(57)【要約】【課題】発電時の効率低下を防止して発電電力の増大を実現した集光式太陽光発電装置を提供する。【解決手段】平面内に複数のレンズ部３１を形成したレンズ基板３と、平面内にレンズ部３１に対応させて複数の発電セル５１を設けた発電基板４とを備え、発電時に想定される、組立時からの温度変化によるレンズ基板３と発電基板４の平面方向の膨張量の差によるレンズ部３１とこれに対応する発電セル５１の光軸Ｌ１，Ｌ２のずれを相殺する方向へ、予め各レンズ部３１の光軸Ｌ１とこれに対応する各発電セル５１の光軸Ｌ２をずらして組み立てられている。発電セル５１の前面にはこれに光軸を一致させてホモジナイザ５２が設けられてレシーバ５を構成している。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面内に複数のレンズ部を形成したレンズ基板と、平面内に前記レンズ部に対応させて複数の発電セルを設けた発電基板とを備え、発電時に想定される、組立時からの温度変化による前記レンズ基板と前記発電基板の平面方向の膨張量の差による前記レンズ部とこれに対応する前記発電セルの光軸のずれを相殺する方向へ、予め前記各レンズ部の光軸とこれに対応する前記各発電セルの光軸をずらして組み立てられている集光式太陽光発電モジュール。
【請求項２】
前記発電セルの前面にはこれに光軸を一致させてホモジナイザが設けられてレシーバを構成している請求項１に記載の集光式太陽光発電モジュール。
【請求項３】
前記光軸のずらし量を中央から外方へ向けて漸次大きく設定した請求項１又は２に記載の集光式太陽光発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集光式太陽光発電モジュールに関し、特に、発電時の雰囲気温度の影響を排除して十分な発電出力を得ることが可能な集光式太陽光発電モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集光式太陽電池装置は通常、図６に示すように、追尾架台１上に正四角形の平箱状の集光式太陽光発電モジュール（以下、単に発電モジュールという）２を複数設置して構成されている。各発電モジュール２の上面はレンズ基板３となっており、レンズ基板３は、平面視で角型のレンズ部３１が複数隣接して碁盤状に形成されたものである。そして、追尾架台１によって各発電モジュール２のレンズ基板３が常に太陽方向を向くように制御されている。
【０００３】
発電モジュール２の主要部の概略断面図を図７に示す。図７においては、レンズ基板３に形成された各レンズ部３１は半円弧状に上方へ湾曲突出したフレネルレンズとなっており、レンズ基板３の下方にはこれと平行に、発電モジュール２の底壁を構成する発電基板４が位置している。発電基板４はレンズ基板３と同形で、上下方向で同位置にある。
【０００４】
発電基板４上には各レンズ部３１に対応させてレシーバ５が設けられている。レシーバ５は太陽電池セル５１と、その上に立設されて光軸を太陽電池セル５１と一致させた角錐状のホモジナイザ５２とで構成されている。レシーバ５の光軸（すなわち太陽電池セル５１の光軸）Ｌ２は対応する各レンズ部３１の光軸Ｌ１と一致させてあり、各レンズ部３１に入射した太陽光はホモジナイザ５２の直上付近で一旦収束した後、ホモジナイザ５２内に入射してその側面で反射を繰り返して均一化されて太陽電池セル５１に入射し発電電力を生じる。このような発電モジュールの一例は特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２９４０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで上記従来の発電モジュールを実際に発電に使用した場合に発電効率が設計値を下回ることがあり、その原因の究明と解決が求められていた。
【０００７】
そこで、本発明はこのような要請に鑑みたもので、発電時の効率低下を防止して発電電力の増大を実現した集光式太陽光発電装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本第１発明では、平面内に複数のレンズ部（３１）を形成したレンズ基板（３）と、平面内に前記レンズ部（３１）に対応させて複数の発電セル（５１）を設けた発電基板（４）とを備え、発電時に想定される、組立時からの温度変化による前記レンズ基板（３）と前記発電基板（４）の平面方向の膨張量の差による前記レンズ部（３１）とこれに対応する前記発電セル（５１）の光軸（Ｌ１，Ｌ２）のずれを相殺する方向へ、予め前記各レンズ部（３１）の光軸（Ｌ１）とこれに対応する前記各発電セル（５１）の光軸（Ｌ２）をずらして組み立てられている。
【０００９】
