WO2019159554A1 - 集光型太陽光発電モジュール及び集光型太陽光発電装置 - Google Patents

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WO2019159554A1
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light
power generation
solar power
concentrating solar
cell
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PCT/JP2018/048172
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Inventor
永井　陽一
充 稲垣
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/10—Supporting structures directly fixed to the ground
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • H02S20/32—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment specially adapted for solar tracking
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a concentrating solar power generation module and a concentrating solar power generation apparatus.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-022929 filed on February 13, 2018, and incorporates all the description content described in the above Japanese application.
  • the concentrating solar power generation apparatus has a basic unit of an optical system that collects sunlight by a condensing lens and makes it enter a small cell for power generation as a minimum unit.
  • a large number of modules in which the basic configuration is arranged in a matrix form in a housing are arranged to form an array (panel), which is a single concentrating solar power generation device.
  • the tracking platform on which the array is mounted is supported by a support so that it can be driven in two axes of azimuth and elevation (for example, see Patent Document 1).
  • a concentrating solar power generation module is a concentrating solar power generation in which a plurality of concentrating solar power generation units that condense sunlight to generate power are arranged in a housing.
  • Each of the concentrating solar power generation units is a condensing unit that condenses incident sunlight, a flexible printed wiring board provided on a bottom surface of the casing, and the flexible printed wiring board
  • a cell that is provided at a position that coincides with the optical axis of the light collecting unit when facing the sun and that performs photoelectric conversion on the collected light, and the light collecting unit and the cell on the optical axis
  • a shielding plate having a shielding portion for shielding the light to be collected at a position outside the cell, and a light transmission portion for passing the light condensed toward the cell.
  • a support for supporting the shielding plate at a predetermined position Comprising a chromatography isolation portion, wherein the a material is transparent glass or a resin of the shielding plate, at least the surface of the shielding portion has a rough surface for scattering the received light.
  • FIG. 1 is a perspective view of one example of a concentrating solar power generation device viewed from the light receiving surface side, and shows the solar power generation device in a completed state.
  • FIG. 2 is a perspective view of one example of a concentrating solar power generation device as viewed from the light receiving surface side, and shows the solar power generation device in the middle of assembly.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the posture of the array facing the sun as an example.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of the configuration of the concentrating solar power generation module.
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of a state in which a flexible printed wiring board is attached to the bottom surface of the housing.
  • FIG. 6 is a plan view of a single shielding plate.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the light receiving unit including the cell and its periphery.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example (normal time) of a concentrating solar power generation unit as a minimum unit of an optical system constituting the concentrating solar power generation module.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a concentrating solar power generation unit (at the time of OFF-AXIS) as a minimum unit of an optical system constituting the concentrating solar power generation module.
  • FIG. 10 is a plan view of the shielding plate according to the second example.
  • FIG. 11 is a plan view of the shielding plate according to the third example.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the light receiving unit including the cell and its periphery, and is a diagram illustrating a second example of the light transmitting unit.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the light receiving unit including the cell and its periphery, and is a diagram illustrating a third example of the light transmitting unit.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the light receiving unit including the cell and its periphery, and is a diagram illustrating a fourth example of the light transmitting unit.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the light receiving unit including the cell and its periphery, and is a diagram illustrating a fifth example of the light transmitting unit.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the light receiving unit including the cell and its periphery, and is a diagram illustrating a sixth example of the light transmitting unit.
  • an object of the present disclosure is to provide an OFF-AXIS countermeasure in a concentrating solar power generation module more reliably and inexpensively in manufacturing.
  • an OFF-AXIS measure can be taken more reliably and inexpensively in manufacturing.
  • the gist of the embodiment of the present invention includes at least the following.
  • This is a concentrating solar power generation module in which a plurality of concentrating solar power generation units that condense sunlight to generate electric power are arranged in a housing, and the concentrating solar
  • Each of the photovoltaic units is a condensing unit that collects incident sunlight, a flexible printed wiring board provided on the bottom surface of the housing, and the sunlight on the flexible printed wiring board when facing the sun.
  • a cell that is provided at a position that coincides with the optical axis of the condensing unit and performs photoelectric conversion on the collected light; Light that is between the light condensing part and the cell on the optical axis and that has a light transmitting part that allows light condensed toward the cell to pass therethrough, and that condenses light at a position off the cell.
  • a shielding plate having a shielding portion for shielding the shielding plate, and a support portion for supporting the shielding plate at a predetermined position in the housing, wherein the shielding plate is made of transparent glass or resin, and at least a surface of the shielding portion.
  • a concentrating solar power generation module having a rough surface for scattering received light.
  • a concentrating solar power generation module when there is no tracking error of the sun, the light condensed by the condensing part is guided to the cell through the light transmitting part. On the other hand, it is possible to scatter the sunlight collected at a position off the cell when tracking deviation occurs by the rough surface of the shielding part, suppress transmission, and prevent thermal damage to the periphery of the cell.
  • the material of the shielding plate transparent glass or resin is used, and the rough surface of the shielding part can be formed by roughening the surface other than the light transmission part.
  • Such a shielding plate can be easily and inexpensively manufactured, and can be disposed at a position closer to the cell than the metal, and thus is suitable for light shielding during OFF-AXIS.
  • the OFF-AXIS measure can be taken more reliably and inexpensively in production.
  • the condensing unit when the condensing unit is a primary lens, the light transmitting unit guides light collected by the primary lens to the cell 2.
  • a secondary lens, and the secondary lens may be integrally formed of the same material as the shielding portion.
  • the secondary lens, which is the secondary optical system, and the shielding portion are integrated, which contributes to a reduction in the number of components and is easy to assemble.
