JP2020181166A - レンズアレイ、及び、太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】第１レンズアレイと壁部との接合が剥がれてしまうことを抑制することができるレンズアレイを提供する。【解決手段】レンズアレイ４０は、複数の第１レンズ２１を有する第１レンズアレイ２０と、第１レンズアレイ２０を支持する枠状の壁部３３を有する支持体３０とを備える。壁部３３の形状は、第１レンズアレイ２０側から支持体３０を見たときの平面視において、壁部３３の内側に突出した凸部３４ｃを有する凹凸形状である。【選択図】図２

Description

本開示は、レンズアレイ、及び、当該レンズアレイの備える太陽電池モジュールに関する。

従来、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置として、太陽電池モジュールの開発が進められている。太陽電池モジュールは、無尽蔵の太陽光を直接電気に変換できることから、また、化石燃料による発電と比べて環境負荷が小さくクリーンであることから、新しいエネルギー源として期待されている。

近年、発電素子の使用量が少ない集光型の太陽電池モジュールが注目されている。集光型の太陽電池モジュールでは、集光レンズ（レンズアレイ）により集光された太陽光が発電素子に入射される。

特許文献１には、第１レンズがアレイ状に配置された第１光学系（第１レンズアレイ）、及び、当該第１光学系の出射方向に配置された、第２レンズがアレイ状に配置された第２光学系（第２レンズアレイ）を備え、第１光学系の光出射面と第２光学系に形成された外枠（壁部）とが接合される太陽電池モジュールが開示されている。第１レンズアレイ及び第２レンズアレイにより、レンズアレイが構成される。

特開２０１７−１７０６１号公報

しかしながら、特許文献１の構造では、ヒートサイクル又は高温高湿時等の伸び縮みによる応力により、第１レンズアレイと壁部との接合が剥がれてしまうことがある。

そこで、本開示は、第１レンズアレイと壁部との接合が剥がれてしまうことを抑制することができるレンズアレイ、及び、太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の一態様に係るレンズアレイは、複数の第１レンズを有する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイを支持する枠状の壁部を有する支持体とを備え、前記壁部の形状は、前記第１レンズアレイ側から前記支持体を見たときの平面視において、前記壁部の内側に突出した凸部を有する凹凸形状である。

また、上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る太陽電池モジュールは、上記のレンズアレイと、前記複数の第１レンズのそれぞれと対向して配置された、光電変換を行う発電素子とを備える。

本開示の一態様に係るレンズアレイ、及び、太陽電池モジュールによれば、第１レンズアレイと壁部との接合が剥がれてしまうことを抑制することができる。

図１は、実施の形態に係る太陽電池モジュールの外観を示す模式図である。 図２は、実施の形態に係るレンズアレイの分解斜視図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における、実施の形態に係る太陽電池モジュールの断面模式図である。 図４Ａは、比較例に係る壁部を平面視した模式図である。 図４Ｂは、比較例に係る、負荷時における壁部を平面視した模式図である。 図５Ａは、実施の形態に係る壁部を平面視した模式図である。 図５Ｂは、実施の形態に係る、負荷時における壁部を平面視した模式図である。 図６は、比較例に係るレンズアレイによる集光状態を説明するための断面図である。 図７は、実施の形態に係るレンズアレイによる集光状態を説明するための断面図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

以下において、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、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するものであって、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、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。

また、以下の実施の形態で説明に用いられる図面においては座標軸が示される場合がある。Ｚ軸のプラス側が太陽光の光入射面側を表している。また、Ｘ軸及びＹ軸は、Ｚ軸に垂直な平面上において、互いに直交する軸である。例えば、以下の実施の形態において、「平面視」とは、光入射面側から見る（Ｚ軸方向から見る）ことを意味する。

また、本明細書において、等しい、一致、一定などの要素間の関係性を示す用語、および、正方形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値、および、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。

（実施の形態）
以下、本実施の形態に係るレンズアレイ４０を備える太陽電池モジュール１０について、図１〜図７を参照しながら説明する。

［１．太陽電池モジュールの全体構成］
まずは、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１０の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１０の模式図である。図２は、本実施の形態に係るレンズアレイ４０の分解斜視図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１０の断面模式図である。なお、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線は、Ｙ軸方向に平行であり、かつ太陽電池モジュール１０のＸ軸方向における中央を切断する切断線である。

図１〜図３に示すように、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１０は、第１レンズアレイ２０と支持体３０とを有するレンズアレイ４０と、発電素子５０と、電極６０と、保持部材７０とを備える。太陽電池モジュール１０は、太陽光をレンズアレイ４０（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。

