(57)【要約】【課題】  太陽光を集める集光レンズと集光された太陽光によって発電する太陽電池とから成る集光型太陽電池モジュールであって、小型・軽量でポータブルな電源装置として利用できる集光型太陽電池モジュールの提供。【解決手段】  フレネルレンズ１とＳｉ単結晶太陽電池２との間に透明性板状基体３を配置した構造とし、複数のフレネルレンズ１，１・・を上記透明性板状基体３の表面に接着し、そして複数のＳｉ単結晶太陽電池２，２・・を透明性板状基体３の裏面に接着した構造としている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を集める集光レンズと集光された太陽光によって発電する太陽電池とから成る集光型太陽電池モジュールにおいて、該集光レンズと該太陽電池との間に透明性板状基体を配置した構造とし、複数の集光レンズを上記透明性板状基体の表面に配置し、そして複数の太陽電池を透明性板状基体の裏面に配置したことを特徴とする集光型太陽電池モジュール。
【請求項２】
集光レンズと太陽電池との間に配置した上記透明性板状基体の厚さが、太陽電池配置部が最も厚く、太陽電池配置部から遠ざかるにしたがって薄く成っている請求項１記載の集光型太陽電池モジュール。
【請求項３】
太陽電池との間に透明性板状基体を配置した上記集光レンズをフレネルレンズとした請求項１、又は請求項２記載の集光型太陽電池モジュール。
【請求項４】
集光レンズとの間に透明性板状基体を配置した上記太陽電池を、Ｓｉ太陽電池とした請求項１、請求項２、又は請求項３記載の集光型太陽電池モジュール。
【請求項５】
集光レンズとの間に透明性板状基体を配置した上記太陽電池を、ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合タンデム太陽電池とした請求項１、請求項２、又は請求項３記載の集光型太陽電池モジュール。
【請求項６】
集光レンズとの間に透明性板状基体を配置した上記太陽電池を、ＣｕＩｎＧａＳＳｅ２系太陽電池とした請求項１、請求項２、又は請求項３記載の集光型太陽電池モジュール。
【請求項７】
集光レンズと太陽電池との間に配置した上記透明性板状基体をＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）とした請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、又は請求項６記載の集光型太陽電池モジュール。
【請求項８】
太陽光を集める集光レンズと集光された太陽光によって発電する太陽電池とから成る集光型太陽電池モジュールにおいて、該集光レンズと該太陽電池との間に透明性板状基体を配置した構造とし、複数の集光レンズを上記透明性板状基体の表面に配置し、そして複数の太陽電池を透明性板状基体の裏面に配置すると共に該太陽電池の裏面には背面放熱板を配置し、そして、上記透明性板状基体の厚さを太陽電池配置部が最も厚く、太陽電池配置部から遠ざかるにしたがって薄くし、この薄くすることで背面放熱板との間に形成される隙間に蓄電デバイスやインバータを配置したことを特徴とする集光型太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換効率の向上とシステムコストの低減を目的として、集光レンズによって集めた太陽光を太陽電池に照射して発電する集光型太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を集光レンズによって集め、これを太陽電池に照射するように構成している集光型太陽電池モジュールでは、非集光の場合に比べて光電変換効率が向上すること、更に、太陽電池材料の使用量を減らせることからシステムコスト、発電コストを低減できることは従来から知られている。その為に、集光型太陽電池モジュールについては多くの特許出願が行われている。
【０００３】
例えば、特開２００２−２８９９００号に係る「集光型太陽電池モジュール及び集光型太陽光発電システム」は、太陽光線を光量むら及び色収差無くかつ高効率で光起電力素子に集光し、特に小型軽量で安価な集光型太陽電池モジュールである。