  • the light transmission part may be continuous with the shielding part but without a rough surface, and may be transparent as a whole.
  • the light transmission part and the shielding part are integrated, which contributes to a reduction in the number of parts.
  • the whole shielding board becomes flat form, manufacture is easy and cheap.
  • the light transmission part may be an opening formed in the shielding plate. In this case, there is no light attenuation by the light transmission part.
  • the material of the shielding plate can also be reduced. Moreover, since the whole shielding board becomes flat form, manufacture is easy and cheap.
  • the shielding plate may be a single plate per module. In this case, since it is a single shielding plate, assembly of the concentrating solar power generation module is easy.
  • the shielding plate may be formed in a plurality of plates per module. In this case, since the size of one shielding plate is divided and becomes small, handling at the time of manufacture is easy.
  • the shielding plate may be an independent plate for each of the condensing portions. Good. In this case, although the number of shielding plates is increased, each sheet can be reduced to a minimum size, so that less material is required.
  • the concentrating solar power generation device which arranged the plurality of concentrating photovoltaic power generation modules of (1) on the mount which tracks the sun, and comprised the array.
  • the material of the shielding plate transparent glass or resin is used, and the rough surface of the shielding part can be formed by roughening the surface other than the light transmission part.
  • Such a shielding plate can be easily and inexpensively manufactured, and can be disposed at a position closer to the cell than the metal, and thus is suitable for light shielding during OFF-AXIS.
  • FIG. 1 and FIG. 2 are perspective views of one example of a concentrating solar power generation device as viewed from the light receiving surface side.
  • FIG. 1 shows the solar power generation device 100 in a completed state
  • FIG. 2 shows the solar power generation device 100 in a state during assembly.
  • FIG. 2 shows a state in which the framework of the tracking base 25 can be seen in the right half, and shows a state in which a concentrating solar power generation module (hereinafter also simply referred to as a module) 1M is attached in the left half.
  • a module 1M concentrating solar power generation module
  • this solar power generation device 100 includes an array (the entire solar power generation panel) 1 having a shape that is continuous on the upper side and divided into left and right on the lower side, and a support device 2.
  • the array 1 is configured by aligning modules 1M on a tracking base 25 (FIG. 2) on the back side.
  • the support device 2 includes a column 21, a base 22, a biaxial drive unit 23, and a horizontal shaft 24 (FIG. 2) that serves as a drive shaft.
  • the column 21 has a lower end fixed to the foundation 22 and a biaxial drive unit 23 at the upper end.
  • the foundation 22 is firmly buried in the ground so that only the upper surface can be seen.
  • the support column 21 is vertical
  • the horizontal shaft 24 (FIG. 2) is horizontal.
  • the biaxial drive unit 23 can rotate the horizontal axis 24 in two directions, that is, an azimuth angle (an angle with the column 21 as a central axis) and an elevation angle (an angle with the horizontal axis 24 as a central axis).
  • a reinforcing member 25 a that reinforces the tracking base 25 is attached to the horizontal shaft 24.
  • a plurality of horizontal rails 25b are attached to the reinforcing member 25a. Therefore, if the horizontal axis 24 rotates in the direction of azimuth or elevation, the array 1 also rotates in that direction.
  • any support device that can support the array 1 so as to be movable in two axes may be used.
  • the array 1 is vertical as shown in FIG. 1 usually at dawn and before sunset.
  • the biaxial drive unit 23 operates so that the light-receiving surface of the array 1 is always facing the sun, and the array 1 performs the sun tracking operation.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the posture of the array 1 facing the sun as an example.
  • the array 1 is in a horizontal posture with the light receiving surface facing the sun.
  • the light receiving surface of the array 1 is in a horizontal posture with the ground surface facing the ground.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of the configuration of the module 1M.
  • the module 1M has a physical form in appearance, for example, a metal or resin-made rectangular flat-bottom container-like casing 11, and a condensing unit 12 attached like a lid thereon, It has.
  • the condensing unit 12 is configured, for example, by attaching a resin Fresnel lens 12f to the back surface of one transparent glass plate 12a.
  • each of the square sections (10 ⁇ 7 in this example) is a Fresnel lens 12f, which can converge sunlight to the focal position.
  • an elongated flexible printed wiring board 13 is arranged so as to be aligned while meandering.
  • a shielding plate 14 is attached so as to cover the entire flexible printed wiring board 13.
  • a spherical lens as the light transmitting portion 14a is disposed at a position where the optical axis is aligned with the corresponding Fresnel lens 12f.
  • the light transmission part 14 a is formed integrally with the shielding plate 14.
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of a state in which the flexible printed wiring board 13 is attached to the bottom surface 11 b of the housing 11.
  • the flexible printed wiring board 13 is formed by forming a conductive pattern on a flexible flexible substrate, and only the vicinity of the portion on which the cell 16 is placed is slightly wider than the other portions.
  • the cells 16 are provided at equal intervals in the vertical and horizontal directions of FIG.
  • the illustrated 70 cells are connected in series with each other, and the power generation output is led out from the end portions 13 a and 13 b of the flexible printed wiring board 13.
  • FIG. 6 is a single plan view of the shielding plate 14.
  • the original material of the shielding plate 14 is, for example, transparent glass or resin.
  • the shielding plate 14 has a light transmission portion 14a formed at equal intervals in the vertical and horizontal directions, and a shielding portion 14b.
  • the surface of the shielding part 14b that can be directly exposed to sunlight the surface is appropriately roughened, for example, a rough surface such as polished glass.
  • the rough surface processing can be easily created, for example, when the shielding plate 14 is formed.
  • the surface of the light transmission part 14a is provided with AR (Anti-Reflection) coating which prevents reflection. AR coating can also be realized at the same time as roughing during molding.
