JP2000077698A - 集光追尾式発電装置及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単且つ迅速に、しかも低コストで組み立てる
ことができ、更に長期のメンテナンスフリー期間を実現
できる集光追尾式発電装置及びその組立方法を提供す
る。 【解決手段】ダボ５６が形成されたヒートスプレッダ５
０に保持されたソーラーセル５２を含むセルアセンブリ
４０と、このセルアセンブリ４０が収納されるベースパ
ネル２２であって、ダボ５６が挿入される穴２２０が形
成されたベースパネル２２と、セルアセンブリ４０から
ベースパネル２２を介して伝導される熱を放散するヒー
トシンクパネル２３であって、ダボ５６が挿入される穴
２３０が形成されたヒートシンクパネル２３、とを有
し、ベースパネル２２及びヒートシンクパネル２３の各
穴２２０及び２３０にヒートスプレッダ５０に形成され
たダボ５６が貫通されてカシメられることによりベース
パネル２２にセルアセンブリ４０及びヒートシンクパネ
ル２３が固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽を追尾しなが
ら集光することにより太陽光エネルギーを電気エネルギ
ーに変換する集光追尾式発電装置及びその組立方法に関
し、特に集光追尾式発電装置に使用される複数の部品を
結合する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽光発電システムとして、平板
式発電システムと集光追尾式発電システムとが知られて
いる。平板式発電システムは、例えば家屋の屋根に平面
的に配列された太陽電池パネルから電力を取り出すよう
に構成されている。この平板式発電システムでは、光電
変換を行うためのソーラーセルは固定的に配置されてい
るので、太陽の方位及び仰角によっては太陽光の多くが
ロスされ、実質の有効発電時間が短いという欠点があ
る。

【０００３】一方、集光追尾式発電システムは、上下左
右に回動可能なフレーム上に、レンズを備えたソーラー
セルが複数個配置されて構成される発電ユニットを備え
ている。そして、太陽位置センサからの信号に従ってフ
レームが駆動されることにより、発電ユニットが常に太
陽に垂直に対向するように制御される。従って、太陽光
はレンズに垂直に入力され、該レンズによって集光され
てソーラーセルの受光面上に結像する。これにより、ソ
ーラーセルで光電変換が行われ、以て発電が行われる。
この集光追尾式発電システムでは、ソーラーセルに対し
て太陽光の入射角が常にゼロ又はその近傍の値になるよ
うに制御されるので、太陽光が存在する限りは発電が行
われる。このため、実質の有効発電時間が長くなるとい
う利点がある。

【０００４】このような従来の集光追尾式発電システム
の発電ユニットの部分的な構成を図６に示す。この発電
ユニットは、セルアセンブリ１００、ベースパネル１１
０、ヒートシンクパネル１２０及びレンズ１３０といっ
た各部品から構成されている。

【０００５】セルアセンブリ１００は、熱を拡散するた
めのヒートスプレッダ１０１上に、電極パターンが形成
された例えばセラミックの基板１０２が接着され、その
上にソーラーセル１０３が固着されることにより一体に
構成されている。ヒートスプレッダ１０１の形状は矩形
であり、その四隅には、このセルアセンブリ１００をベ
ースパネル１１０に取り付けるためのねじ穴１０４が形
成されている。なお、このセルアセンブリ１００からは
電極リードが引き出されているが、図示は省略してあ
る。

【０００６】このセルアセンブリ１００の上方にはレン
ズ１３０設けられており、太陽光はこのレンズ１３０に
より集光されてソーラーセル１０３の受光面に導かれ
る。ベースパネル１１０は、この集光追尾式発電システ
ムの外側筐体の一部を構成する。このベースパネル１１
０には、セルアセンブリ１００を取り付けるための穴１
１１が形成されている。また、ヒートシンクパネル１２
０は、セルアセンブリ１００で発生された熱を外部に放
散させるために設けられている。このヒートシンクパネ
ル１２０には、このヒートシンクパネル１２０をベース
パネル１１０に取り付けるための穴１２１が形成されて
いる。

【０００７】発電ユニットは、上記のように構成される
セルアセンブリ１００、ベースパネル１１０及びヒート
シンクパネル１２０がネジ１４０によって結合されるこ
とにより組立られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の集光追尾式発電
システムの発電ユニットは、上述したように構成されて
いるので、次のような問題がある。即ち、セルアセンブ
リ１００、ベースパネル１１０及びヒートシンクパネル
１２０といった三者をネジ止めする場合に、それぞれの
穴の位置合わせのために多くの労力を必要とし、しかも
ネジ止め箇所が多い（４箇所／セルアセンブリ）ので、
組立に時間がかかる。また、ネジ止め部分には、例えば
塵や水の進入を防ぐためのシーリング処理、また長期間
のメンテナンスフリーを実現するためのネジの緩み止め
処理等を施す必要があるので、これらの処理剤が必要に
なると共に組立に時間がかかる。更に、ネジという部品
が必要であるのでトータルコストが高くなる。

