(57)【要約】      （修正有）【課題】筐体と集光レンズユニットに囲まれた空間に進入した水分を該筐体を構成する底板の内面において、該水分の自重のみにより流下し且つ外部に排水し得る集光型太陽光発電モジュールを提供する。【解決手段】平面視が矩形の底板６および底板６の四辺から立設した側壁８からなる金属製の筺体５と、底板６の内面６ａに配置された複数の太陽電池素子１４と、筺体５における四辺の側壁８に取り付けられ且つ上記底板６に対向する集光レンズユニット９とを備え、上記筺体５の底板６の内面には、該内面の上空ＳＫ側の上辺から地表ＧＬ側の下辺に向かって多数の微細な凹凸が平行に刻設されており、該凹凸の水平方向に沿った表面粗さＲａは、１μｍ以下である、集光型太陽光発電モジュール４。【選択図】図３
2013149721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の底板および該底板の四辺から立設した側壁からなる金属製の筺体と、
上記底板の内面に配置された複数の太陽電池素子と、
上記筺体における四辺の側壁に取り付けられ且つ上記底板に対向する集光レンズユニットとを備え、
上記筺体の底板の内面には、該内面の上空側の上辺から地表側の下辺に向かって多数の微細な凹凸が平行に刻設されている、
ことを特徴とする集光型太陽光発電モジュール。
【請求項２】
前記筺体における底板の内面に刻設された凹凸の水平方向に沿った表面粗さ（Ｒａ）は、１μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の集光型太陽光発電モジュール。
【請求項３】
前記筺体における底板の地表側には、該底板の内面と外面との間を貫通する水抜き用の小孔が形成されている、
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モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の太陽電池素子を配置した底板および該底板の四辺から立設した側壁からなる金属製の筐体と、該筐体の開口部側に上記底板と対向して取り付けられた集光レンズユニットとを備えた集光型太陽光発電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
集光型太陽光発電装置は、地表に立設された支柱と、該支柱の上端部に設けられ、日の出から日没までに上空を移動する太陽を追尾するべく、ほぼ経度方向に沿って旋回可能で且つ緯度方向に沿って傾動可能な旋回および傾動機構と、該機構を介して上記支柱の上端側に旋回および傾動可能に取り付けられた格子枠状の架台と、該架台の格子部ごとに取り付けられた複数の集光型太陽光発電モジュールとから構成されている。
上記集光型太陽光発電モジュールは、例えば、平面視が長方形の底板および該底板の周囲から立設した四辺の側板からなる筐体と、上記底板の内面に取り付けられた複数の太陽電池素子と、上記側板の開口部において底板と対向して取り付けられた複数の集光レンズを併設した樹脂製の集光レンズユニットとから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、前記のような筺形状の集光型太陽光発電モジュールの場合、筐体に設けた通気孔、あるいは該筐体の側板同士間や側板と集光レンズとの接続部などから雨水が、筐体と集光レンズユニットとに囲まれた中空部に進入する。該中空部に進入した水分は、筐体における底板の地表側に近い下辺側に流下することなく、表面張力によって底板の内面に付着する。そのため、係る水分が中空部内の温度上昇と共に蒸発した際、集光レンズ付近で冷却され、該レンズの内面に付着して結露（水）となる。係る結露が集光レンズの内面に付着することで、底板の内面に配置された太陽電池素子に太陽光が届きにくくなるため、太陽光発電の支障になる、という問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００９／１２８４２２号公報（図２，３，７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、筐体と集光レンズユニットに囲まれた空間に進入した水分を該筐体を構成する底板の内面において、該水分の自重のみにより流下し且つ外部に排水し得る集光型太陽光発電モジュールを提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、集光型太陽光発電モジュールを構成する金属製の筐体における底板の内面にいわゆるヘアライン加工を垂直方向に沿って形成する