WO2015136720A1 - 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モジュール用フレキシブルプリント配線板 - Google Patents

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モジュール用フレキシブルプリント配線板 Download PDF

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solar power
concentrating solar
generation module
wiring board
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斉藤　健司
岩崎　孝
和正 鳥谷
義哉 安彦
弘津　研一
永井　陽一
英章 中幡
塁 三上
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a concentrating solar power generation (CPV) that generates power by concentrating sunlight on a power generation element.
  • CPV concentrating solar power generation
  • the concentrating solar power generation is based on a configuration in which sunlight condensed by a lens is incident on a power generation element (solar cell) made of a small compound semiconductor having high power generation efficiency.
  • a power generation element solar cell
  • a configuration in which a plurality of electric power generating elements mounted on an insulating substrate such as ceramic with wiring are arranged at a light collecting position, and the generated power on each insulating substrate is collected by electric wires.
  • a concentrating solar power generation device that takes heat dissipation into consideration has also been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the conventional concentrating solar power generation panel as described above requires a large number of insulating substrates such as ceramics.
  • insulating substrates such as ceramics.
  • the number of manufacturing processes increases and it takes time. As a result, the manufacturing cost increases, and a product with a practically appropriate price cannot be obtained.
  • the substrate must also be made considerably large.
  • manufacturing such a large substrate is difficult in terms of manufacturing technology. As described above, it takes time to mount a large number of small substrates and connect them to each other. On the other hand, it is difficult to manufacture a large substrate.
  • the conventional concentrating solar power generation panel does not show clear teaching or attention on the insulation performance.
  • a high voltage is generated inside the photovoltaic power generation panel due to the series connection of the power generation elements.
  • water vapor entering the panel may cause condensation due to changes in temperature. Small insects may also enter the panel.
  • a short circuit in the electric circuit or a short circuit (ground fault) from the electric circuit to the housing of the panel may be stopped through moisture or insects.
  • the output is reduced, and a slight electric shock caused by a person touching the housing may occur.
  • the conductive portion inside the panel ages, the copper pattern and the solder portion are rusted, which increases the resistance of the electric circuit. When the resistance increases, the output of the photovoltaic power generation panel decreases.
  • the present invention relates to a substrate structure for concentrating solar power generation, which facilitates its manufacture and mounting, improves insulation performance, and suppresses aging of conductive parts.
  • the present invention comprises a container-shaped housing having a bottom surface, a flexible printed wiring board provided in contact with the bottom surface, and a plurality of lens elements that are attached to the housing and collect sunlight.
  • a concentrating solar power generation module provided with a condensing unit, wherein the flexible printed wiring board includes an insulating base material having an insulating property and a conductive pattern provided on the insulating base material, A plurality of power generating elements provided on the pattern corresponding to each of the lens elements and a conductive portion including the pattern on the insulating base material are covered and sealed, and have an insulating property and a low water absorption of a predetermined value or less.
  • a coating layer having a rate, and an adhesive layer that adheres the insulating base material and the coating layer to each other and has an insulating property and a low water absorption rate equal to or less than the predetermined value.
  • a flexible printed wiring having a function of concentrating solar power generation is provided by providing a power generation element on an insulating base having an appropriate size that is easy to manufacture.
  • the plate can be easily manufactured.
  • the flexible printed wiring board can be stretched over to a desired size (area), it is suitable for a large-scale concentrating solar power generation module.
  • the flexible printed wiring board is thin and lightweight, the entire concentrating solar power generation module is also light and easy to handle.
  • the flexible printed wiring board is thin and flexible, it can be easily attached to the bottom surface of the housing. Furthermore, due to the close contact and thinness, heat of the power generation element and other flexible printed wiring boards can be reliably radiated to the housing.
  • the coating layer and the adhesive layer having a low water absorption rate can prevent the conductive portion from being corroded and suppress deterioration over time.
  • the flexible printed wiring board for the concentrating solar power generation module of the present invention is provided with an insulating base material having insulating properties, a conductive pattern provided on the insulating base material, and a plurality of the conductive patterns arranged side by side on the pattern. And covering the conductive portion including the pattern on the insulating base material, sealing the insulating layer and having a low water absorption of a predetermined value or less, the insulating base material, and the covering layer. Are adhered to each other, and have an insulating layer and an adhesive layer having a low water absorption rate equal to or less than the predetermined value.
  • the concentrating solar power generation is provided by providing the power generating element and the concentrating portion on an insulating base material having an appropriate size that is easy to manufacture.
  • a flexible printed wiring board having the above function can be easily manufactured.
  • the flexible printed wiring board can be stretched to a desired size (area), it is suitable as a substrate for a large concentrating solar power generation module.
  • the flexible printed wiring board is attached to a metal casing by covering and sealing the conductive part including the pattern with a coating layer and an adhesive layer that are insulative and have a low water absorption rate.
  • a creepage distance from the conductive portion to the bottom surface of the housing is ensured. Thereby, the outstanding insulation performance is realizable.
  • the coating layer and the adhesive layer having a low water absorption rate can prevent the conductive portion from being corroded and suppress deterioration over time.
  • a substrate structure for concentrating solar power generation that facilitates manufacture and mounting, has excellent insulation performance, and suppresses aged deterioration of the conductive portion. It can be a structure.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the concentrating solar power generation device which concerns on one Embodiment of this invention. It is a perspective view (partially fractured) which expands and shows a concentrating solar power generation module. It is an enlarged view of the III section in FIG. It is sectional drawing orthogonal to the longitudinal direction of a flexible printed wiring board in the site
  • the gist of the embodiment of the present invention includes at least the following.
  • the concentrating solar power generation module is attached to the casing and has a container-shaped casing having a bottom surface, a flexible printed wiring board provided in contact with the bottom surface, and collects sunlight.
  • a concentrating solar power generation module including a condensing unit formed with a plurality of lens elements arranged side by side, wherein the flexible printed wiring board includes an insulating base having an insulating property and the insulating base
  • the function of concentrating solar power generation is mounted by providing a power generation element on an insulating base having an appropriate size that is easy to manufacture.
  • a flexible printed wiring board can be easily manufactured.
  • the flexible printed wiring board can be stretched over to a desired size (area), it is suitable for a large-scale concentrating solar power generation module.
  • the flexible printed wiring board is thin and lightweight, the entire concentrating solar power generation module is also light and easy to handle.
  • the flexible printed wiring board is thin and flexible, it can be easily attached to the bottom surface of the housing. Furthermore, due to the close contact and thinness, heat of the power generation element and other flexible printed wiring boards can be reliably radiated to the housing.
  • the coating layer and the adhesive layer having a low water absorption rate can prevent the conductive portion from being corroded and suppress deterioration over time.
  • the predetermined value is 3%. In this case, since the coating layer and the adhesive layer hardly absorb water, excellent insulating performance can be maintained.
  • the flexible printed wiring board has the ribbon-shaped insulating base material on which the power generation element is mounted arranged on the bottom surface. It may be constituted by. In this case, the flexible printed wiring board can be stretched to a desired size while suppressing the area to the minimum necessary.
  • the power generation elements can be arranged in advance at regular intervals in the longitudinal direction, the lens elements and the power generation elements can be easily aligned with each other, and the productivity is excellent.
  • the insulating base material is attached to the bottom surface via an insulating bottom surface adhesive layer. There may be. In this case, the insulating property of the insulating base material viewed from the housing is enhanced. Further, since the adhesive layer itself can be formed thin, the heat radiation from the insulating base material to the housing is not impaired by the bottom surface adhesive layer.
  • a potting layer including the power generation element and covering a portion where the conductive portion is locally exposed is provided.
  • the exposed conductive parts such as the electrode of the power generation element, the diode, and the solder connection part that are not sufficiently covered with the coating layer are covered with the potting layer, so that the exposure of these conductive parts can be avoided. Accordingly, the insulation performance can be enhanced.
  • the width of the insulating substrate can be made closer to the width of the element to be mounted. Thereby, a thinner insulating base material can be used, and the cost can be reduced.
  • a creepage distance from the pattern to the bottom surface is preferably 0.2 to 34.9 mm. By this range, it is possible to achieve both maintenance of insulation performance and low cost.
  • the value 34.9 mm is based on the maximum value of the width of the insulating base material and the minimum value of the width of the pattern.
  • the width of the insulating base material is preferably 0.6 to 70 mm. By this range, it is possible to achieve both maintenance of insulation performance and low cost.
  • the value of 0.6 mm is based on the minimum value of the creepage distance and the minimum value of the pattern width.
  • the width of the pattern is preferably 0.2 to 69.6 mm.
  • both insulation performance and low cost can be achieved. That is, if it is smaller than 0.2 mm, not only the insulation performance cannot be secured sufficiently, but also it cannot be stably manufactured at a low cost. In addition, if it is larger than 69.6 mm, the cost becomes practically too high.
  • the value of 69.6 mm is based on the maximum width of the insulating base and the minimum creepage distance.
