(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽追尾時の発電素子の方向変化に依存せず、常に良好な放熱が可能となる集光型太陽電池の提供。【解決手段】発熱素子１に設けた熱交換手段５を包囲する第一通気路４が、集光型太陽電池の上端に、発電素子１の受光面側に垂直に、延長して設けた第二通気路６と連通しているよう構成することにより、太陽追尾時の発電素子１の方向変化に依存せず、常に良好な放熱が可能となり、設置する経度や時間帯に無関係に、同一の構成にて、高効率で高寿命な集光型太陽電池の提供を可能とする。【選択図】図１
2013004884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を集光する集光レンズと、
前記集光された光を受光する受光面を有する発電素子と、
前記発電素子と前記受光面と異なる面と接触して配置され、第１の端部、及び開口である第２の端部を有する第一通気路と、
前記第一通気路の第１の端部と接続される第３の端部、及び開口である第４の端部とを有し、前記受光面と垂直な方向に、延伸する煙突形状を有する第二通気路とを備え、
前記第一通気路の開口から前記第二通気路の開口まで貫通しており、かつ、前記第一通気路及び前記第二通気路の長さが同じである、
集光型太陽電池。
【請求項２】
前記受光面で前記太陽光を受光するように、前記受光面の角度を変更する追尾機構をさらに備えている請求項１に記載の集光型太陽電池。
【請求項３】
発電素子と、
前記発電素子を冷却するための冷却手段を少なくとも有する集光型太陽電池において、
前記冷却手段は前記発電素子の非受光面側に設けられた空冷方式の冷却機構からなり、
前記冷却機構は熱交換手段と前記熱交換手段を包囲する第一通気路とを有し、
前記第一通気路は前記発電素子の上端の受光面側に受光面に垂直に延長して設けられた第二通気路と連通していることを特徴とする集光型太陽電池。
【請求項４】
前記発電素子は、その受光面側に集光光学系を備え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。
【請求項５】
前記熱交換手段は、拡大伝熱面として放熱フィンを備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の集光型太陽電池。
【請求項６】
前記発電素子に関して、受光面側に透明、平らな、レンズ冷却用第一通気路を有し、
前記レンズ冷却用第一通気路は前記発電素子の上端の受光面側に受光面に垂直に延長して設けられたレンズ冷却用第二通気路と連通して備えていることを特徴とする請求項３から５のいずれか１つに記載の集光型太陽電池。
【請求項７】
前記レンズ冷却用第一通気路の表面は、ＵＶ吸収材料からなる透明材料を備えていることを特徴とする請求項６に記載の集光型太陽電池。
【請求項８】
前記第二通気路は、前記第一通気路と同等長さを有していることを特徴とする請求項３から７のいずれか１つに記載の集光型太陽電池。
【請求項９】
前記レンズ冷却用第二通気路は、前記レンズ冷却用第一通気路と同等長さを有していることを特徴とする請求項３から８のいずれか１つに記載の集光型太陽電池。
【請求項１０】
前記第二通気路と前記レンズ冷却用第二通気路とが連動して同一の通気路を構成していることを特徴とする請求項３から９のいずれか１つに記載の集光型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃに、特許文献１に記載の集光型太陽電池を示す。
【０００３】
図１０Ａは、従来の集光型太陽光電池の構成の模式図である。また、図１０Ｂは、従来の集光型太陽光電池の構成の断面図ある。
【０００４】
図１０Ａ、及び図１１Ｂに示す集光型太陽電池は、発電素子５２と、発電素子への集光のために太陽を追尾させる駆動装置を具備した架台５１と、集光のための屈折式光学系５３と、発電素子５２を冷却するための熱交換器５４と、熱交換器５４に空気を送るための開口５５と、送風路５６と、熱交換器５４から空気を取り出すための開口５７とを備えている。
【０００５】
図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃに示す集光型太陽電池の動作原理を説明する。
【０００６】
発電素子５２は、太陽からの平行光は屈折式光学系５３を通過して集光された太陽光を吸収し、電力及び熱を生成する。発生した熱は、発電素子５２から熱交換器５４に伝わる。
