JP6525005B2 - 太陽光発電モジュールおよび太陽光発電パネル - Google Patents

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Description

本発明は、太陽光発電モジュールに関し、特に、筐体内に設けられた発電素子が太陽光を受けて、受光量に応じた電力を発生する太陽光発電モジュールに関する。
従来、太陽光を集光して電力に変換する太陽光発電モジュールが開発されている。たとえば、特許文献1(国際公開第2013/150031号)には、以下のような技術が開示されている。すなわち、特許文献1に記載の集光型太陽光発電装置は、筐体内にレンズおよび発電素子を備え、当該筐体内にガスを流入させてレンズと発電素子との間の距離を調整する。
また、たとえば、特許文献2(米国特許第8592738号明細書)には、以下のような技術が開示されている。
すなわち、特許文献2に記載の集光型太陽発電装置では、入射する光の光軸を確認するための装置が取り付けられている。
次に、たとえば、特許文献3(特許第4953745号公報)には、以下のような技術が開示されている。すなわち、特許文献3に記載の集光型太陽光発電ユニットは、太陽光を集光する集光レンズが接合され集光型太陽光発電ユニットの天面を保護する透光性保護板、集光型太陽光発電ユニットの基本構造体となる長尺状フレーム、複数の太陽電池を実装する太陽電池実装板を備える。また、長尺状フレームは、長手方向の端部に通気孔を備え、長尺状フレーム内部に気流を発生させる。
また、たとえば、特許文献4(特開2008−4661号公報)には、以下のような技術が開示されている。すなわち、特許文献4に記載の集光型太陽発電装置は、底部材と周囲部材と上部材とで囲われ、内部には空間が形成され、かつ、上部材を太陽に対向させるように傾斜させて用いるケースを備えている。このケースの上部材には太陽光を集光するための複数のフレネルレンズを備えさせ、上記ケースの内部には上記フレネルレンズにより夫々集光された光を夫々受光して発電する複数の太陽電池セルを備えさせる。また、上記ケースの周囲部材においては、相対向する面に少なくとも夫々2つずつの開口部を配設し、しかも各面における上記二つの開口部は、上記フレネルレンズ側寄りの上方と、太陽電池セル側寄りの下方に配置する。
国際公開第2013/150031号 米国特許第8592738号明細書 特許第4953745号公報 特開2008−4661号公報 特開平7−274742号公報
上記のような従来技術の根底にある共通かつ究極の課題は、屋外の厳しい環境下において常に、集光した太陽光を、光軸上の正確な位置で発電素子に照射することである。しかしながら、厳しい環境下で常に、正確な照射を実現することは困難であり、結果的に、十分な発電効率が得られていない。
かかる課題に鑑み、本発明は、太陽光発電モジュールの発電効率を、さらに高め得る構成を実現することを目的とする。
本発明の太陽光発電モジュールは、光を受けて発電する発電素子と、太陽光を集光するレンズが設けられた集光部、前記発電素子が配置される底部、および、前記底部の外枠を成し、前記集光部を支持する側壁、を有する閉鎖された筐体と、を備え、前記レンズは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられているシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含み、前記側壁は、PET(Polyethylene terephthalate)またはPBT(Polybutylene Terephthalate)を用いて形成されている。
また、本発明の太陽光発電モジュールは、光を受けて発電する発電素子と、太陽光を集光するレンズが設けられた集光部、前記発電素子が配置される底部、および、前記底部の外枠を成し、前記集光部を支持する側壁、を有する閉鎖された筐体と、前記側壁と樹脂で一体的に形成され、前記太陽光発電モジュールへ入射する入射光の光軸を確認するための光軸確認部と、を備え、前記レンズは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられているシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含み、前記側壁は、PET(Polyethylene terephthalate)またはPBT(Polybutylene Terephthalate)を用いて形成されている。
一方、本発明の太陽光発電パネルは、フレーム部材によって複数の区画に仕切られた受け皿状のパネル筐体と、前記区画に装着された複数の太陽光発電モジュールと、を備える太陽光発電装置であって、前記太陽光発電モジュールは、光を受けて発電する発電素子と、太陽光を集光するレンズが設けられた集光部、前記発電素子が配置される底部、および、前記底部の外枠を成し、前記集光部を支持する側壁、を有する閉鎖された筐体と、を備え、前記レンズは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられているシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含み、前記側壁は、PET(Polyethylene terephthalate)またはPBT(Polybutylene Terephthalate)を用いて形成されている。
本発明によれば、太陽光発電モジュールの発電効率を、さらに高め得る構成を実現することができる。
図1は、第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の外観を示す斜視図である。 図2は、図1に示す架台の構成を示す斜視図である。 図3は、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュールの外観を示す斜視図である。 図4は、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュールの平面図である。 図5は、図4におけるV−V線に沿う断面を示す断面図である。 図6は、課題を説明するための太陽光発電モジュールの断面図である。 図7は、フレネルレンズおよび発電素子の距離と、温度と、発電量との関係を示すグラフである。 図8は、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュールの変形例の構成を示す断面図である。 図9は、第2の実施の形態に係る太陽光発電モジュールにおける筐体の構成を示す斜視図である。 図10は、図9に示す光軸確認部の構成を示す斜視図である。 図11は、図10に示す矢印Aの方向から光軸確認部の底面を目視した状態を示す図である。 図12は、図9に示す光軸確認部の構成(変形例1)を示す斜視図である。 図13は、図9に示す光軸確認部の構成(変形例2)を示す斜視図である。 図14は、図13に示す矢印Bの方向から光軸確認部の底面を目視した状態を示す図である。