本第１発明において、発電時にはレンズ基板は外気温とほぼ同じに、発電基板は集光によって加熱されてレンズ基板より高温になって、両基板の膨張差によってレンズ部の光軸とこれに対応する発電セルの光軸がずれて発電効率が低下する。ここにおいて、本第１発明では、発電時のレンズ部と発電セルの光軸のずれを相殺する方向へ、予め各レンズ部の光軸とこれに対応する各発電セルの光軸をずらして組み立ててあるから、発電時には各レンズ部とこれに対応する各発電セルの光軸が一致する。これにより、発電効率の低下が防止される。
【００１０】
本第２発明では、前記発電セル（５１）の前面にはこれに光軸を一致させてホモジナイザ（５２）が設けられてレシーバ（５）を構成している。
【００１１】
本第２発明においては、発電時のレンズ部とレシーバの光軸のずれを相殺する方向へ、予め各レンズ部の光軸とこれに対応する各レシーバの光軸をずらして組み立てておくことにより、本第１発明と同様の効果が得られる。
【００１２】
本第３発明では、前記光軸（Ｌ１，Ｌ２）のずらし量を中央から外方へ向けて漸次大きく設定する。
【００１３】
本第３発明においては、レンズ基板および発電基板が自由変形可能な場合に、中央から外方まで全てのレンズ部の光軸とこれに対応する発電セルないレシーバの光軸を発電時に一致させることができるから、さらに効率的な発電が実現される。
【００１４】
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の集光式太陽光発電装置によれば、発電時の効率低下を防止して発電電力の増大を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】レンズ基板と発電基板の温度上昇分に対する膨張量を示したグラフである。
【図２】発電ユニットを使用する各外気温における、中心部から周辺部への各部分におけるレンズ基板と発電基板の膨張差を示したグラフおよび基板平面図である。
【図３】本発明を示す発電ユニットの要部概略断面図である。
【図４】本発明の発電ユニットと従来の発電ユニットの発電能力を比較したグラフである。
【図５】本発明の他の例を示す発電ユニットの要部概略断面図である。
【図６】集光式太陽電池装置の全体斜視図である。
【図７】従来の発電ユニットの要部概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００１８】
本実施形態における発電モジュール２（図３参照）の基本構造は既に説明した従来のものと同様である。発電モジュール２を構成するレンズ基板３と発電基板４は通常、熱膨張率の異なる材料で構成されている。例えば、レンズ基板３がアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）で、発電基板４がアルミ合金の場合には、レンズ基板３の熱膨張率（５０×１０-6／Ｋ）が発電基板４の熱膨張率（２４×１０-6／Ｋ）よりも大きい。したがって、レンズ基板３と発電基板４では温度上昇に伴う膨張量が異なる。さらに、発電使用時にはレンズ基板３はほぼ外気と同じ温度になるが、集光によって加熱される発電基板４はレンズ基板３よりも例えば３０℃ほど高くなる。このため、レンズ基板３と発電基板４の膨張量の差（膨張差）は発電モジュール２を使用する時の外気温によって変動する。
【００１９】
より具体的にこれを説明すると、室温２５℃の工場内で組み付けられた発電モジュール２を外気温２５℃で使用した場合には、レンズ基板３の温度上昇分は０℃であるのに対して、発電基板４は集光によって加熱されてその温度上昇分は３０℃となる。また発電モジュール２を外気温３５℃で使用した場合には、レンズ基板３の温度上昇分は１０℃となり、発電基板４は集光によって加熱されるからその温度上昇分は１０℃＋３０℃＝４０℃となる。また、発電モジュール２を外気温４５℃で使用した場合には、レンズ基板３の温度上昇分は２０℃となり、発電基板４は集光によって加熱されるからその温度上昇分は２０℃＋３０℃＝５０℃となる。
【００２０】
この時の膨張差の変動を図１のグラフで説明する。図１中、線ｘはレンズ基板３、線ｙは発電基板４のそれぞれ温度上昇分に対する膨張量を示す。なお、膨張量は２５℃の時の膨張量で規格化してある。発電モジュール２を外気温２５℃で使用した場合には上述のようにレンズ基板３の温度上昇分は０℃、発電基板４の温度上昇分は３０℃であるから、両基板３，４の膨張差はｄ１となる。同様に、発電モジュール２を外気温３５℃で使用した場合にはレンズ基板３の温度上昇分は１０℃、発電基板４の温度上昇分は４０℃であるから、両基板３，４の膨張差はｄ２となる。また、発電モジュール２を外気温４５℃で使用した場合にはレンズ基板３の温度上昇分は２０℃、発電基板４の温度上昇分は５０℃であるから、両基板３，４の膨張差は−ｄ３となる。
【００２１】