  • AR Anti-Reflection
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the light receiving portion R including the cell 16 and its periphery.
  • the cell 16 is mounted on the bottom of the packaged support portion 15.
  • the support portion 15 on which the cell 16 is placed is attached on the flexible printed wiring board 13 and sealed with a protective resin 18.
  • a space above the cell 16 is filled with a transparent sealing resin 17.
  • the shielding plate 14 is placed on the upper surface of the support portion 15 before the sealing resin 17 is cured.
  • the support unit 15 supports the shielding plate 14 at the illustrated position.
  • the lower part of the light transmission part 14 a is accommodated in the support part 15 with the sealing resin 17 interposed between the cells 16.
  • the bypass diode 19 is provided on the flexible printed wiring board 13 in the vicinity of the cell 16. The bypass diode 19 short-circuits the cell 16 to form a bypass when the cell 16 fails.
  • the light transmission part 14a is transparent, but the shielding part 14b has a rough surface.
  • the OFF-AXIS light hits the surface of the shielding part 14b, it is reflected as scattered light by the rough surface.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a concentrating solar power generation unit 1U as a minimum unit of an optical system constituting the concentrating solar power generation module 1M.
  • the concentrating solar power generation unit 1U faces the sun and the incident angle of sunlight is 0 degree
  • the light transmitting portion 14a and the cell 16 are provided on the optical axis Ax of the Fresnel lens 12f. All of the light collected by the lens 12 f is taken into the light transmitting portion 14 a and guided to the cell 16.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the concentrating solar power generation unit 1U as the minimum unit of the optical system constituting the concentrating solar power generation module 1M.
  • the tracking operation to the sun is shifted. Therefore, the concentrating solar power generation unit 1U does not face the sun, and the incident angle of sunlight is not 0 degree.
  • the condensing position is shifted from the light transmitting portion 14a and the light strikes the shielding portion 14b.
  • light is scattered and reflected by the rough surface of the shielding part 14b. Therefore, it is possible to suppress thermal damage to the rough surface of the shielding portion 14b.
  • the shielding portion 14b scatters and reflects the OFF-AXIS light
  • the condensed light reaches the support portion 15, the flexible printed wiring board 13, and the bypass diode 19 below the shielding plate 14. And thermal damage can be suppressed.
  • the shielding plate 14 in the concentrating solar power generation module 1M or the concentrating solar power generation unit 1U is between the Fresnel lens 12f of the condensing unit 12 and the cell 16 on the optical axis.
  • deviated from the cell 16 are provided.
  • the original material of the shielding plate 14 is transparent glass or resin, and at least the surface of the shielding portion 14b is a rough surface that scatters received light.
  • the rough surface of the shielding part 14b can be formed by roughening the surface other than the light transmission part 14a.
  • Such a shielding plate 14 can be easily and inexpensively manufactured, and can be disposed at a position closer to the cell 16 than the metal, and thus is suitable for light shielding during OFF-AXIS.
  • the roughening of the shielding portion 14b can be applied not only to the front surface (side facing the Fresnel lens 12f) but also to the back surface, but the front surface is considered to be more effective.
  • the light transmitting portion 14a which is a secondary lens when the Fresnel lens 12f of the condensing portion 12 is a primary lens, is integrally formed of the same material as the shielding portion 14b, so that the secondary lens (light transmitting Since the part 14a) and the shielding part 14b are integrated, it contributes to the reduction of the number of parts and is easy to assemble.
  • the shielding plate 14 is in the form of one plate per module. In this case, since it becomes the one shielding board 14, the assembly of the concentrating solar power generation module 1M is easy.
  • FIG. 10 is a plan view of the shielding plate 14 according to the second example.
  • the difference from FIG. 6 is that the split type is divided into two sheets, and the rest is the same. Two sheets are attached in the housing
  • two sheets are an example, and may be a plurality of three or more sheets. Since the size of one sheet is reduced by the division, it is easy to handle at the time of manufacture.
  • FIG. 11 is a plan view of the shielding plate 14 according to the third example.
  • each of the light transmitting portions 14a has its own shielding portion 14b.
  • the shielding plate 14 has an independent plate shape for each of the light collecting portions 12 (Fresnel lenses 12f).
  • the number of the shielding plates 14 is increased, but each one can be made the minimum size, so that there is less material than the size indicated by the two-dot chain line in the case of making a single plate. I'll do it.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the light receiving portion R including the cell 16 and its periphery, and is a view showing a second example of the light transmitting portion 14a.
  • the light transmission part 14a in this case is not a spherical lens but a transparent flat plate.
  • the surface may be AR coated.
  • the effect of guiding the light taken in like a spherical lens to the cell is small, but the light transmitting part and the shielding part are integrated, which contributes to a reduction in the number of parts.
  • the whole shielding board becomes flat form, manufacture is easy and cheap.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the light receiving portion R including the cell 16 and its periphery, and is a view showing a third example of the light transmitting portion 14a.
  • the light transmitting portion 14a in this case is an opening. In this case, since it is a space, there is no light attenuation. The material of the shielding plate 14 can also be reduced. Moreover, although the effect which guide
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the light receiving unit R including the cell 16 and its periphery, and is a diagram illustrating a fourth example of the light transmitting unit 14a.
  • the light transmitting portion 14a in this case is a spherical lens (that is, a hemisphere) only on the upper surface.
  • the shielding plate 14 since the lower surface side of the shielding plate 14 is flat, it is easier to manufacture and cheaper than a spherical lens.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the light receiving portion R including the cell 16 and its periphery, and is a view showing a fifth example of the light transmitting portion 14a.