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の集光型太陽光発電モジュール（請求項１）は、矩形の底板および該底板の四辺から立設した側壁からなる金属製の筺体と、上記底板の内面に配置された複数の太陽電池素子と、上記筺体における四辺の側壁に取り付けられ且つ上記底板に対向する集光レンズユニットとを備え、上記筺体の底板の内面には、該内面の上空側の上辺から地表側の下辺に向かって多数の微細な凹凸が平行に刻設されている、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、前記筺体を構成する底板の内面には、該底板の上空側の上辺から地表側の下辺に向かって多数の微細な凹凸が平行に刻設されている。そのため、該筐体と前記集光用レンズユニットとに囲まれた中空部に進入した水滴や湿気などの水分は、上記底板の内面に付着した際に、該水分の自重により、該内面の上空側の上辺から地表側の下辺に向かって平行に刻設された多数の微細な凹凸に沿って地表側に流下する。その結果、上記水分や水滴が蒸発して付着することに伴う上記集光用レンズユニットの内面における曇り（結露）が阻止されるので、安定した太陽光発電を連続して行うことが可能となる。
しかも、前記底板の内面にのみ前記微細な凹凸を刻設する所謂ヘアライン加工などを行い且つ該底板の下辺側に後述する排水用の小孔を形成するのみで良いため、低コストで長期にわたり安定した排水機能が得られると共に、前記筐体の中空部内におけるスペースを太陽光発電専用のために活用することができる。
【０００８】
尚、前記底板は、平面視が矩形（正方形あるいは長方形）の金属板である。該底板は、発電時において太陽光に対し概ね直角の姿勢に保たれるように、集光型太陽光発電モジュールと共に、その姿勢が制御される。
また、 前記筐体は、底板の四辺から直角に曲折した単一の側壁からなる形態のほか、底板の周辺に隣接する垂直な内面と側壁の下辺に隣接する水平な内面とからなる断面逆Ｌ字形状の段部を介在させる形態も含まれる。該形態の段部における水平な内面に対しても前記凹凸を上空側から地表側に向けて刻設しても良い。
更に、前記筺体を構成する金属は、前記凹凸が形成可能な金属板であれば、特に材質を問わないが、耐食性、加工性、軽量さ、および強度などの観点からアルミニウム合金板（例えば、Ａ５０５２（Ａｌ−Ｍｇ系））、あるいはステンレス鋼板（例えば、ＳＵＳ３０４）が好適に使用される。
【０００９】
また、前記集光用レンズユニットは、例えば、ドーム型のフレネルレンズを平面視で縦横に複数個隣接して格子状に配列したものであり、アクリル樹脂の一体成形物からなる。但し、上記レンズユニットにおける複数個のフレネルレンズは、筐体の底板における内面に配置される複数の太陽電池素子の配列パターンに対応して、上記格子状のほか、千鳥状に配列される形態としても良い。
更に、前記凹凸は、所謂ヘアライン加工（一方向に沿って毛髪ほどの細かい筋状の傷を多数つける表面処理加工の一種、例えばブラシによる傷付けで施され、光沢抑制の効果もある）にて平行に形成された多数の微細な凹溝と凸条からなる。
加えて、前記筺体を含む集光型太陽光発電モジュールは、地面に立設された支柱の上端部において、経度方向に旋回可能で且つ緯度方向に傾動可能な旋回および傾動機構に支持された複数の桁などからなる枠体に複数個が縦横に隣接して支持され、日の出から日没までの太陽が移動する軌跡を追尾することにより、太陽光を前記太陽電池素子により電流に変換して発電するもの（単位装置）である。
【００１０】
また、本発明には、前記筺体における底板の内面に刻設された凹凸の水平方向に沿った表面粗さ（Ｒａ）は、１μｍ以下である、集光型太陽光発電モジュール（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記筐体と集光用レンズユニットとに囲まれた中空部内に進入した水滴や湿気などの水分が、上記底板の内面に付着した際、該水分の表面張力による安定した付着を阻止し、且つ速やかに該水分の自重により、該内面の上空側から地表側に向かって容易に流下させることが容易となる。
尚、前記表面粗さ（Ｒａ：中心線平均粗さ）が１μｍを超えると、上記内面の凹凸が顕在化して、付着した水分が表面張力により地表側へ流下しにくくなるので、係る範囲を除いたものである。上表面粗さ（Ｒａ）の下限値の範囲は、前記凹凸の加工性などの観点から０．０５μｍ、望ましくは０．１μｍ以上である。
【００１１】
更に、本発明には、前記筺体における底板の地表側には、該底板の内面と外面との間を貫通する水抜き用の小孔が形成されている、集光型太陽光発電モジュール（請求項３）も含まれる。
