JP2021136398A - 集光型発電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】透光性を確保しつつ、集光型発電モジュール内の発電素子の放熱を確保することができる集光型発電モジュールを提供する。【解決手段】集光型発電モジュール１０は、透光性を有する回路基板５０と、回路基板５０に有する電極５２と、回路基板５０の一方の面に配置され、電極５２上に実装される発電素子５１と、発電素子５１上に配置され、発電素子５１の熱を放熱する放熱部材６０と、を備え、放熱部材６０は複数の開口部を有し、複数の開口部内の領域には発電素子５１および電極５２を有しない。【選択図】図２

Description

本開示は、集光型発電モジュールに用いられる放熱部材に関する。

光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換発電デバイスとして、集光レンズを用いて光電変換素子に集光する集光型発電モジュールの開発が進められている。

特に近年、集光型発電モジュールは、光電変換素子のサイズを小さくし、さらに小型かつ薄型、軽量な構造を備えることによって、モジュールにかかる製造コスト、運搬または設置時の輸送コスト、などを低下していくとともに光電変換効率の向上が期待されている。

特許文献１には、筐体がアルミニウム合金からなる集光型太陽光発電モジュールが開示されている。

特開２０１２−１２９４０２号公報

しかしながら、特許文献１の構造では、筐体全体がアルミニウム合金で構成されるため、モジュール全体の透明性を確保できず、透明性を有する太陽光発電モジュールを実現し難い。

本開示の一態様に係る集光型発電モジュールは、透光性を有する透明な回路基板と、回路基板に有する電極と、回路基板の一方の面に配置され、電極上に実装される発電素子と、発電素子上に配置され、発電素子の熱を放熱する放熱部材と、を備え、放熱部材は複数の開口部を有し、複数の開口部内の領域は透光性を有する領域を含むことを特徴とする。

本開示の一態様に係る集光型発電モジュールは、集光型発電モジュールの透光性を確保しつつ、集光型発電モジュール内の発電素子の放熱を確保することができる。

図１は、実施の形態に係る集光型発電モジュールの外観を示す模式図である。 図２は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における、実施の形態に係る集光型発電モジュールの断面模式図である。 図３は、実施の形態に係る集光型発電モジュールの分解斜視図である。 図４Ａは、平板の放熱部材を有する集光型発電モジュールをＺ軸のマイナス側を上面に斜視した模式図である。 図４Ｂは、格子形状の放熱部材を有する集光型発電モジュールをＺ軸のマイナス側を上面に斜視した模式図である。 図４Ｃは、開孔形状の放熱部材を有する集光型発電モジュールをＺ軸のマイナス側を上面に斜視した模式図である。 図５は、それぞれの放熱部材６０を用いた際の集光型発電モジュール１０の表面温度を比較した比較図である。

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放熱部材６０を備える集光型発電モジュール１０について、図１〜図３を参照しながら説明する。

［１．集光型発電モジュールの全体構成］
まずは、本実施の形態に係る集光型発電モジュール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集光型発電モジュール１０の模式図である。図２は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における、本実施の形態に係る集光型発電モジュール１０の断面模式図である。図３は、本実施の形態に係る集光型発電モジュール１０の分解斜視図である。なお、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線は、Ｙ軸方向に平行であり、かつ集光型発電モジュール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集光型発電モジュール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、回路基板５０と、放熱部材６０とを備える。集光型発電モジュール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光発電モジュールである。

［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、光入射面２１ａが凸レンズであり、光出射面２１ｂが平坦な面である、すなわち、光出射面２１ｂのパワーよりも光入射面２１ａのパワーを大きくすることで収差特性を良好にできる。

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。 なお、光入射面２１ａが球面であり、光出射面２１ｂがフレネルの場合、第１レンズ２１の厚みを薄くすることができる。

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。

第１レンズアレイ２０は、透明な材料からなり、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）である。その際、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とすると良い。これにより、集光型発電モジュール１０の軽量化に寄与することができる。

図２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３４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５１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２１ａ（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。

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５１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。

