(57)【要約】【課題】  太陽電池素子を搭載するフレーム構造および集光用光学要素の組立部材の構造を簡単にし、位置合わせを容易に行うことのできる構造を有する集光型太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】  太陽電池モジュール１は、集光レンズ２と、多数の太陽電池素子６を搭載して保持固定する長方形の底板３と、集光レンズ２と底板３に搭載された太陽電池素子６との光学的な位置関係を設定保持する側壁板４ａ・４ｂとで構成され、これらの構成部材が互いに組み立てられたものである。集光レンズ２は、全体の平面形状が略長方形であり、照射された太陽光を受光する受光表面が、底板３に対して略平行である１つの平坦な水平面領域２ａと、底板３に対して傾斜した２つの傾斜面領域２ｂ・２ｂとで構成されている。傾斜面領域２ｂ・２ｂは、水平面領域２ａの両側に連なって緩やかな凸状に傾斜している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を集光する集光レンズであって、太陽光を受光する受光表面を有し、受光表面が少なくとも３つの面から構成されている集光レンズと、
集光レンズで集光された太陽光を受光する太陽電池素子と、
太陽電池素子を搭載して保持する底板と、
集光レンズと底板に搭載された太陽電池素子との位置関係を設定保持する側壁板とを備えてなることを特徴とする集光型太陽電池モジュール。
【請求項２】
集光レンズの受光表面は、底板に対して略平行である１つの水平面領域と底板に対して傾斜した２つの傾斜面領域とで構成され、水平面領域の一部が太陽光を集光することなく透過させる透過部であることを特徴とする請求項１に記載の集光型太陽電池モジュール。
【請求項３】
集光レンズの水平面領域における透過部以外の部分がフレネルレンズで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の集光型太陽電池モジュール。
【請求項４】
集光レンズの傾斜面領域は、フレネルレンズで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の集光型太陽電池モジュール。
【請求項５】
フレネルレンズは、リニア型フレネルレンズであることを特徴とする請求項４に記載の集光型太陽電池モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池モジュールと、この太陽電池モジュールを太陽光追尾のために回転させる一軸回転機構とを備えてなることを特徴とする集光型太陽電池装置。
【請求項７】
複数個の太陽電池モジュールと、これらの太陽電池モジュールのそれぞれを太陽光追尾のために回転させる複数個の一軸回転機構と、これらの一軸回転機構へ太陽電池モジュールを連動状に回転させるための動力を伝達する動力伝達装置とを備えてなり、それぞれの太陽電池モジュールが請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池モジュールであることを特徴とする集光型太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集光型太陽電池モジュールおよび集光型太陽電池装置に関し、特に太陽光を集光するための集光レンズを用いた集光型太陽電池モジュールおよびこの太陽電池モジュールを組み込んだ集光型太陽電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用太陽電池装置として、照射された太陽光を集光レンズで集光し、集光した太陽光を照射面積よりも小さい太陽電池素子の受光面で受光して電力を取り出す集光型太陽電池装置が実用化されている。
【０００３】
このような集光型太陽電池装置によれば、照射された太陽光を集光レンズで集光するため、太陽電池素子は集光された光を受けることのできる面積を備えていればよい。すなわち、集光型太陽電池装置では、太陽光の照射面積よりも小さいサイズの太陽電池素子で済み、太陽電池素子のサイズを小さくすることで資源の効率的な活用に貢献することができる。従って、集光型太陽電池装置は、設置箇所の広大な面積を覆って発電を行うことが期待される電力用に広く利用されている。
【０００４】