そこで、射出面を少なくとも一つ有し、かつ入射面を複数有する光導体と、該射出面の直後に少なくとも一つの光起電力素子を有する集光型太陽電池モジュールにおいて、該光導体は、透過性を有した中実かつ屈折率が不連続な部分がない媒質からなり、表面は平滑性を有しており、太陽から放射された太陽光線を該光導体の入射面で全入射し、側面では全反射して射出面で射出することが出来る。
【０００４】
特開２００２−２８９８９６号に係る「集光型太陽電池モジュール及び集光型太陽光発電システム」は、太陽光線を光量むら及び色収差を無くし、光起電力素子の温度上昇、特に昇温むらを抑える機能を有したものである。
そこで、 太陽から放射された太陽光線を集光する一次光学系と、集光した太陽光線を光起電力素子へ導く二次光学系と、二次光学系の直後に配された光起電力素子からなる集光型太陽電池モジュールにおいて、二次光学系は透過性を有した中実体の熱線吸収部材であり、この二次光学系に放熱部材が当接している。
【０００５】
通常、太陽電池は集光レンズの焦点付近に配置されるために、集光レンズと太陽電池との間は空隙となっており、その空隙に上記特開２００２−２８９９００号に係る「集光型太陽電池モジュール及び集光型太陽光発電システム」では集光レンズによって集められた太陽光を太陽電池まで導く導光部を備えている。
【０００６】
又、特開２００２−２８９８９６号に係る「集光型太陽電池モジュール及び集光型太陽光発電システム」では、集光レンズからの光を混合し、色収差などを低減するための２次光学系がそれぞれ配置される構造と成っている。このように、従来の多くの集光型太陽電池モジュールは、その構成が複雑でしかも大型構造と成っている。これは、集光型太陽電池モジュール自体を堅牢で強固な別の架台に固定することを前提に設計・製作されている為である。
【０００７】
一方、最近、災害時の非常用ポータブル電源装置において、ノートパソコンや液晶テレビなどの駆動可能な電力を発生させるために、集光型太陽電池モジュールを使用する必要性が増大しているが、この場合には太陽電池モジュールは小型・軽量で堅牢なことが要求される。しかしながら、上記のような複雑で大型構造の集光型太陽電池モジュールをポータブルな電源装置に適用することは困難である。
【０００８】
特開２００１−１８９４８７号に係る「集光器及び集光型太陽電池モジュール」は、太陽の方向に関係なくほとんどの入射光を太陽電池に集光できる集光器及びこの集光器を用いた集光型太陽電池である。
そこで、 屈折率が空気より大きい透明材料からなり、断面が台形状をなし、該台形内の対角線上の相対する一組の角のうち、一方の角が９０度以上であり、他方の角が９０度超であり、光が入射する光入射面と、光を出射する光出射面とが平行であり、光入射面の方が光出射面よりも大きく、他の２面には反射膜が配設されている集光器を使用し、この集光器の光出射面に太陽電池を装着している。
【０００９】
特開平６−３７３４４号に係る「集光型太陽電池モジュール」は、太陽電池とモジュールを一体化した安価な集光型太陽電池モジュールである。
そこで、 光が右方向から角度θmで入射した場合、レンズ屈折面は入射角度方向に長軸を持った楕円形状（焦点位置は−ｄ）で、焦点−ｄと＋ｄを結ぶ延長線と楕円屈折面との交点をｃ、ｃ'とし、接線の傾きが無限大となる点をａ、ａ'とする。そして、右方向の入射光線に対しては、弧ｃｂをレンズ屈折面とする。また、同じ入射角度で左方向から入射する光に対して、設計されるレンズ屈折面は破線で示す楕円形状（焦点位置は＋ｄ）で、前記の形状のｙ軸対称となり、その右部分の弧ｃ'ｂ'を屈折面とする。 上記左右２つのレンズの形状を合わせると、得られるレンズ断面は点ｃ、ａ、ｂ、ａ'、ｃ'、＋ｄ、−ｄ、ｃを結ぶ形状で、この屈折型非結像レンズの下面ｃｃ'上に、例えば焦点間距離２ｄに太陽電池５を接着すれば、太陽電池とモジュールを一体化している。
【００１０】
これらは、集光器、集光レンズの裏面に太陽電池を配置するといった構造である為に簡単であるが、集光レンズを複数組み合わせたモジュールを構成する場合には集光レンズ固定用の架台を新たに必要とする。その為に、結果的に複雑な構造となってしまう。
【特許文献１】特開２００２−２８９９００号に係る「集光型太陽電池モジュール及び集光型太陽光発電システム」
【特許文献２】特開２００２−２８９８９６号に係る「集光型太陽電池モジュール及び集光型太陽光発電システム」