  • the light transmitting portion 14a in this case is a spherical lens only on the upper surface, and the lower surface side slightly protrudes into a square prism shape. In this case, since the prismatic part 14a1 protruding downward is fitted inside the support part 15, positioning is easy.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the light receiving portion R including the cell 16 and its periphery, and is a view showing a sixth example of the light transmitting portion 14a.
  • the light transmitting portion 14a in this case has a flat upper surface, and only the lower part extends to the vicinity of the cell 16 in a pyramid shape.
  • the light taken from the upper surface of the light transmitting portion 14a can be effectively guided to the cell 16 by the pyramid portion 14a2 protruding downward in a pyramid shape.
  • positioning is easy.

Abstract

集光型太陽光発電ユニットが複数個、筐体内に並んで構成された集光型太陽光発電モジュールであって、集光型太陽光発電ユニットの各々は、入射する太陽光を集光する集光部と、筐体の底面に設けられたフレキシブルプリント配線板と、フレキシブルプリント配線板上の、太陽と正対したときの集光部の光軸と一致する位置に設けられ、集光した光について光電変換を行うセルと、光軸上で集光部とセルとの間にあって、セルに向かって集光する光を通過させる光透過部が形成されているとともに、セルから外れた位置に集光する光を遮る遮蔽部を有する遮蔽板と、筐体内で、遮蔽板を所定位置に支えるサポート部と、を備え、遮蔽板の材質は透明なガラス又は樹脂であり、遮蔽部の少なくとも表面は、受けた光を散乱させる粗面となっている。

Description

集光型太陽光発電モジュール及び集光型太陽光発電装置
　本発明は、集光型太陽光発電モジュール及び集光型太陽光発電装置に関する。
　本出願は、２０１８年２月１３日出願の日本出願第２０１８－０２２９２９号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　集光型太陽光発電装置は、集光レンズにより太陽光を集めて発電用の小さなセルに入射させる光学系の基本構成を最小単位としている。この基本構成を、筐体内にマトリクス状に並べてなるモジュールを、さらに多数並べてアレイ（パネル）となり、１基の集光型太陽光発電装置となる。太陽を追尾するため、アレイを載せる追尾架台は、方位角・仰角の２軸駆動が可能なように支柱に支持されている（例えば、特許文献１参照。）
　太陽の追尾が理想的に行われていれば、太陽光を正確にセル上の狙った位置に集めることができるが、実際には僅かなずれが生じる場合もある。このような僅かなずれを吸収するために、球状レンズをセルの少し上に配置し、光が僅かにずれても球状レンズに入りさえすれば、光をセルに導くことができるようにする技術も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
　しかしながら、現実にはさらに色々な原因により、太陽光の入射方向とモジュールの本来の光軸との間にずれ（以下、ＯＦＦ－ＡＸＩＳという。）が生じる場合がある。ずれが生じる原因としては例えば、アレイ全体では、追尾架台の駆動ずれ、追尾ずれ等、駆動機構や制御に原因がある場合が考えられる。ずれが生じた結果、セルから外れた位置に集光すると、その部位に熱的な損傷を与える場合がある。そこで、好ましくない位置に集光する光を遮る金属製の遮蔽板を設けた構成も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２０１４－２２６０２５号公報 米国特許出願公開ＵＳ２０１０／０２３６６０３Ａ１ 特開２０１５－１５９１８４号公報
　本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、請求の範囲によって定められるものである。
　本発明の一表現に係る集光型太陽光発電モジュールは、太陽光を集光して発電する集光型太陽光発電ユニットが複数個、筐体内に並んで構成された集光型太陽光発電モジュールであって、前記集光型太陽光発電ユニットの各々は、入射する太陽光を集光する集光部と、前記筐体の底面に設けられたフレキシブルプリント配線板と、前記フレキシブルプリント配線板上の、太陽と正対したときの前記集光部の光軸と一致する位置に設けられ、集光した光について光電変換を行うセルと、前記光軸上で前記集光部と前記セルとの間にあって、前記セルに向かって集光する光を通過させる光透過部が形成されているとともに、前記セルから外れた位置に集光する光を遮る遮蔽部を有する遮蔽板と、前記筐体内で、前記遮蔽板を所定位置に支えるサポート部と、を備え、前記遮蔽板の材質は透明なガラス又は樹脂であり、前記遮蔽部の少なくとも表面は、受けた光を散乱させる粗面となっている。
