(57)【要約】【課題】  全体として高いエネルギ効率が得られる集光型太陽光発電装置を提供する。【解決手段】  太陽光発電装置１０において、下端面がその太陽電池セル３４に対向するようにその太陽電池セル３４の真上位置に立設され、集光レンズ（一次光学系）２８により集光された太陽光を上記太陽電池セル３４へ導くためのホモジナイザ（柱状光学部材）５０には、その側壁面に、その柱状光学部材の長手方向に沿った方向成分を有する方向に加工されたテクスチャリング加工面５１を備えることから、ホモジナイザ５０の内側面で全反射される太陽光がテクスチャリング加工面５１によって種々の方向へ反射されるので、太陽電池セル３４の受光面における太陽光の照度のむらが好適に抑制され、追尾誤差、色収差に拘わらず、高い発電効率すなわちエネルギ効率が得られる。【選択図】                    図３
2006313810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を集光するための一次光学系と、太陽電池セルと、下端面が該太陽電池セルに対向するように該太陽電池セルの真上位置に立設され、該一次光学系により集光された太陽光を該太陽電池セルへ導くための柱状光学部材とを有する形式の集光型太陽光発電装置であって、
前記柱状光学部材は、その側壁面に、該柱状光学部材の長手方向に沿った方向成分を有する方向に加工されたテクスチャリング加工面を備えることを特徴とする集光型太陽光発電装置。
【請求項２】
前記柱状光学部材の横断面において、前記テクスチャリング加工面の１つの凹凸の大きさは、太陽光発電の有効波長の最短波長よりも１０倍以上であることを特徴とする請求項１の集光型太陽光発電装置。
【請求項３】
前記柱状光学部材の横断面において、前記テクスチャリング加工面における１つの凹凸の大きさは、前記太陽電池セルの幅の１／１０未満であることを特徴とする請求項１または２の集光型太陽光発電装置。
【請求項４】
前記柱状光学部材の横断面において、前記テクスチャリング加工面のテクスチャー角度は４５°未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの集光型太陽光発電装置。
【請求項５】
太陽光を集光するための一次光学系と、基台の上に固定された太陽電池セルと、下端面が該太陽電池セルに対向するように該太陽電池セルの真上位置となるように前記基台上に固定され、該一次光学系により集光された太陽光を該太陽電池セルへ導くための柱状光学部材とを有する形式の集光型太陽光発電装置であって、
前記基台に立設され、前記柱状光学部材の側面を前記一次光学系に対して露出させるように該柱状光学部材の側面のうち長手方向の一部を保持する保持部材を有することを特徴とする集光型太陽光発電装置。
【請求項６】
前記柱状光学部材は、矩形の上端面と該上端面よりも小面積の下端面とを有する角錐形状であり、その下端部が前記保持部材により保持されたものである請求項５の集光型太陽光発電装置。
【請求項７】
前記柱状光学部材は、矩形の上端面と該上端面よりも小面積の下端面とを有する角錐形状であり、それら上端面および下端面の間の中間部が前記保持部材により保持されたものである請求項５の集光型太陽光発電装置。
【請求項８】
前記柱状光学部材は、半球凸状の上端面と該上端面よりも小面積の矩形の下端面とを有する柱形状であり、それら上端面および下端面の間の中間部が前記保持部材により保持されたものである請求項５の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、一次光学系太陽光により集光された高エネルギの太陽光が太陽電池セルに照射される形式の集光型太陽光発電装置に関し、特に、その集光型太陽光発電装置の発電効率を高める技術等に関する。
【背景技術】
【０００２】
集光型太陽光発電装置は、太陽光を集光させて太陽電池セルに照射することから、コスト構成比において大きな部分を占める太陽電池セルを小さく（または少なく）することができるので注目されている（たとえば非特許文献１）。この集光型太陽光発電装置においては、一次光学系において集光した集光光は、その中心部分の強度が強く、周辺部の強度が低くなるなどの不均一なものであり、一次光学系において集光された集光光をそのまま太陽電池セルに照射させると、発電効率が低下することが指摘されている（たとえば非特許文献２）。そこで、一次光学系において集光した光を、側面での反射を繰り返しつつ進行させることによって混合する二次光学系が提案されている（たとえば非特許文献２）。
【０００３】
ところで、上記非特許文献２のように二次光学系すなわち二次集光器を備えた集光型太陽光発電装置では、追尾誤差や組み付け誤差により二次光学系への入射角度がずれたりすると、或いは色収差により二次光学系への入射角が変化すると、太陽電池の受光面における照度にむらが発生し易く、発電効率が十分に得られない場合があった。特に、異なる波長の光で発電する複数種類の発電層或いはセルが積層された太陽電池セルを用いる場合には、殆ど発電しない発電層或いはセルが発生して、全体として発電効率が大きく低下する可能性があった。
【０００４】
これに対し、特許文献１に示すように、一次光学系により集光された太陽光を内部で反射させつつ太陽電池セルへ導く低次多角形のプリズム二次集光器を備えた集光型太陽光発電装置が提案されている。
【非特許文献１】荒木  外８名、「変換効率２８％の集光式太陽光発電装置開発」、電気製鋼，２００４年７月、第７５巻第３号、ｐ１６５−１７２