【０００９】本発明は、このような諸問題を解決するた
めになされたものであり、その目的は、簡単且つ迅速
に、しかも低コストで組み立てることができ、更に長期
のメンテナンスフリー期間を実現できる集光追尾式発電
装置及びその組立方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様に係
る集光追尾式発電装置は、上記目的を達成するために、
太陽を追尾しながら集光された光を光電変換することに
より発電する集光追尾式発電装置であって、突起部が形
成された板状部材と、該板状部材に保持されたソーラー
セルとを含むセルアセンブリと、該セルアセンブリが収
納される筐体であって、前記板状部材に形成された突起
部が挿入される穴が形成された筐体と、前記セルアセン
ブリから該筐体を介して伝導される熱を放散するヒート
シンクパネルであって、前記板状部材に形成された突起
部が挿入される穴が形成されたヒートシンクパネル、と
を有し、前記筐体及び前記ヒートシンクパネルの各穴に
前記板状部材に形成された突起部が貫通されてカシメら
れることにより該筐体に前記セルアセンブリ及びヒート
シンクパネルが固定されるように構成される。

【００１１】この第１の態様に係る集光追尾式発電装置
においていは、従来のネジ止めの代わりに、筐体及びヒ
ートシンクパネルに形成された穴に、セルアセンブリの
板状部材に形成された突起部を貫通させてカシメること
によりこれら三者を締結するようにしている。従って、
突起部をガイドピンとして使用できるのでこれら三者の
位置合わせが簡単になり、またネジ止め作業も不要にな
るので、組立時間を短縮できる。また、カシメにより上
記三者が結合されるのでシーリング性に優れ、またネジ
の緩み止めの処理を行う必要もない。このカシメによる
結合作業は機械化が容易であるので量産化に適してい
る。更に、ネジ自体が不要になるので、低コスト化が可
能になる。

【００１２】この第１の態様に係る集光追尾式発電装置
では、前記セルアセンブリに含まれる板状部材は、前記
ソーラーセルで発生された熱を拡散するためのヒートス
プレッダとすることができる。このヒートスプレッダ
は、ソーラーセルで発生される熱を拡散する目的で設け
られているが、このヒートスプレッダに突起部を形成す
ることにより、上記三者の締結のための新たな部材を必
要としないので、部品点数の増加を抑えることができ
る。

【００１３】また、前記セルアセンブリのヒートスプレ
ッダに形成される突起部は、半抜きダボ加工により形成
できる。この加工方法は、セルアセンブリを量産する場
合に適している。

【００１４】本発明の第２の態様に係る集光追尾式発電
装置の組立方法は、上記と同様の目的で、太陽を追尾し
ながら集光された光を光電変換することにより発電する
集光追尾式発電装置の組立方法であって、ソーラーセル
と、該ソーラーセルを保持する板状部材とを含むセルア
センブリの該板状部材に突起部を形成し、該セルアセン
ブリが収納される筐体に、前記板状部材に形成された突
起部が挿入される穴を形成し、前記セルアセンブリから
該筐体を介して伝導される熱を放散するヒートシンクパ
ネルに、前記板状部材に形成された突起部が挿入される
穴を形成し、前記筐体及び前記ヒートシンクパネルの各
穴に前記板状部材に形成された突起部を貫通させてカシ
メることにより該筐体に前記セルアセンブリ及びヒート
シンクパネルを固定するように構成されている。この場
合、前記セルアセンブリに形成される前記突起部は、半
抜きダボ加工によって形成することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、本
発明が適用された集光追尾式発電装置を例に挙げて、図
面を参照しながら詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明が適用された集光追尾式発
電装置の全体の外観を、一部を切り欠いて示す斜視図で
ある。この集光追尾式発電装置は、支柱１１に支持され
たフレーム１２に５×３個の発電モジュール１０が取り
付けられて構成されている。以下では、１５個の発電モ
ジュールを発電ユニット１６と総称する。

【００１７】支柱１１の下端部には、フレーム１２全体
を方位方向に回動させるための水平駆動機構１３が設け
られている。また、支柱１１の上端部には、フレーム１
２全体を仰角方向に回動させるための垂直駆動機構１４
が設けられている。

