(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を集光する集光部材と、
前記集光部材の出射光を受光する光電変換素子と、
前記光電変換素子を支持する第１放熱部材と、
前記集光部材と同材料で、貫通孔を有し、前記集光部材を支持する支持基板と、
第２放熱部材と、
を備え、
前記第１放熱部材は、前記貫通孔内に配置され、前記支持基板をはさんで前記光電変換素子と対向する位置で第２放熱部材と熱的に接触する、
太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第１放熱部材と前記第２放熱部材との間には、前記第２放熱部材よりも低い剛性である第３放熱部材が配置される、
請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記第２放熱部材が前記集光部材の入射面と垂直な方向に移動するのを規制する規制部材を更に備え、
前記規制部材は、前記第２放熱部材が前記集光部材の入射面に対して平行な方向への移動するのを許容する、
請求項１から２のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記第１放熱部材はバネ部を有しており、
前記バネ部は、前記貫通孔の内壁と当接する、
請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、集光レンズを用いて太陽光を集光する太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、太陽電池素子の裏面に放熱板が配置された太陽電池を開示する。この太陽電池は、集光して照射された太陽光を光電変換して発電する集光型の太陽電池素子と、太陽電池素子を載置したレシーバ基板とを備える。レシーバ基板は、ベース基台、ベース基台に積層された中間絶縁層、中間絶縁層に積層された接続パターン層、接続パターン層を保護する表面保護層を備える。これにより、放熱性と生産性が良く高い発電効率を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９１４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、温度変化の影響を抑えた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】
【０００５】
本開示における太陽電池モジュールは、太陽光を集光する集光部材と、集光部材の出射光を受光する光電変換素子と、光電変換素子を支持するリードフレームと、貫通孔を有し、集光部材を支持する支持枠とを備え、リードフレームは、貫通孔内に配置される。
【発明の効果】
【０００６】
本開示における太陽電池モジュールは、温度変化の影響を抑えるのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１における太陽電池モジュールの構成を示す断面図
【図２】実施の形態１における光電変換ユニットの構成を示す斜視図
【図３】実施の形態１における支持枠の一部を拡大した断面図
【図４】実施の形態１における光電変換ユニットの接続状態を説明するための斜視図
【図５】実施の形態２における第２光学系及び支持枠の一部を拡大した断面図
【図６】実施の形態２における第２光学系を説明するための斜視図
【図７】実施の形態３における太陽電池モジュールの構成を示す断面図
【図８】実施の形態３における太陽電池モジュールの構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１０】
（実施の形態１）
以下、図１〜４を用いて、実施の形態１を説明する。
【００１１】
［１−１．構成］
［１−１−１．全体構成］
図１は、実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１００を示す模式図である。
【００１２】
太陽電池モジュール１００は、主に集光光学系１１０、支持枠１２０、光電変換ユニット１３０、配線ワイヤ１３６、放熱板１４０から構成されている。この太陽電池モジュール１００は、太陽光が集光光学系１１０に垂直に入射する用に追尾する追尾装置（図示せず）に複数並べて配置される。
【００１３】
集光光学系１１０は、複数の集光レンズ１１１がアレイ状に並んで構成されている。集光レンズ１１１は、厚みが２ｍｍ程度のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリルレート）などの樹脂素材でできている。集光レンズ１１１同士は、一体であっても別体であっても良い。集光光学系１１０は、太陽光の入射面は平面、太陽光の出射面はフレネル面を有している。
【００１４】
