TWI427805B - Condenser type solar power generation device - Google Patents

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TWI427805B
TWI427805B TW095140183A TW95140183A TWI427805B TW I427805 B TWI427805 B TW I427805B TW 095140183 A TW095140183 A TW 095140183A TW 95140183 A TW95140183 A TW 95140183A TW I427805 B TWI427805 B TW I427805B
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荒木建次
矢野泰三
魚住久文
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大同特殊鋼股份有限公司
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Description

聚光型太陽光發電裝置 發明領域
本發明係關於一種形式上是利用一階光學系統太陽光所聚光之高能量太陽光被照射到太陽電池單元的聚光型太陽光發電裝置，特別是關於一種提高該聚光型太陽光發電裝置的耐久性的技術。
 發明背景
聚光型太陽光發電裝置因為是使太陽光聚光再照射到太陽電池單元(battery cell)，由於可以縮小(或減少)在成本構成比中占大部分的太陽電池單元，因而受到注目(例如非專利文獻1)。在該聚光型太陽光發電裝置中，在一階光學系統中所聚光之聚集光是一種其中心部分的強度強，周邊部分的強度則降低等之不均勻的光，如果讓一階光學系統中所聚光之聚集光原封不動的照射到太陽電池單元，已經有人指出其發電效率會降低(例如非專利文獻2)。因此已有提案建議將一階光學系統中所聚光的光持續進行在側面的重復反射以混合成二階光學系統(例如非專利文獻2)。
非專利文獻1：荒木 外8名，「變換效率28%之聚光式太陽光發電裝置開發」，電氣製鋼，2004年7月，第75卷第3號，p165－172非專利文獻2：荒木 外2名，「聚光太陽光發電用2階光學系統的開發」，電氣製鋼，2002年10月，第73卷第4號，p221－228
 發明概要
而，在上述聚光型太陽光發電裝置中會有，夜間框架內發生凝結現象，因其水分的附著而導致太陽電池單元進行劣化之虞。尤其，當太陽電池單元是由例如以InGaP/InGaAs/Ge為代表之III－V族化合物系半導體所構成時，相較於由結晶矽系半導體所構成的情形，因材料是活性的，故由水分所導致之劣化顯著。因此，為了防止太陽電池單元劣化，乃在構成前述二階光學系統之柱狀光學構件的下端面與該太陽電池單元之間插入透明樹脂，並且在太陽電池單元的表面設置保護膜。
但是有，(a)上述透明樹脂雖然是由例如，矽系樹脂、環氧樹脂等之光學特性良好的材料所構成，惟因高能量的太陽光通過，故無法避免其劣化的進行；(b)比較大的電流所流經之厚配線帶連接太陽電池單元，難以用由上述透明樹脂所代表之密封樹脂予以充分密封；(c)因此，進入的水分沿著微細指叉形電極與芯之間所形成的間隙(因上述矽系樹脂、環氧樹脂發生光劣化而使得接著界面被破壞，在指叉形電極的凹凸處因熱膨脹率的差異而產生之間隙)，藉毛細現象進入到芯的中心部，一邊破壞接著面同時使芯表面的反射防止膜潮解等的問題。
例如，在保持於比氣溫低的溫度積極地其發生凝結的狀態下施置24小時，或者甚至進行1個月左右的屋外實用試驗時，可以容易地透過顯微鏡觀察看到設置在太陽電池單元表面之反射防止膜(例如ZnS/MgF2 )的潮解徵候。
本發明即是以上述情形為背景而完成者，目的在於提供一種不會發生透明樹脂的光劣化而且耐久性高之聚光型太陽光發電裝置。
用以達成前述目的之申請專利範圍第1項的發明，其要點在於，形式上是具有用以將太陽光聚光之一階光學系統、太陽電池單元和，立設在該太陽電池單元的正上方位置，使下端面和該太陽電池單元相對向，以將由該一階光學系統所聚光之太陽光導向該太陽電池單元的柱狀光學構件，和插在該柱狀光學構件的下端面與該太陽電池單元之間的透明樹脂之聚光型太陽光發電裝置，且具有用以將前述透明樹脂遮蔽在太陽光外的遮光構件。
另外，申請專利範圍第2之發明重點在於，申請專利範圍第1項之發明的遮光構件係由覆蓋前述透明樹脂之不透明著色樹脂所形成。
另外，申請專利範圍第3之發明重點在於，申請專利範圍第2項之發明的不透明著色樹脂為含有由白色且非透明的粉末而形成之填充材的白色樹脂，且配設成可覆蓋前述柱狀光學構件下端部之外周面。