[実施形態の要旨]
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下に列記するものが含まれる。
(1)本発明の実施の形態に係る太陽光発電モジュールは、光を受けて発電する発電素子と、太陽光を集光するレンズが設けられた集光部、前記発電素子が配置される底部、および、前記底部の外枠を成し、前記集光部を支持する側壁、を有する閉鎖された筐体と、を備え、前記レンズは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられているシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含み、前記側壁は、PET(Polyethylene terephthalate)またはPBT(Polybutylene Terephthalate)を用いて形成されている。
このような構成により、気温の変化に伴うレンズの焦点距離の変化量と、気温の変化に伴う側壁の膨張または収縮によるレンズと発電素子との距離の変化量とを近づけることができるため、太陽光発電モジュールの発電効率の低下を効果的に抑制することができる。また、側壁として必要な強度を確保することができる。
(2)また、(1)の太陽光発電モジュールにおいて、たとえば、前記側壁は、熱膨張率の異方性を有する材料を用いて形成されており、前記熱膨張率の大きい方向が前記レンズの光軸方向に沿うように形成されている。
このような構成により、気温の変化に伴うレンズと発電素子との距離の変化量がより大きくなるため、気温の変化に伴うレンズの焦点距離の変化量に対して、レンズと発電素子との距離の変化量が追随する可能性を高めることができる。
(3)他の観点から見た本発明の実施の形態に係る太陽光発電モジュールは、光を受けて発電する発電素子と、太陽光を集光するレンズが設けられた集光部、前記発電素子が配置される底部、および、前記底部の外枠を成し、前記集光部を支持する側壁、を有する閉鎖された筐体と、前記側壁と樹脂で一体的に形成され、前記太陽光発電モジュールへ入射する入射光の光軸を確認するための光軸確認部と、を備え、前記レンズは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられているシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含み、前記側壁は、PET(Polyethylene terephthalate)またはPBT(Polybutylene Terephthalate)を用いて形成されている。
このような構成により、気温の変化に伴うレンズの焦点距離の変化量と、気温の変化に伴う側壁の膨張または収縮によるレンズと発電素子との距離の変化量とを近づけることができるため、太陽光発電モジュールの発電効率の低下を効果的に抑制することができる。また、側壁として必要な強度を確保することができる。
また、入射光の光軸を確認するための新たな部材を別途用いる必要がないため、低コストを実現することができる。また、光軸の精度を確保するための高い組み付け精度が要求されることもない。従って、より優れた太陽光発電モジュールを提供することができる。
(4)また、(3)の太陽光発電モジュールにおいて、たとえば、前記光軸確認部は、上面と、底面とを含み、前記上面には、前記入射光を前記光軸確認部の内部空間へ導くための取入穴が形成され、前記底面には、前記内部空間へ導かれた前記入射光の光軸を確認するための複数の視認穴が形成されている。
このような構成により、複数の視認穴の中から光が透過している視認穴を特定することで、入射光の光軸を容易に確認することができる。また、側壁と光軸確認部とを同じ材料で形成することができるため、たとえば射出成型を行うことで、これら側壁および光軸確認部を比較的容易に低コストで作製することができる。
(5)また、(3)の太陽光発電モジュールにおいて、たとえば、前記光軸確認部は、上面と、底面と、前記上面と前記底面との間に設けられた中間面とを含み、前記上面には、前記入射光を前記光軸確認部の内部空間へ導くための取入穴が形成され、前記中間面には、前記上面に対して所定の角度で入射した光が通過して前記底面に到達可能な通過穴が形成されている。
このような構成により、光軸確認部の底面に光が到達しているか否かを確認することで、太陽光発電モジュールの上面に対して入射光が所定の角度で入射しているか否かを容易に確認することができる。また、側壁と光軸確認部とを同じ材料で形成することができるため、たとえば射出成型を行うことで、これら側壁および光軸確認部を比較的容易に低コストで作製することができる。
(6)また、(3)の太陽光発電モジュールにおいて、たとえば、前記光軸確認部は、上面と、底面とを含み、前記上面には、前記入射光を前記光軸確認部の内部空間へ導くための取入穴が形成され、前記底面は、光透過性を有する材料を用いて形成されている。
このような構成により、たとえば底面側から光軸確認部を目視することで、底面のいずれの位置に光が到達しているのかを確認することができるため、入射光の光軸を容易に確認することができる。また、多くの穴を形成するための加工などを必要としないため、光軸確認部を備える太陽光発電モジュールを低コストで作製することができる。
(7)また、(3)〜(6)のいずれかの太陽光発電モジュールにおいて、たとえば、前記筐体は、フレーム部材に固定され、前記光軸確認部は、前記側壁の面のうち、自己の前記筐体が前記フレーム部材に固定された状態において前記フレーム部材に対向する面以外の面に設けられている。
このような構成により、フレーム部材に筐体を固定する際における光軸確認部の存在を考慮する必要がなくなり、比較的低コストで単純な構成により光軸確認部を備える太陽光発電モジュールを実現することができる。