【非特許文献２】荒木  外２名、「集光太陽光発電用２次光学系の開発」、電気製鋼、２００２年１０月、第７３巻第４号、ｐ２２１−２２８
【特許文献１】特開２００３−２５８２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示される集光型太陽光発電装置では、積極的に多重反射させるように構成された二次集光器が設けられており、その多重反射によって均一化された太陽光が太陽電池セルに入射させられるけれども、実際には多重反射によって太陽光のエネルギが低下するので、十分な発電効率が得られないという不都合があった。特に入射側が出射側より大きくした角錐形状の光学系においてたとえば３回以上の反射となるほど全反射条件が維持され難くなり、太陽光の一部が外部へ放射されてしまうからである。また、上記特許文献１に示される集光型太陽光発電装置では、二次集光器の上端部を露出させる部分だけ貫通穴が形成され、その貫通穴内で二次集光器を支持する遮光板が設けられているので、曇天において太陽光が直接照射されない条件下では、発電が殆ど得られず、追尾装置の電源として他の電源から電力供給を受けねばならず、石油燃料等の他のエネルギによる付加的電源装置が必要となって装置が高価となるという問題もあった。このような問題は、全体として集光型太陽光発電装置のエネルギ効率を低下させている。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、全体として高いエネルギ効率が得られる集光型太陽光発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための請求項１に係る発明の要旨とするところは、太陽光を集光するための一次光学系と、太陽電池セルと、下端面がその太陽電池セルに対向するようにその太陽電池セルの真上位置に立設され、その一次光学系により集光された太陽光を上記太陽電池セルへ導くための柱状光学部材とを有する形式の集光型太陽光発電装置であって、前記柱状光学部材は、その側壁面に、その柱状光学部材の長手方向に沿った方向成分を有する方向に加工されたテクスチャリング加工面を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、請求項１に係る発明において、前記柱状光学部材の横断面において、前記テクスチャリング加工面の１つの凹凸の大きさは、太陽光発電の有効波長の最短波長よりも１０倍以上であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明の要旨とするところは、請求項１または２に係る発明において、前記柱状光学部材の横断面において、前記テクスチャリング加工面における１つの凹凸の大きさは、前記太陽電池セルの幅の１／１０未満であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る発明の要旨とするところは、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において、前記柱状光学部材の横断面における前記テクスチャリング加工面のテクスチャー角度は、４５°未満であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に係る発明の要旨とするところは、太陽光を集光するための一次光学系と、基台の上に固定された太陽電池セルと、下端面がその太陽電池セルに対向するようにその太陽電池セルの真上位置となるように前記基台上に固定され、その一次光学系により集光された太陽光を上記太陽電池セルへ導くための柱状光学部材とを有する形式の集光型太陽光発電装置であって、前記基台に立設され、前記柱状光学部材の側面を前記一次光学系に対して露出させるようにその柱状光学部材の側面のうち長手方向の一部を保持する保持部材を有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る発明の要旨とするところは、前記請求項５に係る発明の柱状光学部材は、矩形の上端面とその上端面よりも小面積の下端面とを有する角錐形状であり、その下端部が前記保持部材により保持されたものであることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に係る発明の要旨とするところは、前記請求項５に係る発明の柱状光学部材は、矩形の上端面とその上端面よりも小面積の下端面とを有する角錐形状であり、それら上端面および下端面の間の中間部が前記保持部材により保持されたものであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８に係る発明の要旨とするところは、前記請求項５に係る発明の柱状光学部材は、半球凸状の上端面とその上端面よりも小面積の矩形の下端面とを有する柱形状であり、それら上端面および下端面の間の中間部が前記保持部材により保持されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明の集光型太陽光発電装置によれば、下端面がその太陽電池セルに対向するようにその太陽電池セルの真上位置に立設され、一次光学系により集光された太陽光を上記太陽電池セルへ導くための柱状光学部材は、その側壁面に、その柱状光学部材の長手方向に沿った方向成分を有する方向に加工されたテクスチャリング加工面を備えることから、柱状光学部材の内側面で全反射される太陽光がテクスチャリング加工面によって種々の方向へ反射されるので、太陽電池セルの受光面における太陽光の照度のむらが好適に抑制され、追尾誤差、色収差に拘わらず、高い発電効率すなわちエネルギ効率が得られる。