［１−１．第１レンズアレイ］
第１レンズアレイ２０は、複数の第１レンズ２１がアレイ状（二次元状）に配置されて構成された１次集光レンズアレイである。第１レンズ２１は、太陽光を後述する第２レンズ３２に集光する。第１レンズ２１は、例えば、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ等を用いることができる。第１レンズアレイ２０は、太陽光が入射する光入射面２１ａ（Ｚ軸プラス側の面）と、光入射面２１ａと反対側の面であり、当該太陽光が出射する光出射面２１ｂ（Ｚ軸マイナス側の面）とを有する。

本実施の形態では、第１レンズ２１は、第１レンズ２１の光入射面２１ａにレンズ面（非球面）を有する非球面レンズである。例えば、複数の第１レンズ２１のそれぞれは、光入射面２１ａに凸部２２を有する凸レンズである。また、本実施の形態では、光出射面２１ｂは、平坦な面である。光入射面２１ａは、第１レンズアレイ２０における壁部３３とは反対側の面の一例である。

なお、第１レンズ２１が球面レンズである場合、光入射面２１ａがレンズ面（球面）であるとよい。また、第１レンズ２１がフレネルレンズである場合、光出射面２１ｂがレンズ面（フレネル面）であるとよい。

本実施の形態では、第１レンズアレイ２０は、２５個の第１レンズ２１がアレイ状に配置されて構成されるが、第１レンズアレイ２０を構成する第１レンズ２１の数は特に限定されない。また、第１レンズ２１の平面視における形状は正方形状であるが、第１レンズ２１の平面視における形状はこれに限定されず、例えば、長方形状、六角形状等であってもよい。

本実施の形態では、第１レンズ２１は、１辺が２２ｍｍの正方形状である。つまり、第１レンズアレイ２０は、１辺が１１０ｍｍの正方形状である。また、第１レンズ２１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１レンズアレイ２０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の一方の方向に延在するシリンドリカル形状の第１レンズ２１がＸ軸方向及びＹ軸方向の他方の方向に配列されて形成されてもよい。

第１レンズアレイ２０は、例えば、樹脂成形品である。第１レンズアレイ２０の材質は、透明な樹脂であるとよい。第１レンズアレイ２０の材質は、例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）である。例えば、第１レンズアレイ２０は、アクリル樹脂を射出成形することにより作製された一体成形品である。これにより、太陽電池モジュール１０の軽量化に寄与することができる。

図３に示すように、第１レンズアレイ２０は、支持体３０に設けられた壁部３３に支持される。第１レンズアレイ２０の光出射面２１ｂは、壁部３３に接合される。本実施の形態では、第１レンズアレイ２０の光出射面２１ｂの外縁部が壁部３３に接合される。

［１−２．支持体］
支持体３０は、第２レンズアレイ３０ａと、壁部３３と、仕切り壁３６と、柱状部３７とを有する。

第２レンズアレイ３０ａは、複数の第２レンズ３２がアレイ状に配置されて構成された２次集光レンズアレイであり、第１レンズアレイ２０の光出射方向側に配置される。第２レンズアレイ３０ａは、複数の第１レンズ２１のそれぞれから出射された光をさらに発電素子５０に向けて集光する機能を有する。第２レンズアレイ３０ａは、第１レンズアレイ２０と対向して配置される。第２レンズアレイ３０ａは、底部３１と、底部３１の光入射面３１ａ（Ｚ軸プラス）に形成された第２レンズ３２とを有する。

底部３１は、Ｘ−Ｙ平面に広がる支持基板である。底部３１の光出射面３１ｂには、発電素子５０を保持するための保持部材７０が配置される凹部が形成されている。凹部は、発電素子５０を保持した保持部材７０の位置合わせ用に設けられる。

第２レンズ３２は、第１レンズ２１からの光をさらに集光する。複数の第２レンズ３２のそれぞれは、複数の第１レンズのそれぞれと対向した位置に配置される。第２レンズ３２は、例えば、球面レンズ、非球面レンズ等を用いることができる。第２レンズ３２は、例えば、発電素子５０側から第１レンズ２１側（Ｚ軸マイナス側からＺ軸プラス側）に突出した凸形状を有する。

第２レンズ３２は、第１レンズ２１に一対一に配置される。例えば、一対一に配置された第１レンズ２１及び第２レンズ３２の光軸は一致する。

壁部３３は、第１レンズアレイ２０を支持するための枠状の支持部材である。また、壁部３３は、第１レンズアレイ２０と第２レンズアレイ３０ａとの間の距離を一定に保つ役割を有する。本実施の形態では、壁部３３は、第１レンズアレイ２０の外縁部を支持する。壁部３３は、例えば、底部３１の外周から第１レンズアレイ２０に向けて立設して設けられる。

本実施の形態では、壁部３３は、第１レンズアレイ２０側及び第２レンズアレイ３０ａ側のうち第１レンズアレイ２０側の部分である上壁部３４と、上壁部３４より第２レンズアレイ３０ａ側の部分である下壁部３５とを有する。本実施の形態では、上壁部３４及び下壁部３５のうち上壁部３４のみに、後述する凹凸３４ａが形成されている。上壁部３４及び下壁部３５はそれぞれ、枠状の部材である。