(8)また、本発明の実施の形態に係る太陽光発電パネルは、フレーム部材によって複数の区画に仕切られた受け皿状のパネル筐体と、前記区画に装着された複数の太陽光発電モジュールと、を備える太陽光発電装置であって、前記太陽光発電モジュールは、光を受けて発電する発電素子と、太陽光を集光するレンズが設けられた集光部、前記発電素子が配置される底部、および、前記底部の外枠を成し、前記集光部を支持する側壁、を有する閉鎖された筐体と、を備え、前記レンズは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられているシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含み、前記側壁は、PET(Polyethylene terephthalate)またはPBT(Polybutylene Terephthalate)を用いて形成されている。
このような構成により、気温の変化に伴うレンズの焦点距離の変化量と、気温の変化に伴う側壁の膨張または収縮によるレンズと発電素子との距離の変化量とを近づけることができるため、太陽光発電モジュールの発電効率の低下を効果的に抑制することができる。また、側壁として必要な強度を確保することができる。
また、樹脂製の側壁を有する太陽光発電モジュールであっても、パネル筐体への装着により、十分な機械的強度を発揮する。
[実施形態の詳細]
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
なお、各図中同一または相当部分には同一符号を付している。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
(第1の実施の形態)
[太陽光発電装置の構成]
図1は、第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の外観を示す斜視図である。また、図2は、図1に示す架台の構成を示す斜視図である。
図1を参照して、太陽光発電装置100は、複数の太陽光発電モジュール1と、架台2とを備える。架台2は、フレーム部材F1と、図示しない太陽方位計C1と、図示しない駆動部M1とを含む。太陽方位計C1は、太陽の位置を検知するためのセンサを含む。複数の太陽光発電モジュール1は、並べられた状態でフレーム部材F1に固定される。
駆動部M1は、太陽方位計C1から出力される信号に基づいて太陽の位置を認識し、たとえば日の出から日没までの間、太陽光発電モジュール1の受光面が太陽と正対するように、フレーム部材F1の向きを変化させる。
図2を参照して、架台2のフレーム部材F1は、たとえば、複数の柱が互いに平行または略平行に並べられるように構成されている。フレーム部材F1により形成される直方体(但し、上面なし、底面あり。)の各収容部E1に、1または複数の太陽光発電モジュール1が挿入される。なお、図2に示す収容部E1は直方体であるが、この収容部E1は立方体などであってもよい。
複数の収容部E1を有するパネル筐体(フレーム全体)12は、フレーム部材F1によって複数の区画(収容部)に仕切られた受け皿状の形態となっている。なお、後述する太陽光発電モジュールの側壁は樹脂製であるが、このような太陽光発電モジュールであっても、パネル筐体12への装着により、十分な機械的強度を発揮する。
[太陽光発電モジュールの構成]
図3は、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュールの外観を示す斜視図である。また、図4は、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュールの平面図である。
図3および図4を参照して、太陽光発電モジュール1は、直方体または立方体の形状を有する筐体21を備える。筐体21は、筐体21の上面に相当する集光部22と、筐体21の底面に相当する底部23と、側壁24と、フランジ27とを有する。集光部22は、たとえばガラスを用いて形成され、複数のフレネルレンズ(レンズ)22fを含む。
集光部22において、フレネルレンズ22fは、たとえば正方格子状に配置されている。具体的には、各フレネルレンズ22fは、たとえば互いに隣接するフレネルレンズ22fの中心同士の距離が同じW1となるように配置されている。また、フレネルレンズ22fは、たとえば、ガラス基板と、当該ガラス基板に成膜されたシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含む。
底部23は、たとえば厚さ1mmのアルミニウムを用いて形成されている。側壁24は、集光部22および底部23を接続する。より詳細には、集光部22は、側壁24の上端部を塞いでおり、側壁24の下端部は、底部23に受けられている。
側壁24は、PET(Polyethylene terephthalate)またはPBT(Polybutylene Terephthalate)などの樹脂を用いて形成されている。なお、側壁24は熱膨張率の大きい樹脂で形成されている方が好ましく、たとえばPETとPBTとを比較すると、PBTを用いて形成されている方が好ましい。
また、側壁24は、たとえば、熱膨張率の異方性を有する材料を用いて形成されており、熱膨張率の大きい方向がフレネルレンズ22fの光軸方向に沿うように形成されている。
フランジ27は、たとえば、側壁24の4つの面のうち筐体21がフレーム部材F1により形成される収容部E1に挿入された状態において当該フレーム部材F1と対向する面に設けられている。より詳細には、フランジ27は、当該面の長手方向に沿った集光部22側の部分に設けられている。フランジ27は、たとえばPETまたはPBTなどの樹脂が用いられた射出成型により、側壁24と一体成型される。
フランジ27は、自己の筐体21がフレーム部材F1により形成される収容部E1に挿入された状態において、当該フレーム部材F1の上面に接触する。そして、このような状態において、たとえばフランジ27に形成された取付穴28に図示しないボルトが挿入されることにより、筐体21がフレーム部材F1に固定される。
なお、取付穴28にボルトが挿入されることにより筐体21がフレーム部材F1に固定される構成に限らず、他の方法で筐体21がフレーム部材F1に固定されてもよい。
図5は、図4におけるV−V線に沿う断面を示す断面図である。
図5を参照して、太陽光発電モジュール1は、筐体21に加えて、さらに、複数の発電素子30と、複数のFPC(フレキシブルプリント基板:Flexible Printed Circuits)31とを備える。発電素子30およびFPC31は、筐体21の内部に収容される。
複数のFPC31は、底部23において互いに平行または略平行に並んで配置されており、各FPC31に複数の発電素子30が実装されている。