そして、この種の太陽電池装置では、集光のための光学系と受光のための太陽電池素子とを１つのユニットとし、これらを複数ユニット組み合わせて１つのモジュールを構成し、これらのモジュールをさらに必要個数つなぎ合わせて所望の太陽電池装置（太陽光発電装置）を構成することが行なわれている。
【０００５】
特許文献１の太陽光発電装置は、注がれる太陽光を集光するための光学系と、光学系により集光された太陽光を受光するための太陽電池素子とから構成されている。
【特許文献１】特開平１１−２８４２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の太陽電池装置は、通常、電力用としての使用が期待されるため、装置が大掛かりなものになる。特に、太陽光の利用効率を高める目的で太陽光追尾機構が付加されているときには、装置全体の大きさおよび重量が極めて大きいものとなるばかりか、設置場所も限定される。
【０００７】
また、太陽光を集光して太陽電池素子に受光させる構造が採られているため集光用レンズを必要とするが、このレンズは、太陽電池素子に対して適正な位置関係に配置しなければならず、そのために高度な位置合わせ技術が要求されている。
【０００８】
さらに、太陽光追尾機構の駆動における動力負担を軽減するためなどの理由から、装置の小型・軽量化が望まれている。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その課題は、太陽電池素子を搭載するフレーム構造および集光用光学要素の組立部材の構造を簡単にし、位置合わせを容易に行うことのできる構造を有する集光型太陽電池モジュールおよび集光型太陽電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの観点によれば、太陽光を集光する集光レンズであって、太陽光を受光する受光表面を有し、受光表面が少なくとも３つの面から構成されている集光レンズと、集光レンズで集光された太陽光を受光する太陽電池素子と、太陽電池素子を搭載して保持する底板と、集光レンズと底板に搭載された太陽電池素子との位置関係を設定保持する側壁板とを備えてなることを特徴とする集光型太陽電池モジュールが提供される。
【００１１】
本発明の別の観点によれば、本発明の１つの観点による太陽電池モジュールと、この太陽電池モジュールを太陽光追尾のために回転させる一軸回転機構とを備えてなることを特徴とする集光型太陽電池装置が提供される。
【００１２】
本発明のさらに別の観点によれば、複数個の太陽電池モジュールと、これらの太陽電池モジュールのそれぞれを太陽光追尾のために回転させる複数個の一軸回転機構と、これらの一軸回転機構へ太陽電池モジュールを連動状に回転させるための動力を伝達する動力伝達装置とを備えてなり、それぞれの太陽電池モジュールが本発明の１つの観点による太陽電池モジュールであることを特徴とする集光型太陽電池装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の集光型太陽電池モジュールによれば、集光レンズと底板に搭載された太陽電池素子との位置関係を設定保持する側壁板を備えているので、集光レンズと太陽電池素子との位置合わせ精度の確保が容易になる。また、受光表面が少なくとも３つの面から構成されている集光レンズを備えているので、集光レンズの焦点距離を短く設定することが可能になるうえ、受光表面のたわみに対する強度が増し、組み立てに際して信頼性を高めることができる。従って、太陽電池モジュールを構成する部材の大きさおよび点数を減少させることで、構造をより簡単にして、小型・軽量化を図ることができる。これにより太陽電池装置の駆動に必要な動力の負担が少なくなり駆動エネルギーの節減を行うことができる。
【００１４】
本発明の集光型太陽電池装置によれば、本発明の集光型太陽電池モジュールと同モジュールを太陽光追尾のために回転させる一軸回転機構とを備えているので、小型・軽量化を図ることができるとともに、太陽光追尾に要する駆動動力の負担を軽減することができる。さらに、複数個の太陽電池モジュールと、複数個の一軸回転機構と、これらの一軸回転機構へ太陽電池モジュールを連動状に回転させるための動力を伝達する動力伝達装置とを備えてなるときには、それぞれの太陽電池モジュールを個別に回転させるものに比較して、いっそうの小型・軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本実施形態における、３つのユニットからなる集光型太陽電池モジュールの要部構成部材の分解斜視図を示す。図１（ｂ）はその太陽電池モジュールの斜視図を示す。
