JP6561661B2 - 集光型太陽光発電ユニット、集光型太陽光発電モジュール、集光型太陽光発電パネル及び集光型太陽光発電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光を発電素子に集めて発電する集光型太陽光発電（ＣＰＶ：Concentrator Photovoltaic）のユニット、モジュール、パネル、装置に関する。
集光型太陽光発電の光学系基本単位を成すユニットは、例えば、凸レンズである一次レンズと、球レンズである二次レンズと、発電素子とを備えている（例えば、特許文献１（ＦＩＧ．８）参照）。発電素子としては、発電効率の高い太陽電池セルが用いられる。太陽光は一次レンズで集光されて二次レンズに入射し、二次レンズでさらに集光されて発電素子に到達する。
かかる構成により、小さな発電素子に対して大きな光エネルギーを集中し、高効率で発電することができる。このような集光型太陽光発電ユニットがマトリックス状に多数並べられて集光型太陽光発電モジュールを成し、さらにそのモジュールがマトリックス状に多数並べられて集光型太陽光発電パネルを成す。集光型太陽光発電パネルは、当該パネルを太陽に向けて追尾動作させるための駆動装置と共に、集光型太陽光発電装置を構成する。
二次レンズを設ける目的は、光エネルギーを小さなエリアに集中して高価格な発電素子の所要面積をなるべく小さくするためでもあるが、むしろ、太陽に対する追尾のずれや、一次レンズに対する発電素子の取付位置の誤差の影響を緩和して、集光精度を高めることにある。すなわち、一次レンズのみでは、追尾のずれや、取付位置の誤差が原因となって光軸がずれると、集光された光の一部が発電素子の受光面から外れる。この場合、発電効率が低下する。そこで、光軸の多少のずれが生じても光を発電素子に導くべく、球レンズ又は半球状レンズである二次レンズが設けられる（例えば、特許文献１（ＦＩＧ．５ｂ）、特許文献２（図１）、特許文献３参照。）。二次レンズは、支持部材によって発電素子から少し離した状態で固定される。
上記二次レンズ、発電素子、及び、レンズ支持部を含む二次集光部は、さらなる改善課題として、例えば、光の透過率を高めつつ（例えば特許文献３参照。）、製造が容易な構造とすること、及び、集光位置がずれた場合の発電素子周辺の保護を簡易かつ製造容易な構造で実現すること、が考えられる。これらの少なくとも１つを改善することによって、より完成度の高い二次集光部とすることができる。
そこで、本発明は、製造過程を考慮して、集光型太陽光発電ユニットにおける二次集光部の構造の完成度をさらに高めることを目的とする。
本開示は以下の発明を含む。但し、本発明は特許請求の範囲によって定められるものである。
本発明の集光型太陽光発電ユニットは、一次集光部で集光した太陽光を二次集光部で発電素子に導く集光型太陽光発電ユニットであって、光路上の位置の上下関係を、前記二次集光部に対して前記一次集光部が上方にあると定義した場合、前記二次集光部は、前記発電素子の上に設けられる二次レンズと、前記発電素子を囲み、前記二次レンズを上に乗せる台であって、前記二次レンズを前記発電素子から上方へ浮かした状態で支持するレンズ支持部と、前記二次レンズの表面を覆う、透光性の樹脂製の被覆部と、前記発電素子と前記二次レンズとの隙間の空間を満たす透光性の樹脂製のシール部と、を備え、前記レンズ支持部の上端面は、前記二次レンズに接する内側エッジ、及び、前記二次レンズに触れることなく前記内側エッジから外側へ拡がって前記被覆部の下端を受け止めている樹脂受け部を有している。
本発明の集光型太陽光発電ユニットは、一次集光部で集光した太陽光を二次集光部で発電素子に導く集光型太陽光発電ユニットであって、光路上の位置の上下関係を、前記二次集光部に対して前記一次集光部が上方にあると定義した場合、前記二次集光部は、前記発電素子の上に設けられる二次レンズと、前記発電素子を囲み、前記二次レンズを上に乗せる台であって、前記二次レンズを前記発電素子から上方へ浮かした状態で支持するレンズ支持部と、前記二次レンズの表面を覆う、透光性の樹脂製の被覆部と、前記発電素子と前記二次レンズとの隙間の空間を満たす透光性の樹脂製のシール部と、を備え、前記レンズ支持部の上端面は、前記二次レンズに接する内側エッジ、及び、前記二次レンズに触れることなく前記内側エッジから外側へ拡がって前記被覆部の下端を受け止めている樹脂受け部を有している。
なお、このような集光型太陽光発電ユニットの集まりとして集光型太陽光発電モジュール、さらにその集まりとして集光型太陽光パネル、太陽追尾の駆動装置を含めれば集光型太陽光発電装置とすることができる。
集光型太陽光発電ユニットにおける二次集光部の構造の完成度をさらに高めることができる。
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
（１）これは、一次集光部で集光した太陽光を二次集光部で発電素子に導く集光型太陽光発電ユニットであって、光路上の位置の上下関係を、前記二次集光部に対して前記一次集光部が上方にあると定義した場合、前記二次集光部は、
前記発電素子の上に設けられる二次レンズと、前記発電素子を囲み、前記二次レンズを上に乗せる台であって、前記二次レンズを前記発電素子から上方へ浮かした状態で支持するレンズ支持部と、前記二次レンズの表面を覆う、透光性の樹脂製の被覆部と、前記発電素子と前記二次レンズとの隙間の空間を満たす透光性の樹脂製のシール部と、を備え、