図１は、１基分の、集光型の太陽光発電装置の一例を、受光面側から見た斜視図であり、完成した状態での太陽光発電装置を示している。 図２は、１基分の、集光型の太陽光発電装置の一例を、受光面側から見た斜視図であり、組立途中の状態での太陽光発電装置を示している。 図３は、一例として、太陽に正対しているアレイの姿勢を示す斜視図である。 図４は、集光型太陽光発電モジュールの構成の一例を示す斜視図である。 図５は、筐体の底面上に、フレキシブルプリント配線板が取り付けられた状態の一例を示す平面図である。 図６は、遮蔽板の単体の平面図である。 図７は、セル及びその周辺も含む受光部の断面図である。 図８は、集光型太陽光発電モジュールを構成する光学系の最小単位としての集光型太陽光発電ユニットの一例（正常時）を示す断面図である。 図９は、集光型太陽光発電モジュールを構成する光学系の最小単位としての集光型太陽光発電ユニットの一例（ＯＦＦ－ＡＸＩＳ時）を示す断面図である。 図１０は、第２例による遮蔽板の平面図である。 図１１は、第３例による遮蔽板の平面図である。 図１２は、セル及びその周辺も含む受光部の断面図であり、光透過部の第２例を示す図である。 図１３は、セル及びその周辺も含む受光部の断面図であり、光透過部の第３例を示す図である。 図１４は、セル及びその周辺も含む受光部の断面図であり、光透過部の第４例を示す図である。 図１５は、セル及びその周辺も含む受光部の断面図であり、光透過部の第５例を示す図である。 図１６は、セル及びその周辺も含む受光部の断面図であり、光透過部の第６例を示す図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　集光型太陽光発電モジュールにおけるセルの近くは高電圧にもなるので、金属製の遮蔽板はある程度セルから離して設ける必要がある。離して設けると、製造精度上の観点から、光を通す開口を若干大きめにする必要がある。そのため、遮蔽板とは別に保護板を設ける必要性も生じる（特許文献３参照。）。遮蔽板の他に、保護板も設けると、ＯＦＦ－ＡＸＩＳ対策としては十分であるが、製造上は煩雑であり、コスト削減も難しい。このように、従来の集光型太陽光発電では、ＯＦＦ－ＡＸＩＳの対策を、いかにして確実で安価な構成にするか、という課題がある。
　かかる課題に鑑み、本開示は、集光型太陽光発電モジュールにおいて、製造上、より確実で安価に、ＯＦＦ－ＡＸＩＳ対策を施すことを目的とする。
　［本開示の効果］
　本開示によれば、集光型太陽光発電モジュールにおいて、製造上、より確実で安価に、ＯＦＦ－ＡＸＩＳ対策を施すことができる。
　［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。
　（１）これは、太陽光を集光して発電する集光型太陽光発電ユニットが複数個、筐体内に並んで構成された集光型太陽光発電モジュールであって、前記集光型太陽光発電ユニットの各々は、入射する太陽光を集光する集光部と、前記筐体の底面に設けられたフレキシブルプリント配線板と、前記フレキシブルプリント配線板上の、太陽と正対したときの前記集光部の光軸と一致する位置に設けられ、集光した光について光電変換を行うセルと、
　前記光軸上で前記集光部と前記セルとの間にあって、前記セルに向かって集光する光を通過させる光透過部が形成されているとともに、前記セルから外れた位置に集光する光を遮る遮蔽部を有する遮蔽板と、前記筐体内で、前記遮蔽板を所定位置に支えるサポート部と、を備え、前記遮蔽板の材質は透明なガラス又は樹脂であり、前記遮蔽部の少なくとも表面は、受けた光を散乱させる粗面となっている、集光型太陽光発電モジュールである。
　このような集光型太陽光発電モジュールでは、太陽の追尾ずれが無いときは、集光部により集光する光が光透過部を通り、セルに導かれる。一方、追尾ずれが発生したときセルから外れた位置に集光する太陽光を、遮蔽部の粗面によって散乱させ、透過を抑制し、セル周辺への熱的損傷を防止することができる。遮蔽板の材料としては透明なガラス又は樹脂を用い、光透過部以外の表面を荒らすことにより遮蔽部の粗面を形成することができる。このような遮蔽板は、容易に、かつ、安価に作製することができ、しかも、金属よりもセルに近い位置に配置することができるのでＯＦＦ－ＡＸＩＳ時の遮光には好適である。
　こうして、集光型太陽光発電において、製造上、より確実で安価に、ＯＦＦ－ＡＸＩＳ対策を施すことができる。
　（２）また、（１）の集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記集光部を１次レンズとした場合、前記光透過部は前記１次レンズによって集光した光を前記セルに導く２次レンズであり、前記２次レンズは前記遮蔽部と同じ材料で一体形成されていてもよい。
　この場合、２次光学系である２次レンズ及び遮蔽部が一体となるので、部品点数の削減に寄与し、組立も容易である。
　（３）また、（１）の集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記光透過部は、前記遮蔽部と連続しているが粗面が無く、全体が透明であってもよい。
　この場合、光透過部及び遮蔽部が一体となるので、部品点数の削減に寄与する。また、遮蔽板全体が平板状になるので、製作が容易、かつ、安価である。
　（４）また、（１）の集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記光透過部は、前記遮蔽板に形成された開口であってもよい。
　この場合、光透過部による光の減衰がない。遮蔽板の材料も削減できる。また、遮蔽板全体が平板状になるので、製作が容易、かつ、安価である。
　（５）また、（１）～（４）のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記遮蔽板は、１モジュールにつき、１枚の板状になっていてもよい。
　この場合、１枚の遮蔽板となるので、集光型太陽光発電モジュールの組立が容易である。
　（６）また、（１）～（４）のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記遮蔽板は、１モジュールにつき、複数枚の板状になっていてもよい。