  • the ratio of the package width of the power generation element to the width of the insulating base is 1: (1. 2 to 2) is preferable. By this range, maintenance of insulation performance and low cost can be realized.
  • a width of the bottom surface adhesive layer is larger than a width of the insulating base material. In this case, since the creepage distance extends by the width of the bottom surface adhesive layer larger than the width of the insulating base material, the insulating performance can be enhanced.
  • At least one metal plate is provided inside the bottom surface adhesive layer in the thickness direction of the layer. It may be done. In this case, the insulating performance of the insulating base material with respect to the housing can be enhanced.
  • the concentrating solar power generation panel is formed by assembling a plurality of the concentrating solar power generation modules of (1).
  • a concentrating solar power generation panel having a desired size can be configured by the concentrating solar power generation module that exhibits the above-described effects.
  • an insulating base material having insulation properties, a conductive pattern provided on the insulating base material, and a plurality of such patterns are arranged on the pattern.
  • a power generation element provided, a covering layer that covers and seals the conductive portion including the pattern on the insulating base material, has an insulating property and a low water absorption rate of a predetermined value or less, the insulating base material, and the covering layer And an adhesive layer having insulating properties and a low water absorption rate equal to or lower than the predetermined value.
  • the concentrating solar power generation is provided by providing the power generating element and the concentrating portion on an insulating base material having an appropriate size that is easy to manufacture.
  • a flexible printed wiring board having the above function can be easily manufactured.
  • the flexible printed wiring board can be stretched to a desired size (area), it is suitable as a substrate for a large concentrating solar power generation module.
  • the flexible printed wiring board is attached to a metal casing by covering and sealing the conductive part including the pattern with a coating layer and an adhesive layer that are insulative and have a low water absorption rate.
  • a creepage distance from the conductive portion to the bottom surface of the housing is ensured. Thereby, the outstanding insulation performance is realizable.
  • the coating layer and the adhesive layer having a low water absorption rate can prevent the conductive portion from being corroded and suppress deterioration over time.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a concentrating solar power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • a concentrating solar power generation apparatus 100 includes a concentrating solar power generation panel 1, a support 2 that supports the concentrating solar power generation panel 1 at the center of the back surface, and a gantry 3 to which the support 2 is attached.
  • the concentrating solar power generation panel 1 includes, for example, 62 concentrating solar power generation modules 1M (vertical 7 ⁇ horizontal 9-1), excluding the central portion for connection with the support column 2, vertically and horizontally. Become.
  • the rated output of one concentrating solar power generation module 1M is about 100 W, for example, and the entire concentrating solar power generation panel 1 has a rated output of about 6 kW.
  • the concentrating solar power generation panel 1 can be rotated around the support column 2 by a rotation mechanism (not shown) provided on the back surface thereof so that the concentrating solar power generation panel 1 is always directed toward the sun. Can be tracked.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view (partially broken) showing a concentrating solar power generation module (hereinafter also simply referred to as a module) 1M.
  • the module 1M is like a lid on a vessel-shaped (bat-shaped) housing 11 having a bottom surface 11a, a flexible printed wiring board 12 provided in contact with the bottom surface 11a, and a flange 11b of the housing 11.
  • the primary condensing part 13 attached to is provided as a main component.
  • the housing 11 is made of metal.
  • the primary condensing unit 13 is a Fresnel lens array, and a plurality of Fresnel lenses 13f as lens elements for condensing sunlight are formed in a matrix (for example, 192 in the 16 ⁇ 12 horizontal direction). Yes.
  • a primary condensing part 13 can be formed, for example, by using a glass plate as a base material and forming a silicone resin film on the back surface (inside) thereof.
  • the Fresnel lens is formed on this resin film.
  • a connector 14 for taking out the output of the module 1M is provided on the outer surface of the housing 11.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion III in FIG.
  • a flexible printed wiring board 12 includes an insulating base material 121a having insulating properties, a conductive pattern (for example, copper foil) 121b provided on the insulating base material 121a, and a power generation element (solar cell) thereon. ) 122 and a secondary condensing part 123 provided to cover the power generation element 122.
  • the insulating base 121a is made of polyimide having excellent heat resistance, for example.
  • the same number of sets of power generation elements 122 and secondary condensing units 123 are provided at positions corresponding to the Fresnel lenses 13 f of the primary condensing unit 13.
  • the secondary condensing unit 123 collects sunlight incident from each Fresnel lens 13 f on the power generation element 122.
  • the secondary condensing unit 123 is, for example, a lens. However, it may be a reflecting mirror that guides light downward while irregularly reflecting light. In some cases, the secondary condenser is not used.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view orthogonal to the longitudinal direction of the flexible printed wiring board 12 at a portion where the power generation element 122 is provided.
  • This figure is drawn so that the main part of the structure can be easily seen, and the thickness and other dimensions are not necessarily proportional to the actual dimensions.
  • the power generation element 122 (cell package 122p, electrode 122e) is located directly below the Fresnel lens 13f of the primary condensing unit 13 so that the optical axes thereof are aligned.
  • the flexible printed wiring board 12 includes an insulating base 121a and a pattern 121b, and mounted electronic components / optical components (here, the power generation element 122).
  • the electrode 122e of the power generation element 122 is electrically connected to the pattern 121b.
  • a bottom surface adhesive layer 123 made of an insulating adhesive is provided between the insulating substrate 121a and the bottom surface 11a of the housing 11.
  • the pattern 121b is covered with a cover lay 125 as a coating layer and is not exposed.
  • a material having excellent insulating properties is suitable, for example, polyimide, acrylic, epoxy or the like is suitable.
  • the generated voltage (direct current) by solar power generation appears on the pattern 121b insulated from the casing 11. Therefore, the insulation performance is a withstand voltage performance and a tracking resistance performance between the housing 11 and the pattern 121b.
  • the insulating base 121a and the coverlay 125 are bonded to each other by an adhesive layer 124 formed of an adhesive having an insulating property and a low water absorption rate equal to or lower than a predetermined value.
  • an adhesive layer 124 formed of an adhesive having an insulating property and a low water absorption rate equal to or lower than a predetermined value.
  • the material of the adhesive layer 124 a material having excellent insulating properties is suitable, and polyimide, silicone, acrylic, epoxy, and the like are suitable. Note that the same material is suitable for the bottom surface adhesive layer 123. In this manner, the conductive portion including the pattern 121b is covered and sealed with the cover lay (covering layer) 125 and the adhesive layer 124 that have insulating properties and low water absorption.
  • the coverlay 125 and the adhesive layer 124 having a low water absorption rate can prevent the conductive portion from being corroded and suppress deterioration over time.
  • the “predetermined value” is, for example, 3%.
  • the water absorption is represented by the weight of water in the weight of the object after the object is immersed in water for 24 hours. If the water absorption is 3% or less, water is hardly absorbed, so that excellent insulation performance can be maintained. In addition, if it exceeds 3%, the insulation performance gradually deteriorates.
  • the adhesive layer 124 for example, one having a water absorption rate of 0.8 to 1.6% is used.
  • the coverlay 125 is 2.4-2.6%.
  • the water absorption rate of the insulating base material 121a was 1.4% to 2.7%. When the water absorption rate was 2.7%, although the insulation resistance decreased at the time of water absorption, the reference value of the pressure resistance was barely met. From this fact, it is understood that it is necessary for the adhesive layer 124 to have a water absorption rate of 3% or less.
  • the periphery of the cell package 122p of the power generation element 122 is covered with a potting layer 126 made of a potting agent. Therefore, the electrode 122e is not exposed.
  • the potting layer 126 also has an insulating property and a low water absorption rate equal to or less than a predetermined value.
  • a locally exposed conductive portion such as a diode (not shown) or a solder connection portion, which cannot be sufficiently covered by the coverlay 125, with a potting layer, exposure of these conductive portions can be avoided. . Accordingly, the insulation performance can be enhanced.
  • the width of the insulating base 121a can be made closer to the width of the element to be mounted. Thereby, a thinner insulating substrate 121a can be used, and the cost can be reduced.
  • the pattern 121 b is insulated from the housing 11 by the insulating base 121 a and the bottom surface adhesive layer 123.
  • the total thickness of the insulating base material 121a and the bottom surface adhesive layer 123 is preferably 10 to 100 ⁇ m, whereby both insulating performance and heat dissipation can be achieved. That is, if it is less than 10 ⁇ m, the insulation performance is insufficient. When it exceeds 100 ⁇ m, the heat dissipation to the housing 11 is deteriorated.
  • the thickness of the pattern 121b is, for example, about 35 ⁇ m.
  • the dimension between the end of the cover lay 125 and the end of the pattern 121b is a, and the dimension between the lower surface of the pattern 121b and the surface of the bottom surface adhesive layer 123 (substantially The thickness of the insulating base 121a is b, and the bottom surface adhesive layer 123 is provided by a dimension c larger than the width of the insulating base 121a (symmetrically (2c in total)).
  • the width of the bottom surface adhesive layer 123 is larger by the dimension c than the width of the insulating base 121a, thereby extending the creeping distance. Thereby, insulation performance can be improved.