上壁部３４には、凹凸３４ａが形成されている。具体的には、第２レンズアレイ３０ａを平面視した場合（Ｚ軸プラス側からＺ軸マイナス側を見た場合）、上壁部３４には、上壁部３４が延在する方向に凹部３４ｂ（谷部）と凸部３４ｃ（山部）とが繰り返される凹凸３４ａが形成されている（例えば、図２及び図５Ａを参照）。凹部３４ｂと凸部３４ｃとの高さＨ１（図５Ａを参照）は、例えば、０．３ｍｍ以上０．８５ｍｍ以下である。また、隣り合う凸部３４ｃの間隔Ｐ１（ピッチ）は、例えば、第２レンズ３２が配置される間隔Ｐ２（ピッチ）と等しいが、これに限定されない。間隔Ｐ１は、間隔Ｐ２より大きくてもよいし、小さくてもよい。また、間隔Ｐ１は、凹凸３４ａの全てにおいて同じ（等間隔）であってもよいし、壁部３３の位置等に応じて異なっていてもよい。

凹凸３４ａの形状は、第１レンズアレイ２０側から支持体３０を見たときにおいて、壁部３３の内側に突出した凸部３４ｃを有する凹凸形状である。凹凸３４ａの形状は、例えば、平面視において、２以上の凸部３４ｃを有する凹凸形状である。凹凸３４ａの形状は、例えば、平面視において波状である。このように、壁部３３は、平面視において、波状の厚みを有する。例えば、隣り合う凹部３４ｂの間は、平面視において、不連続点を有さない弧状（例えば、円弧状又は楕円弧状）である。なお、平面視において、隣り合う凹部３４ｂ（谷部）と凸部３４ｃ（山部）とを結ぶ外形線は、直線であってもよい。つまり、凹凸３４ａは、平面視において、ジグザグ状であってもよい。

また、凹凸３４ａは、例えば、上壁部３４の内側の面に形成されており、上壁部３４の外側の面は平坦である。

このように、上壁部３４の厚み（平面視において壁部３３が延在する方向と直交する方向の長さ）は、一定ではない。

上壁部３４は、例えば、壁部３３の剛性の低下を抑制する観点から壁部３３の高さ（Ｚ軸方向の長さ）の３０％以下の高さであり、第１レンズアレイ２０と壁部３３との接合が剥がれることを抑制する観点から壁部３３の高さの２０％以上の高さであるとよい。

下壁部３５は、平板状である。具体的には、下壁部３５の内側の面及び外側の面のそれぞれは、平坦な面である。つまり、下壁部３５は、平面視において、厚みが一定である。

下壁部３５の厚み（平面視において、壁部３３が延在する方向と直交する方向の長さ）は、上壁部３４の厚み（平面視において、壁部３３が延在する方向と直交する方向の長さ）以上である。下壁部３５の厚みは、例えば、平面視において、上壁部３４の凸部３４ｃの厚みと同じであってもよい。

上記のように、本実施の形態では、下壁部３５に凹凸は形成されていないが、下壁部３５にも凹凸が形成されていてもよい。例えば、壁部３３の一端（Ｚ軸プラス側の端部）から他端（Ｚ軸マイナス側の端部）にわたって、凹凸が形成されていてもよい。なお、壁部３３における剛性の低下を抑制する観点から、下壁部３５には凹凸が形成されないとよい。

仕切り壁３６は、複数の第２レンズのそれぞれを仕切るために設けられるリブである。仕切り壁３６は、底部３１から立設して設けられる。仕切り壁３６は、複数の第２レンズのうち、外周に配置された第２レンズ３２同士を仕切る突状の外側仕切り壁３６ａと、それ以外の第２レンズ３２同士を仕切る突状の内側仕切り壁３６ｂとを有する。外側仕切り壁３６ａ及び内側仕切り壁３６ｂのそれぞれは、例えば、平面視において、隣り合う第２レンズ３２同士の中央の位置を通り、かつ隣り合う第２レンズ３２の並び方向に直交する方向に延在する。

外周に配置された第２レンズ３２は、壁部３３及び外側仕切り壁３６ａ、又は、壁部３３、外側仕切り壁３６ａ及び内側仕切り壁３６ｂにより囲まれており、それ以外の第２レンズ３２は、内側仕切り壁３６ｂにより囲まれている。なお、仕切り壁３６は、内側仕切り壁３６ｂを有していなくてもよい。

外側仕切り壁３６ａは、一端が壁部３３に接続されており、他端が内側仕切り壁３６ｂに接続されている。本実施の形態では、外側仕切り壁３６ａの一端は、壁部３３の凹凸３４ａの凸部３４ｃに接続されている。