另外，申請專利範圍第4之發明重點在於，申請專利範圍第1項至第3項之任一項的發明之聚光型太陽光發電裝置中，前述太陽電池單元在受光面設有TiO2 /Al2 O3 反射防止膜。
另外，申請專利範圍第5之發明重點在於，申請專利範圍第1項之發明的遮光構件係覆蓋前述柱狀光學構件的下端部及與其下端面相對向之太陽電池單元的構件，特徵為含有10重量%以上之氟化矽樹脂。
另外，申請專利範圍第6之發明重點在於，申請專利範圍第5項之發明的遮光構件，特徵為含有50重量%以下之氟化矽樹脂。
另外，申請專利範圍第7之發明重點在於，申請專利範圍第1項至第6項中之任一項的發明，其中之遮光構件係具有50(g/M2 ．24h)以下的透濕度者。
另外，申請專利範圍第8之發明重點在於，申請專利範圍第1項至第7項中之任一項的發明，特徵在於聚光型太陽光發電裝置中，透明樹脂插在前述柱狀光學構件的下端面與前述太陽電池單元之間，且前述遮光構件由含有填充材之非透明著色矽樹脂所形成。
另外，申請專利範圍第9之發明重點在於，申請專利範圍第1項至第8項中之任一項的發明，特徵為其中之柱狀光學構件為硼矽酸鹽玻璃製成者。
另外，申請專利範圍第10之發明重點在於，申請專利範圍第1項至第89項中之任一項的發明，特徵為聚光型太陽光發電裝置中，構成前述柱狀光學構件的玻璃具有10 nm以下的表面粗糙度Ra(算術平均粗糙度)。
若利用申請專利範圍第1項之聚光型太陽光發電裝置，則因為具有用以將被插在柱狀光學構件的下端面與太陽電池單元之間的透明樹脂遮蔽在太陽光外的遮光構件，不會有該透明樹脂發生光劣化而破壞接著界面的情形，因而使得起因於進入的水分所導致之太陽電池單元的劣化受到抑制，聚光型太陽光發電裝置的耐久性提高。
而，若利用申請專利範圍第2項的發明之聚光型太陽光發電裝置，則因為前述遮光構件係由覆蓋前述透明樹脂的不透明著色樹脂所形成，故太陽光變得難以達到該透明樹脂，其光劣化乃受到防止。
另外，若利用申請專利範圍第3項之發明的聚光型太陽光發電裝置，則因為前述不透明著色樹脂是含有白色且非透明之粉末而形成的填充材之白色樹脂，且被配設成可覆蓋前述柱狀光學構件下端部之外周面，在柱狀光學構件的下端部內朝外表面側射出之太陽光會被反射而達到太陽電池單元，故發電效率會進一步提高。尤其，對於對柱狀光學構件的入射面以大入射角入射之太陽光而言，上述效果更是顯著。
另外，若利用申請專利範圍第4項之發明的聚光型太陽光發電裝置，則因為前述太陽電池單元在受光面具有TiO2 /Al2 O3 反射防止膜，反射防止膜是以不具潮解性的材料構成，所以太陽光發電裝置的耐久性更進一步提高。
此外，若利用申請專利範圍第5項之發明的聚光型太陽光發電裝置，則因為前述遮光構件覆蓋前述柱狀光學構件的下端部及與其下端面相對向之太陽電池單元，且含有10重量%以上之氟化矽樹脂，而因該氟化矽樹脂的水蒸氣低穿透性使得水蒸氣的進入受到抑制，故可獲得發電效率的劣化少之高耐久性聚光型太陽光發電裝置。
另外，若利用申請專利範圍第6項之發明的聚光型太陽光發電裝置，則因前述遮光構件含有50重量%以下之氟化矽樹脂，因該氟化矽樹脂之水蒸氣低穿透性而使得水蒸氣的進入受到抑制，故可低價地製得發電效率的劣化少之高耐久性聚光型太陽光發電裝置。氟化矽樹脂如果超過50重量%，除了效果會略呈飽和外，形成不必要地添加高價材料的狀態而使得價格提高。
另外，若利用申請專利範圍第7項之發明的聚光型太陽光發電裝置，則因為前述遮光構件具有50(g/m2 ．24h)以下的透濕度，水蒸氣的進入受到抑制，故可獲得發電效率劣化少的高耐久性聚光型太陽光發電裝置。
另外，若利用申請專利範圍第8項之發明的聚光型太陽光發電裝置，則因透明樹脂插在前述柱狀光學構件的下端面與前述太陽電池單元之間，且前述遮光構件由含有填充材之非透明著色矽樹脂所形成，太陽電池單元被遮蔽在外部光線外，故太陽電池單元適當地受到保護。
另外，若利用申請專利範圍第9項之發明的聚光型太陽光發電裝置，則因前述柱狀光學構件是化學安定性或耐水性優良的硼矽酸鹽玻璃製成者，即使水蒸氣到達該柱狀光學構件的表面，該柱狀學構件的鈉成分被溶出的也很少，故可獲得發電效率的劣化少之高耐久性聚光型太陽光發電裝置。
此外，若利用申請專利範圍第10項之發明的聚光型太陽光發電裝置，則因構成前述柱狀光學構件的玻璃具有10 nm以下的表面粗糙度Ra(算術平均粗糙度)，所以柱狀光學構件內壁面的反射率高，發電效率可以提高。另外，構成上述柱狀光學構件的玻璃以具有2.0 nm以下的表面粗糙度Ra為佳。在這個情形下可以獲得更高的發電效率。
此處，透明樹脂以例如，由凝膠狀的矽系樹脂等光學特性良好的材料構成者為合適，惟亦可採用其他的樹脂材料。