  • the creepage distance to the bottom surface 11a is (a + b + c).
  • a is 0.2 mm or more
  • b is 25 ⁇ m or 12.5 ⁇ m
  • c is 25 ⁇ m or more.
  • the total creepage distance of a + b + c is preferably 0.2 to 34.9 mm.
  • the width Wf of the insulating base 121a is preferably in the range of 0.6 to 70 mm. Thereby, both insulation performance and low cost can be achieved. That is, if it is smaller than 0.6 mm, sufficient insulation performance cannot be secured. In addition, if it is larger than 70 mm, the cost becomes practically too high.
  • the width of the pattern 121b is preferably 0.2 to 69.6 mm. Thereby, both insulation performance and low cost can be achieved. That is, if it is smaller than 0.2 mm, not only the insulation performance cannot be secured sufficiently, but also it cannot be stably manufactured at a low cost. In addition, if it is larger than 69.6 mm, the cost becomes practically too high.
  • the lower limit value of the width of the pattern 121b for example, the dimensional tolerance when the pattern 121b is manufactured at low cost using etching, a known Thomson type, or the like is about ⁇ 0.1 mm. Therefore, by setting the width of the pattern 121b to 0.2 mm, it is possible to manufacture a flexible printed wiring board stably at a low cost and with a high yield even when dimensional tolerance is taken into consideration.
  • FIG. 14 is a plan view as an example of a part of the insulating base material 121a and the pattern 121b.
  • the width of the insulating base 121a is Wf
  • the width of the pattern 121b is Wp
  • the width dimension equal to both sides which is the creeping distance on the insulating base 121a is a
  • Wf Wp + 2 ⁇ a.
  • the practical maximum dimension of the Fresnel lens 13f (FIGS. 2 and 4) is considered to be 70 mm ⁇ 70 mm. This is because when the light is condensed with a Fresnel lens exceeding this size, the temperature of the power generation element 122 and the cell package 122p exceeds 120 ° C. In this case, the power generation efficiency is extremely lowered and the cell package is inexpensive. This is because it causes a practical problem that it cannot be adopted. Then, in the case of a 70 mm ⁇ 70 mm Fresnel lens, the maximum width of the insulating base material 121a is 70 mm so that the adjacent insulating base materials 121a do not overlap each other.
  • the ratio of the width Wc of the cell package 122p to the width Wf of the insulating base 121a is preferably 1: (1.2 to 2). Thereby, both insulation performance and low cost can be achieved. If it is less than 1.2, that is, if the width Wf of the insulating base material 121a is less than 1.2 with respect to the width Wc of the cell package 122p, the insulating properties deteriorate. Moreover, if the width Wf of the insulating base material 121a exceeds 2 with respect to the width Wc of the cell package 122p, the cost becomes practically too high.
  • FIG. 11 shows an example in which the breakdown voltage between the pattern 121b and the bottom surface 11a is measured by changing only the dimension a while b is 25 ⁇ m and c is 0 among the above dimensions.
  • the upper polygonal line is when the coverlay 125 and the adhesive layer 124 are present, and the lower polygonal line is when there is no coverlay.
  • a dielectric breakdown voltage of 6000 V or more provides excellent insulation performance of class A.
  • when there is no cover lay when a is 0.6 mm, it cannot withstand 2000V. Further, even if a is 3.8 mm, the dielectric breakdown voltage does not reach 6000V.
  • casing 11 is metal as mentioned above, for example, aluminum is suitable.
  • the housing 11 has good thermal conductivity. Therefore, the heat dissipation from the flexible printed wiring board 12 to the housing 11 is particularly good.
  • the housing 11 is made of aluminum, so that the entire concentrating solar power generation module 1M is light. It is easy to transport due to its light weight. Taking the degree of “light weight” as an example, when the length, width, and depth of the module 1M are 840 mm, 640 mm, and 85 mm, respectively, 8 kg or less can be realized.
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of the arrangement of the flexible printed wiring board 12 (details are omitted) stretched around the bottom surface 11a of the housing 11.
  • the flexible printed wiring board 12 has a basic shape (the shape of the insulating base material 121a) in a thin and thin ribbon shape.
  • the flexible printed wiring board 12 is arranged in the vertical and horizontal directions on the bottom surface 11a so as to have a desired size (area). Since it can be stretched, it is suitable for a large-scale concentrating solar power generation module 1M.
  • the entire flexible printed wiring board 12 configured to be stretched in this way is comparable to a single substrate or a group of a plurality of substrates having the same expansion.
  • the area of the flexible printed wiring board 12 can be stretched to a desired size while suppressing the area to the minimum necessary.
  • the power generation elements 122 can be arranged in advance in the longitudinal direction of the insulating base 121a at a predetermined interval, the Fresnel lens 13f and the power generation element 122 can be easily aligned with each other, which increases productivity. Excellent.
  • the flexible printed wiring board 12 shown in FIG. 5 includes, for example, 12 sets of power generation wiring boards 12A and connection wiring boards 12B.
  • the power generation wiring board 12A is formed in a U-shape (or U-shape). Such a shape may be formed by connecting linear portions, or may be formed integrally.
  • the same number of power generation elements are mounted on each power generation wiring board 12A, and a predetermined voltage can be generated.
  • the length of the power generation wiring board 12A can be sufficiently secured by forming the power generation wiring board 12A into a shape extending from the center of the bottom surface 11a to the end and returning to the center.
  • the connection wiring board 12B in the center so as to intersect the power generation wiring board 12A, the 12 sets of power generation wiring boards 12A can be easily connected to each other.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the power generation wiring board 12A.
  • 16 power generation elements 122 are mounted on the power generation wiring board 12A.
  • the power generation elements 122 mounted on one power generation wiring board 12A are all connected in series.
  • the voltage generated by one power generation element 122 is 2.5 V, and a voltage of 40 V (2.5 V ⁇ 16) can be generated as 16 serial bodies. This voltage appears at the + side electrode P and the ⁇ side electrode N provided at the two ends of the power generation wiring board 12A.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a portion VII in FIG.
  • the hatched pattern 121b is formed on the insulating substrate 121a by etching or the like.
  • a power generation element 122 is inserted in series between the adjacent patterns 121b.
  • a diode 127 is provided in parallel with the power generation element 122 so as to form a bypass of the power generation element 122.
  • the diode 127 is provided to short-circuit the adjacent patterns 121b when the power generation element 122 does not generate power.
  • the pattern 121b is covered with the coverlay 125 (FIG. 4), and the power generating element 122 and the diode 127 are potted.
  • positioning holes are formed in the insulating base material 121a, and the hole H is shown in FIG. 7 as one of them.
  • the pattern 121b is removed in a circle around the hole H so as not to reach the edge of the hole H.
  • the power generation wiring board 12A can be positioned at a predetermined position with respect to the housing 11.
  • a similar positioning structure can be provided for the connection wiring board 12B.
  • the configuration in which the hole H of the insulating base 121a and the projection 11p on the side of the housing 11 are fitted to each other is only an example. Positioning when attaching to the bottom surface 11a of the body 11 can be configured so that it can be easily and reliably performed.
  • the outputs of the 12 power generation wiring boards 12A are such that the + side electrodes P (FIG. 6) are connected to each other by the connecting circuit 12Bp, and the ⁇ side electrodes N (FIG. 6) are connected to each other. Connected by 12Bn.
  • a 12V parallel circuit of 40V is configured, and the above-mentioned 100 W (2.5 A) can be supplied as one module 1M as a whole.
  • the entire module 1M is also light and easy to handle.
  • the flexible printed wiring board 12 since the flexible printed wiring board 12 is thin and flexible, it can be easily attached in close contact with the bottom surface 11 a of the housing 11. Further, the heat of the power generating element 122 and other flexible printed wiring boards can be reliably radiated to the housing 11 by the close contact and the thinness.
  • FIG. 8 is a plan view showing another example of the arrangement of the flexible printed wiring boards.
  • the power generation wiring board 12A is a simple straight line
  • the connection wiring board 12B is provided at the center and at the upper and lower ends.
  • the central connection wiring board 12B is for mutual connection of the upper and lower power generation wiring boards 12A
  • the upper and lower end connection wiring boards 12B are for + and-output.
  • connection wiring board 12B since the connection wiring board 12B does not need to be exposed to light in the first place, it may be provided on the inner side surface of the housing 11.
  • FIG. 9 is a plan view illustrating an example in which the connection wiring board 12 ⁇ / b> B is provided on the inner surface of the housing 11. That is, this is an example in which the connection wiring boards 12B at the upper and lower ends in FIG. In this way, the inner surface of the housing 11 can also be utilized.
  • FIG. 10 is a plan view showing another example in which the connection wiring board 12B is provided on the inner surface of the housing 11.
  • Connection wiring boards 12B (12Bp, 12Bn) are provided on the upper and lower side surfaces of the figure, and the positive and negative sides of the power generation wiring board 12A are connected to each other. In this way, the inner surface of the housing 11 can be utilized, and the central connection wiring board 12B can be omitted.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the flexible printed wiring board 12 showing a configuration different from that of FIG. The difference from FIG. 4 lies in the bottom adhesive layer 123, and the others are the same.
