and T max is abbreviated as the maximum temperature (hereinafter referred to as “maximum temperature”) in the usage temperature range determined by the usage environment of the concentrating solar power generation device. .). In addition, X in FIG. 3 represents sunlight.
As illustrated in FIG. 3 (a), the condensing lens member 101 in the conventional concentrating solar power generation apparatus, a predetermined design temperature T 0 The formed condenser lenses 111a and 111b (hereinafter collectively Are sometimes arranged on the base material 112 without a gap so as to have the focal point F 0 on the solar cell 103.
When a concentrating solar power generation apparatus including such a condensing lens member 101 is used in the field, the condensing lens 111 is deformed such as thermal expansion due to a temperature change in the use environment, and reaches the maximum temperature Tmax. It becomes the most expanded shape. The condensing lenses 111a and 111b generate stresses S (a) and S (b) inside due to thermal expansion, but the stresses spill over each other at the contact portions of the condensing lenses 111a and 111b. The condensing lenses 111b and 111a that have received the stresses S (a) and S (b) are displaced from the design positions.
If the condensing lens 111 is displaced, the focal position of the lens is also shifted from the design time. In particular, the focal point F ′ of the lens at the maximum temperature T max is greatly deviated from the focal point F 0 at the time of design, that is, before the condenser lens 111 is deformed, and the focal point F ′ deviates from the light receiving surface of the solar cell 103. The solar cell 103 cannot receive a sufficient amount of sunlight.
For this reason, there is a problem that the amount of light received by the solar cell changes depending on the operating temperature, and the photoelectric conversion efficiency increases and decreases, resulting in an unstable power generation amount as the concentrating solar power generation device.

集光レンズの変形による配置ずれおよびレンズ焦点のずれは、集光レンズ部材の端部に近い位置に配置される集光レンズほど、そのずれ幅が大きくなる傾向を有する。このため、集光レンズ部材の中心部と端部とで集光量に差が生じてしまい、結果として集光レンズ部材全体としての集光量の増加が図れない場合がある。
また、シリコンのように熱線膨張係数の大きい材料を集光レンズに用いる場合、温度変化に伴うレンズの変形や焦点位置のずれ幅がさらに大きくなるため、発電量の安定化を図ることが困難となる場合がある。
さらに、隙間無く集光レンズが配置される従来の集光型太陽光発電装置では、集光レンズの一部に亀裂等が生じると他のレンズにも波及するものと推量される。破損した集光レンズは集光性能が低下するため、集光レンズ部材としての集光量も減少し、その結果、集光型太陽光発電装置の発電量の低下を招くといった問題もある。
The displacement due to the deformation of the condensing lens and the shift of the lens focus tend to have a larger deviation width as the condensing lens is disposed closer to the end of the condensing lens member. For this reason, there is a difference in the amount of collected light between the central portion and the end of the condensing lens member, and as a result, the condensing amount of the entire condensing lens member may not be increased.
In addition, when a material with a large coefficient of thermal expansion, such as silicon, is used for the condensing lens, it is difficult to stabilize the power generation amount because the lens deformation and the focal position shift width due to temperature change are further increased. There is a case.
Furthermore, in the conventional concentrating solar power generation apparatus in which the condensing lens is arranged without a gap, it is assumed that if a crack or the like is generated in a part of the condensing lens, it is spread to other lenses. Since a condensing lens that has been damaged has reduced condensing performance, the amount of condensing light as a condensing lens member also decreases, and as a result, there is a problem in that the power generation amount of the concentrating solar power generation device is reduced.

これに対し、本発明においては、図3(b)で例示されるように、集光レンズ11aおよび11b(以下、まとめて、「集光レンズ11」と称する。)を、所定の間隔Wで配置することにより、上記問題を解決するに至った。
すなわち、集光レンズ11は、基材12上に予め所定の間隔Wを有して配置されているため、使用温度が大きく変化し、最高温度Tmaxにおいて集光レンズ11が最も膨張する場合であっても、隣り合う集光レンズ11同士の接触を防ぐことができる。つまり、集光レンズ11aおよび11bの膨張の際に生じる応力S(a)およびS(b)が、相互に作用することを阻止できるため、集光レンズ11の設計時の配置位置からのずれを抑えることが可能となる。
これにより、最高温度Tmaxにおけるレンズの焦点F´と設計時のレンズの焦点Fとの位置ずれも抑えられ、上記焦点F´は太陽電池2の受光面上に位置することとなる。つまり、使用環境における温度変化に伴い、集光レンズの寸法形状が変化する場合であっても、太陽電池は一定の集光量が確保され、その結果、高い光電変換効率を維持することができ、安定した発電量を得ることが可能な集光型太陽光発電装置とすることができる。
On the other hand, in the present invention, as illustrated in FIG. 3B, the condenser lenses 11 a and 11 b (hereinafter collectively referred to as “the condenser lens 11”) are spaced at a predetermined interval W. By arranging, the above problem was solved.
That is, since the condensing lens 11 is arranged on the base material 12 with a predetermined interval W in advance, the use temperature changes greatly, and the condensing lens 11 expands most at the maximum temperature Tmax . Even if it exists, the contact of the adjacent condensing lenses 11 can be prevented. That is, the stresses S (a) and S (b) generated when the condensing lenses 11a and 11b are expanded can be prevented from interacting with each other. It becomes possible to suppress.
As a result, the positional deviation between the focal point F ′ of the lens at the maximum temperature T max and the focal point F 0 of the lens at the time of design is suppressed, and the focal point F ′ is positioned on the light receiving surface of the solar cell 2. In other words, even when the size and shape of the condensing lens changes with the temperature change in the usage environment, the solar cell can secure a constant amount of condensing, and as a result, can maintain high photoelectric conversion efficiency, It can be set as the concentrating solar power generation device which can obtain the stable electric power generation amount.

また、集光レンズを所定の間隔で配置することにより、集光レンズ部材の端部に近い位置に配置される集光レンズであっても、配置位置およびレンズの焦点位置のずれ幅は、中心部に位置する集光レンズと同様に最小限に抑えることができ、当該集光レンズ部材の全面において、均一の集光量を確保することが可能となるため、総集光量の増加を図ることが可能となる。
さらに、一部の集光レンズに亀裂等が生じて破損した場合であっても、破損した集光レンズと隣り合う集光レンズとは所定の間隔を有して配置されるため、当該間隔により他の集光レンズへの波及を阻止することができる。
これにより、破損による集光レンズ部材全体の集光量の大幅な低下を防止できるため、本発明の集光型太陽光発電装置は、長期間にわたり発電量を維持することができ、高い耐久性を有することが可能となる。
Further, by arranging the condensing lenses at a predetermined interval, even if the condensing lens is arranged at a position close to the end of the condensing lens member, the deviation width between the arrangement position and the focal position of the lens is the center. As with the condensing lens located in the section, the condensing lens can be minimized, and a uniform condensing amount can be secured over the entire surface of the condensing lens member, so that the total condensing amount can be increased. It becomes possible.
Further, even if some condensing lenses are broken due to cracks or the like, the damaged condensing lens and the adjacent condensing lens are arranged with a predetermined interval. Propagation to other condenser lenses can be prevented.
As a result, the condensing solar power generation device of the present invention can maintain the power generation amount for a long period of time because it can prevent a significant decrease in the light condensing amount of the entire condensing lens member due to damage. It becomes possible to have.

熱膨張による集光レンズの寸法変化の程度は、集光レンズの設計時の厚さ等によっても異なるが、通常、集光レンズのうち、基材と接していない面側に向かうほど、厚さ方向および幅方向への寸法変化が大きくなる。そのため、隣り合う集光レンズは端部(図3におけるCの部位)において最初に接触が起こり、上記端部C同士の接触により応力が波及し、それに伴い集光レンズの位置ずれを生じることとなる。
上述の傾向から、本発明においては、上記所定の間隔を、使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度において、隣り合う上記集光レンズの、上記基材と反対側に位置する面同士が接触しない間隔とすることが好ましい。
The degree of dimensional change of the condensing lens due to thermal expansion varies depending on the thickness of the condensing lens at the time of designing, etc., but usually the thickness of the condensing lens increases toward the surface that is not in contact with the substrate. The dimensional change in the direction and the width direction becomes large. For this reason, adjacent condensing lenses first come into contact with each other at the end portion (C portion in FIG. 3), and stress spreads due to the contact between the end portions C, resulting in a positional shift of the condensing lens. Become.
From the above-mentioned tendency, in the present invention, the predetermined intervals are set to the surfaces of the condensing lenses adjacent to each other on the side opposite to the base material at the maximum temperature in the use temperature range determined by the use environment. It is preferable that the distance is such that no contact occurs.

ここで、「使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度」とは、一般的に集光型太陽光発電装置が使用される環境において想定される温度範囲、すなわち、集光型太陽光発電装置を実地に設置した状態で集光レンズが達する温度を実測し、その温度範囲での最高温度をいう。使用温度範囲としては、具体的には、−20℃から70℃の範囲内とされる。   Here, the “maximum temperature in the operating temperature range determined by the operating environment” is a temperature range generally assumed in an environment where the concentrating solar power generation apparatus is used, that is, concentrating solar light. The temperature reached by the condensing lens is measured with the power generation device installed in the field, and the maximum temperature in that temperature range is said. Specifically, the operating temperature range is within a range of -20 ° C to 70 ° C.