【特許文献３】特開２００１−１８９４８７号に係る「集光器及び集光型太陽電池モジュール」
【特許文献４】特開平６−３７３４４号に係る「集光型太陽電池モジュール」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、従来の集光型太陽電池モジュールには上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であり、小型・軽量でポータブルな電源装置として利用できる集光型太陽電池モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る集光型太陽電池モジュールは、集光レンズと太陽電池との間に太陽光に対して透明な板状基体を配置し、該板状基体の表面側に集光レンズを、裏面側に太陽電池を配置することにより、透明板状基体を導光部及び筐体として機能させる構造と成っている。しかも、透明性板状基体には複数の集光レンズと複数の太陽電池を配置することで、本発明の集光型太陽電池モジュールを構成している。ここで、透明性板状基体の表裏に配置される集光レンズ及び太陽電池は一般的には接着されるが、その他の取付け構造も含む。例えば、透明性板状基体の表裏面に凹部又は凸部を設け、これら凹凸部に噛み合う凸部又は凹部を集光レンズと太陽電池の接合面に形成することもある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る集光型太陽電池モジュールは、透明性板状基体が導光部及び筐体として機能する為に、その構造が著しく簡単であると共に、集光レンズと太陽電池との間に間隙が存在しない為に、極めて堅牢な構造となる。本発明の構成は上記従来技術として掲げた特開２００１−１８９４８７号に係る「集光器及び集光型太陽電池モジュール」、及び特開平６−３７３４４号に係る「集光型太陽電池モジュール」に類似しているように思われるが、透明板状基体は集光器あるいは集光レンズとは全く機能が異なり、その結果、集光レンズを複数組み合わせたモジュールを構成することが出来る。
【００１４】
そして、透明板状基体が集光レンズを固定する部品として機能を果たすことが出来、その為に、他の部品や治具は全く必要としない。すなわち、本発明の集光型太陽電池モジュールは、その構造及び製作が簡単となり、小型で軽量なポータブル電源装置として適している。
【実施例】
【００１５】
図１は本発明に係る集光型太陽電池モジュールを表している実施例であり、同図の１はフレネルレンズ、２はＳｉ単結晶太陽電池、３は透明性板状基体、４は背面放熱板、５は太陽光をそれぞれ示している。この太陽電池モジュールでは、太陽光５がフレネルレンズ１によって集光され、透明性板状基体３を通過してＳｉ単結晶太陽電池２に照射される。その結果、このＳｉ単結晶太陽電池２にて電気が発生する。
【００１６】
この実施例では、フレネルレンズ１のサイズは５０ｍｍ×５０ｍｍで、Ｓｉ単結晶太陽電池２のサイズは１３ｍｍ×１３ｍｍとし、これらを透明性板状基体３の両面に接着している。透明性板状基体３は厚さ１０ｍｍのＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）で、上記フレネルレンズ１はＰＭＭＡ板の表面に、Ｓｉ単結晶太陽電池２はＰＭＭＡ板の裏面に接着されている。
【００１７】
この場合、太陽光５は１４．８倍に集光されてＳｉ単結晶太陽電池２に照射される。この実施例では、フレネルレンズ１及び透明性板状基体３は共にＰＭＭＡを材料とするものであり、そして両者と同じ屈折率を持った接着剤で接着することで、両者の境界での太陽光５の反射損はない。ここで、フレネルレンズ１及び透明性板状基体３の材質としてＰＭＭＡの他にポリカーボネートを使用することもある。
【００１８】
図２は集光型太陽電池モジュールの表面を表す平面図であり、２００ｍｍ×２００ｍｍの透明性板状基体３の表面には縦横方向にフレネルレンズ１，１・・を隙間なく配列・接着し、又図３に示すように、その裏面には所定の間隔をおいてＳｉ単結晶太陽電池２，２・・が接着して配列している。更に、Ｓｉ単結晶太陽電池２，２・・の裏面には背面放熱板４，４・・が接着されている。
【００１９】
