(57)【要約】【課題】  複数の部材を用いた際におけるこれらの部材の光学的な位置を精度よく配置することができる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】  太陽電池モジュールは、第１レンズ、第２レンズ、およびリフレクタが一体成型された集光レンズユニット１を備えている。集光レンズユニット１は、支持基板２に対して接着剤５によって固定されている。接着剤５は、軟質接着剤であり、集光レンズユニット１と支持基板２との界面が滑り可能として配置されている。また、接着剤５には、伝導フィラーが混入されており、太陽電池セル４と支持基板２との間の熱伝導性を高めている。【選択図】  図１
2013080832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の光を集める第１レンズと、前記第１レンズが集めた光を太陽電池セルに集める第２レンズと、前記第１レンズから出射する光を前記第２レンズに向けて反射させるリフレクタと、を備える太陽電池モジュールにおいて、
前記第１レンズ、第２のレンズ、および前記リフレクタが一体成型された集光レンズユニットを備え、
前記集光レンズユニットを支持する支持基板を有し、前記支持基板に前記集光レンズユニットが接着剤によって固定されており、
前記集光レンズユニットにおける前記リフレクタが、前記接着剤と接していることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記太陽電池セルと前記支持基板とが軟質接着剤によって接着されている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記接着剤に伝導フィラーが混入されている請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記支持基板の表面側に前記太陽電池セルが配置されており、
前記支持基板の裏面側における前記太陽電池セルが配置された位置に対応する位置に凹凸部が形成されている請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項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】
本発明は、太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、太陽光などの周囲の光を太陽電池セルで受光して、電気エネルギーに変換する。このため、太陽光などを太陽電池セルに効率よく集めることが求められる。太陽光を効率よく集める太陽電池モジュールとして、従来、太陽光などを集光するための一次レンズと、一次レンズで集光した光を太陽電池セルに案内する二次レンズを備える集光型太陽光発電ユニットがある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この集光型太陽光発電ユニットは、太陽光を集光するための一次レンズに相当する集光レンズと、この集光レンズにより集光された太陽光を太陽電池セルに導く二次レンズに相当する柱状光学部材とを有している。この柱状光学部材の下端面が太陽電池セルに対向するように柱状光学部材が太陽電池セルの真上に立設されており、柱状光学部材と太陽電池セルとが、１０重量％以上のフッ素化シリコーン樹脂を含む封止樹脂によって覆われているというものである。特許文献１に開示された集光型太陽光発電ユニットは、このような構造を有することにより、発電効率の劣化が少なく、さらには、高い耐久性を備えるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０１１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種の太陽電池モジュールにおいて、集光効率を高めるためには、レンズや太陽電池セルなど部材の光学的な位置を精度よくすることが重要となる。しかし、上記特許文献１に開示された集光型太陽光発電ユニットは、集光レンズや柱状光学部材、さらには、太陽電池セルといった複数の部材によって構成されているものの、これらの部材光学的位置を保持する点について考慮されていない。