また、「隣り合う上記集光レンズの、上記基材と反対側に位置する面同士が接触しない間隔」とは、使用温度範囲での最高温度において、通常、集光レンズは最も膨張した形状となっていることから、基材と接する面と反対側の面の端部において、膨張等により一方のレンズに生じた応力が他方のレンズに及ばない配置間隔をいう。
当該間隔は、集光レンズを設計する際の設計温度と、使用温度範囲での最高温度との温度差を算出し、集光レンズの使用材料の線膨張係数から当該温度差により集光レンズの寸法が変化する割合を算出して、寸法変化率およびそのときの集光レンズの厚さから規定されるものである。
なお、「集光レンズの設計温度」とは、本発明における集光レンズの厚さ方向の側面が、当該レンズの基材と接する面に対して垂直となるように設計される温度である。当該設計温度は、集光レンズの単位当たりのサイズ、配置する際のピッチ幅等に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、20℃〜40℃の範囲内とされる。
In addition, “the interval at which the surfaces of the adjacent condensing lenses that are opposite to the base material do not contact each other” means that the condensing lens is usually the most expanded shape at the highest temperature in the operating temperature range. Therefore, it means an arrangement interval at which the stress generated in one lens due to expansion or the like does not reach the other lens at the end of the surface opposite to the surface in contact with the base material.
Calculate the temperature difference between the design temperature when designing the condensing lens and the maximum temperature in the operating temperature range, and calculate the distance of the condensing lens based on the temperature difference from the linear expansion coefficient of the material used for the condensing lens. The ratio at which the dimension changes is calculated, and is defined from the dimension change rate and the thickness of the condensing lens at that time.
The “condensing lens design temperature” is a temperature designed such that the side surface in the thickness direction of the condensing lens in the present invention is perpendicular to the surface in contact with the base material of the lens. The design temperature is appropriately set according to the size per unit of the condensing lens, the pitch width at the time of arrangement, and the like, for example, in the range of 20 ° C. to 40 ° C.

本発明における集光レンズの配置間隔として、具体的には、10μm〜1000μmの範囲内であることが好ましく、中でも20μm〜500μmの範囲内が好ましく、特に50μm〜250μmの範囲内が好ましい。
集光レンズの配置間隔が上記範囲よりも大きいと、集光レンズ部材1個当たりに配置される集光レンズの個数が減少する。つまり、集光レンズ部材1個当たりの集光量が低下するため、太陽電池の受光量および光電変換効率も低下し、十分な発電量が得られない場合がある。一方、配置間隔が上記範囲よりも小さいと、集光レンズが膨張等により変形した際に、隣り合う集光レンズが接触して力を及ぼし合うことにより、配置位置にずれが生じ、各集光レンズの焦点が太陽電池の受光面からずれる場合がある。また、集光レンズ部材の端部に近付く程、位置ずれの程度が大きくなるため、集光レンズの配置位置によって集光量に差が生じる場合がある。
Specifically, the arrangement interval of the condenser lenses in the present invention is preferably in the range of 10 μm to 1000 μm, more preferably in the range of 20 μm to 500 μm, and particularly preferably in the range of 50 μm to 250 μm.
When the arrangement interval of the condenser lenses is larger than the above range, the number of condenser lenses arranged per condenser lens member is reduced. That is, since the amount of light collected per one condensing lens member is reduced, the amount of received light and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell are also reduced, and a sufficient amount of power generation may not be obtained. On the other hand, when the arrangement interval is smaller than the above range, when the condensing lens is deformed due to expansion or the like, the adjacent condensing lenses come into contact with each other to exert force, thereby causing a deviation in the arrangement position. The focus of the lens may deviate from the light receiving surface of the solar cell. Further, the closer to the end of the condensing lens member, the greater the degree of positional deviation, so there may be a difference in the amount of condensing depending on the position of the condensing lens.

本発明の集光型太陽光発電装置は、集光レンズ部材、太陽電池を少なくとも有するものである。以下、各構成について説明する。   The concentrating solar power generation device of the present invention has at least a condensing lens member and a solar cell. Each configuration will be described below.

1.集光レンズ部材
本発明における集光レンズ部材は、上記太陽電池の受光面側に配置され、基材と、上記基材の一方の表面に所定の間隔で配置された複数個の集光レンズとを有するものである。
以下、本発明における集光レンズ部材について、集光レンズと基材とに分けて説明する。
1. Condensing lens member The condensing lens member in this invention is arrange | positioned at the light-receiving surface side of the said solar cell, the base material, and the several condensing lens arrange | positioned at one surface of the said base material by the predetermined space | interval It is what has.
Hereinafter, the condensing lens member in the present invention will be described separately for the condensing lens and the base material.

(1)集光レンズ
本発明における集光レンズとしては、太陽光をより多く集光できるものであればよく、従来より集光レンズとして用いられているものから適宜選択することができる。集光レンズとしては、平凸レンズ、フレネルレンズ、カセグレン型レンズ等が挙げられるが、中でも、薄膜で高い集光性能を有するという点から、本発明における集光レンズが、フレネルレンズであることが好ましい。
なお、フレネルレンズとは、図1および図2で例示されるように、通常のレンズを同心円状の領域に分割し厚みを減らしたレンズをいい、その表面がのこぎり状の凹凸断面を有するものである。
(1) Condensing lens The condensing lens in this invention should just be what can condense more sunlight, and can be suitably selected from what was conventionally used as a condensing lens. Examples of the condensing lens include a plano-convex lens, a Fresnel lens, and a Cassegrain type lens. Among them, the condensing lens in the present invention is preferably a Fresnel lens from the viewpoint of having a high condensing performance with a thin film. .
As illustrated in FIGS. 1 and 2, the Fresnel lens is a lens in which a normal lens is divided into concentric regions to reduce the thickness, and the surface thereof has a saw-like uneven cross section. is there.

集光レンズの材料としては、所望のレンズ形状を形成できるものであれば特に限定されるものではないが、使用する環境温度下において膨張または収縮が生じにくいものが好ましく、中でも線膨張係数が1×10−3/℃以下の樹脂材料が好ましく、特に線膨張係数が5×10−4/℃以下の樹脂材料が好ましい。当該線膨張係数を所定の数値以下とすることにより、温度変化による膨張および収縮が起こりにくく、レンズの形状変化の程度を抑えることができる。これにより、隣り合う集光レンズの配置間隔を小さく設定することができ、基材上により多くの集光レンズが配置可能となるため、集光レンズ部材1つ当たりの集光性能を向上させることが可能となる。なお、上記熱線膨張係数は、熱機械分析装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製 TMA/SS6100)を用いて引張モードにて測定される値である。 The material of the condensing lens is not particularly limited as long as it can form a desired lens shape, but is preferably a material that does not easily expand or contract under the environmental temperature to be used. A resin material of × 10 −3 / ° C. or lower is preferable, and a resin material having a linear expansion coefficient of 5 × 10 −4 / ° C. or lower is particularly preferable. By setting the linear expansion coefficient to a predetermined numerical value or less, expansion and contraction due to temperature change are unlikely to occur, and the degree of lens shape change can be suppressed. As a result, the arrangement interval between adjacent condenser lenses can be set small, and more condenser lenses can be arranged on the base material, so that the condenser performance per condenser lens member is improved. Is possible. The thermal linear expansion coefficient is a value measured in a tensile mode using a thermomechanical analyzer (TMA / SS6100 manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd.).

上述の線膨張係数を有する樹脂材料としては、電離放射線硬化性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂であってもよいが、中でも電離放射線硬化性樹脂が好ましい。上記電離放射線硬化性樹脂としては、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、可視光線硬化性樹脂、近赤外線硬化性樹脂等が挙げられるが、本発明においては、中でも紫外線硬化性樹脂および電子線硬化性樹脂を用いることが好ましく、具体的には、アクリル系樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、無機有機ハイブリッド系樹脂等が挙げられる。中でもウレタンアクリレート系樹脂が、硬化性に優れ、硬度の観点で有利である。   The resin material having the above-described linear expansion coefficient may be an ionizing radiation curable resin or a thermosetting resin, and among them, an ionizing radiation curable resin is preferable. Examples of the ionizing radiation curable resin include an ultraviolet curable resin, an electron beam curable resin, a visible light curable resin, a near infrared curable resin, and the like. In the present invention, among others, an ultraviolet curable resin and an electron beam are used. A curable resin is preferably used, and specific examples include acrylic resins, urethane acrylate resins, inorganic-organic hybrid resins, and the like. Of these, urethane acrylate resins are excellent in curability and advantageous in terms of hardness.

