JP2019012825A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも発電効率が向上される太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュールは、基板に配置された光電変換を行う複数の発電素子と、複数の発電素子のそれぞれと対向した位置に形成された第一のレンズを有する第一のレンズアレイとを備え、複数の発電素子は、２以上の発電素子が並列接続された複数の発電素子群３００〜３０３で構成され、複数の発電素子群３００〜３０３は、直列接続される。【選択図】図５Ａ

Description

本開示は、太陽電池モジュールに関し、特にレンズアレイを備える太陽電池モジュールに関する。

特許文献１は、集光レンズを用いた集光型の太陽電池モジュールを開示する。特許文献１に記載の太陽電池モジュールは、第１光電変換セル（発電素子）と、第１光電変換セルよりもバンドギャップが小さい第２光電変換素子とを備える。また、短波長帯用の光電変換素子による変換効率の律速を抑制するために、特許文献１に記載の太陽電池モジュールでは、筐体内での第１光電変換素子及び第２光電変換素子の配置を調整している。

特開２０１６−１０５４７５号公報

発電素子は、集光レンズの焦点に配置されるために、集光レンズと焦点距離だけ離れて配置される。そのために、太陽電池モジュールには、集光レンズを支持する支持部材が設けられる。

ここで、集光レンズを支持する支持部材が、太陽電池モジュールに入射される光を遮ることにより、発電素子に光が照射されない領域が形成され、太陽電池モジュールの発電効率が低下する問題がある。

また、太陽電池モジュールが複数の発電素子を備える場合、所望の出力電圧を得るために、複数の発電素子は直列接続される。

しかしながら、直列接続された複数の発電素子のうち、上述した集光レンズを支持する支持部材の近傍に位置する発電素子は、他の発電素子と比較して光が照射されにくいため、他の発電素子よりも低い発電電流量となる。支持部材の近傍に位置する発電素子の発電電流量が、直列に接続された他の発電素子の発電電流量となり、太陽電池モジュールの発電効率が低下する問題がある。

本開示は、従来よりも発電効率が向上される太陽電池モジュールを提供する。

本開示における太陽電池モジュールは、基板に配置された光電変換を行う複数の発電素子と、前記複数の発電素子のそれぞれと対向した位置に形成されたレンズを有するレンズアレイとを備え、前記複数の発電素子は、２以上の前記発電素子が並列接続された複数の発電素子群で構成され、前記複数の発電素子群は、直列接続されている。

本開示における太陽電池モジュールによれば、従来よりも発電効率が向上される。

実施の形態における太陽電池モジュールを含むシステムの一例を示す斜視図 実施の形態における太陽電池モジュールを示す斜視図 実施の形態における太陽電池モジュールを示す分解斜視図 図２ＡのＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線における太陽電池モジュールの断面図 図２ＢのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線における太陽電池モジュールの断面図 実施の形態における太陽電池モジュールの光が照射される領域を説明するための図 実施の形態における太陽電池モジュールの複数の発電素子の接続を説明するための図 実施の形態における太陽電池モジュールの複数の発電素子の接続の一例を示すための図 実施の形態における太陽電池モジュールの複数の発電素子の接続の一例を示すための図 実施の形態の変形例１における太陽電池モジュールの分解斜視図 実施の形態の変形例１における太陽電池モジュールのレンズアレイを支持する支持部を説明するための図 実施の形態の変形例２における太陽電池モジュールの分解斜視図 実施の形態の変形例２における太陽電池モジュールの光が照射される領域を説明するための図

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。

なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を表している。Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交し、且つ、いずれもＺ軸に直交する軸である。

また、例えば、以下の実施の形態において、「断面視」とは、切断線を含む面で切断された太陽電池モジュールを切断された面に対して垂直方向側から見ることを意味している。例えば、Ｙ軸とＺ軸とで規定された平面（切断線で切断された面の一例）で切断された場合、断面視とは当該断面をＸ軸方向側から見ることを意味している。

また、以下の実施の形態において、正方形、円形等の形状、方向を示す表現、及び、位置を示す表現を用いている。例えば、「中央に位置する」とは、完全に中央に位置する場合に限定されず、実質的に中央に位置する場合も含まれる。例えば、中央から数％のずれがあっても、これらは中央に位置するとみなされ得る。また、例えば、「一致する」とは、完全に一致する場合に限定されず、実質的に一致する場合も含まれる。つまり、二つの値に数％の誤差があっても、これらは一致するとみなされ得る。他の表現についても同様である。