【００１６】
図１（ｂ）の３ユニット式太陽電池モジュール１は、図１（ａ）に示すように、集光レンズ２と、多数の太陽電池素子６を搭載して保持固定する長方形の底板３と、集光レンズ２と底板３に搭載された太陽電池素子６との光学的な位置関係を設定保持する側壁板４ａ・４ｂとで構成され、これらの構成部材が互いに組み立てられたものである。
【００１７】
図２（ａ）および図２（ｂ）はそれぞれ、１ユニット分の集光レンズ２の斜視図および断面図を示す。集光レンズ２は、全体の平面形状が略長方形であり、照射された太陽光を受光する受光表面が、底板３に対して略平行である１つの平坦な水平面領域２ａと、底板３に対して傾斜した２つの傾斜面領域２ｂ・２ｂとで構成されている。傾斜面領域２ｂ・２ｂは、水平面領域２ａの両側に連なって緩やかな凸状に傾斜している。水平面領域２ａの受光表面および傾斜面領域２ｂ・２ｂの受光表面はともに滑らかな面で構成されており、雨水や露などが水平面領域２ａの受光表面および傾斜面領域２ｂ・２ｂの受光表面からスムーズに流れ落ちる構造となっている。
【００１８】
水平面領域２ａは平坦な面で構成されているので、太陽電池素子６の直上の部分である幅中央部分は太陽からの平行光が屈折することなく入射するような透過部分であればよい。従って、水平面領域２ａは、幅中央部に、フレネルレンズの溝が刻まれていない非集光部Ｓを備えている。また、水平面領域２ａは、非集光部Ｓを除く部分である傾斜面領域２ｂ・２ｂ寄り部分の内面に、フレネルレンズの溝が刻まれている集光部を備えている。
【００１９】
傾斜面領域２ｂ・２ｂは、その内面に、リニア型フレネルレンズの溝が刻まれている集光部を備えている。図２（ｃ）に、水平面領域２ａと傾斜面領域２ｂ・２ｂとの境界部の拡大図を示す。なお、傾斜面領域２ｂ・２ｂの受光表面は、ここでは緩やかな凸状曲面に構成されているが、平坦な傾斜面であっても構わない。
【００２０】
集光レンズ２は、本実施形態では３列に配列される太陽電池素子６に対応したフレネルレンズが一体化成型されたものである。具体的には、３ユニット分の押出し金口から樹脂が押し出されて成型されたものをモジュールの長さ分に切断したものを用いている。
【００２１】
図３および図４は、底板３に搭載された太陽電池素子６と集光レンズ２と側壁板４ａ・４ｂとの位置関係を示す。すなわち、図３は、底板３および太陽電池素子６の平面図、および側壁板４ａ・４ｂの側面図を示し、図４（ａ）は、図３のＸ−Ｘ線に沿った、一方の側壁板４ｂ（横側壁板）の断面を含む底板３および集光レンズ２の断面模式図を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）の要部拡大図を示す。
【００２２】
図３に示すように、底板３および集光レンズ２を固定設置する側壁板４ａ・４ｂは、長方形底板３の一方縁部である短辺の側に配置される縦側壁板４ａと底板３の他方縁部である長辺の側に配置される横側壁板４ｂとで構成されている。
【００２３】
本実施形態では、底板３に搭載される太陽電池素子６は横側壁板４ｂの長辺に平行に配列され、１個が約７７ｍｍ角であるＳｉ系太陽電池素子６の１６個を１列として、電気的に直列になるように３列配列している。発電した電気を取り出す電力線は図示を省略している。ここで、底板３の外形は約１０５０ｍｍ×約１２００ｍｍであり、横側壁板４ｂの高さは約８０ｍｍである。
【００２４】
縦側壁板４ａには、縦側壁板４ａと横側壁板４ｂとを連結固定するためのビス穴１３と、集光レンズ２を固定するためのビス穴１４とが設けられている。縦側壁板４ａは、図４（ｂ）に示すように、横側壁板４ｂに形成したビス穴１１と集光レンズ２に形成したタップホール１２とにおいてビスで固定されるように構成されている。
【００２５】