再者，前述不透明著色樹脂所選擇的是對前述透明樹脂、柱狀光學構件、太陽能電池單元形成接著的材料。而且，發揮功能作為不透明著色樹脂之包含在白色樹脂中，由白色且非透明的粉末所形成之填充材可以適當地採用例如，碳酸鈣、氧化鈦、高純度氧化鋁、短鏈氧化鎂、氧化鈹、氮化鋁等具有高熱電導性及光反射性的無機材料。該白色樹脂中可適當地混合用以提高矽烷偶合劑等之密著性的接著劑。
此外，前述遮光構件雖然可以是覆蓋透明樹脂的金屬薄膜，惟亦可為不透明著色樹脂。該不透明著色樹脂是在母劑樹脂中混合著色顏料，藉而施行著色為白色、黑色等，使得光無法穿透之不透明樹脂。該母劑樹脂雖可由丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、自黏著性RTV矽樹脂、環氧樹脂等適當地構成，惟以耐光性、耐熱性、自黏著性的觀點來看，其中係以自黏著性RTV矽樹脂為佳。
另外，前述太陽電池單元係由III－V族化合物系半導體所構成的晶片，金屬製配線帶則連接於端緣部。像這樣，即使在太陽電池單元是以活性比較高的材料構成，且金屬製配線帶連接在其端緣部而使得密封比較困難的情形中，太陽光發電裝置的耐久性依然可以進一步提高。
另外，在前述太陽電池單元的表面端緣部和內面，集電用的金屬製配線帶係利用軟焊或硬焊(brazing)而形成電氣性連接。該金屬製配線帶是帶子具有預定寬度的薄金屬板，採用的是電阻低、熱電導性高，且對水分安定的材料。合適者可以採用例如，鍍鎳的無氧銅、銅/氮化鋁/銅的積層板、銅/氧化鋁/銅的積層板、銅/鍚/軟焊條的積層板等。
另外，前述一階光學系統可以是菲涅爾透鏡(Fresnel lens)等之聚光透鏡，但是也可以用凹面鏡等之使太陽光反射而聚光之聚光反射鏡。
另外，前述柱狀光學構件係利用使入射到其上端面之聚光後的太陽光傳播的過程所發生之全反射而將能量均化，再使之入射到和下端面僅相隔些微距離地相對向之太陽電池單元的柱狀介電體，並且構成二階光學系統。該柱狀光學構件以採用光穿透性高的材料，即玻璃為合適，尤其，泛用且價廉又容易加工之鈉鈣玻璃(Soda Lime Glass)和光學性質優異之硼矽酸玻璃都經常被使用。上述二階光學系統雖然已經廣為人知的是，在與入射面或出射面平行的斷面形狀是正方形，但是除此之外也可以採用其斷面形成為正方形以外之四角形，四角形以外之多角形、圓形等，各種形狀者。此外，該二階光學系統雖以越靠射出面側斷面積變得越小的錐形為佳，惟也可以是在長度方向的任一個部位都具有一樣的斷面積的形狀。
另外，在前述柱狀光學構件的上端面，可以由廣泛應用在光學透鏡中之氟化鎂層和氟化鈣層以單層或多層構造構成反射防止膜。反射防止膜的附加方法雖然可以採用例如真空蒸鍍法，但是並不限於真空蒸鍍法，可以採用各種公知的方法。反射防止膜被設置到二階光學系的入射面時，可以將做成膜狀的保護構件(亦即保護膜)積層在反射防止膜之上，相反地，亦可將反射防止膜積層在保護膜之上。另外，入射面上不設置保護膜亦可。
另外，從防止起因於水分的劣化的觀點來看，前述反射膜止膜以氧化鋁(Al2 O3 )與氧化鈦(TiO2 )的二層或多層構造為佳，惟由氟化鈣、氟化鎂、硫化鋅等其他的材料構成也無妨。
另外，較佳的是在前述柱狀光學構件的角落部，亦即四個角上，取預定曲率半徑的R面，在該R面上施行鏡面加工。如果這樣做，不僅可以防止角落部發生缺陷，同時適當地抑制光的洩漏，發光效率提高。
此外，較佳的是在前述柱狀光學構件的側壁面施行研磨(texturing)加工。研磨加工是多數個微小的長形凸條或長形凹溝狀的細小凹凸，利用雷射光的照射進行表面加工，利用游離磨石粒子進行拋光研磨加工、以具有固定磨石粒子的磨石或研磨布紙進行研磨加工，雖以沿著長向形成為佳，惟亦可在具有沿著該柱狀光學構件之長向的方向成分上進行加工，例如形成斜向紋理，亦可形成斜向紋理互相交叉的網絡狀。
圖式簡單說明
[第1圖]本發明之一實施例的聚光型太陽光發電裝置安裝在太陽光追蹤裝置的狀態示意立體圖。。
[第2圖]從第1圖之聚光型太陽光發電裝置的側方看去的立體圖。
[第3圖]第2圖之一部分的放大示意圖。
[第4圖]為說明在第1圖所示之聚光型太陽光發電裝置內部配設複數個發電模組的發電作用，將其中一個發電模組放大示出之斷面圖。
[第5圖]太陽光在均化器內反復進行界面全反射的狀態說明圖。
[第6圖]針對和第4圖相同的發電模組C、對於該發電模組C在不具有反射防止膜的點上形成差異之發電模組B、相對於該發電模組B在使用透明矽樹脂取代白色樹脂的點上形成差異之發電模組A，於水冷至20℃並一邊積極地誘發凝結，一邊照射相當於20年以上的累積被曝(曝露)量之聚光紫外線時所測定之相對發電量的變化之示意圖。
