(57)【要約】【課題】筐体の内部に発電レシーバが収容された集光型太陽光発電装置において、筐体内に侵入した塵埃が筐体内部に存在する光学部材や素子の表面に付着して蓄積されることが防止された太陽光発電装置を提供すること。【解決手段】太陽光発電装置は、太陽光発電素子を備えて太陽光発電を行う発電レシーバと、太陽光発電素子の表面に太陽光を集光する集光光学系と、中空の筐体と、を有する。筐体は、壁面の一部が集光光学系によって構成されてなり、中空部内に、発電レシーバを収容するとともに、粘着性樹脂よりなる粘着部を有する。太陽光発電レシーバはさらに、集光光学系と太陽光発電素子との間に二次光学系を有し、粘着部は、前記太陽光発電素子の側面および二次光学系の下部側面を覆って配置されていることが好ましい。【選択図】図２
2015090914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電素子を備えて太陽光発電を行う発電レシーバと、前記太陽光発電素子の表面に太陽光を集光する集光光学系と、中空の筐体と、を有し、
前記筐体は、壁面の一部が前記集光光学系によって構成されてなり、中空部内に、前記発電レシーバを収容するとともに、粘着性樹脂よりなる粘着部を有していることを特徴とする集光型太陽光発電装置。
【請求項２】
前記太陽光発電レシーバはさらに、前記集光光学系と前記太陽光発電素子との間に二次光学系を有し、
前記粘着部は、前記太陽光発電素子の側面および前記二次光学系の下部側面を覆って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の集光型太陽光発電装置。
【請求項３】
前記集光光学系の開口面積に対する前記粘着部の表面積の比率は、１％以上１０％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載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、集光型太陽光発電装置（モジュール）に関するものであり、さらに詳しくは、筐体に発電レシーバが収容された太陽光発電装置（モジュール）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来一般の集光型太陽光発電装置においては、集光レンズと、板状部材に囲まれてなる筐体の中空部内に、太陽光発電素子を含む発電レシーバが収容されることが多い。この種の集光型太陽光発電装置（モジュール）においては、筐体の中空部に結露が発生し、水滴が集光レンズの内側面等に付着して、発電効率を低下させる要因となる。そこで、筐体内での結露を防止するため、例えば特許文献１においては、筐体の周辺部材（側壁）の相対向する面に少なくとも１つずつの開口部を備えさせ、この開口部にメッシュで構成される通気弁を備える構成が開示されている。こここでは、開口部を通して筐体内部が換気されることで、筐体内部での結露を防止することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
集光型太陽光発電装置（モジュール）において、集光レンズを筐体内に収容する場合に、筐体を構成する板状部材相互の接合部や、板状部材と集光レンズの間の接合部には、不可避的に空隙が存在する。すると、この空隙を通って、塵埃が筐体内部に侵入し、集光レンズの内側面や、太陽光発電素子など発電レシーバの構成部材の表面に付着してしまう。このような塵埃の付着により、発電性能が低下する可能性がある。塵埃の侵入と付着は、特許文献１の場合のように、メッシュで覆った開口部が筐体に設けられている場合には、一層起こりやすい。太陽光発電装置の使用者が清掃によって筐体の内部に付着した塵埃を除去することは困難なので、塵埃は蓄積され、発電効率を経時的に低下させる可能性がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、筐体の内部に発電レシーバが収容された集光型太陽光発電装置において、筐体内に侵入した塵埃が筐体内部に存在する光学部材や素子の表面に付着して蓄積されることが防止された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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明にかかる太陽光発電装置は、太陽光発電素子を備えて太陽光発電を行う発電レシーバと、前記太陽光発電素子の表面に太陽光を集光する集光光学系と、中空の筐体と、を有し、前記筐体は、壁面の一部が前記集光光学系によって構成されてなり、中空部内に、前記発電レシーバを収容するとともに、粘着性樹脂よりなる粘着部を有していることを要旨とする。