また、以下の実施の形態において、略１ｍｍなどの「略」を用いた表現を用いている。例えば、略１ｍｍは、完全に１ｍｍとすることを意味するだけでなく、実質的に１ｍｍとする、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。

（実施の形態）
以下、図１〜図５Ｃを用いて、実施の形態を説明する。

［１．概要］
図１は、実施の形態における太陽電池モジュールを含むシステムの一例を示す斜視図である。

太陽光パネル１は、太陽光を受光して、受光した光エネルギーを電気エネルギーに変換する。具体的には、太陽光パネル１は、光電変換する複数の太陽電池モジュール１００を備える。太陽光パネル１には、太陽光パネル１が備える枠体内に複数の太陽電池モジュール１００が敷き詰められている。図１では、複数の太陽電池モジュール１００は、マトリクス状に配置されている。

また、太陽光パネル１は、太陽光を追尾する装置に支持される場合がある。この場合、太陽光パネル１は、複数の太陽電池モジュール１００が備える発電素子により多くの太陽光が照射されるように、太陽の位置によって光入射面１ａの向きが変更される。例えば、太陽光パネル１は、可動部３を備える柱２に支持される。可動部３は、太陽光パネル１の向きを変更するためのモータを備え、当該モータを駆動して太陽光パネル１の向きを変更する。こうすることで、太陽光パネル１の光入射面１ａには、日中の多くの時間で太陽光がより多く照射されることとなる。また、こうすることで、複数の太陽電池モジュール１００のそれぞれに、安定した角度で太陽光が照射されやすくなる。可動部３は、例えば、時計を備え、時刻に応じて光入射面１ａの向きが変更されるように駆動される。また、例えば、可動部３は、方向に対する太陽光の光量の依存性を測定するためのセンサを有する光量検出器を備え、当該光量測定器が測定した最も光量が大きい向きに光入射面１ａの向きが変更されてもよい。

［２．構成］
図２Ａは、実施の形態における太陽電池モジュールを示す斜視図である。図２Ｂは、実施の形態における太陽電池モジュールを示す分解斜視図である。図３Ａは、図２ＡのＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線における太陽電池モジュールの断面図である。図３Ｂは、図２ＢのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線における太陽電池モジュールの断面図である。なお、また、以下の実施の形態において、第一のレンズアレイの光入射面はＸＹ平面上に位置し、光入射面に対してＺ軸正方向側から太陽光が光入射面に入射されるものとして説明する。

太陽電池モジュール１００は、太陽光をレンズ（光学系）により集光する集光型の太陽電池モジュールである。太陽電池モジュール１００は、複数の第一のレンズ（レンズ）１１１が形成された第一のレンズアレイ（レンズアレイ）１１０と、第二のレンズアレイ１２０と、基板１３０と、発電素子１４０とを備える。

第一のレンズアレイ１１０は、１より大きい屈折率を有する複数の第一のレンズ１１１が形成された一次集光レンズアレイである。第一のレンズアレイ１１０は、複数の発電素子１４０のそれぞれと対向した位置に形成される。本実施の形態では、複数の第一のレンズ１１１のそれぞれは、第二のレンズアレイ１２０が備える発電素子１４０を覆う複数の第二のレンズ１２１のそれぞれに向けて太陽光を集光する。

また、本実施の形態では、第一のレンズアレイ１１０は、６行６列の３６個の第一のレンズ１１１がマトリクス状に配置されるように形成されている。また、第一のレンズアレイ１１０の平面視（例えば、図２Ａに示すＸＹ平面）における形状は、矩形である。

なお、第一のレンズアレイ１１０に示す複数の第一のレンズ１１１の配置は一例であり、これに限定されない。また、第一のレンズ１１１は、レンズの一例であり、太陽光を集光できればよく、これに限定されない。また、第一のレンズアレイ１１０に形成される第一のレンズ１１１の個数、及び、第一のレンズアレイ１１０の平面視における形状は、特に限定されない。例えば、第一のレンズ１１１は、一辺が２２ｍｍの正方形である。また、第一のレンズアレイの厚み（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、７．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。なお、第一のレンズ１１１の一辺は２２ｍｍより小さくてもよく、例えば、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下で構成することもできる。

第一のレンズアレイ１１０の材料には、屈折率が空気（屈折率：１）より大きな材料が採用される。例えば、ＳｉＯ_２等を母材としたガラス材料、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ／Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）等の樹脂材料が採用される。

