JP2017017060A - Solar cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、集光レンズを用いて太陽光を集光する太陽電池モジュールに関する。 The present disclosure relates to a solar cell module that collects sunlight using a condensing lens.
特許文献1は、太陽電池素子の裏面に放熱板が配置された太陽電池を開示する。この太陽電池は、集光して照射された太陽光を光電変換して発電する集光型の太陽電池素子と、太陽電池素子を載置したレシーバ基板とを備える。レシーバ基板は、ベース基台、ベース基台に積層された中間絶縁層、中間絶縁層に積層された接続パターン層、接続パターン層を保護する表面保護層を備える。これにより、放熱性と生産性が良く高い発電効率を得ることができる。 Patent document 1 discloses the solar cell by which the heat sink is arrange | positioned at the back surface of the solar cell element. This solar cell includes a concentrating solar cell element that photoelectrically converts sunlight that is collected and irradiated and generates power, and a receiver substrate on which the solar cell element is mounted. The receiver substrate includes a base base, an intermediate insulating layer stacked on the base base, a connection pattern layer stacked on the intermediate insulating layer, and a surface protective layer for protecting the connection pattern layer. Thereby, heat dissipation and productivity are good and high power generation efficiency can be obtained.
本開示は、温度変化の影響を抑えた太陽電池モジュールを提供する。 The present disclosure provides a solar cell module in which the influence of temperature change is suppressed.
本開示における太陽電池モジュールは、太陽光を集光する集光部材と、集光部材の出射光を受光する光電変換素子と、光電変換素子を支持するリードフレームと、貫通孔を有し、集光部材を支持する支持枠とを備え、リードフレームは、貫通孔内に配置される。 A solar cell module in the present disclosure includes a light collecting member that collects sunlight, a photoelectric conversion element that receives light emitted from the light collecting member, a lead frame that supports the photoelectric conversion element, and a through hole. And a support frame that supports the optical member, and the lead frame is disposed in the through hole.
本開示における太陽電池モジュールは、温度変化の影響を抑えるのに有効である。 The solar cell module in the present disclosure is effective for suppressing the influence of temperature change.
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and repeated descriptions for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art.
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。 The accompanying drawings and the following description are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and are not intended to limit the subject matter described in the claims.
(実施の形態1)
以下、図1〜4を用いて、実施の形態1を説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 will be described with reference to FIGS.
[1−1.構成]
[1−1−1.全体構成]
図1は、実施の形態1にかかる太陽電池モジュール100を示す模式図である。
[1-1. Constitution]
[1-1-1. overall structure]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a
太陽電池モジュール100は、主に集光光学系110、支持枠120、光電変換ユニット130、配線ワイヤ136、放熱板140から構成されている。この太陽電池モジュール100は、太陽光が集光光学系110に垂直に入射する用に追尾する追尾装置(図示せず)に複数並べて配置される。
The
集光光学系110は、複数の集光レンズ111がアレイ状に並んで構成されている。集光レンズ111は、厚みが2mm程度のPMMA(ポリメチルメタクリルレート)などの樹脂素材でできている。集光レンズ111同士は、一体であっても別体であっても良い。集光光学系110は、太陽光の入射面は平面、太陽光の出射面はフレネル面を有している。
The condensing