　この場合、１枚の遮蔽板の大きさが分割されて小さくになるので、製造時の取り扱いが容易である。
　（７）また、（１）～（４）のいずれかの集光型太陽光発電モジュールにおいて、前記遮蔽板は、前記集光部の１個につき独立した１枚の板状になっていてもよい。
　この場合、遮蔽板の枚数は多くなるが、１枚１枚を最小限の大きさにすることができるので、材料が少なくて済む。
　（８）また、（１）の集光型太陽光発電モジュールを、太陽を追尾する架台上に複数個並べてアレイを構成した集光型太陽光発電装置とすることができる。
　このような集光型太陽光発電装置では、太陽の追尾ずれが無いときは、集光部により集光する光が光透過部を通り、セルに導かれる。一方、追尾ずれが発生したときセルから外れた位置に集光する太陽光を、遮蔽部の粗面によって散乱させ、透過を抑制し、セル周辺への熱的損傷を防止することができる。遮蔽板の材料としては透明なガラス又は樹脂を用い、光透過部以外の表面を荒らすことにより遮蔽部の粗面を形成することができる。このような遮蔽板は、容易に、かつ、安価に作製することができ、しかも、金属よりもセルに近い位置に配置することができるのでＯＦＦ－ＡＸＩＳ時の遮光には好適である。
　［実施形態の詳細］
　以下、本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュールについて、図面を参照して説明する。
　《太陽光発電装置》
　図１及び図２はそれぞれ、１基分の、集光型の太陽光発電装置の一例を、受光面側から見た斜視図である。図１は、完成した状態での太陽光発電装置１００を示し、図２は、組立途中の状態での太陽光発電装置１００を示している。図２は、追尾架台２５の骨組みが見える状態を右半分に示し、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が取り付けられた状態を左半分に示している。なお、実際にモジュール１Ｍを追尾架台２５に取り付ける際は、追尾架台２５を地面に寝かせた状態で取り付けを行う。
　図１において、この太陽光発電装置１００は、上部側で連続し、下部側で左右に分かれた形状のアレイ（太陽光発電パネル全体）１と、その支持装置２とを備えている。アレイ１は、背面側の追尾架台２５（図２）上にモジュール１Ｍを整列させて構成されている。図１の例では、左右のウイングを構成する（９６（＝１２×８）×２）個と、中央の渡り部分の８個との、合計２００個のモジュール１Ｍの集合体として、アレイ１が構成されている。
　支持装置２は、支柱２１と、基礎２２と、２軸駆動部２３と、駆動軸となる水平軸２４（図２）とを備えている。支柱２１は、下端が基礎２２に固定され、上端に２軸駆動部２３を備えている。
　図１において、基礎２２は、上面のみが見える程度に地中に堅固に埋設される。基礎２２を地中に埋設した状態で、支柱２１は鉛直となり、水平軸２４（図２）は水平となる。２軸駆動部２３は、水平軸２４を、方位角（支柱２１を中心軸とした角度）及び仰角（水平軸２４を中心軸とした角度）の２方向に回動させることができる。図２において、水平軸２４には、追尾架台２５を補強する補強材２５ａが取り付けられている。また、補強材２５ａには、複数本の水平方向へのレール２５ｂが取り付けられている。従って、水平軸２４が方位角又は仰角の方向に回動すれば、アレイ１もその方向に回動する。
　なお、図１，図２では１本の支柱２１でアレイ１を支える支持装置２を示したが、支持装置２の構成は、これに限られるものではない。要するに、アレイ１を、２軸（方位角、仰角）で可動なように支持できる支持装置であればよい。
　図１のようにアレイ１が鉛直になっているのは、通常、夜明け及び日没前である。
　日中は、アレイ１の受光面が常に太陽に正対する姿勢となるよう、２軸駆動部２３が動作し、アレイ１は太陽の追尾動作を行う。
　図３は、一例として、太陽に正対しているアレイ１の姿勢を示す斜視図である。また、例えば赤道付近の南中時刻であれば、アレイ１は受光面を太陽に向けて水平な姿勢となる。夜間は、例えば、アレイ１の受光面を地面に向けて水平な姿勢となる。
　《集光型太陽光発電モジュールの構成例》
　図４は、モジュール１Ｍの構成の一例を示す斜視図である。図において、モジュール１Ｍは、外観上の物理的な形態としては、例えば金属製又は樹脂製で長方形の平底容器状の筐体１１と、その上に蓋のように取り付けられる集光部１２と、を備えている。集光部１２は、例えば１枚の透明なガラス板１２ａの裏面に樹脂製のフレネルレンズ１２ｆが貼り付けられて構成されている。例えば図示の正方形（この例では１０個×７個）の区画の１つ１つが、フレネルレンズ１２ｆであり、太陽光を焦点位置に収束させることができる。
　筐体１１の底面１１ｂ上には、細長いフレキシブルプリント配線板１３が蛇行しながら整列するように配置されている。フレキシブルプリント配線板１３の全体に被せるように、遮蔽板１４が取り付けられている。遮蔽板１４には、対応するフレネルレンズ１２ｆと光軸を合わせる位置に、光透過部１４ａとしての球状レンズが配置されている。光透過部１４ａは、遮蔽板１４と一体に形成されている。
　図５は、筐体１１の底面１１ｂ上に、フレキシブルプリント配線板１３が取り付けられた状態の一例を示す平面図である。フレキシブルプリント配線板１３は、柔軟性のあるフレキシブル基板に導電性のパターンが形成されたものであり、セル１６を載せる部分近傍のみが、その他の部分より若干幅広くなっている。セル１６は、図５の縦方向及び横方向に、等間隔で設けられている。図示の７０個のセルは互いに直列に接続され、発電出力は、フレキシブルプリント配線板１３の端部１３ａ，１３ｂから外部に導出される。
　《遮蔽板の第１例》