[第7圖]將以一般的矽樹脂密封太陽電池單元及透明樹脂之複數個發電模組A在屋外曝露4個月，待其分解後所測定之太陽電池單元的相對發電量之下降特性示意圖。
[第8圖]針對以一般的矽樹脂密封太陽電池單元及透明樹脂之複數個發電模組A和，具有與第4圖之實施例相同的白色樹脂及反射防止膜之發電模組C，進行屋外的實地試驗結果示意圖。
[第9圖]在與第4圖同樣的發電模組中，針對改變白色樹脂中的氟化矽樹脂之混合比例的複數種試料，進行加速環境試驗的結果，以相對輸出表示的圖式。
[第10圖]採用具有以不同的表面粗糙度的玻璃所構成之均化器的發電模組試料來進行太陽光發電時之發電輸出，以相對值來表示的圖式。
[第11圖]說明本發明其他實施例之聚光型太陽光發電裝置中所使用的發電模組之構成的立體圖。
[第12圖]說明本發明其他實施例之聚光型太陽光發電裝置中所使用的發電模組之構成的立體圖。
 用以實施發明之最佳態樣
以下將參照圖式詳細地說明本發明之一實施例。再者，以下實施例中圖式經過簡化或變形，各部分的尺度比及形狀等未必正確地描繪出來。
實施例1
第1圖所示為本發明之一實施例的聚光型太陽光發電裝置10安裝在太陽光追蹤裝置12的狀態之立體圖。該太陽光追蹤裝置12係使聚光型太陽光發電裝置10的位置總是朝向太陽的機構，並且配備有設成相對於地軸呈平行，可繞著對水平面僅傾斜預定角度θ，亦即相當於緯度的角度之傾斜軸心C旋轉，而且藉附有減速機的追蹤馬達14而使其繞著傾斜軸心C旋轉的角度產生變化之傾斜樑16和，設成在該傾斜樑16的中間部繞著水平的軸心H旋轉，並且藉附有減速機的高度修正馬達18而使其繞著水平軸心H旋轉的角度發生變化之一對承接板20。該聚光型太陽光發電裝置10形成一種相對於高度(厚度)具有相當大的短邊及長邊之長形箱狀，並以分別被載置在該對承接板20之上的狀態而被分別固定。
上述太陽光追蹤裝置12具未圖示出之太陽光感測器及控制裝置，該控制裝置依據來自太陽光感測器的信號算出太陽的位置，驅動追蹤馬達14及高度修正馬達18，使聚光型太陽光發電裝置10呈朝向太陽，亦即聚光型太陽光發電裝置10的受光面對著太陽而總是形成直角的狀態。對應地球的自轉，從日出到日落為止，主要是由追蹤馬達14來執行追蹤太陽的移動之控制，而對應於地球的公轉，主要是由高度修正馬達18來執行對於太陽高度的變化之控制。
第2圖所示為從上述聚光型太陽光發電裝置10的側方看去之立體圖，第3圖所示為其一部分之放大圖。第2圖及第3圖所示之聚光型太陽光發電裝置10已經將其側板22拿開以便顯示其內部構成。該聚光型太陽光發電裝置10配備著，具有用來收集太陽光的複數個(在本實施中為36個)聚光透鏡28(亦即一階光學系統)之聚光板30和，在該聚光板30的內側隔著預定的間隔平行固設之支撐板32和，分別配設在接收由該支撐板32上之上述複數個聚光透鏡28所分別聚光之太陽光的位置上之複數個太陽電池單元34。再者，上述支撐板32的內面在外周緣上固定著補強板38。
上述複數個聚光透鏡28係如第4圖所示，由球面狀的表面和具有階梯狀的環狀段差之凹凸狀的內面所構成之所謂的圓頂型菲涅爾透鏡分別形成，例如，透過以丙烯酸樹脂等之光學性質優良的樹脂材料經過射出成形等之模具成形而成之彼此成為一體的構成。聚光板30則是以像這樣所一體構成之複數個聚光透鏡28固定在矩形的透鏡固定框36內而構成的。
支撐板32具有和上述透鏡固定框36同樣尺寸的長方形狀，而且較佳者係以鋁合金、銅合金等之熱電導性高的金屬板所構成，隔著連結柱37而與該透鏡固定框36互相呈平行地彼此連結。在該支撐板32上，用以利用由聚光透鏡28所聚光之太陽光來發電的複數個發電模組40被配設在各聚光透鏡28的聚光位置正下方處。如第4圖所示，該發電模組40係以密接狀態被固定在支撐板32，而且具有將前述太陽電池單元載置於中央部之金屬製基台(座板)42和，隔著立設在基台42之4根支柱44而設在從該基台42隔離的預定距離上方，並且在位於該太陽電池單元34正上方的位置部分形成有貫通孔46的遮光板48和，受該遮光板48所支持，將通過該貫通孔46的太陽光的強度加以均等化並引導到太陽電池單元34的上面之受光面的均化器50(亦即二階光學系統)。
上述遮光板48為了發電，僅讓由聚光透鏡28所聚光之太陽光朝向太陽電池單元34地通過，同時將無法利用來發電的光加以遮蔽以便緩和太陽電池單元34附近的溫度上昇。另外，上述均化器50形成從貫通孔46附朝著太陽電池單元34側斷面積逐漸變小的角錐狀，並且具有一邊反復進行在內側面的界面全反射(在界面進行全反射的情形)，同時在朝向太陽電池單元34側的過程中，使斷面積內的光能量之強度分布均等化的功能。再者，均化器50的規格為，例如，高度40 mm，射出面(太陽電池單元34側的面)和太陽電池單元34相同尺寸(例如7 mm角)的角柱狀光學構件。