また、レンズ基板３や発電基板４のような自由変形可能な四角平板が膨張する場合には、平板の中心部と外周部とでは膨張量が異なり、これに伴って両基板３，４の膨張差も異なってくる。これを図２に示す。図２（１）は発電モジュール２の平面内の各部で外気温によって両基板３，４の膨張差がどのように変化するかを示したもので、上記各部の位置はこれに付された数字が、図２（２）の発電モジュール２の平面図上に示された数字の位置と対応している。これより明らかなように、発電モジュール２の中心では外気温がどのように変化しても両基板３，４の膨張差は生じないのに対し、外気温が２５℃、３５℃、４５℃と変化すると、各外気温における上記膨張差は中心から外周部に向けてその絶対値が次第に大きくなる。
【００２２】
そこで、工場の組立て時には、発電モジュール使用時の典型的な外気温（レンズ基板３の温度）におけるレンズ基板の温度上昇分とその際の集光による発電基板４の温度上昇分を予想して、図３に示すように、上記外気温で生じるレンズ基板３と発電基板４の膨張差を見込んでこれを相殺するように予め各レンズ部３１の光軸Ｌ１よりもレシーバ（すなわち発電セル５１）５の光軸Ｌ２を内方あるいは外方へずらしておく。そしてこの場合、光軸Ｌ１，Ｌ２のずれ量は中心から外周部に向けて次第に大きくしておく。
【００２３】
その効果の一例を図４に示す。図４では、室温２５℃での組立時に各レンズ部３１の光軸Ｌ１とこれに対応する各レシーバ５の光軸Ｌ２を一致させた従来構造の発電モジュール２を、外気温２５℃で使用した時の発電能力を１とした。そして、使用時の外気温を２５℃、集光による発電基板４の温度上昇分を３０℃と想定して、この時の膨張差ｄ１（図１）による光軸Ｌ１，Ｌ２のずれを相殺するように予め各レンズ部３１の光軸Ｌ１よりも各レシーバ５の光軸Ｌ２を内方へずらして（図３参照）組み立てた発電モジュール２を、実際に外気温２５℃、３５℃、４５℃で使用した時の各外気温における発電モジュール２の発電能力を示す。
【００２４】
外気温２５℃で使用した場合には、レンズ基板３の温度は組立時と変わらず、その温度上昇分は０℃である。一方、発電基板４は集光によって加熱されてその温度上昇分は３０℃となる。この時の発電基板４の膨張によって各レシーバ５の光軸Ｌ２が各レンズ部３１の光軸Ｌ１に対して外方へ相対的に移動して、各レンズ部３１の光軸Ｌ１と各レシーバ５の光軸Ｌ２が一致するから、発電能力は最高となり、従来の発電モジュール２の１．０１３倍になる。外気温が３５℃あるいは４５℃で発電モジュール２を使用すると、発電基板４に加えてレンズ基板３も膨張するから、両者の膨張差が外気温２５℃で想定されたものとは異なってくるため、各レンズ部３１の光軸Ｌ１とレシーバ５の光軸Ｌ２は一致しなくなる。しかし、この場合でも、図４より明らかなように、発電能力は気温３５℃で従来の発電モジュールの１．００７倍、気温４５℃で従来の発電モジュールの１．００３倍と大きくなる。
【００２５】
外気温３５℃で発電モジュール２を使用する場合には、想定されるレンズ基板３の温度上昇分は１０℃であり、一方、発電基板４の温度上昇分は３０℃で当該基板４の温度は４０℃になるから、図１を参照すると、この時のレンズ基板３と発電基板４の膨張差ｄ２は小さくなる。したがって、発電モジュール２を組み立てる際に、各レンズ部３１の光軸Ｌ１に対する各レシーバ５の光軸Ｌ２の内方へのずらし量は全体として外気温２５℃で使用する場合よりも小さくしておく。なお、この際にも光軸Ｌ１，Ｌ２のずらし量は中心から外周部に向けて次第に大きくしておく。このように設定することによって、外気温３５℃での使用時にはレンズ基板３および発電基板４の膨張差によって各レンズ部３１の光軸Ｌ１とこれに対応する各レシーバ５の光軸Ｌ２が一致するようになり、効率的な発電が実現される。
【００２６】
外気温４５℃で使用する場合には、想定されるレンズ基板３の温度上昇分は２０℃であり、一方、発電基板４の温度上昇分は３０℃で当該基板４の温度は５０℃になるから、図１を参照すると、この時のレンズ基板３と発電基板４の膨張差Ｄ３は反転しており、レンズ基板３の膨張量の方が発電基板４のそれより大きい。したがって、この場合は発電モジュール２の各レンズ部３１の光軸Ｌ１に対して各レシーバ５の光軸Ｌ２を、図５に示すように外方へずらして組み立てておく。なお、光軸Ｌ１，Ｌ２のずらし量は中心から外周部に向けて次第に大きくしておく。このように設定することによって、外気温４５℃での使用時にはレンズ基板３および発電基板４の膨張差によって各レンズ部３１の光軸Ｌ１とレシーバ５の光軸Ｌ２が一致するようになり、効率的な発電が実現される。
【符号の説明】
【００２７】
１…追尾架台、２…発電モジュール、３…レンズ基板、３１…レンズ部、４…発電基板、５…レシーバ、５１…発電セル、５２…ホモジナイザ、Ｌ１…レンズ部の光軸、Ｌ２…レシーバ（発電セル）の光軸。
【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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