【００１８】各発電モジュール１０は、詳細は後述する
が、レンズで集光された光が照射されることによって直
流電力を発生する複数のソーラーセルを有し、各ソーラ
ーセルで発生された直流電力は積算されて外部に出力さ
れる。この集光追尾式発電装置では、各発電モジュール
１０は電気的に直列に接続されている。従って、各発電
モジュール１０からの直流電力は積算され、この集光追
尾式発電装置による発生電力として図示しない外部端子
から外部に出力される。

【００１９】また、フレーム１２の所定部位（図１中の
上方）には、太陽位置を検出するための太陽位置センサ
１５が設けられている。この太陽位置センサ１５から得
られた太陽の方向を表す信号（以下、「太陽位置センサ
信号」という）は、図示しない制御部に供給される。こ
の制御部は、発電ユニット１６の受光面が常に太陽に垂
直に対向するように、太陽位置センサ１５からの太陽位
置センサ信号に基づいて水平駆動機構１３及び垂直駆動
機構１４を作動させる。これにより、この集光追尾式発
電装置は、常に太陽を追尾しながら発電を行う。

【００２０】次に、発電モジュール１０の詳細を、図２
及び図３を参照しながら説明する。この実施の形態で
は、１つの発電モジュール１０には、４×３個のソーラ
ーセルが使用されるものとする。なお、発電モジュール
１０で使用されるソーラーセルの数は、上記に限定され
ず任意に決定することができる。

【００２１】発電モジュール１０は、図２の分解斜視図
に示すように、レンズ２０、レンズフレーム２１、ベー
スパネル２２及びヒートシンクパネル２３から構成され
ている。本発明の筐体は、レンズフレーム２１に対応す
る。なお、発電モジュール１０の組立方法については、
後に詳細に説明する。

【００２２】レンズ２０は、機能的に４×３個の領域に
分割された、例えばアクリル樹脂製の板状部材で構成さ
れており、１２個の各領域にはフレネルレンズ３０が形
成されている。１２個のフレネルレンズ３０は、ベース
パネル２２に取り付けられる１２個のセルアセンブリ４
０（詳細は後述する）にそれぞれ対応するように形成さ
れている。フレネルレンズ３０が大気中に暴露されてい
る場合は、その光透過率の経年劣化が考えられる。この
ような問題を回避するために、レンズ２０の上面に、例
えば紫外線カットガラスを設けるのが好ましい。

【００２３】レンズフレーム２１は、例えば樹脂によっ
て上下面が開口された箱状に形成されている。樹脂で構
成することによって発電ユニット１６の軽量化が図られ
ている。また、このレンズフレーム２１の外側面にはス
トッパ２７が形成されている。このレンズフレーム２１
は、その上部に形成された溝（図示せず）でレンズ２０
を固定的に支持すると共に、各フレネルレンズ３０の焦
点距離に対応する距離を確保するためのスペーサとして
機能する。

【００２４】ベースパネル２２は、上面が開口された箱
状に形成されている。このベースパネルの上端部に形成
された枠２９と上記レンズフレーム２１のストッパ２７
とが例えばネジ止めされることにより、レンズフレーム
２１とベースパネル２２とが堅固に結合される。このベ
ースパネル２２の中の底面には、図３に示すように、４
×３個のセルアセンブリ４０が配置されている。ベース
パネル２２の底面の、各セルアセンブリ４０に対応する
領域の四隅には、後述するヒートスプレッダ５０に形成
されたダボ５６を貫通させるためのダボ穴２２０が形成
されている。セルアセンブリ４０をベースパネル２２に
取り付ける方法は後に詳述する。

【００２５】これら１２個のセルアセンブリ４０は、各
セルアセンブリ４０が有する電極リードを介して電気的
に直列に接続されている。この直列接続は、隣接するセ
ルアセンブリ４０の異電極リード同士をバスバー４１で
接続することにより実現されている。また、直列に接続
された１２個のセルアセンブリ４０の一端側のセルアセ
ンブリ４０の正電極リードはベースパネル２２の一方の
側面に設けられた第１出力端子２４に、他端側のセルア
センブリ４０の負電極リードはベースパネル２２の他方
の側面に設けられた第２出力端子２５にそれぞれ接続さ
れている。そして、これら第１出力端子２４及び第２出
力端子２５から電力が取り出されるようになっている。

