TW202013758A - 聚光型太陽光發電模組及聚光型太陽光發電裝置 - Google Patents
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Abstract
一種聚光型太陽光發電模組，係將複數個聚集太陽光進行發電的聚光型太陽光發電單元並列於筐體內而構成者，聚光型太陽光發電單元之各個係具備：一次透鏡，係將射入的太陽光聚集；可撓性印刷配線板，係設置於筐體之底面；電池，係設置於可撓性印刷配線板上的與正面對太陽時之一次透鏡之光軸成為一致的位置，對聚集之光進行光電轉換；框體，係與可撓性印刷配線板之導電圖案接合，且將電池包圍；及透光性之密封樹脂，係在框體之內側密封電池。
Description
本發明關於聚光型太陽光發電模組及聚光型太陽光發電裝置。
本申請案依據2018年6月27日申請之日本申請案第2018-121995號主張優先權，並援用上述日本申請案記載的全部內容。
聚光型太陽光發電裝置，藉由聚光透鏡聚集太陽光使射入至發電用之小的電池的光學系統之基本構成作為最小單位。將該基本構成之聚光型太陽光發電單元以矩陣狀並列於筐體內而成聚光型太陽光發電模組。再者，將複數個該聚光型太陽光發電模組並列構成陣列(面板)，1台聚光型太陽光發電裝置。為了追蹤太陽，載置陣列的追蹤架台係以可以進行方位角及仰角之2軸驅動的方式被支撐於支柱(例如參照專利文獻1)。
理想地進行太陽之追蹤的話，可以將太陽光正確地聚光於電池上之目標位置，但實際上會有產生些微的偏離之情況。為了吸收這樣的些微的偏離，因此作為包含電池的受光部之構造，將球形透鏡配置於電池之稍微上方，即使光出現些微偏離之情況下只要能進入球形透鏡，即可將光導入電池的技術被被提案(例如參照專利文獻2、3)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 特開2014-226025號公報
[專利文獻2] 美國專利申請案公開US2010/0236603A1
[專利文獻3] 特開2014-63779號公報
[專利文獻4] 特開2015-90914號公報
本揭示包含以下之發明。但是，本發明由申請專利範圍規定。
本發明之一表現的聚光型太陽光發電模組，係將複數個聚集太陽光進行發電的聚光型太陽光發電單元並列於筐體內而構成者，上述聚光型太陽光發電單元之各個係具備：一次透鏡，係將射入的太陽光聚集；可撓性印刷配線板，係設置於上述筐體之底面；電池，係設置於上述可撓性印刷配線板上的與正面對太陽時之上述一次透鏡之光軸成為一致的位置，對聚集之光進行光電轉換；框體，係與上述可撓性印刷配線板之導電圖案接合，且將上述電池包圍；及透光性之密封樹脂，係在上述框體之內側密封上述電池。
[發明所欲解決之課題]
聚光型太陽光發電模組中，為了支撐球形透鏡而使用例如樹脂成型的封裝。圖14係表示載置有球形透鏡51的狀態之封裝52之斜視圖。封裝52，係對位於球形透鏡51之下的電池(未圖示)進行保持，並且亦成為支撐球形透鏡51的支撐部。但是，在1個模組使用多數封裝52意味著成為阻害進一步降低成本之要因。
又，作為球形透鏡之取代雖亦有使用光學均勻器(Homogenizer)的受光部(例如參照專利文獻4)，受光部之構造乃然複雜，而且高價位。
又，受光部除考慮更精確地導引光以外，亦需要考慮放熱。
有鑑於該課題，本揭示之目的在於，將構成聚光型太陽光發電模組的聚光型太陽光發電單元中的受光部，設為簡單且低成本的構造之同時提高導光及放熱之功能。
[本揭示之效果]
依據本揭示，可以將構成聚光型太陽光發電模組的聚光型太陽光發電單元中的受光部，設為簡單且低成本的構造之同時，可以提高導光及放熱之功能。