なお、ＳｉＯ_２等を母材としたガラス材料ではなく、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ／Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）等の樹脂材料が採用されることで、太陽電池モジュール１００を軽量化することができる。こうすることで、例えば、図１に示すように、太陽光を追尾する可動部３を有する装置に太陽電池モジュール１００が搭載される場合、太陽電池モジュール１００を軽量化することで、可動部３が備えるモータの出力を小さくすることができる。

図３Ａに示すように、第一のレンズアレイ１１０は、太陽光が入射する光入射面１１０ａ（Ｚ軸プラス側の面）と、光入射面１１０ａと反対側の面であり、当該太陽光を出射する光出射面１１０ｂ（Ｚ軸マイナス側の面）とを有する。また、本実施の形態では、複数の第一のレンズ１１１のそれぞれは、光出射面１１０ｂ側に形成された凸状の凸レンズが用いられる。例えば、第一のレンズ１１１は、対向する位置に配置される第二のレンズ１２１に向けて突出して形成されている。

第二のレンズアレイ１２０は、第一のレンズアレイ１１０側に突出した凸状の複数の第二のレンズ１２１がマトリクス状に配置された二次集光レンズである。第二のレンズアレイ１２０の材料には、第一のレンズアレイ１１０と同様に、例えば、第二のレンズアレイ１２０の各第二のレンズ１２１には、１より大きい屈折率を有する材料が採用され、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等の透明樹脂が採用される。第二のレンズ１２１のそれぞれは、第一のレンズのそれぞれに対向して配置されている。第一のレンズアレイ１１０の光入射面１１０ａに入射される太陽光は、第一のレンズ１１１によって集光されて光出射面１１０ｂから出射され、第二のレンズ１２１に入射される。第二のレンズ１２１に入射された太陽光は、さらに集光されて発電素子１４０に照射される。

また、第二のレンズアレイ１２０は、ＸＹ平面に広がる支持基板としてのベース部１２２と、ベース部１２２の光入射面側（Ｚ軸プラス側）に複数の第二のレンズ１２１と、ベース部１２２の周縁部に立設される壁部１２３と、第二のレンズアレイ１２０に対し、第一のレンズを支持する支持部１２４とを有する。複数の第二のレンズ１２１のそれぞれの光軸は、対向する第一のレンズ１１１の光軸と一致する。

なお、第二のレンズ１２１の凸形状は、第一のレンズ１１１とは反対方向に突出して形成されてもよい。つまり、第二のレンズ１２１の凸形状は、発電素子１４０側へ突出して形成されてもよい。

ベース部１２２は、板状であり、第一のレンズアレイ１１０の第一のレンズ１１１に一対一に対応して第二のレンズ１２１がベース部１２２の表面にマトリクス状に配置されている。本実施の形態では、ベース部１２２と、第二のレンズ１２１と、壁部１２３と、支持部１２４とは、一体的に形成されている。なお、ベース部１２２と、第二のレンズ１２１と、壁部１２３と、支持部１２４とは、一体的に形成されていなくてもよい。

壁部１２３は、複数の第二のレンズ１２１の周囲を覆うように配置される。壁部１２３のＺ軸正方向側の辺の一部には、第一のレンズアレイ１１０側に突出した支持部１２４が形成されている。支持部１２４は、第二のレンズアレイ１２０に対し、第一のレンズアレイ１１０を支え持ち、第一のレンズ１１１と第二のレンズ１２１との間隔を維持する。壁部１２３は、例えば、支持部１２４によって第一のレンズアレイ１１０の周縁部の一部を支持する。言い換えると。壁部１２３は、一部が第一のレンズアレイ１１０と当接し、他部が第一のレンズアレイ１１０と当接しない。

図３Ｂに示すように、壁部１２３と第一のレンズアレイ１１０との間には、隙間４００が形成されている。これにより、第一のレンズアレイ１１０の光入射面１１０ａからではなく、隙間４００から入射される太陽光も発電素子１４０に照射することができる。

基板１３０は、発電素子１４０を保持する板体である。基板１３０は、例えば、シリコーン系樹脂等の接着剤でベース部１２２に固定されている。

基板１３０に配置される発電素子１４０は、第二のレンズアレイ１２０のベース部１２２に配置されたときに、第二のレンズ１２１の焦点に合うように位置される。例えば、ベース部１２２には基板１３０の位置合わせ用の凹部が形成されている。当該凹部に基板１３０が挿入されたときに、第二のレンズ１２１の焦点と発電素子１４０の位置とが合うように、当該凹部は基板１３０に形成されている。基板１３０に凹部が形成されていると、ベース部１２２の凹部に発電素子１４０を固定した基板１３０を挿入するだけで、第二のレンズ１２１の焦点に発電素子１４０を配置することができる。これにより、太陽電池モジュール１００の製造プロセスにかかる時間が短縮され得る。

