(57)【要約】【課題】  集光型太陽光発電モジュールにおいて、２次光学系の透過・反射損失による太陽電池セルへの入射光量低下の低減、２次光学系に要求される耐熱性能の低減、アライメント誤差・追尾誤差・光強度分布による発電量低下の低減およびモジュール厚の薄型化を可能とする。【解決手段】  １次光学系と太陽電池セルの間に設置された２次光学系において、１次光学系により集光された光の強度が最も強くなる部分を中心とする開口部を設け、開口部に照射された光はそのまま太陽電池セルに照射し、開口部以外に照射された光は、その開口部周辺の２次光学系により屈折させ、太陽電池セル受光面に照射する構造とする。また、１次光学系の有効集光面の形状と、２次光学系の開口部の形状と、太陽電池セルの有効受光面の形状を略相似形とすることにより、２次光学系おける透過・反射損失を最低限に抑えることができる。【選択図】  図２
2006332113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を集光する１次光学系と、前記１次光学系から照射される太陽光を集光して太陽電池セルに照射する２次光学系と、前記１次光学系および２次光学系から照射される太陽光を受光する太陽電池セルを備える集光型太陽光発電モジュールであって、
前記２次光学系は開口部を有していることを特徴とする集光型太陽光発電モジュール。
【請求項２】
前記開口部は、前記１次光学系の光学中心と焦点を結ぶ直線が通る位置に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の集光型太陽光発電モジュール。
【請求項３】
前記開口部は、１次光学系の有効集光面の外周上の任意の点Ａと前記太陽電池セルの有効受光面の外周上の任意の点Ｂを結んだ直線ＡＢが前記開口部を通る位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の集光型太陽光発電モジュール。
【請求項４】
前記２次光学系の有効集光面は、前記開口部の周縁に設けられ、前記１次光学系により屈折された前記太陽電池セルの感度波長光が入射することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
【請求項５】
前記１次光学系の有効集光面の形状、前記２次光学系の前記開口部の形状及び前記太陽電池セルの有効受光面の形状は、光軸に対して垂直な面に前記光軸に沿って投影した場合、それらの形状は互いに略相似形であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
【請求項６】
前記１次光学系により集光された光が前記太陽電池セル近傍以外の部分に直接照射されないように遮光する遮光板に、前記２次光学系が取り付けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の集光型太陽光発電モジュール。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載の集光型太陽光発電モジュールが同一面内に繰り返し複数配列されており、前記１次光学系と、前記２次光学系はそれぞれ複数配列が一体となって形成された板状の１次光学系アレイと、板状の２次光学系アレイであることを特徴とする集光型太陽光発電モジュール。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１項に記載の集光型太陽光発電モジュールを、太陽追尾装置に搭載していることを特徴とする追尾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、集光型太陽光発電モジュールおよび集光型太陽光発電装置の技術に関し、より具体的には集光型太陽電池モジュールの集光光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電装置としては、太陽電池セルを隙間無く敷き詰めた構造の太陽光発電モジュールを、南面の屋根の上等に固定設置する非集光固定型の構造が一般的である。これに対し、太陽光発電装置中でコスト割合の大きな太陽電池セルの使用量を減らすために、レンズや反射鏡等の１次光学系を用いて太陽光を小さな太陽電池セルに集光し、焦点が常に太陽電池セルにあたるように太陽を追尾する集光追尾型太陽光発電装置が近年注目を集めている。
【０００３】