開口５５から流入する空気は、熱交換器５４に伝わった熱と熱交換することで、温められる。暖められた空気は開口５７から流出する。
【０００７】
図１０Ｃは、従来の集光型太陽光電池の構成の断面図である。
【０００８】
図１０Ｃに、風の流れ５８を示す。発電素子５２の受光面側に吹く風５８は、発電素子５２の表面に沿って上方に移動して上縁の開口５５から、発電素子５２の非受光面側の熱交換器５４に送られる。熱交換された空気は、通風路５６を通過して、下縁の開口５７から排出される。
【０００９】
太陽光を追尾しつつ常に、発電素子の熱を通風によって熱交換して冷却することが可能な構成である。
【００１０】
図１１及び図１２に、特許文献２に記載されている、煙突効果を利用した空冷式の冷却機構を備えた太陽電池を示す。
【００１１】
図１１（ａ）に、従来の太陽電池２００の断面図である。太陽電池は、発電素子６４と、基板６１と、基板６１に取り付けられた発電素子６４と、基板６１と平行に取り付けられた板状部品６２と、煙突形状で上下が開口の上昇筒６３と、光吸収材料６５とを備えている。基板６１と板状部材６２の間に挟まれた空間は、上昇筒６３の内部空間とつながっている。
【００１２】
図１１Ｂに、基板６１と板状部材６２とを分離した太陽電池を示す。
【００１３】
放熱のための空気の流れは、上昇筒６３の内部で起こる熱上昇流による圧力差が原動力となり、基板６１と板状部品６２との間に挟まれる空間の周縁部で吸い込まれた外部の空気が加速され、流れによって発電素子６４を冷却した後、上昇筒６３の内部に入り、熱上昇流となって上昇筒６３内部を上昇して、上昇筒６３の開口した上端から排出される。基板６１の中央部分には発電素子６４を取り付けず、光吸収部材６５を配置している。光吸収部材６５は太陽光を吸収し、その熱を空気に伝達するので上昇筒６３の熱上昇流を強める。
【００１４】
図１２Ａには、受光面が水平ではなく、傾斜させて設置する場合である。その場合には、上昇筒６３が傾斜していると熱上昇流の妨げとなるため、常に上昇筒６３が鉛直方向となるように取り付け角度を設定している構成である。図１２Ａでは、傾斜しているために起こり得る空気の流れに不均衡を防止するために、基板６１と板状部材６２の側面に側板６５を取り付けて内部空間の低所側と上昇筒６３の上端のみを開口として、上昇筒６３は高所側の端に複数設けている。図１２Ｂは、図１２Ａの断面図である。
【００１５】
図１２Ｃでは、上昇筒６３の断面が円形ではなく、細長い断面の形状として構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−１７０９７４号公報
【特許文献２】特開２０１１−３５３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、前述した構成の集光型太陽電池の放熱機構にも課題がある。特許文献１の方法では、屈折式光学系５３のある受光面側に吹く風５８を上縁の開口５５から取り込んで、発電素子５２の熱交換器５４に送られ、熱交換後に、通風路５６を通過して、下縁の開口５７から排出される。つまり、受光面側の空気の利用を主眼に構成されている。しかし、風の吹く方向は一定ではない。無風状態では、通風路５６内での熱交換器５４により昇温した空気の密度低下による浮力で、開口部５５から空気は排出される基本構成となっている。それに対して、上記のように受光面側に吹く風が発生した時間帯は、開口部５５で空気の流れが逆転されることになる。一定でない風に多大な影響を受ける放熱用の空気の流れは、そのまま放熱性能を増減させるため欠点となる。また、発電素子への集光のために太陽を追尾させる駆動装置を具備した架台５１によって、通風路５６の角度は可変するため、基本性能である浮力の効果も都度変化する一方、開口５５の風に対する向きも微妙に変化するため、太陽の位置、つまり時間帯によって放熱性能が変化してしまう課題を有する。
【００１８】
特許文献２の方法では、煙突効果は上昇筒６３の性能に依存している。上昇筒６３は常に鉛直方向であることが最適であるため、設置時の発電素子６４等の傾斜に応じて、上昇筒６３の角度は設計時点で決定されており、可変ではない。その結果、太陽への追尾が不可能となる大きな欠点がある。たとえ、太陽光に追尾しない場合であっても、太陽電池を使用する地域の緯度に応じて、設計変更が必要である。また、煙突効果の動力源である昇温した空気は、光吸収部材６５への熱吸収にのみ依存しており、太陽の位置、つまり時間帯とか季節により変わるため、常に一定の煙突効果を得るために光吸収部材６５設置に関するコストが常に必要である。太陽の追尾が不可能な点、使用する地域の緯度毎に最適設計への変更コストが掛かることが、普及への欠点となる可能性がある。
