JP4747663B2

JP4747663B2 - 集光型太陽光発電装置

Info

Publication number: JP4747663B2
Application number: JP2005135618A
Authority: JP
Inventors: 久文魚住; 建次荒木
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-05-09
Also published as: JP2006313809A

Description

本発明は、一次光学系太陽光により集光された高エネルギの太陽光が太陽電池セルに照射される形式の集光型太陽光発電装置に関し、特に、その集光型太陽光発電装置を耐久性を高める技術に関する。

集光型太陽光発電装置は、太陽光を集光させて太陽電池セルに照射することから、コスト構成比において大きな部分を占める太陽電池セルを小さく（または少なく）することができるので注目されている（たとえば非特許文献１）。この集光型太陽光発電装置においては、一次光学系において集光した集光光は、その中心部分の強度が強く、周辺部の強度が低くなるなどの不均一なものであり、一次光学系において集光された集光光をそのまま太陽電池セルに照射させると、発電効率が低下することが指摘されている（たとえば非特許文献２）。そこで、一次光学系において集光した光を、側面での反射を繰り返しつつ進行させることによって混合する二次光学系が提案されている（たとえば非特許文献２）。
荒木外８名、「変換効率２８％の集光式太陽光発電装置開発」、電気製鋼，２００４年７月、第７５巻第３号、ｐ１６５−１７２荒木外２名、「集光太陽光発電用２次光学系の開発」、電気製鋼、２００２年１０月、第７３巻第４号、ｐ２２１−２２８

ところで、上記集光型太陽光発電装置では、夜間において筐体内に結露が発生し、その水分の付着によって太陽電池セルの劣化が進行するおそれがある。特に、太陽電池セルが、たとえばInGaP/InGaAs/Ge で代表されるIII-V 族化合物系半導体から構成される場合は、結晶シリコン系半導体から構成される場合に比較して、材料が活性であり、水分による劣化が顕著である。このため、その太陽電池セルの劣化を防止するため、前記二次光学系を構成する柱状の光学部材の下端面とその太陽電池セルとの間に透明樹脂を介在させたり、太陽電池セルの表面に保護膜を設けることが行われている。

しかしながら、(a) 上記透明樹脂は、たとえばシリコーン系樹脂、エポキシ樹脂などの光学特性の良い材料から構成されるが、高エネルギの太陽光が通過させられることからその劣化が進行することがさけられないこと、(b) 比較的大電流が流れる肉厚の配線リボンが太陽電池セルに接続されていて上記透明樹脂に代表される封止樹脂によって十分に封止され難いこと、(c) このため、進入した水が微細櫛型電極とセルとの間にできる隙間（上記シリコーン系樹脂、エポキシ樹脂が光劣化して接着界面が破壊されることにより熱膨張率差などで櫛型電極の凹凸箇所に発生する隙間) に沿って、セル中心部まで毛管現象により進入し、接着界面を破壊しながら表面の反射防止膜を潮解していくこと等の問題があった。

たとえば、気温よりも低い温度に保持してく積極的に結露を発生させた状態で24時間放置したり、或いは1 ヶ月程度の屋外実用試験を行った場合ですら、太陽電池セルの表面に設けられた反射防止膜(たとえばZnS/MgF₂) の潮解の徴候が顕微鏡観察によって容易に観察される。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、透明樹脂の光劣化がなく耐久性の高い集光型太陽光発電装置を提供することにある。

前記目的を達成するための請求項１に係る発明の要旨とするところは、太陽光を集光するための一次光学系と、太陽電池セルと、下端面がその太陽電池セルに対向するようにその太陽電池セルの真上位置に立設され、その一次光学系により集光された太陽光をその太陽電池セルへ導くための柱状光学部材と、その柱状光学部材の下端面とその太陽電池セルとの間に充填された透明樹脂とを有し、前記一次光学系を通過した太陽光のうちその柱状光学部材の上端面に入射された太陽光がその柱状光学部材の側面で界面全反射を繰り返して混合された後にその柱状光学部材の下端面から射出され、前記透明樹脂を通して前記太陽電池セルに入射される形式の集光型太陽光発電装置であって、前記柱状光学部材の下端部外周面と共に前記透明樹脂の外周面を覆い、その透明樹脂の外周面をその柱状光学部材の外側の太陽光から遮るための白色かつ非透明の粉末である無機材料を充填剤として含有する白色樹脂を備えることにある。