該均化器50為例如硼矽酸玻璃製成者，具有例如，SiO2 66 wt%、Na2 O 9 wt%、K2 O 8 wt%、BaO 3 wt%、B2 O3 10 wt%、As2 O3 1 wt%的組成，而且具有1.516左右的折射率。此外，在該均化器50的上端面，即入射面，積層著用以利用光波干涉來抑制反射光之反射防止膜52。該反射防止膜52在本實施例中係由氧化鋁(Al2 O3 )和氧化鈦(TiO2 )之2層或多層構造的TiO2 /Al2 O3 反射防止膜所形成，其膜厚約為例如120 nm左右。該反射防止膜52在本實施例中係以真空蒸鍍法附著上去的。
上述太陽電池單元34已知者為例如，InGaP/InGaAs/Ge，係藉由使III－V族化合物系半導體在GaAs等之單結晶基板上結晶成長的方式而構成在晶片上，具有吸收波長帶不同的複數種pn接合，例如依序積層底部接合層、中間部接合層以及上部接合層之多接合型構造，分別設計成底部接合層、中間部接合層及上部接合層之pn接合具有電氣性串聯連接，而且中心波長互異的吸收波長帶，例如波長300~630(nm)由上部接合層吸收，波長630~900(nm)由中間部接合層吸收，波長900~1700(nm)由底部接合層吸收，藉而使得太陽光的波長帶當中以吸收波長帶為廣域而獲得高變換效率。
如第4圖所示，前述太陽電池單元34具有，在其下面整個被塗以焊錫之帶(tape)狀或絲帶(ribbon)狀金屬帶板的第1鉛電極56和，在其上面的端緣部被塗以焊錫之帶狀的第2鉛電極58，且其一部分，較佳為其全體係以被埋設在使含有碳、玻璃纖維、氧化鋁(Al2 O3 )粉，以及金屬粉中之至少一種的填充劑，亦即用於提高熱傳導性的填料分散而成之合成脂所形成的接著層60中的狀態而被固定，以此方式而固設在前述基台42的中央部。上述太陽電池單元34應用其第1鉛電極56及第2鉛電極58而相互串聯連接，可以獲得高輸出電壓。
在上述均化器50的下端面和配置成與其相對向之電陽電池單元34之間形成充填著透明樹脂62的小間隙。該透明樹脂62係為防止水分進入而被充填於上述間隙，由耐熱性高且光學特性良好的材料，例如凝膠狀的矽系樹脂所構成。
而，為了遮蔽來自均化器50外部的太陽光以阻止上述透明樹脂62劣化，提供遮光構件功能之不透明著色樹脂，例如白色樹脂64係以太陽電池單元34為中心，被塗布並且接著以覆蓋均化器50的下端部側面以下的厚度。白色樹脂64係在例如，自黏著性RTV內含有碳酸鈣、氧化鈦、高尡度氧化鋁、高純度氧化鎂、氧化鈹、氮化鋁等之具有高熱電導性及光反射性的白色且非透明粉末之無機材料作為填充劑，藉以提高太陽光的遮光性及反射性。另外，在母劑樹脂，即上述自黏著性RTV橡膠中，除了矽烷偶合劑等之提高密著性的黏著助劑以外，因為以10重量%以上的比例混合了具有所謂水蒸氣穿透性低的性質之氟化矽樹脂，故因該氟化矽樹脂的水蒸氣低穿透性而得以抑制水蒸氣的進入。白色樹脂64亦可發揮作為阻止水分進入的密封樹脂之功能。
上述白色樹脂64的水蒸氣低穿透性係以透濕度進行評估而得，白色樹脂64具有50(g/m2 ．24h)以下的透濕度，因為水蒸氣的進入受到抑制，故發電模組40的發電效率之劣化也受到抑制，所以可以獲得高耐久性。本實施例中上述透濕度係採用JISZ0208「防濕包裝材料之透濕度試驗方法(濕杯法，cup method)」在40℃所測定的數值。
上述白色樹脂64係在具有例如50Pa．s以下的粘度之流動狀態下，被塗布在以上述太陽電池單元34為中心的基台42上之後，該塗布狀態的基台42在減壓容器內，例如3mHg以下，以60秒以上的時間將溶劑釋出以及被脫泡，並以預定的硬化溫度接受熱硬化處理。利用上述塗布狀態中之負壓(真空)脫法，白色樹脂64被充填到第1鉛電極56及第2鉛電極58與基台42或太陽電池單元34之間的狹隘部，防止水分 的進入。
在如上所述般地構成之聚光型太陽光發電裝置10中，透過太陽光追蹤裝置12而使得位置總是對太陽光形成直角的結果，由聚光透鏡28所聚光之太陽光在通過設於位在聚光位置之遮光板48的中央部之貫通孔46後，通過反射防止膜52入射到均化器50。接著，以入射角θ1 入射到均化器50之上端面的光會如第5圖所示，在均化器50的側面反復進行界面全反射，藉而被混合(均一化)之後再入射到太陽電池單元34。因為太陽電池單元34的受光面中之入射能量的面分布是均勻的，所以變換效率提高。