支持枠１２０は、集光光学系１１０を支持する側壁１２０ａと集光光学系１１０に略平行な底面１２０ｂとを備える。支持枠１２０は、集光光学系１１０と同素材であるＰＭＭＡからできている。また、支持枠１２０の底面１２０ｂには、個々の集光レンズ１１１に対応する位置に貫通孔１２１が形成されている。貫通孔１２１には、それぞれ光電変換ユニット１３０が挿入され、光電変換ユニット１３０間は配線ワイヤ１３６により直列または並列に電気接続されている。支持枠１２０は、放熱板１４０とビス１５０により取り付けられている。光電変換ユニット１３０と放熱板１４０は、光電変換ユニット１３０の接触部１３１ａと、放熱グリース１４１を介して接触している。放熱グリース１４１は、アルミナなどを含み、支持枠１２０および放熱板１４０よりも低い剛性を有する。すなわち、光電変換ユニット１３０は、放熱板１４０に固着されておらず、底面１２０ｂと放熱板１４０の膨張係数が異なる場合において、温度変化などによってそれらが変形しても、Ｘ軸方向の変形のみでＺ軸方向へのたわみ変形を生じない。
【００１５】
ここで、ビス１５０は、ビス孔１２２を通して放熱板１４０に取り付けられるが、支持枠１２０と放熱板１４０の線膨張係数の差を考慮して、ビス孔１２２の内径はビス１５０の直径よりも大きく設計されている。また、放熱板１４０と支持枠１２０とは固着されていない。すなわち、ビス１５０は、太陽電池モジュール１００の温度変化により、放熱板１４０と支持枠１２０の寸法に変化が生じたとしても、線膨張係数の大きい支持枠１２０が図１のＸ軸方向に横ズレできるように支持している。また、温度差による支持枠１２０の横ズレが発生しても、光電変換ユニット１３０の接触部１３１ａと放熱板１４０は放熱グリース１４１を介して接触を維持できる。
【００１６】
また、支持枠１２０と放熱板１４０の間には、太陽電池モジュール１００への水分の進入防止のため、支持枠１２０と放熱板１４０の周囲に沿って封止部１６０が塗布されている。同様に、放熱板１４０を貫通するビス１５０の露出部にも封止部１６１が塗布されている。封止部１６０、１６１は、温度変化により支持枠１２０のＸ、Ｙ軸方向への膨張や収縮による横ズレが生じた場合に、封止部１６０、１６１がＸ軸及びＹ軸方向にせん断変形し、太陽電池モジュール１００に応力がかからない。そのため、封止部１６０、１６１は、弾性変形が可能なブチルゴムを用いることができる。
［１−１−２．光電変換ユニットの構成］
図２は、光電変換ユニット１３０を示す模式図である。光電変換ユニット１３０は、リードフレーム１３１、セラミック基板１３２、電極１３３及び光電変換素子１３４、から構成されている。
【００１７】
リードフレーム１３１は、その側面にバネ部１３１ｂ、バネ部１３１ｂに垂直な側面にバネ部１３１ｃを備える。詳細は後述するが、リードフレーム１３１が貫通孔１２１に挿入された際、バネ部１３１ｂ、１３１ｃが貫通孔１２１の側面と当接する。リードフレーム１３１には、熱伝導のよいリン青銅にニッケルメッキ加工を施したものが用いられる。光電変換素子１３４は、リードフレーム１３１に放熱性の高いシリコン樹脂を用いて接着されている。放熱性の高いシリコン樹脂には、熱伝導率のよいアルミナなどの充填剤が含まれており、太陽光の照射により光電変換素子１３４が発熱しても、発生した熱をリードフレーム１３１に効率よく逃がすことができる。さらに、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）の基板上に形成されている光電変換素子１３４とリードフレーム１３１間の温度差による膨張による歪みを緩和することができる。
【００１８】
セラミック基板１３２の両面には、チタンと白金と金とを順に積層した電極１３３が形成されている。セラミック基板１３２の裏面の電極１３３（図示せず）は半田材を用いてリードフレーム１３１に融着されている。光電変換素子１３４とセラミック基板１３２の上の電極とは、ワイヤボンドによって接着されるワイヤ１３５を介して接続され、正極用電極１３３ａと負極用電極１３３ｂを形成する。
【００１９】
図３は、支持枠１２０の一部を拡大した断面図である。貫通孔１２１は、傾斜面１２１ａを有しており、テーパ形状となっている。光電変換ユニット１３０は、支持枠１２０の貫通孔１２１に挿入された後に、接触部１３１ａが折り曲げられる。リードフレーム１３１は、バネ部１３１ｂを有している。貫通孔１２１に光電変換ユニット１３０が挿入された状態で、バネ部１３１ｂが貫通孔１２１の内壁の傾斜面１２１ａに押し当たり、光電変換ユニット１３０を支持枠１２０の平面方向に固定する。これにより、貫通孔１２１と光電変換ユニット１３０との間に隙間がある場合でも、集光光学系１１０の焦点に光電変換素子１３４を設置することができる。