(57)【要約】【課題】不可抗力により集光された光の照射位置がホモジナイザーの中心から大きく外れた場合であっても、ホモジナイザーを支持するための固定板の穴あきや破損が生じることのない集光型太陽光発電モジュール用レシーバを提供すること。【解決手段】集光型太陽光発電モジュール用レシーバ１０は、基板１２と、基板１２上に固定された、太陽光を受光するための太陽電池セル１４と、太陽電池セル１４の真上に載置され、集光装置で集光された太陽光を太陽電池セル１４へ導くためのホモジナイザー１６と、太陽電池セル１６を保護するための封止材１８と、ホモジナイザー１６の上面に載置された固定板２０と、固定板２０を基板１２に固定するための固定治具２２とを備えている。固定板２０は、熱伝導率が１００Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上、かつ、融点が４５０℃以上の材料からなる。【選択図】図１
2014225543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた集光型太陽光発電モジュール用レシーバ。
（１）前記集光型太陽光発電モジュール用レシーバは、
基板と、
前記基板上に固定された、太陽光を受光するための太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの真上に載置され、集光装置で集光された前記太陽光を前記太陽電池セルへ導くためのホモジナイザーと、
前記太陽電池セルを保護するための封止材と、
前記ホモジナイザーの上面に載置された固定板と、
前記固定板を前記基板に固定するための固定治具と
を備えている。
（２）前記固定板は、熱伝導率が１００Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上、かつ、融点が４５０℃以上の材料からなる。
【請求項２】
前記固定板は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ合金又はＣｕ合金からなる請求項１に記載の集光型太陽光発電モジュール用レシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光型太陽光発電モジュール用レシーバに関し、さらに詳しくは、集光装置により集光された高エネルギーの太陽光を太陽電池セルに照射することによって発電を行う集光型太陽光発電モジュール用のレシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電モジュールは、太陽光をそのまま太陽電池セルに照射する非集光型と、集光装置を用いて集光された太陽光を太陽電池セルに照射する集光型に大別される。これらの内、集光型太陽光発電モジュールは、太陽電池セルを小さくすることができるので、変換効率の良い高価なセルを使用しても電力製造コストに与える影響が小さい。そのため、集光型太陽光発電モジュールは、安価な電力を効率よく製造できるという利点がある。
【０００３】
集光型太陽光発電モジュールは、太陽光を集光するための集光レンズ（１次光学系：Primary Optic Element）を備えている。集光レンズで集光された光は、中心部の強度が強く、周辺部の強度は弱い。このような光を直接、太陽電池セルに照射すると、高い発電効率は得られない。そのため、集光型太陽光発電モジュールは、通常、太陽電池セルの真上にホモジナイザーと呼ばれる柱状又は錘台状の光学部材（２次光学系：Secondary Optic Element）が設けられる。ホモジナイザーは、集光レンズにより集光された高エネルギーの太陽光を側面で繰り返し全反射させることにより、光のエネルギーを均一化させるためのものである。
【０００４】
太陽光発電モジュールにおいて、太陽電池セルは基板上に固定され、太陽電池セルの真上にはホモジナイザーが配置される。さらに、太陽電池セルの周囲及びホモジナイザーの下部は、封止材で覆われている。このような基板、太陽電池セル及びホモジナイザーで構成される単位は、「レシーバ」と呼ばれている。