各発電素子30は、各フレネルレンズ22fに対応する位置に設けられており、対応のフレネルレンズ22fによって集光された太陽光を受けて、受光量に応じた電力を発生する。また、各発電素子30は、たとえば、セルとして、化合物多接合型半導体を含む小型の発電素子、具体的には、たとえばIII−V族化合物半導体を含む小型の発電素子により形成されている。
以上のように、太陽光発電モジュール1は、光を受けて発電する発電素子30と、発電素子30を収容する閉鎖された筐体21とを備えている。筐体21は、太陽光を集光するレンズ(フレネルレンズ22f)が設けられた集光部22、発電素子30が配置される底部23、および、底部23の外枠を成し、集光部22を支持する側壁24を有する。
[課題の説明]
図6は、課題を説明するための太陽光発電モジュールの断面図である。
太陽光発電装置100は、気温の高低差の大きい場所などで使用されることがあり、気温の変化によって光の屈折率などが変化してフレネルレンズ22fの焦点距離が変化することがある。そして、このように、フレネルレンズ22fの焦点距離が変化することにより、発電素子30に効率良く太陽光を集光することができず、太陽光発電装置100の発電効率が低下する可能性がある。
たとえば、図6を参照して、気温が10℃の環境下におけるフレネルレンズ22fの焦点距離fが100mmであって、太陽光発電装置100の発電効率が30%であるとする。このような太陽光発電装置100を気温70℃の環境下で使用すると、たとえば、フレネルレンズ22fの焦点距離fは105mmとなり、太陽光発電装置100の発電効率は26%まで低下する。
これに対して、本実施の第1の形態に係る太陽光発電モジュール1では、側壁24が樹脂により形成されていることにより、気温の変化に伴って側壁24が膨張または収縮する。具体的には、気温が上昇してフレネルレンズ22fの焦点距離fが長くなる場合であっても、側壁24が膨張することにより、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lも長くなる。
その結果、発電素子30に集光される太陽光の光量が大幅に低下することを防ぎ、太陽光発電装置100の発電効率の低下を抑制することができる。
[第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュールと比較例との比較]
図7は、フレネルレンズおよび発電素子の距離と、温度と、発電量との関係を示すグラフである。図7において、横軸は、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lを示し、縦軸は、太陽光発電モジュール1による発電量を示す。
また、図7において、グラフG1〜G4は、気温5℃、25℃、45℃および65℃の環境下における、フレネルレンズ22fおよび発電素子30の距離Lと、太陽光発電モジュール1の発電量との関係をそれぞれ示す。
ここでは、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1の側壁24が、PBTを用いて形成されていることとする。また、比較例である太陽光発電モジュールの側壁がアルミニウムを用いて形成されていることとする。また、PBTの熱膨張率は「190×10E−6」(mm/K)であり、アルミニウムの熱膨張率は「24×10E−6」(mm/K)であるとする。
たとえば、図7におけるグラフG2に示すように、25℃においてフレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lが92mmとなるように設計されている太陽光発電モジュール1の発電量を「1.00」とする。
そして、気温が25℃から5℃に下がった場合、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1における側壁24は、以下の式(1)に示すように、0.35mmまたは略0.35mm収縮する。
92mm×Δ20℃×190×10E−6≒0.35mm ・・・(1)
すなわち、この場合、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lは、以下の式(2)に示すように、91.65mmまたは略91.65mmとなる。
92mm−0.35mm=91.65mm ・・・(2)
また、比較例である太陽光発電モジュールにおける側壁24では、以下の式(3)に示すように、0.04mmまたは略0.04mm収縮する。
92mm×Δ20℃×24×10E−6≒0.04mm ・・・(3)
すなわち、この場合、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lは、以下の式(4)に示すように、91.96mmまたは略91.96mmとなる。
92mm−0.04mm=91.96mm ・・・(4)
このとき、図7におけるグラフG1に示すように、気温が5℃の環境下において、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lが91.65mmである場合と、距離Lが91.96mmである場合とを比較すると、いずれも相対的な発電量は「0.99」を超えている。すなわち、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1の発電効率と、比較例である太陽光発電モジュールの発電効率との間に大きな差は生じない。
一方、気温が25℃から65℃に上がった場合について同様に比較すると、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1における側壁24は、以下の式(5)に示すように、0.70mmまたは略0.70mm膨張する。
92mm×Δ40℃×190×10E−6≒0.70mm ・・・(5)
すなわち、この場合、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lは、以下の式(6)に示すように、92.70mmまたは略92.70mmとなる。
92mm+0.70mm=92.70mm ・・・(6)
また、アルミニウムの側壁24では、以下の式(7)に示すように、0.08mmまたは略0.08mm膨張する。
92mm×Δ40℃×24×10E−6≒0.08mm ・・・(7)
すなわち、この場合、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lは、以下の式(8)に示すように、92.08mmまたは略92.08mmとなる。