このため、各部材についての光学的位置がずれてしまう可能性があり、集光効率を低くしてしまう可能性があるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、複数の部材を用いた際におけるこれらの部材の光学的な位置を精度よく配置することができる太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係る太陽電池モジュールは、外部の光を集める第１レンズと、第１レンズが集めた光を太陽電池セルに集める第２レンズと、第１レンズから出射する光を第２レンズに向けて反射させるリフレクタと、を備える太陽電池モジュールにおいて、第１レンズ、第２のレンズ、およびリフレクタが一体成型された集光レンズユニットを備え、集光レンズユニットを支持する支持基板を有し、支持基板に集光レンズユニットが接着剤によって固定されており、集光レンズユニットにおけるリフレクタが、接着剤と接していることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、第１レンズ、第２のレンズ、およびリフレクタを備えており、接着剤によって支持基板に固定されて支持されている。これらの第１レンズ、第２のレンズ、およびリフレクタは、一体成型された集光レンズユニットを形成しており、接着剤によっていることから、複数の部材を用いた際におけるこれらの部材の光学的な位置を精度よく配置することができる。
【０００９】
また、太陽電池セルと支持基板とが軟質接着剤によって接着されているようにすることができる。
【００１０】
このように、太陽電池セルと支持基板とが軟質接着剤によって接着されていることにより、太陽電池セルと支持基板とが互いに滑り可能となる。このため、太陽電池セルが取り付けられた集光レンズユニットと支持基板との間で生じる熱収縮差を滑りによって逃がすことができる。したがって、集光レンズユニットの歪みや割れ、ひび割れなどの発生を防止することができ、太陽電池セルにかかるストレスを軽減することができる。
【００１１】
また、軟質接着剤に伝導フィラーが混入されているようにすることができる。
【００１２】
このように、接着剤に伝導フィラーが混入されていることにより、接着剤の放熱性を高めることができる。ここで、接着剤にはリフレクタが接していることから、集光レンズユニットにおける熱について、リフレクタを介して接着剤から好適に放熱することができる。したがって、集光レンズユニットの熱による歪みやひび割れなどを防ぐことができるとともに、集光レンズユニットに取り付けられる太陽電池セルの割れを防止することができる。
【００１３】
さらに、支持基板の表面側に太陽電池セルが配置されており、支持基板の裏面側における太陽電池が配置された位置に対応する位置に凹凸部が形成されているようにすることができる。
【００１４】
このように、支持基板の裏面側における太陽電池セルが配置された位置に対応する位置に凹凸部が形成されていることのより、支持基板における太陽電池セルが配置された位置に対応する位置における熱収縮を緩和することができる。したがって、太陽電池セルの割れやクラックの発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る太陽電池モジュールによれば、複数の部材を用いた際におけるこれらの部材の光学的な位置を精度よく配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの正断面図である。
【図２】集光レンズユニットの正断面図である。
【図３】第２レンズの下端部の拡大正面図である。
【図４】他の集光レンズユニットにおける第２レンズの下端部の拡大図である。
【図５】他の太陽電池セルの側面図である。
【図６】そのセルホルダの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの正断面図である。図１に示すように、太陽電池モジュールは、集光レンズユニット１および支持基板２を備えている。集光レンズユニット１は支持基板２の表面側に搭載されている。集光レンズユニット１と支持基板２とは、アルミフレーム３によって保持されている。
【００１９】
集光レンズユニット１は、図２に示すように、複数の第１レンズ１１および第２レンズ１２を備えている。これらの第１レンズ１１と第２レンズ１２とは、支持基板２に集光レンズユニット１が搭載された搭載方向（レンズ１１，１２の積層方向）に沿って並べられている。また、第１レンズ１１および第２レンズ１２の側方には、リフレクタ１３が配設されている。
【００２０】
集光レンズユニット１は、複数の第１レンズ１１、第２レンズ１２、およびリフレクタ１３が一体成型された一体成型品である。第１レンズ１１および第２レンズ１２は、たとえばポリカーボネートによって構成されており、射出成形によって一体成型されている。また、リフレクタ１３は、銀蒸着層が形成されており、アクリル接着剤によってアルミ材に貼り付けられている。さらに、第２レンズ１２における下端部には、凹部１４が形成されている。また、図３に示すように、第２レンズ１２の下端部に形成された凹部１４には、太陽電池セル４がはめ込まれて収容されている。
【００２１】