仕切り壁３４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３４は、底部３１から立設して設けられる。仕切り壁３４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３４ａ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３４ｂとを有する。外側仕切り壁３４ａ及び内側仕切り壁３４ｂ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３４ａ、又は、壁部３３、外側仕切り壁３４ａ及び内側仕切り壁３４ｂ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３４ｂにより囲まれている。なお、仕切り壁３４は、内側仕切り壁３４ｂを有していなくてもよい。

外側仕切り壁３４ａは、一端が壁部３３に接続されており、他端が内側仕切り壁３４ｂに接続されている。

外側仕切り壁３４ａの一端の高さ（Ｚ軸方向の長さ）は、外側仕切り壁３４ａの他端の高さより高い。例えば、外側仕切り壁３４ａ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。

内側仕切り壁３４ｂ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３４ｂは、例えば直方体状である。内側仕切り壁３４ｂの高さは、外側仕切り壁３４ａより低い。

支持体３０は、透明な材料からなり、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）である。その際、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とすると良い。これにより、集光型発電モジュール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３４とは一体的に形成されている。

また、図２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２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、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．回路基板］
回路基板５０は、発電素子５１と、電極５２とを有する。

発電素子５１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５１は、底部３１の光出射面２１ｂ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。また、発電素子５１の受光面積は、例えば１ｍｍ^２である。
発電素子５１は、ＩｎＧａＰ系材料、ＧａＡｓ系材料、Ｇｅ系材料、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ系材料など、III−Ｖ族化合物半導体から構成される。

これらの材料においては光を照射すると光電流が発生するので、電気エネルギーを供給することが可能となる。

なお、発電素子５１は、III−Ｖ族化合物半導体を多接合することで変換効率を４０％以上とすることができる。また、発電素子５１は、ＧａＮ系材料、又は、Ｓｉ系材料等から構成されてもよく、さらには量子ドット発電素子を用いても良い。

電極５２は、発電素子５１と電気的に接続されており、発電素子５１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。

電極５２の材料は、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉなどを使用することができる。例えば、スクリーン印刷装置において、配線パターンをペースト状のＡｇを用いて、スクリーン印刷し、熱焼結することで電極５２を形成することができる。また、発電素子５１と電極５２との電気接続は、半田接合、ワイヤーボンディングなどで接合すると良い。特に、半田接合の際は、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕを含むペースト材料を用いて半田接合することで発電素子５１と電極５２との間で電気接続することができる。

なお、回路基板５０の材質は、透光性を有する透明材料であり、例えばガラスである。ガラス材料であれば、集光における耐光性などによる長期信頼性を確保することができる。また、実施の形態において、回路基板の厚みは、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。これにより、集光型発電モジュール１０の厚みを抑制できるとともに、集光型発電モジュール１０の軽量化に寄与できる。

また、他の材質として、例えば樹脂材料を用いても良い。その際、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を用いる場合には、長期信頼性を確保するため、例えば波長が４２０ｎｍ以下の短波長を吸収する吸収剤を用いても良い。また、フレキシブル基板からなる回路基板を用いても良い。

上記により、回路基板５０には、発電素子５１と電極５２とからなる電子回路が形成されている。そして、回路基板５０において電子回路を除く領域には、透光性を有しているようにする。これにより、後述する放熱部材６０との組み合わせの際に、放熱部材６０における開口部において透光性を有する領域を設けることができる。

上記では、回路基板として、板材上に発電素子５１と電極５２とを有する例について説明したが、この構成に限定されない。例えば、回路基板上にバイパスダイオード（図示しない）を設けてもよく、発電素子５１と、電極５２と、バイパスダイオードからなる電子回路を形成しても良い。その際、回路基板５０内には電子回路を除くと透光性を有する透明な領域を設けるようにする。これにより、後述する放熱部材６０との組み合わせの際に、放熱部材６０における開口部において透光性を有する領域を設けることができる。

また、例えば、支持体３０の底部３１に対して発電素子５１と電極５２とを構成してもよく、その際は支持体３０の底部３１において透光性を有する透明な領域を設けて入れば良い。

図３に示すように、電極５２は複数の直列配線および並列配線からなる。本実施の形態では、５直列５並列からなる回路によって、発電素子５１との間で電気接続される。また、電極５２の幅は発電素子５１のサイズに対応させ、例えば、発電素子５１のサイズが１．２ｍｍ^２であれば、電極５２の幅も１．２ｍｍである。図３の場合、回路基板５０上において、発電素子５１と電極５２とが構成されない領域は、透光性を有する領域である。なお、透光性とは、光が透過する性質を意味しており、入射した光を全て出射することを限定するものではない。以下における透光性も同様である。