前記レンズ支持部の上端面は、前記二次レンズに接する内側エッジ、及び、前記二次レンズに触れることなく前記内側エッジから外側へ拡がって前記被覆部の下端を受け止めている樹脂受け部を有している。
前記発電素子の上に設けられる二次レンズと、前記発電素子を囲み、前記二次レンズを上に乗せる台であって、前記二次レンズを前記発電素子から上方へ浮かした状態で支持するレンズ支持部と、前記二次レンズの表面を覆う、透光性の樹脂製の被覆部と、前記発電素子と前記二次レンズとの隙間の空間を満たす透光性の樹脂製のシール部と、を備え、
前記レンズ支持部の上端面は、前記二次レンズに接する内側エッジ、及び、前記二次レンズに触れることなく前記内側エッジから外側へ拡がって前記被覆部の下端を受け止めている樹脂受け部を有している。
上記の集光型太陽光発電ユニットでは、被覆部が二次レンズと空気との間に介在することにより、光の反射を抑制し、発電効率を向上させる。また、レンズ支持部の上端面は、二次レンズに接する内側エッジから二次レンズに触れることなく外側へ拡がって被覆部の下端を受け止める樹脂受け部を有している。このような上端面は、製造過程で液状樹脂を二次レンズに垂らして被覆部を形成する場合に、液状樹脂の受け皿となることができ、液状樹脂がレンズ支持部の外側にこぼれ出ることを抑制できる。
（２）また、（１）の集光型太陽光発電ユニットにおいて、前記上端面は、前記内側エッジから外側に向かって高くなる形状を含んでいてもよい。
この場合、液状樹脂を二次レンズに垂らして被覆部を形成する場合に、液状樹脂の受け皿となることができ、かつ、液状樹脂が外側へこぼれ出ることを確実に防止できる。
この場合、液状樹脂を二次レンズに垂らして被覆部を形成する場合に、液状樹脂の受け皿となることができ、かつ、液状樹脂が外側へこぼれ出ることを確実に防止できる。
（３）また、（１）の集光型太陽光発電ユニットにおいて、太陽光を透過させない平板状の部材に形成された孔から前記二次レンズの上部を露出させ、前記二次レンズから外れた位置に集束する光を遮る遮蔽板が、前記レンズ支持部に乗った状態で固着されていてもよい。
この場合、太陽の追尾のずれによって光軸のずれが生じたとき（ＯＦＦ−ＡＸＩＳのとき）二次レンズに入射しない光を遮蔽板が遮るので、遮蔽板の下にあるレンズ支持部その他の焼損を防止することができる。
この場合、太陽の追尾のずれによって光軸のずれが生じたとき（ＯＦＦ−ＡＸＩＳのとき）二次レンズに入射しない光を遮蔽板が遮るので、遮蔽板の下にあるレンズ支持部その他の焼損を防止することができる。
（４）また、（３）の集光型太陽光発電ユニットにおいて、前記上端面は、前記二次レンズを前記内側エッジで支持する内側の低段部と、外側の高段部とを有し、前記遮蔽板は前記高段部に乗った状態で固着されている、という構成であってもよい。
この場合、高段部による遮蔽板の安定した支持が容易である。
この場合、高段部による遮蔽板の安定した支持が容易である。
（５）また、（１）〜（４）のいずれかの集光型太陽光発電ユニットにおいて、前記レンズ支持部は、前記発電素子を収容するパッケージの一部であってもよい。
この場合、パッケージと一体で、レンズ支持部を容易に、精度良く作製することができる。また、共通のパッケージに支持される発電素子と二次レンズとは、互いの光学的な位置関係を正確に維持することができる。
この場合、パッケージと一体で、レンズ支持部を容易に、精度良く作製することができる。また、共通のパッケージに支持される発電素子と二次レンズとは、互いの光学的な位置関係を正確に維持することができる。
（６）また、（１）の集光型太陽光発電ユニットを複数個並べて成る集光型太陽光発電モジュールとすることができる。
（７）また、（６）の集光型太陽光発電モジュールを複数個並べて成る集光型太陽光発電パネルとすることができる。
（８）また、（７）の集光型太陽光発電パネルと、当該集光型太陽光発電パネルが太陽の方向を向いて太陽の動きに追尾動作するように駆動する駆動装置とを備えた集光型太陽光発電装置とすることができる。
（７）また、（６）の集光型太陽光発電モジュールを複数個並べて成る集光型太陽光発電パネルとすることができる。
（８）また、（７）の集光型太陽光発電パネルと、当該集光型太陽光発電パネルが太陽の方向を向いて太陽の動きに追尾動作するように駆動する駆動装置とを備えた集光型太陽光発電装置とすることができる。
［実施形態の詳細］
《集光型太陽光発電装置／集光型太陽光発電パネル》
以下、本発明の実施形態の詳細について、図面を参照して説明する。まず、集光型太陽光発電装置の構成から説明する。
《集光型太陽光発電装置／集光型太陽光発電パネル》
以下、本発明の実施形態の詳細について、図面を参照して説明する。まず、集光型太陽光発電装置の構成から説明する。
図１は、集光型太陽光発電装置の一例を示す斜視図である。図において、集光型太陽光発電装置１００は、集光型太陽光発電パネル１と、これを背面側で支持する支柱３ａ及びその基礎３ｂを備える架台３とを備えている。集光型太陽光発電パネル１は、多数の集光型太陽光発電モジュール１Ｍを縦横に集合させて成る。この例では、中央部を除く、６２個（縦７×横９−１）の集光型太陽光発電モジュール１Ｍが縦横に集合している。１個の集光型太陽光発電モジュール１Ｍの定格出力が例えば約１００Ｗであるとすると、集光型太陽光発電パネル１全体としては、約６ｋＷの定格出力となる。なお、これらの数値は一例に過ぎない。