【００１９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、集光型太陽電池の発電素子に関する放熱機構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】
【００２０】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、発熱素子に設けた熱交換手段を包囲する第一通気路が、集光型太陽電池の上端に、発電素子の受光面側に垂直に、延長して設けた第二通気路と連通しているよう構成している。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の集光型太陽電池によれば、太陽追尾時の発電素子の方向変化に依存せず、常に良好な放熱が可能となる。その結果、設置する経度や時間帯に無関係に、同一の構成にて、高効率で高寿命な集光型太陽電池の提供を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１における発電素子の放熱機構の構成を示した図
【図２Ａ】本発明に関する基本構成と特性を解説した図
【図２Ｂ】本発明に関する基本構成と特性を解説した図
【図３Ａ】従来の放熱機構を解説した図
【図３Ｂ】本発明の放熱機構を解説した図
【図４Ａ】従来の放熱機構を解説した図
【図４Ｂ】本発明の放熱機構を解説した図
【図５Ａ】本発明の実施の形態１に関する数値シミュレーションを解説した図
【図５Ｂ】本発明の実施の形態１を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における発電素子の通気路内の流速、温度、圧力の予測値を示した図
【図７】本発明の実施の形態１における発電素子の通気路内の流速、温度、圧力の予測値を示した図
【図８】本発明の実施の形態１における発電素子の通気路内の流速、温度、圧力の予測値を示した図
【図９】本発明の実施の形態１における発電素子の最高温度の予測値を示した図
【図１０Ａ】従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図
【図１０Ｂ】従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図
【図１０Ｃ】従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図
【図１１Ａ】従来の放熱機構の構成を示した図
【図１１Ｂ】従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図
【図１１Ｃ】従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図
【図１２Ａ】従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図
【図１２Ｂ】従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図
【図１２Ｃ】従来の放熱機構を搭載した集光型太陽電池の構成を示した図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における集光型太陽電池システム１００の構成図である。
【００２５】
図１に示す集光型太陽電池システム１００は、複数の発電素子１と、発電素子１の受光面側に配置されている集光レンズ群２と、集光レンズ群２の受光面側に配置されているレンズ冷却用第一通気路３と、レンズ冷却用第一通気路３と接続されているレンズ冷却用第二通気路７と、複数の発電素子１の後面側に配置されている第一通気路４と、第一通気路４と接続されている第二通気路６と、第一通気路４の内部に配置されている放熱フィン５と、追尾機構８とを備える。
【００２６】
集光型太陽電池システム１００から追尾機構８を除いた構成を、太陽電池ユニット１０１とも表記する。
【００２７】
