(57)【要約】【課題】地球温暖化防止の対策として期待されている集光型太陽光発電装置に用いられ、スタンドへの設置・固定が容易であり、かつレンズが傷つき難い太陽電池用集光レンズ部材を提供すること。【解決手段】基板と、前記基板の一方の面に位置する凸レンズを含むレンズ部と、を含む太陽電池用集光レンズ部材において、前記レンズ部に、これを構成する凸レンズの一部を覆うフレーム部を設ける。【選択図】図１
2014049662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の一方の面に位置する複数の凸レンズを含むレンズ部と、を含む太陽電池用集光レンズ部材であって、
前記レンズ部には、これを構成する凸レンズの一部を覆うフレーム部が設けられていることを特徴とする太陽電池用集光レンズ部材。
【請求項２】
太陽電池と、
前記太陽電池の受光面側に設置される太陽電池用集光レンズ部材と、
前記太陽電池用集光レンズ部材を設置するためのスタンドと、
を有する集光型太陽光発電装置であって、
前記太陽電池用集光レンズ部材は、基板と、前記基板の一方の面に位置する複数の凸レンズを含むレンズ部と、を含み、前記レンズ部には、これを構成する凸レンズの一部を覆うフレーム部が設けられており、
前記太陽電池用集光レンズ部材の前記フレーム部と前記スタンドとが接着剤を介して接着されていることを特徴とする集光型太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池用集光レンズ部材および集光型太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球温暖化防止の対策として、世界規模でＣＯ2排出抑制の取り組みが行われて
おり、火力発電などに代わるクリーンな発電装置として太陽光発電装置が注目されている。
【０００３】
太陽光発電装置としては、太陽電池を隙間なく敷き詰めて構成した太陽光発電モジュールを屋根の上などに設置した非集光固定型の平板式構造が一般的である。これに対し、レンズや反射鏡を用いて集光した太陽光を小面積の太陽電池に照射して発電させる集光型太陽光発電装置が提案されている。例えば特許文献１には、集光型太陽光発電装置の一例が開示されている。
【０００４】
太陽光発電装置においては、太陽電池は太陽光が照射される箇所に配置されていれば足りる。したがって、レンズや反射鏡を用いて太陽光を集光する集光型太陽光発電装置は、太陽電池の面積を小さくして、太陽光発電装置を構成する部材の中で価格が高い太陽電池の使用量を減らすことができる。そのため、集光型太陽光発電装置にあっては、多接合型太陽電池などの高性能ではあるが高価な太陽電池を採用したとしても、太陽電池の面積あたりの発電電力を大きくすることで、太陽光発電装置全体のコストを削減することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／１２５７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
集光型太陽光発電装置は、太陽電池と、太陽光を太陽電池に集光するために太陽電池の受光面側に設置される太陽電池用集光レンズ部材と、この太陽電池用集光レンズ部材を前記太陽電池の位置に合わせた所望の位置に設置するためのスタンドと、を基本構成とし、通常の場合、太陽電池用集光レンズ部材をスタンドに設置するにあたっては、太陽電池用集光レンズ部材のレンズ部をスタンドに載置して当該部分を接着剤などで固定することが行われている。
【０００７】
しかしながら、このような設置方法では、太陽電池用集光レンズ部材とスタンドとの接点がレンズ部の頂点となることから、構造的に不安定であり、太陽電池用集光レンズ部材とスタンドとの位置決めも困難となる場合があった。
【０００８】
このような問題を解消するため、太陽電池用集光レンズ部材の、スタンドと接する部分にレンズ部を形成しないでおくことも考えられるが、太陽電池用集光レンズ部材のレンズ部は、レンズ部の厚みを薄くするために、通常、複数の凸レンズを同心状に配置させたフレネルレンズとなっていることが多く、当該フレネルレンズの製造工程上、スタンドと接する一部分のみにレンズを形成しないようにするのは、煩雑でありコストパフォーマンスも低下する。また、太陽電池用集光レンズ部材は、その縁部においてスタンドと接するのが一般的であるため、太陽電池用集光レンズ部の縁部にレンズを形成しないでおくことも考えられるが、上述のようにレンズ部が同心状のフレネルレンズの場合には、レンズが形
成されていない部分の面積が非常に大きくなり、集光効率が低下する。
【０００９】
さらに、上記「太陽電池用集光レンズ部材をスタンドに設置する際の問題」とは別の問題もある。つまり、太陽電池用集光レンズ部材は近年大型化の要請があり、集光型太陽光発電装置が設置される現場にてスタンドに設置される場合が多い。この場合、太陽電池用集光レンズ部材を現場まで搬送することになるが、搬送中にレンズが傷ついてしまうことが問題となっている。
【００１０】