【００１６】
また、請求項２に係る発明の集光型太陽光発電装置によれば、前記柱状光学部材の横断面において、前記テクスチャリング加工面の１つの凹凸の大きさは、太陽光発電の有効波長の最短波長よりも１０倍以上であることから、専ら幾何的条件で柱状光学部材の内側面での全反射条件が整えられる。
【００１７】
また、請求項３に係る発明の集光型太陽光発電装置によれば、前記柱状光学部材の横断面において、前記テクスチャリング加工面における１つの凹凸の大きさは、前記太陽電池セルの幅の１／１０未満であることから、柱状光学部材の内側面で全反射される太陽光がテクスチャリング加工面によって種々の方向へ反射され、太陽電池セルの受光面における太陽光の照度のむらが好適に抑制される。
【００１８】
また、請求項４に係る発明の集光型太陽光発電装置によれば、前記柱状光学部材の横断面における前記テクスチャリング加工面のテクスチャー角度は、４５°未満であることから、柱状光学部材の内側面で太陽光が全反射されるとき、反射回数が少なくなるので、反射時のエネルギ損失が抑制される。
【００１９】
また、請求項５に係る発明の集光型太陽光発電装置によれば、下端面が太陽電池セルに対向するようにその太陽電池セルの真上位置となるように前記基台上に固定され、一次光学系により集光された太陽光を上記太陽電池セルへ導くための柱状光学部材の側面を、一次光学系に対して露出させるようにその柱状光学部材の側面のうち長手方向の一部を保持する保持部材が設けられていることから、曇天において太陽光が直接照射されない条件下において、柱状光学部材の長手方向の側面のうち保持部材により保持された部分以外の側面から太陽光の拡散光が柱状光学部材内へ入射させられるので、少量ではあるが発電出力が得られる。したがって、曇天であっても追尾装置の電源として他の電源から電力供給を受けねなくてもよく、石油燃料等の他のエネルギによる付加的電源装置を設ける必要がないので、装置が安価となり、全体として集光型太陽光発電装置のエネルギ効率が向上する。
【００２０】
また、請求項６に係る発明の集光型太陽光発電装置によれば、前記柱状光学部材は、矩形の上端面とその上端面よりも小面積の下端面とを有する角錐形状であり、その下端部が前記保持部材により保持されたものであることから、柱状光学部材の長手方向の側面のうち保持部材により保持された下端部以外の部分から散乱光が柱状光学部材内に入射させられ、太陽電池セルに入射させられる。
【００２１】
また、請求項７に係る発明の集光型太陽光発電装置によれば、前記柱状光学部材は、矩形の上端面とその上端面よりも小面積の下端面とを有する角錐形状であり、それら上端面および下端面の間の中間部が前記保持部材により保持されたものであることから、柱状光学部材の長手方向の側面のうち保持部材により保持された中間部以外の部分から散乱光が柱状光学部材内に入射させられ、太陽電池セルに入射させられる。
【００２２】
また、請求項８に係る発明の集光型太陽光発電装置によれば、前記柱状光学部材は、半球凸状の上端面とその上端面よりも小面積の矩形の下端面とを有する柱形状であり、それら上端面および下端面の間の中間部が前記保持部材により保持されたものであることから、柱状光学部材の長手方向の側面のうち保持部材により保持された中間部以外の部分から散乱光が柱状光学部材内に入射させられ、太陽電池セルに入射させられる。また、柱状光学部材の上端面が半球凸状であることから、それに入射する太陽光の入射角が小さくなり、一層発電効率が高められる。請求項６〜８において上端面が下端面周辺に対し遮へい体として作用し追尾がわずかにずれた場合にセル周辺部に集光光が照射し、配線材等を加熱損傷することを防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ここで、好適には、前記柱状光学部材の側壁面に設けられたテクスチャリング加工面は、多数の微小な長手状凸条或いは長手状凹溝状の細かな凹凸であって、レーザ光の照射による表面加工、遊離砥粒によるバフ研磨加工、固定砥粒を有する砥石或いは研磨布紙による研磨加工によって、ホモジナイザ５０の長手方向に沿う方向に形成されるが、その柱状光学部材の長手方向に沿った方向成分を有する方向に加工たとえば斜め方向に形成されたものでもよいし、斜め方向のものが互いに交差したメッシュ状に形成されたものでもよい。また、あらかじめモールド型に溝加工を施し、ガラス塊を加熱プレスさせて溝を転写してもよい。
【００２４】
また、前記柱状光学部材は、その上端面に入射させられた集光後の太陽光を伝播する過程の全反射を利用してエネルギ的に均等化し、下端面に僅かな距離を隔てて対向する太陽電池セルに入射させる柱状の誘電体であり、二次光学系を構成する。その柱状光学部材は、光透過性の高い材料であるガラスが好適に用いられ、特に、汎用かつ安価で加工が容易であるソーダライムガラスや光学性質に優れているホウケイ酸ガラスがよく用いられている。また、過酷な使用環境では、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用いられる。上記二次光学系としては、入射面あるいは射出面と平行な断面における形状が正方形であるものが広く知られているが、それ以外にもその断面形状が正方形以外の四角形、四角形以外の多角形、円形など、種々の形状のものを用いることもできる。また、その二次光学系は、射出面側ほど断面積が小さくなるテーパ形状とされることがこのましいが、長手方向のどの部位においても一様な断面積を有する形状であってもよい。