【０００７】
前記太陽光発電レシーバはさらに、前記集光光学系と前記太陽光発電素子との間に二次光学系を有し、前記粘着部は、前記太陽光発電素子の側面および前記二次光学系の下部側面を覆って配置されていることが好ましい。
【０００８】
また、前記集光光学系の開口面積に対する前記粘着部の表面積の比率は、１％以上１０％未満であるとよい。
【発明の効果】
【０００９】
上記発明にかかる太陽光発電装置においては、粘着部が筐体の内部に設けられていることにより、筐体内部に侵入した塵埃が粘着部の表面に付着して捕捉される。これにより、集光光学系や太陽光発電素子をはじめとする筐体中空部内の光学部材や素子の表面に塵埃が付着して蓄積され、発電効率の低下が起こることが防止される。
【００１０】
太陽光発電レシーバがさらに、集光光学系と太陽光発電素子との間に二次光学系を有し、粘着部が、太陽光発電素子の側面および二次光学系の下部側面を覆って配置されている場合には、粘着部に、塵埃を捕捉する役割に加え、太陽光発電素子およびその近傍に水分が侵入する封止材の役割を兼ねさせることができる。これにより、別途封止材を設けなくてもよい。
【００１１】
また、集光光学系の開口面積に対する粘着部の表面積の比率が、１％以上１０％未満である場合には、集光光学系の内側面への塵埃の付着による集光光学系における光透過の損失を効果的に抑制することができる。また、粘着部を構成する粘着性樹脂からの脱ガスによる集光光学系や発電レシーバへの影響を、発電効率の維持に支障がない程度に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態にかかる太陽光発電装置の一例を示す概略図である。
【図２】上記太陽光発電装置の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態にかかる太陽光発電装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１および図２に示すように、集光型太陽光発電装置（以下、単に太陽光発電装置と称する場合がある）１は、中空部Ｂ１を有する筐体Ｂを外郭としてなっている。筐体Ｂの上面は、集光レンズ（集光光学系、一次光学系）１０よりなり、下面は支持板１２より構成されている。そして側面は、側面板１４より構成されている。側面板１４の対向する面には、筐体中空部Ｂ１への結露を防止するための通風口１４ａが側面板１４を貫通する開口として設けられてもよい。通風口１４ａは、塵埃や昆虫等の侵入を防止または低減するため、メッシュ部材（不図示）によって覆われる。集光レンズ１０としては、高い集光特性と軽量性が両立されるという点において、樹脂製のフレネルレンズが好適に使用される。
【００１５】
筐体Ｂの中空部Ｂ１内には、発電レシーバ２０が設けられている。複数の発電レシーバ２０が、マトリクス状に支持板１２に固定されている。集光レンズ１０によって集光された太陽光を受けて、発電レシーバ２０が発電を行う。
【００１６】
（発電レシーバの構成）
以下、発電レシーバ２０の構成について、簡単に説明する。発電レシーバ２０は、太陽光発電素子（太陽電池セル）２１を主要な部材としてなっている。
【００１７】
太陽光発電素子２１は、照射された太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する半導体素子である。太陽光発電素子２１は、半導体表面（受光面）の中心が集光レンズ１０の焦点位置となるように、かつ半導体表面が集光レンズ１０の光軸に垂直になるように配置され、支持板１２に固定されている。太陽光が集光レンズ１０の光軸に平行に入射されると、太陽光発電素子２１の半導体表面上の焦点位置にスポット状に集光され、高い電流密度で発電が行われる。これにより、小面積の太陽光発電素子２１を用いて高効率の発電を行うことができる。集光位置がずれると、発電効率が著しく低下するので、太陽の位置が天球上で変化しても高効率で発電を行えるように、太陽光発電装置１が太陽追尾装置（不図示）を備え、常に集光レンズ１０の光軸が太陽光と平行になるように、太陽光発電装置１の配置角度が変化されることが好ましい。
【００１８】