集光型太陽光発電パネル１の背面側には、駆動装置（図示せず）が設けられており、この駆動装置を動作させることにより、集光型太陽光発電パネル１を方位角及び仰角の２軸に駆動することができる。これにより、集光型太陽光発電パネル１は、常に、方位角及び仰角の双方において太陽の方向へ向くよう駆動される。また、集光型太陽光発電パネル１のいずれかの場所（この例では中央部）又は当該パネル１の近傍には追尾センサ４及び日射計５が設けられている。太陽の追尾動作は、追尾センサ４と、設置場所の緯度、経度、時刻から算出される太陽の位置とを頼りにして行われる。
すなわち、上記の駆動装置は、太陽が所定角度動くごとに、その所定角度だけ集光型太陽光発電パネル１を駆動する。所定角度動いたという事象は、追尾センサ４によって判定してもよいし、緯度・経度・時刻によって判定することもできる。従って、追尾センサ４は省略される場合もある。所定角度とは、例えば一定値であるが、太陽の高度や時刻によって値を変えることも可能である。
図２は、上記駆動装置等を含めた集光型太陽光発電システムの一例を示す図である。なお、これは、追尾動作制御の観点から見た図である。図２において、集光型太陽光発電装置１００は、前述のように、例えば背面側に太陽の追尾動作のための駆動装置２００を備えている。駆動装置２００は、仰角方向への駆動用のステッピングモータ２０１ｅ、方位角方向への駆動用のステッピングモータ２０１ａと、これらを駆動する駆動回路２０２とを備えている。なお、ステッピングモータは一例に過ぎず、他の動力源でもよい。
日射計５の出力信号は、駆動回路２０２及び制御装置４００に入力される。また、集光型太陽光発電パネル１の発電電力は、電力計３００で検知することができ、制御装置４００には検知した電力を示す信号が入力される。駆動装置２００は、集光型太陽光発電パネル１の設置場所の緯度、経度を記憶し、また、時計機能を有している。駆動装置２００は、追尾センサ４の出力信号と、緯度・経度・時刻から演算される太陽の位置とに基づいて、集光型太陽光発電パネル１が常に太陽に向くよう、追尾動作を行う。但し、前述のように、追尾センサ４は設けない場合もある。その場合には、緯度・経度・時刻から演算される太陽の位置にのみ基づいて追尾動作が行われる。
《集光型太陽光発電モジュールの一例》
図３は、集光型太陽光発電モジュール（以下、単にモジュールとも言う。）１Ｍの一例を拡大して示す斜視図（一部破断）である。図において、モジュール１Ｍは、底面１１ａを有する矩形の器状の筐体１１と、底面１１ａに接して設けられたフレキシブルプリント配線板１２と、筐体１１の鍔部１１ｂに、蓋のように取り付けられた一次集光部１３とを、主要な構成要素として備えている。筐体１１の少なくとも底面１１ａは、金属製である。フレキシブルプリント配線板１２の出力の終端は、プラス側と、マイナス側とに分けられて、例えば、底面１１ａから背面側へ突出して設けられた接続箱１４，１５に引き出されている。なお、フレキシブルプリント配線板１２の形状・配置は一例に過ぎず、その他、種々の形状・配置があり得る。
図３は、集光型太陽光発電モジュール（以下、単にモジュールとも言う。）１Ｍの一例を拡大して示す斜視図（一部破断）である。図において、モジュール１Ｍは、底面１１ａを有する矩形の器状の筐体１１と、底面１１ａに接して設けられたフレキシブルプリント配線板１２と、筐体１１の鍔部１１ｂに、蓋のように取り付けられた一次集光部１３とを、主要な構成要素として備えている。筐体１１の少なくとも底面１１ａは、金属製である。フレキシブルプリント配線板１２の出力の終端は、プラス側と、マイナス側とに分けられて、例えば、底面１１ａから背面側へ突出して設けられた接続箱１４，１５に引き出されている。なお、フレキシブルプリント配線板１２の形状・配置は一例に過ぎず、その他、種々の形状・配置があり得る。
一次集光部１３は、フレネルレンズアレイであり、太陽光を集光するレンズ要素としてのフレネルレンズ１３ｆがマトリックス状に複数個（例えば縦１４×横１０で、１４０個）並んで形成されている。このような一次集光部１３は、例えば、ガラス板を基材として、その裏面（内側）にシリコーン樹脂膜を形成したものとすることができる。フレネルレンズは、この樹脂膜に形成される。
図４は、フレキシブルプリント配線板１２を拡大した斜視図である。図において、図３では詳細を省略して簡略に示したが、本例のフレキシブルプリント配線板１２は、フレキシブル基板１２ｆ上に、図示しない導電パターンが形成されており、発電素子（図４には図示せず。）が搭載されている。発電素子は、パッケージ１７の内部に組み込まれている。パッケージ１７上には、球状レンズである二次レンズ１８が取り付けられている。発電素子を含むパッケージ１７及び二次レンズ１８は、二次集光部１６を構成している。パッケージ１７の外側には、バイパスダイオード１９が設けられている。この例のフレキシブル基板１２ｆは、二次集光部１６を搭載する箇所で幅が太くなり、それ以外では細くなって基板材料を節減している。