集光追尾型太陽光発電装置では、１次光学系と太陽電池セルとのアライメント誤差、太陽追尾誤差、及びモジュールを構成する材料の熱膨張率の差により生じる１次光学系と太陽電池セルとの位置ズレにより太陽電池セルへの入射光量が減少する問題や、１次光学系の色収差による面内の光強度分布により太陽電池セル出力が低下する問題があった。
これら問題を改善するために、従来からフレネルレンズ等の１次光学系と太陽電池セルの間に、２次光学系を設けることが一般的に行われている。２次光学系としては、両凸レンズや平凸レンズが用いられる。図８に示すように太陽電池セル３から離れた位置に両凸レンズ２を設置し、太陽光１０を１次光学系１により集光し、集光された光１１を２次光学系である両凸レンズ２に入射、屈折させ、集光された光１２を太陽電池セル３に入射させる構造である。また、特許文献１には、太陽電池セル表面直上に２次光学系として凸レンズを用いた構造が開示されている。さらに、特許文献２および特許文献３には、１次光学系により集光した光を太陽電池セルの直上に配置された透光性材料からなる２次光学系内部に取り込んで側面で全反射させ、太陽電池表面に集める構造が開示されている。
【特許文献１】米国特許５１６７７２４号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９８９７号公報
【特許文献３】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】
【０００４】
しかしながら、２次光学系に両凸レンズや、平凸レンズを用いた場合、色収差の問題がかえって悪化する、あるいは、これら２次光学系の反射・透過損失によって太陽電池セルの入射光量が低下するといった問題がある。
特許文献１に示されている方法では、太陽電池セルに入射する光がすべて２次光学系を透過するため、２次光学系による反射・透過損失が存在し、太陽電池セルの入射光量が低下するといった問題がある。
特許文献２、特許文献３に示されている方法では、アライメント誤差、色収差、光強度分布の問題を解決するには有効であるが、２次光学系の側面で全反射させるために側面への入射角を大きくとる必要がある。このためには、１次光学系の焦点距離を長く設計し、それに合わせて２次光学系と太陽電池を１次光学系から離して設置する必要があり、結果として太陽光発電モジュールの厚さが厚くなってしまう。太陽電池モジュールの厚さが増えて重量が増加することは、集光型太陽光発電モジュールを搭載する追尾システムの大型化を招き、集光追尾型太陽光発電装置のコストアップにつながる。さらに、この方法の場合、２次光学系の入射・出射端面おける反射損失、２次光学系中の透過損失により太陽電池に入射する光量が減少するといった問題がある。
さらに、特許文献２や特許文献３に示されている２次光学系を用いる方法では、１次光学系によって高密度に集光された太陽光を直接受光するため、２次光学系に用いられる材料には、高い耐熱性が要求され、結果として装置のコストが高くなるといった問題がある。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、２次光学系の透過・反射損失による太陽電池セルへの入射光量低下の低減、２次光学系に要求される耐熱性能の低減、アライメント誤差・追尾誤差・色収差・光強度分布による発電量低下の低減、モジュール厚の薄型化、および大型アレイ作製の簡略化を可能とするモジュール構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、太陽光を集光する１次光学系と、前記１次光学系から照射される太陽光を集光して太陽電池セルに照射する２次光学系と、前記１次光学系および２次光学系から照射される太陽光を受光する太陽電池セルを備える集光型太陽光発電モジュールであって、前記２次光学系は開口部を有している構造とする。
この構成によれば、１次光学系により集光された光の一部は２次光学系に設けられた開口部を通過することにより、２次光学系による反射・透過損失が無く太陽電池セルに到達するため、太陽光エネルギーの光学系における損失を低減することができる。
【０００７】
また、本発明では、前記開口部は、前記１次光学系の光学中心と焦点を結ぶ直線が通る位置に設けられた構造とする。
この構成によれば、光強度密度が極大となる部分に２次光学系の開口部が位置するため、２次光学系による反射・透過損失を低減できると共に、２次光学系の材質に求められる耐熱性が緩和される。１次光学系は設計によっては複数の焦点を有する場合もあるが、この場合にも少なくとも各焦点に対応して光強度密度が極大となる２次光学系部分に開口部を設けることにより、本発明の効果が期待できる。