基板１３０の材料は、ガラス、結晶、樹脂等でよく、特に限定されないが、例えば、太陽光を透過する材料で形成されるとよい。具体的には、基板１３０の材料としては、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等の樹脂材料が採用されるとよい。これにより、発電素子１４０が基板１３０における第二のレンズアレイ１２０側とは反対側の面（Ｚ軸マイナス側の面）に固定されている場合であっても、発電素子１４０は、第二のレンズ１２１に集光された太陽光を受光できる。なお、第一のレンズアレイ１１０と発電素子１４０との距離は、第一のレンズアレイ１１０及び第二のレンズアレイ１２０の集光特性により決定されるが、一例として、３１ｍｍ程度である。

また、基板１３０には、発電素子１４０で発生した光電流を外部回路（図示せず）へ取り出すための電極（配線パターン）が形成されていてもよい。当該電極の材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉが採用される。

発電素子１４０は、照射された太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有する光電変換素子である。発電素子１４０は、例えば、ＧａＡｓ系材料、ＧａＮ系材料、Ｓｉ系材料の薄膜から構成される。これらの薄膜に光を照射すると光電流が発生するため、外部回路に電気エネルギーを供給することが可能となる。発電素子１４０には、エネルギー変換効率が４０％以上のＧａＡｓ系材料からなる薄膜を用いることが望ましい。なお、発電素子１４０の受光面積は、例えば、略１ｍｍ^２である。

発電素子１４０は、例えば、基板１３０にマトリクス状に配置されている。

図４は、実施の形態における太陽電池モジュールの光が照射される領域を説明するための図である。なお、図４は、基板１３０を平面視した場合に、基板１３０に配置された複数の発電素子の配置を模式的に示す図である。図４において、一例として、発電素子１４１〜１４９を記載しているが、実線で囲まれた各領域の中央のそれぞれに、発電素子が１つずつ配置されているものとして説明する。

図５Ａは、実施の形態における太陽電池モジュールの複数の発電素子の接続を説明するための図である。また、図５Ｂおよび図５Ｃは、それぞれ異なる実施の形態における太陽電池モジュールの複数の発電素子の接続の一例を示すための図である。

なお、図４及び図５Ａに示す一点鎖線で囲まれた領域内の発電素子は、並列接続されて発電素子群を形成しているものとして説明する。

本実施の形態では、複数の発電素子１４０は、第一のレンズ１１１及び第二のレンズ１２１の個数に応じて、６行６列の３６個が基板１３０にマトリクス状に配置されている。また、太陽電池モジュール１００は、第一のレンズアレイ１１０を第二のレンズアレイ１２０に対して支持するために、壁部１２３に形成された支持部１２４を有する。そのために、太陽電池モジュール１００が備える複数の発電素子１４０に照射される太陽光の光量は、基板１３０に配置される位置により異なる。例えば、図４に示す第一の領域Ａは、近傍に支持部１２４が形成されているために、第二の領域Ｂ及び第三の領域Ｃよりも太陽光が照射される光量が少ない。例えば、発電素子１４１が配置される第一の領域Ａは、Ｘ軸マイナス側の辺及びＹ軸マイナス側の辺に支持部１２４が形成される。また、第二の領域Ｂは、近傍に支持部１２４が形成されるために、第三の領域Ｃよりも照射される光量が少ない。例えば、発電素子１４３が配置される第二の領域Ｂは、Ｘ軸マイナス側の辺に支持部１２４が形成される。このように、複数の発電素子１４０は、基板１３０に配置される位置により、照射される光量が異なる。つまり、複数の発電素子１４０は、基板１３０に配置される位置により、発電電流量が異なる。

図５Ａに示すように、発電素子１４１〜１４９は並列接続されて発電素子群３００を形成している。言い換えると、発電素子群３００は、並列接続された発電素子１４１〜１４９から形成される。同様に、複数の発電素子１４０は、複数の発電素子１４０が並列接続されて形成される発電素子群３００、３０１、３０２、及び、３０３の４個を形成している。つまり、太陽電池モジュールが備える複数の発電素子は、２以上の発電素子が並列接続された複数の発電素子群で構成される。また、複数の発電素子群は、直列接続される。

