JP2013093435A - Concentrator sunlight receiver, concentrator photovoltaic power generation module, and concentrator photovoltaic power generation panel - Google Patents

Concentrator sunlight receiver, concentrator photovoltaic power generation module, and concentrator photovoltaic power generation panel Download PDF

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孝 岩崎
Kazumasa Toritani
和正 鳥谷
Takashi Hoshino
孝志 星野
Tomomi Sano
知巳 佐野
Masaru Sasaki
大 佐々木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an impact on a power generation amount even if there are some gaps of the optical system by using a simple and inexpensive secondary optical system, with regard to the basic structure of concentrator photovoltaic power generation.SOLUTION: The concentrator sunlight receiver 20, i.e., a component of a concentrator photovoltaic power generation module, includes a light guide part 22 which guides sunlight from the inlet 22in to the outlet 22out, a power generation element 21 provided to face the outlet 22out of the light guide part 22, and a package 25 (holding part) which holds the power generation element 21 and also holds the light guide part 22 integrally. The light guide part 22 is a frame shaped so that the inner wall 22a serves as a reflection surface and the inlet 22in is spreading wider than the outlet 22out, and the incident sunlight is reflected on the inner wall 22a and guided to be collected on the power generation element 21.

Description

本発明は、太陽光を発電素子に集光して発電する集光型太陽光発電（ＣＰＶ：Concentrated Photovoltaic）に関する。   The present invention relates to a concentrating photovoltaic power generation (CPV: Concentrated Photovoltaic) that generates power by concentrating sunlight on a power generation element.

集光型太陽光発電（ＣＰＶ）では、発電効率の高い小型の化合物半導体素子を発電素子として、これに、フレネルレンズ等の集光部で集光させた太陽光を入射させる構成を基本としている（例えば、特許文献１参照。）。このような基本構成を多数備える集光型太陽光発電パネルを、常に太陽に向けるように追尾動作させることにより、所望の発電電力を得ることができる。
また、フレネルレンズを１次光学系として、さらに、２次光学系を設けて、光を効率良く発電素子へ導く技術も数多く提案されている（例えば、特許文献２及び非特許文献１参照。）。 Concentrated solar power generation (CPV) is based on a configuration in which small compound semiconductor elements with high power generation efficiency are used as power generation elements, and sunlight condensed by a light condensing unit such as a Fresnel lens is incident on the power generation elements. (For example, refer to Patent Document 1). By performing a tracking operation so that a concentrating solar power generation panel having a large number of such basic configurations always faces the sun, desired generated power can be obtained.
In addition, many techniques have been proposed in which a Fresnel lens is used as a primary optical system and a secondary optical system is provided to guide light efficiently to a power generation element (see, for example, Patent Document 2 and Non-Patent Document 1). .

米国特許第４，０６９，８１２号U.S. Pat. No. 4,069,812 特開２００２−２８９８９６号公報JP 2002-289896 A

「集光型太陽光発電システムについて」、[online]、五鈴精工硝子株式会社、［平成２３年１０月１４日検索］、インターネット〈URL:http://www.isuzuglass.co.jp/development/cpv.html〉“About concentrating solar power generation system”, [online], Isuzu Glass, Inc., [October 14, 2011 search], Internet <URL: http://www.isuzuglass.co.jp/development /cpv.html>

上記のような従来の集光型太陽光発電の装置においては、製造時の僅かな寸法誤差、取付誤差、あるいは、設置後の変形等、種々の理由によって、光軸のずれが生じる場合がある。このような場合、１次光学系のみでは、発電素子への集光の効率が悪くなり、日照条件は同じであっても発電量が低下する。また、追尾のずれによっても、光軸のずれと似たような状態が起こり、発電量が低下する。一方、２次光学系を併用すれば、多少のずれを吸収できるが、２次光学系は、特殊なレンズを用い、また、複雑な構成である等により、製造コストが高くなり、実用化の重荷となる。   In the conventional concentrating solar power generation device as described above, the optical axis may be displaced due to various reasons such as slight dimensional errors during manufacturing, mounting errors, or deformation after installation. . In such a case, with only the primary optical system, the efficiency of condensing light to the power generation element is deteriorated, and the amount of power generation is reduced even if the sunshine conditions are the same. In addition, the tracking shift causes a state similar to the shift of the optical axis, and the power generation amount decreases. On the other hand, if a secondary optical system is used in combination, a slight deviation can be absorbed. However, the secondary optical system uses a special lens and has a complicated configuration. It becomes a burden.