集光レンズの樹脂材料は、光重合開始剤を含んでいてもよい。上記光重合開始剤としては、使用する集光レンズの樹脂材料に応じて適宜選択されるものであるが、例えば、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラーベンゾイルベンゾエート、α−アミロキシムエステル、テトラメチルチュウラムモノサルファイド、チオキサントン等が挙げられる。
また、集光レンズの樹脂材料は、光増感剤としてn−ブチルアミン、トリエチルアミン、ポリ−n−ブチルホソフィン等を含んでいても良い。
The resin material for the condenser lens may contain a photopolymerization initiator. The photopolymerization initiator is appropriately selected according to the resin material of the condenser lens to be used. For example, acetophenones, benzophenones, Michler benzoylbenzoate, α-amyloxime ester, tetramethylchu Examples include ram monosulfide and thioxanthone.
Moreover, the resin material of the condensing lens may contain n-butylamine, triethylamine, poly-n-butylphosphine, or the like as a photosensitizer.

また、集光レンズの材料として、上述の樹脂材料の他に、耐候性を向上させるために酸化防止剤を含有させてもよい。酸化防止剤としては、特に限定されるものではないが、フェノール系、アミン系、キノン系、有機硫黄系、リン酸エステル系等の酸化防止剤が挙げられる。なお、上記酸化防止剤は、集光レンズの材料の全固形分100重量%に対し、1重量%程度の量を添加することにより、集光レンズの耐候性を向上させることができる。   In addition to the resin material described above, an antioxidant may be included as a material for the condenser lens in order to improve weather resistance. Although it does not specifically limit as antioxidant, Antioxidants, such as a phenol type, an amine type, a quinone type, an organic sulfur type, and a phosphate ester type, are mentioned. In addition, the said antioxidant can improve the weather resistance of a condensing lens by adding the quantity of about 1 weight% with respect to 100 weight% of total solid content of the material of a condensing lens.

また、集光レンズは、上述の材料の他に、必要に応じて他の材料を有していてもよい。例えば、光開始剤、架橋剤、光安定剤、拡散剤、ガラスビーズ、蛍光体等が挙げられる。   Moreover, the condensing lens may have another material other than the above-mentioned material as needed. Examples thereof include a photoinitiator, a crosslinking agent, a light stabilizer, a diffusing agent, glass beads, and a phosphor.

上記集光レンズの表面形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、集光レンズがフレネルレンズである場合、レンズ表面の凹凸形状等については、太陽光の集光に適した形状となるように適宜設定することができる。
また、上記集光レンズの平面視上から見た形状としては、特に限定されないが、例えば、四角形、五角形、六角形等の多角形等が挙げられる。
さらに、上記集光レンズは、通常、光源側に平坦面を有し、太陽電池側に当該レンズの凹凸面を有するものであるが、光源側の表面が半ドーム型やドーム型等の曲面形状であってもよく、光源側に当該レンズの凹凸面を有するものであってもよい。
The surface shape of the condensing lens is not particularly limited. For example, when the condensing lens is a Fresnel lens, the concave and convex shape on the lens surface is a shape suitable for condensing sunlight. It can set suitably as follows.
In addition, the shape of the condenser lens as viewed from above is not particularly limited, and examples thereof include a polygon such as a quadrangle, a pentagon, and a hexagon.
Furthermore, the condensing lens usually has a flat surface on the light source side and the uneven surface of the lens on the solar cell side, but the surface on the light source side is a curved surface shape such as a half dome shape or a dome shape. It may be that having an uneven surface of the lens on the light source side.

集光レンズ1つ当たりの大きさについては、集光できる大きさであれば特に限定されるものではなく、例えば5cm四方程度の大きさとすることができる。   The size per condensing lens is not particularly limited as long as it is a size capable of condensing, and can be, for example, about 5 cm square.

集光レンズの厚さとしては、集光レンズの製造の際の設計温度や、集光レンズを配置する際のピッチ幅等によって適宜設定される。例えば、集光レンズの設計温度と、当該集光レンズを備える集光型太陽光発電装置の使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度との温度差、および当該集光レンズに使用される材料の線膨張係数から、集光レンズの厚さ方向および幅方向の寸法変化率を算出し、膨張時におけるレンズの焦点距離等を考慮して集光レンズの厚さを規定することが好ましい。
具体的な集光レンズの厚さとしては、例えば、10μm〜500μmの範囲内であることが好ましく、中でも50μm〜200μmの範囲内であることが好ましい。集光レンズの厚さが上記範囲よりも大きいと、温度変化に伴う熱膨張収縮の影響を受け易い場合があり、一方、上記範囲よりも小さいと、成形性に劣り集光レンズを所望の形状に成形することが困難になる場合がある。
なお、集光レンズの厚さとは、基材と接する面から、集光レンズにおける凹凸面のうち、最頂点までの高さをいう。
The thickness of the condensing lens is appropriately set according to the design temperature at the time of manufacturing the condensing lens, the pitch width when the condensing lens is arranged, and the like. For example, the temperature difference between the design temperature of the condensing lens and the maximum temperature in the operating temperature range determined by the use environment of the concentrating solar power generation apparatus including the condensing lens, and the condensing lens used. It is preferable to calculate the dimensional change rate in the thickness direction and the width direction of the condensing lens from the linear expansion coefficient of the material, and to define the thickness of the condensing lens in consideration of the focal length of the lens at the time of expansion. .
For example, the thickness of the condensing lens is preferably in the range of 10 μm to 500 μm, and more preferably in the range of 50 μm to 200 μm. If the thickness of the condenser lens is larger than the above range, it may be easily affected by thermal expansion / contraction due to temperature change. It may be difficult to form the film.
In addition, the thickness of a condensing lens means the height from the surface which contacts a base material to the highest vertex among the uneven surfaces in a condensing lens.

集光レンズの可視光領域における透過率(可視光線透過率)としては、80%以上であることが好ましく、中でも90%以上であることが好ましい。集光レンズの可視光線透過率が上記範囲よりも小さいと、太陽光の集光量が低下するため、太陽電池における受光量も減少し、その結果、発電量が低下するからである。なお、可視光線透過率は、JIS K7361−1により測定される値である。   The transmittance (visible light transmittance) in the visible light region of the condenser lens is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. This is because if the visible light transmittance of the condensing lens is smaller than the above range, the amount of sunlight collected decreases, so the amount of received light in the solar cell also decreases, and as a result, the amount of power generation decreases. The visible light transmittance is a value measured according to JIS K7361-1.

(2)基材
本発明における基材としては、透明性を有し、複数の集光レンズを配置することが可能な強度を有するものであればよい。このような基材としては、ガラス基材、アクリル系樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の樹脂基材等を用いることができる。中でも本発明においては、ガラス基材が好ましい。ガラス基材は他の基材材料に比べて、光の透過率および表面硬度が高いことに加え、線膨張係数が小さく、温度変化による影響を受け難いからである。
上記基材は単層のものであってもよく、積層されたものであってもよい。
(2) Substrate The substrate in the present invention may be any substrate that has transparency and has a strength capable of arranging a plurality of condensing lenses. As such a substrate, a glass substrate, an acrylic resin, a polymethyl methacrylate resin, a polycarbonate resin, an epoxy resin, an epoxy acrylate resin, a urethane acrylate resin, a polyester resin, a phenol resin, or the like is used. Can do. Among them, a glass substrate is preferable in the present invention. This is because the glass base material has a higher light transmittance and surface hardness than other base material materials, and has a small linear expansion coefficient and is not easily affected by temperature changes.
The substrate may be a single layer or a laminate.

また、上記基材が樹脂基材である場合は、耐候性を向上させるために紫外線吸収剤を含有させてもよい。紫外線吸収剤としては、無機系、有機系のいずれでもよい。無機系の紫外線吸収剤としては、例えば酸化チタン、酸化セリウム、酸化亜鉛などが挙げられる。また、有機系の紫外線吸収剤としては、例えばベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾフェノン系、サリチレート系、アクリロニトリル系等を用いることができ、中でもトリアジン系が好ましい。紫外線吸収能が高く、紫外線等の高エネルギーに対しても劣化しにくいからである。   Moreover, when the said base material is a resin base material, in order to improve a weather resistance, you may contain a ultraviolet absorber. The ultraviolet absorber may be either inorganic or organic. Examples of inorganic ultraviolet absorbers include titanium oxide, cerium oxide, and zinc oxide. Moreover, as an organic type ultraviolet absorber, a benzotriazole type, a triazine type, a benzophenone type, a salicylate type, an acrylonitrile type etc. can be used, for example, Of these, a triazine type is preferable. This is because the ultraviolet absorbing ability is high, and it is difficult to deteriorate even with high energy such as ultraviolet rays.

上記基材の可視光領域における透過率(可視光線透過率)としては、80%以上であることが好ましく、中でも90%以上であることが好ましい。基材の可視光線透過率が上記範囲よりも小さいと、集光レンズ部材における太陽光の集光量が低下するため、太陽電池における受光量も減少し、その結果、発電量が低下するからである。なお、上記透過率は、JIS K7361−1により測定される値である。   The transmittance of the substrate in the visible light region (visible light transmittance) is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. This is because if the visible light transmittance of the substrate is smaller than the above range, the amount of sunlight collected by the condensing lens member is reduced, so that the amount of received light in the solar cell is also reduced, and as a result, the amount of power generation is reduced. . The transmittance is a value measured according to JIS K7361-1.