ホモジナイザーは、単に太陽電池セルの真上に載置されるだけである。封止材は、太陽電池セルへの水の侵入を防止するためのものであり、接着剤としての機能はない。そのため、外部からの衝撃や振動が加わってもホモジナイザーの位置がずれないようにするために、ホモジナイザーは、通常、種々の固定部材を用いてレシーバに固定されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、太陽電池セルの周囲に４本の支柱を立設し、支柱の上に貫通孔を有する遮光板を載せ、太陽電池セルと遮光板との間にホモジナイザーを挿入した太陽光発電装置が開示されている。
同文献には、貫通孔を通過した太陽光がホモジナイザーに導かれ、太陽光の強度が均等化される点が記載されている。
【０００６】
特許文献１に記載されているように、貫通孔を有する遮光板（固定板）でホモジナイザーの上端を支えると、外部からの衝撃や振動が加わってもホモジナイザーの位置がずれにくくなる。遮光板には、従来、ステンレス鋼が用いられていた。
しかしながら、集光型太陽光発電モジュールにおいては、不可抗力により集光された光の照射位置がホモジナイザーの中心から大きく外れることがある。その際、集光された光が遮光板に直接、照射されると、太陽光の熱により遮光板に穴が開くことがあった。これを放置すると、やがて遮光板が破損し、ホモジナイザーが脱落する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１４２３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、不可抗力により集光された光の照射位置がホモジナイザーの中心から大きく外れた場合であっても、ホモジナイザーを支持するための固定板（ホモジナイザー支え、遮光板）の穴あきや破損が生じることのない集光型太陽光発電モジュール用レシーバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る集光型太陽光発電モジュール用レシーバは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記集光型太陽光発電モジュール用レシーバは、
基板と、
前記基板上に固定された、太陽光を受光するための太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの真上に載置され、集光装置で集光された前記太陽光を前記太陽電池セルへ導くためのホモジナイザーと、
前記太陽電池セルを保護するための封止材と、
前記ホモジナイザーの上面に載置された固定板と、
前記固定板を前記基板に固定するための固定治具と
を備えている。
（２）前記固定板は、熱伝導率が１００Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上、かつ、融点が４５０℃以上の材料からなる。
【発明の効果】
【００１０】
ホモジナイザーを固定するための固定板として、低熱伝導率材料（例えば、ステンレス鋼）を用いると、不可抗力により固定板に太陽光が直接、照射された時に、熱により穴あきや破損が生じやすい。
これに対し、固定板として高熱伝導率材料（例えば、Ａｌ、Ｃｕ）を用いると、不可抗力により固定板に太陽光が直接照射されても、熱が容易に放散される。そのため、固定板の穴あきや破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュール用レシーバの平面図（上図）及び正面図（下図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  集光型太陽光発電モジュール用レシーバ］
図１に、本発明の一実施の形態に係る集光型太陽光発電モジュール用レシーバ（以下、単に「レシーバ」ともいう）の平面図（上図）及び正面図（下図）を示す。図１において、レシーバ１０は、基板１２と、太陽電池セル１４と、ホモジナイザー（２次光学系）１６と、封止材１８と、固定板２０と、固定治具２２…とを備えている。
【００１３】
［１．１．  基板］
基板１２は、その表面に太陽電池セル１４を固定するためのものである。基板１２の材料は、特に限定されるものではなく、種々の材料を用いることができる。基板１２の材料としては、例えば、アルミニウム、銅などがある。
【００１４】
［１．２．  太陽電池セル］
太陽電池セル１４は、照射された光を受光し、これを電力に変換するためのセルである。本発明において、太陽電池セル１４の構造や、これを構成する材料は、特に限定されるものではなく、種々の構造及び材料からなるセルを用いることができる。