  • the bottom surface adhesive layer 123 shown in FIG. 12 is drawn thicker than the actual dimensions for the convenience of showing the structure.
  • the bottom surface adhesive layer 123 is formed by encapsulating thin metal plates m1 and m2 in an insulating resin adhesive. A plurality of (here, two) metal plates m1 and m2 are sealed so as to be separated from each other as shown in the drawing and not exposed to the upper and lower end surfaces of the bottom surface adhesive layer 123. However, the upper metal plate m1 is in a position close to the surface of the bottom surface adhesive layer 123.
  • a DC voltage is applied between the pattern 121 b and the housing 11 in order to verify the insulation performance.
  • two metal plates m1 and m2 are interposed between the pattern 121b and the housing 11, and an insulator, that is, a dielectric exists between them.
  • FIG. 13 is an equivalent circuit when the DC voltage Emax is applied between the pattern 121b and the housing 11. Between the pattern 121b and the housing 11, there are three capacitances in series with each other.
  • the capacitance C1 exists between the pattern 121b and the metal plate m1.
  • the capacitance C2 exists between the metal plate m1 and the metal plate m2.
  • the capacitance C3 exists between the metal plate m2 and the housing 11. Assume that voltages E1, E2, and E3 are applied across the capacitances C1, C2, and C3, respectively.
  • the capacitance between the two electrodes is proportional to ( ⁇ A / d) ( ⁇ : dielectric constant, A: area, d: thickness).
  • C2 and C3 are larger than C1. That is, the dielectric constant of the bottom surface adhesive layer 123 and the areas of the metal plates m1 and m2 are selected so that C1 ⁇ C2 and C1 ⁇ C3.
  • the capacitances C1 to C3 have the same charge Q, and thus the following equations (1) to (3) are obtained.
  • Q E1max ⁇ C1 (1)
  • Q E2 / C2 (2)
  • Q E3 ⁇ C3 (3)
  • E2 (C1 / C2) ⁇ E1max (4)
  • E3 (C1 / C3) ⁇ E1max (5)
  • the overall withstand voltage Emax is expressed by the following equation (6), and a greater withstand voltage can be obtained than the capacitance C1 alone.
  • the insulating performance of the insulating base 121a with respect to the housing 11 can be enhanced.
  • two metal plates m1 and m2 are shown in FIG. 12, the number of metal plates sealed in the bottom surface adhesive layer 123 may be one or three or more.
  • Concentration type photovoltaic power generation panel 1M Concentration type photovoltaic power generation module 2 Support

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Abstract

　筐体の底面に接して設けられたフレキシブルプリント配線板と、太陽光を集光するレンズ要素が複数個並んで形成された１次集光部とを備えた集光型太陽光発電モジュールであって、フレキシブルプリント配線板は、絶縁基材及び導電性のパターンと、レンズ要素の各々と対応してパターン上に複数個設けられた発電素子と、絶縁基材上のパターンを含む導電部を覆って封止し、絶縁性及び所定値以下の低吸水率を有する被覆層としてのカバーレイと、絶縁基材と被覆層とを互いに接着し、絶縁性及び所定値以下の低吸水率を有する接着層とを備えている。

Description

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モジュール用フレキシブルプリント配線板
　本発明は、太陽光を発電素子に集光させて発電する集光型太陽光発電（ＣＰＶ）に関する。
　集光型太陽光発電では、発電効率の高い小型化合物半導体からなる発電素子（太陽電池）に、レンズで集光させた太陽光を入射させる構成を基本としている。このような基本構成を複数備える集光型太陽光発電パネルを、常に太陽に向けるように追尾動作させることにより、所望の発電電力を得ることができる。具体的には、例えば、配線付きのセラミック等の絶縁基板に１つの発電素子を実装したものを複数個、集光位置に配置し、電線により各絶縁基板上の発電電力を集電するよう構成される（例えば、非特許文献１参照。）。
　また、その他、放熱性に配慮した集光型太陽光発電装置についても、提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
特開２００３－１７４１７９号公報 特開２００８－９１４４０号公報
"Failure Modes of CPV Modules and How to Test for Them"、[online]、２０１０年２月１９日、Emcore Corporation、［２０１３年２月２７日検索］、インターネット〈URL: http://www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/pvrw2010_aeby.pdf#search='emcore Pointfocus Fresnel Lens HCPV System'〉
　しかしながら、上記のような従来の集光型太陽光発電パネルでは、多数のセラミック等の絶縁基板が必要である。これらの多数の絶縁基板を並べて、かつ、それぞれを電線で接続するとなると、製造工程が多くなり、時間がかかる。その結果、製造コストが高くなって、実用上適切な価格の製品とすることができない。大きな基板を作成すれば製造工程数は減るが、そもそも、太陽光発電パネルは大きな面積が必要であるため、基板も相当大きくしなければならない。しかし、そのような大基板を作ることは製造技術上困難である。
　以上のように、小基板を多数装着して相互に接続するのは時間がかかり、その一方で、大基板を作るのは製造技術上の困難性がある。
　また、従来の集光型太陽光発電パネルには、絶縁性能についての明確な教示や着眼が示されていない。太陽光発電パネルの内部では、発電素子の直列接続によって高い電圧が生じている。しかも、太陽光発電パネルは屋外に設置されるため、パネル内に入った水蒸気が気温の変化によって結露を生じることがある。また、小さな虫がパネル内に侵入することもある。その結果、水分や虫を介して電気回路内での短絡若しくは、電気回路からパネルの筐体への短絡（地絡）が発止する場合がある。これらの場合には、出力が低下し、また、人が筐体に触れることによる軽度の電撃も生じうる。
　さらに、パネル内部の導電部は、年数の経過とともに、銅のパターンやはんだ部にさびが生じ、これが原因で電気回路の抵抗が増加する。抵抗が増加すると、太陽光発電パネルの出力が低下する。
　かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、集光型太陽光発電用の基板構造に関して、その製造及び装着を容易にするとともに、絶縁性能を高め、導電部の経年劣化を抑制することを目的とする。