92mm+0.08mm=92.08mm ・・・(8)
このとき、図7におけるグラフG4に示すように、気温が65℃の環境下において、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lが92.70mmである場合と、当該距離Lが92.08mmである場合とを比較する。すなわち、当該距離Lが92.70mmである場合の相対的な発電量は「0.90」または略「0.90」であるのに対して、当該距離Lが92.08mmである場合の相対的な発電量は「0.85」または略「0.85」となる。このように、比較例である太陽光発電モジュールと比べて、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1の方が、発電効率の低下を抑制することができる。
[変形例]
図8は、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュールの変形例の構成を示す断面図である。
図8を参照して、太陽光発電モジュール1は、さらに、ボールレンズ(二次集光部)32を備えていてもよい。ボールレンズ32は、フレネルレンズ22fと発電素子30との間に設けられている。また、ボールレンズ32および発電素子30は、たとえば光透過性を有する樹脂部材33に覆われた状態で、各FPC31に実装されている。
フレネルレンズ22fは、太陽光を集光し、集光した太陽光を対応のボールレンズ32へ集光させる。そして、ボールレンズ32は、フレネルレンズ22fによって集光された太陽光を、発電素子30へ集光させる。
このように、フレネルレンズ22fと発電素子30との間にボールレンズ32が設けられていることにより、たとえば、フレネルレンズ22fの焦点距離が変化して、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lが当該焦点距離と合わない場合であっても、ボールレンズ32において太陽光を大きく屈折させて当該太陽光を発電素子30に集光させることができる。すなわち、側壁24の膨張または収縮だけでは、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lがフレネルレンズ22fの焦点距離fに合わない場合でも、太陽光発電装置100の発電効率の低下を抑制することができる。
なお、太陽光発電モジュール1は、たとえば、ボールレンズ32の代わりに、フレネルレンズ22fと発電素子30との間に設けられた反射板などを備えてもよい。このような構成の場合、当該反射板などが、フレネルレンズ22fにより集光された光を受けて、受けた当該光を発電素子30へ集光させることができる。
ところで、特許文献1に記載の集光型太陽光発電装置では、筐体内にガスを流入させる機器および当該ガスの圧力を制御する機器などが別途必要であり、多くのコストがかかるという問題があった。さらに、筐体内に流入されたガスの漏れを防ぐために当該筐体内を密閉された空間にする必要があったり、当該筐体をガスの圧力に耐えることのできる材料で形成する必要があったりするなど、設計の自由度が低いという問題があった。
これに対して、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1は、発電素子30と、発電素子30が収容される筐体21とを備える。また、筐体21は、フレネルレンズ22fが設けられた集光部22と、発電素子30が配置された底部23と、集光部22および底部23を接続する側壁24とを含み、側壁24は樹脂で形成されている。
このような構成により、気温の変化に伴ってフレネルレンズ22fの焦点距離fが変化する場合、樹脂で形成されている側壁24もまた気温の変化に伴って膨張または収縮して、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lが変化する。このため、フレネルレンズ22fの焦点距離fが変化したとしても、発電素子30に集光される太陽光の光量が大幅に低下することを防ぎ、太陽光発電モジュール1の発電効率の低下を抑制することができる。従って、より優れた太陽光発電モジュールを提供することができる。
また、たとえば、特許文献1に記載の集光型太陽光発電装置と比較して、筐体内にガスを流入させる機器および当該ガスの圧力を制御する機器などを別途必要としないため、コストを低く抑えることができる。さらに、特許文献1に記載の集光型太陽光発電装置と比較して、筐体内を密閉された空間にしたり、筐体をガスの圧力に耐えることのできる材料で形成したりする必要がないため、設計の自由度を高めることができる。
また、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1では、フレネルレンズ22fは、ガラス基板と、当該ガラス基板上に設けられているシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含む。また、側壁24は、PETまたはPBTを用いて形成されている。
このような構成により、気温の変化に伴うフレネルレンズ22fの焦点距離fの変化量と、気温の変化に伴う側壁24の膨張または収縮によるフレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lの変化量とを近づけることができるため、太陽光発電モジュール1の発電効率の低下を効果的に抑制することができる。また、側壁24として必要な強度を確保することができる。
また、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1では、側壁24は、熱膨張率の異方性を有する材料を用いて形成されており、熱膨張率の大きい方向がフレネルレンズ22fの光軸方向に沿うように形成されている。
このような構成により、気温の変化に伴うフレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lの変化量がより大きくなるため、気温の変化に伴うフレネルレンズ22fの焦点距離fの変化量に対して、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lの変化量が追随する可能性を高めることができる。
また、第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1は、さらに、フレネルレンズ22fと発電素子30との間に設けられたボールレンズ32を備える。また、ボールレンズ32は、フレネルレンズ22fにより集光された光を受けて、受けた当該光を発電素子30へ集光させる。