図５（ａ）は、図１（ｂ）および図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示し、図５（ｂ）は、図１（ｂ）および図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示し、図５（ｅ）は、図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図を示す。
【００２６】
これらの図に示すように、底板３は、縦側壁板４ａの下部に設けられた底板取付部としての底板用嵌合溝と、横側壁板４ｂの下部に設けられた底板取付部としての底板用嵌合溝とに嵌合されてその位置決めが行われ、縦側壁板４ａおよび横側壁板４ｂに固定されている（図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｅ））。集光レンズ２は、横側壁板４ｂの上部に設けられた集光レンズ取付部としての集光レンズ用嵌合溝に嵌合される（図５（ｅ））とともに、縦側壁板４ａの上部に設けられた集光レンズ取付部としてのヒレ部１５の下面に当接し（図５（ａ））、さらに、タップホール１２でビス１６によって縦側壁板４ａに止められてその位置決めが行われ（図５（ｂ））、縦側壁板４ａおよび横側壁板４ｂに固定されている。縦側壁板４ａと横側壁板４ｂとは、ビス穴１３とビス穴１１とでビスにより連結固定される。
【００２７】
ここで、縦側壁板４ａの上辺部の形状は集光レンズ２の一方縁部の形状に対応した形状にされているのが好ましく、本実施形態においてはアルミニウム合金などが押出し成型されたフレームをカッティングして成形したものである。また、集光レンズ２は基本的に、横側壁板４ｂにおける集光レンズ用嵌合溝とタップホール１２におけるビス１６とによって縦側壁板４ａに固定されることで位置決めが完了するので、ヒレ部１５はなくても構わない。また、集光レンズの端部に緩衝材を巻き、縦側壁板４ａ、横側壁板４ｂとの嵌合部、接触部から保護するのが好ましい。
【００２８】
底板３は、アルミニウム板の上に形成された、エチレンビニルアセテート、直列接続された太陽電池素子６、エチレンビニルアセテートおよび保護膜シートからなる積層構造で端面封止されてラミネートされている。ここでの保護膜シートは、耐候透過性材料からなるものであるのが好ましく、アクリル樹脂やフッ素樹脂やシリコン樹脂等の透明薄膜樹脂からなるものでも良く、あるいは薄膜ガラスを用いたものでも構わない。
【００２９】
このように、太陽電池素子６の部分はここでは保護膜シートによりラミネートされているが、集光レンズ２の一方縁部・他方縁部および底板３の一方縁部・他方縁部は、必要に応じて、適宜、防水処理のシーリングを行っても構わない。
【００３０】
以上のように構成された本実施形態の太陽電池モジュール１において、集光レンズ２の水平面領域２ａおよび傾斜面領域２ｂ・２ｂに照射された太陽光は、図４（ｂ）で示す２本の破線の内側に集光されて太陽電池素子６に受光される。ここで、集光レンズ２の水平面領域２ａと太陽電池素子６との垂直距離は約１２０ｍｍに設定されており、集光レンズ２は、太陽電池素子６との所定位置関係を保って、精度良く固定されている。
【００３１】
〔実施形態２〕
次に、本発明の実施形態２を図面に基づいて説明する。図１（ｃ）は、本実施形態における、３つのユニットからなる集光型太陽電池モジュールの要部構成部材の分解斜視図を示す。図１（ｄ）はその太陽電池モジュールの斜視図を示す。図４（ｃ）は、図１（ｄ）の側面断面図を示す。図５（ｃ）は、図１（ｄ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示し、図５（ｄ）は、図１（ｄ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図を示す。
【００３２】
これらの図に示すように、底板３は、縦側壁板４ａの下部に設けられた底板用嵌合溝および横側壁板４ｂの下部に設けられた底板用嵌合溝に嵌合されてその位置決めが行われ、縦側壁板４ａおよび横側壁板４ｂに固定されている（図５（ｃ）、図５（ｄ）、図５（ｅ））。集光レンズ２は、横側壁板４ｂの上部に設けられた集光レンズ用嵌合溝に嵌合される（図５（ｅ））とともに、縦側壁板４ａの上部に設けられたヒレ部１５の下面に当接し（図５（ｃ））、さらに、縦側壁板４ａの長方形部の上面に当接されて（図５（ｄ））、その位置決めが行われている。つまり、集光レンズ２は、縦側壁板４ａのヒレ部１５の下面と長方形部の上面とで挟まれた状態に固定されている。