支持板１２には、太陽光発電素子２１に加え、太陽光発電素子２１による発電に利用される構成部材が設けられる。つまり、支持板１２の上に、絶縁層２２およびプレート２３がこの順で形成され、プレート２３の上には、太陽光発電素子２１がリード電極２４を介して固定されている。絶縁層２２は、絶縁性材料よりなり、太陽光発電素子２１の裏面電極に接続されたリード電極２４と、太陽光発電素子２１の上部電極に接続された他方のリード電極（不図示）を絶縁するためのものである。プレート２３は、銅やアルミニウム等、熱伝導性が高く、硬度の高い材料よりなり、太陽光発電素子２１の熱を散逸させ、また太陽光発電素子２１を補強するためのものである。
【００１９】
太陽光発電素子２１の上方、つまり太陽光発電素子２１と集光レンズ１０の間には、ホモジナイザ（二次光学系）２５が設けられている。ホモジナイザ２５は、ナトリウム含有ガラス等の光透過部材よりなる略錐台状の部材であり、集光レンズ１０により集光された太陽光を太陽光発電素子２１の表面に導く。この際、ホモジナイザ２５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、光のエネルギーを空間的に均一化させる。ホモジナイザ２５は、下端面が太陽光発電素子２１に対向するように、太陽光発電素子２１の真上に立設される。ホモジナイザ２５の周囲には、必要に応じて、反射防止膜や、保護膜、透過防止膜等、各種の膜部材を設けてもよい。図２では、ホモジナイザ２５の下側の側面及び底面にかけて、透過防止膜２６が設けられた構成を示している。透過防止膜２６は、ホモジナイザ２５の下部側面からの光の透過を防止する役割を果たす。
【００２０】
ホモジナイザ２５の下部側面と太陽光発電素子２１の側面は、粘着性樹脂よりなる粘着部２７によって一体的に覆われている。粘着部２７は、ホモジナイザ２５の下部側面および太陽光発電素子２１の側面とリード電極２４の間を隙間がほとんどない状態で閉塞している。粘着部２７の構成については、次に詳しく述べる。
【００２１】
（粘着部）
上記のように粘着部２７は、粘着性樹脂よりなり、ホモジナイザ２５の下部側面および太陽光発電素子２１の側面を覆っている。粘着部２７は、表面に粘着性を有することにより、筐体中空部Ｂ１に侵入した塵埃を捕捉する役割を果たす。ここで、粘着性樹脂は、ジェル状、ゴム状等の柔軟な樹脂であり、接着性樹脂とは異なり、空気中に放置した状態で、表面に粘着性を有する状態を保持するものである。粘着性としては、太陽光発電装置１の筐体中空部Ｂ１内の環境において、表面に接触した塵埃が粘着部２７の表面に付着して離れなくなる程度以上であることが好ましい。目安として、２０〜８０℃の温度で、指タック性を有することが好ましい。ここで、指タック性とは、人間がアルコールで洗浄した指先で対象物の表面を触れた際に、指先に粘着感または微量の材料付着がある状態を示す。また、２０℃との温度は、平均外気温に対応し、２０℃で指タック性を有することは、日照がない時間帯において十分な粘着性が保持されることを意味している。一方、８０℃との温度は、太陽光発電装置１が正面から太陽光の入射を受けて集光が行われている間の、筐体中空部Ｂ１内の平均温度に対応し、８０℃で指タック性を有することは、集光によって筐体中空部Ｂ１内の温度が上昇した場合にも、十分な粘着性が維持されることを意味している。
【００２２】
粘着部２７の材質は、特に限定されるものではない。例として、ウレタン樹脂やシリコーン樹脂を挙げることができる。特に、耐熱性、耐光性の観点から、シリコーン樹脂が好適である。例えば、室温硬化性（ＲＴＶ）シリコーンゴムに、非硬化性のシリコーンレジン（シリコーングリース）を混合し、硬化後にも指タック性を保持するようにすればよい。粘着部２７を形成したい部位に、この混合樹脂を未硬化の状態で塗布し、ＲＴＶ樹脂を硬化させれば、容易に粘着部２７を形成することができる。
【００２３】
以上のように、粘着性樹脂よりなる粘着部２７が塵埃を捕捉することで、太陽光発電素子２１の筐体中空部Ｂ１に侵入した塵埃が、集光レンズ１０の内側面１０ａや、太陽光発電素子２１の表面をはじめとする発電レシーバ２０の構成部材に付着して蓄積することによる発電性能の低下を抑制することができる。筐体中空部Ｂ１内には、筐体Ｂの壁面を構成する集光レンズ１０、側面板１４、支持板１２それぞれの間の接合部や、通風口１４ａから、塵埃が不可避的に侵入する。この塵埃は、筐体Ｂを分解して清掃することなしには除去できず、集光レンズ１０の内側面１０ａや発電レシーバ２０の構成部材の表面等、筐体中空部Ｂ１内に露出した部材の表面に蓄積し、粘着部２７によって捕捉されなければ、太陽光発電装置１の発電性能を経年的に低下させる可能性がある。
【００２４】