【０００８】
また、本発明によれば、前記開口部は、１次光学系の有効集光面の外周上の任意の点Ａと前記太陽電池セルの有効受光面の外周上の任意の点Ｂを結んだ直線ＡＢが前記開口部を通る位置に設けられている構造とする。
この構成において、有効集光面とは、その面に入射した光が設計通りに屈折される面であり、光学系として機能する部分をいう。この構成によれば、１次光学系により集光された光のうち、太陽電池セルに直接入射することができる光の全てが、２次光学系中の開口部を通過するため、２次光学系における透過・反射損失を低減することが可能となる。前記開口部は前記範囲内において小さい程好ましく、前記開口部を通過した光をすべて太陽電池セル受光面に入射させることができる。また、１次光学系により集光された太陽電池セルの感度波長光すべてが太陽電池セルの有効受光面内に入射するように設計した場合にも、追尾システムの追尾角度がずれ、太陽電池セルの有効受光面外に照射される場合に、前記２次光学系により太陽電池セルの有効受光面方向に屈折されるため、角度ずれによる発電量低下を低減することができる。
【０００９】
また、本発明では、前記２次光学系の有効集光面は、前記開口部の周縁に設けられ、前記１次光学系により屈折された前記太陽電池セルの感度波長光が入射する構造とした。
この構成によれば、１次光学系により集光された光のうち太陽電池セルの感度波長光を含まない光は、２次光学系により屈折されず太陽電池セル受光面に入射しない。このため、太陽電池セルの感度波長光以外の光が太陽電池セル受光面に入射することを抑えることができ、温度上昇を低減することが可能となる。一般的にレンズに用いられる材料は、長波長領域ほど屈折率が小さく、１次光学系における屈折角が小さいため、２次光学系の外側を通過することとなる。この長波長光は、特に太陽電池セルの温度上昇の原因となるため、太陽電池表面に入射させないことが望ましい。
【００１０】
また、本発明では、前記１次光学系の有効集光面の形状、前記２次光学系の前記開口部の形状及び前記太陽電池セルの有効受光面の形状は、光軸に対して垂直な面に前記光軸に沿って投影した場合、それらの形状は互いに略相似形である構造とした。
この構成によれば、１次光学系により集光された光が、２次光学系の開口部を通して効率良く太陽電池セルに入射されるため、２次光学系の反射、透過による損失を低減することができる。本構成において、完全な相似形の方がより好ましいが、略相似形であれば、本発明の効果が有効となる。
【００１１】
また、本発明では、前記１次光学系により集光された光が前記太陽電池セル近傍以外の部分に直接照射されないように遮光する遮光板に、前記２次光学系が取り付けられている構造とした。
この構成によれば、集光型太陽光発電モジュールでは、集光ズレにより、高密度に集光された光が、太陽電池セル以外の領域に照射され、配線やバイパスダイオード等の部材が劣化するといった問題を解決するために設けられた遮光板に、２次光学系を保持するため、前記２次光学系を保持するための特別な部材を必要としないことから、低コストで２次光学系を備え付けることが可能となる。
【００１２】
また、本発明では、前記集光型太陽光発電モジュールが同一面内に繰り返し複数配列されており、１次光学系と、２次光学系はそれぞれ複数配列が一体となって成形された板状の１次光学系アレイと、板状の２次光学系アレイである構造とした。
この構成によれば、集光型太陽光発電モジュール製造時の１次光学系と、２次光学系のアライメントを容易とし、かつ工数を低減できるのみならず、複数配列の一体である光学系同士を同一筐体に固定することで、風圧等によりモジュールにねじれ、あるいはたわみが生じた場合でも、１次光学系と２次光学系がモジュールの変形に追随するように同様に変形するために、モジュール変形による光学ズレを生じ難い。
また、本発明では、前記集光型太陽光発電モジュールを、太陽追尾装置に搭載する構成とした。
この構成によれば、高出力、軽量な集光型太陽電池モジュールを使用するため、駆動部分の負荷が少なく高効率で安価な集光追尾型太陽光発電システムの作製が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のモジュール構造によれば、２次光学系の透過・反射損失による太陽電池セルへの入射光量低下の低減、２次光学系に要求される耐熱性能の低減、アライメント誤差・追尾誤差・光強度分布による発電量低下の低減およびモジュール厚の薄型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を基にして詳細に説明する。尚、図では集光型太陽光発電装置の一部のみを記しており、装置の全てを記すものではない。