発電素子１は、太陽光を受光し、熱を発生する。発電素子１は、膜の形状である。発電素子１が太陽光を受光する面の方向を「受光面側」、受光面と反対側の面の方向を「後面側」とも表記する。
【００２８】
集光レンズ群２は、太陽光を集光する。発電素子１の受光面側に配置されている複数のレンズ２１で構成されている。
【００２９】
レンズ冷却用第一通気路３は、集光レンズ群２の受光面に配置されている。レンズ冷却用第一通気路３は、レンズ冷却用第二通気路７と接続されている端部３１と、開口である端部３２とを有する。レンズ冷却用第一通気路３の材料は、太陽光を透過する透光性部材である。
【００３０】
レンズ冷却用第二通気路７は、受光面側に延びた煙突形状を有する。レンズ冷却用第二通気路７は、レンズ冷却用第一通気路３と接続されている端部７１と、端部７１の受光面側にあり、かつ、開口である端部７２とを有する。レンズ冷却用第二通気路７は、端部７１から端部７２に向かって、煙突状の形状を有する。煙突形状の断面図は、長方形、又は楕円等である。
【００３１】
レンズ冷却用第一通気路３の開口から入った気体は、レンズ冷却用第一通気路３とレンズ冷却用第二通気路７とを伝搬して、レンズ冷却用第二通気路７の開口から出る。
【００３２】
第一通気路４は、複数の発電素子１の後面に配置されている。第一通気路４は、第二通気路６と接続されている端部４１と、開口である端部４２とを有する。
【００３３】
第二通気路６は、受光面側に延びた煙突形状を有する。第二通気路６は、第一通気路４と接続されている端部６１と、端部６１の受光面側にあり、かつ、開口である端部６２とを有する。第二通気路６は、端部６１から端部６２に向かって、煙突状の形状を有する。煙突形状の断面図は、長方形、又は楕円等である。
【００３４】
第一通気路４の開口から入った気体は、第一通気路４と第二通気路６とを伝搬して、第二通気路６の開口から出る。
【００３５】
第二通気路６は、レンズ冷却用第二通気路７と接触して配置されていても良い。
【００３６】
第一通気路４と第二通気路６とは同等長さを有する。レンズ冷却用第一通気路３とレンズ冷却用第二通気路７とは同等長さを有する。
【００３７】
追尾機構８は、発電素子１の受光面に太陽光が入射するように、太陽電池ユニット１０１の角度を調整する。好ましくは、集光レンズ群２に対して垂直に太陽光が入射するように、太陽電池ユニット１０１の角度を調整する。
【００３８】
か第一通気路４と第二通気路６とにより、発電素子１の傾斜角度が変化しても第一通気路４と第二通気路６の合計での煙突効果を一定に維持することにより、発電素子１の放熱効果を一定に維持できる。その結果、太陽光追尾のために発電素子１の傾斜角度が変化しても常に一定の放熱効果を維持できると共に、放熱により発電素子１の高効率化と寿命向上が実現される。
【００３９】
煙突効果については詳しくは後述するが、太陽光が水平から到達するような時間帯では第一通気路４が鉛直方向にあるため、浮力は最大となる。つまり、発電素子１の熱が放熱フィン５をメインの熱伝達経路として働き効率的に第一通気路４内の空気を昇温することで、第一通気路４の外部の空気との温度差によって生じる浮力が働く。よって、煙突効果と呼ばれる大きな空気の対流が発生可能である。この場合、第二通気路６の方は水平なため、重力方向に垂直なために浮力は発生しない。
【００４０】
逆に、太陽が真上に位置する時間帯では、第一通気路４は水平であり、第二通気路６が垂直となるため、主に第二通気路６にて煙突効果が発生する。この場合に、第一通気路４と第二通気路６が連通している点が重要な構成である。
【００４１】
つまり、浮力の起動源となる熱は主に第一通気路４内で発生するが、連通している第二通気路６にその昇温した空気が移動することで、熱源のない第二通気路６にも容易に大きな煙突効果が発生できるのである。
【００４２】
次に、太陽光が斜め方向に位置する時間帯などでは、第一通気路４と第二通気路６の両方に、傾斜角度に応じた浮力が発生する。その結果、第一通気路４と第二通気路６の合計の浮力によるトータルの煙突効果が得られるため、前述の水平の場合、或いは垂直の場合と同等な煙突効果による放熱効果が得られる。
【００４３】