特に、発電レシーバ２０のうち、太陽光発電素子２１やホモジナイザ２５およびそれらの近傍に付着した塵埃は、発電効率の低下に与える影響が大きい。例えば、集光レンズ１０の内側面１０ａに塵埃が付着しても、結露によって生じた水滴とともに落下するのに対し、太陽光発電素子２１の表面やホモジナイザ２５の表面に付着した塵埃はこのように自然に除去されることはなく、小面積の太陽光発電素子２１に高倍率で太陽光を集光して発電を行う集光型太陽光発電装置１にあって、太陽光発電素子２１やホモジナイザ２５の表面積の一部が塵埃によって占められることは、発電効率の著しい低下につながるからである。粘着部２７が筐体中空部Ｂ１内に存在することで、集光レンズ１０の内側面１０ａへの塵埃の付着も、発電レシーバ２０の構成部材の表面への塵埃の付着も、ともに抑制することができる。
【００２５】
粘着部２７の表面積、つまり筐体中空部Ｂ１内に露出した粘着部２７の面積は、集光レンズ１０の開口面積、つまり集光レンズ１０の受光面の投影面積の１％以上１０％未満であることが好ましい。これにより、十分に筐体中空部Ｂ１内の塵埃を捕捉できるとともに、粘着部２７を構成する粘着性樹脂からの脱ガスによる集光レンズ１０や発電レシーバ２０への影響を小さく抑えることができる。
【００２６】
粘着部２７による塵埃の捕捉の効果は、粘着部２７の表面が完全に塵埃で覆われることによって飽和する。集光レンズ１０の内側面１０ａに付着する塵埃と、筐体Ｂの底内面部（発電レシーバ２０と支持板１２）に付着する塵埃とが、粘着部２７に均等に捕捉されると見積もると、集光レンズ１０の内側面１０ａに付着する塵埃全体のうち、開口面積の１％の表面積を有する粘着部２７によって捕捉できる塵埃の割合は、わずかに２％ということになる。これは、塵埃の付着による集光レンズ１０の光透過率の低下を防止する効果としては十分ではなく、また底板側に付着する塵埃に対しても、同程度の捕捉効果しかないので、塵埃捕捉効果として不十分である。よって、粘着部２７の表面積は集光レンズ１０の開口面積の１％以上であることが望ましい。
【００２７】
一方、シリコーン等の粘着性樹脂からは脱ガスが発生し、樹脂製フレネルレンズよりなる集光レンズ１０の内側面１０ａの化学的変質等、筐体中空部Ｂ１内の構成部材に影響を与えることがある。粘着部２７の表面からの脱ガスが、集光レンズ１０の内側面１０ａを荒らし、集光レンズ１０のうち粘着部２７の表面積と同じ面積の部分に対して１０％の透過率の減少をもたらすと見積もると、開口面積の１０％の表面積を有する粘着部２７によってもたらされる集光レンズ１０の透過率の減少は、集光レンズ１０全体として、１０％×１０％＝１％ということになる。透過損失が集光レンズ１０全体として１％未満であれば、発電効率の維持に支障のない程度に留まっている。よって、粘着部２７の表面積は、集光レンズ１０の開口面積の１０％未満であることが好ましい。
【００２８】
太陽光が集光レンズ１０によって集光されるため、筐体中空部Ｂ１内の空気は高温に加熱され、侵入した塵埃を伴って対流する。よって、粘着部２７は、筐体中空部Ｂ１内のどの部位に配置されても、侵入した塵埃を効果的に捕捉することができる。しかし、上記のように、ホモジナイザ２５の下部側面と太陽光発電素子２１の側面を覆う部位に密着させて粘着部２７を形成することで、粘着部２７に、封止材としての役割を兼ねさせることができる。つまり、太陽光発電素子２１およびその周辺部に水分が侵入することが、粘着部２７によって防止される。上記のように、ＲＴＶシリコーン樹脂と非硬化性シリコーン樹脂を混合した粘着性樹脂によって粘着部２７を構成する場合には、未硬化の状態で混合樹脂を塗布し、ＲＴＶ樹脂を硬化させることで、ホモジナイザ２５の下部側面と太陽光発電素子２１の側面およびリード電極２４に密着して粘着部２７が形成され、太陽光発電素子２１周辺において、高い封止性を得ることができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に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で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１            （集光型）太陽光発電装置
１０          集光レンズ（集光光学系）
１２          支持板
２０          発電レシーバ
２１          太陽光発電素子
２４          リード電極
２５          ホモジナイザ（二次光学系）
２７          粘着部
Ｂ            筐体
Ｂ１          筐体中空部
【図１】
2015090914.tif 000003
【図２】
2015090914.tif 000004