如上所述，若利用本實施例之聚光型太陽光發電裝置，則由於配備了將插在均化器(柱狀光學構件)50的下端面與太陽電池單元34之間的透明樹脂62遮蔽在太陽光外的白色樹脂(遮光構件)64，所以該透明樹脂62不會發生光劣化而使得接著界面破壞，因而使得起因於進入的水分所導致之太陽電池單元34的劣化受到抑制，聚光型太陽光發電裝置10的耐久性提高。亦即，因為白色樹脂(遮光構件)64是覆蓋透明樹脂62的不透明著色樹脂，所以太陽光難以到達該透明樹脂62，其光劣化得以受到防止。
另外，若利用本實施例之聚光型太陽光發電裝置10，則由於前述白色樹脂(遮光構件)64是含有由白色且非透明的粉末所形成之無機填充材的不透明白色樹脂，並且被配設成連均化器(柱狀光學部)50之下端部的外周部都覆蓋住，所以在該均化器50的下端部內要朝外表面側射出的太陽光會被反射而到達太陽電池單元34，該太陽電池單元34的發電效率因而更為提高。如第5圖之一點折線所示，尤其即使追蹤誤差比較大時，關於對均化器50的入射面(上端面)以大入射角θ2 入射的太陽光，雖然在第5圖的P點變成比全反射角更大而朝外側逸出，但是由白色樹脂64朝內側亂反射的結果，上述的效果還是很顯著。因此，通常雖然在追蹤誤差為0°的效率為27%，如果發生0.5°的追蹤誤差會降低到25.5%，但是如上所述地，由於均化器50的下端部被白色樹脂64所覆蓋，故可增加至26.2%。
另外，若利用本實施例之聚光型太陽光發電裝置10，則因太陽電池單元34在受光面上具有由TiO2 /Al2 O3 所構成之2層或多層反射防止膜52，而該反射防止膜52為沒有解潮性的材料所構成者，所以太陽光發電裝置10的耐久性進一步提高。
實施例2
第6圖、第7圖、第8圖所示為本明人等所進行之耐久試驗的結果。第6圖顯示，對具有和前述之實施例相同的白色樹脂64及反射防止膜(TiO2 /Al2 O3 )52的發電模組F，僅在該反射防止膜52的材質係由ZnS/MgF2 所組成的點上有所不同之發電模組E、相對於發電模組F在採用透明矽樹脂取代白色樹脂64的點上形成差別的發電模組A等(B、C、D)等，施行水冷至20℃並一邊積極地誘發凝結一邊照射相當於20年以上的累積被曝(曝露)量之聚光紫外線時，所測定之相對發電量的變化。根據該圖，採用透明矽樹脂取代白色樹脂64之發電模組A是相對發電量降低最多者。相對於此，具有白色樹脂64之發電模組E及F的相對發電量則下降得比較少。尤其是具有白色樹脂64及反射防止膜(TiO2 /Al2 O3 )52的發電模組F，其相對發電量幾乎看不到有下降的情形。
第7圖所示為，將採用一般的矽樹脂密封太陽電池單元及透明樹脂而成之複數個發電模組(相當於上述發電模組)在屋外曝露4個月，待其分解後所測定之太陽電池單元的相對發電量下降特性。藉此可以確認其與以聚光紫外線照射之第6圖的加速試驗有相同的劣化速度。
第8圖所示係針對以一般的矽樹脂密封太陽電池單元及透明樹脂而成之複數個發電模組A和，具有和前述之實施例相同的白色樹脂64及反射防止膜52之發電模組C，在屋外進行實地試驗的結果。用發電模組A，則經過數個月之後發電輸出會降低20%，但是用發電模組C則經過長時間依然維持高發電輸出。
實施例3
接著將說明本發明人等所進行的加速環境試驗以確認耐久性。首先，對於如前所述地構成之發電模組40，製作白色樹脂64中所混合的氟化矽樹脂比例為0重量%、2重量%、5重量%、10重量%、20重量%、30重量%、50重量%的發電模組試料。然後，將該等發電模組試料投入溫度保持在85℃，而且相對濕度保持在85%的加速環境試驗槽內，每經過預定的時間就測定發電模組試料的輸出。第9圖所示為其測定結果。
第9圖的縱軸表示以最初的發電輸出為1時之相對輸出值，橫軸表示經過時間。在上述加速環境試驗中的2000小時相當於設置在屋外6年；通常，經過2000小時如果還維持70%以上(劣化未達30%)的相對輸出，在實用面上就評估為合格。從第9圖可知，用白色樹脂64中所混合之氟化矽樹脂比例為0重量%、2重量%、5重量%的比較例發電模組試料，無法得到上述合格的評價，但是用10重量%、20重量%、30重量%、50重量%之本實施的發電模組試料則可以得到上述合格的評價。
實施例4
在本實施例，如前所述地構成之發電模組40中，除了採用具有0.3 nm~30 nm的9階段表面粗糙度Ra之硼矽酸鹽玻璃製均化器50以外，準備了和前述實施例同樣地構成之9種發電模組試料，並測定這些發電模組試料每一個的輸出。第10圖的表所示為其測定結果。第10圖揭示發電模組試料的表面粗糙度Ra和其等之發電輸出。這個發電輸出是將表面粗糙度Ra為0.3 nm的發電模組試料之發電輸出當作100時的相對值。
如第10圖所示，表面粗糙度Ra越大發電輸低越低，表面粗糙度Ra到8 nm為止雖然都還有81%以上，但是表面粗糙度Ra如果超過10 nm，就會降到80%以下，當表面粗糙度Ra達到30 nm時則會降到50%。像這樣，均化器50的表面研磨越是不足，表面粗糙度Ra就越大而發生光洩漏，因此發電效率下降。