これによれば、前記底板の内面を上空側から地表側に向かって流下した水滴を上記小孔から外部に排水できるので、前記筐体と集光用レンズユニットとに囲まれた中空部内に水分を留めることなく、自動的に外部へ排水することができる。
尚、上記水抜き用の小孔は、少なくとも１個で良いが、底板における地表側の下辺に沿って複数個を穿孔しても良い。また、該小孔の内径は、任意に設定できるが、昆虫などの小動物の進入を防ぐため、約２ｍｍ以下とするのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の集光型太陽光発電モジュールを含む集光型太陽光発電装置の正面図。
【図２】単一の上記集光型太陽光発電モジュールを斜視図。
【図３】図２中のＶ−Ｖ線の矢視に沿った上記発電モジュールの断面図。
【図４】図３中の白抜きの矢印の視角Ｘに沿った上記発電モジュールを構成する筐体の平面図。
【図５】図４中のＹ−Ｙ線の矢視に沿った上筐体の断面図。
【図６】凹凸を刻設した底板の内面に滴下した水滴の濡れ方を示す模式的図面。
【図７】比較例の底板の平坦な内面に滴下した水滴の濡れ方を示す模式的図面。
【図８】前記筐体を構成する底板の内面における水滴の流下試験を示す概略図。
【図９】上記水滴の流下試験の状態を示す説明図。
【図１０】実施例および比較例の底板による上記流下試験の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明による複数の集光型太陽光発電モジュール（以下、単に発電モジュールと称する）４を含む集光型太陽光発電装置１の正面図、図２は、単一の発電モジュール４を示す斜視図、図３は、図２中のＶ−Ｖ線の矢視に沿った全発電モジュール４の断面図である。
上記集光型太陽光発電装置１は、図１に示すように、地表ＧＬに立設した支柱２と、該支柱２の上端部に取り付けられた図示しない旋回機構および傾動機構と、該機構に支持され且つ複数の桁などを格子状に枠組みした枠体３と、該枠体３に縦横に隣接して支持された複数の発電モジュール４とを備えている。
尚、上記旋回機構および傾動機構は、枠体３と発電モジュール４を、図１中の実線の矢印で示す経度方向に旋回可能で且つ図１中の破線の矢印で示す緯度方向に傾動可能としている。これにより、日の出から日没まで間に太陽が移動する軌跡を各発電モジュール４が追尾して、各発電モジュール４内に配置した後述する複数の太陽電池素子により太陽光を電流に変換して発電させることができる。
【００１４】
また、個々の発電モジュール４は、図２および図３に示すように、平面視が正方形（矩形）の底板６と、該底板６の四辺から立設した側壁８からなる金属製の筺体５と、上記底板６の内面６ａ上に配置された複数の太陽電池素子（セル）１４と、上記筺体５における四辺の側壁８の開口部側に取り付けられ且つ上記底板６に対向する集光レンズユニット９とを備えている。
前記筐体５は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼板の薄板を折り曲げ加工したもので、四辺の側壁８ごと上端には、複数の円弧縁８ａが連続して形成されている。係る円弧縁８ａは、次述する集光レンズユニット９のうち、最外側に位置するフレネルレンズ９ａごとの端縁の形状に対応したものである。
更に、前記集光レンズユニット９は、ドーム型を呈する複数のフレネルレンズ９ａを平面視で縦横に隣接させて格子状に配列したアクリル樹脂の一体成形物である。但し、上記複数のフレネルレンズ９ａの配列は、底板６の内面６ａに配置される複数の太陽電池素子１４の配列パターンに応じて、上記格子状のほか、平面視で千鳥状に配列したパターンなどにしても良い。
【００１５】
図３に示すように、筐体５の底板６における内面６ａ上には、平面視で中央に太陽光が通過する貫通孔１１を有する遮光板１２と、該貫通孔１１の下側に垂設された逆角錐形状のホモジナイザ１３と、該ホモジナイザ１３の下端に接する太陽電池素子１４と、以上の各構成要素を支持する座板１５とからなる発電ユニットが平面視で格子状に配置されている。尚、上記太陽電池素子１４と座板１５との間には、図示しない第１リード電極および第２リード電極が配設されている。また、図３中の細い斜めの矢印は、太陽光を示している。
また、前記筐体５は、図３と、図３中の白抜き矢印の矢視Ｘに沿った図４の平面図と、図４中のＹ−Ｙ線の矢視に沿った図５の断面図とで示すように、平面視が正方形の底板６は、該底板６の周辺に段部７を介して四辺の側壁８と接続されている。係る段部７は、水平な内面７ａと垂直な内面７ｂとからなり、隣接する発電モジュール４，４の段部７，７同士の間に形成される空間には、前記枠体３の各格子を構成する縦部材（垂木）が挿入される。