上記基材の厚さとしては、特に限定することはなく、求められる強度等に応じて適宜設計可能であるが、例えば3mm〜5mm程度とすることが好ましい。
また、基材の形状としては、特に限定することはないが、複数個の集光レンズを所定の間隔で配置できる大きさを有し、効率的に太陽光を集光することが可能な形状であればよい。
The thickness of the substrate is not particularly limited, and can be appropriately designed according to the required strength, but is preferably about 3 mm to 5 mm, for example.
In addition, the shape of the base material is not particularly limited, but has a size that allows a plurality of condenser lenses to be arranged at predetermined intervals, and is a shape that can efficiently collect sunlight. If it is.

上記基材は、受光側の表面にハードコート層を有していても良い。ハードコート層により、外部からの衝撃からによる集光レンズ部材の傷付き、割れ等を防止することができる。上記ハードコート層の材料としては、一般的に使用されるハードコート層の材料を用いることができる。例えば、表面に反応性官能基を有する反応性異形シリカ微粒子と、反応性官能基を有するバインダー成分とを含んだハードコート層用硬化性樹脂組成物等が挙げられる。   The base material may have a hard coat layer on the surface on the light receiving side. The hard coat layer can prevent the condensing lens member from being damaged or cracked due to external impact. As a material for the hard coat layer, a generally used hard coat layer material can be used. Examples thereof include a curable resin composition for a hard coat layer containing reactive irregular silica fine particles having a reactive functional group on the surface and a binder component having a reactive functional group.

ハードコート層の厚さについては特に限定されないが、例えば5μm〜20μm程度とすることが好ましい。   The thickness of the hard coat layer is not particularly limited, but is preferably about 5 μm to 20 μm, for example.

また、集光レンズと接する側の表面にプライマー層を有していても良い。プライマー層により当該基材と集光レンズとの密着性を向上することができる。上記プライマー層の材料としては、一般的に使用されるプライマー層の材料を用いることができ、例えば、エポキシアクリレート樹脂組成物、ウレタンアクリレート樹脂組成物等を挙げることができる。上記プライマー層は、密着性を向上させるためにシランカップリング剤を含んでもよい。   In addition, a primer layer may be provided on the surface in contact with the condenser lens. The primer layer can improve the adhesion between the substrate and the condenser lens. As a material of the primer layer, a commonly used primer layer material can be used, and examples thereof include an epoxy acrylate resin composition and a urethane acrylate resin composition. The primer layer may contain a silane coupling agent in order to improve adhesion.

プライマー層の厚さについては特に限定されないが、例えば0.1μm〜10μm程度とすることが好ましい。   The thickness of the primer layer is not particularly limited, but is preferably about 0.1 μm to 10 μm, for example.

(3)集光レンズ部材
本発明における集光レンズ部材では、集光レンズと基材との線膨張係数の差が小さいことが好ましい。使用環境下における温度変化に伴い、集光レンズ部材と基材とがそれぞれ膨張および収縮が生じる際に、それぞれの部材の寸法変化率に差が生じることとなる。そのため、集光レンズを所定の間隔で配置する場合であっても、基材の形状変化に伴い集光レンズの配置位置がずれる等の不具合が生じる場合があるからである。
集光レンズと基材との線膨張係数の絶対値の差としては、1×10−5/℃〜30×10−5/℃の範囲内であることが好ましく、中でも1×10−5/℃〜10×10−5/℃の範囲内であることが好ましい。
(3) Condensing lens member In the condensing lens member in this invention, it is preferable that the difference of the linear expansion coefficient of a condensing lens and a base material is small. When the condensing lens member and the base material expand and contract as the temperature changes in the usage environment, a difference occurs in the dimensional change rate of each member. For this reason, even when the condensing lenses are arranged at a predetermined interval, there may be a problem that the arrangement position of the condensing lens is shifted as the shape of the base material changes.
The difference in absolute value of the linear expansion coefficient between the condenser lens and the substrate is preferably in the range of 1 × 10 −5 / ° C. to 30 × 10 −5 / ° C., and more preferably 1 × 10 −5 / It is preferable to be within the range of 10 ° C. to 10 × 10 −5 / ° C.

本発明における集光レンズ部材は、上述したように複数の集光レンズが所定の間隔で配置されたものであるが、2つの集光レンズ間に位置する基材上には、集光レンズの樹脂材料から成る層(介在層)を有していても良い。なお、上記介在層は、隣り合う2つの集光レンズ間を連結させるものである。
集光レンズ間に位置する基材上の介在層の厚さとしては、熱により介在層が膨張および収縮を生じても集光レンズへ影響しない程度の大きさであることが好ましく、例えば、100μm以下であることが好ましい。
介在層の厚みが上記範囲を超えると、温度変化により当該介在層において生じる膨張および収縮による応力が大きくなり、連結する集光レンズに当該応力が作用することにより、集光レンズの配置にずれが生じる場合がある。
As described above, the condensing lens member in the present invention has a plurality of condensing lenses arranged at a predetermined interval. However, on the substrate located between the two condensing lenses, You may have the layer (intervening layer) which consists of resin materials. The intervening layer connects two adjacent condenser lenses.
The thickness of the intervening layer on the substrate located between the condensing lenses is preferably large enough not to affect the condensing lens even if the intervening layer expands and contracts due to heat, for example, 100 μm. The following is preferable.
When the thickness of the intervening layer exceeds the above range, the stress due to expansion and contraction that occurs in the intervening layer due to a temperature change increases, and the stress acts on the condensing lens to be connected, thereby shifting the arrangement of the condensing lens. May occur.

本発明における集光レンズ部材は、上述した集光レンズおよび基材を有するものであれば特に限定されず、必要な構成を適宜選択して追加することができる。例えば、本発明における集光レンズ部材は、集光レンズおよび基材を固定させるためのフレーム部を有していても良い。
フレーム部の大きさについては特に限定されることはなく、集光レンズ部材の大きさに応じて適宜設計可能である。
フレーム部の高さについては、集光レンズよりも高く設計することが好ましく、例えば1μm〜1cm程度高く設計することが好ましい。本発明の集光レンズ部材を平置きして搬送する場合などにおいて、集光レンズが傷つくことを防止することができる。なお、フレーム部の高さは、基材の表面からの高さをいう。
The condensing lens member in this invention will not be specifically limited if it has the condensing lens and base material which were mentioned above, A required structure can be selected suitably and can be added. For example, the condensing lens member in the present invention may have a frame part for fixing the condensing lens and the substrate.
The size of the frame portion is not particularly limited, and can be appropriately designed according to the size of the condensing lens member.
About the height of a frame part, it is preferable to design higher than a condensing lens, for example, it is preferable to design high about 1 micrometer-1 cm. When the condensing lens member of the present invention is laid flat and transported, the condensing lens can be prevented from being damaged. In addition, the height of a frame part means the height from the surface of a base material.

フレーム部の材質についても特に限定されることはなく、例えば、フレーム部を形成すべき場所に熱硬化性樹脂や電離放射線硬化性樹脂を塗布し、硬化することによって形成してもよい。より具体的には、集光レンズが形成されている面全体に電離放射線硬化性樹脂を塗布し、マスクを用いてフレーム部を形成したい部分のみを露光することで電離放射線硬化性樹脂を硬化せしめ、その後現像することでフレーム部を形成することができる。
また、別の方法として、集光レンズが形成されている面において、フレーム部を形成したい部分のみにスクリーン印刷法によって電離放射線硬化性樹脂を塗布し、その後、露光することで当該電離放射線硬化性樹脂を硬化せしめることによりフレーム部を形成することもできる。
The material of the frame part is not particularly limited. For example, the frame part may be formed by applying a thermosetting resin or ionizing radiation curable resin to a place where the frame part is to be formed, and curing the resin. More specifically, the ionizing radiation curable resin is cured by applying an ionizing radiation curable resin to the entire surface on which the condenser lens is formed, and exposing only the portion where the frame portion is to be formed using a mask. Thereafter, the frame portion can be formed by developing.
As another method, on the surface on which the condensing lens is formed, an ionizing radiation curable resin is applied only to a portion where the frame portion is to be formed by a screen printing method, and then exposed to the ionizing radiation curable resin. The frame portion can also be formed by curing the resin.

フレーム部は、透明であってもよく、何らかの方法により着色されていてもよい。また、フレーム部の線熱膨張係数は、集光レンズの線膨張係数と集光レンズ部材が設置される部分の材料の線膨張係数との間の数値範囲であることが好ましい。温度変化によりフレーム部内部に生じる応力によって太陽光が集光される箇所が変動することを抑制できるからである。   The frame part may be transparent or colored by some method. Moreover, it is preferable that the linear thermal expansion coefficient of a flame | frame part is a numerical range between the linear expansion coefficient of a condensing lens, and the linear expansion coefficient of the material of the part in which a condensing lens member is installed. It is because it can suppress that the location where sunlight condenses by the stress which arises inside a flame | frame part by temperature change fluctuates.