［１−４．放熱部材］
放熱部材６０は、発電素子５１で発生する熱を放熱する機能を有する。なお、放熱部材６０の材質は質量が小さく、かつ、熱伝導率の高いものがよく、例えばアルミニウムであるとよい。これにより、他の金属材料に比べ、熱伝導も保持しつつ、集光型発電モジュール１０の軽量化に寄与できる。さらに、放熱部材６０はアルマイト処理することで熱輻射の効果を向上することができ、放熱効果を向上することができる。

本実施の形態では、発電素子５１と放熱部材６０とが熱的に接触している。なお、熱的に接触しているとは、直接接触していることに限らず、放熱する機能を有するように構成されることを意味する。具体的には、発電素子５１と放熱部材６０との間に放熱用グリスなどの放熱材を介して構成することも含む。

また、放熱部材６０の形状は、電極５２のパターンに対応している。そのため、図３に示すように、放熱部材６０は複数の開口部を有している。開口部の形状は、後述のように、矩形、円または楕円などであり、図３には矩形における形状を示している。図３に示すように放熱部材６０が格子形状を有している際、格子の幅は電極５２の幅に対応させ、例えば、電極５２の幅が１．２ｍｍであれば、格子の幅も１．２ｍｍとする。これにより、放熱部材６０における複数の開口部内の領域には発電素子５１および電極５２を有しない構造となるため、回路基板５０において発電素子５１と電極５２とが構成されない領域は、透光性を有する領域を有している。なお、開口部内に電極５２の一部などを含めてもよいが、開口部内には少なくとも透光性を有する領域を設けるようにする。

［１−５．集光型発電モジュール］
上記のように、集光型発電モジュール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、回路基板５０と、放熱部材６０とを備える。図３に示すように、集光型発電モジュール１０の作製は、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、回路基板５０と、放熱部材６０との各々を積層する。第１レンズアレイ２０と支持体３０とからレンズアレイ４０を積層する際は、例えば第１レンズアレイ２０と支持体３０との境界に紫外線硬化用ボンドを塗布し、紫外線硬化することで接着する。また、レンズアレイ４０と回路基板５０とを積層する際は、例えば透光性を有し、透明であるアクリル樹脂からなる接着剤を接着面に塗布し、レンズアレイ４０と回路基板５０とを接着する。さらに、レンズアレイ４０と回路基板５０との接着の境界に紫外線硬化用ボンドを塗布し、紫外線硬化しても良い。また、回路基板５０と放熱部材６０との回路基板において積層する際にも、例えば紫外線硬化用ボンドを塗布し、紫外線硬化しても良い。

なお、第１レンズアレイ２０と発電素子５１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集光型発電モジュール１０は、例えば、集光型発電モジュール１０は、時刻によらず集光型発電モジュール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、集光型発電モジュール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。

なお、集光型発電モジュール１０は、第１レンズアレイ２０、支持体３０がアクリル樹脂により形成され、さらに、放熱部材６０をアルミニウムにより形成されることで、軽量にすることができる。このような集光型発電モジュール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重量負荷を下げることができる。すなわち、本実施の形態に係る集光型発電モジュール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集光型発電モジュール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、集光型発電モジュール１０の発電効率を向上させることができる。

［２．シミュレーション］
次に、本実施の形態に係る集光型発電モジュール１０における放熱部材６０の形状と放熱シミュレーションについて、図４Ａ〜図５を参照しながら説明する。

本実施の形態におけるシミュレーションは、発電素子５１において１個当たりの発熱量は０．３２Ｗであり、環境温度は２５℃、無風という条件の下で、集光型発電モジュール１０の中心近傍の表面温度を熱解析したものである。なお、熱解析において、集光型発電モジュールに用いる各物性値は表１に基づく。