本発明はこのような状況においてなされたものであり、地球温暖化防止の対策として期待されている集光型太陽光発電装置に用いられ、スタンドへの設置・固定が容易であり、かつレンズが傷つき難い太陽電池用集光レンズ部材、およびこれを用いた集光型太陽光発電装置を提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための発明は、基板と、当該基板の一方の面に位置する凸レンズを含むレンズ部と、を含む太陽電池用集光レンズ部材であって、当該レンズ部には、これを構成する凸レンズの一部を覆うフレーム部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するための別の発明は、太陽電池と、前記太陽電池の受光面側に設置される太陽電池用集光レンズ部材と、前記太陽電池用集光レンズ部材を設置するためのスタンドと、を有する集光型太陽光発電装置であって、前記太陽電池用集光レンズ部材は、基板と、前記基板の一方の面に位置する凸レンズを含むレンズ部と、を含み、当該レンズ部には、これを構成する凸レンズの一部を覆うフレーム部が設けられており、前記太陽電池用集光レンズ部材の前記フレーム部と前記スタンドとが接着剤を介して接着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の太陽電池用集光レンズ部材によれば、凸レンズの一部を覆うフレーム部が設けられているので、集光型太陽光発電装置を製造するにあたり、当該フレーム部を利用してスタンドとの位置合わせを行い、スタンドにしっかりと固定することができる。また、当該フレーム部は、太陽電池用集光レンズ部材の搬送中、凸レンズが他の物と直接接触することを防止する役目も果たし、その結果、レンズが傷つくことを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の集光型太陽光発電装置によれば、太陽電池用集光レンズ部材のフレーム部とスタンドとが正確に位置合わせされているため、太陽電池に精度良く集光させることができ、かつこれらは確実に固定されているため、構造上強固なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材の正面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す太陽電池用集光レンズ部材のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材の正面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材の正面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる集光型太陽光発電装置の概略断面図である。
【図５】集光型太陽光発電装置のスタンドと、太陽電池用集光レンズ部材のフレーム部との関係を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための実施形態について詳細に説明する
。なお、本発明は以下に説明する形態に限定されることはなく、技術思想を逸脱しない範囲において種々変形を行なって実施することが可能である。また、添付の図面においては、説明のために上下、左右の縮尺を誇張して図示することがあり、実際のものとは縮尺が異なる場合がある。
【００１７】
＜太陽電池用集光レンズ部材＞
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材の正面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す太陽電池用集光レンズ部材のＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材１０は、基板１１と、当該基板１１の一方の面、図１（ｂ）においては下面に位置する複数の凸レンズ１２ａ、１２ａ・・・を含むレンズ部１２と、を含み、当該レンズ部１２には、これを構成する凸レンズ１２ａの一部を覆うフレーム部１３が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
このように、凸レンズ１２ａの一部を覆うフレーム部１３を設けることにより、本実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材１０を用いて集光型太陽光発電装置を製造するにあたり、当該フレーム部１３と集光型太陽光発電装置のスタンドとを用いて容易に両者の位置合わせをすることができるとともに、当該フレーム部１３とスタンドとを面接触せしめることができるため、両者を強固に固定することができる。
【００２０】