　図６は、遮蔽板１４の単体の平面図である。遮蔽板１４の元々の材質は、例えば透明なガラス又は樹脂である。遮蔽板１４は、縦横に等間隔で形成された光透過部１４ａと、遮蔽部１４ｂとを有している。遮蔽部１４ｂの、太陽光が直接当たる可能性がある方の表面については、その表面を適度に荒らすことで、例えば磨りガラスのような粗面となっている。粗面加工は、例えば遮蔽板１４を成形する際に容易に作成することができる。また、光透過部１４ａの表面は、反射を防ぐＡＲ（Anti-Reflection）コーティングを施すことが好ましい。ＡＲコーティングも成形時に粗面加工と同時に実現することができる。
　図７は、セル１６及びその周辺も含む受光部Ｒの断面図である。図において、セル１６は、パッケージ化されたサポート部１５の底部に装着されている。セル１６を載せたサポート部１５は、フレキシブルプリント配線板１３上に取り付けられ、保護樹脂１８にて封止されている。セル１６の上の空間には透明な封止樹脂１７が充填されている。この封止樹脂１７が硬化しないうちに、遮蔽板１４がサポート部１５の上面に載せられる。サポート部１５は、遮蔽板１４を図示の位置に支える。光透過部１４ａの下部はセル１６との間に封止樹脂１７を介在させた状態で、サポート部１５内に収まる。バイパスダイオード１９は、セル１６の近傍の、フレキシブルプリント配線板１３上に設けられている。バイパスダイオード１９は、セル１６が故障したときに、セル１６を短絡してバイパスを形成する。
　前述のように、光透過部１４ａは透明であるが、遮蔽部１４ｂはその表面が粗面となっている。遮蔽部１４ｂの表面にＯＦＦ－ＡＸＩＳの光が当たると、粗面により、散乱光となって反射される。
　図８は、集光型太陽光発電モジュール１Ｍを構成する光学系の最小単位としての集光型太陽光発電ユニット１Ｕの一例を示す断面図である。図において、集光型太陽光発電ユニット１Ｕが、太陽と正対し、太陽光の入射角が０度であると、フレネルレンズ１２ｆの光軸Ａｘ上に光透過部１４ａ及びセル１６があり、フレネルレンズ１２ｆにより集光する光は全て光透過部１４ａに取り込まれ、セル１６に導かれる。
　図９は、同じく、集光型太陽光発電モジュール１Ｍを構成する光学系の最小単位としての集光型太陽光発電ユニット１Ｕの一例を示す断面図である。但し、この場合、太陽への追尾動作がずれている。そのため、集光型太陽光発電ユニット１Ｕは太陽と正対せず、太陽光の入射角は０度ではない。このような場合、図の二点鎖線又は点線で示すように、集光位置が光透過部１４ａからずれて遮蔽部１４ｂに光が当たる。このような場合、遮蔽部１４ｂの粗面により光は散乱して反射する。そのため、遮蔽部１４ｂの粗面に熱的な損傷を与えることは抑止できる。
　遮蔽部１４ｂがＯＦＦ－ＡＸＩＳの光を散乱して反射することにより遮蔽板１４の下にあるサポート部１５、フレキシブルプリント配線板１３、及び、バイパスダイオード１９には集光された光が届くことはなく、熱的な損傷を抑制することができる。
　《ここまでのまとめ》
　以上のように、この集光型太陽光発電モジュール１Ｍ又は集光型太陽光発電ユニット１Ｕにおける遮蔽板１４には、光軸上で集光部１２のフレネルレンズ１２ｆとセル１６との間にあって、セル１６に向かって集光する光を通過させる光透過部１４ａと、セル１６から外れた位置に集光する光を遮る遮蔽部１４ｂとを有している。遮蔽板１４の元々の材質は透明なガラス又は樹脂であり、遮蔽部１４ｂの少なくとも表面は、受けた光を散乱させる粗面となっている。
　このような集光型太陽光発電モジュール１Ｍ及び集光型太陽光発電ユニット１Ｕでは、太陽の追尾ずれが無いときは、フレネルレンズ１２ｆにより集光する光が光透過部１４ａを通り、セル１６に導かれる。一方、追尾ずれが発生したときセル１６から外れた位置に集光する太陽光を、遮蔽部１４ｂの粗面によって散乱させ、透過を抑制し、サポート部１５、フレキシブルプリント配線板１３、バイパスダイオード１９等の、セル周辺への熱的損傷を防止することができる。遮蔽板１４の材料としては透明なガラス又は樹脂を用い、光透過部１４ａ以外の表面を荒らすことにより遮蔽部１４ｂの粗面を形成することができる。このような遮蔽板１４は、容易に、かつ、安価に作製することができ、しかも、金属よりもセル１６に近い位置に配置することができるのでＯＦＦ－ＡＸＩＳ時の遮光には好適である。
　なお、遮蔽部１４ｂの粗面化は、表面（フレネルレンズ１２ｆに面する側）だけでなく裏面に施すこともできるが、表面が、より効果的と考えられる。
　また、サポート部１５は、セル１６のパッケージを利用するのが好適であるが、セル１６のパッケージとは別に、筐体１１に他のサポート部を設けることも可能である。
　また、集光部１２のフレネルレンズ１２ｆを１次レンズとした場合の２次レンズである光透過部１４ａは、遮蔽部１４ｂと同じ材料で一体形成されていることにより、２次レンズ（光透過部１４ａ）及び遮蔽部１４ｂが一体となるので、部品点数の削減に寄与し、組立も容易である。
　また、前述の例では、遮蔽板１４は、１モジュールにつき、１枚の板状になっている。この場合、１枚の遮蔽板１４となるので、集光型太陽光発電モジュール１Ｍの組立が容易である。
　遮蔽板及び光透過部の形態については、種々のバリエーションが考えられる。以下、これらのバリエーションについて説明する。
　《遮蔽板の第２例》
　図１０は、第２例による遮蔽板１４の平面図である。図６との違いは、２枚に分かれたスプリットタイプになっている点であり、それ以外は同じである。２枚は、隙間無く突き合わせた状態で筐体１１内に取り付けられる。図１０の場合、１枚の大きさが図６の半分になるので、製造時に取り扱いやすいという利点がある。なお、２枚というのは一例であり、３枚以上の複数枚であってもよい。分割によって１枚の大きさが小さくなるので、製造時に取り扱いやすい。
　《遮蔽板の第３例》
　図１１は、第３例による遮蔽板１４の平面図である。図６，図１０との違いは、光透過部１４ａの１個ずつが、互いに自己の遮蔽部１４ｂを備えている点である。すなわち、遮蔽板１４は、集光部１２（フレネルレンズ１２ｆ）の１個につき独立した１枚の板状になっている。この場合、遮蔽板１４の枚数は多くなるが、１枚１枚を最小限の大きさにすることができるので、１枚板にする場合の二点鎖線で示す大きさにくべて材料が少なくて済む。
　《光透過部の第２例》