【００２６】ヒートシンクパネル２３は、ベースパネル
２２の底面に取り付けられる。このヒートシンクパネル
２３の上面の、上記ベースパネル２２のダボ穴２２０に
対応する位置（図２では記載を省略してある）には、上
記ベースパネル２２のダボ穴２２０と同様の目的で、ダ
ボ穴２３０が形成されている。ベースパネル２２にヒー
トシンクパネル２３を取り付ける方法については後に詳
細に説明する。このヒートシンクパネル２３には複数の
放熱フィンが設けられている。この放熱フィンは、ベー
スパネル２２に取り付けられた各セルアセンブリ４０で
発生される熱の放散を大きくするように作用する。

【００２７】次に、上記セルアセンブリ４０の構成を、
図４に示した側面図を参照しながら説明する。セルアセ
ンブリ４０は、ヒートスプレッダ５０、基板５１、ソー
ラーセル５２、二次集光レンズ（ＳＯＥ）５３、正電極
リード５４及び負電極リード５５により構成されてい
る。

【００２８】ヒートスプレッダ５０は、ソーラーセル５
２上に集光された光によって発生される熱を拡散する。
このヒートスプレッダ５０は、このセルアセンブリ４０
をベースパネル２２に取り付けるための締結具としても
用いられる。即ち、ヒートスプレッダ５０の四隅（従来
のネジ穴が設けられていた部分）には、半抜きダボ加工
によりダボ５６が形成されている。このダボ５６は、本
発明の突起部に対応する。

【００２９】このヒートスプレッダ５０の上には、基板
５１が接着されている。この基板５１は、図示しない電
極パターンが形成された例えばセラミック基板で構成さ
れている。この基板５１の上には、ソーラーセル５２が
固着されており、このソーラーセル５２の電極（図示し
ない）は、基板５１に形成された電極パターンに接続さ
れている。

【００３０】ソーラーセル５２の上には二次集光レンズ
（ＳＯＥ）５３が接着されている。この二次集光レンズ
５３は、フレネルレンズ３０の光軸ずれを吸収するため
に設けられている。即ち、フレネルレンズ３０からの光
が二次集光レンズ５３の上面の中心からずれた位置に入
射されても、二次集光レンズ５３の内部壁面で全反射さ
れることにより全入射光がソーラーセル５２に導かれ
る。

【００３１】また、基板５１に形成された電極パターン
には、正電極リード５４及び負電極リード５５が接続さ
れており、これら正電極リード５４及び負電極リード５
５を介してソーラーセル５２からの電力が外部に取り出
される。

【００３２】以上のように構成されるセルアセンブリ４
０では、フレネルレンズ３０によって集められた光は、
二次集光レンズ５３の上面に導かれる。この二次集光レ
ンズ５３の上面に導かれた略全部の光は、この二次集光
レンズ５３を透過してソーラーセル５２の受光面に導か
れる。これにより、ソーラーセル５２で光電変換が行わ
れ、正電極リード５４及び負電極リード５５から電力と
して出力される。

【００３３】次に、発電モジュール１０の組立方法につ
いて、図４及び図５を参照しながら説明する。先ず、ヒ
ートシンクパネル２３の上にベースパネル２２を載置
し、ベースパネル２２のダボ穴２２０の位置とヒートシ
ンクパネル２３のダボ穴２３０の位置とを合わせる。こ
の位置合わせは厳密に行う必要はない。次いで、セルア
センブリ４０を、そのヒートスプレッダ５０に形成され
たダボ５６をダボ穴２２０及びダボ穴２３０に挿入しな
がら順次ベースパネル２２に載置していく。この際、ダ
ボ５６が一種のガイドピンとして機能するので、全ての
セルアセンブリ４０が載置された状態では、ベースパネ
ル２２のダボ穴２２０とヒートシンクパネル２３のダボ
穴２３０とは正確に一致することになる。

【００３４】次いで、全セルアセンブリ４０がベースパ
ネル２２に載置された状態で、発電モジュール１０をカ
シメ機械にセットし、各ダボ５６を一斉に押圧すること
によりカシメる。これにより、例えば図５に示すよう
に、ヒートスプレッダ５０、ベースパネル２２及びヒー
トシンクパネルといった三者が堅固に結合される。な
お、カシメ機械では、全てのダボ５６を一斉にカシメる
必要はなく、１個ずつ又は数個ずつカシメるように構成
してもよい。

【００３５】この実施の形態によれば、ヒートスプレッ
ダ５０、ベースパネル２２及びヒートシンクパネルとい
った三者がカシメによって結合されるので、従来のよう
にネジ止めに比べて組み立て時間を飛躍的に短くできる
と共に、この結合方法は量産化に好適である。また、ヒ
ートスプレッダ５０に形成されたダボ５６をガイドピン
として使用できるので、上記三者の位置合わせに要する
労力を低減できる。