ここで、フレーム部１３は、凸レンズ１２ａの一部を覆って形成されている、換言すれば、凸レンズ１２ａ間に存在する凹部分を埋めるようにして形成されている点に特徴を有している。このように凸レンズ１２ａを覆ってしまうことにより、当該部分の集光機能が低下することはあり得るが、前述の、スタンドとの位置合わせが容易となる、およびスタンドの固定が強固なものとなる、といった効果に加え、太陽電池用集光レンズ部材１０のレンズ部１２を形成するにあたり、スタンドとの固定をする位置を意識することなく、その全面に凸レンズ１２ａを自由に設計することができ、その後において、相手となるスタンドとの関係を考慮してフレーム部１３を自由に設計することができるので、太陽電池用集光レンズ部材１０の製造歩留まりを向上することができる。
【００２１】
フレーム部１３の形状については特に限定されることはなく、集光型太陽光発電装置のスタンドとの位置合わせが容易となり、かつ当該スタンドへの固定がし易い形状を任意に設計可能である。例えば、図１（ｂ）に示すように、凸レンズ１２ａ間に存在する凹部分を埋めつつ断面が矩形状となり、集光型太陽光発電装置のスタンドと接する部分１３ａが平坦となるような形状が好ましい。
【００２２】
また、フレーム部１３の大きさについても特に限定されることはなく、前述の種々の効果を奏し得るような大きさを任意に設計可能である。例えば、フレーム部１３の高さｈについては、図示するように、レンズ部１２の高さよりも高く設計することが好ましい。より具体的には、レンズ部１２の高さよりも１μｍ〜１ｃｍ程度高く設計することが好ましい。このように設計することにより、太陽電池用集光レンズ部材１０を平置きして搬送する場合などにおいて、レンズ部１２が傷つくことを防止することができる。なお、フレーム部１３の高さｈおよびレンズ部１２の高さは、いずれも基板１１の表面からの高さを意味し、レンズ部１２の高さにあっては、当該レンズ部１２を構成する複数の凸レンズ１２ａ、１２ａの中で最も高い凸レンズの高さを意味する。
【００２３】
フレーム部１３の幅ｗについても特に限定されることはなく、当該フレーム部１３が設置される集光型太陽光発電装置のスタンドの大きさや、太陽電池用集光レンズ部材１０の配置によって、適宜設計可能である。詳細については後述する。
【００２４】
フレーム部１３の材質についても特に限定されることはなく、上述した作用効果を奏し、上述した形状のフレーム部１３を形成可能であれば、いかなる材質にて形成してもよい。例えば、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を用い、これを、フレーム部１３を形成すべき場所に塗布し、次いで硬化することによってフレーム部１３を形成してもよい。
【００２５】
より具体的には、レンズ部１２の凸レンズ１２ａが形成されている面全体に光硬化性樹脂を塗布し、マスクを用いてフレーム部１３を形成したい部分のみを露光することで光硬化性樹脂を硬化せしめ、その後現像することでフレーム部１３を形成する、いわゆるサブトラクト法を用いてもよい。
【００２６】
また、別の方法として、レンズ１２の凸レンズａが形成されている面において、フレーム部１３を形成したい部分のみにスクリーン印刷法によって光硬化性樹脂を塗布し、その後露光することで当該光硬化性樹脂を硬化せしめることによりフレーム部１３を形成する、いわゆるアクティブ法を用いてもよい。
【００２７】
さらに、フレーム部１３は、透明であってもよく、何らかの方法により着色されていてもよい。フレーム部１３を着色することによりスタンドとの位置合わせの際に有利である。また、フレーム部１３の線熱膨張係数は、レンズ１２の線膨張係数とスタンドの線膨張係数との間の数値範囲であることが好ましい。レンズ１２の線膨張係数とスタンドの線膨張係数との違いによる熱応力によって太陽光が集光される箇所が変動することを抑制できるからである。
【００２８】
フレーム部１３は、上述のように集光型太陽光発電装置のスタンドに太陽電池用集光レンズ部材１０を設置・固定する際に用いられる部分であり、したがって、当該フレーム部１３が設けられる位置は、太陽電池用集光レンズ部材１０において、集光型太陽光発電装置のスタンドと接触する部分に設ければよく、太陽電池用集光レンズ部材１０全体の形状や集光型太陽光発電装置全体の構造など考慮して任意に設計可能である。
【００２９】
しかしながら、太陽電池用集光レンズ部材１０のフレーム部１３は、凸レンズ１２ａを覆って形成されているため、当該フレーム部１３が設けられた位置にある凸レンズ１２ａは集光機能が低下することが予想されるため、図示するように、太陽電池用集光レンズ部材１０の縁部に沿って設けることが好ましい。縁部に形成することにより、太陽電池用集光レンズ部材１０全体の集光効率の低下を最小限に抑えることができる。なお、従来から、太陽電池用集光レンズ部材をスタンドに設置する際には、スタンドと太陽電池用集光レンズ部材とが重なる部分は生じてしまうので、当該スタンドと太陽電池用集光レンズ部材との重なる部分にフレーム部１３を形成すれば、本実施形態にかかる太陽電池集光レンズ部材１０が従来の太陽電池用集光レンズ部材と比べて特別に集光性能に劣るといったことはなく、装置全体を考慮すれば、従来と比べて集光性能には影響はないと考えられる。
【００３０】
次に、太陽電池用集光レンズ部材１０を構成する基板１１について説明する。
【００３１】
基板１１については、特に限定されることはなく、図１に示すように単層構造を有していても、図示はしないが積層構造を有していてもよい。