[實施形態之要旨]
本發明之實施形態之要旨至少包含以下者。
(1)一種聚光型太陽光發電模組，係將複數個聚集太陽光進行發電的聚光型太陽光發電單元並列於筐體內而構成者，上述聚光型太陽光發電單元之各個係具備：一次透鏡，係將射入的太陽光聚集；可撓性印刷配線板，係設置於上述筐體之底面；電池，係設置於上述可撓性印刷配線板上的與正面對太陽時之上述一次透鏡之光軸成為一致的位置，對聚集之光進行光電轉換；框體，係與上述可撓性印刷配線板之導電圖案接合，且將上述電池包圍；及透光性之密封樹脂，係在上述框體之內側密封上述電池。
如上述般構成的聚光型太陽光發電模組中的聚光型太陽光發電單元中，框體有助於反射偏離電池的光並導引至電池。又，框體與導電圖案具有相互接合的關係，因此電池之熱透過導電圖案傳導至框體，框體有助於散熱。如此則廢棄電池之樹脂封裝等，成為簡單且便宜的構造，可以提高導光及散熱之雙方之效果。
(2)又，(1)之聚光型太陽光發電模組中，較好是上述框體之材質為金屬、以及導熱係數為1[W/m･K]以上之陶瓷及樹脂之任一。
這樣的框體，藉由一定以上之熱傳導性，有助於電池之散熱。特別是，金屬製之框體可以便宜製作。
(3)又，(1)或(2)之聚光型太陽光發電模組中，可以具備：二次透鏡，其在上述光軸上位於上述一次透鏡與上述電池之間，且以在與上述電池之間形成間隙的方式被上述框體保持。
該情況下，框體成為二次透鏡之支撐體，並且可以將從二次透鏡洩漏出的散射光反射並導引至電池。
(4)又，(1)~(3)之任一之聚光型太陽光發電模組中，上述框體可以具備：筒狀之支撐基部；及凸緣狀之遮蔽部，係形成於該支撐基部之光射入之側的端部。
該情況下，藉由遮蔽部可以抑制聚光位置從電池偏離之OFF-AXIS光之例如射中旁路二極體，可以保護旁路二極體免受OFF-AXIS光影響。
(5)又，(1)之聚光型太陽光發電模組中，上述框體為朝向光之射入側使開口擴大的形狀亦可。
該情況下，框體可以藉由寬的開口承受未直接射入電池的光，而且在內面反射並導引至電池。該情況下，二次透鏡可以省略。
(6)又，(1)~(5)之任一之聚光型太陽光發電模組中，例如上述電池之底面側之一極所接合的上述導電圖案亦與上述框體接合。
該情況下，容易傳導電池之熱的導電圖案亦與框體接合，因此電池之散熱有效。
(7)又，一種聚光型太陽光發電裝置，可以將複數個(1)之聚光型太陽光發電模組並列於追蹤太陽的架台上而構成陣列者。
[實施形態之詳細]
以下，參照圖面說明本發明之一實施形態的聚光型太陽光發電裝置及聚光型太陽光發電模組。
《太陽光發電裝置》
圖1及圖2分別表示從受光面側觀察到之1台分的聚光型之太陽光發電裝置之一例的斜視圖。圖1係表示已完成的狀態之太陽光發電裝置100，圖2係表示組裝中途之狀態之太陽光發電裝置100。圖2係將可以觀察到追蹤架台25之骨架的狀態表示於右半部，將安裝有聚光型太陽光發電模組(以下亦有簡單稱為模組)1M的狀態表示於左半部。又，實際上將模組1M安裝於追蹤架台25時，係使追蹤架台25平躺在地面之狀態下進行安裝。
圖1中，該太陽光發電裝置100，係具備：在上部側連續，在下部側分開為左右的形狀之陣列(太陽光發電面板全體)1；及其之支撐裝置2。陣列1係在背面側之追蹤架台25(圖2)上將模組1M整齊排列而構成。圖1之例中，係由構成左右之翼部的(96(=12×8)×2)個、及中央之交界部分之8個之合計200個之模組1M之集合體來構成陣列1。
支撐裝置2，係具備：支柱21；基座22；2軸驅動部23；及成為驅動軸的水平軸24(圖2)。支柱21，其下端被固定於基座22，於上端具備2軸驅動部23。