貫通孔１２１に挿入された光電変換ユニット１３０のバネ部１３１ｂは、傾斜面１２１ａを押し付けるので、反作用として傾斜面１２１ａから上向き（図３のＺ軸方向で正の方向）の力を受ける。これにより、光電変換ユニット１３０は、バネ部１３１ｂを通じて上向きの力を受ける。ここで、貫通孔１２１は、傾斜面１２１ａを有するので、光電変換ユニット１３０は上向きの力を受けても貫通孔１２１内で動くことはなく、強固に固定される。このように、光電変換ユニット１３０は、バネ部１３１ｂが傾斜面１２１ａを押し付けることにより貫通孔１２１内に固定されているので、運送中や設置時に太陽電池モジュール１００に機械的な振動が外部から加わっても光電変換ユニット１３０が貫通孔１２１で動くことは無い。従って、運搬や設置により光電変換ユニット１３０が集光レンズ１１１の集光点からずれることはない。さらに、太陽電池モジュール１００を長期間屋外で発電したときに光電変換ユニット１３０内の光電変換素子１３４が劣化して発電しなくなった場合、劣化した光電変換素子１３４を搭載した光電変換ユニット１３０をこの貫通孔１２１から取り外し、新しい光電変換ユニットに交換することができる。
【００２０】
図４は、太陽電池モジュール１００内における光電変換ユニット１３０間の電気接続状態を示す斜視図である。支持枠１２０の貫通孔１２１に挿入された光電変換ユニット１３０は、電極１３３間を銅線などからなる配線ワイヤ１３６により接続している。配線ワイヤ１３６の接続は、支持枠１２０の熱変形を抑えるため、Ｓｎ−Ｂｉ（スズ−ビスマス）系半田などの低融点の半田１３７により行われる。
【００２１】
［１−２．効果等］
以上のように、本実施の形態において、支持枠１２０は集光光学系１１０と同材料でできている。これにより、太陽電池モジュール１００に温度変化が発生しても、集光光学系１１０と支持枠１２０は膨張および収縮が同様に起きるため、集光レンズ１１１により集光される太陽光の集光スポットと、支持枠１２０内に光電変換ユニット１３０を介して取り付けられた光電変換素子１３４の位置は、位置ズレを起こすことはない。
【００２２】
また、本実施の形態において、光電変換素子１３４は、貫通孔１２１内に挿入され、放熱グリース１４１を通じて放熱板１４０に接続されたリードフレーム１３１に設けられている。そのため、光電変換素子１３４で発生した熱を外部へ放熱することができ、光電変換素子１３４の温度上昇を抑制することができる。
【００２３】
また、ビス孔１２２の内径は、ビス１５０の直径よりも大きく設計されている。放熱板１４０と支持枠１２０とを固定していないため、太陽電池モジュール１００の温度変化により、放熱板１４０と支持枠１２０の寸法に変化が生じたとしても、線膨張係数の大きい支持枠１２０は放熱板１４０に対して横ズレできる。これにより、温度変化による支持枠１２０の横ズレが発生しても、集光レンズ１１１の集光スポットに光電変換素子１３４が位置しつつ、リードフレーム１３１の接触部１３１ａと放熱板１４０は放熱グリース１４１を介して接触を維持できる。
【００２４】
（実施の形態２）
以下、図５〜６を用いて、実施の形態２を説明する。なお、実施の形態２は、支持枠１２０の上に第２レンズ１７１を有している点において、実施の形態１と異なる。以下、異なる点を中心に説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００２５】
［２−１．構成］
図５は、実施の形態２に係る太陽電池モジュール１００の支持枠１２０の一部を拡大した断面図である。本実施の形態における太陽電池モジュール１００は、支持枠１２０の光電変換素子１３４の設置面側に第２光学系１７０及び導光部材１８０を備える。
【００２６】
第２光学系１７０は、第２レンズ１７１とガラス基板１７２から構成され、集光レンズ１１１からの出射光を光電変換素子１３４に集光する作用を有する。第２レンズ１７１とガラス基板１７２は、一体形成されているが、別体であってもよい。また、第２光学系１７０は、ガラス基板１７２が支持枠１２０に設けられた支持部１２３に当接して支持されている。支持部１２３は、支持枠１２０と一体で形成されているが、別体であってもよい。なお、ガラス基板１７２と支持部１２３が接触する位置に、シリコンなどの弾性を有する接着剤を用いて固定されている。
【００２７】
導光部材１８０は、第２光学系１７０と光電変換ユニット１３０の間に配置され、第２光学系１７０の出射光を光電変換素子１３４に導く。導光部材１８０は、シリコンゴムなどの弾性を有する透明部材で形成されており、光電変換ユニット１３０の上に配置される光電変換素子１３４をモールドする。
【００２８】