例えば単純なケースとして、太陽が水平線から斜め４５度上方に位置する場合には、第一通気路４と第二通気路６には、各々には垂直の場合と比して約７０％（ｓｉｎ（４５度））の浮力が発生すると計算される。垂直方向の高さで決まる。よって、両者の合計では約１４０％の浮力となるが、斜めに流れることによる内壁との空気抵抗が若干増加することを勘案しても、４５度の場合にも同等か若干同等以上の浮力による煙突効果が発生できている。つまり、厳密には、太陽光が水平、或いは垂直の場合は最も煙突効果が小さく、斜め４５度の差異に最大となることになる。
【００４４】
次に、実施の形態１における発電素子１の放熱機構の基本原理について説明する。図２Ａ及び図２Ｂに、集光型太陽光電池の発電素子１の大きさと発電効率を示す。図３Ａ及び図３Ｂに、従来の放熱機構と煙突効果による放熱効果の比較を示す。
【００４５】
図２Ａ及び図２Ｂに、集光型太陽電池に関して、集光倍率及び発電素子の温度と、レンズの分割による温度の低減効果の予測とを示している。図２Ａ（ａ）は、１つのレンズに対して１つの発電素子１を有する構成を示す。図２Ａ（ａ）に示す発電素子１は、受光面と平行な方向における１辺について、１０ｍｍの長さを有する。
【００４６】
図２Ａ（ｂ）に、複数のレンズと、複数のレンズのそれぞれと対となる発電素子１とを示す。図２Ａ（ｂ）に示す発電素子１は、１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲の長さを有する。
【００４７】
図２Ａ（ａ）及び（ｂ）について、その場所ごとの素子温度との関係を示している。図２Ａ（ａ）において、太陽光は一点に集光されるため、発電素子１の部分の温度が高くなる。図２Ａ（ｂ）において、太陽光は複数のレンズにより複数の部分に集光される。よって、図２Ａ（ａ）に示す発電素子１の温度に比べて、それぞれの発電素子１の温度は低くなる。発電素子を分割することで各々の発電素子に対する放熱面積が増大し、発電素子１の各温度は低減する。
【００４８】
図２Ｂに、発電素子の温度に対する変換効率（発電効率）の一般的な数値を示す。レンズを分割することで、温度低下が期待できる。その結果として発電素子１の発電効率が上昇する。レンズを分割した場合には、発電素子１のサイズが小さくなるため、使用する材料量が低減できることも加味すれば、コスト低減効果は大きい。発電素子１の温度低減が、寿命の向上も含めて非常に重要である。１辺の大きさが５００μｍを有する発電素子１を用いる場合、１０００倍の集光倍率で太陽光を集光する。１辺の大きさが１００μｍを有する発電素子１を用いる場合、５０００倍の集光倍率で太陽光を集光する。なお、５０００倍の集光倍率とするように、発電素子１のサイズを小さくした場合、発電素子１の単位大きさあたりのエネルギーの量が大きくなるため、発電素子１の温度が低下するとは言えないケースもある。よって、発電素子１の分割による小型化のみではなく、発電素子１への冷却手段を設ける方が好ましい。とするのが好ましい。
【００４９】
図３Ａに、通気路を有さない太陽電池の放熱状態を示す。図３Ｂに、第一の実施形態のように、集光レンズ群２の受光面側に配置されている通気路と、発電素子１の後面側に配置されている通気路とを有する太陽電池の放熱状態を示す。図３Ａ及び図３Ｂともに、太陽光が照射される方向に対して平行な方向における、太陽電池の断面図を示す。また、それぞれの太陽電池の温度分布及び流れ分布を示す。温度分布は、色が濃いほど高い温度であることを示している。
【００５０】
図３Ａに示す太陽電池は、通気路を有さないため、周囲の空気の昇温による浮力によって生じる自然対流に依存して発電素子１が冷却されるため、放熱効果は小さい。また、鉛直方向上方への流れが起きることにより、太陽電池の上方での（後流での）放熱効果の著しく低下する。温度上昇による発電素子の特性の影響が考えられる。
【００５１】
図３Ｂに示す太陽電池は、発電素子の周囲に通気路有する。図３Ｂにおいて、通気路を筒（煙突）と表現している。鉛直方向の最下段と最上段にのみ開口部を有する筒状の通気路を設けることで、顕著な放熱のための煙突効果を有する。
【００５２】
図３Ａに示す流れ分布と図３Ｂに示す流れ分布の比較でもわかるように、大きな上昇気流が発生することによる放熱効果は大きい。
【００５３】
図４Ａに、図３Ａに示す太陽電池の気体の対流を示す。空気の対流に依存しているため、その対流が弱く、放熱効果が小さい。一方、図４Ｂに、図３Ｂに示す太陽電池の気体の対流を示す。筒内に高速対流が発生し、放熱が促進される。
【００５４】
なお、後述のように、通気路内に放熱フィンを流れに沿って設けることで、この高速の上昇気流を活かした大きな放熱効果が得られる。