【００１６】
図４の平面図で示すように、底板６の内面６ａと段部７の水平な内面７ａとには、該底板６の上空ＳＫ側の上辺から地表ＧＬ側の下辺に向かって、多数の微細な凹凸ＨＬが平行に刻設されている。該凹凸ＨＬは、いわゆるヘアライン加工（一方向に沿って毛髪ほどの細かい筋状の傷を多数つける表面処理加工の一種、例えば、ブラシによる傷付けで施され、光沢（つや）消しの効果も含まれる）によって互いに平行に形成された多数の微細な凹溝と凸条とからなる。図４中で示すように、当該凹凸ＨＬと直交する水平方向に沿った表面粗さ（Ｒａ）は、１μｍ以下、望ましくは、０．１〜０．８μｍの範囲にあることが望ましい。係る表面粗さ（Ｒａ）が１μｍを超えると、凹凸が顕著化して後述する水滴の表面張力が大きくなり過ぎる傾向があるため、係る範囲を除いたものである。
図３〜図５に示すように、底板６の地表ＧＬ側の下辺には、該底板６の内面６ａと外面６ｂとの間を貫通する水抜き用の小孔１０が複数個形成されている。
【００１７】
以上のような発電モジュール４によれば、前記筺体５を構成する底板６の内面６ａと段部７の水平な内面７ａとには、該底板６の上空Ｓ側の上辺から地表ＧＬ側の下辺に向かって多数の微細な凹凸ＨＬが平行に刻設されているので、該筐体５と集光用レンズユニット９とに囲まれた中空部内に進入した水分や水滴は、上記底板６の内面６ａや段部７の内面７ａに付着した際に、表面張力で安定した付着状態が得られず、当該水滴の自重によって、内面６ａの上空ＳＫ側の上辺から地表ＧＬ側の下辺に向かって平行に刻設された多数の微細な凹凸Ｈに沿って流下する。その結果、流下した水滴は、複数の前記小孔１０から本発電モジュール４の外部へ自動的に排水される。従って、上記水分や水滴が蒸発して付着し且つ冷却することに伴う前記集光用レンズユニット９の各レンズ９ａ内面での結露による曇りが阻止されるので、安定した太陽光発電を行うことが可能となる。
【００１８】
しかも、前記底板６の内面６ａと段部７の内面７ａにのみ前記微細な凹凸ＨＬを刻設する所謂ヘアライン加工などを行い、且つ底板６の下辺側に水抜き用の小孔１０を形成することにより、低コストで且つ長期にわたり安定した排水機能が得られると共に、前記筐体５の中空部を太陽光発電専用として有効に活用できる。
尚、水抜き用の小孔１０は、段部７の内面７ｂを含む壁面にも更に開設しても良い。また、前記凹凸ＨＬは、段部７の垂直な内面７ｂにも刻設することにより、底面６の内面６ａと段部７の内面７ａ，７ｂとの全面に設けた形態としても良い。
【００１９】
以下のおいて、本発明の発電モジュール４に用いた実施例の底板６と比較例の底板（６）について説明する。
予め、同じ展伸用アルミニウム合金（Ａ５０５２）からなり、平面視が４０ｃｍ×４０ｃｍで且つ厚みが４ｍｍと共通の２０枚の金属薄板を用意した。
上記２０枚の金属薄板を１０枚ずつのグループに分け、一方のグループの片面（内面６ａ）には、回転する円筒形の極細のブラシを回転させつつ同じ圧力で一辺側から対向する他辺側に向かって移動させるブラッシングによるヘアライン加工を施し、上記移動方向と直交する方向の表面粗さ（Ｒａ）を０．９μｍ（１μｍ以下）とした多数の凹凸ＨＬを平行に刻設して、実施例の底板６とした。
残り１０枚の金属薄板のグループに対しては、何ら加工も施さずに、比較例の底板（６）とした。
【００２０】
先ず、実施例と比較例の各１枚ずつの水平な底板６の内面６ａ上に、１ｃｃの水を個別に垂らした際における各例ごとの濡れ方のパターンを顕微鏡で観察した。
その結果、実施例の凹凸ＨＬが刻設されていた内面６ａでは、図６の拡大平面図で示すように、凹凸ＨＬのライン方向に沿って平面視で長円形状の水滴となった。一方、比較例の平坦な内面（６ａ）では、図７の拡大平面図で示すように、平面視でほぼ円形状の水滴となった。
以上の水滴の塗れた方のパターンによって、多数の前記凹凸ＨＬが平行に刻設された内面６ａでは、同じ容積の水滴であっても、該水滴の表面張力を凹凸ＨＬの各ライン方向に沿って低下させ得ることが確認できた。
【００２１】
次いで、図８に示すように、前記１０枚ずつの実施例および比較例の底板６を前者の内面６ａを上向きとして、地表ＧＬに対し傾斜角度θで１０度、２０度、および３０度にして保持し、それぞれ傾斜角度θにおいて、一定の位置および一定の高さに配置したノズルｎから滴下した水滴ｗ１が、図９に示すように、どの程度の水量ｗ２にまで増えると地表ＧＬ側に向かって流下し始めるかを測定し、各例ごとの平均値を算出した。それらの結果を図１０のグラフで示した。