【００３６】また、カシメによって結合することによ
り、シーリング性能が向上するので、塵や水の進入を防
ぐためのシーリング処理を施す必要がなく、長期のメン
テナンスフリー期間を実現できる。また、ネジの緩み止
め処理を施す必要もないので組立時間が短縮される。更
に、ネジが不要であるので部品のコスト及びその管理コ
ストを低減できる。

【００３７】なお、ベースパネル２２とヒートシンクパ
ネル２３との間に放熱用接着剤を塗布した後にカシメを
行うこともできる。この場合、シーリング性能及び熱伝
導性能を更に向上させることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
簡単且つ迅速に、しかも低コストで組み立てることがで
き、更に長期のメンテナンスフリー期間を実現できる集
光追尾式発電装置及びその組立方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される集光追尾式発電装置の全体
の外観を一部を切り欠いて示す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る集光追尾式発電装置
の発電モジュールを分解して示す斜視図である。

【図３】図２に示したベースパネルを分解して詳細に示
す斜視図である。

【図４】図３に示したセルアセンブリの構成を示す側面
図及びその取り付け状態を説明するための図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る集光追尾式発電装置
の発電モジュールをカシメによって組み立てる様子を説
明するための図である。

【図６】従来の集光追尾式発電システムにおける発電ユ
ニットの部分的な構成を示す側面図である。

【符号の説明】

１０ 発電モジュール １１ 支柱 １２ フレーム １３ 水平駆動機構 １４ 垂直駆動機構 １５ 太陽位置センサ １６ 発電ユニット ２０ レンズ ２１ レンズフレーム ２２ ベースパネル ２３ ヒートシンクパネル ２４ 第１出力端子 ２５ 第２出力端子 ２７ ストッパ ２９ 枠 ３０ フレネルレンズ ４０ セルアセンブリ ４１ バスバー ５０ ヒートスプレッダ ５１ 基板 ５２ ソーラーセル ５３ 二次集光レンズ ５４ 正電極リード ５５ 負電極リード ５６ ダボ ２２０、２３０ ダボ穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 直史 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 永井 勇三 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 BA17 EA01 JA02 JA09 JA10 JA13 KA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽を追尾しながら集光された光を光電変
   換することにより発電する集光追尾式発電装置であっ
   て、 突起部が形成された板状部材と、該板状部材に保持され
   たソーラーセルとを含むセルアセンブリと、 該セルアセンブリが収納される筐体であって、前記板状
   部材に形成された突起部が挿入される穴が形成された筐
   体と、 前記セルアセンブリから該筐体を介して伝導される熱を
   放散するヒートシンクパネルであって、前記板状部材に
   形成された突起部が挿入される穴が形成されたヒートシ
   ンクパネル、とを有し、 前記筐体及び前記ヒートシンクパネルの各穴に前記板状
   部材に形成された突起部が貫通されてカシメられること
   により該筐体に前記セルアセンブリ及びヒートシンクパ
   ネルが固定された集光追尾式発電装置。
2. 【請求項２】前記セルアセンブリに含まれる板状部材
   は、前記ソーラーセルで発生された熱を拡散するための
   ヒートスプレッダである請求項１に記載の集光追尾式発
   電装置。
3. 【請求項３】前記セルアセンブリの前記ヒートスプレッ
   ダに形成される前記突起部は、半抜きダボ加工により形
   成される請求項３に記載の集光追尾式発電装置。
4. 【請求項４】太陽を追尾しながら集光された光を光電変
   換することにより発電する集光追尾式発電装置の組立方
   法であって、 ソーラーセルと、該ソーラーセルを保持する板状部材と
   を含むセルアセンブリの該板状部材に突起部を形成し、 該セルアセンブリが収納される筐体に、前記板状部材に
   形成された突起部が挿入される穴を形成し、 前記セルアセンブリから該筐体を介して伝導される熱を
   放散するヒートシンクパネルに、前記板状部材に形成さ
   れた突起部が挿入される穴を形成し、 前記筐体及び前記ヒートシンクパネルの各穴に前記板状
   部材に形成された突起部を貫通させてカシメることによ
   り該筐体に前記セルアセンブリ及びヒートシンクパネル
   を固定する集光追尾式発電装置の組立方法。
5. 【請求項５】前記セルアセンブリに形成される前記突起
   部は、半抜きダボ加工により形成される請求項４に記載
   の集光追尾式発電装置の組立方法。