《集光型太陽光発電ユニット》
図５は、上記のモジュール１Ｍを構成する光学系基本単位としての、集光型太陽光発電ユニット（以下、単にユニットとも言う。）１Ｕを示す略図である。すなわち、ユニット１Ｕは、一次集光部としてのフレネルレンズ１３ｆ（一次レンズ）で集光した太陽光を二次集光部１６で、その中に組み込まれている発電素子２０に導くものである。
ここで、光路上の位置の上下関係を、二次集光部１６に対して一次集光部（フレネルレンズ１３ｆ）が上方にあると考えて、「上」又は「下」の、方向性を表す文言を用いるものとする。
図５は、上記のモジュール１Ｍを構成する光学系基本単位としての、集光型太陽光発電ユニット（以下、単にユニットとも言う。）１Ｕを示す略図である。すなわち、ユニット１Ｕは、一次集光部としてのフレネルレンズ１３ｆ（一次レンズ）で集光した太陽光を二次集光部１６で、その中に組み込まれている発電素子２０に導くものである。
ここで、光路上の位置の上下関係を、二次集光部１６に対して一次集光部（フレネルレンズ１３ｆ）が上方にあると考えて、「上」又は「下」の、方向性を表す文言を用いるものとする。
《二次集光部の構成》
以下、二次集光部１６の構成の各実施形態について説明する。
第１、第２実施形態は、光の透過率を高めつつ、製造が容易な構造とすることを主眼としたものである。また、第３〜７実施形態は、集光位置がずれた場合の発電素子周辺の保護を簡易かつ製造容易な構造で実現することを主眼としたものである。
但し、各実施形態については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。
以下、二次集光部１６の構成の各実施形態について説明する。
第１、第２実施形態は、光の透過率を高めつつ、製造が容易な構造とすることを主眼としたものである。また、第３〜７実施形態は、集光位置がずれた場合の発電素子周辺の保護を簡易かつ製造容易な構造で実現することを主眼としたものである。
但し、各実施形態については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。
（第１実施形態）
図６の（ａ）は、二次集光部１６の第１実施形態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。図において、発電素子２０は、樹脂製のパッケージ１７に搭載されている。パッケージ１７の底部に埋め込まれた電気接続用のリードフレーム２１ａ，２１ｂはそれぞれ、発電素子２０の両極に接続されている。パッケージ１７を構成する樹脂としては、例えば、ポリアミドやエポキシが適する。
図６の（ａ）は、二次集光部１６の第１実施形態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。図において、発電素子２０は、樹脂製のパッケージ１７に搭載されている。パッケージ１７の底部に埋め込まれた電気接続用のリードフレーム２１ａ，２１ｂはそれぞれ、発電素子２０の両極に接続されている。パッケージ１７を構成する樹脂としては、例えば、ポリアミドやエポキシが適する。
パッケージ１７は、底部１７ｂと一体に、レンズ支持部１７ａを備えている。レンズ支持部１７ａは、発電素子２０を囲み、二次レンズ１８を上に乗せる枠状の台である。なお、この「枠状の台」は、四角筒状であるが、その他、円筒状あるいは種々の多角筒状であってもよい。レンズ支持部１７ａの上端面は平面であり、樹脂受け部１７ｒとなっている。二次レンズ１８に当接するのは、上端面の内側エッジ１７ｅである。
レンズ支持部１７ａがパッケージ１７の一部であることにより、パッケージ１７と一体でレンズ支持部１７ａを容易に、精度良く作製することができる。また、共通のパッケージ１７に支持される発電素子２０と二次レンズ１８とは、互いの光学的な位置関係を正確に維持することができる。
二次レンズ１８は、球状レンズであり、発電素子２０から少し離れて（浮かせて）、レンズ支持部１７ａに支持されている。レンズ支持部１７ａ内での発電素子２０と二次レンズ１８との隙間の空間は透光性の樹脂で満たされたシール部２２ｓとなっている。シール部２２ｓにより発電素子２０は密封され、水分や埃等が発電素子２０に付着しないよう保護されている。シール部２２ｓ用の樹脂は例えばシリコーンであり、液状態で流し込まれ、固化してシール部２２ｓとなる。
レンズ支持部１７ａより上方へ出ている二次レンズ１８の表面は、被覆部２２ｃにより覆われている。被覆部２２ｃは、シール部２２ｓと同様に透光性の樹脂製であり、樹脂とは例えばシリコーンである。被覆部２２ｃは、二次レンズ１８の頂部から液状態のシリコーンを垂らすことにより、容易に形成することができる。図６の（ｂ）では簡略に図示しているが、二次レンズ１８の概ね上半球の表面では被覆部２２ｃは薄膜状になって固化し、被覆部２２ｃの下端は、樹脂受け部１７ｒ上に乗って、少し溜まった状態で固化する。
上記の「薄膜状」とは、図６の（ｂ）では図示の便宜上、厚めに描いているが、厚さが例えば０．２ｍｍ以下である。空気の屈折率１．０に対して、二次レンズ１８及び被覆部２２ｃの屈折率は、例えば以下の通りである。この数値範囲は、太陽光に含まれる紫外光（波長３００ｎｍ）から赤外光（波長２０００ｎｍ）までの波長の光に対して、好適な屈折率を設定するものである。