【００２５】
また、前記一次光学系は、フレネルレンズ等の集光レンズであってもよいが、凹面鏡等の太陽光を反射させて集光する集光反射鏡であってもよい。
【００２６】
また、柱状光学部材の下端面とそれに対向する太陽電池セルの入射面との間には、透明樹脂が介在させられる。シリコーン樹脂などの光学特性の良い材料から構成されるが、他の樹脂材料であってもよい。
【００２７】
また、上記透明樹脂或いは太陽電池セルは、遮光部材として機能する不透明着色樹脂により覆われる。この不透明着色樹脂は、前記透明樹脂に対して接着する材料が選択される。また、その不透明着色樹脂として機能する白色樹脂に含まれる白色かつ非透明の粉末から成る充填材は、たとえば、炭酸カルシウム、酸化チタン、高純度アルミナ、短鎖酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウムなどの高い熱電導性および光反射性を有する無機材料が、好適に用いられる。この白色樹脂には、シランカップリング剤などの密着性を高める接着助剤が適宜混合される。
【００２８】
また、前記遮光部材は、透明樹脂を覆う金属薄膜でもよいが、不透明着色樹脂であってもよい。その不透明着色樹脂は、母剤樹脂に着色顔料が混合されることにより白色、黒色等に着色が施されて光を透過させない不透明なものである。この母剤樹脂は、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、自己接着性ＲＴＶシリコ−ン樹脂等から好適に構成されるが、中でも耐光性、耐熱性、自己接着性の点で自己接着性ＲＴＶシリコ−ン樹脂が好適である。
【００２９】
また、前記太陽電池セルは、III-V 族化合物系半導体から構成されたチップであり、金属製配線リボンが端縁部に接続されたものである。このように、太陽電池セルが比較的活性の高い材料で構成され、その端縁部に金属製配線リボンが接続されて封止が比較的困難な場合でも、太陽光発電装置の耐久性が一層高められる。
【００３０】
また、前記太陽電池セルの表面の短縁部や裏面には、集電のための金属製配線リボンが半田付或いはロー付により判断電気的に接続される。この金属製配線リボンは、金属製配線リボンは、テープ状の所定幅の薄い金属板であり、抵抗が低く、熱電導性が高く、水分に対して安定な材料が用いられる。たとえば、ニッケルメッキされた無酸素銅、銅／窒化アルミニウム／銅の積層板、銅／酸化アルミニウム／銅の積層板等が好適に用いられる。
【００３１】
また、前記柱状光学部材の上端面には、反射防止膜として、光学レンズに広く用いられているフッ化マグネシウム層やフッ化カルシウム層の単層又は多層構造、さらに好適には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とチタニア（ＴｉＯ２）の２層又は多層構造から構成されることができる。反射防止膜がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とチタニア（ＴｉＯ２）の２層又は多層構造から成る場合は、水分に起因する劣化防止の観点から望ましい。反射防止膜のつけ方としては、たとえば真空蒸着法を用いることができるが、真空蒸着法に限定されず、種々の公知の方法を用いることができる。二次光学系の入射面に反射防止膜が設けられている場合、膜状とされた保護部材（すなわち薄膜）が反射防止膜の上に積層されてもよいし、逆に、反射防止膜が薄膜の上に積層されてもよい。また、入射面に薄膜が設けられていなくてもよい。
【００３２】
また、前記保持部材としては、一次光学系に対して露出させるように柱状光学部材の側面のうち長手方向の一部を保持するものであって、基台に固定されてその柱状光学部材の下端面が太陽電池セルの真上に位置するようにその柱状光学部材を支持する種々の形態の支持金具が用いられるが、接着後に硬化されることにより柱状光学部材の下端部を保持する接着剤であってもよい。このように、柱状光学部材の側面のうち長手方向の一部を保持して一次光学系からの直接光および散乱光、拡散光を柱状光学部材の側面に入射させようとする場合は、必ずしもテクスチャリング加工面を設けなくてもよい。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【００３４】
図１は、本発明の一実施例である集光型太陽光発電装置１０が太陽光追尾装置１２に装着された状態を示す斜視図である。この太陽光追尾装置１２は、集光型太陽光発電装置１０を常時太陽に向かうように位置させるものであって、地軸に対して平行となるように水平面に対して所定角度θ即ち緯度に相当する角度だけ傾斜させられた傾斜軸心Ｃ周りに回転可能に設けられ、且つ減速機付きの追尾モータ１４によってその傾斜軸心Ｃまわりに回動角度が変化させられる傾斜梁１６と、その傾斜梁１６の中間部において水平な軸心Ｈまわりに回転可能に設けられ、且つ減速機付きの高度修正モータ１８によってその水平軸心Ｈまわりに回動角度が変化させられる一対の受板２０とを備えている。この集光型太陽光発電装置１０は、高さ（厚さ）に対して十分に大きい短辺および長辺を有する長手箱状を成し、その一対の受板２０の上にそれぞれ載置された状態でそれに固定されている。
【００３５】