他方、図４に示すように、第２レンズ１２における凹部１４に予め太陽電池セル４を埋設しておくこともできる。この場合、図２に示す第１レンズ１１、第２レンズ１２、およびリフレクタ１３とともに太陽電池セル４が一体となって成型され、集光レンズユニットに太陽電池セル４が含まれることとなる。
【００２２】
第１レンズ１１は、支持基板２側（裏面側）が凸となる凸レンズであり、反支持基板２側（表面側）から入射する太陽光などの外部の光を第１レンズ１１の外側に配設されたリフレクタ１３に向けて拡散させる。また、第１レンズ１１によって拡散された光の一部はリフレクタ１３に向けられ、他の一部は第２レンズ１２に向けられる。
【００２３】
第２レンズ１２は、表面側が凸となる凸レンズであり、第１レンズ１１から出射した光、および第１レンズ１１から出射してリフレクタ１３で反射した光を入射し、太陽電池セル４に集める。第２レンズ１２では、支持基板２側の端部において、第２レンズ１２を平面視した中央部分に配置された凹部１４に向けて入射した光を集光する。
【００２４】
リフレクタ１３は、支持フィルムの内側に銀またはアルミが蒸着された光学フィルムを備えており、この光学フィルムが熱伝導性の高い金属板にアクリル接着剤によって貼り合わされてリフレクタ１３が形成されている。リフレクタ１３の内側は、銀またはアルミが蒸着された蒸着面からなる反射率が高い反射面とされており、第１レンズ１１から出射した光を反射させる。また、リフレクタ１３は、反支持基板２側から支持基板２側に向けて幅狭となるテーパを有している。このテーパにより、第１レンズ１１から出射した光を第２レンズ１２に向けて反射させる。
【００２５】
支持基板２は、４層構造となっており、最表面にポリイミド絶縁層が形成され、その下層に銅箔パターン回路が形成されている。また、その下層には、ポリイミド絶縁層が形成されており、その下層にアルミニウム層が形成されている。さらに、最表層のポリイミド絶縁層の表面に絶縁保護層が形成されており、内部には太陽電池セル４を電気的に直列または並列に接続するためのパターン回路が形成されている。
【００２６】
また、支持基板２の裏面側には、機械加工によって選択的に凹凸形状が付与されている。支持基板２の裏面側における第２レンズ１２が配置される位置に対応する位置には、凹凸部２１が形成されている。また、支持基板２は、接着剤５によって第２レンズ１２が接着されている。このため、凹凸部２１は、接着剤５が配置されている領域に存在することとなる。その一方、接着剤５が配置されている領域同士の間、換言すれば、接着剤５が配置された領域以外の領域に対応する支持基板２の裏面側には、平滑部２２が形成されている。
【００２７】
アルミフレーム３は、表面に黒色アルマイト処理がなされている。また、アルミフレーム３は、集光レンズユニット１および支持基板２を挟み込んで支持している。第２レンズ１２における凹部１４に収容された太陽電池セル４は、太陽光などの光を受けて発電する発電素子である。
【００２８】
また、集光レンズユニット１における第２レンズ１２と支持基板２とは、接着剤５によって接着されている。さらに、リフレクタ１３は、その下端部が接着剤５と接している。接着剤５は、グリースまたはゲル状の軟質材料によって構成されている。第２レンズ１２の凹部１４に収容された太陽電池セル４との境界面は、互いに滑り可能となる条件で集光レンズユニット１および支持基板２が配置されている。さらに、集光レンズユニット１と支持基板２との界面も滑り可能として配置されている。
【００２９】
接着剤５としては、軟質材料を用いた接着剤が好適に用いられる。ここで、軟質材料とは、硬度が低い材料である。具体的には、「ＪＩＳ  Ｋ  ６２５３」で定義されるＳｈｏｒｅＡ硬さが７０以下であることが望ましい。さらに、望ましくはＳｈｏｒｅＡ硬さが４０以下である。軟質材料として、具体的には、ＳｈｏｒｅＡ硬さが４０を超え７０以下であるＥＶＡやＰＶＢを挙げることができる。さらに、好適には、ＳｈｏｒｅＡ硬さが４０以下であるシリコーン、ＰＴＶゴム、軟質エポキシなどを挙げることができる。その他、硬質材料としては、ＳｈｏｒｅＡ硬さが７０を超え８５以下であるアクリル、ポリカーボネート、ＰＶＣなどを挙げることができる。
【００３０】
また、接着剤５には、伝導フィラーが混入されている。伝導フィラーとしては金属系またはセラミックス系粒系粉末を用いることができる。接着剤５に混入される伝導フィラーとしては、粒径１０μｍ以下のものが好適に用いられる。
【００３１】
さらに、接着剤５に対する伝導フィラーの体積添加率は、４０％〜６０％の範囲とすることが好適である。金属系の粉末としては、たとえば銅、金、アルミニウムなどを挙げることができる。セラミックス系の粉末としては、アルミナ、窒化アルミナ、シリカ、窒化ケイ素などを挙げることができる。接着剤５に伝導フィラーが混入されていることにより、接着剤５は高放熱特性を有している。