【００３３】
ここで、縦側壁板４ａの上辺部の形状は集光レンズ２の一方縁部の形状に対応した形状にされているのが好ましく、本実施形態においてはアルミニウム合金などが押出し成型されたフレームをカッティングして成形したものである。ヒレ部１５は縦側壁板４ａの頂上辺部にのみ形成されている。
【００３４】
図６は、本発明の実施形態１または実施形態２の太陽電池モジュールを用いた集光型太陽電池装置の一例を示す概略構成図である。
【００３５】
図６に示すように、この太陽電池装置は、実施形態１または実施形態２の太陽電池モジュール１と、太陽電池モジュール１を太陽光追尾のために回転させる一軸回転機構の一部としての水平な回転軸７とを備えてなる。回転軸７は、南北方向に平行に配設されて土台に固定されており、太陽光追尾のために太陽電池モジュール１が東から西へ回転するように、一軸回転機構の一部としてのモーター等により回転駆動される。
【００３６】
図７は、複数個の太陽電池モジュール１と、これらの太陽電池モジュール１のそれぞれを太陽光追尾のために回転させる複数個の一軸回転機構の一部としての回転軸７と、これらの回転軸７へ太陽電池モジュール１を連動状に回転させるための動力を伝達する動力伝達装置８・９・１０とを備えてなる太陽電池装置を示す要部斜視図である。
【００３７】
図７に示すように、この太陽電池装置は、それぞれの回転軸７に取り付けられた複数個のギア８がこれらのギア８に噛み合う複数個のスクリュー歯１０を備えた動力伝達棒９と連結されており、それぞれの太陽電池モジュール１の同期した回転駆動が可能な構造となっている。なお、複数個の太陽電池モジュール１を回転駆動するには、太陽電池モジュール１を軽くすることが重要である。
【００３８】
〔実施形態３〕
次に、本発明の実施形態３を図面に基づいて説明する。図８（ａ）は、偶数列（例えば４列）に配列された太陽電池素子６に対応したフレネルレンズが一体化成型された太陽電池モジュール１の斜視図を示す。この太陽電池モジュール１は、回転軸７がモジュール本体に挿通された構造にされている。
【００３９】
このような構造では、回転軸７の中心と太陽電池モジュール１の重心とが一致することになるので、太陽電池モジュール１の回転の際に回転駆動部への負担を軽減することができる。
【００４０】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示された太陽電池モジュール１における回転軸挿通部の要部断面図を示す。太陽電池モジュール１の集光レンズ２に照射された太陽光は、それぞれの太陽電池素子６に係る２つの破線どうしの内側に集光されてそれぞれの太陽電池素子６に受光される。従って、太陽電池素子６を偶数列に配列することで、集光された太陽光を遮らない位置に回転軸７を配置することができる。
【００４１】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施形態１または実施形態２の太陽電池モジュール１を用いた集光型太陽電池装置の別の一例を示す要部構成図である。
【００４２】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、この太陽電池装置では、モーター２０の軸に取り付けられたカム１７と太陽電池モジュール１の傾斜型回転軸７に取り付けられたカム１８とが連結棒１９によって連結接続されており、モーター２０の回転運動が回転軸７の振幅運動（揺動回転運動）に変換されて、太陽電池モジュール１へ伝達されることになる。
【００４３】
図１０は、実施形態１または実施形態２の太陽電池モジュール１を用いた集光型太陽電池装置のさらに別の一例を示す要部構成図である。
【００４４】
図１０に示すように、モーター２０の動力が伝えられる１つの太陽モジュール１の回転軸７に取り付けられたカム１８と隣の太陽モジュール１における同様のカム１８とが、動力伝達装置の一部としてのワイヤー２１により連結されている。
【００４５】