上記太陽光追尾装置１２は図示しない太陽光センサおよび制御装置を備えており、その制御装置は、太陽光センサからの信号に基づいて太陽の位置を算出し、集光型太陽光発電装置１０がその太陽に向かうようにすなわち集光型太陽光発電装置１０の受光面が太陽光に対して常時直角となるように追尾モータ１４および高度修正モータ１８を駆動する。地球の自転に対応する日の出から日の入りまでの太陽の動きを追尾する制御は専ら追尾モータ１４により行われるが、地球の公転に対応する太陽高度の変化に対する制御は専ら高度修正モータ１８により行われる。
【００３６】
図２は上記集光型太陽光発電装置１０の側方から拡大して示す斜視図である。この図２に示される集光型太陽光発電装置１０は、内部の構成を示すためにその側板２２が取り外されている。この集光型太陽光発電装置１０は、太陽光を集光するための複数個（本実施例では３６個）の集光レンズ２８（すなわち一次光学系）を有する集光板３０と、その集光板３０の裏側に所定の間隔を隔てて平行に固設された支持板３２と、その支持板３２上の上記複数個の集光レンズ２８によりそれぞれ集光された太陽光を受ける位置にそれぞれ配設された複数の太陽電池セル３４とを備えている。なお、上記支持板３２の裏面の外周縁には、補強板３８が固定されている。
【００３７】
上記複数個の集光レンズ２８は、図２、図３に示すように、球面状の表面と階段状の環状段差を有する凹凸状の裏面とから成る所謂ドーム型フレネルレンズからそれぞれ構成されており、たとえばアクリル樹脂などの光学的性質に優れた樹脂材料が射出成形などの型成形によって形成されることにより相互に一体的に構成されている。集光板３０は、そのように一体的に構成された複数個の集光レンズ２８が矩形のレンズ固定枠３６内に固定されることにより構成されている。
【００３８】
支持板３２は、上記レンズ固定枠３６と同様の大きさの長方形状を有するとともに、好ましくはアルミニウム合金、銅合金などの熱電導性の高い金属板から構成され、側板２２を介してそのレンズ固定枠３０と互いに平行となるように相互に連結されている。この支持板３２には、集光レンズ２８によって集光された太陽光により発電するための複数個の発電モジュール４０が各集光レンズ２８の集光位置すなわち直下に複数個配設されている。
【００３９】
図３および図４に示されるように、この発電モジュール４０は、支持板３２に密着状態で固定され且つ前記太陽電池セル３４が中央部に載置された金属製の基台（座板）４２と、集光レンズ２８により集光された太陽光を受けてその伝播過程で強度を均等化して太陽電池セル３４の上面である受光面に導くホモジナイザ５０（すなわち二次光学系）と、そのホモジナイザ５０の下端部の断面形状よりも十分に大きい正方形の貫通穴４４とその貫通穴４４の四辺の中間部からそれぞれ内側へ突設された固定片４５とを有し、ステンレス鋼板等の金属板材からプレス加工されたスペーサ４６を介して基板４２の四隅にボルト４７により固定された支持金具４８とが設けられている。この支持金具４８の固定片４５はプレス時においてＵ字状に曲成されており、そのスプリング作用によりホモジナイザ５０の下端部を挟持することにより、ホモジナイザ５０の下端面が太陽電池セル３４の受光面に対応する真上位置にホモジナイザ５０が固定される。
【００４０】
上記ホモジナイザ５０は、その上端面から太陽電池セル３４側の下端面に向かうに従って断面積が小さくなる角錐状を成し、内側面における界面全反射（界面で全反射すること）を繰り返しつつ太陽電池セル３４側に向かう過程で断面積内の光エネルギの強度分布を均等化させる機能を備えている。なお、ホモジナイザ５０の寸法は、たとえば高さ４０ｍｍ、射出面（太陽電池セル３４側の面）が太陽電池セル３４と同一の寸法（たとえば７ｍｍ角）の角柱状光学部材である。
【００４１】
このホモジナイザ５０はたとえばホウケイ酸ガラス製であり、たとえば、ＳｉＯ２：６９ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：９ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：８ｗｔ％、ＢａＯ：３ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３：１０ｗｔ％、Ａｓ２Ｏ３：１ｗｔ％という組成を有し、また、１．５１６程度の屈折率を有している。さらに、このホモジナイザ５０の上端面である入射面には、光波干渉を利用して反射光を抑制するための反射防止膜５２が積層されている。この反射防止膜５２は本実施例ではアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とチタニア（ＴｉＯ２）の２層又は多層構造のＴｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３反射防止膜からなり、その膜厚は例えば１２０ｎｍ程度とされている。この反射防止膜５２は、本実施例では真空蒸着法によって付けられている。
【００４２】
さらに、ホモジナイザ５０の４つの側面の全部には、テクスチャリング処理が施されたテクスチャリング加工面５１が備えられている。このテクスチャリング加工面は、１mmピッチの多数の微小な長手状凸条或いは長手状凹溝状の細かな凹凸であって、太陽光に含まれる太陽電池セル３４の発電に有効な波長の中で最短の波長たとえば３００〜６００（ｎｍ）の１０倍以上たとえば３〜６μｍ以上且つホモジナイザ５０の４つの側面の幅寸法の１／１０以下の振幅の凹凸が形成されるようにする、レーザ光の照射による表面加工、遊離砥粒によるバフ研磨加工、固定砥粒を有する砥石或いは研磨布紙による研磨加工によって、ホモジナイザ５０の長手方向に沿う方向に形成されている。
【００４３】