なお、発電素子５１は計算の複雑化を避けるため、ＧａＡｓ材料として単純化した。また、本実施の形態では、アクリル系樹脂はレンズアレイ４０と回路基板５０との接着剤として用いたとする。また、エポキシ系樹脂は発電素子５１におけるアンダーフィル用の液剤として用いたとする。また、放熱シリコーンおよび放熱用グリスは発電素子５１と放熱部材６０との間で用いたとする。

図４Ａは平板の放熱部材６０ａを有する集光型発電モジュール１２をＺ軸のマイナス側を上面に斜視した模式図である。図４Ｂは格子形状の放熱部材６０ｂを有する集光型発電モジュール１３をＺ軸のマイナス側を上面に斜視した模式図である。図４Ｃは開孔形状の放熱部材６０ｃを有する集光型発電モジュール１４をＺ軸のマイナス側を上面に斜視した模式図である。図５は、それぞれの放熱部材６０を用いた際の集光型発電モジュール１０の表面温度を比較した比較図である。具体的には、図５においては、放熱部材６０を有しない集光型発電モジュール１１と、平板の放熱部材６０ａを有する集光型発電モジュール１２と、格子形状の放熱部材６０ｂを有する集光型発電モジュール１３と、開孔形状の放熱部材６０ｃを有する集光型発電モジュール１４との比較を示している。また、図５においては、放熱板の厚さまたは幅（開孔直径）と、開口部の放熱部材６０全体の面積に対する放熱部材６０内の開口部全体の面積を示す開口部面積比と、各々の集光型発電モジュール１０の中心近傍の表面温度とを比較している。なお、放熱板の全体の面積は、Ｘ軸側の長さが９１．６ｍｍ、Ｙ軸側の長さが９０．０ｍｍとして８２４４ｍｍ²としている。

なお、図４Ｂに示すように、格子形状の放熱部材６０ｂにおいては、開口部は矩形であるため、放熱部材６０ｂは格子形状を有している。また、開口部である矩形の領域内には発電素子５１または電極５２を有していない。なお、開口部内に電極５２の一部などを含めてもよいが、開口部内には少なくとも透光性を有する領域を設けるようにする。

また、図４Ｃに示すように、開孔形状の放熱部材６０ｃにおいては、開口部は円形状であるため、放熱部材６０ｃは開孔形状を有している。また、開口部である円の領域内には発電素子５１または電極５２を有していない。なお、開口部内に電極５２の一部などを含めてもよいが、開口部内には少なくとも透光性を有する領域を設けるようにする。

本実施の形態におけるシミュレーションにより、図５に示すように、放熱部材を有しない集光型発電モジュール１１は約１３９℃程度の温度であるが、１．５ｍｍ厚である平板の放熱部材６０ａを有する集光型発電モジュールは約７３℃程度の温度であることが分かった。

これに対して、１．５ｍｍ厚であり格子幅２ｍｍである格子形状の放熱部材６０ｂを有する集光型発電モジュール１３は約８４℃程度の温度であることが分かる。したがって、格子形状の放熱部材６０ｂであっても、平板の放熱部材６０ａと同程度の放熱の機能を有していることが分かる。さらに、１６個有する開口部において１個あたりの開口部の面積は４０８ｍｍ²であるため、開口部全体の面積は６５２８ｍｍ²である。そのため、放熱板の全体の面積である８２４４ｍｍ²と比較すると、開口部面積比は約８０％であり、開口部の面積の合計は、放熱部材の開口部以外の面積の合計よりも大きい。すなわち、格子形状の放熱部材６０ｂは平板の放熱部材６０ａと比較して集光型発電モジュール１０の透光性を確保していることも分かる。

さらに、１．５ｍｍ厚であり開孔直径が２０．４ｍｍである開孔形状の放熱部材６０ｃを有する集光型発電モジュール１４は約７８℃程度の温度であることが分かった。したがって、格子形状の放熱部材６０ｃであっても、平板の放熱部材６０ａと同程度の放熱の機能を有していることが分かる。さらに、１６個同サイズ有する開口部において１個あたりの開口部の面積は約３２６ｍｍ²であり、開口部全体の面積は５２２６ｍｍ²である。そのため、放熱板の全体の面積である８２４４ｍｍ²と比較すると、開口部面積比は約６３％であり、開口部の面積の合計は、放熱部材の開口部以外の面積の合計よりも大きい。すなわち、開孔形状の放熱部材６０ｃについても平板の放熱部材６０ａと比較して集光型発電モジュール１０の透光性を確保していること分かる。