圖1中，基座22係以僅上面可以觀察到的程度堅固地埋設於地下。在將基座22埋設於地下之狀態下，支柱21成為垂直，水平軸24(圖2)成為水平。2軸驅動部23，係可以使水平軸24在方位角(以支柱21作為中心軸之角度)及仰角(以水平軸24作為中心軸之角度)之2方向旋動。圖2中，於水平軸24安裝有對追蹤架台25進行補強的補強構件25a。又，於補強構件25a安裝有複數個朝水平方向之軌條25b。因此，水平軸24朝方位角或仰角之方向旋動時，陣列1亦朝該方向旋動。
又，於圖1、圖2中示出藉由1根支柱21對陣列1進行支撐的支撐裝置2，但支撐裝置2之構成不限定於此。簡要言之，只要是使陣列1在2軸(方位角、仰角)可以移動的方式進行支撐的支撐裝置即可。
如圖1這樣，陣列1成為垂直者通常是在天亮及日落前。
在白天，以使陣列1之受光面成為經常正面對太陽之姿勢的方式，使2軸驅動部23動作，陣列1進行太陽之追蹤動作。
圖3係表示作為一例之正面對太陽的陣列1之姿勢之斜視圖。又，例如若是赤道附近之南部的時間，陣列1使受光面朝向太陽而成為水平的姿勢。在夜間，例如陣列1之受光面朝向地面而成為水平的姿勢。
《聚光型太陽光發電模組之構成例》
圖4係表示聚光型太陽光發電模組1M之構成之一例之斜視圖。但是，底面11b側僅示出可撓性印刷配線板13，於此，省略其他之構成要素。
模組1M，作為外觀上之實體的形態，例如係具備：金屬製或樹脂製且為長方形之平底容器狀之筐體11；及在其之上方以成為蓋的方式安裝的聚光部12。聚光部12，例如係在1片透光性之玻璃板12a之背面黏貼樹脂製之一次透鏡(菲涅爾透鏡)12f而構成。例如劃分為圖示之正方形(該例中為14個×10個，但數量僅為說明上之一例)之1個個為一次透鏡12f，可以將太陽光收斂於焦點位置。
在筐體11之底面11b上，例如在筐體11之左半部及右半部之各個，1根細長的可撓性印刷配線板13如圖示般以邊變換方向邊對齊的方式排列配置。可撓性印刷配線板13具有相對寬幅的部位與窄幅的部位。供作為安裝電池(未圖示)者為寬幅的部位。電池配置於與菲涅爾透鏡12f之各個光軸對應的位置。
在可撓性印刷配線板13與聚光部12之間例如安裝有金屬製之遮蔽板14。於遮蔽板14，在與各個一次透鏡12f之中心對應的位置形成有與一次透鏡12f之正方形相似的正方形之開口14a。若陣列1正確地追蹤太陽，太陽光相對於模組1M的射入角為0度時，一次透鏡12f所聚光的光可以通過開口14a。追蹤大幅偏離之情況下，聚光的光被遮蔽板14遮蔽。但是，追蹤僅些微偏離之情況下，聚光的光會通過開口14a。
《聚光型太陽光發電單元之構成例》
圖5係表示作為構成模組1M的聚光型發電之光學系統之基本構成之聚光型太陽光發電單元1U之一例之剖面圖。又，為了構造說明之方便，將圖5所示各部適當地擴大描繪，但未必是與實際寸法呈比例之圖(圖6以後亦同樣)。
圖5中，若聚光型太陽光發電單元1U正面對太陽，太陽光之射入角為0度時，受光部R之二次透鏡30及電池33位於一次透鏡12f之光軸Ax上，一次透鏡12f所聚集的光通過遮蔽板14之開口14a，被取入於受光部R之二次透鏡30並導引至電池33。
圖5中，受光部R具備二次透鏡30、框體31、導電圖案32、電池33、及密封樹脂34。框體31係以包圍電池33的方式設置。受光部R係安裝於可撓性印刷配線板13上。又，於電池33並列連接有旁路二極體，旁路二極體設置於哪一部位在本實施形態中並未特別限定。
二次透鏡30例如為球形透鏡。二次透鏡30係藉由框體31之上端部內周緣部31e，在與電池33之間以形成有光軸Ax方向之間隙的方式被支撐。框體31，例如為角筒狀，為金屬製。電池33及框體31，係在導電圖案32例如塗敷導電性之銀糊而被接合。密封樹脂34為透光性之例如矽酮樹脂，係以填滿框體31之內側之二次透鏡30與電池33之間所形成的空間的方式被設置。