図５Ａの形成をより詳細に示したものが、図５Ｂおよび図５Ｃである。

図５Ｂの形成では、発電素子群３００、３０１、３０２、及び、３０３の４個を接続しても、正（＋）極および負（−）極が同一方向に配置することができ、太陽光パネル１として施工する際にも配線が煩雑にならないようにすることができる。

また、図５Ｃに示すような形成をすることで、発電素子群３００、３０１、３０２、及び、３０３の４個を接続しても、正（＋）極および負（−）極が発電素子群３００、３０１、３０２、及び、３０３を１つの構成とするものの中心部分に配置することができ、太陽光パネル１として施工する際にも配線が煩雑にならないようにすることができる。

再び図４を参照し、複数の発電素子１４０が並列接続されて構成される発電素子群３００〜３０３のそれぞれは、第一の領域Ａ、第二の領域Ｂ、及び、第三の領域Ｃの面積が一致する。つまり、基板１３０における複数の発電素子群３００〜３０３のそれぞれが専有する領域のうち、支持部１２４によって遮られて太陽光が照射されない箇所の面積は、一致する。言い換えると、各発電素子群がそれぞれ専有する空間に照射される光量は、一致する。こうすることで、発電素子群３００〜３０３のそれぞれが発電すると想定される発電電流量は、一致する。そのため、発電素子群３００〜３０３のそれぞれが互いに発電量を律速することを防ぐことができる。

なお、太陽光が照射されないとは、完全に太陽光が照射されない場合だけではなく、一部の光が支持部１２４によって遮られている場合も含む。例えば、支持部１２４は、太陽光を透過する透明樹脂で形成される場合がある。この場合、支持部１２４によって太陽光が数％透過されないことがある。これにより一部が他部と比較して照射される太陽光の光量が少ない場合、支持部１２４によって太陽光が入射されない箇所とみなされ得る。

従来、図５Ａに示すように、複数の発電素子１４０がマトリクス状に配置されている場合、製造プロセスが簡便であることから、複数の発電素子１４０を行又は列ごとに直列接続して発電素子群を形成し、形成した発電素子群を並列接続した。この場合、直列接続された一部の発電素子の発電電流量が低下すると、直列接続された他の発電電流量も低下する問題があった。

一方、本実施の形態のような接続をすることで、発電電流量の比較的多い領域に配置される発電素子からは、発電電流量の比較的少ない領域に配置される発電素子に律速されることなく、電流を取り出すことができる。

なお、図４に示す発電素子群を構成する複数の発電素子１４０の数は、本実施の形態では９個であるが、あくまで一例であり、これに限定されないが、複数の発電素子群３００〜３０３のそれぞれが有する発電素子の数は、一致するとよい。

［３．変形例１の構成］
上記実施の形態では、基板１３０の周縁部に立設した壁部１２３に形成された支持部１２４が第二のレンズアレイ１２０に対して第一のレンズアレイ１１０を支持した。太陽電池モジュールは、第二のレンズアレイ１２０に対して第一のレンズアレイ１１０を支持する支持体を備えてもよい。

図６は、実施の形態の変形例１における太陽電池モジュールの分解斜視図である。

図６に示すように、太陽電池モジュール１０１は、支持体２００を備える。支持体２００の個数は特に限定されないが、図６においては、４つの支持体２００を図示している。

支持体２００は、支持部２０１を有し、第二のレンズアレイ１２０に対して第一のレンズアレイ１１０を支持する。支持体２００は、例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等の透明樹脂材料であり、ベース部１２２と一体的に形成される。

図７は、実施の形態の変形例１における太陽電池モジュールの第一のレンズアレイを支持する支持部を説明するための図である。なお、図７では、複数の第一のレンズ１１１において、各点線で囲まれている領域はレンズが形成される領域を示し、それ以外はレンズが形成されない領域を示す。つまり、第一のレンズアレイ１１０は、レンズが形成されるレンズ領域と、レンズが形成されていない非レンズ領域とを備える。また、図７では、支持部１２４及び支持部２０１が第一のレンズアレイ１１０に当接する位置を、説明のためにハッチングを付した丸で模式的に図示している。

図７に示すように、太陽電池モジュール１０１の第一のレンズアレイ１１０は、周縁部に位置する支持部１２４の８か所と、周縁部より内側に位置する支持部２０１の４か所との合計１２か所が支持部１２４及び支持部２０１によって支持されている。

また、図７に示すように、各発電素子群３００〜３０３が専有する領域には、それぞれ同数の支持部１２４及び支持部２０１が配置される。また、支持部１２４及び支持部２０１は、太陽電池モジュール１０１を平面視した場合に、太陽電池モジュール１０１の中心点に対して点対称の位置に配置されている。こうすることで、各発電素子群が専有する領域ごとに、照射される太陽光の光量は、一致されやすくなる。