図５および図６は、上記テクスチャリング加工面５１の形状を模式化して拡大して示すホモジナイザ５０の断面図である。図５のテクスチャリング加工面５１は凹凸の移動平均線（破線）に対する振幅中央部分の形状線の角度であるテクスチャリング角度θＴが３０°の場合を示し、図６はのテクスチャリング加工面５１はテクスチャリング角度θＴが６０°の場合を示している。図５のテクスチャリング角度θＴが３０°の場合では、実線および１点鎖線の光路に示すように、テクスチャリング加工面５１に対する角度が少々変化しても２回の反射でホモジナイザ５０の内側へ戻される。図６のテクスチャリング角度θＴが６０°の場合では、テクスチャリング加工面５１に対する入射角度が大きいと２回の反射でホモジナイザ５０の内側へ戻されるが、少し小さくなると３回の反射でホモジナイザ５０の内側へ戻されるようになる。テクスチャリング角度θＴが小さいほど太陽光の散乱が少なくなると同時に反射回数が少なく、テクスチャリング角度θＴが大きいほど太陽光の散乱と反射回数が多くなり反射による損失が多くなる。このテクスチャリング角度θは１０乃至５０°、好適には１５°乃至４５°がよい。
【００４４】
上記太陽電池セル３４は、たとえばInGaP/InGaAs/Ge として知られるように、III-V 族化合物系半導体がGaAs等の単結晶基板の上に結晶成長させられることによりチップ上に構成され、吸収波長帯が異なる複数種類のｐｎ接合、たとえば底部接合層、中間部接合層、及び上部接合層が順次積層された多接合型構造を備えたものであり、底部接合層、中間部接合層、及び上部接合層にそれぞれ設けられているｐｎ接合は、電気的に直列に接続されるとともに、中心波長が相互に異なる吸収波長帯を備えており、例えば波長３００〜６３０（ｎｍ）を上部接合層が、波長６３０〜９００（ｎｍ）を中間部接合層が、波長９００〜１７００（ｎｍ）を底部接合層がそれぞれ吸収することにより、太陽光の波長帯のうち吸収波長帯を広域として高い変換効率が得られるようになっている。
【００４５】
図３、図４に示すように、前記太陽電池セル３４は、その下面全体に半田づけされたテープ状或いはリボン状の金属帯板であるの第１リード電極５６と、その上面の端縁部に半田づけされたテープ状の第２リード電極５８とを備え、カーボン、ガラス繊維、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉、及び金属粉のうち少なくともひとつを含む充填剤すなわち熱伝導性を高めるためのフィラーを分散させた合成樹脂から成る接着層６０に少なくともその一部、好適にはその全体が埋設された状態で固定されることにより前記基台４２の中央部に固設されている。上記太陽電池セル３４は、その第１リード電極５６および第２リード電極５８を用いて相互に直列接続され、高い出力電圧が得られるようになっている。
【００４６】
上記ホモジナイザ５０の下端面とそれに対向するように配置された太陽電池セル３４との間には、透明樹脂６２が充填された僅かな隙間が形成されている。この透明樹脂６２は、水分の進入を防止するために上記隙間に充填され、耐熱性が高くかつ光学特性の良い材料たとえばシリコーン樹脂から構成される。
【００４７】
そして、太陽光を遮光して上記透明樹脂６２の劣化を阻止するために、遮光部材として機能する不透明着色樹脂たとえば白色樹脂６４が、太陽電池セル３４を中心として、ホモジナイザ５０の下端部側面以下を覆う厚みで塗布されかつ接着されている。白色樹脂６４は、たとえば、自己接着性ＲＴＶシリコ−ン樹脂内に、炭酸カルシウム、酸化チタン、高純度アルミナ、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の高い熱電導性および光反射性を有する白色かつ非透明の粉末である無機材料を充填剤として含みことにより、太陽光の遮光性および反射性が高められている。母剤樹脂である上記自己接着性ＲＴＶシリコ−ン樹脂には、シランカップリング剤などの密着性を高める接着助剤が適宜混合される。
【００４８】
上記白色樹脂６４は、たとえば５０Ｐａ・ｓ以下の粘度を有する流動状態で上記太陽電池セル３４を中心とする基台４２上に塗布された後、その塗布状態の基台４２が減圧容器内においてたとえば３ｍＨｇ以下で６０秒以上の時間で溶剤の放出および脱泡され、所定の硬化温度で熱硬化処理される。上記塗布状態における負圧（真空）脱法により、白色樹脂６４が第１リード電極５６および第２リード電極５８と基板４２或いは太陽電池セル３４との間の狭隘部に充填され、水分の進入が防止されている。
【００４９】
以上のように構成された集光型太陽光発電装置１０では、太陽光追尾装置１２によって太陽光に対して直角となるように常時位置させられる結果、集光レンズ２８により集光された太陽光はその集光位置に位置させられたホモジナイザ５０の上端面に入射し、反射防止膜５２を通過してホモジナイザ５０内を導かれる。ホモジナイザ５０内を伝播する光は、ホモジナイザ５０の側面で界面全反射を繰り返しつつ進行することで混合され均一化された後に太陽電池セル３４に入射される。太陽電池セル３４の受光面における入射エネルギの面分布が均一であるので、太陽電池セル３４での変換効率が高められる。
【００５０】
上述のように、本実施例の太陽光発電装置１０によれば、下端面がその太陽電池セル３４に対向するようにその太陽電池セル３４の真上位置に立設され、集光レンズ（一次光学系）２８により集光された太陽光を上記太陽電池セル３４へ導くためのホモジナイザ（柱状光学部材）５０には、その側壁面に、その柱状光学部材の長手方向に沿った方向成分を有する方向に加工されたテクスチャリング加工面５１を備えることから、ホモジナイザ５０の内側面で全反射される太陽光がテクスチャリング加工面５１によって種々の方向へ反射されるので、太陽電池セル３４の受光面における太陽光の照度のむらが好適に抑制され、追尾誤差、色収差に拘わらず、高い発電効率すなわちエネルギ効率が得られる。