二次レンズ：１．４０〜１．６０
被覆部 ：１．３５〜１．５５
二次レンズ：１．４０〜１．６０
被覆部 ：１．３５〜１．５５
被覆部２２ｃの屈折率は、空気より高い。また、二次レンズ１８より低いものを選択する。これらの関係と、被覆部２２ｃが薄膜状であることによって、二次レンズ１８に入射しようとする光の反射が抑制できる。これにより、具体的には２〜３％、二次レンズ１８の光の透過率を改善することができる。これにより、発電効率が向上する。
一方、図６の（ｂ）に示すように、樹脂受け部１７ｒは、二次レンズ１８に接する内側エッジ１７ｅから二次レンズ１８に触れることなく外側へ拡がっている。そのため、被覆部２２ｃの下端が若干外側に広がっても、これを受け止めることができる。
すなわち、樹脂受け部１７ｒは、製造過程で液状樹脂を二次レンズに垂らして被覆部を形成する場合に、液状樹脂の受け皿となることができ、液状樹脂がレンズ支持部１７ａの外側にこぼれ出ることを抑制できる。
すなわち、樹脂受け部１７ｒは、製造過程で液状樹脂を二次レンズに垂らして被覆部を形成する場合に、液状樹脂の受け皿となることができ、液状樹脂がレンズ支持部１７ａの外側にこぼれ出ることを抑制できる。
図７は、二次レンズ１８による光の屈折を示す図である。（ａ）は、太陽光に含まれる光のうち、波長の短い光（例えば紫外光：波長３００ｎｍ）の屈折を、（ｂ）は、波長の長い光（例えば赤外光：波長２０００ｎｍ）の屈折を、それぞれ示している。このような二次レンズ１８の存在により、入射光の光軸が若干ずれても、発電素子２０へ光を導くことができる。すなわち、フレネルレンズ１３ｆとは別に、発電素子２０の近くに二次レンズ１８を設けることで、光エネルギーを小さなエリアに集中するとともに、一次集光部であるフレネルレンズ１３ｆに対する二次集光部１６の光軸のずれの影響を緩和して、集光精度を高めることができる。
（第２実施形態）
図８は、二次集光部１６の第２実施形態を示す断面図である。第１実施形態（図６の（ｂ））との違いは、レンズ支持部１７ａの上端面の形状である。すなわち、レンズ支持部１７ａの上端面は、内側エッジ１７ｅから途中までは平坦面であるが、途中から外側端まで上り傾斜している。このような形状にすることにより、製造過程で被覆部２２ｃの下端を受け止める「受け皿」としての機能がより効果的になり、液状樹脂がレンズ支持部１７ａの外側へこぼれ出ることを確実に防止できる。
その他の各部の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
図８は、二次集光部１６の第２実施形態を示す断面図である。第１実施形態（図６の（ｂ））との違いは、レンズ支持部１７ａの上端面の形状である。すなわち、レンズ支持部１７ａの上端面は、内側エッジ１７ｅから途中までは平坦面であるが、途中から外側端まで上り傾斜している。このような形状にすることにより、製造過程で被覆部２２ｃの下端を受け止める「受け皿」としての機能がより効果的になり、液状樹脂がレンズ支持部１７ａの外側へこぼれ出ることを確実に防止できる。
その他の各部の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
図９は、第２実施形態のレンズ支持部１７ａのバリエーションを示した断面図である。（ａ）は、上端面の内側エッジ１７ｅから外側まで一定勾配で徐々に高くなるように傾斜させた例である。（ｂ）は、上端面の内側エッジ１７ｅから外側まで円弧状に徐々に高くなるようにした例である。（ｃ）は、上端面の内側エッジ１７ｅから途中まで上り傾斜し、途中のピークより外側へは下り傾斜させた例である。（ｄ）は、上端面の内側エッジ１７ｅから途中まで平坦面で、途中から垂直に立ち上げてピークとし、ピークより外側へは下り傾斜させた例である。
図８及び、図９の４例は例示に過ぎず、要するに、レンズ支持部１７ａの上端面は、内側エッジから外側に向かって高くなる形状を含んでいればよい。
この場合、液状樹脂を二次レンズ１８に垂らして被覆部２２ｃを形成する場合に、レンズ支持部１７ａの上端面が液状樹脂の受け皿となることができ、かつ、液状樹脂が外側へこぼれ出ることを確実に防止できる。
この場合、液状樹脂を二次レンズ１８に垂らして被覆部２２ｃを形成する場合に、レンズ支持部１７ａの上端面が液状樹脂の受け皿となることができ、かつ、液状樹脂が外側へこぼれ出ることを確実に防止できる。
（第３実施形態）
図１０は、二次集光部１６の第３実施形態を示す断面図である。第１実施形態（図６の（ｂ））との違いは、遮蔽板２３が設けられている点、及び、レンズ支持部１７ａの上端面の形状である。遮蔽板２３は、太陽光を透過させない平板状の部材であり、中央に孔２３ａが形成された円板状部材で、ワッシャのような形状である。但し、遮蔽板２３の輪郭は、円でも四角でもよい。また、遮蔽板２３としては、耐熱性のある軽量な部材が好適であり、材質は、例えば金属製（例えばアルミ、鉄、銅）である。従って、簡易な形状、軽量、かつ、安価な部材を、遮蔽板２３とすることができる。なお、金属以外ではセラミック製とすることもできる。