また、支持部１２４及び支持部２０１は、第一のレンズ１１１におけるレンズが形成される領域であるレンズ領域１１２ではなく、レンズが形成されない非レンズ領域（領域）１１３で第一のレンズアレイ１１０に当接する。言い換えると、支持部１２４及び支持部２０１は、非レンズ領域１１３の一部に当接して第一のレンズアレイ１１０を支持する。

なお、支持部１２４及び支持部２０１が第一のレンズアレイと当接する位置は、非レンズ領域１１３であれば特に限定されないが、例えば、複数の発電素子１４０に照射される太陽光を遮りにくくするために、支持部１２４及び支持部２０１は、第一のレンズアレイ１１０における周縁部の一部を支持するとよい。さらには、支持部１２４及び支持部２０１は、第一のレンズアレイ１１０の四隅を支持するとよい。

［４．変形例２の構成］
実施の形態及び変形例１における太陽電池モジュールでは、６行６列にマトリクス状に配置された例について説明したが、本実施の形態はこれに限定されない。

図８は、実施の形態の変形例２における太陽電池モジュールの分解斜視図である。

図８に示すように、太陽電池モジュール１０２は、第一のレンズアレイ１１００と、第二のレンズアレイ１２００と、基板１３００と、複数の発電素子１４０（図９参照）とを備える。

第一のレンズアレイ１１００は、第一のレンズアレイ１１０とは第一のレンズ１１１の個数のみが異なる。第一のレンズアレイ１１００は、マトリクス状に配置された４行４列の１６個の第一のレンズ１１１を備える。このように、本開示に係る第一のレンズアレイが備える第一のレンズ１１１の個数は、特に限定されない。

また、第二のレンズアレイ１２００は、第二のレンズアレイ１２０とは第二のレンズ１２１の個数のみが異なる。具体的には、第二のレンズアレイ１２００は、マトリクス状に配置された４行４列の１６個の第二のレンズ１２１を備える。

また、太陽電池モジュール１０２では、支持部１２４が４か所で第一のレンズアレイ１１０に当接されることで、第二のレンズアレイ１２０に対して第一のレンズアレイ１１０を支持する。

図９は、実施の形態における太陽電池モジュールの光が照射される領域を説明するための図である。なお、図９は、基板１３０を平面視した場合に、基板１３０に配置された複数の発電素子の配置を模式的に示す図である。

変形例２では、複数の発電素子１４０は、第一のレンズ１１１及び第二のレンズ１２１の個数と同様に、４行４列の１６個が基板１３０にマトリクス状に配置されている。また、太陽電池モジュール１０２は、第一のレンズアレイ１１００を第二のレンズアレイ１２００に対して支持するために、壁部１２３に支持部１２４が形成されている。そのために、太陽電池モジュール１０２が備える複数の発電素子１４０に照射される太陽光の光量は、上記実施の形態と同様に、基板１３０に配置される位置により異なる。

例えば、図９に示す第四の領域Ｄは、近傍に支持部１２４が形成されているために、第五の領域Ｅよりも太陽光が照射される光量が少ない。つまり、複数の発電素子１４０は、基板１３０に配置される位置により、発電電流量が異なる。

また、変形例２においては、図９に示す一点鎖線で囲まれた領域ごとに、複数の発電素子１４０を並列接続して、発電素子群３０４及び発電素子群３０５を形成している。また、発電素子群３０４と発電素子群３０５とは、直列接続されている。このようにすることで、発電電流量の比較的多い領域に配置される発電素子からは、発電電流量の比較的少ない領域に配置される発電素子に律速されることなく、電流を取り出すことができる。

複数の発電素子１４０が並列接続されて構成される発電素子群３０４及び発電素子群３０５のそれぞれは、第四の領域Ｄの面積と第五の領域Ｅの面積とが一致する。つまり、各発電素子群に照射される光量は、一致する。こうすることで、発電素子群３０４及び発電素子群３０５のそれぞれが発電すると想定される発電電流量は、一致する。そのため、発電素子群３０４及び発電素子群３０５が互いに発電量を律速することを防ぐことができる。

また、変形例２では、発電素子群の数は２である。このように、本開示における太陽電池モジュールの発電素子群の数は、複数であればよい。

また、変形例２では、それぞれの発電素子群３０４、３０５における各行の発電素子１４０の数は異なる。このように、発電素子群を形成する発電素子の配置は、各発電素子群が備える発電素子が発電する発電電流量の和が等しければよく、任意に選択されてよいが、複数の発電素子群のそれぞれにおける、複数の発電素子の配置レイアウトは、一致するとよい。