以上のような実施形態１〜実施形態３の集光型太陽電池モジュール１によれば、集光レンズ２と底板３に搭載された太陽電池素子６との位置関係を設定保持する側壁板４ａ・４ｂを備えているので、集光レンズ２と太陽電池素子６との位置合わせ精度の確保が容易になる。また、受光表面が少なくとも３つの面から構成されている集光レンズ２を備えているので、集光レンズ２の焦点距離を短く設定することが可能になるうえ、受光表面のたわみに対する強度が増し、組み立てに際して信頼性を高めることができる。従って、太陽電池モジュールを構成する部材の大きさおよび点数を減少させることで、構造をより簡単にして、小型・軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１（ａ）は、実施形態１に係る太陽電池モジュールの要部構成部材の分解斜視図である。図１（ｂ）はその太陽電池モジュールの斜視図である。図１（ｃ）は、実施形態２に係る太陽電池モジュールの要部構成部材の分解斜視図である。図１（ｄ）はその太陽電池モジュールの斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、実施形態１に係る太陽電池モジュールの集光レンズの斜視図である。図２（ｂ）はその集光レンズの断面図である。図２（ｃ）はその集光レンズの一部拡大図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る太陽電池モジュールの底板および太陽電池素子の平面図および側壁板の側面図である。
【図４】図４（ａ）は図３のＸ−Ｘ線に沿った太陽電池モジュールの断面図である。図４（ｂ）はその太陽電池モジュールの要部拡大図である。図４（ｃ）は、図１（ｄ）の太陽電池モジュールの側面断面図である。
【図５】図５（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図５（ｂ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図５（ｃ）は、図１（ｄ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図５（ｄ）は、図１（ｄ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。図５（ｅ）は、図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、実施形態１または実施形態２に係る太陽電池モジュールを用いた太陽電池装置の概略構成図である。
【図７】図７は、複数個の太陽電池モジュールを備えてなる太陽電池装置を示す要部斜視図である。
【図８】図８（ａ）は、実施形態３に係る太陽電池モジュールの斜視図である。図８（ｂ）は、その太陽電池モジュール１の要部断面図である。
【図９】図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施形態１または実施形態２の太陽電池モジュールを用いた集光型太陽電池装置の別の一例を示す要部構成図である。
【図１０】図１０は、実施形態１または実施形態２の太陽電池モジュールを用いた集光型太陽電池装置のさらに別の一例を示す要部構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    太陽電池モジュール
２    集光レンズ
３    底板
４ａ  側壁板
４ｂ  側壁板
６    太陽電池素子
７    回転軸
８    ギア
９    動力伝達部
１０    スクリュー歯
１１    ビス穴
１２    タップホール
１３    ビス穴
１４    ビス穴
１５    押え具
１６    ビス
１７    カム
１８    カム
１９    連結棒
２０    モーター
２１    動力伝達部
【図１】
2006339522.tif 000003
【図２】
2006339522.tif 000004
【図３】
2006339522.tif 000005
【図５】
2006339522.tif 000006
【図７】
2006339522.tif 000007
【図８】
2006339522.tif 000008
【図９】
2006339522.tif 000009
【図１０】
2006339522.tif 000010
【図４】
2006339522.tif 000011
【図６】
2006339522.tif 000012