このような構成により、たとえば、フレネルレンズ22fの焦点距離fが変化して、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lが当該焦点距離fに合わなくなった場合でも、ボールレンズ32において太陽光を大きく屈折させて当該太陽光を発電素子30に集光させることができる。すなわち、側壁24の膨張または収縮だけでは、フレネルレンズ22fと発電素子30との距離Lをフレネルレンズ22fの焦点距離fに合わせることができない場合でも、太陽光発電装置100の発電効率の低下を抑制することができる。このため、筐体21のサイズ調整または側壁24の材料の選択などの設計の自由度を高めることができる。
次に、他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
(第2の実施の形態)
[太陽光発電モジュールの構成]
図9は、第2の実施の形態に係る太陽光発電モジュールにおける筐体の構成を示す斜視図である。なお、図9では、集光部22、発電素子30およびFPC31を図示していない。ここでは、上述した第1の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1と異なる点について主に説明する。
図9を参照して、太陽光発電モジュール1の筐体21は、上述した第1の実施の形態に係る筐体21と比較して、さらに、太陽光発電モジュール1へ入射する入射光の光軸を確認するための光軸確認部40を備える。
たとえば、架台2に太陽光発電モジュール1を取り付ける際、作業者は、各太陽光発電モジュール1にそれぞれ設けられている光軸確認部40を用いて、各太陽光発電モジュール1へ入射する入射光の光軸を確認する。具体的には、作業者は、各太陽光発電モジュール1の集光部22に対して入射光の光軸が垂直または略垂直となるように、各太陽光発電モジュール1の向きを調整して、各太陽光発電モジュール1を1つずつ架台2に取り付ける。
光軸確認部40は、たとえば、PETまたはPBTなどの樹脂が用いられた射出成型により、側壁24およびフランジ27と一体成型される。光軸確認部40は、側壁24の4つの面のうち、自己の筐体21がフレーム部材F1に固定された状態において当該フレーム部材F1に対向する面以外の面に設けられている。
すなわち、光軸確認部40は、側壁24の面のうちフランジ27が設けられていない面に設けられている。なお、側壁24の面のうちフランジ27が設けられていない面が複数ある場合、光軸確認部40は、これら複数の面のうちの少なくとも1つの面に設けられていればよい。
[光軸確認部の構成]
図10は、図9に示す光軸確認部の構成を示す斜視図であり、図11は、図10に示す矢印Aの方向から光軸確認部の底面を目視した状態を示す図である。
図10および図11を参照して、光軸確認部40は、たとえば直方体の筐体であって、上面41と、上面41よりも入射光の進行方向の奥側に設けられた底面42と、側面43とを有する。上面41および底面42は、筐体21の集光部22の面と平行または略平行に設けられている。
上面41の中心または略中心には、入射光を、上面41と底面42と側面43とにより形成される光軸確認部40の内部空間へ導くための取入穴44が形成されている。
底面42には、光軸確認部40の内部空間へ導かれた入射光の光軸を確認するための複数の視認穴45が形成されている。光軸確認部40の内部空間へ導かれた入射光は、たとえば、これら複数の視認穴45のうちのいずれかの視認穴45を通過して、光軸確認部40の外部へ導かれる。
そして、作業者が、図10に示す矢印Aの方向から底面42を目視することにより、太陽光発電モジュール1への入射光の光軸を確認することができる。たとえば、作業者は、底面42を目視して、複数の視認穴45のうち底面42の中心または略中心に位置する視認穴45が光っていることを確認した場合、すなわち入射光が当該視認穴45を通過していることを確認した場合、太陽光発電モジュール1への入射光の光軸が当該太陽光発電モジュール1の集光部22の面に対して垂直または略垂直であると判断することができる。
一方、作業者は、複数の視認穴45のうち底面42の中心または略中心に位置する視認穴45以外の視認穴45が光っていること、または、いずれの視認穴45も光っていないことを確認した場合、太陽光発電モジュール1への入射光の光軸が当該太陽光発電モジュール1の集光部22の面に対して垂直または略垂直ではないと判断することができる。
[光軸確認部の構成(変形例1)]
図12は、図9に示す光軸確認部の構成(変形例1)を示す斜視図である。
図12を参照して、変形例1に係る光軸確認部40は、図10に示す光軸確認部40と同様に、上面41と、底面42と、側面43とを有する。以下で説明する内容以外は、変形例1に係る光軸確認部40と、図10に示す光軸確認部40とは同様の構成である。
変形例1に係る光軸確認部40は、当該光軸確認部40の内部空間に設けられ、上面41と底面42との間に位置する中間面46を有する。この中間面46は、上面41および底面42と平行または略平行であり、中間面46の中心または略中心には通過穴47が形成されている。
そして、入射光が上面41に対して所定の角度で入射した場合、当該入射光が通過穴47を通過して底面42に到達することができる。具体的には、入射光が上面41に対して垂直または略垂直に入射した場合、当該入射光が通過穴47を通過して底面42に到達する。一方、入射光が上面41に対して垂直または略垂直以外の角度で入射した場合、当該入射光は通過穴47を通過することができず、底面42に到達しない。
また、変形例1に係る光軸確認部40では、底面42に視認穴45が形成されていない。さらに、変形例1に係る光軸確認部40では、中間面46よりも底面42側における側面43に、底面42に入射光が到達しているか否かを確認するための視認窓48が形成されている。作業者は、この視認窓48から光軸確認部40の内部を目視することにより、光軸確認部40の内部空間に導かれた入射光が底面42に到達しているか否かを確認することができる。
すなわち、作業者は、底面42に入射光が到達していることを確認した場合、太陽光発電モジュール1への入射光の光軸が当該太陽光発電モジュール1の集光部22の面に対して垂直または略垂直であると判断することができる。一方、作業者は、底面42に入射光が到達していないことを確認した場合、太陽光発電モジュール1への入射光の光軸が当該太陽光発電モジュール1の集光部22の面に対して垂直または略垂直ではないと判断することができる。