太陽電池セル１４は、一般に、裏面電極、光起電力効果を奏する半導体層、及び上部電極がこの順で積層された構造を備えている。半導体層の表面には、反射防止膜が形成される場合もある。半導体層としては、例えば、結晶シリコン、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅに代表されるIII-V族化合物半導体などが知られている。
【００１５】
本実施の形態において、太陽電池セル１４は、基板１２の表面に固定されている。基板１２には、太陽電池セル１４に加えて、太陽電池セル１４による発電に必要な各種の構成要素が設けられる。図１において、図示は省略されているが、基板１２の上に、絶縁層及びプレートがこの順で形成され、プレートの上には、太陽電池セル１４がリード電極を介して固定されている。
【００１６】
［１．３．  ホモジナイザー］
［１．３．１．  ホモジナイザーの形状］
ホモジナイザー（二次光学系）１６は、集光装置（図示せず）により集光された太陽光を太陽電池セル１４に導くためのものである。また、ホモジナイザー１６は、導かれた光を側面で繰り返し全反射させることにより、光のエネルギーを均一化させるためのものでもある。ホモジナイザー１６は、その下端面が太陽電池セル１４に対向するように、太陽電池セル１４の真上位置に立設される。
【００１７】
本発明において、ホモジナイザー１６は、集光装置側（図１下図において、紙面の上側）の断面積が太陽電池セル１４側の断面積より大きい錐台形状を有する。ホモジナイザー１６の断面の形状は、特に限定されるものではなく、円形、楕円形、多角形のいずれであっても良い。ホモジナイザー１６の側面の角度（又は、ホモジナイザー１６が錐であると仮定したときの頂角）は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の角度を選択することができる。
【００１８】
図１に示す例において、ホモジナイザー１６は、錘台状の本体１６ａと、本体１６ａの上端（集光装置側）に一体的に設けられた、板状の鍔１６ｂとを備えている。鍔１６ｂの面積は、本体１６ａの上端（集光装置側）の面積より大きくなっている。鍔１６ｂは、必ずしも必要ではないが、これを設けることによって、ホモジナイザー１６を基板１２に固定するのが容易化する。
なお、図１に示す例において、鍔１６ｂの平面形状は、正方形になっているが、平面形状はこれに限定されるものではない。
【００１９】
集光型太陽光発電モジュールは、太陽光を集光装置で曲げるため、太陽電池セル１４を常に太陽の方向に正確に向けておく必要がある。そのため、集光型太陽光発電モジュールは、一般に、太陽電池セル１４を太陽の方向に向けるための追尾装置を備えている。しかしながら、ホモジナイザー１６の形状が柱状である場合、追尾ズレが生じたときに変換効率が著しく低下する。これに対し、ホモジナイザー１６の形状を錐台状とすると、僅かな追尾ズレが生じても変換効率が大きく低下しないという利点がある。
【００２０】
［１．３．２．  ホモジナイザーの材料］
ホモジナイザー１６には、光透過性の高い材料が用いられる。ホモジナイザー１６の材料としては、例えば、
（ａ）ほう珪酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラスなどのナトリウム含有ガラス、
（ｂ）アルミノケイ酸ガラス、ソーダカリバリウムガラス、
などがある。特に、ナトリウム含有ガラスは、安価で加工が容易であるため、ホモジナイザー１６の材料として好適である。
【００２１】
ホモジナイザー１６の表面には、必要に応じて各種の膜が形成されていても良い。
例えば、ホモジナイザー１６の上端面（光の入射面）には、反射防止膜が形成されていても良い。反射防止膜としては、例えば、
（ａ）アルミナとチタニアの多層構造からなるＴｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3反射防止膜、
（ｂ）フッ化マグネシウム層やフッ化カルシウム層からなる反射防止膜、
などがある。
【００２２】
また、ホモジナイザー１６と太陽電池セル１４の界面に、水分の侵入を防止するための保護膜を介在させても良い。