支持枠120は、集光光学系110を支持する側壁120aと集光光学系110に略平行な底面120bとを備える。支持枠120は、集光光学系110と同素材であるPMMAからできている。また、支持枠120の底面120bには、個々の集光レンズ111に対応する位置に貫通孔121が形成されている。貫通孔121には、それぞれ光電変換ユニット130が挿入され、光電変換ユニット130間は配線ワイヤ136により直列または並列に電気接続されている。支持枠120は、放熱板140とビス150により取り付けられている。光電変換ユニット130と放熱板140は、光電変換ユニット130の接触部131aと、放熱グリース141を介して接触している。放熱グリース141は、アルミナなどを含み、支持枠120および放熱板140よりも低い剛性を有する。すなわち、光電変換ユニット130は、放熱板140に固着されておらず、底面120bと放熱板140の膨張係数が異なる場合において、温度変化などによってそれらが変形しても、X軸方向の変形のみでZ軸方向へのたわみ変形を生じない。
The
ここで、ビス150は、ビス孔122を通して放熱板140に取り付けられるが、支持枠120と放熱板140の線膨張係数の差を考慮して、ビス孔122の内径はビス150の直径よりも大きく設計されている。また、放熱板140と支持枠120とは固着されていない。すなわち、ビス150は、太陽電池モジュール100の温度変化により、放熱板140と支持枠120の寸法に変化が生じたとしても、線膨張係数の大きい支持枠120が図1のX軸方向に横ズレできるように支持している。また、温度差による支持枠120の横ズレが発生しても、光電変換ユニット130の接触部131aと放熱板140は放熱グリース141を介して接触を維持できる。
Here, the
また、支持枠120と放熱板140の間には、太陽電池モジュール100への水分の進入防止のため、支持枠120と放熱板140の周囲に沿って封止部160が塗布されている。同様に、放熱板140を貫通するビス150の露出部にも封止部161が塗布されている。封止部160、161は、温度変化により支持枠120のX、Y軸方向への膨張や収縮による横ズレが生じた場合に、封止部160、161がX軸及びY軸方向にせん断変形し、太陽電池モジュール100に応力がかからない。そのため、封止部160、161は、弾性変形が可能なブチルゴムを用いることができる。
[1−1−2.光電変換ユニットの構成]
図2は、光電変換ユニット130を示す模式図である。光電変換ユニット130は、リードフレーム131、セラミック基板132、電極133及び光電変換素子134、から構成されている。
Further, a
[1-1-2. Configuration of photoelectric conversion unit]
FIG. 2 is a schematic diagram showing the
リードフレーム131は、その側面にバネ部131b、バネ部131bに垂直な側面にバネ部131cを備える。詳細は後述するが、リードフレーム131が貫通孔121に挿入された際、バネ部131b、131cが貫通孔121の側面と当接する。リードフレーム131には、熱伝導のよいリン青銅にニッケルメッキ加工を施したものが用いられる。光電変換素子134は、リードフレーム131に放熱性の高いシリコン樹脂を用いて接着されている。放熱性の高いシリコン樹脂には、熱伝導率のよいアルミナなどの充填剤が含まれており、太陽光の照射により光電変換素子134が発熱しても、発生した熱をリードフレーム131に効率よく逃がすことができる。さらに、GaAs(ガリウムヒ素)の基板上に形成されている光電変換素子134とリードフレーム131間の温度差による膨張による歪みを緩和することができる。
The lead frame 131 includes a
セラミック基板132の両面には、チタンと白金と金とを順に積層した電極133が形成されている。セラミック基板132の裏面の電極133(図示せず)は半田材を用いてリードフレーム131に融着されている。光電変換素子134とセラミック基板132の上の電極とは、ワイヤボンドによって接着されるワイヤ135を介して接続され、正極用電極133aと負極用電極133bを形成する。
図3は、支持枠120の一部を拡大した断面図である。貫通孔121は、傾斜面121aを有しており、テーパ形状となっている。光電変換ユニット130は、支持枠120の貫通孔121に挿入された後に、接触部131aが折り曲げられる。リードフレーム131は、バネ部131bを有している。貫通孔121に光電変換ユニット130が挿入された状態で、バネ部131bが貫通孔121の内壁の傾斜面121aに押し当たり、光電変換ユニット130を支持枠120の平面方向に固定する。これにより、貫通孔121と光電変換ユニット130との間に隙間がある場合でも、集光光学系110の焦点に光電変換素子134を設置することができる。貫通孔121に挿入された光電変換ユニット130のバネ部131bは、傾斜面121aを押し付けるので、反作用として傾斜面121aから上向き(図3のZ軸方向で正の方向)の力を受ける。これにより、光電変換ユニット130は、バネ部131bを通じて上向きの力を受ける。ここで、貫通孔121は、傾斜面121aを有するので、光電変換ユニット130は上向きの力を受けても貫通孔121内で動くことはなく、強固に固定される。このように、光電変換ユニット130は、バネ部131bが傾斜面121aを押し付けることにより貫通孔121内に固定されているので、運送中や設置時に太陽電池モジュール100に機械的な振動が外部から加わっても光電変換ユニット130が貫通孔121で動くことは無い。従って、運搬や設置により光電変換ユニット130が集光レンズ111の集光点からずれることはない。さらに、太陽電池モジュール100を長期間屋外で発電したときに光電変換ユニット130内の光電変換素子134が劣化して発電しなくなった場合、劣化した光電変換素子134を搭載した光電変換ユニット130をこの貫通孔121から取り外し、新しい光電変換ユニットに交換することができる。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the
図4は、太陽電池モジュール100内における光電変換ユニット130間の電気接続状態を示す斜視図である。支持枠120の貫通孔121に挿入された光電変換ユニット130は、電極133間を銅線などからなる配線ワイヤ136により接続している。配線ワイヤ136の接続は、支持枠120の熱変形を抑えるため、Sn−Bi(スズ−ビスマス)系半田などの低融点の半田137により行われる。
FIG. 4 is a perspective view showing an electrical connection state between the
[1−2.効果等]