【００３２】
基板１１として単層構造を採用する場合の材質としては、ガラス板、もしくは各種樹脂板などを用いることができる。ガラス板は太陽電池用集光レンズ部材１０に強度を付与することができる点で良好であり、一方で樹脂板は太陽電池用集光レンズ部材１０を軽量化する場合に良好である。樹脂板としては、例えば、アクリル系の樹脂板はその強度や透明性の観点から好適に用いることができる。より具体的には、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）やＰＣ（ポリカーボネート樹脂）からなる板などを挙げることができる。
【００３３】
単層構造の基板１１の厚さについては特に限定することはなく、求められる強度などに応じて適宜設計可能であるが、例えば３〜５ｍｍ程度とすることが好ましい。また、基板１１の形状についても特に限定することはないが、効率的に太陽光を集光し、かつ本発明の太陽電池用集光レンズ部材を複数組み合わせて大型パネルを形成することを考慮すると正方形としてもよく、正方形とする場合には、その一辺の長さは１００〜５００ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３４】
図示はしないが、基板１１を積層構造とすることも可能である。例えば、三層構造とする場合には、ガラス基板と、その一方の面に位置するハードコート層と、その他方の面に位置するプライマー層と、から構成してもよい。このように、本実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材を構成する基板は、種々の作用を奏するための板や層が複数積層された構造を有していてもよい。
【００３５】
例えば、太陽電池用集光レンズ部材１０の受光側の最表面に位置する部分に、ハードコート層を形成しておくことにより、太陽電池集光レンズ部材１０を外部からの衝撃からにより傷が付いたり、割れてしまったりすることを防止することができる。この場合のハードコート層の材料としては、例えば、表面に反応性官能基を有する反応性異形シリカ微粒子と、反応性官能基を有するバインダー成分とを含んだハードコート層用硬化性樹脂組成物などなどを挙げることができる。また、ハードコート層の厚さについては特に限定されないが、例えば５〜２０μｍ程度とすることが好ましい。
【００３６】
また、レンズ部１２が樹脂製の場合において、当該レンズ部１２の表面にプライマー層を設けることにより、基板と後述する接着剤層の密着性を向上することができる。この場合のプライマー層の材料としては、エポキシアクリレート樹脂組成物、ウレタンアクリレート樹脂組成物などを挙げることができ、さらに、密着性を向上させるために適時シランカップリング剤を含んでもよい。また、プライマー層の厚さについては特に限定されないが、例えば０．１〜１０μｍ程度とすることが好ましい。
【００３７】
なお、上述の三層構造に限定されることはなく、種々の板や層を任意に積層することで基板１１とすることができる。つまり、樹脂製の板と樹脂層との積層構造、樹脂層と樹脂層との積層構造、ガラス製の板と樹脂製の板との積層構造など、種々の組み合わせが可能である。
【００３８】
さらにまた、基板１１とレンズ部１２とが同一材料からなり、一体的に成形されていてもよい。この場合、基板１１とレンズ部１２とは物理的に分離することは出来ない場合もあるが、本願においては、複数の凸レンズ１２ａからなるレンズ部１２のベースとなっている部分を基板１１と考える。
【００３９】
次に、太陽電池用集光レンズ部材１０を構成するレンズ部１２について説明する。
【００４０】
レンズ部１２は、前記基板１１の一方の面に位置し、凸レンズ１２ａを含んでおり、基板１１を通過した太陽光を所定方向に屈折せしめ太陽電池に集光させることができればよく、その材質や形状については特に限定されることはない。
【００４１】
例えば、レンズ部１２の形状、つまり凸レンズ１２ａの形状、数、配置についても、従来公知の任意の形状の中から適宜選択すればよく、例えば、複数の凸レンズを同心状に配置したレンズ、いわゆるフレネルレンズの形状などを適宜選択して用いることができる。したがって、図１に示すレンズ部１２は代表的なフレネルレンズ形状を呈しているが、当該形状に限定されることはなく、レンズ部１２の形状、つまり個々の凸レンズ１２ａ、１
２ａ・・・の全体の形状は自由に設計可能である。
【００４２】
レンズ部１２の材質についても特に限定されることはなく、従来公知の材料から適宜選択して用いることができる。例えば、ガラス製であってもよく、各種樹脂から形成されていてもよい。
【００４３】
また、基板１１とレンズ部１２との接着方法についても特に限定されることはなく、例えば、各種接着剤などにより接着すればよい。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材の正面図である。なお、構成を分かりやすくするため、図１で説明した太陽電池用集光レンズ部材１０と同じ構成については同じ符号をつけて説明する。
【００４５】