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、集光型太陽光発電の基本構造に関して、簡素で安価な二次光学系を用いて、光学系に多少のずれがあっても、発電量への影響を抑制することを目的とする。   In view of such conventional problems, the present invention uses a simple and inexpensive secondary optical system with respect to the basic structure of concentrating solar power generation. The purpose is to suppress the influence.

（１）本発明は、集光する太陽光を受け取って発電する集光型太陽光レシーバであって、前記太陽光を光の入口から出口へ導く導光部と、前記導光部の出口に面して設けられた発電素子と、前記発電素子を保持するとともに、前記導光部をも一体的に保持する保持部とを備え、前記導光部は、その内壁を反射面として前記入口が前記出口より拡がっている形状の枠体であって、入射した太陽光を前記内壁の反射により前記出口へ導いて前記発電素子上に集めるものである。   (1) The present invention is a concentrating solar receiver that receives and collects sunlight that is collected, and that guides the sunlight from an entrance to an exit of the light, and an exit of the light guide A power generating element provided facing the holding element, and a holding part that holds the light guiding part integrally, and the light guiding part has an inner wall as a reflection surface and the entrance is It is a frame having a shape extending from the outlet, and the incident sunlight is guided to the outlet by reflection of the inner wall and collected on the power generating element.

上記のように構成された集光型太陽光レシーバでは、集光する太陽光の光軸と導光部の光軸（中心軸）とが互いに正確に一致している場合には、集光する太陽光がそのまま直接、発電素子に達する。また、集光する太陽光の一部が導光部の内壁に当たったとしても、当たって反射した光は導光部の出口へ導かれ、結局は、発電素子に達する。従って、実質的に全ての光が、発電素子による発電に寄与する。一方、集光する太陽光と導光部とで、光軸が互いに正確に一致していない場合には、直接的に発電素子に達する光が減少し、導光部の内壁に当たる光が多くなるが、内壁に当たりさえすれば、当たって反射した光は導光部の出口へ導かれ、結局は、発電素子に達する。   In the concentrating solar receiver configured as described above, the light is collected when the optical axis of the collected sunlight and the optical axis (center axis) of the light guide portion are exactly coincident with each other. Sunlight directly reaches the power generation element. Further, even if a part of the collected sunlight hits the inner wall of the light guide, the reflected light is guided to the exit of the light guide and eventually reaches the power generation element. Accordingly, substantially all light contributes to power generation by the power generation element. On the other hand, if the optical axes of the sunlight to be collected and the light guide unit do not exactly coincide with each other, the light that directly reaches the power generation element decreases, and the light that hits the inner wall of the light guide unit increases. However, as long as it hits the inner wall, the reflected light is guided to the exit of the light guide, and eventually reaches the power generation element.

従って、集光する太陽光の光軸と導光部の光軸（中心軸）とが互いに正確に一致していない場合でも、正確に一致している場合と同様に、発電量を確保することができる。このように、集光する太陽光について、導光部でいわば光をかき集めるようにして出口すなわち発電素子へ導く構成によれば、集光度をあまり高めずに、光を効率よく発電素子上に集めることができる。これにより、優れた発電効率が安定的に得られる。   Therefore, even when the optical axis of the collected sunlight and the optical axis (center axis) of the light guide part do not exactly match each other, as in the case where they exactly match, ensure the amount of power generation. Can do. As described above, according to the configuration in which the condensed sunlight is guided to the exit, that is, the power generation element by collecting light in the light guide unit, the light is efficiently collected on the power generation element without increasing the degree of light collection. be able to. Thereby, excellent power generation efficiency can be stably obtained.