また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、請求項１に係る発明の集光型太陽光発電装置において、前記太陽電池セルは、ＴｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３反射防止膜を受光面に備えたものである。

請求項１に係る発明の集光型太陽光発電装置によれば、柱状光学部材の下端面と太陽電池セルとの間に充填された透明樹脂をその柱状光学部材の外側の太陽光から遮るために前記柱状光学部材の下端部外周面と共にその透明樹脂の外周面を覆う白色かつ非透明の粉末である無機材料を充填剤として含有する白色樹脂が備えられていることから、その透明樹脂が光劣化して接着界面が破壊されることがなくなるので、進入する水分に起因する太陽電池セルの劣化が抑制され、集光型太陽光発電装置の耐久性が高められる。また、前記白色樹脂は前記柱状光学部材の下端部の外周面も覆うように配設されていることから、柱状光学部材の下端部内において外表面側へ射出しようとする太陽光が反射されて太陽電池セルへ到達するので、発電効率が一層高められる。特に、柱状光学部材の入射面に対して大きな入射角で入射させられる太陽光について上記の効果が顕著である。

また、請求項２に係る発明の集光型太陽光発電装置によれば、前記太陽電池セルはＴｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３反射防止膜を受光面に備えたものであることから、反射防止膜が潮解性がない材料で構成されるので、太陽光発電装置の耐久性が一層高められる。

ここで、好適には、透明樹脂は、たとえばゲル状のシリコーン系樹脂などの光学特性の良い材料から構成されるが、他の樹脂材料であってもよい。

また、前記不透明着色樹脂としては、前記透明樹脂に対して接着する材料が選択される。また、その不透明着色樹脂として機能する白色樹脂に含まれる白色かつ非透明の粉末から成る充填材は、たとえば、炭酸カルシウム、酸化チタン、高純度アルミナ、短鎖酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウムなどの高い熱電導性および光反射性を有する無機材料が、好適に用いられる。この白色樹脂には、シランカップリング剤などの密着性を高める接着助剤が適宜混合される。

また、前記遮光部材は、透明樹脂を覆う金属薄膜でもよいが、不透明着色樹脂であってもよい。その不透明着色樹脂は、母剤樹脂に着色顔料が混合されることにより白色、黒色等に着色が施されて光を透過させない不透明なものである。この母剤樹脂は、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、自己接着性ＲＴＶシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等から好適に構成されるが、中でも耐光性、耐熱性、自己接着性の点で自己接着性ＲＴＶシリコーン樹脂が好適である。

また、前記太陽電池セルは、III-V 族化合物系半導体から構成されたチップであり、金属製配線リボンが端縁部に接続されたものである。このように、太陽電池セルが比較的活性の高い材料で構成され、その端縁部に金属製配線リボンが接続されて封止が比較的困難な場合でも、太陽光発電装置の耐久性が一層高められる。

また、前記金属製配線リボンは、テープ状の所定幅の薄い金属板であり、抵抗が低く、熱電導性が高く、水分に対して安定な材料が用いられる。たとえば、ニッケルメッキされた無酸素銅、銅／窒化アルミニウム／銅の積層板、銅／酸化アルミニウム／銅の積層板、銅／スズ／半田の積層板等が好適に用いられる。

また、前記一次光学系は、フレネルレンズ等の集光レンズであってもよいが、凹面鏡等の太陽光を反射させて集光する集光反射鏡であってもよい。

また、前記柱状光学部材は、その上端面に入射させられた集光後の太陽光を伝播する過程の全反射を利用してエネルギ的に均等化し、下端面に僅かな距離を隔てて対向する太陽電池セルに入射させる柱状の誘電体であり、二次光学系を構成する。その柱状光学部材は、光透過性の高い材料であるガラスが好適に用いられ、特に、汎用かつ安価で加工が容易であるソーダライムガラスや光学性質に優れているホウケイ酸ガラスがよく用いられている。また、過酷な使用環境では、アルミノケイ酸ガラス、ソーダカリバリウムガラスなどが用いられる。上記二次光学系としては、入射面あるいは射出面と平行な断面における形状が正方形であるものが広く知られているが、それ以外にもその断面形状が正方形以外の四角形、四角形以外の多角形、円形など、種々の形状のものを用いることもできる。また、その二次光学系は、射出面側ほど断面積が小さくなるテーパ形状とされることがこのましいが、長手方向のどの部位においても一様な断面積を有する形状であってもよい。