図１０のグラフに示すように、実施例の底板６では、傾斜角度θ１０度では約０．２３ｍｌ、傾斜角度θ２０度では約０．１２ｍｌ、傾斜角度θ３０度では約０．０９ｍｌの水滴量ｗ２でそれぞれ地表ＧＬ側に流下していた。
一方、比較例の底板（６）では、傾斜角度θ１０度では約０．４３ｍｌ、傾斜角度θ２０度では約０．２３ｍｌ、傾斜角度θ３０度では約０．１７ｍｌと、それぞれ実施例の約２倍の水滴量ｗ２に達した時点で地表ＧＬ側に流下していた。
【００２２】
以上のような結果から、実施例の底板６のように内面６ａに前記微細な凹凸ＨＬを上空ＳＫ側の上辺から地表ＧＬ側の下辺に向かって平行に刻設することで、付着した水滴ｗ１，ｗ２を表面張力を抑制し且つ比較的少ない水滴量でもスムースに地表ＧＬ側に流下させ得ることが立証された。
従って、前記凹凸ＨＬを内面６ａなどに設け且つ該内面６ａの地表ＧＬ側の下辺に水抜き用の小孔１０を設けた筐体５を含む本発明による前記発電モジュール４の優位性が確認された。
【００２３】
本発明は、以上において説明した形態に限定されるものではない。
例えば、前記筐体は、少なくとも内面となる片面に前記表面粗さＲａを刻設できる金属板であれば、特に限定されず、耐候性および強度に優れた各種のアルミ合金板、ステンレス鋼板、あるいはＴｉ合金板などを適用することができる。
また、前記筐体は、四辺の側壁が底板の周辺から直角に曲折した単一の垂直面からなる形態であっても良い。
更に、前記筐体は、平面視で底板が長方形を呈し、これに応じた長さの異なる一対のずつの側壁を上記底板の周辺から立設した形態としても良い。
加えて、前記集光型レンズユニットにおいて複数個が併設された集光レンズは、前記ドーム型フレネルレンズに限らず、凸レンズやその他の集光可能な複数のレンズからなる形態としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によれば、筐体と集光レンズユニットに囲まれた空間に進入した水分を該筐体を構成する底板の内面に付着させず、該水分の自重のみにより流下し且つ外部に確実に排水させ得る集光型太陽光発電モジュールを確実に提供できる。
【符号の説明】
【００２５】
１……集光型太陽光発電装置
４……集光型太陽光発電モジュール
５……筐体
６……底板
６ａ…底板の内面
６ｂ…底板の外面
８……側壁
９……集光型レンズユニット
１０…小孔
１４…太陽電池素子
ＨＬ…凹凸
ＳＫ…上空
ＧＬ…地表
【図１】
2013149721.tif 000003
【図２】
2013149721.tif 000004
【図３】
2013149721.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013149721.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013149721.tif 000009
【図８】
2013149721.tif 000010
【図９】
2013149721.tif 000011
【図１０】
2013149721.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月22日(2012.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記筺体における底板の内面に刻設された凹凸の方向と直交する水平方向に沿った表面粗さ（Ｒａ）は、１μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の集光型太陽光発電モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明には、前記筺体における底板の内面に刻設された凹凸の方向と直交する水平方向に沿った表面粗さ（Ｒａ）は、１μｍ以下である、集光型太陽光発電モジュール（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記筐体と集光用レンズユニットとに囲まれた中空部内に進入した水滴や湿気などの水分が、上記底板の内面に付着した際、該水分の表面張力による安定した付着を阻止し、且つ速やかに該水分の自重により、該内面の上空側から地表側に向かって容易に流下させることが容易となる。
尚、前記表面粗さ（Ｒａ：中心線平均粗さ）が１μｍを超えると、上記内面の凹凸が顕在化して、付着した水分が表面張力により地表側へ流下しにくくなるので、係る範囲を除いたものである。上表面粗さ（Ｒａ）の下限値の範囲は、前記凹凸の加工性などの観点から０．０５μｍ、望ましくは０．１μｍ以上である。