図１に集光追尾型太陽光発電システムの概略全体図を示す。
集光型太陽光発電モジュール２０は、太陽の動きに合わせて、常に受光面を太陽に正対させるように駆動することができる追尾駆動システム２１に搭載されている。
追尾駆動システム２１は、太陽の方位にモジュール受光面を向けるための方位軸と、太陽の高度にモジュール受光面を傾けるための傾倒軸との２軸別々の追尾駆動装置から構成され、これにより太陽を高精度に追尾することが可能となる。追尾駆動システムとしては、日ごとに異なる太陽高度に合わせて緯度角程度に日ごとに傾ける傾倒軸と、その傾倒軸方向に集光型太陽光発電モジュール面が平行になるようにモジュールを取り付けて、この傾倒軸を中心にモジュールを回転させるといった２軸駆動装置からなるシステムも一般的であり、このようなシステムを用いても良い。
【００１５】
駆動システムの動力系としては、モーターと減速機を用いてギヤを所定の回転数回転させて所定の方向に駆動させる方法や、油圧ポンプと油圧シリンダーを用いて、所定の長さにシリンダーを調節することにより、所定の方向に駆動させるといった方法があり、どちらの方法を用いても良い。
追尾駆動システムの動作を制御する制御システム（図示はしていない。）としては、制御システム内部に搭載された時計によって、あらかじめ太陽の軌道を計算し、その向きに集光型太陽光発電モジュールが向くように制御する方法や、システムにホトダイオード等からなる太陽センサーを取り付けて太陽方向を随時モニターし制御する方法等が一般的であり、どちらの方法を用いても良い。
【００１６】
集光型太陽光発電モジュール２０は、１次光学系、２次光学系と、太陽電池セルを一対として配置したユニットが、複数配列されて構成されており、必要な電流と電圧を得るために、個々の太陽電池セルを適当な数だけ電気的に、接続されている。
１つのユニットは数十ｍｍから数百ｍｍの大きさであり、アレイ化されたモジュール全体の大きさは数ｍ程度である。
集光型太陽光発電システムに用いられる太陽電池セルの外形サイズは、集光システムのひとつの目的である使用太陽電池材料の削減の観点から、できるだけ小さくする必要があり、数ｍｍから２０ｍｍ程度のものが使用される。
【００１７】
（第１の実施形態）
図２に本発明の集光型太陽光発電モジュールの第１の実施形態を示す。図２は、集光型太陽光発電モジュールの１つのユニットの断面模式図である。本実施形態では、太陽光１０を集光する１次光学系１と、１次光学系１によって集光された太陽光１０を受光し屈折させて出射させる２次光学系２と、太陽光１０を電気に変換する太陽電池セル３が、各々のレンズ面あるいは受光面が平行になるように配置されている。太陽光１０は集光型太陽光発電モジュールの受光面である１次光学系１に垂直な方向すなわち光学系の光軸４０と平行な方向から入射し、１１に示す方向に１次光学系により屈折され、太陽電池セル３方向へと集光される。１次光学系１は本光学系の光軸４０上の太陽電池セル３を超えた点において焦点を結ぶように設計されており、太陽光１０の各波長における前記焦点は前記光軸上に位置する。そして、２次光学系２における、前記１次光学系１の光学中心と前記焦点を結ぶ直線が通過する位置に開口部５０を設けることで、１次光学系１により屈折された光のうち太陽電池セル３の感度波長域の光は、前記開口部５０を通して太陽電池セル３の有効受光面に直接入射するか、あるいは２次光学系２の有効集光面２ａに入射し屈折されて太陽電池セル３の有効受光面に入射するように設計されている。
【００１８】
図３は、光軸に対して垂直な線３ａ−３ｂを通過する屈折光１１の光強度分布である。一般的に太陽電池の感度波長域において、１次光学系材料の屈折率は長波長ほど小さくなり、１次光学系１における屈折角が小さくなる、いわゆる色収差が存在し、光強度は１次光学系１の中心部付近、即ち光軸４０付近が最大となる。本実施形態では、２次光学系２の光軸４０が通る部分に開口部５０を設けており、１次光学系１により集光された光のうち、図３に示した光強度が極大となる部分の光は、２次光学系２の開口部５０を通過して、太陽電池３に直接入射する。