また、前記柱状光学部材の上端面には、反射防止膜として、光学レンズに広く用いられているフッ化マグネシウム層やフッ化カルシウム層の単層又は多層構造から構成されることができる。反射防止膜のつけ方としては、たとえば真空蒸着法を用いることができるが、真空蒸着法に限定されず、種々の公知の方法を用いることができる。二次光学系の入射面に反射防止膜が設けられている場合、膜状とされた保護部材（すなわち薄膜）が反射防止膜の上に積層されてもよいし、逆に、反射防止膜が薄膜の上に積層されてもよい。また、入射面に薄膜が設けられていなくてもよい。

また、前記反射防止膜は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とチタニア（ＴｉＯ_２）の２層又は多層構造が水分に起因する劣化防止の観点から望ましいが、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、硫化亜鉛などの他の材料から成るものでも差し支えない。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例である集光型太陽光発電装置１０が太陽光追尾装置１２に装着された状態を示す斜視図である。この太陽光追尾装置１２は、集光型太陽光発電装置１０を常時太陽に向かうように位置させるものであって、地軸に対して平行となるように水平面に対して所定角度θ即ち緯度に相当する角度だけ傾斜させられた傾斜軸心Ｃ周りに回転可能に設けられ、且つ減速機付きの追尾モータ１４によってその傾斜軸心Ｃまわりに回動角度が変化させられる傾斜梁１６と、その傾斜梁１６の中間部において水平な軸心Ｈまわりに回転可能に設けられ、且つ減速機付きの高度修正モータ１８によってその水平軸心Ｈまわりに回動角度が変化させられる一対の受板２０とを備えている。この集光型太陽光発電装置１０は、高さ（厚さ）に対して十分に大きい短辺および長辺を有する長手箱状を成し、その一対の受板２０の上にそれぞれ載置された状態でそれに固定されている。

上記太陽光追尾装置１２は図示しない太陽光センサおよび制御装置を備えており、その制御装置は、太陽光センサからの信号に基づいて太陽の位置を算出し、集光型太陽光発電装置１０がその太陽に向かうようにすなわち集光型太陽光発電装置１０の受光面が太陽光に対して常時直角となるように追尾モータ１４および高度修正モータ１８を駆動する。地球の自転に対応する日の出から日の入りまでの太陽の動きを追尾する制御は専ら追尾モータ１４により行われるが、地球の公転に対応する太陽高度の変化に対する制御は専ら高度修正モータ１８により行われる。

図２は上記集光型太陽光発電装置１０の側方からを示す斜視図であり、図３はその一部を拡大して示す図である。これらの図２および図３に示される集光型太陽光発電装置１０は、内部の構成を示すためにその側板２２が取り外されている。この集光型太陽光発電装置１０は、太陽光を集光するための複数個（本実施例では３６個）の集光レンズ２８（すなわち一次光学系）を有する集光板３０と、その集光板３０の裏側に所定の間隔を隔てて平行に固設された支持板３２と、その支持板３２上の上記複数個の集光レンズ２８によりそれぞれ集光された太陽光を受ける位置にそれぞれ配設された複数の太陽電池セル３４とを備えている。なお、上記支持板３２の裏面の外周縁には、補強板３８が固定されている。

上記複数個の集光レンズ２８は、図４に示すように、球面状の表面と階段状の環状段差を有する凹凸状の裏面とから成る所謂ドーム型フレネルレンズからそれぞれ構成されており、たとえばアクリル樹脂などの光学的性質に優れた樹脂材料が射出成形などの型成形によって形成されることにより相互に一体的に構成されている。集光板３０は、そのように一体的に構成された複数個の集光レンズ２８が矩形のレンズ固定枠３６内に固定されることにより構成されている。

支持板３２は、上記レンズ固定枠３６と同様の大きさの長方形状を有するとともに、好ましくはアルミニウム合金、銅合金などの熱電導性の高い金属板から構成され、連結柱３７を介してそのレンズ固定枠３０と互いに平行となるように相互に連結されている。この支持板３２には、集光レンズ２８によって集光された太陽光により発電するための複数個の発電モジュール４０が各集光レンズ２８の集光位置すなわち直下に複数個配設されている。図４に示されるように、この発電モジュール４０は、支持板３２に密着状態で固定され且つ前記太陽電池セル３４が中央部に載置された金属製の基台（座板）４２と、基台４２に立設された４本の支柱４４を介してその基台４２から所定距離上方に離隔した位置に設けられ、その太陽電池セル３４の真上に位置する部分に貫通穴４６が形成された遮光板４８と、その遮光板４８によって支持され、その貫通穴４６を通過した太陽光の強度を均等化して太陽電池セル３４の上面である受光面に導くホモジナイザ５０（すなわち二次光学系）とを備えている。