[光軸確認部の構成(変形例2)]
図13は、図9に示す光軸確認部の構成(変形例2)を示す斜視図であり、図14は、図13に示す矢印Bの方向から光軸確認部の底面を目視した状態を示す図である。
図13および図14を参照して、変形例2に係る光軸確認部40は、図10に示す光軸確認部40と同様に、上面41と、底面42と、側面43とを有する。以下で説明する内容以外は、変形例2に係る光軸確認部40と、図10に示す光軸確認部40とは同様の構成である。
変形例2に係る光軸確認部40では、底面42は、光透過性を有する材料を用いて形成されている。たとえば、底面42を埋め込むようにインサート成形することにより、容易かつ低コストで光軸確認部40を作製することができる。また、底面42には、視認穴45は形成されていない。
そして、底面42が光透過性を有する材料を用いて形成されていることにより、作業者が、図13に示す矢印Bの方向から底面42を目視することで、光軸確認部40の内部空間に導かれた入射光が底面42のいずれの位置に到達したかを確認することができる。
そして、作業者は、このように光軸確認部40の内部空間に導かれた入射光が底面42のいずれの位置に到達したかを確認することで、太陽光発電モジュール1への入射光の光軸を確認することができる。なお、たとえば、底面42には、図14に示すように、底面42の中心または略中心を表す印Mが付されており、作業者は、当該印Mを用いて、光軸確認部40の内部空間に導かれた入射光が底面42の中心または略中心に到達しているか否かを確認することができる。
すなわち、作業者は、底面42に付された印Mの中心または略中心が光っていることを確認した場合、太陽光発電モジュール1への入射光の光軸が当該太陽光発電モジュール1の集光部22の面に対して垂直または略垂直であると判断することができる。一方、作業者は、底面42に付された印Mの中心または略中心以外の場所が光っていることを確認した場合、太陽光発電モジュール1への入射光の光軸が当該太陽光発電モジュール1の集光部22の面に対して垂直または略垂直ではないと判断することができる。
その他の構成は上述した第1の実施の形態に係る太陽光発電装置100と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
ところで、特許文献2に記載の集光型太陽発電装置では、入射する光の光軸を確認するための新たな部材を別途用いる必要があるため、多くのコストがかかるという問題があった。また、光軸の精度を確保するために、光軸確認のための装置の組み付け時において高い組み付け精度が要求されるという問題があった。
これに対して、第2の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1は、発電素子30と、発電素子30が収容される筐体21とを備える。さらに、太陽光発電モジュール1は、筐体21の側壁24と一体的に形成され、自己の太陽光発電モジュール1へ入射する入射光の光軸を確認するための光軸確認部40を備える。
このような構成により、入射光の光軸を確認するための新たな部材を別途用いる必要がないため、低コストを実現することができる。また、光軸の精度を確保するための高い組み付け精度が要求されることもない。従って、より優れた太陽光発電モジュールを提供することができる。
また、第2の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1では、側壁24および光軸確認部40は、樹脂を用いて一体的に形成されている。
このような構成により、たとえば射出成型を行うことで、側壁24および光軸確認部40を比較的容易に低コストで作製することができる。
また、第2の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1では、光軸確認部40は、上面41と、底面42とを含む。また、上面41には、入射光を光軸確認部40の内部空間へ導くための取入穴44が形成されている。また、底面42には、当該内部空間へ導かれた入射光の光軸を確認するための複数の視認穴45が形成されている。
このような構成により、複数の視認穴45の中から光が透過している視認穴45を特定することで、入射光の光軸を容易に確認することができる。また、側壁24と光軸確認部40とを同じ材料で形成することができるため、たとえば射出成型を行うことで、これら
側壁24および光軸確認部40を比較的容易に低コストで作製することができる。
また、第2の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1では、光軸確認部40は、上面41と、底面42と、上面41と底面42との間に設けられた中間面46とを含む。また、上面41には、入射光を光軸確認部40の内部空間へ導くための取入穴44が形成されている。また、中間面46には、上面41に対して所定の角度で入射した光が通過して底面42に到達可能な通過穴47が形成されている。
このような構成により、光軸確認部40の底面42に光が到達しているか否かを確認することで、太陽光発電モジュール1の上面41に対して入射光が所定の角度で入射しているか否かを容易に確認することができる。また、側壁24と光軸確認部40とを同じ材料で形成することができるため、たとえば射出成型を行うことで、これら側壁24および光軸確認部40を比較的容易に低コストで作製することができる。
また、第2の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1では、光軸確認部40は、上面41と、底面42とを含む。また、上面41には、入射光を光軸確認部40の内部空間へ導くための取入穴44が形成されている。また、底面42は、光透過性を有する材料を用いて形成されている。
このような構成により、たとえば底面42側から光軸確認部40を目視することで、底面42のいずれの位置に光が到達しているのかを確認することができるため、入射光の光軸を容易に確認することができる。また、多くの穴を形成するための加工などを必要としないため、光軸確認部40を備える太陽光発電モジュール1を低コストで作製することができる。
また、第2の実施の形態に係る太陽光発電モジュール1では、筐体21は、フレーム部材F1に固定される。また、光軸確認部40は、側壁24の面のうち、自己の筐体21がフレーム部材F1に固定された状態においてフレーム部材F1に対向する面以外の面に設けられている。