本発明における集光レンズ部材は、上述の部位の他に、例えば、反射防止層、密着補助層等を有していても良い。   The condensing lens member in the present invention may have, for example, an antireflection layer, an adhesion auxiliary layer, and the like in addition to the above-described portions.

集光レンズ部材において、基材1枚当たりの集光レンズの個数としては、特に限定されるものではなく、本発明の集光型太陽光発電装置の形状等に応じて適宜、任意の個数を設定することができる。
なお、集光レンズ部材における集光レンズのピッチ幅については、所望の集光量が得られれば良く、配置間隔等に応じて適宜設定されるものである。
In the condensing lens member, the number of condensing lenses per base material is not particularly limited, and an arbitrary number is appropriately selected according to the shape of the concentrating solar power generation device of the present invention. Can be set.
Note that the pitch width of the condensing lens in the condensing lens member may be set as appropriate according to the arrangement interval or the like as long as a desired condensing amount is obtained.

2.太陽電池
本発明における太陽電池は、受光面側に集光レンズ部材が配置されるものである。具体的には、太陽電池は、集光レンズが焦点を結ぶ位置に配置されるものである。
2. Solar cell In the solar cell of the present invention, a condensing lens member is disposed on the light receiving surface side. Specifically, the solar cell is disposed at a position where the condenser lens is focused.

上記太陽電池とは、特に限定されるものではなく、従来公知のものを用いることができる。具体的には、単結晶または多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機系の光電変換層を備えた有機半導体太陽電池等を用いることができる。さらには、上述の太陽電池を複数接合させた多接合型太陽電池を用いることもできる。中でも多接合型太陽電池は高い変換効率が得られる点で好ましい。   The solar cell is not particularly limited, and a conventionally known solar cell can be used. Specifically, a monocrystalline or polycrystalline silicon solar cell, an amorphous silicon solar cell, a compound semiconductor solar cell, an organic semiconductor solar cell including an organic photoelectric conversion layer, or the like can be used. Furthermore, a multi-junction solar cell in which a plurality of the above-described solar cells are joined can also be used. Among these, a multi-junction solar cell is preferable in that high conversion efficiency can be obtained.

3.集光型太陽光発電装置
本発明の集光型太陽光発電装置において、集光レンズ部材および太陽電池の配置間隔は、集光レンズの焦点距離に応じて適宜設定されるものである。
3. Concentrating Solar Power Generation Device In the concentrating solar power generation device of the present invention, the arrangement interval between the condensing lens member and the solar cell is appropriately set according to the focal length of the condensing lens.

上記集光型太陽光発電装置は、上述した集光レンズ部材および太陽電池を少なくとも有するものであり、他の部材を有していてもよい。
例えば、複数の集光レンズ部材を固定するためのスタンド部、複数の太陽電池を固定するための底部フレーム部、上記底部フレーム部を支える支柱、上記支柱を固定する台座を有することにより、集光型太陽光発電装置を所望の位置に設置することができる。
また、その他の部材として、太陽と正対するように、太陽の動きに併せて追尾駆動させるためのシステム等を有していても良い。
The concentrating solar power generation device includes at least the condensing lens member and the solar cell described above, and may include other members.
For example, it has a stand part for fixing a plurality of condensing lens members, a bottom frame part for fixing a plurality of solar cells, a column supporting the bottom frame unit, and a pedestal for fixing the column. Type solar power generation device can be installed at a desired position.
Moreover, you may have the system etc. for carrying out a tracking drive according to a motion of the sun so that it may face directly with the sun as other members.

4.集光型太陽光発電装置の製造方法
本発明の集光型太陽光発電装置の製造方法としては、太陽電池と平面視上重なるように集光レンズ部材を配置することができ、集光レンズの焦点が太陽電池の受光面上に位置することが可能な方法であれば特に限定されない。
例えば、予め基材上に複数個の集光レンズを所定の間隔で配置した集光レンズ部材をフレーム部により固定させ、集光レンズの配置に合わせて太陽電池も底部フレーム部に配置させる。フレーム部と底部フレーム部とをスタンド部を介して平面視上重なるように配置させ、1つの太陽電池における受光面上に1つの集光レンズの焦点が位置する様にスタンド部の高さを調節した後、支柱を介して台座に固定する方法により、集光型太陽光発電装置を製造することができる。
なお、集光レンズ部材の製造方法については、後述する「B.集光レンズ部材」の項で説明するため、ここでの説明は省略する。
4). Manufacturing method of concentrating solar power generation device As a manufacturing method of the concentrating solar power generation device of the present invention, a condensing lens member can be arranged so as to overlap with a solar cell in plan view. There is no particular limitation as long as the focal point can be positioned on the light receiving surface of the solar cell.
For example, a condensing lens member in which a plurality of condensing lenses are arranged on a substrate in advance at a predetermined interval is fixed by a frame portion, and a solar cell is also arranged on the bottom frame portion in accordance with the arrangement of the condensing lenses. The frame part and the bottom frame part are arranged so as to overlap in plan view through the stand part, and the height of the stand part is adjusted so that the focal point of one condenser lens is positioned on the light receiving surface of one solar cell. Then, the concentrating solar power generation device can be manufactured by a method of fixing to the pedestal via the support.
In addition, since the manufacturing method of a condensing lens member is demonstrated in the term of "B. Condensing lens member" mentioned later, description here is abbreviate | omitted.

B.集光レンズ部材
次に、本発明の集光レンズ部材について説明する。本発明の集光レンズ部材は、基材と、上記基材の一方の表面に所定の間隔で配置された複数個の集光レンズを有することを特徴とするものである。
B. Next, the condensing lens member of the present invention will be described. The condensing lens member of the present invention has a base material and a plurality of condensing lenses arranged at a predetermined interval on one surface of the base material.

本発明の集光レンズ部材について、図を例示して説明する。図4は本発明の集光レンズ部材の一例を示す概略平面図であり、図5は、図4のB−B線断面図である。
図4および図5で例示されるように、本発明の集光レンズ部材1は、基材12上に、複数個の集光レンズ11が所定の間隔Wを取りながら配置されるものである。
The condenser lens member of the present invention will be described with reference to the drawings. 4 is a schematic plan view showing an example of the condensing lens member of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
As illustrated in FIGS. 4 and 5, the condensing lens member 1 of the present invention is configured such that a plurality of condensing lenses 11 are arranged on a base material 12 with a predetermined interval W therebetween.

中でも、上記間隔Wは、集光レンズ部材1の使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度において、隣り合う集光レンズ(図4における11aおよび11b)の表面のうち、基材12と接する面の反対側に位置する面同士が接触しない間隔であることが好ましい。また、間隔Wの具体的な値としては10μm〜10000μmの範囲内であることが好ましい。   Among the above, the interval W is the maximum temperature in the use temperature range determined by the use environment of the collective lens member 1, and the surface of the adjacent collective lenses (11 a and 11 b in FIG. 4) and the base material 12. It is preferable that it is the space | interval which the surfaces located on the opposite side of the surface which touches do not contact. The specific value of the interval W is preferably in the range of 10 μm to 10000 μm.

本発明によれば、集光レンズを所定の間隔を設けて配置した集光レンズ部材とすることにより、温度変化に伴い各々の集光レンズが膨張等を起こして接触する場合であっても、当該集光レンズの形状変化により生じる応力が、隣り合う他の集光レンズに作用するのを阻止することができ、集光レンズの配置位置のずれを抑えることができる。これにより、本発明の集光レンズ部材は、使用環境における温度変化に因らず、安定した集光量を確保することが可能となる。   According to the present invention, by using a condensing lens member arranged with a predetermined interval between the condensing lenses, even if each condensing lens expands and contacts with a temperature change, It is possible to prevent the stress caused by the shape change of the condensing lens from acting on other condensing lenses adjacent to each other, and it is possible to suppress the displacement of the arrangement position of the condensing lens. Thereby, the condensing lens member of the present invention can secure a stable amount of condensing light regardless of the temperature change in the use environment.

本発明の集光レンズ部材は、集光レンズおよび基材を少なくとも有するものである。
以下、本発明の集光レンズ部材の各部位について説明する。
The condensing lens member of this invention has a condensing lens and a base material at least.
Hereinafter, each part of the condensing lens member of the present invention will be described.