これにより、最も光強度の強い部分について２次光学系２の反射損失、透過損失を低減できる。２次光学系２の表面及び裏面での反射・透過損失の合計は１０％程度であるため、開口部のない２次光学系を設けた場合と比較して、太陽電池セル発電量の損失を大きく低減することができる。また、１次光学系１により集光された高密度光が、２次光学系２の開口部５０を通過するため、２次光学系２の材質に要求される耐熱性能が緩和されるといった利点がある。
【００１９】
前述のように１次光学系１の材料の屈折率は長波長では短波長に比べ小さくなる事から、１次光学系１において屈折された光は、図４に示すように短波長光１３は強く屈折されて太陽電池セル３方向へと向かうが、長波長光１４は、１次光学系１における屈折角が小さいため、２次光学系２が無ければ太陽電池セル３に入射することができない。２次光学系２の有効集光面２ａは２次光学系２の開口部５０以外の部分全体に設けられており、前記２次光学系２に入射した光はすべて屈折され、太陽電池セル３の有効受光面に照射される。このように、光学系の色収差の問題を改善することが可能となる。また、追尾システムの追尾誤差により、アライメントずれが生じた場合においても、ずれた光が２次光学系２により太陽電池セル３側に屈折され、太陽電池セル３の有効受光面に導くことができる。さらに、図３に示した光強度分布の問題に関し、２次光学系２がない場合に太陽電池セルの外側にはみ出す光を、２次光学系２により太陽電池セル３受光面内の光強度が弱い部分に照射するように設計することにより、光強度分布の問題を改善することができる。
【００２０】
本実施形態を構成する１次光学系１としては、両凸レンズ、平凸レンズ、フレネルレンズ等が挙げられるが、重量・コスト面・使用環境での扱い易さから受光面側が平坦で、光出射面側に略三角断面を有するフレネルレンズであることが望ましい。また、１次光学系１は、同じ光学系を複数並べ一体成形されたアレイ状のものでもよい。本レンズの材質としては、太陽電池セルの感度波長光の透過率が高く、耐候性を有するものが良い。例えば、太陽電池モジュール等に一般的に使用される白板ガラスや、耐候性グレードのアクリル、ポリカーボネート等が挙げられる。１次光学系１の材料は、これらに限定されるものではなく、これら材料の複層からなるものでもよい。また、これら材料の中には、集光型太陽光発電モジュール内部の材料の紫外線劣化や、１次光学系１の紫外線劣化を防ぐ目的で、適当な紫外線吸収剤を添加することも可能である。また、太陽電池セル３の感度波長領域での光反射率の低減のために、適当な反射防止膜等を設けることができる。さらには太陽電池セル３の感度波長領域以外の波長の光を反射する、ＵＶ反射膜や、赤外線反射膜等を設けることも可能である。
【００２１】
本実施形態を構成する太陽電池セル３としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＣｄＴｅ等からなる無機太陽電池セルや、色素増感型太陽電池セル等の有機太陽電池セルが用いられる。また、太陽電池セルの構造は、単一接合型セルや、モノリシック多接合型セルや、感度領域の異なる種々太陽電池セルを繋げたメカニカルスタックセル等が用いられる。集光型太陽光発電モジュールとしては、高効率性が特に求められることから、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合型太陽電池セルや、メカニカルスタックセルの使用が好ましい。
【００２２】
２次光学系２としては、両凸レンズ、平凸レンズ、フレネルレンズ、略三角形状のプリズム等であって、開口部を有するものが挙げられるが、重量・コスト面から、フレネルレンズや、断面が三角形状のプリズムであることが望ましい。また本レンズの材質としては、太陽電池セル３の感度波長領域において高い透過率を有し、耐候性を有するものが良く、例えば、ガラスや、アクリル、ポリカーボネート等が挙げられる。２次光学系２の光強度密度が高い部分には、開口部５０を設けるため、その材質に要求される耐熱性が緩和され、アクリル等の樹脂を使用することも可能である。２次光学系２の材料は、これらに限定されるものではなく、これら材料の複層からなるものでもよい。また、これら材料の中には、集光型太陽光発電モジュール内部の材料の紫外線劣化や、２次光学系２の紫外線劣化を防ぐ目的で、適当な紫外線吸収剤を添加することも可能である。また、太陽電池セル３の感度波長領域での光反射率の低減のために、適当な反射防止膜等を設けることができる。さらには、太陽電池セル３の感度波長領域以外の波長の光を反射するＵＶ反射膜や、赤外線反射膜等を設けることができる。