上記遮光板４８は、発電のために集光レンズ２８によって集光された太陽光のみを太陽電池セル３４へ向かって通過させる一方で、発電に利用できない光を遮光して太陽電池セル３４の付近の温度上昇を緩和するためのものである。また、上記ホモジナイザ５０は、貫通穴４６付近から太陽電池セル３４側に向かうに従って断面積が小さくなる角錐状を成し、内側面における界面全反射（界面で全反射すること）を繰り返しつつ太陽電池セル３４側に向かう過程で断面積内の光エネルギの強度分布を均等化させる機能を備えている。なお、ホモジナイザ５０の寸法は、たとえば高さ４０ｍｍ、射出面（太陽電池セル３４側の面）が太陽電池セル３４と同一の寸法（たとえば７ｍｍ角）の角柱状光学部材である。

このホモジナイザ５０はたとえばホウケイ酸ガラス製であり、たとえば、ＳｉＯ_２６９ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ９ｗｔ％、Ｋ_２Ｏ８ｗｔ％、ＢａＯ３ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３１０ｗｔ％、Ａｓ_２Ｏ_３１ｗｔ％という組成を有し、また、１．５１６程度の屈折率を有している。さらに、このホモジナイザ５０の上端面である入射面には、光波干渉を利用して反射光を抑制するための反射防止膜５２が積層されている。この反射防止膜５２は本実施例ではアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とチタニア（ＴｉＯ_２）の２層又は多層構造のＴｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３反射防止膜からなり、その膜厚は例えば１２０ｎｍ程度とされている。この反射防止膜５２は、本実施例では真空蒸着法によって付けられている。さらに、ホモジナイザ５０の４つの側面の全部および反射防止膜５２を介したホモジナイザ５０の上面には、保護部材として機能する薄膜５４がコーティングされている。この薄膜５４は、本実施例では、金型の離型剤などにも用いられる汎用的なフッ素樹脂であり、屈折率は１．３４である。この薄膜５４は、本実施例では、ハイドロフルオロエーテル（Ｃ_４Ｆ_９ＯＣＨ_３）を溶媒とし、その溶媒に溶解させられた上記フッ素樹脂がディッピングによって塗布された後、加熱処理されることで溶剤が除去されて形成され、例えば数十ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さとされる。

上記太陽電池セル３４は、たとえばInGaP/InGaAs/Ge として知られるように、III-V 族化合物系半導体がGaAs等の単結晶基板の上に結晶成長させられることによりチップ上に構成され、吸収波長帯が異なる複数種類のｐｎ接合、たとえば底部接合層、中間部接合層、及び上部接合層が順次積層された多接合型構造を備えたものであり、底部接合層、中間部接合層、及び上部接合層にそれぞれ設けられているｐｎ接合は、電気的に直列に接続されるとともに、中心波長が相互に異なる吸収波長帯を備えており、例えば波長３００〜６３０（ｎｍ）を上部接合層が、波長６３０〜９００（ｎｍ）を中間部接合層が、波長９００〜１７００（ｎｍ）を底部接合層がそれぞれ吸収することにより、太陽光の波長帯のうち吸収波長帯を広域として高い変換効率が得られるようになっている。

図４に示すように、前記太陽電池セル３４は、その下面全体に半田づけされたテープ状或いはリボン状の金属帯板であるの第１リード電極５６と、その上面の端縁部に半田づけされたテープ状の第２リード電極５８とを備え、カーボン、ガラス繊維、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉、及び金属粉のうち少なくともひとつを含む充填剤すなわち熱伝導性を高めるためのフィラーを分散させた合成樹脂から成る接着層６０に少なくともその一部、好適にはその全体が埋設された状態で固定されることにより前記基台４２の中央部に固設されている。上記太陽電池セル３４は、その第１リード電極５６および第２リード電極５８を用いて相互に直列接続され、高い出力電圧が得られるようになっている。