このような構成により、フレーム部材F1に筐体21を固定する際における光軸確認部40の存在を考慮する必要がなくなり、比較的低コストで単純な構成により、光軸確認部を備える太陽光発電モジュールを実現することができる。
なお、以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
[付記1]
発電素子と、
前記発電素子が収容される筐体とを備え、
前記筐体は、
レンズが設けられた集光部と、
前記発電素子が配置された底部と、
前記集光部および前記底部を接続する側壁とを含み、
前記側壁は樹脂で形成されており、
前記レンズは、フレネルレンズであり、前記発電素子は、前記フレネルレンズに対応する位置に設けられ、
前記側壁の伸縮により前記フレネルレンズと前記発電素子との距離が変化する、太陽光発電モジュール。
[付記2]
発電素子と、
前記発電素子が収容される筐体とを備える太陽光発電モジュールであって、
さらに、
前記筐体の側壁と一体的に形成され、前記太陽光発電モジュールへ入射する入射光の光軸を確認するための光軸確認部を備え、
前記光軸確認部は、前記入射光を自己の内部空間へ導き、
前記内部空間に導かれた前記入射光の進行方向が、前記光軸確認部の外部から確認可能である、太陽光発電モジュール。
<補記>
なお、開示された実施の形態(実施例)はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1,1A,1B 太陽光発電モジュール
2 架台
12 パネル筐体
21 筐体
22 集光部
22f フレネルレンズ(レンズ)
23 底部
24 側壁
27 フランジ
28 取付穴
30 発電素子
31 FPC
32 ボールレンズ
33 樹脂部材
40 光軸確認部
41 上面
42 底面
43 側面
44 取入穴
45 視認穴
46 中間面
47 通過穴
48 視認窓
100 太陽光発電装置
C1 太陽方位計
E1 収容部
F1 フレーム部材
M1 駆動部

Claims (7)

  1. 光を受けて発電する発電素子と、
    太陽光を集光するレンズが設けられた集光部、前記発電素子が配置される底部、および、前記底部の外枠を成し、前記集光部を支持する側壁、を有する閉鎖された筐体と、を備え、
    前記レンズは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられているシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含み、
    前記側壁は、PET(Polyethylene terephthalate)またはPBT(Polybutylene Terephthalate)を用いて形成されており、
    前記側壁は、熱膨張率の異方性を有する材料を用いて形成されており、前記熱膨張率の大きい方向が前記レンズの光軸方向に沿うように形成されている、太陽光発電モジュール。
  2. 太陽光発電モジュールであって、
    光を受けて発電する発電素子と、
    太陽光を集光するレンズが設けられた集光部、前記発電素子が配置される底部、および、前記底部の外枠を成し、前記集光部を支持する側壁、を有する閉鎖された筐体と、
    前記側壁と樹脂で一体的に形成され、前記太陽光発電モジュールへ入射する入射光の光軸を確認するための光軸確認部と、を備え、
    前記レンズは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられているシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含み、
    前記側壁は、PET(Polyethylene terephthalate)またはPBT(Polybutylene Terephthalate)を用いて形成されており、
    前記側壁は、熱膨張率の異方性を有する材料を用いて形成されており、前記熱膨張率の大きい方向が前記レンズの光軸方向に沿うように形成されている、太陽光発電モジュール。
  3. 前記光軸確認部は、
    上面と、
    底面とを含み、
    前記上面には、前記入射光を前記光軸確認部の内部空間へ導くための取入穴が形成され、
    前記底面には、前記内部空間へ導かれた前記入射光の光軸を確認するための複数の視認穴が形成されている、請求項に記載の太陽光発電モジュール。
  4. 前記光軸確認部は、
    上面と、
    底面と、
    前記上面と前記底面との間に設けられた中間面とを含み、
    前記上面には、前記入射光を前記光軸確認部の内部空間へ導くための取入穴が形成され、
    前記中間面には、前記上面に対して所定の角度で入射した光が通過して前記底面に到達可能な通過穴が形成されている、請求項に記載の太陽光発電モジュール。
  5. 前記光軸確認部は、
    上面と、
    底面とを含み、
    前記上面には、前記入射光を前記光軸確認部の内部空間へ導くための取入穴が形成され、
    前記底面は、光透過性を有する材料を用いて形成されている、請求項に記載の太陽光発電モジュール。
  6. 前記筐体は、フレーム部材に固定され、
    前記光軸確認部は、前記側壁の面のうち、自己の前記筐体が前記フレーム部材に固定された状態において前記フレーム部材に対向する面以外の面に設けられている、請求項から請求項のいずれか1項に記載の太陽光発電モジュール。
  7. フレーム部材によって複数の区画に仕切られた受け皿状のパネル筐体と、
    前記区画に装着された複数の太陽光発電モジュールと、
    を備える太陽光発電装置であって、前記太陽光発電モジュールは、
    光を受けて発電する発電素子と、
    太陽光を集光するレンズが設けられた集光部、前記発電素子が配置される底部、および、前記底部の外枠を成し、前記集光部を支持する側壁、を有する閉鎖された筐体と、を備え、
    前記レンズは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられているシリコーン樹脂またはアクリル樹脂とを含み、
    前記側壁は、PET(Polyethylene terephthalate)またはPBT(Polybutylene Terephthalate)を用いて形成されており、
    前記側壁は、熱膨張率の異方性を有する材料を用いて形成されており、前記熱膨張率の大きい方向が前記レンズの光軸方向に沿うように形成されている、太陽光発電パネル。
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