図１０は、二次集光部１６の第３実施形態を示す断面図である。第１実施形態（図６の（ｂ））との違いは、遮蔽板２３が設けられている点、及び、レンズ支持部１７ａの上端面の形状である。遮蔽板２３は、太陽光を透過させない平板状の部材であり、中央に孔２３ａが形成された円板状部材で、ワッシャのような形状である。但し、遮蔽板２３の輪郭は、円でも四角でもよい。また、遮蔽板２３としては、耐熱性のある軽量な部材が好適であり、材質は、例えば金属製（例えばアルミ、鉄、銅）である。従って、簡易な形状、軽量、かつ、安価な部材を、遮蔽板２３とすることができる。なお、金属以外ではセラミック製とすることもできる。
遮蔽板２３は、孔２３ａから二次レンズ１８の上部を露出させ、レンズ支持部１７ａに乗った状態で固着されている。遮蔽板２３は、二次レンズ１８から外れた位置に集束する光を遮り、その下にあるレンズ支持部１７ａを含むパッケージ１７その他の焼損を防止する。
すなわち、このような二次集光部１６の構成では、遮蔽板２３が、二次集光部を構成する一要素となっており、レンズ支持部１７ａに乗った状態で固着されている。例えば追尾のずれによって集束する光軸のずれ（ＯＦＦ−ＡＸＩＳ）が生じたとき、二次レンズ１８から外れた位置に集束する光を遮蔽板２３によって遮ることで、遮蔽板２３の下にあるレンズ支持部１７ａその他の焼損を防止することができる。
レンズ支持部１７ａの上端面は、内側が低く、外側が高い２段形状になっている。内側の低段部は、すなわち樹脂受け部１７ｒであり、被覆部２２ｃの下端を受け止めるとともに、内側エッジ１７ｅで二次レンズ１８を支持する。外側の高段部１７ｈは、遮蔽板２３を乗せる台座となっている。
このような形状とすることにより、高段部１７ｈで遮蔽板２３を支持し、低段部の樹脂受け部１７ｒで二次レンズ１８を支持することができる。また、低段部の樹脂受け部１７ｒは、液状樹脂を二次レンズ１８に垂らして被覆部２２ｃを形成する場合に、液状樹脂の受け皿となることができ、かつ、高段部１７ｈにより液状樹脂が外側へこぼれ出ることを確実に防止できる。なお、液状樹脂は、二次レンズ１８と遮蔽板２３の孔２３ａの内周との隙間から樹脂受け部１７ｒに垂れ込んで固化することにより、結果的に、遮蔽板２３における孔２３ａの縁部２３ｂは、被覆部２２ｃに食い込んだ形となる。従って、被覆部２２ｃで遮蔽板２３を固定することができる。
（第４実施形態）
図１１は、二次集光部１６の第４実施形態を示す断面図である。第３実施形態（図１０）との違いは、遮蔽板２３の孔２３ａの内径が、被覆部２２ｃを施した二次レンズ１８の外径より大きい点である。この場合、先に被覆部２２ｃを形成してから、被覆部２２ｃと干渉することなく、遮蔽板２３を取り付けることができる。遮蔽板２３は、高段部１７ｈの上面と接着することにより、固定することができる。
図１１は、二次集光部１６の第４実施形態を示す断面図である。第３実施形態（図１０）との違いは、遮蔽板２３の孔２３ａの内径が、被覆部２２ｃを施した二次レンズ１８の外径より大きい点である。この場合、先に被覆部２２ｃを形成してから、被覆部２２ｃと干渉することなく、遮蔽板２３を取り付けることができる。遮蔽板２３は、高段部１７ｈの上面と接着することにより、固定することができる。
（第５実施形態）
図１２は、二次集光部１６の第５実施形態を示す断面図である。第３、第４実施形態（図１０、図１１）との違いは、シール部２２ｓが機能的に、レンズ支持部をも兼ねている点である。また、遮蔽板２３も、レンズ支持部を兼ねるシール部２２ｓに固着されている。従って、パッケージ１７の一部としてのレンズ支持部は、この実施形態では存在しない。また、シール部２２ｓは、被覆部２２ｃとも繋がっている。遮蔽板２３の孔２３ａの内径は、被覆部２２ｃを施した二次レンズ１８の外径より大きい。
図１２は、二次集光部１６の第５実施形態を示す断面図である。第３、第４実施形態（図１０、図１１）との違いは、シール部２２ｓが機能的に、レンズ支持部をも兼ねている点である。また、遮蔽板２３も、レンズ支持部を兼ねるシール部２２ｓに固着されている。従って、パッケージ１７の一部としてのレンズ支持部は、この実施形態では存在しない。また、シール部２２ｓは、被覆部２２ｃとも繋がっている。遮蔽板２３の孔２３ａの内径は、被覆部２２ｃを施した二次レンズ１８の外径より大きい。
図１２のようなシール部２２ｓ及び被覆部２２ｃは、例えば、樹脂モールドによって作製することができる。
この場合、各部を安定した品質で画一的に作製することができる。
この場合、各部を安定した品質で画一的に作製することができる。
（第６実施形態）
図１３は、二次集光部１６の第６実施形態を示す断面図である。第３、第４実施形態（図１０、図１１）との違いは、被覆部を省いている点と、レンズ支持部１７ａの上端面が平坦面である点とである。レンズ支持部１７ａは、二次レンズ１８を内側エッジ１７ｅで支持するとともに、遮蔽板２３を支持し、固着させる台座にもなっている。この場合、レンズ支持部１７ａの上端面の形状が簡素である。
図１３は、二次集光部１６の第６実施形態を示す断面図である。第３、第４実施形態（図１０、図１１）との違いは、被覆部を省いている点と、レンズ支持部１７ａの上端面が平坦面である点とである。レンズ支持部１７ａは、二次レンズ１８を内側エッジ１７ｅで支持するとともに、遮蔽板２３を支持し、固着させる台座にもなっている。この場合、レンズ支持部１７ａの上端面の形状が簡素である。
（第７実施形態）