圖6係和圖5同樣之聚光型太陽光發電單元1U之剖面圖，示出僅發生些微的追蹤偏離的狀態之一例。如前述般，些微的追蹤偏離中，光不被遮蔽板14遮蔽。進入二次透鏡30的光係被導引至電池33，未進入二次透鏡30的光則射中框體31之端面31a。框體31為金屬製，因此不會發生光引起之熱損傷。
圖7為僅抽出圖5之受光部R之剖面圖。圖中，進入二次透鏡30內之光，大致如圖5所示被導引至電池33，但實際上於二次透鏡30內產生些微之光散射。例如圖7之二點虛線所示，存在散射光不朝向電池33而從二次透鏡30出來之情況，但光會被具有金屬光澤之框體31之內面31b反射並導引至電池33。如此則，即使是作為散射光而從二次透鏡30出來之光，其之至少一部分會被導引至電池33而有助於發電。
圖8為可撓性印刷配線板13之平面圖，又，係表示框體31及電池33對導電圖案32之安裝要領之圖。首先，如(a)所示，導電圖案32係以正側之導電圖案32p與負側之導電圖案32n相互絕緣的狀態下形成。
圖8之(b)係以虛線之斜線表示安裝框體31及電池33之部位。(c)係表示於該斜線之區域塗布銀糊而安裝有(接合有)框體31及電池33之狀態之圖。電池33之正極亦即底面係與導電圖案32p實體而且電連接。又，電池33之表面側之負極係透過金線35電連接於導電圖案32n。框體31係藉由銀糊接合於導電圖案32p，藉此而電連接於導電圖案32p。框體31並非電性構件，但藉由電連接而與導電圖案32p之間具有良好的熱傳導性。因此，電池33之發熱傳導至導電圖案32p，進一步傳導至框體31。因此，框體31成為散熱體，有助於電池33之散熱。框體31為環氧樹脂等之封裝之情況下，導熱係數為0.2[W/m･K]左右，但鋁或鋁合金之情況下，導熱係數為例如236[W/m･K]，導熱係數存在壓倒性的差。鋁或鋁合金以外，例如使用銅(導熱係數398[W/m･K])或不銹鋼(導熱係數26[W/m･K])等時，例如在接合電池或二極體時框體亦可以同時藉由回流焊進行接合，成為藉由簡易的工程可以接合。
圖9係表示對可撓性印刷配線板13之導電圖案32p安裝框體31及二次透鏡30之要領之斜視圖。如前述般，框體31係接合於導電圖案32p，有助於電池33(圖8)之散熱。於金屬製之框體31以不接觸負側之導電圖案32n的方式設置有缺口部31c。因此，負側之導電圖案32n不接觸框體31，可以維持導電圖案32p、32n間之絕緣。於框體31之中填充有密封樹脂34(圖5)，二次透鏡30係以跨載於框體31的方式設置。密封樹脂34，係於框體31內，被填充於二次透鏡30與電池33之間，藉由密封樹脂34之固化使二次透鏡30亦被接著固定。
《受光部之另一構成例1》
圖10係表示受光部R之另一構成例1之剖面圖(上)及平面圖(下)。和圖5~圖9所示的受光部R之差異點為，框體31並非角筒狀，而是圓筒狀。其他構成則同樣。該情況下，金屬製之框體31，以不跨載於圖8所示的導電圖案32p、32n之雙方的方式，必須適當地設置如圖9所示的缺口部31c。圓筒狀之框體31之情況下，可以將二次透鏡30在與框體31之上端無間隙且緊密地乘載於其內。例如將金屬管切斷成為短管狀即可容易製作這樣的框體31。
《受光部之另一構成例2》
圖11係表示受光部R之另一構成例2之剖面圖(上)及平面圖(下)。與圖10所示的受光部R之差異點為，框體31具備成為一體的圓筒狀之支撐基部31s、及在光之射入側之端部的凸緣狀之遮蔽部31f。其他構成為同樣。該情況下，遮蔽部31f廣範圍覆蓋電池33之周圍，藉此，即使在太陽之追蹤精度降低OFF-AXIS光好像將射中旁路二極體36時，亦可以確實防止此現象。又，不僅旁路二極體36，亦可以防止OFF-AXIS光射中可撓性印刷配線板13。