如上述實施例1~4所述，若利用本實施例之聚光型太陽光發電裝置10的發電模組40，則由於覆蓋均化器50的下端部及和該下端面相對向的太陽電池單元34之白色樹脂64含有10重量%以上的氟化矽樹脂，所以水蒸氣的進入會因為該氟化矽樹脂的水蒸氣低穿透性而受到抑制，因而可以獲得發電效率的劣化少之高耐久性能。
另外，若利用本實施例之聚光型太陽光發電裝置10的發電模組40，則由於前述白色樹脂64具有50(g/m2 ．24h)以下的透濕度，所以可以抑制水蒸氣進入，因而可以獲得發電效率的劣化少之高耐久性聚光型太陽光發電模組40。
另外，若利用本實施例之聚光型太陽光發電裝置10的發電模組40，則因為插在均化器50的下端面和太陽電池單元34之間的透明樹脂62是由含有填充劑之非透明著色矽樹脂所形成，所以太陽電池單元34會被遮蔽在外部光線外而適當地獲得保護。
另外，若利用本實施例之聚光型太陽光發電裝置10的發電模組40，則由於構成均化器50的玻璃具有10 nm以下的表面粗糙度Ra(算術平均粗糙度)，並因為該均化器50的內壁面之反射率高且可抑制光的洩漏，所以發電效率提高。
實施例5
第11圖及第12圖說明本發明之其他實施例的發電模組的構成。再者，以下的說明中，和前述實施例共通的部分係採用相同的編號並省略其說明。
第11圖及第12圖揭示的是不具有用以支持均化器50之上端部的遮光板48及支撐該遮光板的4根支柱44，而是均化器50的下端部受到支撐之發電模組。
第11圖的發電模組70在基板42上配備太陽電池單元34、第1鉛電極56及第2鉛電極58、透明樹脂62以及白色樹脂72，此點和前述的發電模組40相同。但是，在本實施例的發電模組70中，白色樹脂72由含有和前述白色樹脂64同樣的無機填充劑之硬質矽樹脂所構成，和前述發電模組40的白色樹脂64同樣地，白色樹脂72覆蓋透明樹脂62，同時填充在第1鉛電極56及第2鉛電極58與基板42或太陽電池單元34之間的狹隘部中。於是，上述均化器50的下端部被由該硬質矽樹脂所形成的白色樹脂72包埋，以該狀態被固定住。而，由軟質矽樹脂所形成且含有相同的無機填充劑之白色樹脂74則是比較厚地塗覆在基板42之上，防水功能因而提高。在本實施例中，白色樹脂72及白色樹脂74的功能都是作為遮光構件。由於上述白色樹脂72的折射率為1.42左右，均化器50的折射率為1.59左右，所以淺角度(64°)的光線會在界面發生全反射，深角度(<64°)的光線則在界面因白色樹脂72而發生散亂，一部分入射到太陽電池單元34而使得發電效率更為提高。因為由該硬質矽樹脂所形成的白色樹脂72未必具有良好的防水特性，所以可由防水特性優良的軟質矽樹脂所形成之白色樹脂74來提高防水性。
實施例6
第12圖之發電模組76在基板42之上配備了太陽電池單元34、均化器50、第1鉛電極56及第2鉛電極58、透明樹脂62及白色樹脂64，這點和前述的發電模組40相同。但是，在本實施例的發電模組76中，均化器50的下端部被支撐金屬件78所固定的點是不同的。該支撐金屬件78透過由不鏽鋼板等之金屬板材經壓印加工而成的隔板80在基板42的四個角落被螺釘82固定住。在支撐金屬件78的中央部設有和均化器50的下端部之斷面形狀相比夠大的正方形貫通孔84和，從該貫通孔84四個邊的中間部各自向內側突設而成的固定片86。該固定片86在壓印時彎曲成U字狀，並利用其彈簧作用夾持均化器50的下端部。
在本實施例中，白色樹脂64及支撐金屬件78提供作為遮光構件的功能。若利用本實施例，則因為是讓上述固定片86發生彈性變形以將均化器50的下端部壓進上述固定片86之間加以固定，所以組裝容易。
以上雖已詳細說明本發明，惟上述說明至多僅是代表一種實施態樣，熟習本發明的業者均可依據其知識而以加上各種變更、改良的態樣來實施本發明。
10．．．聚光型太陽光發電裝置
12．．．太陽光追蹤裝置
14．．．追蹤馬達
16．．．傾斜樑
18．．．高度修正馬達
20．．．承接板
22．．．側板
28．．．聚光透鏡(一階光學系統)
30．．．聚光板
32．．．支撐板
34．．．太陽電池單元
36．．．透鏡固定框
37．．．連結柱
38．．．補強板
40．．．發電模組
42．．．金屬製基台(座板)
44．．．支柱
46．．．貫通孔
48．．．遮光板
50．．．均化器(二階光學系統，柱狀光學構件)
52．．．反射防止膜
54．．．薄膜
56．．．第1鉛電極
58．．．第2鉛電極
60．．．接著層
62．．．透明樹脂
64．．．白色樹脂(遮光構件)
70．．．發電模組
72．．．白色樹脂
74．．．白色樹脂
76．．．發電模組
80．．．隔板