【００５５】
また、第二通気路６とレンズ冷却用第二通気路７は別々に構成しているが、同一の通気路として構成しても良い。
（シミュレーション結果）
図５Ａに、シミュレーションを行った実施の形態１における発電素子１を示す。図５Ａに示す発電素子１は、１０００倍集光が可能である。
【００５６】
発電素子１は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの面の大きさを有し、０．１ｍｍの厚みを有するである。発電素子１を１６ｍｍ間隔で並べてあるので、集光レンズ群２の内の各集光レンズのサイズは１６ｍｍ×１６ｍｍとなり。集光レンズ群２の厚みは、１６ｍｍである。１，０００倍集光のため、各々の発電素子１に照射されるエネルギーは１，０００ｋＷ／ｍ２となる。発電素子１は縦７個、横７個配列している。太陽電池は、１９２ｍｍ×１９２ｍｍのセルサイズを有する。
【００５７】
図５Ｂに、発電素子１の性能を評価するための数値シミュレーションモデルを示す。
【００５８】
温度計測、及び流速計測の実験が困難となるため、集光型太陽電池の設計と性能評価には数値シミュレーションを使用した。なお、水平方向に７個の発電素子１が並ぶことになるが、計算負荷を低減するため、鉛直方向の一列のみを抽出して、水平方向には周期境界条件で解析を行った（図１参照）。
【００５９】
なお、以下すべて、一列での計算結果を示しているが、３列等の複数列の場合でも同様な結果が得られていることも確認している。数値シミュレーションには、ソフトウェアクレイドル社製ＳＣＲＹＵ／ｔｅｔｒａを使用した。定常解析で、初期条件は全て２０℃として、前述の熱エネルギー相当を各々の発電素子１に加えた。有限体積法の非構造メッシュによる要素数は１，６７０，９０３で、層流条件下で、収束するまで解析を実行した。
【００６０】
図５Ｂに、発電素子１の放熱に寄与する空気の流れを示す。図５Ｂにおいて、第一通気路４は下方端に設けられた開口部から流入して、第二通気路６の左端に設けられた開口部から流出するように境界条件を設定している。
【００６１】
同様に、図５Ｂにおいて、レンズ冷却用第一通気路３は下方端に設けられた開口部から流入して、レンズ冷却用第二通気路７の左端に設けられた開口部から流出するように境界条件を設定している。
【００６２】
以下、シミュレーションに用いた各構成要素の密度（ｇ／ｃｍ3）、比熱（Ｊ／（ｇ・Ｋ））、熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））の条件を説明する。
【００６３】
集光レンズ群２は、密度は１．２（ｇ／ｃｍ3）、比熱は１．５（Ｊ／（ｇ・Ｋ）、熱伝導率は０．２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）と設定している。
【００６４】
発電素子１の密度は１．４２（ｇ／ｃｍ3）、比熱は１．１（Ｊ／（ｇ・Ｋ）、熱伝導率は０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）と設定している。
【００６５】
発電素子１の周辺の部材は、５．４（ｇ／ｃｍ3）、比熱は０．３３（Ｊ／（ｇ・Ｋ）、熱伝導率は４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）と設定している。
【００６６】
放熱フィン５の材料は、８．９（ｇ／ｃｍ3）、比熱は０．３９Ｊ／（ｇ・Ｋ）、熱伝導率は４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）と設定している。
【００６７】
空気は、０．２×１０-3（ｇ／ｃｍ3）、比熱は１．０Ｊ／（ｇ・Ｋ）、熱伝導率は０．０２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）と設定している。
【００６８】
図６に、流速ベクトルの解析結果を示す。色が濃いほど流速ベクトルが大きいことを意味する。図７に、温度分布の解析結果を示す。色が濃いほど温度の高いことを意味する。図８に、圧力分布の解析結果を示す。色が濃いほど圧力が大きいことを意味する。
【００６９】
また、図６から図８において、（ａ）は太陽光線が水平から入射する場合の結果、（ｂ）は太陽光線が４５度斜め上から入射する場合の結果、（ｃ）は太陽光線が鉛直真上からの入射する場合の結果を示す。
【００７０】