【００３２】
さらに、支持基板２の裏面側には、端子ボックス６が取り付けられている。端子ボックス６は、太陽電池用途であり、バイパスダイオードを備えている。
【００３３】
以上の構成を有する本実施形態に係る太陽電池モジュールにおいては、第１レンズ１１および第２レンズ１２を備えており、第１レンズ１１および第２レンズ１２は、支持基板２に取り付けられる。ここで、第１レンズ１１および第２レンズ１２を支持基板２に取り付ける歳に、精度のよい位置決めが要求される。
【００３４】
この点、本実施形態に係る太陽電池モジュールにおいては、第１レンズ１１、第２レンズ１２、およびリフレクタ１３が集光レンズユニット１として一体成型されている。このため、集光レンズユニット１を支持基板２に精度よく載置するのみで、第１レンズ１１および第２レンズ１２の光学的な位置決めを行うことができる。したがって、第１レンズ１１、第２レンズ１２、およびリフレクタ１３等の複数の部材を用いた際におけるこれらの部材の光学的な位置を精度よく配置することができる。
【００３５】
また、第２レンズ１２における凹部１４には、太陽電池セル４が収容されている。ここで、第１レンズ１１、第２レンズ１２、およびリフレクタ１３が集光レンズユニット１として一体成型されていることから、集光レンズユニット１に歪みが生じやすい。集光レンズユニット１に歪みが生じると、太陽電池セル４にかかるストレスが大きくなり、太陽電池セル４の割れやひび割れの原因となり得る。特に、集光レンズユニット１が支持基板２に強固に固定されていると、集光レンズユニット１と支持基板２との熱収縮差によって集光レンズユニット１に歪みがさらに生じやすくなる。
【００３６】
この点、本実施形態に係る太陽電池モジュールにおいては、集光レンズユニット１における第２レンズ１２およびリフレクタ１３を支持基板２に対して接着する接着剤５として、軟質接着剤が用いられている。このため、接着剤５として軟質接着剤を用いることにより、集光レンズユニット１と支持基板２との界面も滑り可能とされる。このため、集光レンズユニット１と支持基板２との間で生じる熱収縮差を滑りによって逃がすことができる。したがって、集光レンズユニット１の歪みや割れ、ひび割れなどの発生を防止することができ、太陽電池セル４にかかるストレスを軽減することができる。
【００３７】
さらに、第２レンズ１２の凹部１４に収容された太陽電池セル４と支持基板２との間には、接着剤５が介在されていることとなる。このため、太陽電池セル４と支持基板２との間に空気層を挟まないようにすることができるので、太陽電池セル４から支持基板２に対する熱伝導性を高くすることができる。したがって、太陽電池セル４の放熱性、さらには集光レンズユニット１の放熱性を高めることができる。
【００３８】
しかも、接着剤５には、伝導フィラーが混入されている。このため、太陽電池セル４や集光レンズユニット１の放熱性をさらに高めることができる。また、太陽電池セル４は、グリースまたはゲルによって覆われていることとなる。したがって、砂や塵や水分などの外乱から太陽電池セル４を保護することができる。
【００３９】
他方、本実施形態に係る太陽電池モジュールにおいては、リフレクタ１３が接着剤５と接触している。このため、リフレクタ１３を通して集光レンズユニット１の熱を接着剤５、さらには支持基板２に対して伝達することができる。したがって、集光レンズユニット１の放熱性をさらに高めることができる。
【００４０】
また、リフレクタ１３は光学フィルムを金属板に貼り合わせて形成されている。このため、熱伝導性の高い金属板を伝って熱を逃がすことができる。さらに、リフレクタ１３を介して熱を逃がすことにより、伝熱面積が広くすることができ、より効果的に放熱することができる。
【００４１】
他方、リフレクタ１３が接着剤５に接触し、支持基板２まで到達していることにより、リフレクタ１３が支持基板２に支持されて、集光レンズユニット１が傾いたり、ずれたりしないようにすることができる。その結果、配置安定性を高めることができる。さらには、リフレクタ１３が水蒸気バリアフィルムの役割を果たし、太陽電池セル４を水分から守ることができるとともに、砂や塵の侵入を防止することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態に係る太陽電池モジュールでは、支持基板２における裏面側に凹凸部２１が形成されている。この凹凸部２１が形成されていることにより、支持基板２の熱収縮を緩和させることができる。したがって、支持基板２の割れやクラックの発生を防止することができる。また、支持基板２に凹凸部２１が形成されていることにより、集光レンズユニット１との熱収縮差を低減することができる。さらに、凹凸部２１が形成されていることにより、伝熱面積が広くなり、その分効果的に放熱することができる。