保護膜には、透光性が高く、かつ、耐熱性の高い材料を用いるのが好ましい。保護膜の材料としては、例えば、ゲル状のシリコーン樹脂、アクリル樹脂フィルム、などがある。
【００２３】
［１．４．  封止材］
［１．４．１．  封止材の材料］
封止材１８は、太陽電池セル１４の露出部分を覆い、太陽電池セル１４を保護するためのものである。図１に示す例において、封止材１８は、さらに、ホモジナイザー１６の下部の側面を覆っている。
【００２４】
ホモジナイザー１６の下部の側面を封止材１８で覆う場合、封止材１８の劣化に起因する太陽電池セル１４への水の侵入を長期間に渡って防止する必要がある。そのため、封止材１８には、耐熱性及び耐候性の高い材料を用いる必要がある。
封止材１８の材料としては、例えば、
（ａ）微粉ガラス入りシリコン樹脂、
（ｂ）高い熱伝導性及び光反射性を有する白色かつ不透明の無機材料粉末（例えば、炭酸カルシウム、酸化チタン、高純度アルミナ、高純度酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウムなど）を充填した自己接着性ＲＴＶゴム、
（ｃ）（ｂ）の材料に、さらに１０重量％以上のフッ素化シリコン樹脂を添加した材料、
（ｄ）エポキシ樹脂、
などがある。
【００２５】
［１．４．２．  封止材の屈折率と高さ］
太陽電池セル１４への水の侵入を防止することができ、かつ、耐熱性及び／又は耐候性を有する材料として、上述した種々の材料が知られている。上述した材料の耐候性と屈折率との間には相関があり、一般に、耐候性の高い材料ほど、屈折率が高くなる傾向がある。すなわち、低屈折率と高耐候性とを同時に満たし、かつ、太陽電池セル１４の封止材１８として使用可能な材料は、知られていない。
【００２６】
図１において、レシーバ１０は、ホモジナイザー１６の下部の側面が高さＨの封止材１８で覆われている。ここで、「封止材１８の高さ」とは、ホモジナイザー１６の下端面から封止材１８の上端までの距離をいう。
【００２７】
ホモジナイザー１６の下部の側面が封止材１８で覆われている場合において、封止材１８の屈折率が低くなり、封止材１８とホモジナイザー１６との屈折率の差が大きくなると、ホモジナイザー１６の下部において光が全反射しやすくなる。しかしながら、低屈折率材料は、一般に、耐熱性及び／又は耐候性が低いので、漏れだした光が相対的に少ない場合であっても、劣化しやすい。
【００２８】
一方、高屈折率材料は、一般に、耐熱性及び／又は耐候性が高い。しかしながら、封止材１８の屈折率が高くなるほど、及び／又は、封止材１８の高さＨが高くなるほど、ホモジナイザー１６の下部において光が全反射しにくくなる。その結果、光の一部が封止材１８内に漏れ出す。高屈折率材料は、耐熱性及び／又は耐候性が高いので、光漏れが生じても劣化しにくいが、光漏れは変換効率を低下させる原因となる。
【００２９】
これに対し、封止材１８がホモジナイザー１６の下部の側面を必要以上に覆わないように太陽電池セル１４を封止材１８で覆うと（換言すれば、封止材１８の高さＨがゼロに近づくほど）、ホモジナイザー１６の下部の側面からの光漏れを抑制することができる。また、光漏れに起因する封止材１８の劣化が抑制されるので、封止材１８には、低コストな低屈折率材料を用いることができる。
【００３０】
［１．５．  固定板］
［１．５．１．  固定板の形状］
固定板２０は、ホモジナイザー１６を基板１２に固定するためのものであり、ホモジナイザー１６の上面に載置されている。固定板２０の形状は、特に限定されるものではなく、ホモジナイザー１６を確実に固定できるものであれば良い。
【００３１】
図１に示す例において、固定板２０は、正方形の平面形状を有している。また、固定板２０の角部には、それぞれ、固定部材２２、２２…の先端を挿入するための貫通穴２０ａ、２０ａ…が設けられている。
【００３２】
固定板２０の中央には、貫通孔２０ｂが設けられている。貫通孔２０ｂは、光をホモジナイザー１６の本体１６ａに導くことができ、かつ、鍔１６ｂの面積より小さい面積であれば良い。貫通孔２０ｂの面積を鍔１６ｂの面積より小さくするのは、固定板２０によりホモジナイザー１６を太陽電池セル１４の上面に押圧するためである。図１に示す例において、貫通孔２０ｂは、正方形の平面形状を有している。
【００３３】