図１４は、二次集光部１６の第７実施形態を示す断面図である。第６実施形態（図１３）との違いは、遮蔽板２３を、より大きく拡げている点である。
この場合の遮蔽板２３は、フレキシブル基板１２ｆ上で、パッケージ１７の近くに設けられるバイパスダイオード１９についても、二次レンズ１８から外れた位置に集束する光から遮蔽する。言い換えれば、遮蔽板２３は、バイパスダイオード１９についても遮蔽する大きさを有している。こうして、遮蔽板２３は、バイパスダイオード１９の焼損をも防止することができる。
図１４は、二次集光部１６の第７実施形態を示す断面図である。第６実施形態（図１３）との違いは、遮蔽板２３を、より大きく拡げている点である。
この場合の遮蔽板２３は、フレキシブル基板１２ｆ上で、パッケージ１７の近くに設けられるバイパスダイオード１９についても、二次レンズ１８から外れた位置に集束する光から遮蔽する。言い換えれば、遮蔽板２３は、バイパスダイオード１９についても遮蔽する大きさを有している。こうして、遮蔽板２３は、バイパスダイオード１９の焼損をも防止することができる。
《二次レンズのバリエーション》
二次集光部１６に関する上記各実施形態において、二次レンズ１８は代表的な球状レンズとして説明した。但し、球状レンズに限定される訳ではなく、二次レンズは他にも種々の形状であり得る。
二次集光部１６に関する上記各実施形態において、二次レンズ１８は代表的な球状レンズとして説明した。但し、球状レンズに限定される訳ではなく、二次レンズは他にも種々の形状であり得る。
図１５は、二次レンズ１８の形状のバリエーションを示す図である。
二次レンズの形状としては、既に示した（ａ）の球状の他、以下の形状が採用可能である。
（ｂ）楕円体型：楕円の回転体
（ｃ）半球逆円錐型：上が半球体で、下が逆円錐
（ｄ）ホモジナイザ型：上面が平面（正方形）で、その下が角錐（四角錐）
（ｅ）雫型：上部が円錐で、下部が半球体
（ｆ）平凸型：上面が円形の平面で、その下が半球体
二次レンズの形状としては、既に示した（ａ）の球状の他、以下の形状が採用可能である。
（ｂ）楕円体型：楕円の回転体
（ｃ）半球逆円錐型：上が半球体で、下が逆円錐
（ｄ）ホモジナイザ型：上面が平面（正方形）で、その下が角錐（四角錐）
（ｅ）雫型：上部が円錐で、下部が半球体
（ｆ）平凸型：上面が円形の平面で、その下が半球体
上記のような種々の形状はいずれも、少なくとも一部に、球面、楕円体面、円錐面、逆向きの角錐面のいずれか１つ以上を有する。このような形状の二次レンズ１８は、取り込んだ光を屈折又は全反射させながら、下方、すなわち発電素子へ導く作用をする。
このような形状の二次レンズによれば、一次集光部と光軸が若干ずれても発電素子へ導く光量が大きく減少しないという利点がある。なお、レンズ支持部は、これらの各種形状に合わせて作製することができる。
このような形状の二次レンズによれば、一次集光部と光軸が若干ずれても発電素子へ導く光量が大きく減少しないという利点がある。なお、レンズ支持部は、これらの各種形状に合わせて作製することができる。
《モジュール／パネル／装置》
上記のような二次集光部１６によれば、第１、第２実施形態では、光の透過率を高めつつ、製造が容易な構造とすることができる。また、第３〜７実施形態では、集光位置がずれた場合の発電素子周辺の保護を簡易かつ製造容易な構造で実現することができる。いずれの場合も、二次集光部１６の完成度を高め、集光型太陽光発電ユニット１Ｕに安定した性能をもたらす。
同様に、集光型太陽光発電モジュール１Ｍ、集光型太陽光発電パネル１、さらには、集光型太陽光発電パネル１が太陽の方向を向いて太陽の動きに追尾動作するように駆動する駆動装置２００を備えた集光型太陽光発電装置１００について、安定した性能をもたらすことができる。
上記のような二次集光部１６によれば、第１、第２実施形態では、光の透過率を高めつつ、製造が容易な構造とすることができる。また、第３〜７実施形態では、集光位置がずれた場合の発電素子周辺の保護を簡易かつ製造容易な構造で実現することができる。いずれの場合も、二次集光部１６の完成度を高め、集光型太陽光発電ユニット１Ｕに安定した性能をもたらす。
同様に、集光型太陽光発電モジュール１Ｍ、集光型太陽光発電パネル１、さらには、集光型太陽光発電パネル１が太陽の方向を向いて太陽の動きに追尾動作するように駆動する駆動装置２００を備えた集光型太陽光発電装置１００について、安定した性能をもたらすことができる。
《補記》
なお、今回開示された実施の形態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。
なお、今回開示された実施の形態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。
但し、上記発明の実施の形態には、特許請求の範囲に記載した発明の他、例えば以下に付記する発明も含まれている。
（付記１）
一次集光部で集光した太陽光を二次集光部で発電素子に導く集光型太陽光発電ユニットであって、光路上の位置の上下関係を、前記二次集光部に対して前記一次集光部が上方にあると定義した場合、前記二次集光部は、
前記発電素子の上に設けられる二次レンズと、
前記二次レンズを支持するレンズ支持部と、