【００４３】
また、集光レンズユニット１において、第１レンズ１１と第２レンズ１２との間では、必ず薄肉部が形成されることとなり、薄肉部において、集光レンズユニット１全体の強度不足が生じやすくなる。この点、凹凸部２１は、支持基板２の裏面側における第２レンズ１２が配置される位置に対応する位置に形成されている。このため、強度が不足する部分での支持基板２の厚みを確保することができるので、集光レンズユニット１全体の強度の確保に寄与することができる。
【００４４】
他方、太陽電池セルとしては、図５に示すメカニカルセル４０を用いることもできる。図５に示すメカニカルセル４０は、第１セル４１および第２セル４２を備えている。第１セル４１は、ＩｎＧａＰセルであり、第２セル４２は、Ｓｉセルである。また、第１セル４１の内側には、第１アクリル接着剤層４３が形成され、第２セル４２の内側には、第２アクリル接着剤層４４が形成されている。
【００４５】
第２アクリル接着剤層４４は、支持基板２の表面側でグリース４５によって支持基板２に接着されている。さらに、第１セル４１および第２セル４２は、セルホルダ４６によって保持されている。セルホルダ４６は、石英ガラスによって形成された透明状のものであり、断面略Ｈ字形状をなしている。
【００４６】
セルホルダ４６には、図６に示すように、第１凹部４６Ａおよび第２凹部４６Ｂが形成されており、第１凹部４６Ａに第１セル４１がはめ込まれ、第２凹部４６Ｂに第２セル４２がはめ込まれている。また、セルホルダ４６の両側には、それぞれ反射層４７が形成されている。反射層４７は、銀蒸着によって形成されている。
【００４７】
次に、メカニカルセル４０を有する太陽電池モジュールの製造手順について説明する。太陽電池モジュールとしては、図１に示す太陽電池モジュールにおける太陽電池セル４をメカニカルセル４０に代えたものを製造する。太陽電池モジュールを製造するにあたり、まず、支持基板２におけるメカニカルセル４０を取り付ける複数の部分にグリースを塗布する。次に。グリースを塗布した部分にメカニカルセル４０をレイアップする。
【００４８】
続いて、図示しないワイヤボンディングによってパターン回路とメカニカルセル４０とを結線する。それから、ディスペンサ装置を用いて第１セル４１を覆うようにしてグリースを塗布する。その後、集光レンズユニット１を位置合わせしながら第１セル４１の上に載せ、支持基板２と集光レンズユニット１とを接着させる。
【００４９】
それから、支持基板２の裏面側に端子ボックス６を取り付ける。その後、集光レンズユニット１と支持基板２とを挟むようにしてアルミフレーム３を取り付ける。そして、耐電圧テストを行い、ソーラーシミュレータを用いた出力測定を行う。こうして、太陽電池モジュールが製造される。
【００５０】
メカニカルセル４０におけるセル４１，４２は、アクリル接着剤層４３，４４を形成するアクリル接着剤によってセルホルダ４６に固定されている。ここで、メカニカルセル４０においては、放熱が良好な場合でも集光効果によってセル４１，４２の近傍は、たとえば１００度程度の高温になることがある。この条件下では、アクリル接着剤層４３，４４が軟質化してしまい、セル４１，４２の工学的位置にずれが生じる可能性がある。
【００５１】
この点、セル４１，４２は、セルホルダ４６に形成された凹部４６Ａ，４６Ｂにそれぞれ収容されている。このため、アクリル接着剤層４３，４４に軟質化が生じたとしても、セル４１，４２を所定の位置に留めることができる。したがって、光学特性を維持することができる。
【００５２】
また、セル４１，４２の割れを防ぐためには、セルホルダ４６にはある程度の厚みが求められる。セルホルダ４６が厚くなると、側部からの逃光が発生することが考えられる。この点、セルホルダ４６の側部には、反射層４７が形成されている。この反射層４７により、セルホルダ４６の側部からの逃光を好適に防止することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…集光レンズユニット、２…支持基板、３…アルミフレーム、４…太陽電池セル、５…接着剤、６…端子ボックス、１１…第１レンズ、１２…第２レンズ、１３…リフレクタ、１４…凹部、２１…凹凸部、２２…平滑部、４０…メカニカルセル、４１…第１セル、４２…第２セル、４３…第１アクリル接着剤層、４４…第２アクリル接着剤層、４５…グリース、４６…セルホルダ、４６Ａ…第１凹部、４６Ｂ…第２凹部、４７…反射層。
【図１】
2013080832.tif 000003
【図２】
2013080832.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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