以上のように、本実施の形態において、支持枠120は集光光学系110と同材料でできている。これにより、太陽電池モジュール100に温度変化が発生しても、集光光学系110と支持枠120は膨張および収縮が同様に起きるため、集光レンズ111により集光される太陽光の集光スポットと、支持枠120内に光電変換ユニット130を介して取り付けられた光電変換素子134の位置は、位置ズレを起こすことはない。
[1-2. Effect]
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施の形態において、光電変換素子134は、貫通孔121内に挿入され、放熱グリース141を通じて放熱板140に接続されたリードフレーム131に設けられている。そのため、光電変換素子134で発生した熱を外部へ放熱することができ、光電変換素子134の温度上昇を抑制することができる。
In the present embodiment, the
また、ビス孔122の内径は、ビス150の直径よりも大きく設計されている。放熱板140と支持枠120とを固定していないため、太陽電池モジュール100の温度変化により、放熱板140と支持枠120の寸法に変化が生じたとしても、線膨張係数の大きい支持枠120は放熱板140に対して横ズレできる。これにより、温度変化による支持枠120の横ズレが発生しても、集光レンズ111の集光スポットに光電変換素子134が位置しつつ、リードフレーム131の接触部131aと放熱板140は放熱グリース141を介して接触を維持できる。
The inner diameter of the
(実施の形態2)
以下、図5〜6を用いて、実施の形態2を説明する。なお、実施の形態2は、支持枠120の上に第2レンズ171を有している点において、実施の形態1と異なる。以下、異なる点を中心に説明し、同一の構成については説明を省略する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. The second embodiment is different from the first embodiment in that the
[2−1.構成]
図5は、実施の形態2に係る太陽電池モジュール100の支持枠120の一部を拡大した断面図である。本実施の形態における太陽電池モジュール100は、支持枠120の光電変換素子134の設置面側に第2光学系170及び導光部材180を備える。
[2-1. Constitution]
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a part of the
第2光学系170は、第2レンズ171とガラス基板172から構成され、集光レンズ111からの出射光を光電変換素子134に集光する作用を有する。第2レンズ171とガラス基板172は、一体形成されているが、別体であってもよい。また、第2光学系170は、ガラス基板172が支持枠120に設けられた支持部123に当接して支持されている。支持部123は、支持枠120と一体で形成されているが、別体であってもよい。なお、ガラス基板172と支持部123が接触する位置に、シリコンなどの弾性を有する接着剤を用いて固定されている。
The second
導光部材180は、第2光学系170と光電変換ユニット130の間に配置され、第2光学系170の出射光を光電変換素子134に導く。導光部材180は、シリコンゴムなどの弾性を有する透明部材で形成されており、光電変換ユニット130の上に配置される光電変換素子134をモールドする。
The
図6は、本実施の形態における太陽電池モジュール100の第2光学系170の取り付けの様子を示す支持枠120の斜視図である。第2光学系170は、導光部材180が光電変換素子134の上に設けられた後に、支持部123によってガラス基板172の4つの角を支持するように設置される。導光部材180は、弾性力を有しており、第2光学系170が配置されると、ガラス基板172と密接する。なお、ガラス基板172は、矩形に限られず、多角形や円形であってもよい。円形である場合、支持部123の形状もガラス基板172と同様の曲率を持つ形状にすることが望ましい。これにより。製造時の位置合わせの工程が省略できる。
FIG. 6 is a perspective view of the
[2−2.効果等]
以上のように、本実施の形態において、支持枠120および支持部123は、集光光学系110と同材料でできている。これにより、太陽電池モジュール100に温度変化が発生しても、集光光学系110と、支持枠120及び支持部123とは、膨張および収縮が同様に起きるため、集光レンズ111により集光される太陽光の集光スポットと、支持部123に支持される第2光学系170と、光電変換素子134との位置は、位置ズレを抑制することができる。
[2-2. Effect]
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施の形態において、光電変換素子134は、貫通孔121内に挿入され放熱グリース141を介して放熱板140に接続されたリードフレーム131に設けられている。これにより、光電変換素子134で発生した熱を外部へ放熱することができ、光電変換素子134の温度上昇を抑制することができる。
In the present embodiment, the
(実施の形態3)
以下、図7及び図8を用いて、実施の形態3を説明する。なお、実施の形態3は、放熱板140の開口140aと、放熱フィン142を有している点において、実施の形態1と異なる。以下、異なる点を中心に説明し、同一の構成については説明を省略する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the third embodiment is different from the first embodiment in that the
[3−1.構成]
図7は、実施の形態3における太陽電池モジュール100の断面図である。図8は、実施の形態3における太陽電池モジュール100の放熱フィン142を説明するための斜視図である。本実施の形態における太陽電池モジュール100の放熱板140は、開口140aと放熱フィン142とを備える。開口140aは、放熱板140におけるリードフレーム131の接触部131aと当接しない位置に一方向(図7のY軸方向)に短冊状に設けられる。放熱フィン142は、放熱板140における、リードフレーム131の接触部131aの直下に開口140aに沿って設けられる板状の部材である。放熱フィン142は、図面Y軸方向に垂直な断面が略L字の形状をしており、放熱板140に対して垂直な面を有する。これにより放熱部材の表面積を大きくし放熱の効率の向上を図っている。なお、放熱板140と放熱フィン142は一体で形成しても別体で形成してもよい。
[3-1. Constitution]
FIG. 7 is a cross-sectional view of