上記ホモジナイザ５０の下端面とそれに対向するように配置された太陽電池セル３４との間には、透明樹脂６２が充填された僅かな隙間が形成されている。この透明樹脂６２は、水分の進入を防止するために上記隙間に充填され、耐熱性が高くかつ光学特性の良い材料たとえばゲル状のシリコーン系樹脂から構成される。

そして、太陽光を遮光して上記透明樹脂６２の劣化を阻止するために、遮光部材として機能する不透明着色樹脂たとえば白色樹脂６４が、太陽電池セル３４を中心として、ホモジナイザ５０の下端部側面以下を覆う厚みで塗布されかつ接着されている。白色樹脂６４は、たとえば、自己接着性ＲＴＶシリコーン樹脂内に、炭酸カルシウム、酸化チタン、高純度アルミナ、高純度酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウムなどの高い熱伝導性および光反射性を有する白色かつ非透明の粉末である無機材料を充填剤として含むことにより、太陽光の遮光性および反射性が高められている。母剤樹脂である上記自己接着性ＲＴＶシリコーン樹脂には、シランカップリング剤などの密着性を高める接着助剤が適宜混合される。

上記白色樹脂６４は、たとえば５０Ｐａ・ｓ以下の粘度を有する流動状態で上記太陽電池セル３４を中心とする基台４２上に塗布された後、その塗布状態の基台４２が減圧容器内においてたとえば３ｍＨｇ以下で６０秒以上の時間で溶剤の放出および脱泡され、所定の硬化温度で熱硬化処理される。上記塗布状態における負圧（真空）脱法により、白色樹脂６４が第１リード電極５６および第２リード電極５８と基板４２或いは太陽電池セル３４との間の狭隘部に充填され、水分の進入が防止されている。

以上のように構成された集光型太陽光発電装置１０では、太陽光追尾装置１２によって太陽光に対して直角となるように常時位置させられる結果、集光レンズ２８により集光された太陽光はその集光位置に位置させられた遮光板４８の中央部に設けられた貫通穴４６を通過した後に、薄膜５４および反射防止膜５２を通過してホモジナイザ５０に入射する。そして、入射角θ_１でホモジナイザ５０の上端面に入射した光は、図５に示すように、ホモジナイザ５０の側面で界面全反射を繰り返しつつ進行することで混合（均一化）された後に太陽電池セル３４に入射される。太陽電池セル３４の受光面における入射エネルギの面分布が均一であるので、変換効率が高められる。

上述のように、本実施例の集光型太陽光発電装置１０によれば、ホモジナイザ（柱状光学部材）５０の下端面と太陽電池セル３４との間に介在させられた透明樹脂６２を太陽光から遮るための白色樹脂（遮光部材）６４が備えられていることから、その透明樹脂６２が光劣化して接着界面が破壊されることがなくなるので、進入する水分に起因する太陽電池セル３４の劣化が抑制され、集光型太陽光発電装置１０の耐久性が高められる。すなわち、白色樹脂（遮光部材）６４は、透明樹脂６２を覆う不透明な着色樹脂であることから、その透明樹脂６２に太陽光が到達し難くなってその光劣化が防止される。

また、本実施例の集光型太陽光発電装置１０によれば、前記白色樹脂（遮光部材）６４は、白色かつ非透明の粉末から成る無機充填材を含有する不透明な白色樹脂であってホモジナイザ（柱状光学部材）５０の下端部の外周面も覆うように配設されていることから、そのホモジナイザ５０の下端部内において外表面側へ射出しようとする太陽光が反射されて太陽電池セル３４へ到達するので、その太陽電池セル３４の発電効率が一層高められる。図５の１点鎖線に示すように、特に追尾誤差が比較的大きい場合でも、ホモジナイザ５０の入射面（上端面）に対して大きな入射角θ_２で入射させられる太陽光について、図５のＰ点では全反射角よりも大きくなって外側へ抜けようとするが、白色樹脂６４により内側へ乱反射される結果、上記の効果が顕著である。これにより、通常、追尾誤差が０°である場合の効率が２７％であるが、追尾誤差が０．５°発生すると２５．５％に低下するが、上記のようにホモジナイザ５０の下端部が白色樹脂６４により覆われると、２６．２％に増加した。

また、本実施例の集光型太陽光発電装置１０によれば、太陽電池セル３４はＴｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３から成る２層又は多層の反射防止膜５２を受光面に備えたものであることから、その反射防止膜５２は潮解性がない材料で構成されるので、太陽光発電装置１０の耐久性が一層高められる。