外側仕切り壁３６ａの一端の高さ（Ｚ軸方向の長さ）は、外側仕切り壁３６ａの他端の高さより高い。例えば、外側仕切り壁３６ａは、他端から一端にむかうにつれて（つまり、壁部３３に向かうにつれて）暫時的に高さが高くなる部分を有していてもよい。また、外側仕切り壁３６ａの一端の高さは、例えば、下壁部３５の高さより高い。なお、外側仕切り壁３６ａは、第１リブの一例である。

また、外側仕切り壁３６ａのそれぞれには、第１レンズアレイ２０に向けて突出する柱状の柱状部３７が形成されている。柱状部３７は、壁部３３の上壁部３４が凹凸３４ａを有することにより低下した剛性を補強するための補強部材（リブ）である。例えば、柱状部３７の高さ（Ｚ軸方向の長さ）は、壁部３３の高さＨ２より低い。そのため、第１レンズアレイ２０が壁部３３に接合された状態で、第１レンズアレイ２０の光出射面２１ｂと柱状部３７とは接触していない。本実施の形態では、柱状部３７は、円柱構造を有するが、これに限定されず、例えば、角柱構造を有していてもよい。また、柱状部３７の高さおよび直径は、第１レンズアレイ２０から第２レンズ３２（または発電素子５０）へと至る光線を遮らないように形成されるとよい。

柱状部３７は、外側仕切り壁３６ａと一体として設けられる。柱状部３７の高さは、例えば、外側仕切り壁３６ａより高さより高い。柱状部３７は、隣り合う第２レンズ３２の並び方向における真ん中の位置に設けられる。

また、柱状部３７は、外側仕切り壁３６ａの一端及び一端と反対側の他端のうち、一端側に形成されている。具体的には、柱状部３７は、隣り合う第２レンズ３２の中心を結ぶ中心線Ｊより壁部３３側に配置される。言い換えると、柱状部３７は、壁部３３に対して、第２レンズ３２のよりも近い位置に配置される。なお、柱状部３７は、外側仕切り壁３６ａ及び内側仕切り壁３６ｂのうち、外側仕切り壁３６ａのみに設けられる。また、柱状部３７は、第２リブの一例である。

内側仕切り壁３６ｂは、高さ（Ｚ軸方向の長さ）が一定に設けられる。内側仕切り壁３６ｂは、例えば直方体状である。内側仕切り壁３６ｂの高さは、外側仕切り壁３６ａより低い。内側仕切り壁３６ｂの高さは、例えば、下壁部３５の高さより低い。

支持体３０は、例えば、樹脂成形品である。支持体３０の材質は、透明な樹脂であるとよい。支持体３０の材質は、例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）である。太陽電池モジュール１０の軽量化に寄与するためである。例えば、支持体３０は、アクリル樹脂を射出成形することにより作製された一体成形品である。本実施の形態では、第２レンズアレイ３０ａと、壁部３３と、仕切り壁３６と、柱状部３７とは、一体的に形成されている。

また、図３に示すように、壁部３３は、例えば、第１レンズアレイ２０側の部分（以降において、先端部とも記載する）が底部３１側の部分より薄い。例えば、壁部３３の厚み（図３では、Ｙ軸方向に長さ）の少なくとも一部は、先端部に向かって漸次的に小さくなる。これにより、射出成形により支持体３０を作製するときに、成型用の金型から支持体３０を取り出しやすくなる。

なお、支持体３０は、第１レンズアレイ２０と同一の樹脂材料で形成されてもよい。これにより、第１レンズアレイ２０及び支持体３０が異なる樹脂材料で形成されていることにより発生する応力を抑制することができる。例えば、第１レンズアレイ２０及び支持体３０が異なる樹脂材料で形成されている場合、伸び縮みが発生する温度又は湿度が異なるので、これにより壁部３３と第１レンズアレイ２０との間に応力が発生しやすくなる。第１レンズアレイ２０及び支持体３０が同じ樹脂材料で形成されることで、そのような応力の発生を抑制することができる。

上記では、支持体３０は、底部３１に第２レンズ３２が配置されている例について説明したが、第２レンズ３２は配置されていなくてもよい。言い換えると、支持体３０は、第１レンズアレイ２０からの光を集光する機能を有していなくてもよい。例えば、支持体３０は、底部３１及び底部３１上に配置された枠状の壁部３３であって、第１レンズアレイ２０を支持する壁部３３を有する構成であってもよい。

また、さらに、支持体３０は、第２レンズアレイ３０ａを有していなくてもよい。例えば、支持体３０は、第１レンズアレイ２０を支持する枠状の壁部３３を有する構成であってもよい。