1.集光レンズ
本発明における集光レンズは、複数個が、上記基材の一方の表面に所定の間隔で配置されたものである。
中でも、当該間隔を、集光レンズ部材の使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度において、隣り合う上記集光レンズのうち、形状変化率の特に大きい部分同士、すなわち、基材と接する面の反対側に位置する面同士が接触しない間隔とすることが好ましい。集光レンズの配置位置のずれを最小限に抑えることができるからである。具体的には、当該間隔を10μm〜10000μmの範囲内とすることにより、上述の効果をより発揮することが可能となる。
本発明における集光レンズについては、上述した「A.集光型太陽光発電装置」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
1. Condensing lens A plurality of condensing lenses in the present invention are arranged at a predetermined interval on one surface of the substrate.
Among these, at the highest temperature in the operating temperature range determined by the usage environment of the condensing lens member, the interval between the condensing lenses adjacent to each other having a particularly large shape change rate, that is, the substrate is in contact with each other. It is preferable that the distance between the surfaces located on the opposite sides of the surfaces is not in contact. This is because the displacement of the arrangement position of the condenser lens can be minimized. Specifically, when the interval is within the range of 10 μm to 10000 μm, the above-described effects can be more exhibited.
About the condensing lens in this invention, since it can be made to be the same as that of what was demonstrated by the term of the "A. concentrating solar power generation device" mentioned above, description here is abbreviate | omitted.

2.基材
本発明における基材については、上述した「A.集光型太陽光発電装置」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
2. Base Material The base material in the present invention can be the same as that described in the above-mentioned section “A. Concentrating Solar Power Generation Device”, and thus description thereof is omitted here.

3.集光レンズ部材
本発明の集光レンズ部材は、基材上に上述した複数個の集光レンズを有するものであれば特に限定されず、必要な他の部材を適宜選択して追加することができる。本発明の集光レンズ部材における他の部材としては、上述した「A.集光型太陽光発電装置」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
3. Condensing lens member The condensing lens member of the present invention is not particularly limited as long as it has the plurality of condensing lenses described above on the base material, and other necessary members can be appropriately selected and added. it can. Since the other members in the condensing lens member of the present invention can be the same as those described in the section of “A. Concentrating solar power generation device” described above, description thereof is omitted here.

4.集光レンズ部材の製造方法
本発明の集光レンズ部材の製造方法としては、基材上に集光レンズを所定の間隔で精度よく配置できる方法であれば特に限定されない。
例えば、目的とする集光レンズの転写形状であるマスター原版を形成する一面付けマスター原版形成工程、上記一面付けマスター原版を用いて、一面付けレプリカ原版を複数枚形成する一面付けレプリカ原版形成工程、複数枚の一面付けレプリカ原版を所定の間隔を設けて土台上に配置し、1枚の多面付けマスター原版を形成するタイリング工程、上記多面付けマスター原版を用いて集光レンズ原版を形成する集光レンズ原版形成工程、および、上記集光レンズ原版を用いて、複数の集光レンズが基材上に所定の間隔で配置された集光レンズ部材を一括形成する集光レンズ部材形成工程を有する方法を用いることができる。
上述した方法により、基材上に集光レンズが所定の間隔で配置された本発明の集光レンズ部材を一括で形成することができ、製造を容易にすることができる。
4). The manufacturing method of a condensing lens member The manufacturing method of the condensing lens member of this invention will not be specifically limited if it is a method which can arrange | position a condensing lens on a base material with a predetermined space | interval accurately.
For example, a single-sided master original plate forming step for forming a master original plate that is a transfer shape of a target condenser lens, a single-sided replica original plate forming step for forming a plurality of single-sided replica original plates using the single-sided master original plate, A tiling process in which a plurality of single-sided replica masters are arranged on a base with predetermined intervals to form one multi-sided master master, and a condensing lens master is formed using the multi-sided master master. An optical lens original plate forming step and a condensing lens member forming step of collectively forming a condensing lens member in which a plurality of condensing lenses are arranged on a substrate at a predetermined interval using the condensing lens original plate. The method can be used.
By the above-described method, the condensing lens member of the present invention in which the condensing lenses are arranged on the substrate at a predetermined interval can be formed in a lump, and manufacturing can be facilitated.

図6は、上述した本発明の集光レンズ部材の製造方法の一例を示す工程図であり、集光レンズとしてフレネルレンズを有する場合を例示したものである。
まず、図6(a)で示されるように、金属基板21の表面にバイト22を用いて切削し、目的とする集光レンズ(フレネルレンズ)の反転形状である一面付けマスター原版20を形成する(一面付けマスター原版形成工程)。
次に、図6(b)で示されるように、一面付けマスター原版20に、樹脂材料31を塗布し、硬化させて一面付けレプリカ原版30を複数枚作成する(一面付けレプリカ原版形成工程)。
続いて、図6(c)で示されるように、得られた複数枚の一面付けレプリカ原版30を所定の間隔Wを設けながら土台41上にタイリングし、1枚の多面付けマスター原版40を作成する(タイリング工程)。
その後、図6(d)で示されるように、多面付けマスター原版40の表面に電鋳処理51を行い、集光レンズ原版50を作成し、最後に、図6(e)で示されるように、基材12上に塗布した集光レンズ形成用の樹脂材料(以下、レンズ形成用材料とする場合がある。)からなる樹脂材料層61に集光レンズ原版50の転写面を押し当て、当該樹脂材料層61を光硬化させることにより、複数個の集光レンズ11が所定の間隔Wを空けて基材12上に配置された集光レンズ部材1を得ることができる。なお、図6(d)を集光レンズ原版形成工程、図6(e)を集光レンズ部材形成工程とする。
FIG. 6 is a process diagram showing an example of the method for producing the condensing lens member of the present invention described above, and illustrates the case where a Fresnel lens is provided as the condensing lens.
First, as shown in FIG. 6A, the surface of the metal substrate 21 is cut using a cutting tool 22 to form a single-sided master original plate 20 that is an inverted shape of a target condenser lens (Fresnel lens). (One-sided master master forming process).
Next, as shown in FIG. 6B, a resin material 31 is applied to the single-sided master master 20 and cured to produce a plurality of single-sided replica masters 30 (single-sided replica master forming step).
Subsequently, as shown in FIG. 6 (c), the obtained single-sided replica master 30 is tiled on the base 41 with a predetermined interval W, and one multi-sided master 40 is obtained. Create (tiling process).
Thereafter, as shown in FIG. 6 (d), an electroforming process 51 is performed on the surface of the multi-face master master 40 to create a condensing lens master 50. Finally, as shown in FIG. 6 (e). The transfer surface of the condensing lens original plate 50 is pressed against a resin material layer 61 made of a condensing lens forming resin material (hereinafter sometimes referred to as a lens forming material) applied on the substrate 12, By photocuring the resin material layer 61, it is possible to obtain the condensing lens member 1 in which a plurality of condensing lenses 11 are arranged on the base material 12 with a predetermined interval W therebetween. 6D is a condensing lens original plate forming step, and FIG. 6E is a condensing lens member forming step.

以下、各工程について説明する。   Hereinafter, each step will be described.

(1)一面付けマスター原版形成工程
マスター原版形成工程は、集光レンズの転写形状であるマスター原版を形成する工程である。なお、本工程で形成されるマスター原版は、集光レンズが一面付け態様のものである。
(1) Single-sided master original plate forming step The master original plate forming step is a step of forming a master original plate that is a transfer shape of a condensing lens. In addition, the master original plate formed in this step has a condensing lens on one side.

一面付けマスター原版に使用される材料としては、切削時にバイトの破損を生じない程度の硬度を有する金属が好ましく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等が挙げられる。   The material used for the single-sided master plate is preferably a metal having a hardness that does not cause breakage of the cutting tool during cutting, and examples thereof include aluminum, copper, and nickel.

一面付けマスター原版の形成方法としては、特に限定されないが、通常、旋盤切削法により金属板の表面を削り、所望のパターンを形成することが好ましい。具体的には、正面旋盤に金属板を取り付けて回転させ、バイトを金属板に押し当てて行なわれる。このとき、バイトの先端角度を、目的とする集光レンズの凸部の先端角と同角度とし、金属板の表面に凹凸パターンを形成することで、目的とする集光レンズの反転形状を形成することができる。   The method for forming the single-sided master plate is not particularly limited, but it is usually preferable to form a desired pattern by cutting the surface of the metal plate by a lathe cutting method. Specifically, a metal plate is attached to the front lathe and rotated, and the cutting tool is pressed against the metal plate. At this time, the tip angle of the cutting tool is set to the same angle as the tip angle of the convex portion of the target condenser lens, and a concave / convex pattern is formed on the surface of the metal plate, thereby forming the inverted shape of the target condenser lens. can do.

(2)一面付けレプリカ原版形成工程
一面付けレプリカ原版形成工程は、上述の工程において形成された一面付けマスター原版を用いて、一面付けレプリカ原版を複数枚形成する工程である。
(2) Single-sided replica original plate forming step The single-sided replica original plate forming step is a step of forming a plurality of single-sided replica original plates using the single-sided master original plate formed in the above-described step.

一面付けレプリカ原版に使用される材料としては、ニッケル等の金属材料であってもよく、電離放射線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂材料であってもよい。   The material used for the single-sided replica master may be a metal material such as nickel, or a resin material such as an ionizing radiation curable resin or a thermosetting resin.