また、本実施例の集光型太陽光発電装置１０によれば、ホモジナイザ５０の側面がフッ素樹脂から成る薄膜５４によって覆われていることから、高湿環境、特に表面に霜が降りる環境でガラスに含まれるアルカリ成分が析出してそのイオンが空気中の二酸化炭素と反応して炭酸塩になりその表面が次第に白濁するという問題が好適に解消されので、ホモジナイザ５０の内表面による全反射時に上記白濁で光が乱反射してしまい、光の一部が外部に漏れ出て発電損失が発生する問題が解消される。

図６、図７、図８は、本発明者等が行った耐久試験結果を示している。図６では、前述の本実施例と同様の白色樹脂６４および反射防止膜（ＴｉＯ_２/Ａｌ_２Ｏ_３）５２を備えた発電モジュールＦ、その反射防止膜５２の材質がＺｎＳ/ＭｇＦ_２から成る点のみが異なる発電モジュールＥ、発電モジュールＦに対して白色樹脂６４に替えて透明シリコーン樹脂が用いられた点が相違する発電モジュールＡ等（Ｂ、Ｃ、Ｄ）について、２０℃に水冷して積極的に結露を誘起しながら２０年相当以上の累積被曝（暴露）量に相当する集光紫外線を照射したときに測定された相対発電量の変化が示されている。これによれば、白色樹脂６４に替えて透明シリーコン樹脂が用いられ発電モジュールＡの相対発電量の低下が最も大きいものであった。これに対し、白色樹脂６４を備えた発電モジュールＥおよびＦの相対発電量の低下は比較的少ないものであった。特に白色樹脂６４および反射防止膜（ＴｉＯ_２/Ａｌ_２Ｏ_３）５２を備えた発電モジュールＦの相対発電量の低下は殆ど見られなかった。

図７では、一般的なシリコン樹脂で太陽電池セルおよび透明樹脂を封止した複数個の発電モジュール（上記発電モジュールＡ相当）を４ケ月間屋外暴露し、その分解後に測定された太陽電池セルの相対発電量の低下特性が示されている。これによれば、集光紫外線照射による図６の加速試験と同様の劣化スピードが確認された。

図８では、一般的なシリコン樹脂で太陽電池セルおよび透明樹脂を封止した複数個の発電モジュールＡと、前述の実施例と同様の白色樹脂６４および反射防止膜５２を備えた発電モジュールＣとについて、屋外におけるフィールド試験結果を示している。発電モジュールＡでは、数カ月経過すると発電出力が２０％低下したが、発電モジュールＣでは、長期にわたり高い発電出力が維持された。

次に、本発明の他の実施例の発電モジュールを説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図９および図１０は、ホモジナイザ５０の上端部を支持するための遮光板４８およびそれを支持する４本の支柱４４が備えられておらず、ホモジナイザ５０の下端部が支持される発電モジュールを示している。

図９の発電モジュール７０は、太陽電池セル３４、ホモジナイザ５０、第１リード電極５６および第２リード電極５８、透明樹脂６２、および白色樹脂７２を基板４２の上に備えており、この点は前述の発電モジュール４０と同様である。しかし、本実施例の発電モジュール７０では、白色樹脂７２が前記白色樹脂６４と同様の無機充填剤を含む硬質シリコン樹脂から構成されており、前述の発電モジュール４０の白色樹脂６４と同様に、白色樹脂７２が透明樹脂６２を覆うとともに、第１リード電極５６および第２リード電極５８と基板４２或いは太陽電池セル３４との間の狭隘部に充填されている。そして、上記ホモジナイザ５０の下端部はその硬質シリコン樹脂から成る白色樹脂７２の肉盛りにより埋設されており、その状態で固定されている。そして、基板４２の上には、軟質シリコン樹脂からなり且つ同様の無機充填剤を含む白色樹脂７４が比較的厚く塗着され、防水機能が高められている。本実施例では、白色樹脂７２および白色樹脂７４が遮光部材として機能している。上記白色樹脂７２の屈折率は１．４２程度であり、ホモジナイザ５０のの屈折率は１．５９程度であるので、浅い角度（≧６４°）の光線は界面で全反射し、深い角度（＜６４°）の光線は界面で白色樹脂７２により散乱を受け、一部が太陽電池セル３４に入射して発電効率が一層高められる。この硬質シリコン樹脂から成る白色樹脂７２は必ずしも防水特性に優れたものでないことから、防水特性に優れた軟質シリコン樹脂から成る白色樹脂７４により防水性が高められている。