なお、導光部の光軸に対して太陽光が垂直に当たっていない場合（すなわち太陽に対する追尾のずれがある場合）においても、集光する太陽光と導光部とで光学系のずれが生じ得るが、この場合も同様に、導光部によって光を効率よく発電素子上に集めることができる。   In addition, even when sunlight does not hit perpendicularly to the optical axis of the light guide unit (that is, when there is a tracking shift with respect to the sun), the optical system may be shifted between the collected sunlight and the light guide unit. However, in this case as well, light can be efficiently collected on the power generation element by the light guide.

また、発電素子を保持する保持部が、導光部をも一体的に保持することで、発電素子と導光部とは、互いに一体的な関係となる。従って、発電素子と導光部との光学的な位置関係が固定され、また、安定して維持される。   In addition, since the holding unit that holds the power generation element also integrally holds the light guide unit, the power generation element and the light guide unit are integrated with each other. Therefore, the optical positional relationship between the power generation element and the light guide unit is fixed and stably maintained.

（２）また、上記（１）の集光型太陽光レシーバにおいて、導光部は、その内壁が、光の進行方向に下り傾斜した漏斗状の形態であってもよい。
この場合、傾斜の角度を適切に選択することによって、内壁に当たった光を確実に出口へ導くことができる。 (2) In the concentrating solar receiver of the above (1), the light guide may have a funnel-like shape whose inner wall is inclined downward in the light traveling direction.
In this case, the light hitting the inner wall can be reliably guided to the outlet by appropriately selecting the inclination angle.

（３）また、上記（１）又は（２）の集光型太陽光レシーバにおいて、導光部の少なくとも内壁は金属であることが好ましい。
この場合、光の反射率が良く、吸収率が少ない。 (3) Moreover, in the concentrating solar receiver of (1) or (2) above, it is preferable that at least the inner wall of the light guide portion is a metal.
In this case, the reflectance of light is good and the absorptance is low.

（４）また、上記（３）の集光型太陽光レシーバにおいて、導光部はアルミニウムであることが好ましい。
この場合、光の反射率が良く、放熱性も良く、かつ、軽量である。 (4) Moreover, in the concentrating solar receiver of the above (3), the light guide part is preferably aluminum.
In this case, the light reflectance is good, the heat dissipation is good, and the weight is light.

（５）また、上記（３）の集光型太陽光レシーバにおいて、導光部は内壁に金属のコーティングが施されていてもよい。
この場合、基材には例えば樹脂を使用することができるので、特に軽量である。 (5) In the concentrating solar receiver of (3), the light guide may have an inner wall coated with metal.
In this case, for example, a resin can be used for the base material, so that it is particularly lightweight.

（６）また、上記（１）〜（５）のいずれかの集光型太陽光レシーバにおいて、導光部の内壁の表面粗さＲｚは、０．３μｍ以下であることが好ましい。
この場合、太陽光の最小波長に対しても、反射率が良い。 (6) Moreover, in the concentrating solar receiver in any one of said (1)-(5), it is preferable that the surface roughness Rz of the inner wall of a light guide part is 0.3 micrometer or less.
In this case, the reflectance is good even for the minimum wavelength of sunlight.

（７）また、上記（１）〜（６）のいずれかの集光型太陽光レシーバにおいて、導光部の内側に、光透過性の材料からなる光透過層が設けられていてもよい。
この場合、導光部の内壁による反射のほか、光透過層によって光を屈折させつつ、発電素子へ導くことができる。 (7) Moreover, in the concentrating solar receiver according to any one of the above (1) to (6), a light transmission layer made of a light transmitting material may be provided inside the light guide unit.
In this case, in addition to reflection by the inner wall of the light guide portion, light can be guided to the power generation element while being refracted by the light transmission layer.