　本発明は、底面を有する器状の筐体と、前記底面に接して設けられたフレキシブルプリント配線板と、前記筐体に取り付けられ、太陽光を集光するレンズ要素が複数個並んで形成された集光部と、を備えた集光型太陽光発電モジュールであって、前記フレキシブルプリント配線板は、絶縁性を有する絶縁基材及び当該絶縁基材上に設けられた導電性のパターンと、前記レンズ要素の各々と対応して前記パターン上に複数個設けられた発電素子と、前記絶縁基材上の前記パターンを含む導電部を覆って封止し、絶縁性及び所定値以下の低吸水率を有する被覆層と、前記絶縁基材と前記被覆層とを互いに接着し、絶縁性及び前記所定値以下の低吸水率を有する接着層とを備えている。
　上記のように構成された集光型太陽光発電モジュールにおいては、製作しやすい適当な寸法の絶縁基材上に発電素子を設けることによって、集光型太陽光発電の機能を搭載したフレキシブルプリント配線板を、容易に製造することができる。また、フレキシブルプリント配線板は、所望の大きさ（面積）に張り巡らすことができるので、大型な集光型太陽光発電モジュールに好適である。また、フレキシブルプリント配線板は薄く、軽量であるため、集光型太陽光発電モジュール全体も軽量となり、取り扱いが容易になる。しかも、フレキシブルプリント配線板は薄く、柔軟性があるので、筐体の底面へ密着させた取り付けが容易である。さらに、密着と薄さとによって、発電素子その他フレキシブルプリント配線板の熱を、確実に筐体に放熱させることができる。
　また、絶縁性があり、かつ、低吸水率の、被覆層及び接着層によって、パターンを含む導電部を覆い、封止することで、導電部から筐体の底面までの沿面距離が確保され、これにより、優れた絶縁性能を実現することができる。さらに、吸水率の低い被覆層及び接着層によって、導電部の腐食を防止し、経年劣化を抑制することができる。
　一方、本発明の集光型太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板は、絶縁性を有する絶縁基材及び当該絶縁基材上に設けられた導電性のパターンと、前記パターン上に複数個並べて設けられた発電素子と、前記絶縁基材上の前記パターンを含む導電部を覆って封止し、絶縁性及び所定値以下の低吸水率を有する被覆層と、前記絶縁基材と前記被覆層とを互いに接着し、絶縁性及び前記所定値以下の低吸水率を有する接着層とを備えている。
　上記のように構成された集光型太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板では、製作しやすい適当な寸法の絶縁基材上に発電素子及び集光部を設けることによって、集光型太陽光発電の機能を搭載したフレキシブルプリント配線板を、容易に製造することができる。また、フレキシブルプリント配線板は、所望の大きさ（面積）に張り巡らすことができるので、大型な集光型太陽光発電モジュール用の基板として好適である。
　また、絶縁性があり、かつ、低吸水率の、被覆層及び接着層によって、パターンを含む導電部を覆い、封止することで、当該フレキシブルプリント配線板を金属製の筐体に取り付けた場合に、導電部から筐体の底面までの沿面距離が確保される。これにより、優れた絶縁性能を実現することができる。さらに、吸水率の低い被覆層及び接着層によって、導電部の腐食を防止し、経年劣化を抑制することができる。
　本発明の集光型太陽光発電モジュールによれば、集光型太陽光発電用の基板構造に関して、その製造及び装着を容易にするとともに、絶縁性能に優れ、導電部の経年劣化を抑制する基板構造とすることができる。
本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電装置を示す斜視図である。 集光型太陽光発電モジュールを拡大して示す斜視図（一部破断）である。 図２におけるIII部の拡大図である。 発電素子が設けられている部位での、フレキシブルプリント配線板の長手方向に直交する断面図である。 筐体の底面上に張り巡らされたフレキシブルプリント配線板の配置の一例を平面視した図である。 発電用配線板の拡大図である。 図６におけるVII部の拡大図である。 フレキシブルプリント配線板の配置の他の例を示す平面図である。 接続用配線板を筐体の内側面に設ける一例を示す平面図である。 接続用配線板を筐体の内側面に設ける他の例を示す平面図である。 パターンと底面との間での絶縁破壊電圧を測定した例である。 図４とは異なる構成を示す、フレキシブルプリント配線板の断面図である。 パターンと筐体との間に直流電圧を印加する場合の等価回路である。 絶縁基材及びパターンの一部についての、一例としての平面図である。
　　［実施形態の要旨］
　本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
　（１）まず、集光型太陽光発電モジュールは、底面を有する器状の筐体と、前記底面に接して設けられたフレキシブルプリント配線板と、前記筐体に取り付けられ、太陽光を集光するレンズ要素が複数個並んで形成された集光部と、を備えた集光型太陽光発電モジュールであって、前記フレキシブルプリント配線板は、絶縁性を有する絶縁基材及び当該絶縁基材上に設けられた導電性のパターンと、前記レンズ要素の各々と対応して前記パターン上に複数個設けられた発電素子と、前記絶縁基材上の前記パターンを含む導電部を覆って封止し、絶縁性及び所定値以下の低吸水率を有する被覆層と、前記絶縁基材と前記被覆層とを互いに接着し、絶縁性及び前記所定値以下の低吸水率を有する接着層とを備えている。
　前記（１）のように構成された集光型太陽光発電モジュールにおいては、製作しやすい適当な寸法の絶縁基材上に発電素子を設けることによって、集光型太陽光発電の機能を搭載したフレキシブルプリント配線板を、容易に製造することができる。また、フレキシブルプリント配線板は、所望の大きさ（面積）に張り巡らすことができるので、大型な集光型太陽光発電モジュールに好適である。また、フレキシブルプリント配線板は薄く、軽量であるため、集光型太陽光発電モジュール全体も軽量となり、取り扱いが容易になる。しかも、フレキシブルプリント配線板は薄く、柔軟性があるので、筐体の底面へ密着させた取り付けが容易である。さらに、密着と薄さとによって、発電素子その他フレキシブルプリント配線板の熱を、確実に筐体に放熱させることができる。
　また、絶縁性があり、かつ、低吸水率の被覆層及び接着層によって、パターンを含む導電部を覆い、封止することで、導電部から筐体の底面までの沿面距離が確保され、これにより、優れた絶縁性能を実現することができる。さらに、吸水率の低い被覆層及び接着層によって、導電部の腐食を防止し、経年劣化を抑制することができる。
　（２）また、前記（１）の集光型太陽光発電モジュールにおいて、所定値とは３％である。
　この場合、被覆層及び接着層がほとんど水を吸収しないので、優れた絶縁性能を維持することができる。
　（３）また、前記（１）又は（２）の集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記フレキシブルプリント配線板は、前記発電素子を搭載したリボン状の前記絶縁基材が前記底面に並べられることにより構成されていてもよい。
　この場合、フレキシブルプリント配線板の面積を必要最小限に抑制しつつ、所望の大きさに張り巡らすことができる。また、長手方向には予め一定間隔で発電素子を並べた状態とすることができるので、レンズ要素と発電素子との相互の位置合わせが容易であり、生産性に優れる。
　（４）また、前記（１）～（３）のいずれか集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記絶縁基材は、絶縁性の底面接着層を介して前記底面に貼り付けられている構成であってもよい。
　この場合、筐体から見た絶縁基材の絶縁性が高まる。また、接着層自体は薄く形成できるので、絶縁基材から筐体への放熱性が底面接着層によって損なわれることはない。
　（５）また、前記（１）～（４）の集光型太陽光発電モジュールにおいて前記発電素子を含む、局部的に導電部が露出している箇所を覆うポッティング層が設けられ、当該ポッティング層は、絶縁性及び前記所定値以下の吸水率を有することが好ましい。
　この場合、発電素子の電極、ダイオード、はんだ接続部等、被覆層で充分に覆いきれない露出した導電部を、ポッティング層で覆うことで、これら導電部の露出を避けることができる。従って、絶縁性能を強化することができる。また、絶縁基材の幅を、搭載する素子の幅に近づけることができる。これにより、より細い絶縁基材を使用することができ、コスト低減が可能となる。
　（６）また、前記（１）～（５）のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記パターンから前記底面までの沿面距離が、０．２～３４．９ｍｍであることが好ましい。
　この範囲により、絶縁性能の維持と、低コストとを、両立させることができる。なお、３４．９ｍｍという値は、絶縁基材の幅の最大値と、パターンの幅の最小値とに基づいている。
　（７）また、前記（１）～（６）のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記絶縁基材の幅が０．６～７０ｍｍであることが好ましい。
　この範囲により、絶縁性能の維持と、低コストとを、両立させることができる。なお、０．６ｍｍという値は、沿面距離の最小値と、パターンの幅の最小値とに基づいている。
　（８）また、前記（１）～（７）のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記パターンの幅が、０．２～６９．６ｍｍであることが好ましい。
　これにより、絶縁性能と低コストとを両立させることができる。すなわち、０．２ｍｍより小さいと、絶縁性能が十分に確保できないのみならず、安価に安定して製造できない。また、６９．６ｍｍより大きくすることは実用上コストが高くなりすぎる。なお、６９．６ｍｍという値は、絶縁基材の幅の最大値と、沿面距離の最小値とに基づいている。