固定板２０の下面であって、貫通孔２０ｂの周囲には、固定爪２４、２４…が設けられている。固定爪２４、２４…は、固定板２０に鍔１６ｂを固定するためのものである。固定爪２４、２４…は、必ずしも必要ではないが、固定爪２４、２４…により鍔１６ｂを固定すると、外力や振動によるホモジナイザー１６の横ずれを確実に防止することができる。固定爪２４、２４…は、溶接、曲げ加工などにより形成することができる。
【００３４】
［１．５．２．  固定板の材料］
本発明において、固定板２０には、熱伝導率が１００Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上、かつ、融点が４５０℃以上の材料が用いられる。この点が、従来とは異なる。固定板２０の材料として、高熱伝導率かつ高融点の材料を用いると、不可抗力により固定板２０に太陽光が照射されても、固定板２０の穴あきを防止することができる。
【００３５】
このような条件を満たす材料としては、例えば、
（１）Ａｌ（熱伝導率：２３０Ｗ／(ｍ・Ｋ)、融点：６６０℃）、Ｃｕ（熱伝導率：４００Ｗ／(ｍ・Ｋ)、融点：１０８５℃）、
（２）Ａ１１００、Ａ１０５０（純Ａｌ系）、Ａ２０１２（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系）、Ａ５０５２（Ａｌ−Ｍｇ系）、Ａ６０６３（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）などのＡｌ合金、
（３）黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ）、青銅（Ｃｕ−Ｓｎ）、白銅（Ｃｕ−Ｎｉ）などのＣｕ合金
などがある。
【００３６】
［１．６．  固定治具］
固定治具２２、２２…は、固定板２０を基板１２に固定するためのものである。固定治具２２、２２…の形状、個数、設置位置等は、特に限定されるものではなく、固定板２０及び基板１２によりホモジナイザー１６を確実に固定できるものであれば良い。
【００３７】
図１に示す例において、固定治具２２、２２…は、柱状の部材からなり、基板１２の角部に合計４個設けられている。固定治具２２、２２…の先端には、それぞれ、突起２２ａ、２２ａ…が設けられている。突起２２ａ、２２ａ…は、それぞれ、固定板２０の貫通穴２０ａ、２０ａ…に挿入されている。突起２２ａ、２２ａ…と固定板２０とは、接着剤、ナット（図示せず）などにより固定されている。
【００３８】
［２．  作用］
ホモジナイザーを固定するための固定板として、低熱伝導率材料（例えば、ステンレス鋼）を用いると、不可抗力により固定板に太陽光が直接、照射された時に、熱により穴あきや破損が生じやすい。
これに対し、固定板として高熱伝導率材料（例えば、Ａｌ、Ｃｕ）を用いると、不可抗力により固定板に太陽光が直接照射されても、熱が容易に放散される。そのため、固定板の穴あきや破損を抑制することができる。
【実施例】
【００３９】
（実施例１、比較例１）
［１．  レシーバの作製］
図１に示す構造を備えたレシーバ１０を作製した。固定板２０には、アルミニウム（実施例１）又はステンレス鋼（比較例１）を用いた。
【００４０】
［２．  試験方法］
集光レンズで集光された光を故意に固定板２０に照射した。照射中、固定板２０の裏面の温度を測定した。
【００４１】
［３．  結果］
ステンレス鋼製の固定板２０を用いたレシーバの場合、照射を開始してから５秒程度で固定板２０に穴が開いた。そのため、裏面温度を測定できなかった。
これに対し、アルミニウム製の固定板２０を用いたレシーバの場合、裏面温度は、約１５０℃であった。また、照射を開始してから３０分経過後も、固定板２０に穴あきは発生しなかった。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る集光型太陽光発電モジュール用レシーバは、工場や住宅に電力を供給するための発電装置として使用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０    集光型太陽光発電モジュール用レシーバ
１２    基板
１４    太陽電池セル
１６    ホモジナイザー（２次光学系）
１８    封止材
２０    固定板
２２    固定治具
【図１】
2014225543.tif 000003