《受光部之另一構成例3》
圖12係表示受光部R之另一構成例3之剖面圖(上)及平面圖(下)。於該受光部R中，作為二次透鏡之取代而設置有作為反射板之金屬製之框體31。該框體31係和圖8同樣之要領接合於導電圖案32(32p)。但是，該框體31中開口朝向光之射入側(剖面圖之上側)擴大，具有作為廣範圍接受光並導引至電池33之導光部之功能。未直接射入電池33的光之至少一部分，係如圖中之箭頭之光路所示，在框體31之內面31b反射並被導引至電池33。於框體31之內側填充有密封樹脂34，將電池33密封。這樣的框體31亦可以發揮防止光射中旁路二極體36之遮蔽部之功能。
《受光部之另一構成例4》
圖13係表示受光部R之另一構成例4之剖面圖(上)及平面圖(下)。圖13之框體31，係在圖9所示的角筒狀之基部31x之上一體形成有與圖12所示的框體31類似的反射板部31y者。其他之構成係和已述之構成例同樣。
《彙整》
如以上般，上述之聚光型太陽光發電模組之各受光部R，係具備：接合於可撓性印刷配線板13之導電圖案32p，且包圍電池33的框體31。框體31有助於反射偏離電池33的光並導引至電池33。又，框體31係與導電圖案32p具有相互接合的關係，因此電池33之熱可以透過導電圖案32p傳導至框體31，框體31有助於散熱。如此則，藉由廢棄電池33之樹脂封裝等，且以簡單且便宜的構造，可以提高導光及散熱之雙方之效果。
又，上述之說明中，說明框體31為金屬製。金屬製之框體31可以便宜作成，且在耐熱性、熱傳導性具有優點。但是，框體31之材質亦可以是金屬以外。例如具有耐熱性且具有一定以上之熱傳導性之陶瓷或樹脂，亦可以作為框體31之材質。作為一定以上之熱傳導性，例如至少從與玻璃同等位準之觀點而言，導熱係數為1[W/m･K]以上為較佳。
又，在電池33之底面側之一極所接合的導電圖案32p，亦與框體31接合，藉此，在容易傳導電池33之熱的導電圖案32p亦接合有框體31，因此電池33之散熱為有效。
又，設置二次透鏡30的受光部R之情況下，二次透鏡30，係在光軸Ax上在一次透鏡12f與電池33之間，以在其與電池33之間形成間隙的方式藉由框體31進行保持。
亦即，框體31係成為二次透鏡30之支撐體，並且可以將從二次透鏡30洩漏出的散射光反射並導引至電池33。
又，如圖11所示，框體31，可以具備：筒狀之支撐基部31s，及該支撐基部31s之形成於光射入之側之端部的凸緣狀之遮蔽部31f。
該情況下，藉由遮蔽部31f可以抑制OFF-AXIS光例如射中旁路二極體36，可以保護旁路二極體36免受OFF-AXIS光影響。
另一方面，不使用二次透鏡的受光部R之情況下，係如圖12或圖13所示，框體31可以設為開口朝向光之射入側擴大的形狀。
該情況下，框體31係藉由寬的開口接受未直接射入電池33的光，而且可以使其在內面反射並導引至電池33。該情況下，二次透鏡可以省略。
《其他》
又，上述之受光部R之各構成例，將其之至少一部分，相互任意組合亦可。
《後記》
又，此次揭示的實施之形態全部之點僅為例示並非用來限制者。本發明之範圍係由申請專利範圍表示，亦意圖包含與申請專利範圍具有均等之意義及範圍內之全部之變更。
1:陣列
1M:聚光型太陽光發電模組(模組)
1U:聚光型太陽光發電單元
2:支撐裝置
11:筐體
11b:底面
12:聚光部
12a:玻璃板
12f:一次透鏡
13:可撓性印刷配線板
14:遮蔽板
14a:開口
21:支柱
22:基座
23:2軸驅動部
24:水平軸
25:追蹤架台