［３．効果など］
以上のように、本実施の形態に係る集光型発電モジュール１０は、透光性を有する回路基板５０と、回路基板５０に印刷された電極５２と、回路基板５０の一方の面に配置され、回路基板上に実装される発電素子５１の熱を放熱する放熱部材６０と、を備え、放熱部材６０は複数の開口部を有し、複数の開口部内の領域は透光性を有する領域を含む。

これにより、開口部を有する放熱部材６０は開口部内の領域においては透光性を確保しており、集光型発電モジュール１０背面の透光性も確保することができる。それゆえ、透光性を有した太陽電池を実現することができる。これにより、集光における発電の機能とともに散乱光なども活用することもできる。また、開口部を有する放熱部材６０は、熱解析において平板の放熱部材６０と同等の表面温度を有している。そのため、開口部を有する放熱部材６０は、発電素子５１において発生した熱を放熱する効果を平板の放熱部材６０と同等に寄与することができる。

また、本実施の形態に係る集光型発電モジュール１０において、放熱部材６０の開口部内の領域には発電素子５１および電極５２を有しなくてもよい。

また、本実施の形態に係る集光型発電モジュール１０において、放熱部材６０の開口部の面積の合計は、放熱部材６０の開口部以外の面積の合計よりも大きくてもよい。

また、本実施の形態に係る集光型発電モジュール１０において、放熱部材６０の幅は、電極５２の幅と略同一であるとよい。

これらにより、回路基板５０において、透光性を有する領域をより多く確保することができる。

（その他の実施の形態）
以上、実施の態様に係る集光型発電モジュール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、放熱部材６０の厚さを１．５ｍｍとして比較したが、この数値に限定されない。放熱部材６０の厚さを増やす、すなわち、例えば２ｍｍにすることで放熱の効果を向上させても良い。同様に、格子形状の放熱部材６０ｂにおいては幅を大きくする、すなわち、例えば４ｍｍなどにすることで放熱の効果を向上させてもよい。また、開孔形状の放熱部材６０ｃにおいては開孔直径を小さくする、すなわち、例えば、１２ｍｍなどにすることで放熱の効果を向上させても良い。また、開口部においても透光性が確保されていれば面積は限定されない。

また、上記実施の形態では、回路基板５０には発電素子５１が配置される例について説明したが、他の素子についても配置されてもよい。回路基板５０には、例えば、発光素子が配置されてもよい。例えば、回路基板５０は、発光素子から出射される光の配光を制御するための電子回路として用いられてもよい。この場合、電極５２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。

本開示の一態様に係る集光型発電モジュールは、光の集光または透過など、配光を制御する装置に適用可能である。例えば、集光型太陽光発電モジュールに有効である。

１０、１１、１２、１３、１４ 集光型発電モジュール
２０ 第１レンズアレイ
２１ 第１レンズ
２１ａ 光入射面
２１ｂ 光出射面
２２ 凸部
３０ 支持体
３０ａ 第２レンズアレイ
３１ 底部
３２ 第２レンズ
３３ 壁部
３４ 仕切り壁
３４ａ 外側仕切り壁（第１リブ）
３４ｂ 内側仕切り壁
４０ レンズアレイ
５０ 回路基板
５１ 発電素子
５２ 電極
６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 放熱部材

Claims (4)

1. 透光性を有する回路基板と、
   前記回路基板に有する電極と、
   前記回路基板の一方の面に配置され、前記電極上に実装される発電素子と、
   前記発電素子上に配置され、前記発電素子の熱を放熱する放熱部材と、を備え、
   前記放熱部材は複数の開口部を有し、複数の開口部内の領域は透光性を有する領域を含む、
   集光型発電モジュール。
2. 前記放熱部材の開口部内の領域には前記発電素子および前記電極を有しない、
   請求項１に記載の集光型発電モジュール。
3. 前記放熱部材の開口部の面積の合計は、前記放熱部材の開口部以外の面積の合計よりも大きい、
   請求項１または２に記載の集光型発電モジュール。
4. 前記放熱部材の幅は、前記電極の幅と略同一である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の集光型発電モジュール。

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