［５．効果等］
以上のように、本実施の形態において、太陽電池モジュール１００は、基板１３０に配置された光電変換を行う複数の発電素子１４０と、複数の発電素子１４０のそれぞれと対向した位置に形成された第一のレンズ１１１を有する第一のレンズアレイ１１０とを備え、複数の発電素子１４０は、２以上の発電素子１４０が並列接続された複数の発電素子群３００〜３０３で構成され、複数の発電素子群３００〜３０３は、直列接続されている。

このような構成によれば、複数の発電素子１４０のそれぞれに照射される光量が異なることが想定される場合に、比較的発電電流量が大きくなると想定される発電素子の発電電流量が、比較的発電電流量が小さくなると想定される発電電流量に律速されることを抑制することができる。また、複数の発電素子１４０が構成する２以上の発電素子ごとに、想定される発電電流量を一致させることで、発電素子群ごとに発電電流量が律速されることを抑制することができる。そのため、このような構成によれば、太陽電池モジュール１００の発電効率は、向上される。

また、複数の発電素子群３００〜３０３のそれぞれが有する発電素子１４０の数は、一致してもよい。

通常、複数の発電素子１４０は、それぞれ同じ発電であり、同じ発電効率を有する。そのため、各発電素子群の個数を揃えることにより、太陽光を遮蔽する遮蔽物が無い状態においての発電電流量を一致すると考えられる。そのため、このような構成によれば、複数の発電素子１４０のそれぞれをどのように接続させるかを設計しやすくなる。

また、複数の発電素子１４０は、基板１３０にマトリクス状に配置されてもよい。

つまり、複数の発電素子１４０は、等間隔で配置されるため、複数の発電素子１４０のそれぞれに照射される光量を推定しやすくなる。

また、複数の発電素子群３００〜３０３のそれぞれにおける、複数の発電素子１４０の配置レイアウトは、一致してもよい。

これにより、複数の発電素子群３００〜３０３のそれぞれに照射される太陽光の光量を推定しやすくなる。

また、太陽電池モジュール１００が有する複数の発電素子群の数は、４でもよい。

例えば、複数の発電素子１４０が基板１３０にマトリクス状に配置される場合においては、例えば図４に示すように、基板１３０を平面視した場合における基板１３０の中心を通る紙面縦横で分割された４つの区分のそれぞれで発電素子群３００〜３０３を形成するとよい。こうすることで、各発電素子群３００〜３０３に隣接する壁部１２３及び支持部１２４の数が一致しやすくなるため、各発電素子群３００〜３０３のそれぞれに照射される光量が一致しやすくなる。

また、太陽電池モジュール１００は、さらに、第一のレンズアレイ１１０を支持する支持部１２４を備えてもよい。この場合に、基板１３０における複数の発電素子群３００〜３０３のそれぞれが専有する領域のうち、支持部１２４によって遮られて太陽光が照射されない箇所の面積は、一致してもよい。また、実施の形態に係る太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール１０１のように、支持部２０１を有する支持体２００をさらに備えてもよい。この場合に、基板１３０における複数の発電素子群３００〜３０３のそれぞれが専有する領域のうち、支持部１２４及び支持部２０１によって遮られて太陽光が照射されない箇所の面積は、一致してもよい。

これにより、各発電素子群３００〜３０３のそれぞれに照射される光量が一致しやすくなる。

また、第一のレンズアレイ１１０は、レンズが形成されていない領域（非レンズ領域１１３）を有し、支持部１２４は、非レンズ領域１１３の一部に当接して第一のレンズアレイ１１０を支持してもよい。また、太陽電池モジュール１０１においては、支持部１２４及び支持部２０１は、非レンズ領域１１３の一部に当接して第一のレンズアレイ１１０を支持してもよい。

これにより、第一のレンズ１１１のレンズ機能を損ねることなく、第二のレンズアレイ１２０に対し、第一のレンズアレイ１１０を支持することができる。

また、第一のレンズアレイ１１０は、平面視において矩形でもよく、支持部１２４は、第一のレンズアレイ１１０における周縁部の一部を支持してもよい。

これにより、太陽電池モジュール１００に入射される光を遮蔽しにくくすることができる。

また、支持部１２４は、第一のレンズアレイ１１０の四隅を支持してもよい。

これにより、より少ない支持部１２４で、第一のレンズアレイ１１０を安定して支持することができる。そのため、太陽電池モジュール１００に入射される光を遮蔽しにくくすることができる。