このようにして、フレネルレンズ１，１・・、Ｓｉ単結晶太陽電池２，２・・をそれぞれ１６枚使用した集光型太陽電池モジュール（サイズ２００ｍｍ×２００ｍｍ）を製作し、擬似太陽光ａｉｒ−ｍａｓｓ１．５、１００ｍＶ／ｃｍ２の元で出力特性を測定した。その結果、７．２Ｗの電力が得られ、同サイズの非集光太陽電池モジュールに比べて１．３倍の電力となることが確認された。
【００２０】
この場合、集光動作時のＳｉ単結晶太陽電池２の温度を測定したところ、非集光太陽電池モジュールの場合に比べて２℃の温度上昇しか見られない。これは、背面放射板４として用いたアルミ板の放熱効果の結果である。なお、本実施例では、太陽電池としてＳｉの単結晶太陽電池２を用いているが、多結晶あるいは非結質Ｓｉによる太陽電池を用いても得られる電力自体は単結晶Ｓｉ太陽電池には及ばないが、それなりの電力を得ることは可能である。
【００２１】
図４は本発明に係る他の実施例としての集光型太陽電池モジュールを表している。同図の６はＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合タンデム太陽電池、７は厚さが均一でない透明性板状基体、８は蓄電デバイス、９はインバータ回路である。この太陽電池モジュールでは、集光動作させる太陽電池としてＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合タンデム太陽電池６を用い、更に透明性板状基体７は厚さが太陽電池配置部で最も厚く、太陽電池配置部から遠ざかるにしたがって薄く成っている。
【００２２】
このような透明性板状基体７を用いることによって、透明性板状基体７としてのＰＭＭＡ板の重量が均一厚さのＰＭＭＡ板に比較して約６０％まで低減できた。ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合タンデム太陽電池６は非集光動作でも２７％の交換効率を有するが、前記実施例の場合と同様に、１４．８倍の集光動作をさせることにより、３３％まで向上した。
【００２３】
サイズが１３ｍｍ×１３ｍｍであるこのＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合タンデム太陽電池６，６・・を１６枚、サイズは５０ｍｍ×５０ｍｍのフレネルレンズ１，１・・を１６枚を使用し、これらを２００ｍｍ×２００ｍｍサイズの透明性板状基体７に接着して集光型太陽電池モジュールを構成している。その結果、擬似太陽光ａｉｒ−ｍａｓｓ１．５、１００ｍＶ／ｃｍ２の基で１３．２Ｗの電力を得ることが出来た。
【００２４】
更に、この場合、透明性板状基体７において太陽光が通過する部分以外の部分が切削加工で削除されているので、そのスペース（隙間）に蓄電デバイス８としての電気二重層コンデンサーやインバータ回路９を配置するなど、スペースの有効利用が出来、太陽電池モジュールの構造が極めてコンパクトに出来る。すなわち、図４に示しているように、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合タンデム太陽電池６から遠ざかるにしたがって、透明性板状基体７の厚さは薄くなり、背面放熱板４との間に隙間が形成される。この隙間を利用して蓄電デバイス８及びインバータ回路９をセットしている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る集光型太陽電池観ジュールの断面図。
【図２】本発明に係る集光型太陽電池観ジュールの平面図。
【図３】本発明に係る集光型太陽電池観ジュールの底面図。
【図４】本発明に係る集光型太陽電池観ジュールの断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１  フレネルレンズ
２  Ｓｉ単結晶太陽電池
３  透明性板状基体
４  背面放熱板
５  太陽光
６  ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合タンデム太陽電池
７  透明性板状基体
８  蓄電デバイス
９  インバータ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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