図２に示すように、本実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材１０は、これを構成するレンズ部１２が、図１と同様に同心状のフレネルレンズでありつつ、太陽電池用集光レンズ部材１０の四隅にまで凸レンズ１２ａが形成されておらず、最外周に位置する凸レンズ１２ａが太陽電池用集光レンズ部材１０の外周と内接するように形成されている。本発明においては、このようなレンズ部１２とすることも可能である。
【００４６】
また、本実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材１０にあっては、フレーム部１３が、太陽電池用集光レンズ部材１０の縁部全体ではなく、図２における左右辺の中央部にのみ設けられている。このように、本発明においては、フレーム部１３は、必ずしも縁部の全体に設ける必要はなく、集光型太陽光発電装置のスタンドとの位置関係により、必要な部分にのみ設けてもよい。
【００４７】
＜第３の実施形態＞
図３は、本発明の第３の実施形態にかかる太陽電池用集光レンズ部材の正面図である。なお、構成を分かりやすくするため、図１および図２で説明した太陽電池用集光レンズ部材１０と同じ構成については同じ符号をつけて説明する。
【００４８】
図３に示す太陽電池用集光レンズ部材１０は、その形状が六角形を呈している。このように、本発明の太陽電池用集光レンズ部材１０は、図１や図２で示したような正方形である必要はなく、設置される場所の形状等を考慮して、種々の形状を採用することができる。図３に示すような六角形とすることにより、これらを敷き詰めて大型の集光型太陽光発電装置を形成するにあたり、外力が加わったときに太陽電池用集光レンズ部材１０の位置が変動することを抑制することができる。また、図示はしないが三角形状や菱形形状としてもよい。
【００４９】
また、この場合であっても、フレーム部１３はその縁部全体に設けてもよく、必要な部分にのみ設けてもよい。図３においては、六角形の頂点近傍にのみフレーム部１３が設けられている。
【００５０】
＜集光型太陽光発電装置＞
次に、上記で説明した太陽電池用集光レンズ部材を用いた集光型太陽光発電装置について図面を用いて説明する。
【００５１】
図４は、本発明の実施形態にかかる集光型太陽光発電装置の概略断面図である。
【００５２】
図４に示すように、本実施形態にかかる集光型太陽光発電装置４０は、太陽電池４１と
、前記太陽電池４１の受光面側に設置される太陽電池用集光レンズ部材１０と、前記太陽電池用集光レンズ部材１０を設置するためのスタンド４２と、を有し、前記太陽電池用集光レンズ部材１０が、前述で説明した本発明の太陽電池用集光レンズ部材１０、つまり、基板１１と、当該基板１１の一方の面に位置する複数の凸レンズ１２ａ、１２ａ、・・・を含むレンズ部１２と、を含み、当該レンズ部１２には、これを構成する凸レンズ１２ａの一部を覆うフレーム部１３が設けられている太陽電池用集光レンズ部材１０であり、さらに、当該太陽電池用集光レンズ部材１０における前記フレーム部１３と前記スタンド４２とが接着剤を介して接着されていることに特徴を有している。
【００５３】
本実施形態にかかる集光型太陽光発電装置４０を構成する太陽電池４１およびスタンド４２については、特に限定されることはなく、従来公知の太陽電池４１およびスタンド４２を適宜選択して用いればよい。
【００５４】
ここでは、集光型太陽光発電装置４０のスタンド４２と、太陽電池用集光レンズ部材１０のフレーム部１３との関係について説明する。
【００５５】
図４に示すように、スタンド４２とフレーム部１３とが一対一で対応している場合、つまり、一つのスタンド４２に一つのフレーム部１３が接着されている場合においては、フレーム部１３の幅ｗ（図１参照）は、スタンド４２の幅Ｈと同じかそれ以下であることが好ましく、さらには、スタンド４２の太陽電池４１が存在する側の端面Ｘからはみ出さないように設置されていることが好ましい。フレーム部１３がスタンド端面からはみ出てしまうことにより集光効率が低下することを防止するためである。
【００５６】
図５は、集光型太陽光発電装置４０のスタンド４２と、太陽電池用集光レンズ部材１０のフレーム部１３との関係を説明するための概略断面図である。
【００５７】
集光型太陽光発電装置４０のスタンド４２と、太陽電池用集光レンズ部材１０のフレーム部１３とは、図４に示すように必ずしも一対一で対応している必要はなく、例えば、図５に示すように、一つのスタンド４２に二つのフレーム部１３が接着されていてもよい。この場合には、フレーム部１３の幅ｗは、スタンド４２の幅Ｈの１／２以下に設計するのが好ましい。
【符号の説明】
【００５８】
１０…太陽電池用集光レンズ部材
１１…基板
１２…レンズ部
１２ａ…凸レンズ
１３…フレーム部
４０…集光型太陽光発電装置
４１…太陽電池
４２…スタンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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