［１−３．発電素子］
発電素子５０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（つまり、光電変換する）機能を有する。本実施の形態では、発電素子５０は、底部３１の光出射面３１ｂ側であって、底部３１における複数の第１レンズ２１のそれぞれと対向した位置に配置されている。発電素子５０は、ＧａＡｓ系材料、ＧａＮ系材料、又は、Ｓｉ系材料等の薄膜から構成されている。これらの薄膜に光を照射すると光電流が発生するので、外部回路（図示しない）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５０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好ましい。なお、発電素子５０の受光面積は、例えば、１ｍｍ^２である。

［１−４．電極］
電極６０は、発電素子５０と電気的に接続されており、発電素子５０に発生した光電流を外部回路へ取り出すため設けられる。本実施の形態では、電極６０は、底部３１の光出射面３１ｂ側（Ｚ軸マイナス側）に形成されている。電極６０としては、例えば、Ｃｕ箔、Ａｌ箔、Ｎｉ箔を使用することができる。

［１−５．保持部材］
保持部材７０は、発電素子５０を保持するための部材である。保持部材７０は、例えば、シリコーン系樹脂の接着剤で底部３１（例えば、底部３１に形成されている凹部）に固定される。発電素子５０を保持した保持部材７０を底部３１の凹部に配置するだけで、発電素子５０を所望の位置に配置することができるので、製造プロセスの簡略化が可能となる。なお、保持部材７０は、凹部に配置された状態で、発電素子５０が第２レンズ３２の焦点位置となる形状であるとよい。

本実施の形態では、保持部材７０は、透明な樹脂材料で形成された樹脂板である。これにより、発電素子５０が保持部材７０の第２レンズアレイ３０ａとは逆側の面（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５０は集光された太陽光を受光できる。なお、保持部材７０は、透明なガラス板であってもよい。

なお、第１レンズアレイ２０と発電素子５０との距離は、第１レンズアレイ２０及び第２レンズアレイ３０ａ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。

上記のように構成された太陽電池モジュール１０は、例えば、太陽電池モジュール１０は、時刻によらず太陽電池モジュール１０の光入射面２１ａを太陽光側に向ける（言い換えると、光入射面２１ａに太陽光を垂直に入射させる）ために、太陽光を追尾する装置（図示せず）に搭載されて使用される場合がある。例えば、太陽電池モジュール１０は、太陽光を追尾する装置に複数搭載されて使用される場合がある。これにより、光入射面２１ａに対し垂直に太陽光を受光することが日中の多くの時間で可能となる。

太陽電池モジュール１０は、第１レンズアレイ２０、支持体３０、及び、保持部材７０がアクリル樹脂により形成されるので、軽量である。このような太陽電池モジュール１０を、太陽光を追尾する装置に搭載する場合、第１レンズアレイ２０、支持体３０、及び、保持部材７０の少なくとも１つがガラスなどのアクリル樹脂より重い材料で形成されている場合に比べて、当該装置に必要とされる強度を下げることができる。つまり、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１０であれば、太陽光を追尾する装置などの付帯設備のコストを低減することができる。さらに、太陽光を追尾する装置は、第１レンズアレイ２０、支持体３０、及び、保持部材７０の少なくとも１つがガラスなどのアクリル樹脂より重い材料で形成されている場合に比べて、より少ないエネルギーで太陽電池モジュール１０の光入射面２１ａを太陽光に向けて動かすことができる。つまり、より少ないエネルギーで、太陽電池モジュール１０の発電効率を向上させることができる。

［２．比較例との対比］
次に、本実施の形態に係るレンズアレイ４０と比較例に係るレンズアレイとの比較について、図４Ａ〜図７を参照しながら説明する。まず、第１レンズアレイ２０と壁部３３との接合が剥がれることを抑制することについて、図４Ａ〜図５Ｂを参照しながら説明する。図４Ａは、比較例に係る壁部１３３を平面視した模式図である。図４Ｂは、比較例に係る、負荷時における壁部１３３を平面視した模式図である。図５Ａは、本実施の形態に係る壁部３３を平面視した模式図である。図５Ｂは、本実施の形態に係る、負荷時における壁部３３を平面視した模式図である。負荷時とは、温度及び湿度の少なくとも一方により壁部に伸び縮みが発生していることを意味する。

なお、図４Ａ〜図５Ｂでは、壁部の一辺のみを図示している。また、比較例にかかる壁部１３３は、平面視における形状が矩形状であるとする。言い換えると、比較例に係る壁部１３３には、凹凸は形成されていない。

また、図４Ａ及び図５Ａは、反り等が発生していない初期の状態（例えば、常温時）の壁部の平面視形状を示しており、図４Ｂ及び図５Ｂは、反り等が発生している負荷時の状態（例えば、高温時）の壁部の平面視形状を示している。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、比較例に係る壁部１３３は、負荷時の状態において、壁部１３３の伸び縮み（図４Ｂの例では、伸び）により、大きな反り（変位）が発生する。これにより、壁部１３３と第１レンズアレイ２０との間に働く応力（壁部１３３と第１レンズアレイ２０との接合を剥がす応力）が大きくなり、壁部１３３と第１レンズアレイ２０とが剥がれやすくなる。なお、比較例では、壁部１３３の伸び縮みの方向は、図４Ｂの破線矢印で示すように、２方向である。