【００２３】
２次光学系２の有効集光面は、２次光学系２の受光面において、太陽電池セル３の感度波長領域の光が通過する領域とすることが望ましい。１次光学系１によって集光された太陽光は、図４に示すように色収差を生じ、２次光学系２の受光面内では、光軸４０から遠ざかるにしたがって、その位置での全光量に対する長波長光の占める割合は増加していき、ある地点まで離れると、太陽電池セル３の感度波長領域の光は存在しなくなる。２次光学系２の有効集光面をこの位置までとすることにより、太陽電池セル３に、感度波長領域より長い波長の光が余分に入射することがなくなり、太陽電池セル３の効率低下の原因となる温度上昇を低減することができる。
【００２４】
２次光学系２は、1次光学系１と太陽電池セル３の間で、屈折光１２が太陽電池セル３に入射する様に設計され取り付けられる。２次光学系２を保持するためには、特別な保持部を設けることも可能であるが、望ましくは一般的に集光型太陽光発電モジュールに取り付けられている遮光板に取り付けられることが望ましい。図５に示すように太陽電池セル３の周囲には、太陽電池セル同士を直並列に接続するための配線５２等の部材が存在する。配線等の表面は絶縁性確保のため有機材料等で被覆されており、この被覆の部分は耐熱性が低い。大きな追尾ずれが生じ、太陽光が符号１７で示す如く１次光学系に斜めに入射するような事態によって、集光スポット１８がずれた場合においても、前記配線等に直接光が当たらないように、金属等からなる遮光板５１が配置されている。２次光学系２をこの遮光板５１に取り付けることで、２次光学系２の導入に伴い、保持するための特別な部材を設ける必要がなく、低コストで２次光学系２を備え付けることが可能となる。
【００２５】
（第２の実施形態）
図６に本発明の集光型太陽光発電モジュールの第２の実施形態を示す。図６は、集光型太陽光発電モジュールの１つのユニットの鳥瞰図である。
１次光学系の有効集光面内の外周上の任意の点Ａと、太陽電池セルの有効受光面の外周上の任意の点Ｂを結んだ直線をＬとしたときに、点Ａ及び点Ｂを、それぞれの外周上のどの位置に設定しても、直線Ｌが開口部５０中を通過し、かつ２次光学系２の設置面内において、その開口部５０の形状が最も小さくなるように設けた。
【００２６】
また、本実施形態では、１次光学系１の有効集光面の形状と、２次光学系２の開口部５０の形状と、太陽電池セル３の有効受光面の形状とが矩形の相似形であり、光学設計により１次光学系１、２次光学系２及び太陽電池セル３の相対位置とレンズ形状が設計された条件において、２次光学系２の開口部５０の面積が最小となるようにその形状が定められている。２次光学系２の１次光学系１からの距離は、２次光学系２により屈折された光が太陽電池セル３の受光面内に照射されるように２次光学系２のレンズ設計と共に決定されるものであり、その決定された位置において、開口部５０の面積が最小となるように形状を定める。
【００２７】
太陽電池セル３の感度波長のうち最短波長光はすべて、２次光学系２の開口部５０内を通過し、太陽電池セル３の有効受光面に入射するように設計されている。２次光学系２の有効集光面の外形寸法は第１の実施形態と同様の方法により決定し、１次光学系１により屈折された太陽光のうち太陽電池セル３の感度波長を含む光のみが、２次光学系２の有効集光面に入射し屈折され太陽電池セル３の有効受光面に入射するように設計されている。この構造により、太陽電池セル３への余分な光が入射することがなく、温度上昇を最低限に抑えることができる。本実施の形態においては、２次光学系２の有効集光面の外形形状は、１次光学系１の有効集光面の形状、２次光学系２の開口部５０の形状、太陽電池セル３の有効受光面の形状と相似形とした。
本実施形態では、１次光学系１の有効集光面の形状と、２次光学系２の開口部の形状と、太陽電池セル３の有効受光面の形状を矩形としているが、その形状は矩形に限定されず、例えば円形・多角形等が使用されるが、集光型太陽光発電モジュールユニットを複数並べて使用する場合、隙間無く１次光学系を敷き詰めるために、１次光学系１の外形形状としては矩形が望ましい。
【００２８】