　（９）また、前記（１）～（８）のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記発電素子のパッケージ幅と、前記絶縁基材の幅との比が、１：（１．２～２）であることが好ましい。
　この範囲により、絶縁性能の維持と、低コストとを、実現することができる。
　（１０）また、前記（１）～（９）のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記底面接着層の幅が、前記絶縁基材の幅より大きいことが好ましい。
　この場合、底面接着層の幅が、絶縁基材の幅より大きい分だけ沿面距離が延びるので、絶縁性能を高めることができる。
　（１１）また、前記（１）～（１０）のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記底面接着層の内部には、層の厚さ方向に、少なくとも１枚の金属板が設けられていてもよい。
　この場合、筐体に対する絶縁基材の絶縁性能を高めることができる。
　（１２）また、集光型太陽光発電パネルは、前記（１）の集光型太陽光発電モジュールを複数個集合させて成るものである。
　この場合、上述した作用効果を発揮する集光型太陽光発電モジュールによって、所望の大きさの集光型太陽光発電パネルを構成することができる。
　（１３）一方、集光型太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板としては、絶縁性を有する絶縁基材及び当該絶縁基材上に設けられた導電性のパターンと、前記パターン上に複数個並べて設けられた発電素子と、前記絶縁基材上の前記パターンを含む導電部を覆って封止し、絶縁性及び所定値以下の低吸水率を有する被覆層と、前記絶縁基材と前記被覆層とを互いに接着し、絶縁性及び前記所定値以下の低吸水率を有する接着層とを備えている。
　上記のように構成された集光型太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板では、製作しやすい適当な寸法の絶縁基材上に発電素子及び集光部を設けることによって、集光型太陽光発電の機能を搭載したフレキシブルプリント配線板を、容易に製造することができる。また、フレキシブルプリント配線板は、所望の大きさ（面積）に張り巡らすことができるので、大型な集光型太陽光発電モジュール用の基板として好適である。
　また、絶縁性があり、かつ、低吸水率の、被覆層及び接着層によって、パターンを含む導電部を覆い、封止することで、当該フレキシブルプリント配線板を金属製の筐体に取り付けた場合に、導電部から筐体の底面までの沿面距離が確保される。これにより、優れた絶縁性能を実現することができる。さらに、吸水率の低い被覆層及び接着層によって、導電部の腐食を防止し、経年劣化を抑制することができる。
　　［実施形態の詳細］
　図１は、本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電装置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、これを背面中央で支持する支柱２と、支柱２を取り付ける架台３とを備えている。集光型太陽光発電パネル１は、例えば、支柱２との接続用の中央部を除く、６２個（縦７×横９－１）の集光型太陽光発電モジュール１Ｍを縦横に集合させて成る。１個の集光型太陽光発電モジュール１Ｍの定格出力は例えば約１００Ｗであり、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。集光型太陽光発電パネル１は、その背面に設けられている図示しない回転機構により支柱２を軸として回転することができ、集光型太陽光発電パネル１を常に太陽の方向へ向けるように追尾させることができる。
　図２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を有する器状（バット状）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１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は、金属製である。
　１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１６×横１２で、１９２個）並んで形成されている。このような１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。筐体１１の外面には、モジュール１Ｍの出力を取り出すためのコネクタ１４が設けられている。
　図３は、図２におけるIII部の拡大図である。図３において、フレキシブルプリント配線板１２は、絶縁性を有する絶縁基材１２１ａ及び当該絶縁基材１２１ａ上に設けられた導電性のパターン（例えば銅箔）１２１ｂと、その上に発電素子（太陽電池）１２２と、この発電素子１２２に被せるように設けられた２次集光部１２３とを備えている。絶縁基材１２１ａは、例えば、耐熱性に優れたポリイミド製である。
　発電素子１２２及び２次集光部１２３のセットは、１次集光部１３の各フレネルレンズ１３ｆに対応した位置に、同一の個数だけ設けられている。２次集光部１２３は、各フレネルレンズ１３ｆから入射された太陽光を発電素子１２２上に集める。２次集光部１２３は、例えばレンズである。但し、光を乱反射しながら下方へ導く反射鏡であってもよい。また、２次集光部は用いない場合もある。
　図４は、発電素子１２２が設けられている部位での、フレキシブルプリント配線板１２の長手方向に直交する断面図である。なお、この図は、構造の主要部を見易く示すように描いており、厚さその他の寸法は、必ずしも実寸に比例するものではない。
　図において、発電素子１２２（セルパッケージ１２２ｐ、電極１２２ｅ）は、１次集光部１３のフレネルレンズ１３ｆと、互いの光軸を揃えるように、真下に位置している。フレキシブルプリント配線板１２は、絶縁基材１２１ａ及びパターン１２１ｂと、実装された電子部品・光学部品等（ここでは発電素子１２２）とによって構成されている。
　発電素子１２２の電極１２２ｅは、パターン１２１ｂと電気的に接続されている。絶縁基材１２１ａと筐体１１の底面１１ａとの間には、絶縁性の接着剤による底面接着層１２３が設けられている。また、パターン１２１ｂは被覆層としてのカバーレイ１２５によって覆われており、露出しない。カバーレイ１２５の材質としては、絶縁性に優れたものが適し、例えばポリイミド、アクリル、エポキシ等が適する。太陽光発電による発電電圧（直流）は、筐体１１とは絶縁されたパターン１２１ｂ上に現れる。従って、絶縁性能とは、筐体１１とパターン１２１ｂとの間の、耐電圧性能、耐トラッキング性能である。
　絶縁基材１２１ａとカバーレイ１２５とは、絶縁性及び所定値以下の低吸水率を有する接着剤によって形成された接着層１２４によって互いに接着されている。接着層１２４の材質としては、絶縁性に優れたものが適し、ポリイミド、シリコーン、アクリル、エポキシ等が適する。なお、底面接着層１２３も同様の材質が適する。
　このようにして、絶縁性があり、かつ、低吸水率のカバーレイ（被覆層）１２５及び接着層１２４によって、パターン１２１ｂを含む導電部を覆い、封止する。その結果、パターン１２１ｂ等の導電部から筐体１１の底面１１ａまでの沿面距離が確保され、これにより、優れた絶縁性能を実現することができる。さらに、吸水率の低いカバーレイ１２５及び接着層１２４によって、導電部の腐食を防止し、経年劣化を抑制することができる。
　また、上記の「所定値」とは、例えば３％である。吸水率とは、対象物を２４時間水に浸したあとの、対象物の重さに占める水の重さにより、これを表す。３％以下の吸水率であれば、ほとんど水を吸収しないので、優れた絶縁性能を維持することができる。なお、３％を超えると、徐々に絶縁性能が悪くなる。
　参考までに、接着層１２４としては、例えば吸水率０．８～１．６％のものを使用している。カバーレイ１２５は２．４～２．６％である。また、絶縁基材１２１ａの吸水率は１．４％～２．７％で、２．７％の場合、吸水時に絶縁抵抗の低下が見られたものの、耐圧の基準値をかろうじて満たした。かかる事実から、接着層１２４としても、吸水率は３％以下であることが、必要であると解される。
　発電素子１２２のセルパッケージ１２２ｐは、その周囲が、ポッティング剤によるポッティング層１２６で覆われている。従って、電極１２２ｅは、露出しない。ポッティング層１２６も、絶縁性と所定値以下の低吸水率を有している。また、その他、図示しないダイオードや、はんだ接続部等の、カバーレイ１２５では充分に覆いきれない、局部的に露出した導電部をポッティング層で覆うことで、これら導電部の露出を避けることができる。従って、絶縁性能を強化することができる。また、絶縁基材１２１ａの幅を、搭載する素子の幅に近づけることができる。これにより、より細い絶縁基材１２１ａを使用することができ、コスト低減が可能となる。
　なお、絶縁基材１２１ａ及び底面接着層１２３によって、パターン１２１ｂは、筐体１１から絶縁されている。絶縁基材１２１ａ及び底面接着層１２３の合計の厚さは、１０～１００μｍであることが好ましく、これによって、絶縁性能と、放熱性とを、両立させることができる。すなわち、１０μｍ未満では絶縁性能が不足する。１００μｍを超えると、筐体１１への放熱性が悪くなる。パターン１２１ｂの厚さは、例えば３５μｍ程度である。
　図４に示すように、上記カバーレイ１２５の端部と、パターン１２１ｂの端部との間の寸法はａであり、パターン１２１ｂの下面と、底面接着層１２３の表面との寸法（実質的に絶縁基材１２１ａの厚さ）はｂであり、そして、底面接着層１２３は、絶縁基材１２１ａの幅よりも寸法ｃだけ大きく（左右対称に（合計２ｃ大きく））設けられている。このように底面接着層１２３の幅が、絶縁基材１２１ａの幅よりも寸法ｃだけ大きいことにより、沿面距離が延びる。これにより、絶縁性能を高めることができる。