【００５１】
また、本実施例の太陽光発電装置１０によれば、ホモジナイザ５０の横断面すなわち長手方向に直交する断面において、テクスチャリング加工面５１の１つの凹凸の大きさは、太陽光発電の有効波長の最短波長よりも１０倍以上であることから、専ら幾何的条件でホモジナイザ５０の内側面での全反射条件が整えられる。
【００５２】
また、本実施例の太陽光発電装置１０によれば、ホモジナイザ５０の横断面において、テクスチャリング加工面５１における１つの凹凸の大きさは、太陽電池セル３４の幅の１／１０未満であることから、ホモジナイザ５０の内側面で全反射される太陽光がテクスチャリング加工面５１によって種々の方向へ反射され、太陽電池セル３４の受光面における太陽光の照度のむらが好適に抑制される。
【００５３】
また、本実施例の太陽光発電装置１０によれば、ホモジナイザ５０の横断面におけるテクスチャリング加工面５１のテクスチャー角度θＴは、４５°未満であることから、ホモジナイザ５０の内側面で太陽光が全反射されるとき、反射回数が少なくなるので、反射時のエネルギ損失が抑制される。
【００５４】
また、本実施例の太陽光発電装置１０によれば、下端面が太陽電池セル３４に対向するようにその太陽電池セル３４の真上位置となるように基台４２上に固定され、集光レンズ２８により集光された太陽光を太陽電池セル３４へ導くためのホモジナイザ５０を、上記集光レンズ２８に対して露出させるようにそのホモジナイザ５０の側面のうち長手方向の一部（本実施例では下端部）を保持する支持金具（保持部材）４８が設けられていることから、集光レンズ２８を透過した太陽光やその光散乱光は直接ホモジナイザ５０の側面内に入射でき、曇天において太陽光が直接照射されない条件下において、ホモジナイザ５０の長手方向の側面のうち支持金具４８により保持された部分以外の側面から太陽光の拡散光がホモジナイザ５０内へ入射させられるので、少量ではあるが発電出力が得られる。このため、曇天であっても追尾装置の電源として他の電源から電力供給を受けねなくてもよく、石油燃料等の他のエネルギによる付加的電源装置を設ける必要がないので、装置が安価となり、全体として集光型太陽光発電装置１０のエネルギ効率が向上する。
【００５５】
また、本実施例の太陽光発電装置１０によれば、ホモジナイザ（柱状光学部材）５０の下端面と太陽電池セル３４との間に介在させられた透明樹脂６２を太陽光から遮るための白色樹脂（遮光部材）６４が備えられていることから、その透明樹脂６２が光劣化して接着界面が破壊されることがなくなるので、進入する水分に起因する太陽電池セル３４の劣化が抑制され、集光型太陽光発電装置１０の耐久性が高められる。すなわち、白色樹脂（遮光部材）６４は、透明樹脂６２を覆う不透明な着色樹脂であることから、その透明樹脂６２に太陽光が到達し難くなってその光劣化が防止される。
【００５６】
また、本実施例の太陽光発電装置１０によれば、前記白色樹脂（遮光部材）６４は、白色かつ非透明の粉末から成る無機充填材を含有する不透明な白色樹脂であってホモジナイザ（柱状光学部材）５０の下端部の外周面も覆うように配設されていることから、そのホモジナイザ５０の下端部内において外表面側へ射出しようとする太陽光が反射されて太陽電池セル３４へ到達するので、その太陽電池セル３４の発電効率が一層高められる。これにより、通常、追尾誤差が０°である場合の効率が２７％であるが、追尾誤差が０．５°発生すると２５．５％に低下するが、上記のようにホモジナイザ５０の下端部が白色樹脂６４により覆われると、２６．２％に増加した。
【００５７】
また、本実施例の集光型太陽光発電装置１０によれば、太陽電池セル３４はＴｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３から成る２層又は多層の反射防止膜５２を受光面に備えたものであることから、その反射防止膜５２は潮解性がない材料で構成されるので、太陽光発電装置１０の耐久性が一層高められる。
【００５８】
次に、本発明の他の実施例の発電モジュールを説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図７は、ホモジナイザ５０の長手方向の中間部が支持される形式の発電モジュール７０を示している。図７の発電モジュール７０は、太陽電池セル３４、ホモジナイザ７２、第１リード電極５６および第２リード電極５８、透明樹脂６２、および白色樹脂６４を基板４２の上に備えており、白色樹脂６４が透明樹脂６２を覆うとともに、第１リード電極５６および第２リード電極５８と基板４２或いは太陽電池セル３４との間の狭隘部に充填されている点は前述の発電モジュール４０と同様である。しかし、この発電モジュール７０では、ホモジナイザ７２およびそれを支持する一対の支持金具７４が、前述の発電モジュール４０のホモジナイザ５０および支持金具４８と形状的に相違する。なお、構成の理解を容易とするために図７からは白色樹脂６４が省略されている。
【００６０】
本実施例のホモジナイザ７２は、矩形すなわち正方形の上端面（入射面）７２ａと、その上端面よりも小面積の下端面７２ｂと、長手方向の中間に断面積が変化しない角柱状の中間部７２ｃとを備えて全体として角錐形状を成している。このホモジナイザ７２の４つの側面の全部或いは一部には、前述の実施例と同様のテクスチャリング加工面５１が備えられている。