一方、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本実施の形態に係る壁部３３では、負荷時の状態において、伸び縮み（図５Ｂの例では、伸び）による反りが比較例に係る壁部１３３より小さい。本実施の形態では、壁部３３の伸び縮みの方向は、図５Ｂに示すように、凹部３４ｂを起点にその方向（たわむ方向）が変化している。言い換えると、壁部３３によれば、当該壁部３３の伸び縮みを分散することができる。これにより、壁部３３と第１レンズアレイ２０との間に働く応力（壁部３３と第１レンズアレイ２０との接合を剥がす応力）が比較例に比べて小さくなるので、壁部３３と第１レンズアレイ２０とが剥がれることを抑制することができる。

次に、レンズアレイにおける集光状態について、図６、及び、図７を参照しながら説明する。図６は、比較例に係るレンズアレイ２４０による集光状態を説明するための断面図である。図７は、本実施の形態に係るレンズアレイ４０による集光状態を説明するための断面図である。

図６に示すように、比較例に係るレンズアレイ２４０は、第１レンズアレイ２２０と支持体２３０とを備える。第１レンズアレイ２２０は、第１レンズ２２０ａと第１レンズ２２０ａの一端に設けられる被支持部２２０ｂとを有する。また、支持体２３０は、立設部２３３ａと支持部２３３ｂとを有する壁部２３３を有する。

第１レンズアレイ２２０は、被支持部２２０ｂが支持部２３３ｂに支持されることにより、支持体２３０に取り付けられる。例えば、被支持部２２０ｂと支持部２３３ｂとが接合される。被支持部２２０ｂは、例えば、平板状である。言い換えると、被支持部２２０ｂは、レンズ効果を有しない。また、支持部２３３ｂの断面形状は、Ｌ字状である。

第１レンズアレイ２２０のうち第１レンズ２２０ａに入射した太陽光Ｌ１は、第１レンズ２２０ａにより集光され、第２レンズ３２に入射する。太陽光Ｌ１は、発電に寄与する光である。第１レンズアレイ２２０のうち被支持部２２０ｂに入射した太陽光Ｌ２、つまり接合部に入射した太陽光Ｌ２は、集光されることなく、被支持部２２０ｂから出射される。太陽光Ｌ２は、発電に寄与しない光である。このように、比較例に係るレンズアレイ２４０は、被支持部２２０ｂに入射した太陽光を発電に寄与させることができない。

また、第１レンズ２２０ａが支持体２３０側の面にレンズ面を有するフレネルレンズである場合も、同様に、立設部２３３ａと第１レンズ２２０ａの被支持部２２０ｂとが接合する位置に入射した光は、集光されない。

一方、図７に示すように、本実施の形態に係るレンズアレイ４０は、光入射面２１ａがレンズ面であり、かつ当該レンズ面は、壁部３３と第１レンズアレイ２０とが接合する位置にわたって形成されている。そのため、第１レンズアレイ２０のうち第１レンズアレイ２０と壁部３３との接合部に入射した太陽光Ｌ２は、集光されて第２レンズ３２に入射する。レンズアレイ４０は、太陽光Ｌ２も発電に寄与させることができる。このように、本実施の形態に係るレンズアレイ４０は、太陽光の集光効率が高い。よって、レンズアレイ４０を備える太陽電池モジュールは、レンズアレイ２４０を備える太陽電池モジュールに比べ、効率的に発電を行うことができる。

［３．効果など］
以上のように、本実施の形態に係るレンズアレイ４０は、複数の第１レンズ２１を有する第１レンズアレイ２０と、第１レンズアレイ２０を支持する枠状の壁部３３を有する支持体３０とを備える。そして、壁部３３の形状は、第１レンズアレイ２０側から支持体３０を見たときの平面視において、壁部３３の内側に突出した凸部３４ｃを有する凹凸形状である。

これにより、壁部３３は、平面視において、たわみやすい部分（例えば、凹部３４ｂ）と、たわみにくい部分（例えば、凸部３４ｃ）とが、繰り返し配置される構造を有する。このような壁部３３に温度及び湿度などにより伸び縮みが発生した場合、凹部３４ｂが優先してたわむ（図５Ｂを参照）。つまり、たわみを分散させることができる。一方、壁部に凹凸３４ａが形成されていない場合、平面視において、壁部３３の全体がたわむことにより反りが大きくなる（図４Ｂを参照）。