　従って、導電部であるパターン１２１ｂの左下の角から見ると、底面１１ａまでの沿面距離は（ａ＋ｂ＋ｃ）となる。数値例としては、ａが０．２ｍｍ以上、ｂが２５μｍ又は１２．５μｍ、ｃは、２５μｍ以上を確保することが好ましい。また、ａ＋ｂ＋ｃの合計の沿面距離（但し、ａの値が最も支配的）としては、０．２～３４．９ｍｍが好ましい。これにより、絶縁性能（耐電圧、耐トラッキング）と低コストとを両立させることができる。すなわち、０．２ｍｍより小さいと、絶縁性能が充分に確保できない。また、３４．９ｍｍより大きくすることは実用上コストが高くなりすぎる。なお、３４．９ｍｍは、フレネルレンズ１３ｆの実用上の最大寸法を想定した場合の、実用上の沿面距離の最大寸法である。
　また、絶縁基材１２１ａの幅Ｗｆは、０．６～７０ｍｍの範囲内であることが好ましい。これにより、絶縁性能と低コストとを両立させることができる。すなわち、０．６ｍｍより小さいと、絶縁性能が充分に確保できない。また、７０ｍｍより大きくすることは実用上コストが高くなりすぎる。
　また、パターン１２１ｂの幅は、０．２～６９．６ｍｍであることが好ましい。これにより、絶縁性能と低コストとを両立させることができる。すなわち、０．２ｍｍより小さいと、絶縁性能が十分に確保できないのみならず、安価に安定して製造できない。また、６９．６ｍｍより大きくすることは実用上コストが高くなりすぎる。
　なお、パターン１２１ｂの幅の下限値に関して、例えば、エッチングや既知のトムソン型等を用いて安価にパターン１２１ｂを製造する場合の寸法公差は、±０．１ｍｍ程度である。従って、パターン１２１ｂの幅を０．２ｍｍとすることで、寸法公差を考慮しても、安価に安定して、しかも高い歩留まりで、フレキシブルプリント配線板を製造することができる。
　ここで、上記の、絶縁基材１２１ａの幅の範囲、パターン１２１ｂの幅の範囲、及び、沿面距離の範囲の相互の関係について補足説明する。
　図１４は、絶縁基材１２１ａ及びパターン１２１ｂの一部についての、一例としての平面図である。図において、絶縁基材１２１ａの幅をＷｆ、パターン１２１ｂの幅をＷｐ、絶縁基材１２１ａ上の沿面距離となる両側均等の幅寸法をａとすると、Ｗｆ＝Ｗｐ＋２・ａとなる。なお、前述のように、沿面距離（ａ＋ｂ＋ｃ）においてａの値が最も支配的であるので、沿面距離はほぼａの値で決まる。
　ここで、フレネルレンズ１３ｆ（図２，図４）の実用上の最大寸法は７０ｍｍ×７０ｍｍと考えられる。これは、この寸法を超えるフレネルレンズで集光すると、発電素子１２２やセルパッケージ１２２ｐの温度が１２０℃を超えるようになり、その場合、発電効率が極端に低下するほか、セルパッケージに安価な樹脂を採用することができないという現実的な問題を生じるからである。そうなると、７０ｍｍ×７０ｍｍのフレネルレンズの場合に、隣り合う絶縁基材１２１ａ同士が重なり合わないようにするには、絶縁基材１２１ａの幅の最大値は、７０ｍｍとなる。
　次に、片側の沿面距離ａの最小値は前述のように０．２ｍｍである。従って、その場合の、パターン１２１ｂの幅Ｗｐの最大値は、（７０ｍｍ－２×０．２ｍｍ）＝６９．６ｍｍである。また、逆に、沿面距離ａの最大値は、絶縁基材１２１ａの幅の最大値から、パターン１２１ｂの幅の最小値を減じた値の１／２となるべきであるから、このときの沿面距離ａは、ａ＝（７０ｍｍ－０．２ｍｍ）／２＝３４．９ｍｍである。一方、絶縁基材１２１ａの幅Ｗｆの最小値は、パターン１２１ｂの最小値と、沿面距離の最小値との和で決まるので、０．２ｍｍ＋２×０．２ｍｍ＝０．６ｍｍである。
　従って、前述した通り、以下の好適範囲が得られる。
　沿面距離ａ：０．２～３４．９ｍｍ
　絶縁基材の幅Ｗｆ：０．６～７０ｍｍ
　パターンの幅Ｗｐ：０．２～６９．６ｍｍ
　図４に戻り、セルパッケージ１２２ｐの幅Ｗｃと、絶縁基材１２１ａの幅Ｗｆとの比は、１：（１．２～２）が好適である。これにより、絶縁性能と低コストとを両立させることができる。１．２未満すなわち、セルパッケージ１２２ｐの幅Ｗｃに対して絶縁基材１２１ａの幅Ｗｆが１．２未満であると、絶縁性が悪くなる。また、セルパッケージ１２２ｐの幅Ｗｃに対して絶縁基材１２１ａの幅Ｗｆが２を超えると、実用上コストが高くなりすぎる。
　図１１は、上記寸法のうち、ｂは２５μｍ、ｃは０として、ａの寸法のみを変化させて、パターン１２１ｂと底面１１ａとの間での絶縁破壊電圧を測定した例である。上方の折れ線は、カバーレイ１２５及び接着層１２４がある場合、下方の折れ線は、カバーレイなしの場合である。
　このグラフにより明らかなように、カバーレイ１２５及び接着層１２４を設けた場合は、寸法ａが僅か０．２ｍｍから０．３ｍｍの間でも７０００Ｖの絶縁破壊電圧があるという極めて優れた結果を示している。６０００Ｖ以上の絶縁破壊電圧は、クラスＡの優れた絶縁性能となる。一方、カバーレイ無しの場合は、ａが０．６ｍｍの場合、２０００Ｖにも耐えられない。また、ａが３．８ｍｍでも絶縁破壊電圧が６０００Ｖに達しない。
　このように、カバーレイ１２５及び接着層１２４によって寸法ａを確保するだけでも優れた絶縁性能が得られる。さらに、ｂ、ｃ（特にｃ）の沿面距離を確保することで、格段に絶縁性能を高め、かつ、安定した性能とすることができる。
　なお、筐体１１の材質は、前述のように金属製であり、例えばアルミニウムが好適である。金属製であることによって、筐体１１は良好な熱伝導性を有する。従って、フレキシブルプリント配線板１２から筐体１１への放熱性が特に良い。
　また、フレキシブルプリント配線板１２等が非常に軽量であることに加えて、筐体１１をアルミニウム製とすることで、集光型太陽光発電モジュール１Ｍ全体としても、軽量となる。軽量であることにより、運搬が容易となる。この「軽量」の程度を一例として挙げると、モジュール１Ｍの縦、横、深さがそれぞれ８４０ｍｍ、６４０ｍｍ、８５ｍｍの場合で、８ｋｇ以下を実現することができる。
　図５は、筐体１１の底面１１ａ上に張り巡らされたフレキシブルプリント配線板１２（但し、詳細は省略している。）の配置の一例を平面視した図である。このように、フレキシブルプリント配線板１２は、基本的な形状（絶縁基材１２１ａの形状）は薄く細いリボン状であるが、底面１１ａ上で縦横に並べることによって、所望の大きさ（面積）に張り巡らすことができるので、大型な集光型太陽光発電モジュール１Ｍに好適である。すなわち、このように張り巡らせて構成されたフレキシブルプリント配線板１２全体は、同様な拡がりを持つ１枚基板や複数枚の基板の集合体に匹敵する。また、リボン状であることによって、フレキシブルプリント配線板１２の面積を必要最小限に抑制しつつ、所望の大きさに張り巡らすことができる。また、絶縁基材１２１ａの長手方向には予め一定間隔で発電素子１２２を並べた状態とすることができるので、フレネルレンズ１３ｆと発電素子１２２との相互の位置合わせが容易であり、生産性に優れる。
　図５に示すフレキシブルプリント配線板１２は、例えば１２組の発電用配線板１２Ａと、接続用配線板１２Ｂとによって構成されている。発電用配線板１２Ａは、コの字状（若しくはＵ字状）に形成されている。このような形状は、直線状部分を繋いで形成してもよいし、一体で形成することも可能である。
　発電用配線板１２Ａにはそれぞれ同数の発電素子が搭載されており、所定の電圧を発生することが可能である。このように、発電用配線板１２Ａを、底面１１ａの中央から端部へ延びて中央へ戻る形状とすることによって、発電用配線板１２Ａの長さを十分に確保することができるので、所望の電圧を得るべく、発電素子を必要数配置して相互に直列に接続することが容易である。また、接続用配線板１２Ｂを、発電用配線板１２Ａと交差するように中央に設けることにより、１２組の発電用配線板１２Ａを、相互に、容易に接続することができる。
　図６は、発電用配線板１２Ａの拡大図である。発電用配線板１２Ａには、例えば１６個の発電素子１２２が搭載される。１つの発電用配線板１２Ａに搭載されている発電素子１２２は全て互いに直列に接続されている。１個の発電素子１２２が発電する電圧は２．５Ｖであり、１６個の直列体として４０Ｖ（２．５Ｖ×１６）の電圧を発生することができる。この電圧は、発電用配線板１２Ａの２つの端部に設けられた＋側電極Ｐ及び－側電極Ｎに現れる。
　図７は、図６におけるVII部の拡大図である。図７において、斜線を付したパターン１２１ｂは、絶縁基材１２１ａ上に、エッチング等により、形成されている。互いに隣接するパターン１２１ｂの間には、発電素子１２２が直列に挿入されている。また、発電素子１２２のバイパスを形成するように、発電素子１２２と並列にダイオード１２７が設けられている。ダイオード１２７は、発電素子１２２が発電しないときに、隣接するパターン１２１ｂ同士を短絡するために設けられている。これにより、故障等により局部的に発電しない発電素子１２２があっても、発電用配線板１２Ａ全体としての発電を妨げないようになっている。なお、前述のように、パターン１２１ｂはカバーレイ１２５（図４）により覆われ、発電素子１２２やダイオード１２７にはポッティングが施される。
　また、絶縁基材１２１ａには位置決め用の孔が形成されており、そのうちの１つとして孔Ｈを図７に示している。パターン１２１ｂは、この孔Ｈのエッジにまで達しないように、その周りで円形に除去されている。孔Ｈに、筐体１１の底面１１ａに形成された円柱状の突起１１ｐを通すことにより、発電用配線板１２Ａを、筐体１１に対して所定の位置に位置決めすることができる。接続用配線板１２Ｂについても、同様の位置決め構造を設けることができる。
　なお、絶縁基材１２１ａの孔Ｈと、筐体１１側の突起１１ｐとが互いに嵌り合う構成は一例に過ぎず、その他、種々の、互いに嵌り合う部位の形成により、フレキシブルプリント配線板１２を筐体１１の底面１１ａに取り付ける際の位置決めが、容易、かつ、確実に行えるように構成することができる。