　図１２は、セル１６及びその周辺も含む受光部Ｒの断面図であり、光透過部１４ａの第２例を示す図である。図において、この場合の光透過部１４ａは、球状レンズではなく透明な平板である。表面にはＡＲコーティングを施してもよい。この場合は、球状レンズのように取り入れた光をセルに導く効果は少ないが、光透過部及び遮蔽部が一体となるので、部品点数の削減に寄与する。また、遮蔽板全体が平板状になるので、製作が容易、かつ、安価である。
　《光透過部の第３例》
　図１３は、セル１６及びその周辺も含む受光部Ｒの断面図であり、光透過部１４ａの第３例を示す図である。図において、この場合の光透過部１４ａは、開口である。この場合は、空間なので、光の減衰がない。遮蔽板１４の材料も削減できる。また、球状レンズのように取り入れた光をセルに導く効果は少ないが、遮蔽板１４全体が平板状になるので、製作が容易、かつ、安価である。
　《光透過部の第４例》
　図１４は、セル１６及びその周辺も含む受光部Ｒの断面図であり、光透過部１４ａの第４例を示す図である。図において、この場合の光透過部１４ａは、上面のみ球状レンズ（すなわち半球）である。この場合、遮蔽板１４の下面側が平面になるので、球状レンズよりは、製作が容易、かつ、安価である。
　《光透過部の第５例》
　図１５は、セル１６及びその周辺も含む受光部Ｒの断面図であり、光透過部１４ａの第５例を示す図である。図において、この場合の光透過部１４ａは、上面のみ球状レンズであり、下面側は正方形の角柱状に少し突出している。この場合、下方へ突出した角柱部１４ａ１がサポート部１５の内側に嵌め込まれるので、位置決めが容易である。
　《光透過部の第６例》
　図１６は、セル１６及びその周辺も含む受光部Ｒの断面図であり、光透過部１４ａの第６例を示す図である。図において、この場合の光透過部１４ａは、上面は平面であり、下方のみが角錐状にセル１６の近傍まで延びている。この場合、下方へ角錐状に突出した角錐部１４ａ２により、光透過部１４ａの上面から取り入れた光を効果的にセル１６に導くことができる。また、サポート部１５の内側に嵌め込まれるので位置決めが容易である。
　《その他》
　なお、上述の遮蔽板１４の形態及び光透過部１４ａの形態については、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。
　《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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、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　アレイ
　１Ｍ　集光型太陽光発電モジュール（モジュール）
　１Ｕ　集光型太陽光発電ユニット
　２　支持装置
　１１　筐体
　１１ｂ　底面
　１２　集光部
　１２ａ　ガラス板
　１２ｆ　フレネルレンズ
　１３　フレキシブルプリント配線板
　１３ａ，１３ｂ　端部
　１４　遮蔽板
　１４ａ　光透過部
　１４ａ１　角柱部
　１４ａ２　角錐部
　１４ｂ　遮蔽部
　１５　サポート部
　１６　セル
　１７　封止樹脂
　１８　保護樹脂
　１９　バイパスダイオード
　２１　支柱
　２２　基礎
　２３　２軸駆動部
　２４　水平軸
　２５　追尾架台
　２５ａ　補強材
　２５ｂ　レール
　１００　太陽光発電装置
　Ａｘ　光軸
　Ｒ　受光部

Claims (8)

  1. 　太陽光を集光して発電する集光型太陽光発電ユニットが複数個、筐体内に並んで構成された集光型太陽光発電モジュールであって、前記集光型太陽光発電ユニットの各々は、
    　入射する太陽光を集光する集光部と、
    　前記筐体の底面に設けられたフレキシブルプリント配線板と、
    　前記フレキシブルプリント配線板上の、太陽と正対したときの前記集光部の光軸と一致する位置に設けられ、集光した光について光電変換を行うセルと、
    　前記光軸上で前記集光部と前記セルとの間にあって、前記セルに向かって集光する光を通過させる光透過部が形成されているとともに、前記セルから外れた位置に集光する光を遮る遮蔽部を有する遮蔽板と、
    　前記筐体内で、前記遮蔽板を所定位置に支えるサポート部と、を備え、
    　前記遮蔽板の材質は透明なガラス又は樹脂であり、前記遮蔽部の少なくとも表面は、受けた光を散乱させる粗面となっている、集光型太陽光発電モジュール。
  2. 　前記集光部を１次レンズとした場合、前記光透過部は前記１次レンズによって集光した光を前記セルに導く２次レンズであり、
    　前記２次レンズは前記遮蔽部と同じ材料で一体形成されている、請求項１に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  3. 　前記光透過部は、前記遮蔽部と連続しているが粗面が無く、全体が透明である請求項１に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  4. 　前記光透過部は、前記遮蔽板に形成された開口である請求項１に記載の集光型太陽光発電モジュール。
  5. 　前記遮蔽板は、１モジュールにつき、１枚の板状になっている請求項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. 　前記遮蔽板は、１モジュールにつき、複数枚の板状になっている請求項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。
  7. 　前記遮蔽板は、前記集光部の１個につき独立した１枚の板状になっている請求項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。
  8. 　請求項１の集光型太陽光発電モジュールを、太陽を追尾する架台上に複数個並べてアレイを構成した集光型太陽光発電装置。
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