図６から図８において、太陽を記載している方向は、太陽光線の入射方向と対応する。
【００７１】
図６（ａ）、図６（ｂ）、及び図６（ｃ）において、変化は小さい。同様に、図７（ａ）、図７（ｂ）、及び図７（ｃ）において、変化は小さい。水平時と同様に、傾斜した場合も、鉛直上向きの場合でも、良好な放熱のための流れ場が発生しており、結果として良好な放熱による温度分布となっていると言える。
【００７２】
図８（ａ）から図８（ｃ）には、差異が観測される。図８（ａ）に示す発電素子１のある第一通気路４では圧力変化が確認される。図８第二通気路６への連通部（９０度に曲がった部分）にて大きな圧力が発生し、その後、第二通気路６でも圧力の変動と勾配が見られた。これは、太陽のエネルギーにより昇温した発電素子の放熱により第一通気路４内が加熱されて浮力が発生して、それが原動力となって第二通気路６まで流れを推進している様子と判断できる。複数並んでいる発電素子から熱を受けて、第一通気路４内では上流から下流に向けて昇温が加速していることからも判断できる。
【００７３】
一方、図８（ｂ）と図８（ｃ）においては、発電素子のある第一通気路４内では圧力分布がなく平坦であり、第二通気路６への連通部及び第二通気路６内も圧力分布が見られない。これは、図８（ａ）の場合と異なって、第一通気路４で発生した昇温した空気が第二通気路６内に流れ込み、一様な温度の下、浮力による煙突効果が第二通気路６と第一通気路４内へと連続して伝播して、スムーズに気流が発生している様子が観測できた。
【００７４】
図７（ａ）から図７（ｃ）における最大温度は、発電素子内で観測され、その値は図中にも記したように各々、最大５１．６℃、最大４５．５℃、最大４６．１℃であった。発電素子の方傾斜にほとんど依存せず、良好な放熱が実現できていると言える。
【００７５】
図９に、図６から図８以外の解析結果を含めて求めた、発電素子サイズと最高温度の関係を示す。図９に、図３Ａ及び図４Ａで示した筒無し構造（通常構造）と、図３Ｂ及び図４Ｂの筒有りの構造、図６から図８に示す筒（第一通気路４及び第二通路）内に放熱フィンを設けた構造の結果を示す。
【００７６】
筒（第一通路、第二通路）による効果に加えて、放熱フィンの効果が有効に使用できていることが分かる。なお、放熱フィンは、各々の発電素子の両端に約１ｍｍ厚さのアルミ製のものを第一通路内に流れに沿って設けているが、本数を増加させることによって、より大きな放熱効果も期待される。
【００７７】
なお、第一通気路４、および第二通気路６の厚さも重要なパラメータであるが、ここでは実装上の都合から２５ｍｍの例を計算している。
【００７８】
さらに、発電素子１の受光面側に設けたレンズ冷却用第一通気路３の効果は、図７（ａ）から図７（ｃ）からも分かるように、第一通気路４と比較して小さい。ただ、実装上は発電素子１の受光面の耐久性を向上させるため、或いは汚れを防止させるために、透明材料からなるレンズ冷却用第一通気路３が設置されることが多い。この際に、レンズ冷却用第一通気路３には、紫外線（ＵＶ）吸収材料を使用することも有効である。集光レンズ群２には、樹脂製（ポリカーボネート製）を使用することが多く、この場合には、４００ｎｍ以下は透過しない性質があり、特に３００ｎｍ付近の波長によるダメージが懸念される。そのために、レンズ冷却用第一通気路３にて熱として吸収しておくことで、レンズ冷却用第一通気路３の煙突効果に役立てると共に、集光レンズ群２の耐久性の向上に効果がある。なお、第一通気路４の性能への影響は変わらなく、十分な放熱特性は維持される。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明にかかる集光型太陽電池は、太陽光追尾のために発電素子の傾斜角度が変化しても常に一定の放熱効果を維持できると共に、放熱により発電素子の高効率化と寿命向上が実現されるので、集光型対応電池の発電素子の放熱機構として有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１、５２、６４  発電素子
２  集光レンズ群
３  レンズ冷却用第一通気路
４  第一通気路
５  放熱フィン
６  第二通気路
７  レンズ冷却用第二通気路
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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