　図５に戻り、１２組の発電用配線板１２Ａの出力は、＋側電極Ｐ（図６）が相互に接続用電路１２Ｂｐによって接続され、－側電極Ｎ（図６）が相互に接続用電路１２Ｂｎによって接続される。これによって、例えば４０Ｖの１２並列回路が構成され、１モジュール１Ｍ全体として、前述の１００Ｗ（２．５Ａ）を供給することができる。
　以上のようにフレキシブルプリント配線板１２を用いたモジュール１Ｍの構成によれば、フレキシブルプリント配線板１２は薄く、軽量であるため、モジュール１Ｍ全体も軽量となり、取り扱いが容易になる。しかも、フレキシブルプリント配線板１２は薄く、柔軟性があるので、筐体１１の底面１１ａへ密着させた取り付けが容易である。さらに、密着と薄さとによって、発電素子１２２その他フレキシブルプリント配線板の熱を、確実に筐体１１に放熱させることができる。
　なお、図５に示したフレキシブルプリント配線板の配置は一例に過ぎず、同様な出力を確保しさえすれば、種々の変形が可能である。図８は、フレキシブルプリント配線板の配置の他の例を示す平面図である。この場合、発電用配線板１２Ａは単純な直線状とし、接続用配線板１２Ｂを中央及び上下の端部に設ける。例えば、中央の接続用配線板１２Ｂは、上段・下段の発電用配線板１２Ａの相互接続用、上下の端部の接続用配線板１２Ｂは、＋、－の出力用である。
　また、接続用配線板１２Ｂには、そもそも、光が当たらなくてもよいのであるから、筐体１１の内側面に設けてもよい。図９は、接続用配線板１２Ｂを筐体１１の内側面に設ける一例を示す平面図である。すなわちこれは、図８における上下の端部の接続用配線板１２Ｂを、少し、側面（図の上下）に乗り上げるように延伸した例である。このようにすれば、筐体１１の内側面も活用することができる。
　さらに、図１０は、接続用配線板１２Ｂを筐体１１の内側面に設ける他の例を示す平面図である。すなわちこれは、図９における中央の接続用配線板１２Ｂを省略し、発電用配線板１２Ａを縦方向に１本にした構成である。図の上下の側面上には接続用配線板１２Ｂ（１２Ｂｐ，１２Ｂｎ）が設けられ、発電用配線板１２Ａの＋側同士、－側同士が、相互に接続される。このようにすれば、筐体１１の内側面を活用することができ、中央の接続用配線板１２Ｂも省略できる。
　図１２は、図４とは異なる構成を示す、フレキシブルプリント配線板１２の断面図である。図４との違いは、底面接着層１２３にあり、その他は同様である。図１２に示す底面接着層１２３は、構造を示す便宜上、実際の寸法より分厚く描いている。底面接着層１２３は、絶縁樹脂の接着剤の内部に、薄い金属板ｍ１，ｍ２を封入して固めたものである。複数（ここでは２枚）の金属板ｍ１，ｍ２は、図示のように互いに離れ、かつ、底面接着層１２３の上下両端面に露出しないように封入されている。但し、上の金属板ｍ１は、底面接着層１２３の表面に接近した位置にある。
　図１２のように構成されたフレキシブルプリント配線板１２において、絶縁性能を検証するには、パターン１２１ｂと筐体１１との間に直流電圧を印加する。この場合、パターン１２１ｂと筐体１１との間には２枚の金属板ｍ１，ｍ２が介在し、それらの間には、絶縁物すなわち誘電体が存在する。
　図１３は、パターン１２１ｂと筐体１１との間に直流電圧Ｅｍａｘを印加する場合の等価回路である。パターン１２１ｂと筐体１１との間には、３つの互いに直列のキャパシタンスが存在する。キャパシタンスＣ１は、パターン１２１ｂと金属板ｍ１との間に存在する。キャパシタンスＣ２は、金属板ｍ１と金属板ｍ２との間に存在する。キャパシタンスＣ３は、金属板ｍ２と筐体１１との間に存在する。キャパシタンスＣ１，Ｃ２，Ｃ３にはそれぞれの両端間に、電圧Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が印加されるとする。
　基本的に、２電極間のキャパシタンスは、（εＡ／ｄ）に比例する（ε：誘電率、Ａ：面積、ｄ：厚さ）。キャパシタンスＣ１の耐電圧を向上させるためには、Ｃ２，Ｃ３がＣ１より大きいことが必要である。すなわち、Ｃ１＜Ｃ２、Ｃ１＜Ｃ３となるように底面接着層１２３の誘電率や、金属板ｍ１，ｍ２の面積を選択する。
　ここで、キャパシタンスＣ１に印加できる最大の耐電圧がＥ１ｍａｘであるとすると、各キャパシタンスＣ１～Ｃ３は同じ電荷Ｑとなるので、以下の式（１）～（３）が得られる。
　Ｑ＝Ｅ１ｍａｘ・Ｃ１　　　・・・（１）
　Ｑ＝Ｅ２・Ｃ２　　　　　　・・・（２）
　Ｑ＝Ｅ３・Ｃ３　　　　　　・・・（３）
　ここで、上記式（１）～（３）に基づいて、電圧Ｅ２，Ｅ３を、Ｅ１ｍａｘを用いて表すと、以下のようになる。
　Ｅ２＝（Ｃ１／Ｃ２）・Ｅ１ｍａｘ　　　・・・（４）
　Ｅ３＝（Ｃ１／Ｃ３）・Ｅ１ｍａｘ　　　・・・（５）
　従って、全体の耐電圧Ｅｍａｘは、以下の式（６）のようになり、キャパシタンスＣ１単独よりも大きな耐電圧を得ることができる。
　Ｅｍａｘ＝Ｅ１ｍａｘ＋Ｅ２＋Ｅ３
　　　　　＝Ｅ１ｍａｘ・｛１＋（Ｃ１／Ｃ２）＋（Ｃ１／Ｃ３）｝　　・・・（６）
　こうして、筐体１１に対する絶縁基材１２１ａの絶縁性能を、高めることができる。なお、図１２では２枚の金属板ｍ１，ｍ２を示したが、底面接着層１２３に封入する金属板は、１枚でもよいし、３枚以上でもよい。
　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。
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
２　支柱
３　架台
１１　筐体
１１ａ　底面
１１ｂ　鍔部
１１ｐ　突起
１２　フレキシブルプリント配線板
１２Ａ　発電用配線板
１２Ｂ，１２Ｂｐ，１２Ｂｎ　接続用配線板
１３　１次集光部（集光部）
１３ｆ　フレネルレンズ（レンズ要素）
１４　コネクタ
１００　集光型太陽光発電装置
１２１ａ　絶縁基材
１２１ｂ　パターン
１２２　発電素子
１２２ｅ　電極
１２２ｐ　セルパッケージ
１２３　底面接着層
１２４　接着層
１２５　カバーレイ（被覆層）
１２６　ポッティング層
１２７　ダイオード
ｍ１，ｍ２　金属板
Ｈ　孔
Ｐ　＋側電極
Ｎ　－側電極

Claims (13)

  1. 　底面を有する器状の筐体と、
    　前記底面に接して設けられたフレキシブルプリント配線板と、
    　前記筐体に取り付けられ、太陽光を集光するレンズ要素が複数個並んで形成された集光部と、を備えた集光型太陽光発電モジュールであって、前記フレキシブルプリント配線板は、
    　絶縁性を有する絶縁基材及び当該絶縁基材上に設けられた導電性のパターンと、
    　前記レンズ要素の各々と対応して前記パターン上に複数個設けられた発電素子と、
    　前記絶縁基材上の前記パターンを含む導電部を覆って封止し、絶縁性及び所定値以下の低吸水率を有する被覆層と、
    　前記絶縁基材と前記被覆層とを互いに接着し、絶縁性及び前記所定値以下の低吸水率を有する接着層と
    　を備えている集光型太陽光発電モジュール。
  2. 　前記所定値とは３％である請求項１に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  3. 　前記フレキシブルプリント配線板は、前記発電素子を搭載したリボン状の前記絶縁基材が前記底面に並べられることにより構成されている請求項１又は請求項２に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  4. 　前記絶縁基材は、絶縁性の底面接着層を介して前記底面に貼り付けられている
    請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  5. 　前記発電素子を含む、局部的に導電部が露出している箇所を覆うポッティング層が設けられ、当該ポッティング層は、絶縁性及び前記所定値以下の吸水率を有する請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  6. 　前記パターンから前記底面までの沿面距離が、０．２～３４．９ｍｍである請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  7. 　前記絶縁基材の幅が０．６～７０ｍｍである請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  8. 　前記パターンの幅が、０．２～６９．６ｍｍである請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  9. 　前記発電素子のパッケージ幅と、前記絶縁基材の幅との比が、１：（１．２～２）である請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  10. 　前記底面接着層の幅が、前記絶縁基材の幅より大きい請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  11. 　前記底面接着層の内部には、層の厚さ方向に、少なくとも１枚の金属板が設けられている請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  12. 　請求項１に記載の集光型太陽光発電モジュールを複数個集合させて成る集光型太陽光発電パネル。
  13. 　絶縁性を有する絶縁基材及び当該絶縁基材上に設けられた導電性のパターンと、
    　前記パターン上に複数個並べて設けられた発電素子と、
    　前記絶縁基材上の前記パターンを含む導電部を覆って封止し、絶縁性及び所定値以下の低吸水率を有する被覆層と、
    　前記絶縁基材と前記被覆層とを互いに接着し、絶縁性及び前記所定値以下の低吸水率を有する接着層と
    　を備えている集光型太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板。
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