図１０の発電モジュール７６は、太陽電池セル３４、ホモジナイザ５０、第１リード電極５６および第２リード電極５８、透明樹脂６２、および白色樹脂６４を基板４２の上に備えており、この点は前述の発電モジュール４０と同様である。しかし、本実施例の発電モジュール７６では、ホモジナイザ５０の下端部が、支持金具７８によって固定されている点で相違する。この支持金具７８は、ステンレス鋼板等の金属板材からプレス加工されたスペーサ８０を介して基板４２の四隅にボルト８２により固定されている。支持金具７８の中央部には、ホモジナイザ５０の下端部の断面形状よりも十分に大きい正方形の貫通穴８４と、その貫通穴８４の四辺の中間部からそれぞれ内側へ突設された固定片８６とが設けられている。この固定片８６はプレス時においてＵ字状に曲成されており、そのスプリング作用によりホモジナイザ５０の下端部を挟持するようになっている。本実施例では、白色樹脂６４および支持金具７８が遮光部材として機能している。本実施例によれば、ホモジナイザ５０の下端部を上記固定片８６の間にそれらを弾性変形させつつ押し込むことにより固定されるので、組み立てが容易となる。

以上、本発明を詳細に説明したが、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例である集光型太陽光発電装置が太陽光追尾装置に装着された状態を示す斜視図である。図１の集光型太陽光発電装置の側方からを示す斜視図である。図２の一部を拡大して示す図である。図１に示す集光型太陽光発電装置の内部に複数配設された発電モジュールの発電作用を説明するために、そのうちの１つの発電モジュールを拡大して示す断面図である。ホモジナイザ内を太陽光が界面全反射しつつ進行していく状態を説明する図である。図４と同様の発電モジュールＣ、その発電モジュールＣに対して反射防止膜を備えない点が相違する発電モジュールＢ、その発電モジュールＢに対して白色樹脂に替えて透明シリコン樹脂が用いられた点が相違する発電モジュールＡについて、２０℃に水冷して積極的に結露を誘起しながら２０年相当以上の累積被曝（暴露）量に相当する集光紫外線を照射したときに測定された相対発電量の変化を示す図である。一般的なシリコン樹脂で太陽電池セルおよび透明樹脂を封止した複数個の発電モジュールＡを４ケ月間屋外暴露し、その分解後に測定された太陽電池セルの相対発電量の低下特性を示す図である。一般的なシリコン樹脂で太陽電池セルおよび透明樹脂を封止した複数個の発電モジュールＡと、図４の実施例と同様の白色樹脂および反射防止膜を備えた発電モジュールＣとについて、屋外におけるフィールド試験結果を示す図である。本発明の他の実施例の集光型太陽光発電装置に用いられる発電モジュールの構成を説明する斜視図である。本発明の他の実施例の集光型太陽光発電装置に用いられる発電モジュールの構成を説明する斜視図である。

符号の説明

１０：集光型太陽光発電装置
２８：集光レンズ（一次光学系）
３４：太陽電池セル
５０：ホモジナイザ（二次光学系、柱状光学部材）
５２：反射防止膜
５４：薄膜（保護部材）
６２：透明樹脂
６４：白色樹脂（遮光部材）

Claims

太陽光を集光するための一次光学系と、太陽電池セルと、下端面が該太陽電池セルに対向するように該太陽電池セルの真上位置に立設され、該一次光学系により集光された太陽光を該太陽電池セルへ導くための柱状光学部材と、該柱状光学部材の下端面と該太陽電池セルとの間に充填された透明樹脂とを有し、前記一次光学系を通過した太陽光のうち該柱状光学部材の上端面に入射された太陽光が該柱状光学部材の側面で界面全反射を繰り返して混合された後に該柱状光学部材の下端面から射出され、前記透明樹脂を通して前記太陽電池セルに入射される形式の集光型太陽光発電装置であって、
前記柱状光学部材の下端部外周面と共に前記透明樹脂の外周面を覆い、該透明樹脂の外周面を該柱状光学部材の外側の太陽光から遮るための白色かつ非透明の粉末である無機材料を充填剤として含有する白色樹脂を備えることを特徴とする集光型太陽光発電装置。
前記太陽電池セルは、ＴｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３反射防止膜を受光面に備えたものである請求項１の集光型太陽光発電装置。