一面付けレプリカ原版の形成方法としては、特に限定されないが、使用する材料に応じて選択することができる。例えば、一面付けレプリカ原版を樹脂材料で形成する場合は、一面付けマスター原版の転写面に樹脂材料を塗布し、光または熱により硬化させることにより形成が可能である。また、一面付けレプリカ原版を金属材料で形成する場合は、一面付けマスター原版の転写面に対し、電鋳を行うことにより形成することができる。   The method for forming the single-sided replica original plate is not particularly limited, but can be selected according to the material to be used. For example, when forming a single-sided replica original plate with a resin material, it can be formed by applying a resin material to the transfer surface of the single-sided master original plate and curing it by light or heat. Further, when the one-sided replica original plate is formed of a metal material, it can be formed by electroforming the transfer surface of the one-sided master original plate.

(3)タイリング工程
タイリング工程は、複数枚の一面付けレプリカ原版を所定の間隔を設けて土台上に配置し、1枚の多面付けマスター原版を形成する工程である。本工程において、予め所定の間隔を設けて一面付けレプリカ原版を配置させることにより、後述する集光レンズ形成工程において複数の集光レンズを一括形成する際に、集光レンズ間に所定の間隔を設けることができる。
(3) Tiling process The tiling process is a process in which a plurality of single-sided replica masters are arranged on a base with a predetermined interval to form one multi-sided master master. In this step, by arranging a single-sided replica original plate with a predetermined interval in advance, when forming a plurality of condensing lenses in a collective lens forming step described later, a predetermined interval is provided between the condensing lenses. Can be provided.

タイリングの方法としては、所定の間隔で複数枚の一面付けレプリカ原版を土台上に配置できる方法であれば良いが、図6(c)で例示されるように、土台にピン42を設け、それを支点として一面付けレプリカ原版30を配置する方法が好ましい。接着剤等を介して土台に配置させる場合、ある1カ所において一面付けレプリカ原版の配置位置がずれると、他の部分もそれに伴ってずれが生じ、複数枚の一面付けレプリカ原版を精度良く配置させることができない場合があるからである。
上記土台の材料としては、特に限定されないが、例えばアルミ製の基材等を使用することができる。
As a tiling method, any method can be used as long as a plurality of single-sided replica originals can be arranged on a base at a predetermined interval. As illustrated in FIG. 6C, pins 42 are provided on the base, A method in which the one-sided replica original plate 30 is arranged using this as a fulcrum is preferable. When placing on the base via an adhesive or the like, if the placement position of the single-sided replica original is displaced at one place, the other part is also displaced accordingly, and a plurality of single-sided replica originals are placed accurately. This is because there are cases where it cannot be done.
Although it does not specifically limit as a material of the said base, For example, the base material made from aluminum etc. can be used.

(4)集光レンズ原版形成工程
集光レンズ原版形成工程は、多面付けマスター原版を用いて集光レンズ原版を形成する工程である。集光レンズ原版の形成方法としては、特に限定されないが、例えばNi等の電鋳法等を用いることができる。
(4) Condensing lens original plate forming step The condensing lens original plate forming step is a step of forming a condensing lens original plate using a multi-faced master original plate. A method for forming the condensing lens original plate is not particularly limited, and for example, an electroforming method such as Ni can be used.

(5)集光レンズ部材形成工程
集光レンズ部材形成工程は、上述の集光レンズ原版を用いて、複数の集光レンズが基材上に所定の間隔で配置された集光レンズ部材を一括形成する工程である。集光レンズ部材に使用される基材、およびレンズ形成用材料としては、上述した「A.集光型太陽光発電装置 1.集光レンズ部材」の項で説明した内容と同様である。
また、集光レンズ部材の形成方法としては、集光レンズ原版の転写面にレンズ形成用材料を塗布して、塗布面に基材を配置して光または熱により硬化させる方法、または、当該レンズ形成用材料を一方の面に塗布した基材を別途準備し、塗布面を集光レンズ原版の転写面に押し当てて、光または熱により硬化させる方法等がある。
(5) Condensing lens member forming step In the condensing lens member forming step, a condensing lens member in which a plurality of condensing lenses are arranged on a substrate at a predetermined interval is collectively used using the above-described condensing lens original plate. It is a process of forming. The base material used for the condensing lens member and the lens forming material are the same as those described in the above-mentioned section “A. Condensing solar power generation device 1. Condensing lens member”.
Further, as a method for forming the condensing lens member, a method for applying a lens forming material to the transfer surface of the condensing lens original plate, disposing a base material on the application surface and curing it by light or heat, or the lens There is a method in which a base material on which one of the forming materials is applied is separately prepared, the applied surface is pressed against the transfer surface of the condensing lens original plate, and cured by light or heat.

また、本工程において、集光レンズと基材との密着性を向上させるために、基材上にレンズ形成用材料を塗布する前に、密着補助層を成膜してもよい。   In this step, in order to improve the adhesion between the condensing lens and the base material, an adhesion auxiliary layer may be formed before applying the lens forming material on the base material.

(6)集光レンズ部材の製造方法
本発明の集光レンズ部材は、上述の工程を経て形成することができるが、他の工程を有していても良い。例えば、タイリング工程後に、樹脂製の多面付けマスター原版の片面にめっき処理を行い導通させるめっき工程を有していても良い。
(6) Manufacturing method of condensing lens member Although the condensing lens member of this invention can be formed through the above-mentioned process, it may have another process. For example, after the tiling step, a plating step may be performed in which one side of the resin-made multi-face master master plate is subjected to plating treatment to be conductive.

5.用途
本発明の集光レンズ部材の用途としては、二次集光器を備えたものを含め、一般的な太陽光発電装置に好適に使用することが可能である。
5. Uses As a use of the condensing lens member of the present invention, it can be suitably used for general solar power generation devices including those equipped with a secondary condenser.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.

[実施例1]
まず、厚み3.2mm、サイズ1010mm×510mmの白板フロートガラス(AGCファブリテック(株)製)を準備し、これをガラス基材とした。次に、以下の組成を有する密着補助層形成用材料を準備し、これを上記ガラス基材の一方の面側に塗布し、150℃で10分間加熱した。なお、加熱後の密着補助層形成用材料の塗布膜の厚さは1.0μm〜2.0μmであった。
[Example 1]
First, a white plate float glass (manufactured by AGC Fabricec Co., Ltd.) having a thickness of 3.2 mm and a size of 1010 mm × 510 mm was prepared and used as a glass substrate. Next, an adhesion auxiliary layer forming material having the following composition was prepared, applied to one side of the glass substrate, and heated at 150 ° C. for 10 minutes. In addition, the thickness of the coating film of the adhesion auxiliary layer forming material after heating was 1.0 μm to 2.0 μm.

<密着補助層形成用材料>
・重合性モノマー:イソシアヌル酸トリアクリレート(東亞合成(株)製:アロニクスM315) … 12.5重量部
・シランカップリング剤:3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製:KBM503) … 12.5重量部
・造膜補助剤:セルロースアセテートブチレート(イーストマンケミカルジャパン(株)製:CAB381−2) … 3.6重量部
・光重合開始剤:2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィノキサイド(BASF製:ルシリンTPO) … 1.5重量部
・溶剤:メチルエチルケトン(純正化学(株)製) … 69.9重量部
<Material for forming adhesion auxiliary layer>
Polymerizable monomer: Isocyanuric acid triacrylate (manufactured by Toagosei Co., Ltd .: Aronix M315) 12.5 parts by weight Silane coupling agent: 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: KBM503) ... 12.5 parts by weight-film-forming auxiliary: cellulose acetate butyrate (manufactured by Eastman Chemical Japan Co., Ltd .: CAB381-2) ... 3.6 parts by weight-photopolymerization initiator: 2,4,6-trimethylbenzoyl -Diphenyl-phosphinoxide (BASF: Lucillin TPO) 1.5 parts by weight. Solvent: Methyl ethyl ketone (Pure Chemical Co., Ltd.) 69.9 parts by weight

続いて、以下の組成を有するレンズ形成用材料を準備し、これを乾燥後の密着補助層形成用材料上に塗布して樹脂材料層を成膜後、フレネルレンズ(49.9mm×49.9mm)の反転形状(以下、集光レンズ転写部とする。)が200個、0.1mm間隔で配列された、1000mm×500mmの集光レンズ原版(以下、金型とする場合がある。)を押し当てることで、フレネルレンズの形状を賦形した。   Subsequently, a lens forming material having the following composition was prepared, and this was applied onto the dried adhesion auxiliary layer forming material to form a resin material layer, and then a Fresnel lens (49.9 mm × 49.9 mm). ) Of a condensing lens original plate (hereinafter, sometimes referred to as a mold) of 1000 mm × 500 mm, in which 200 inverted shapes (hereinafter, referred to as a condensing lens transfer portion) are arranged at intervals of 0.1 mm. The shape of the Fresnel lens was shaped by pressing.