このように、本実施の形態に係るレンズアレイ４０は、凹凸が形成されていない場合に比べて壁部３３の反り（変位）を抑制することができる。つまり、伸び縮みが発生した場合に、第１レンズアレイ２０と壁部３３との間に働く応力を抑制することができる。具体的には、長い距離にわたって第１レンズアレイ２０と壁部３３との間に高い応力が加わることを抑制することができる。よって、レンズアレイ４０によれば、第１レンズアレイ２０と壁部３３との接合が剥がれてしまうこと抑制することができる。

また、支持体３０は、さらに、第１レンズアレイ２０と対向して配置される第２レンズアレイ３０ａであって、複数の第１レンズ２１のそれぞれと対向した位置に第２レンズ３２を有する第２レンズアレイ３０ａを有する。第２レンズアレイ３０ａは、平面視において、複数の第２レンズ３２のうち外周に配置された第２レンズ３２同士を仕切る突条の複数の外側仕切り壁３６ａ（第１リブの一例）を有し、複数の外側仕切り壁３６ａの一端のそれぞれは、壁部３３に接続されている。そして、複数の外側仕切り壁３６ａのそれぞれには、第１レンズアレイ２０に向けて突出する柱状の柱状部３７（第２リブの一例）が形成されている。

凹凸３４ａが形成されていることで、壁部３３の剛性が低下する懸念がある。壁部３３の剛性が低下すると、壁部３３がたわみやすくなり、第１レンズアレイ２０と第２レンズアレイ３０ａとの間の距離を一定に保つことが困難となる。例えば、レンズアレイが太陽電池モジュール１０に用いられる場合、距離が変化することで発電効率が低下する。

一方、本実施の形態に係るレンズアレイ４０は、壁部３３に凹凸３４ａが形成されていることによる当該壁部３３の剛性の低下を、柱状部３７により補強することができる。よって、柱状部３７が形成されていることで、第１レンズアレイ２０と第２レンズアレイ３０ａとの間の距離が変化することを抑制することができるので、発電効率が低下することを抑制することができる。

また、複数の外側仕切り壁３６ａの一端のそれぞれは、壁部３３における凹凸形状の凹部３４ｂに接続されている。

これにより、壁部３３において特に剛性が低下する懸念がある部分の剛性を補強することができるので、発電効率の低下を効果的に抑制することができる。

また、柱状部３７は、当該外側仕切り壁３６ａの一端及び一端と反対側の他端のうち、一端側に形成されている。

これにより、壁部３３に近い位置に柱状部３７が形成されるので、壁部３３の剛性を効果的に補強することができる。

また、複数の外側仕切り壁３６ａのそれぞれにおいて、一端の高さは、他端の高さより高い。

これにより、壁部３３に近い位置に高さが高い外側仕切り壁３６ａが形成されるので、壁部３３の剛性を外側仕切り壁３６ａにより補強することができる。

また、外周に配置された第２レンズ３２の間隔Ｐ２と、凹凸形状の隣り合う凸部３４ｃの間隔Ｐ１とは、等しい。

これにより、第２レンズ３２の間隔ごとに剛性を確保することができる。

また、壁部３３は、第１レンズアレイ２０側の部分である枠状の上壁部３４と、上壁部３４より第２レンズアレイ３０ａ側の部分である枠状の下壁部３５とを有する。そして、凹凸形状は、上壁部３４及び下壁部３５のうち上壁部３４のみに形成されている。

これにより、壁部３３の剛性の低下を抑制しつつ、かつ、第１レンズアレイ２０と壁部３３との接合が剥がれることを抑制することができる。

また、複数の第１レンズ２１のそれぞれは、第１レンズアレイ２０における壁部３３とは反対側の面に凸部３４ｃを有する凸レンズである。

これにより、第１レンズアレイ２０と壁部３３との接合部に入射した光を第２レンズ３２に集光することができるので、レンズアレイ４０の集光効率を向上させることができる。

また、凹凸形状は、平面視において、波状である。

これにより、壁部３３の厚みは、不連続点を有さない弧状となるので、局部的に応力が集中することを抑制することができる。

また、以上のように、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１０は、上記のレンズアレイ４０と、複数の第１レンズ２１のそれぞれと対向して配置された、光電変換を行う発電素子５０とを備える。

これにより、第１レンズアレイ２０と壁部３３との接合がはがれることが抑制された太陽電池モジュール１０を実現することができる。

（その他の実施の形態）
以上、実施の態様に係るレンズアレイ４０及び太陽電池モジュール１０について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。

したがって、添付図面およ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。

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本開示の主旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