図６は、本実施の形態における太陽電池モジュール１００の第２光学系１７０の取り付けの様子を示す支持枠１２０の斜視図である。第２光学系１７０は、導光部材１８０が光電変換素子１３４の上に設けられた後に、支持部１２３によってガラス基板１７２の４つの角を支持するように設置される。導光部材１８０は、弾性力を有しており、第２光学系１７０が配置されると、ガラス基板１７２と密接する。なお、ガラス基板１７２は、矩形に限られず、多角形や円形であってもよい。円形である場合、支持部１２３の形状もガラス基板１７２と同様の曲率を持つ形状にすることが望ましい。これにより。製造時の位置合わせの工程が省略できる。
【００２９】
［２−２．効果等］
以上のように、本実施の形態において、支持枠１２０および支持部１２３は、集光光学系１１０と同材料でできている。これにより、太陽電池モジュール１００に温度変化が発生しても、集光光学系１１０と、支持枠１２０及び支持部１２３とは、膨張および収縮が同様に起きるため、集光レンズ１１１により集光される太陽光の集光スポットと、支持部１２３に支持される第２光学系１７０と、光電変換素子１３４との位置は、位置ズレを抑制することができる。
【００３０】
また、本実施の形態において、光電変換素子１３４は、貫通孔１２１内に挿入され放熱グリース１４１を介して放熱板１４０に接続されたリードフレーム１３１に設けられている。これにより、光電変換素子１３４で発生した熱を外部へ放熱することができ、光電変換素子１３４の温度上昇を抑制することができる。
【００３１】
（実施の形態３）
以下、図７及び図８を用いて、実施の形態３を説明する。なお、実施の形態３は、放熱板１４０の開口１４０ａと、放熱フィン１４２を有している点において、実施の形態１と異なる。以下、異なる点を中心に説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３２】
［３−１．構成］
図７は、実施の形態３における太陽電池モジュール１００の断面図である。図８は、実施の形態３における太陽電池モジュール１００の放熱フィン１４２を説明するための斜視図である。本実施の形態における太陽電池モジュール１００の放熱板１４０は、開口１４０ａと放熱フィン１４２とを備える。開口１４０ａは、放熱板１４０におけるリードフレーム１３１の接触部１３１ａと当接しない位置に一方向（図７のＹ軸方向）に短冊状に設けられる。放熱フィン１４２は、放熱板１４０における、リードフレーム１３１の接触部１３１ａの直下に開口１４０ａに沿って設けられる板状の部材である。放熱フィン１４２は、図面Ｙ軸方向に垂直な断面が略Ｌ字の形状をしており、放熱板１４０に対して垂直な面を有する。これにより放熱部材の表面積を大きくし放熱の効率の向上を図っている。なお、放熱板１４０と放熱フィン１４２は一体で形成しても別体で形成してもよい。
【００３３】
また開口１４０ａに沿って、支持枠１２０と放熱板１４０の間に封止部１６０が配置される。これにより、開口１４０ａを設けた場合でも、外部から水分等が支持枠１２０の内部に侵入することを防いでいる。
【００３４】
［３−２．効果等］
以上のように、本実施の形態における太陽電池モジュール１００の放熱板１４０は、開口１４０ａと放熱フィン１４２とを備える。これにより、集光光学系１１０の出射光の内、光電変換素子１３４に入射しない迷光を外部に放出することができる。また、放熱フィン１４２は放熱板１４０に対して、垂直に設けられている。これにより、太陽電池モジュール１００が太陽光を垂直に入射できる追尾装置に設けられた場合、開口１４０ａから出射する迷光が放熱フィン１４２に当たることを抑制できる。
【００３５】
（他の実施の形態）
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本開示は、レンズ等の集光部材により集光する集光型太陽電池装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  太陽電池モジュール
１１０  集光光学系（集光部材の一例）
１１１  集光レンズ
１２０  支持枠
１２０ａ  側壁
１２０ｂ  底面
１２１  貫通孔
１２１ａ  傾斜面
１２２  ビス孔
１２３  支持部
１３０  光電変換ユニット
１３１  リードフレーム（第１放熱部材の一例）
１３１ａ  接触部
１３１ｂ、１３１ｃ  バネ部
１３２  セラミック基板
１３３  電極
１３４  光電変換素子
１３５  ワイヤ
１３６  配線ワイヤ
１４０  放熱板（第２放熱部材の一例）
１４０ａ  開口
１４１  放熱グリース（第３放熱部材の一例）
１４２  放熱フィン
１５０  ビス（規制部材の一例）
１６０、１６１  封止部
１７０  第２光学系
１７１  第２レンズ
１７２  ガラス基板
１８０  導光部材
【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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