また、複数の発電素子群３００〜３０３のそれぞれにおいて、隣接する支持部１２４の数は、一致してもよい。太陽電池モジュール１０１においては、複数の発電素子群３００〜３０３のそれぞれにおいて、隣接する支持部１２４及び支持部２０１の数は、一致してもよい。

これにより、発電素子群のそれぞれに照射される光量がより一致しやすくなる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

上記実施の形態では、第一のレンズは、凸レンズである例について説明したが、これに限定されない。例えば、第一のレンズは、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズなどであってもよい。また、例えば、第一のレンズがフレネルレンズである場合、フレネル面は第一のレンズの光出射面側であるとよい。つまり、第一のレンズの光出射面に凹凸が形成されるとよい。

また、上記実施の形態では、太陽電池モジュールは、第一のレンズアレイ及び第二のレンズアレイを備える例について説明したが、これに限定されない。太陽電池モジュールは、第二のレンズアレイは、備えていなくてもよい。

また、上記実施の形態では、太陽電池モジュールは、複数の発電素子を偶数備える例について説明したが、これに限定されない。太陽電池モジュールは、複数の発電素子を奇数備えてもよい。それぞれの発電素子群が発電すると想定される発電電流量の和を揃えることにより、発電効率は向上され得る。

また、複数の発電素子のうちの１又は複数は、他の発電素子と異なる発電効率の発電素子でもよい。このような場合においても、それぞれの発電素子群が発電すると想定される発電電流量の和を揃えることにより、発電効率は向上され得る。

また、上記実施の形態では、第一のレンズ及び第二のレンズの材料は、樹脂材料である例を示したが、屈折率が空気（屈折率：１）より大きな材料であればよく、例えばガラス材料でもよい。

また、第一のレンズまたは第二のレンズが樹脂材料の場合は、射出成型によって形成されればよく、射出成形により形成すると、高性能でかつ安価に作製することができる。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、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、特許請求の範囲又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。

本開示は、発電素子とレンズアレイとを備える集光型の太陽電池モジュールに適用可能である。

１ 太陽光パネル
１ａ、１１０ａ 光入射面
２ 柱
３ 可動部
１００、１０１、１０２ 太陽電池モジュール
１１０、１１００ 第一のレンズアレイ（レンズアレイ）
１１０ｂ 光出射面
１１１ 第一のレンズ（レンズ）
１１２ レンズ領域
１１３ 非レンズ領域（領域）
１２０、１２００ 第二のレンズアレイ
１２１ 第二のレンズ
１２２ ベース部
１２３ 壁部
１２４、２０１ 支持部
１３０、１３００ 基板
１４０、１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６、１４７、１４８、１４９ 発電素子
２００ 支持体
３００、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５ 発電素子群
４００ 隙間
Ａ 第一の領域
Ｂ 第二の領域
Ｃ 第三の領域
Ｄ 第四の領域
Ｅ 第五の領域

Claims (10)

1. 基板に配置された光電変換を行う複数の発電素子と、
   前記複数の発電素子のそれぞれと対向した位置に形成されたレンズを有するレンズアレイとを備え、
   前記複数の発電素子は、２以上の前記発電素子が並列接続された複数の発電素子群で構成され、
   前記複数の発電素子群は、直列接続されている
   太陽電池モジュール。
2. 前記複数の発電素子群のそれぞれが有する前記発電素子の数は、一致する
   請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記複数の発電素子は、前記基板にマトリクス状に配置されている
   請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記複数の発電素子群のそれぞれにおける、前記複数の発電素子の配置レイアウトは、一致する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記複数の発電素子群の数は４である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. さらに、前記レンズアレイを支持する支持部を備え、
   前記基板における前記複数の発電素子群のそれぞれが専有する領域のうち、前記支持部によって遮られて太陽光が照射されない箇所の面積は、一致する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記レンズアレイは、前記レンズが形成されていない領域を有し、
   前記支持部は、前記レンズが形成されていない領域の一部に当接して前記レンズアレイを支持する
   請求項６に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記レンズアレイは、平面視において矩形であり、
   前記支持部は、前記レンズアレイにおける周縁部の一部を支持する
   請求項６又は７に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記支持部は、前記レンズアレイの四隅を支持する
   請求項８に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記複数の発電素子群のそれぞれにおいて、隣接する前記支持部の数は、一致する
    請求項６〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

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