本実施形態によれば、１次光学系１により集光され、太陽電池セル３に対して直接入射可能な太陽光は全て２次光学系２の開口部内を通過することから、２次光学系２における透過・反射損失は低減される。また、光密度の高い部分は前記開口部５０内を通過することから２次光学系２の材料として要求される耐熱性能を低減することができる。１次光学系１の有効集光面の形状と、２次光学系２の開口部の形状と、太陽電池セル３の有効受光面の形状とが相似形であれば、前記効果がより大きいが、略相似形であればその効果を生じることができる。例えば、矩形の１次光学系１の有効集光面、２次光学系２の開口部に対して、太陽電池セル３の有効受光面を矩形の角に曲率を持たせたような若干の変更によっても、略同等の効果は期待でき、相似形状からずれるに従って、その効果が少なくなるのみである。
また、２次光学系２の保持は、第１の実施形態と同様に遮光版に取り付ける構造とした。
【００２９】
（第３の実施形態）
図７に本発明の集光型太陽光発電モジュールの第３の実施形態を示す。個々のモジュールユニットは第２の実施形態と同様としたが、他の形態としても良い。本図では、集光型太陽光発電モジュールが同一面内に２×２で配列されており、１次光学系１と、２次光学系２はそれぞれ２×２の配列が一体となって成形された板状の１次光学系１のアレイと、板状の２次光学系２のアレイにより形成されている。１次光学系１と２次光学系２の配列数は特に限定されるものではない。１次光学系１と２次光学系２が、それぞれアレイ状であり、面積が大きくなることから、集光型太陽光発電モジュールを組み立てる際に、１次光学系１と、２次光学系２のアライメントずれを確認し易くなり、アライメント作業が容易となる。また、１次光学系１のアレイと２次光学系２のアレイは同一筐体に固定されるため、集光型太陽光発電モジュールの風圧によるねじれ、たわみにより、モジュールの変形に対して１次光学系１と２次光学系２が追従して同様に変形するために、モジュール変形による相対的な位置ずれが生じ難くなり、光軸ずれの発生が抑制できる。
【００３０】
１次光学系１と２次光学系２は、成形時に一体で成形されてもよく、また、個別に成形されたものを、後加工によりつなぎ合わせて一体化させてもよい。また、２次光学系２は、個別の２次光学系２が連結部５３で一体化されていてもよく、個別の２次光学系２同士が隙間無く接続されている完全な板状のものでもよい。モジュールの変形に対する追従性という点では、２次光学系２は隙間無く接続されている完全な板状である方が望ましい。さらに、好適な例として、第１の実施形態で述べた遮光板５１をアレイに対応した一枚の板に複数の開口部５０を設けた構造とし、その開口部５０それぞれに２次光学系２を設置する構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】集光追尾型太陽光発電装置の概略全体図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る集光型太陽光発電モジュールの概略断面図である。
【図３】集光された光の強度分布である。
【図４】色収差の関係を示す図である。
【図５】２次光学系が遮光板に保持されている図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る集光型太陽光発電モジュールの概略鳥瞰図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る集光型太陽光発電モジュールの概略鳥瞰図である。
【図８】従来の集光型太陽光発電モジュールの概略断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  １次光学系
２  ２次光学系
２ａ  ２次光学系の有効集光面
３  太陽電池セル
３ａ−３ｂ  光軸に対して垂直な線
１０  １次光学系に垂直に入射する太陽光
１１  １次光学系に垂直に入射し、集光された光
１２  ２次光学系で屈折された光
１３  １次光学系で集光された短波長光
１４  １次光学系で集光された長波長光
１５  ２次光学系で屈折された短波長光
１６  ２次光学系で屈折された長波長光
１７  １次光学系に斜めに入射する太陽光
１８  １次光学系に斜めに入射し、屈折した光
２０  集光型太陽光発電モジュール
２１  追尾駆動システム
４０  本光学系の光軸
５０  開口部
５１  遮光板
５２  配線材料
５３  連結部
Ａ  １次光学系の有効集光面内の外周上の点
Ｂ  太陽電池セルの有効受光面の外周上の点
Ｌ  点Ａと点Ｂを結んだ直線
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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