82．．．螺釘
84．．．貫通孔
86．．．固定片
[第1圖]本發明之一實施例的聚光型太陽光發電裝置安裝在太陽光追蹤裝置的狀態示意立體圖。。
[第2圖]從第1圖之聚光型太陽光發電裝置的側方看去的立體圖。
[第3圖]第2圖之一部分的放大示意圖。
[第4圖]為說明在第1圖所示之聚光型太陽光發電裝置內部配設複數個發電模組的發電作用，將其中一個發電模組放大示出之斷面圖。
[第5圖]太陽光在均化器內反復進行界面全反射的狀態說明圖。
[第6圖]針對和第4圖相同的發電模組C、對於該發電模組C在不具有反射防止膜的點上形成差異之發電模組B、相對於該發電模組B在使用透明矽樹脂取代白色樹脂的點上形成差異之發電模組A，於水冷至20℃並一邊積極地誘發凝結，一邊照射相當於20年以上的累積被曝(曝露)量之聚光紫外線時所測定之相對發電量的變化之示意圖。
[第7圖]將以一般的矽樹脂密封太陽電池單元及透明樹脂之複數個發電模組A在屋外曝露4個月，待其分解後所測定之太陽電池單元的相對發電量之下降特性示意圖。
[第8圖]針對以一般的矽樹脂密封太陽電池單元及透明樹脂之複數個發電模組A和，具有與第4圖之實施例相同的白色樹脂及反射防止膜之發電模組C，進行屋外的實地試驗結果示意圖。
[第9圖]在與第4圖同樣的發電模組中，針對改變白色樹脂中的氟化矽樹脂之混合比例的複數種試料，進行加速環境試驗的結果，以相對輸出表示的圖式。
[第10圖]採用具有以不同的表面粗糙度的玻璃所構成之均化器的發電模組試料來進行太陽光發電時之發電輸出，以相對值來表示的圖式。
[第11圖]說明本發明其他實施例之聚光型太陽光發電裝置中所使用的發電模組之構成的立體圖。
[第12圖]說明本發明其他實施例之聚光型太陽光發電裝置中所使用的發電模組之構成的立體圖。
28．．．聚光透鏡(一階光學系統)
32．．．支撐板
34．．．太陽電池單元
40．．．發電模組
42．．．金屬製基台(座板)
44．．．支柱
46．．．貫通孔
48．．．遮光板
50．．．均化器(二階光學系統，柱狀光學構件)
52．．．反射防止膜
56．．．第1鉛電極
58．．．第2鉛電極
60．．．接著層
62．．．透明樹脂
64．．．白色樹脂(遮光構件)

Claims (9)

  1. 一種聚光型太陽光發電裝置，包含有：用以將太陽光聚光之一階光學系統；太陽電池單元；立設在該太陽電池單元的正上方位置，使下端面和該太陽電池單元相對向，以將由該一階光學系統所聚光之太陽光導向該太陽電池單元的柱狀光學構件；及插在該柱狀光學構件的下端面與該太陽電池單元之間的透明樹脂，該聚光型太陽光發電裝置具有遮光構件，該遮光構件係由覆蓋前述透明樹脂之不透明著色樹脂所形成，用以遮蔽前述透明樹脂免於來自前述柱狀光學構件外部的太陽光。
  2. 如申請專利範圍第1項之聚光型太陽光發電裝置，其中前述不透明著色樹脂為含有由白色且非透明的粉末所形成之填充材的白色樹脂，且配設成可覆蓋前述柱狀光學構件下端部之外周面。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之聚光型太陽光發電裝置，其中前述太陽電池單元在受光面設有TiO2 /Al2 O3 反射防止膜。
  4. 一種聚光型太陽光發電裝置，包含有：用以將太陽光聚光之一階光學系統；太陽電池單元；立設在該太陽電池單元的正上方位置，使下端面和該太陽電池單元相對向，以將由該一階光學系統所聚光之太陽光導向該太陽電池單元的柱狀光學構件；及插在該柱狀光學構件的下端面與該太陽電池單元之間的透明樹脂， 該聚光型太陽光發電裝置具有遮光構件用以遮蔽前述透明樹脂免於來自前述柱狀光學構件外部的太陽光，，前述遮光構件覆蓋前述柱狀光學構件的下端部及與其下端面相對向之太陽電池單元，而且含有10重量%以上之氟化矽樹脂。
  5. 如申請專利範圍第4項記載之聚光型太陽光發電裝置，其中前述遮光構件含有50重量%以下之氟化矽樹脂。
  6. 如申請專利範圍第1、2、4或5項之聚光型太陽光發電裝置，其中前述遮光構件具有50(g/M2 ．24h)以下的透濕度。
  7. 如申請專利範圍第1、2、4或5項之聚光型太陽光發電裝置，其中前述柱狀光學構件的下端面與前述太陽電池單元之間插入了透明樹脂，前述遮光構件由含有填充材之非透明著色矽樹脂所形成。
  8. 如申請專利範圍第1、2、4或5項之聚光型太陽光發電裝置，其中前述柱狀光學構件為硼矽酸鹽玻璃製成者。
  9. 如申請專利範圍第1、2、4或5項之聚光型太陽光發電裝置，其中構成前述柱狀光學構件的玻璃具有10nm以下的表面粗糙度Ra(算術平均粗糙度)。
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