【００６１】
そして、一対の支持金具７４は、たとえばスレンレス鋼製のプレス部品であって、下端部において第１リード電極５６および第２リード電極５８に平行な互いに９０°異なる方向に突設されて基台４２に溶接或いは接着により固定される一対の取付ブラケット７４ａと、上端部において上記中間部７２ｃの４つの壁面に平行な方向に突設された一対の保持ブラケット７４ｂとをそれぞれ備えている。それら一対の支持金具７４の保持ブラケット７４ｂによって上記中間部７２ｃが直接に或いはステンレスメッシュなどの緩衝材を介して挟持されることによりホモジナイザ７２が基台４２に固定されている。
【００６２】
本実施例の発電モジュール７０においても、ホモジナイザ７２の側面にテクスチャリング加工面５１が備えられており、ホモジナイザ７２の長手方向の一部である中間部７２ｃが支持金具７４により保持されて集光レンズ２８を通過した散乱光、拡散光がホモジナイザ７２の側面から入射可能とされているので、前述の実施例と同様の効果が得られる。
【００６３】
図８の発電モジュール８０も、太陽電池セル３４、ホモジナイザ８２、第１リード電極５６および第２リード電極５８、透明樹脂６２、および白色樹脂６４を基板４２の上に備えており、白色樹脂６４が透明樹脂６２を覆うとともに、第１リード電極５６および第２リード電極５８と基板４２或いは太陽電池セル３４との間の狭隘部に充填されている点は前述の発電モジュール４０と同様である。しかし、この発電モジュール８０では、ホモジナイザ８２およびそれを支持するための支持金具８４が、前述の発電モジュール４０のホモジナイザ５０および支持金具４８と形状的に相違する。なお、本実施例でも、構成の理解を容易とするために図８からは白色樹脂６４が省略されている。
【００６４】
本実施例のホモジナイザ８２は、半球凸状の上端面８２ａと、その上端面８２ａよりも小面積の矩形の下端面８２ｂと、長手方向の中間に断面積が変化しない円柱状の中間部８２ｃとを備えて全体として柱形状を成している。このホモジナイザ８２の４つの側面の全部或いは一部には、前述の実施例と同様のテクスチャリング加工面５１が備えられている。
【００６５】
そして、支持金具８４は、たとえばスレンレス鋼製のプレス部品であって、基台４２に固定される取付ブラケット８４ａを下端部にそれぞれ備えた一対の支柱部８４ｂと、それら一対の支柱部８４ｂの上端部を相互に連結する保持部８４ｃと、保持部８４ｃに固定される帯状固定板８４ｄとを備えて全体として門型或いは逆Ｕ字型を成している。上記保持部８４ｃと帯状固定板８４ｄとは、それらの間に中間部８２ｃの断面形状と同様の大きさの円が形成されるようにそれぞれ湾曲させられており、それら保持部８４ｃと帯状固定板８４ｄとの間に上記中間部８２ｃが直接に或いはステンレスメッシュなどの緩衝材を介して挟持されることによりホモジナイザ８２が基台４２に固定されている。
【００６６】
本実施例の発電モジュール８０においても、ホモジナイザ８２の側面にテクスチャリング加工面５１が備えられており、ホモジナイザ８２の長手方向の一部である中間部８２ｃが支持金具８４により保持されて集光レンズ２８を通過した散乱光、拡散光がホモジナイザ８２の側面から入射可能とされているので、前述の実施例と同様の効果が得られる。また、本実施例のホモジナイザ８２の上端面８２ａが半球凸状であることから、それに入射する太陽光の入射角が小さくなり、一層発電効率が高められる。
【００６７】
以上、本発明を詳細に説明したが、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施例である集光型太陽光発電装置が太陽光追尾装置に装着された状態を示す斜視図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す斜視図である。
【図３】図１に示す集光型太陽光発電装置の内部に複数配設された発電モジュールの発電作用を説明するために、そのうちの１つの発電モジュールを拡大して示す断面図である。
【図４】図３の発電モジュールの構成を説明する斜視図である。
【図５】図３の発電モジュールのホモジナイザの側面に設けられたテクスチャリング加工面を示す拡大断面図であって、テクスチャー角度θＴが３０°である場合を示している。
【図６】図３の発電モジュールのホモジナイザの側面に設けられたテクスチャリング加工面を示す拡大断面図であって、テクスチャー角度θＴが６０°である場合を示している。
【図７】本発明の他の実施例における発電モジュールの構成を説明する斜視図である。
【図８】本発明の他の実施例における発電モジュールの構成を説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０：集光型太陽光発電装置
２８：集光レンズ（一次光学系）
３４：太陽電池セル
４２：基台
４８、７４、８４：保持部材（支持金具）
５０、７２、８２：ホモジナイザ（二次光学系、柱状光学部材）
５１：テクスチャリング加工面
【図１】
2006313810.tif 000003
【図２】
2006313810.tif 000004
【図３】
2006313810.tif 000005
【図４】
2006313810.tif 000006
【図５】
2006313810.tif 000007
【図６】
2006313810.tif 000008
【図７】
2006313810.tif 000009
【図８】
2006313810.tif 000010