<レンズ形成用材料>
・ウレタンアクレートオリゴマー(新中村化学(株)製:NKオリゴU-15HA) … 50.0重量部
・重合性モノマー:トリプロピレングリコールジアクリレート(東亞合成(株)製:アロニクスM220) … 50.0重量部
・光重合開始剤:2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィノキサイド(BASF製:ルシリンTPO) … 5.0重量部
<Lens forming material>
Urethane acrylate oligomer (Shin Nakamura Chemical Co., Ltd .: NK Oligo U-15HA) 50.0 parts by weight Polymerizable monomer: Tripropylene glycol diacrylate (Toagosei Co., Ltd .: Aronix M220) 0 parts by weight-photopolymerization initiator: 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphinoxide (manufactured by BASF: Lucillin TPO): 5.0 parts by weight

金型を押し当てた状態のまま、ガラス基材側からフュージョン製Dバルブにて1250±150mJ/cm2の紫外線を照射して樹脂材料層を硬化せしめた後、金型から剥離することで、ガラス基材上に厚さ50μmのフレネルレンズが200個、0.1mm間隔で個々に配置された集光レンズ部材を得た。 With the mold pressed, the resin material layer was cured by irradiating ultraviolet rays of 1250 ± 150 mJ / cm 2 from the glass substrate side with a fusion D bulb, and then released from the mold. A condensing lens member was obtained in which 200 Fresnel lenses having a thickness of 50 μm were individually arranged at intervals of 0.1 mm on a glass substrate.

[比較例1]
実施例1に示した金型に、厚み3mm、サイズ1010mm×510mmのアクリル板(三菱レイヨン(株)製アクリライトL)を重ねてセットし、金型温度を170℃に加熱後、シートに加わる圧力が90kg/cmになるように加圧し、熱プレスを1分間行うことにより、アクリル板の一方の表面が、200個のフレネルレンズに成形されてなる集光レンズ部材を得た。
[Comparative Example 1]
An acrylic plate (Acrylite L manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) having a thickness of 3 mm and a size of 1010 mm × 510 mm is set on the mold shown in Example 1 and the mold temperature is heated to 170 ° C. and then added to the sheet. A condensing lens member in which one surface of the acrylic plate was molded into 200 Fresnel lenses was obtained by applying pressure so that the pressure was 90 kg / cm 2 and performing hot pressing for 1 minute.

[評価]
(使用温度下における集光レンズ部材の熱変形の測定)
上記実施例1、比較例1で得た集光レンズ部材について、縦10個×横20個で配列されたフレネルレンズのうち、最外側端面に位置するフレネルレンズAの中心位置から対角線上にある最外側端面に位置するフレネルレンズBの中心位置間の距離を測定した。測定は、室温(25℃)および、使用時の最大温度として想定される70℃に加熱した状態で実施した。Aの座標を(0,0)と固定した場合のBの相対座標、およびフレネルレンズAおよびBにおける各温度での基材の線膨張係数について、実施例1の結果を表1、比較例1の結果を表2に示す。
[Evaluation]
(Measurement of thermal deformation of condensing lens member under operating temperature)
The condensing lens members obtained in Example 1 and Comparative Example 1 are diagonal from the center position of the Fresnel lens A located on the outermost end face among the Fresnel lenses arranged in 10 × 20. The distance between the center positions of the Fresnel lens B located on the outermost end face was measured. The measurement was performed at room temperature (25 ° C.) and at a temperature heated to 70 ° C., which is assumed as the maximum temperature during use. Table 1 and Comparative Example 1 show the results of Example 1 for the relative coordinates of B when the coordinates of A are fixed to (0, 0), and the linear expansion coefficient of the base material at each temperature in Fresnel lenses A and B. Table 2 shows the results.

表1および表2より、実施例1では比較例1と比較して中心座標の温度変化が大きく抑制された。これは、実施例1においては、各フレネルレンズが0.1mm間隔で独立してガラス基材に密着して配置されているために、座標の変化がガラス基材の熱変形によってのみ影響を受けることによるものと推量される。
実施例1においては温度変化によるフレネルレンズの焦点位置のずれがごく微小であるため、温度が高い状態にあっても集光性能の悪化が抑えられ、温度変化に対して安定した集光性能を保持することが可能であった。
From Table 1 and Table 2, in Example 1, the temperature change of the center coordinate was greatly suppressed as compared with Comparative Example 1. This is because in Example 1, each Fresnel lens is arranged in close contact with the glass substrate independently at an interval of 0.1 mm, so that the change in coordinates is affected only by thermal deformation of the glass substrate. It is presumed to be due to this.
In Example 1, since the deviation of the focal position of the Fresnel lens due to the temperature change is very small, the deterioration of the light collecting performance can be suppressed even when the temperature is high, and the light collecting performance stable against the temperature change can be obtained. It was possible to hold.

[実施例2]
実施例1の集光レンズ部材の各フレネルレンズの配置に対応するように、200個の有機半導体太陽電池素子を複数接合させた多接合型太陽電池を底部フレーム部に配置した。次に、各フレネルレンズの中心と、対応する太陽電池素子とが平面視上重なるようにして、底部フレーム部上に実施例1の集光レンズ部材をスタンドを介して固定した。フレネルレンズの焦点が対応する太陽電池素子の受光面上に位置する様にスタンド部の高さを調節した後、支柱を介して台座に固定し、集光型太陽光発電装置を得た。
実施例2においても、室温(25℃)および70℃に加熱した状態でのフレネルレンズAおよびBの中心座標のずれは、実施例1と同様の結果が得られた。また、室温から70℃に変化しても、フレネルレンズの焦点は室温下と同様に太陽電池素子の受光面上に位置しており、温度変化に因らず安定した集光機能が得られた。
[Example 2]
In order to correspond to the arrangement of each Fresnel lens of the condensing lens member of Example 1, multi-junction solar cells in which a plurality of 200 organic semiconductor solar cell elements were joined were arranged in the bottom frame portion. Next, the condenser lens member of Example 1 was fixed on the bottom frame portion via a stand so that the center of each Fresnel lens and the corresponding solar cell element overlapped in plan view. The height of the stand part was adjusted so that the focal point of the Fresnel lens was positioned on the light receiving surface of the corresponding solar cell element, and then the light was fixed to the pedestal via a column to obtain a concentrating solar power generation device.
Also in Example 2, the same results as in Example 1 were obtained for the deviation of the center coordinates of Fresnel lenses A and B when heated to room temperature (25 ° C.) and 70 ° C. Even when the temperature changed from room temperature to 70 ° C., the focal point of the Fresnel lens was located on the light receiving surface of the solar cell element as at room temperature, and a stable light collecting function was obtained regardless of the temperature change. .

1 … 集光レンズ部材
2 … 太陽電池
10 … 集光型太陽光発電装置
11 … 集光レンズ
12 … 基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Condensing lens member 2 ... Solar cell 10 ... Condensing type solar power generation device 11 ... Condensing lens 12 ... Base material

Claims (6)

太陽電池と、
前記太陽電池の受光面側に配置される集光レンズ部材と、を少なくとも有する集光型太陽光発電装置であって、
前記集光レンズ部材が、基材と、前記基材の一方の表面に所定の間隔で配置された複数個の集光レンズとを有することを特徴とする集光型太陽光発電装置。
Solar cells,
A concentrating solar power generation device having at least a condensing lens member disposed on a light receiving surface side of the solar cell,
The concentrating solar power generation device, wherein the condensing lens member includes a base material and a plurality of condensing lenses arranged at a predetermined interval on one surface of the base material.
前記所定の間隔が、使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度において、隣り合う前記集光レンズの、前記基材と反対側に位置する面同士が接触しない間隔であることを特徴とする請求項1に記載の集光型太陽光発電装置。   The predetermined interval is an interval at which the surfaces of the condensing lenses adjacent to each other on the side opposite to the base do not contact each other at the maximum temperature in the operating temperature range determined by the usage environment. The concentrating solar power generation device according to claim 1. 前記所定の間隔が、10μm〜10000μmの範囲内であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の集光型太陽光発電装置。   3. The concentrating solar power generation device according to claim 1, wherein the predetermined interval is in a range of 10 μm to 10000 μm. 基材と、前記基材の一方の表面に所定の間隔で配置された複数個の集光レンズとを有することを特徴とする集光レンズ部材。   A condensing lens member, comprising: a base material; and a plurality of condensing lenses arranged at a predetermined interval on one surface of the base material. 前記所定の間隔が、使用環境により決定される使用温度範囲での最高温度において、隣り合う前記集光レンズの、前記基材と反対側に位置する面同士が接触しない間隔であることを特徴とする請求項4に記載の集光レンズ部材。   The predetermined interval is an interval at which the surfaces of the condensing lenses adjacent to each other on the side opposite to the base do not contact each other at the maximum temperature in the operating temperature range determined by the usage environment. The condensing lens member according to claim 4. 前記所定の間隔が、10μm〜10000μmの範囲内であることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の集光レンズ部材。   6. The condensing lens member according to claim 4, wherein the predetermined interval is in a range of 10 [mu] m to 10000 [mu] m.
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WO2020129773A1 (en) * 2018-12-20 2020-06-25 住友電気工業株式会社 Light-condensing solar power generation unit, light-condensing solar power generation module, light-condensing solar power generation panel, light-condensing solar power generation device, and method for manufacturing light-condensing solar power generation unit

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