25a:補強構件
25b:軌條
30:二次透鏡
31:框體
31a:端面
31b:內面
31c:缺口部
31e:上端部內周緣部
31f:遮蔽部
31s:支撐基部
31x:基部
31y:反射板部
32、32p、32n:導電圖案
33:電池
34:密封樹脂
35:金線
36:旁路二極體
51:球形透鏡
52:封裝
100:太陽光發電裝置
Ax:光軸
R:受光部
[圖1] 圖1係表示從受光面側觀察到之1台分的聚光型之太陽光發電裝置之一例的斜視圖，係表示已完成的狀態之太陽光發電裝置。
[圖2] 圖2係表示從受光面側觀察到之1台分的聚光型之太陽光發電裝置之一例的斜視圖，係表示組裝中途之狀態之太陽光發電裝置。
[圖3] 圖3係表示作為一例之與太陽正面對的陣列之姿勢之斜視圖。
[圖4] 圖4係表示聚光型太陽光發電模組之構成之一例之斜視圖。
[圖5] 圖5係表示構成聚光型太陽光發電模組的作為聚光型發電之光學系統之基本構成之聚光型太陽光發電單元之一例之剖面圖。
[圖6] 圖6為與圖5同樣之聚光型太陽光發電單元之剖面圖，係表示產生些微的追蹤偏離的狀態之一例。
[圖7] 圖7係僅將圖5之受光部抽出之剖面圖。
[圖8] 圖8係可撓性印刷配線板之平面圖，(a)為導電圖案之狀態之圖，(b)為虛線之斜線表示框體及安裝電池之部位之圖，(c)係表示於該斜線之區域框體及安裝有(接合有)電池的狀態之圖。
[圖9] 圖9係表示對可撓性印刷配線板之導電圖案安裝框體及二次透鏡的要領之斜視圖。
[圖10] 圖10係表示受光部之另一構成例1之剖面圖(上)及平面圖(下)。
[圖11] 圖11係表示受光部之另一構成例2之剖面圖(上)及平面圖(下)。
[圖12] 圖12係表示受光部之另一構成例3之剖面圖(上)及平面圖(下)。
[圖13] 圖13係表示受光部之另一構成例4之剖面圖(上)及平面圖(下)。
[圖14] 圖14係表示載置有球形透鏡的狀態之習知封裝之斜視圖。
13:可撓性印刷配線板
31:框體
32、32p、32n:導電圖案
33:電池
35:金線
Claims (7)
- 一種聚光型太陽光發電模組，係將複數個聚集太陽光進行發電的聚光型太陽光發電單元並列於筐體內而構成者，上述聚光型太陽光發電單元之各個係具備： 一次透鏡，係將射入的太陽光聚集； 可撓性印刷配線板，係設置於上述筐體之底面； 電池，係設置於上述可撓性印刷配線板上的與正面對太陽時之上述一次透鏡之光軸成為一致的位置，對聚集之光進行光電轉換； 框體，係與上述可撓性印刷配線板之導電圖案接合，且將上述電池包圍；及 透光性之密封樹脂，係在上述框體之內側密封上述電池。
- 如申請專利範圍第1項之聚光型太陽光發電模組，其中 上述框體之材質為金屬、以及導熱係數為1[W/m･K]以上之陶瓷及樹脂之任一。
- 如申請專利範圍第1或2項之聚光型太陽光發電模組，其中 具備：二次透鏡，其在上述光軸上位於上述一次透鏡與上述電池之間，且以在與上述電池之間形成間隙的方式被上述框體保持。
- 如申請專利範圍第1或2項之聚光型太陽光發電模組，其中 上述框體具備：筒狀之支撐基部；及凸緣狀之遮蔽部，係形成於該支撐基部之光射入之側的端部。
- 如申請專利範圍第1項之聚光型太陽光發電模組，其中 上述框體為朝向光之射入側使開口擴大的形狀。
- 如申請專利範圍第1或2項之聚光型太陽光發電模組，其中 上述電池之底面側之一極所接合的上述導電圖案亦與上述框體接合。
- 一種聚光型太陽光發電裝置，係將複數個如申請專利範圍第1項之聚光型太陽光發電模組並列於追蹤太陽的架台上而構成陣列者。
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