太陽光を透過させない平板状の部材に形成された孔から前記二次レンズの上部を露出させ、かつ、前記レンズ支持部に乗った状態で固着され、前記二次レンズから外れた位置に集束する光を遮る遮蔽板と、
を備えている集光型太陽光発電ユニット。
なお、前記遮蔽板は、中央に前記孔が形成された円板状部材であってもよい。
（付記１）
一次集光部で集光した太陽光を二次集光部で発電素子に導く集光型太陽光発電ユニットであって、光路上の位置の上下関係を、前記二次集光部に対して前記一次集光部が上方にあると定義した場合、前記二次集光部は、
前記発電素子の上に設けられる二次レンズと、
前記二次レンズを支持するレンズ支持部と、
太陽光を透過させない平板状の部材に形成された孔から前記二次レンズの上部を露出させ、かつ、前記レンズ支持部に乗った状態で固着され、前記二次レンズから外れた位置に集束する光を遮る遮蔽板と、
を備えている集光型太陽光発電ユニット。
なお、前記遮蔽板は、中央に前記孔が形成された円板状部材であってもよい。
１ 集光型太陽光発電パネル
１Ｍ 集光型太陽光発電モジュール
１Ｕ 集光型太陽光発電ユニット
３ 架台
３ａ 支柱
３ｂ 基礎
４ 追尾センサ
５ 日射計
１１ａ 底面
１１ 筐体
１１ｂ 鍔部
１２ フレキシブルプリント配線板
１２ｆ フレキシブル基板
１３ 一次集光部
１３ｆ フレネルレンズ
１４，１５ 接続箱
１６ 二次集光部
１７ パッケージ
１７ａ レンズ支持部
１７ｂ 底部
１７ｅ 内側エッジ
１７ｈ 高段部
１７ｒ 樹脂受け部（低段部）
１８ 二次レンズ
１９ バイパスダイオード
２０ 発電素子
２１ａ リードフレーム
２１ｂ リードフレーム
２２ｃ 被覆部
２２ｓ シール部
２３ 遮蔽板
２３ａ 孔
２３ｂ 縁部
１００ 集光型太陽光発電装置
２００ 駆動装置
２０１ｅ ステッピングモータ
２０１ａ ステッピングモータ
２０２ 駆動回路
３００ 電力計
４００ 制御装置
１Ｍ 集光型太陽光発電モジュール
１Ｕ 集光型太陽光発電ユニット
３ 架台
３ａ 支柱
３ｂ 基礎
４ 追尾センサ
５ 日射計
１１ａ 底面
１１ 筐体
１１ｂ 鍔部
１２ フレキシブルプリント配線板
１２ｆ フレキシブル基板
１３ 一次集光部
１３ｆ フレネルレンズ
１４，１５ 接続箱
１６ 二次集光部
１７ パッケージ
１７ａ レンズ支持部
１７ｂ 底部
１７ｅ 内側エッジ
１７ｈ 高段部
１７ｒ 樹脂受け部（低段部）
１８ 二次レンズ
１９ バイパスダイオード
２０ 発電素子
２１ａ リードフレーム
２１ｂ リードフレーム
２２ｃ 被覆部
２２ｓ シール部
２３ 遮蔽板
２３ａ 孔
２３ｂ 縁部
１００ 集光型太陽光発電装置
２００ 駆動装置
２０１ｅ ステッピングモータ
２０１ａ ステッピングモータ
２０２ 駆動回路
３００ 電力計
４００ 制御装置
Claims (5)
- 一次集光部で集光した太陽光を二次集光部で発電素子に導く集光型太陽光発電ユニットであって、光路上の位置の上下関係を、前記二次集光部に対して前記一次集光部が上方にあると定義した場合、前記二次集光部は、
前記発電素子の上に設けられる二次レンズと、
前記発電素子を囲み、前記二次レンズを上に乗せる台であって、前記二次レンズを前記発電素子から上方へ浮かした状態で支持するレンズ支持部と、
前記二次レンズの表面を覆う、透光性の樹脂製の被覆部と、
前記発電素子と前記二次レンズとの隙間の空間を満たす透光性の樹脂製のシール部と、
太陽光を透過させない平板状の部材に形成された孔から前記二次レンズの上部を露出させ、前記二次レンズから外れた位置に集束する光を遮り、前記レンズ支持部に乗った状態で固着されている遮蔽板と、を備え、
前記レンズ支持部の上端面は、前記二次レンズに接する内側エッジ、及び、前記二次レンズに触れることなく前記内側エッジから外側へ拡がって前記被覆部の下端を受け止めている樹脂受け部を有し、
前記上端面は、前記二次レンズを前記内側エッジで支持する内側の低段部と、外側の高段部とを有し、
前記遮蔽板は前記高段部に乗った状態で固着されている、集光型太陽光発電ユニット。 - 前記レンズ支持部は、前記発電素子を収容するパッケージの一部である、請求項１に記載の集光型太陽光発電ユニット。
- 請求項１に記載の集光型太陽光発電ユニットを複数個並べて成る集光型太陽光発電モジュール。
- 請求項３に記載の集光型太陽光発電モジュールを複数個並べて成る集光型太陽光発電パネル。
- 請求項４に記載の集光型太陽光発電パネルと、当該集光型太陽光発電パネルが太陽の方向を向いて太陽の動きに追尾動作するように駆動する駆動装置とを備えた集光型太陽光発電装置。
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| AU2016302168A AU2016302168B2 (en) | 2015-08-03 | 2016-06-06 | Concentrator photovoltaic unit, concentrator photovoltaic module, concentrator photovoltaic panel, and concentrator photovoltaic device |
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