また開口140aに沿って、支持枠120と放熱板140の間に封止部160が配置される。これにより、開口140aを設けた場合でも、外部から水分等が支持枠120の内部に侵入することを防いでいる。
Further, the sealing
[3−2.効果等]
以上のように、本実施の形態における太陽電池モジュール100の放熱板140は、開口140aと放熱フィン142とを備える。これにより、集光光学系110の出射光の内、光電変換素子134に入射しない迷光を外部に放出することができる。また、放熱フィン142は放熱板140に対して、垂直に設けられている。これにより、太陽電池モジュール100が太陽光を垂直に入射できる追尾装置に設けられた場合、開口140aから出射する迷光が放熱フィン142に当たることを抑制できる。
[3-2. Effect]
As described above, the
(他の実施の形態)
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
(Other embodiments)
The above-described embodiments are for illustrating the technique in the present disclosure, and various modifications, replacements, additions, omissions, and the like can be made within the scope of the claims and their equivalents.
本開示は、レンズ等の集光部材により集光する集光型太陽電池装置に適用可能である。 The present disclosure is applicable to a concentrating solar cell device that condenses light by a condensing member such as a lens.
100 太陽電池モジュール
110 集光光学系(集光部材の一例)
111 集光レンズ
120 支持枠
120a 側壁
120b 底面
121 貫通孔
121a 傾斜面
122 ビス孔
123 支持部
130 光電変換ユニット
131 リードフレーム(第1放熱部材の一例)
131a 接触部
131b、131c バネ部
132 セラミック基板
133 電極
134 光電変換素子
135 ワイヤ
136 配線ワイヤ
140 放熱板(第2放熱部材の一例)
140a 開口
141 放熱グリース(第3放熱部材の一例)
142 放熱フィン
150 ビス(規制部材の一例)
160、161 封止部
170 第2光学系
171 第2レンズ
172 ガラス基板
180 導光部材
100
DESCRIPTION OF
142
160, 161
Claims (5)
前記集光部材の出射光を受光する光電変換素子と、
前記光電変換素子を支持する第1放熱部材と、
貫通孔を有し、前記集光部材を支持する支持基板と、を備え、
前記第1放熱部材は、前記貫通孔内に配置される、
太陽電池モジュール。 A light collecting member for collecting sunlight;
A photoelectric conversion element that receives light emitted from the light collecting member;
A first heat dissipation member that supports the photoelectric conversion element;
A support substrate having a through hole and supporting the light collecting member,
The first heat radiating member is disposed in the through hole.
Solar cell module.
前記放熱部材は、前記太陽電池と対向する位置で第2放熱部材と接触する、
請求項1に記載の太陽電池モジュール。 A second heat dissipating member;
The heat dissipation member is in contact with the second heat dissipation member at a position facing the solar cell;
The solar cell module according to claim 1.
請求項1又は2に記載の太陽電池モジュール。 Between the first heat radiating member and the second heat radiating member, a third heat radiating member having a lower rigidity than the support substrate and the second heat radiating member is disposed.
The solar cell module according to claim 1 or 2.
前記規制部材は、前記第2放熱板の前記面方向の移動を許容する、
請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池モジュール。 A regulating member for regulating movement of the second heat radiating plate in a direction perpendicular to the surface direction of the support substrate;
The regulating member allows movement of the second heat radiating plate in the surface direction;
The solar cell module according to any one of claims 1 to 3.
前記バネ部は、前記貫通孔の内壁と当接する、
請求項1から4のいずれかに記載の太陽電池モジュール。 The first heat dissipating member has a spring portion;
The spring portion contacts the inner wall of the through hole;
The solar cell module according to any one of claims 1 to 4.
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