上記実施の形態では、レンズアレイ４０には発電素子５０が配置される例について説明したが、他の素子が配置されてもよい。レンズアレイ４０には、例えば、発光素子が配置されてもよい。例えば、レンズアレイ４０は、発光素子から出射される光の配光を制御するレンズアレイとして用いられてもよい。この場合、電極は、発光素子に電力を供給するために用いられる。この場合、照明装置は、基板及び基板に配置された複数の発光素子を有する発光モジュールと、複数の発光素子から発光された光を制御する上記のレンズアレイ４０とを備える構成となる。また、上記実施の形態に係るレンズアレイ４０は、マイクロレンズアレイであってもよい。

また、上記実施の形態では、底部３１は平板状である例について説明したが、これに限定されない。底部３１は、例えば、第２レンズ３２を有しておらず、かつ、貫通孔が形成されていてもよい。例えば、底部３１における第２レンズ３２に対応する位置に貫通孔が形成されていてもよい。言い換えると、底部３１における第１レンズ２１に対応する位置に貫通孔が形成されていてもよい。この場合、第１レンズ２１と貫通孔とは、例えば、一対一に形成される。

また、上記実施の形態では、保持部材７０は、アクリル樹脂で作製された透明な樹脂板として説明したが、保持部材７０の材質や形状は特に限定されるものではなく、ガラス又は透明な結晶であってもよい。

また、上記実施の形態では、上壁部３４の凹凸３４ａは、上壁部３４の内側の面に形成されている例について説明したが、これに限定されない。上壁部３４の凹凸３４ａは、上壁部３４の内側の面及び外側の面の少なくとも一方に形成されていればよい。

本開示の一態様に係るレンズアレイは、光の配光を制御するレンズアレイに適用可能である。例えば、太陽電池モジュールに用いる集光用のレンズアレイに有効である。

１０ 太陽電池モジュール
２０、２２０ 第１レンズアレイ
２１、２２０ａ 第１レンズ
２１ａ、３１ａ 光入射面
２１ｂ、３１ｂ 光出射面
２２ 凸部
３０、２３０ 支持体
３０ａ 第２レンズアレイ
３１ 底部
３２ 第２レンズ
３３、１３３、２３３ 壁部
３４ 上壁部
３４ａ 凹凸
３４ｂ 凹部
３４ｃ 凸部
３５ 下壁部
３６ 仕切り壁
３６ａ 外側仕切り壁（第１リブ）
３６ｂ 内側仕切り壁
３７ 柱状部（第２リブ）
４０、２４０ レンズアレイ
５０ 発電素子
６０ 電極
７０ 保持部材
２２０ｂ 被支持部
２３３ａ 立設部
２３３ｂ 支持部
Ｈ１、Ｈ２ 高さ
Ｐ１、Ｐ２ 間隔
Ｊ 中心線

Claims (10)

1. 複数の第１レンズを有する第１レンズアレイと、
   前記第１レンズアレイを支持する枠状の壁部を有する支持体とを備え、
   前記壁部の形状は、前記第１レンズアレイ側から前記支持体を見たときの平面視において、前記壁部の内側に突出した凸部を有する凹凸形状である
   レンズアレイ。
2. 前記支持体は、さらに、前記第１レンズアレイと対向して配置される第２レンズアレイであって、前記複数の第１レンズのそれぞれと対向した位置に第２レンズを有する第２レンズアレイを有し、
   前記第２レンズアレイは、前記平面視において、複数の前記第２レンズのうち外周に配置された第２レンズ同士を仕切る突状の複数の第１リブを有し、
   前記複数の第１リブの一端のそれぞれは、前記壁部に接続されており、
   前記複数の第１リブのそれぞれには、前記第１レンズアレイに向けて突出する柱状の第２リブが形成されている
   請求項１に記載のレンズアレイ。
3. 前記複数の第１リブの前記一端のそれぞれは、前記壁部における前記凹凸形状の凹部に接続されている
   請求項２に記載のレンズアレイ。
4. 前記第２リブは、当該第１リブの前記一端及び前記一端と反対側の他端のうち、前記一端側に形成されている
   請求項２又は３に記載のレンズアレイ。
5. 前記複数の第１リブのそれぞれにおいて、前記一端の高さは、前記他端の高さより高い
   請求項４に記載のレンズアレイ。
6. 前記外周に配置された前記第２レンズの間隔と、前記凹凸形状の隣り合う前記凸部の間隔とは、等しい
   請求項２〜５のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
7. 前記壁部は、前記第１レンズアレイ側の部分である枠状の上壁部と、前記上壁部より前記第２レンズアレイ側の部分である枠状の下壁部とを有し、
   前記凹凸形状は、前記上壁部及び前記下壁部のうち前記上壁部のみに形成されている
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
8. 前記複数の第１レンズのそれぞれは、前記第１レンズアレイにおける前記壁部とは反対側の面に凸部を有する凸レンズである
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
9. 前記凹凸形状は、前記平面視において、波状である
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のレンズアレイと、
    前記複数の第１レンズのそれぞれと対向して配置された、光電変換を行う発電素子とを備える
    太陽電池モジュール。

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