（８）また、上記（７）の集光型太陽光レシーバにおいて、光透過層は、光透過性の材料を発電素子上にポッティングしたものであってもよい。
この場合、ポッティングにより形成された光透過層は、発電素子と導光部とを互いに固着する役割を果たすとともに、発電素子の表面を保護して劣化を抑制する。 (8) In the concentrating solar receiver of (7), the light transmission layer may be a light-transmitting material potted on the power generation element.
In this case, the light transmission layer formed by potting plays a role of fixing the power generation element and the light guide portion to each other, and protects the surface of the power generation element to suppress deterioration.

（９）また、上記（１）〜（８）のいずれかの集光型太陽光レシーバにおいて、導光部は、放熱フィンを備えていることが好ましい。
この場合、放熱を促進して、発電素子の過熱を防止することができる。 (9) Moreover, in the concentrating solar receiver according to any one of the above (1) to (8), it is preferable that the light guide unit includes a heat radiation fin.
In this case, heat dissipation can be promoted to prevent overheating of the power generating element.

（１０）一方、本発明の集光型太陽光発電モジュールは、太陽光を集光するレンズ要素が複数個並んで形成された集光部と、各レンズ要素に対応して複数個並んで設けられている上記（１）の集光型太陽光レシーバとを備えたものである。
このように構成された集光型太陽光発電モジュールでは、多数のレンズ要素と、これらに対応する集光型太陽光レシーバとをアレイとしたモジュールを構成することができる。 (10) On the other hand, the concentrating solar power generation module of the present invention is provided with a condensing part in which a plurality of lens elements that condense sunlight are arranged and a plurality of lens elements arranged in line corresponding to each lens element. The condensing solar receiver of (1) above is provided.
In the concentrating solar power generation module configured as described above, a module having an array of a large number of lens elements and a concentrating solar receiver corresponding thereto can be configured.

（１１）また、本発明の集光型太陽光発電パネルは、上記（１０）に記載の集光型太陽光発電モジュールを複数個集合させて成るものである。
この場合、発電パネルとして必要な出力を確保することができる。 (11) Moreover, the concentrating solar power generation panel of the present invention is formed by assembling a plurality of concentrating solar power generation modules described in (10) above.
In this case, the output required for the power generation panel can be ensured.

本発明の集光型太陽光レシーバ、集光型太陽光発電モジュール、及び、集光型太陽光発電パネルによれば、光学系に多少のずれがあっても、それによる発電量への影響を抑制することができる。すなわち、簡素で安価な導光部を用いて、優れた発電効率を安定して得ることができる。   According to the concentrating solar receiver, the concentrating solar power generation module, and the concentrating solar power generation panel of the present invention, even if there is a slight shift in the optical system, the influence on the power generation amount due to that is slightly different. Can be suppressed. That is, it is possible to stably obtain excellent power generation efficiency using a simple and inexpensive light guide.

本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電パネルを含む、集光型太陽光発電装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the concentrating solar power generation device containing the concentrating solar power generation panel which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電モジュールを拡大して示す斜視図（一部破断）である。It is a perspective view (partially broken) which expands and shows a concentrating solar power generation module concerning one embodiment of the present invention. 図２におけるIII部の拡大図である。It is an enlarged view of the III section in FIG. 集光部のレンズ要素であるフレネルレンズと、導光部との相似関係を示す図である。It is a figure which shows the similar relationship of the Fresnel lens which is a lens element of a condensing part, and a light guide part. 参考例として、導光部にガラス製の紡錘状のレンズを用いた場合の、１次レンズと、２次レンズとの光学的な関係を示す図である。As a reference example, it is a figure which shows the optical relationship between a primary lens and a secondary lens at the time of using a glass-made spindle-shaped lens for a light guide part. （ａ）は、集光型太陽光発電ユニットの構成例として、フレネルレンズと、導光部との光学的な関係を示す図であり、（ｂ）は、フレネルレンズと導光部と間で、軸のずれが生じている状態を表す図である。(A) is a figure which shows the optical relationship between a Fresnel lens and a light guide part as a structural example of a concentrating photovoltaic power generation unit, (b) is between a Fresnel lens and a light guide part. It is a figure showing the state which the axial shift has arisen. 導光部の入口側の開口の大きさと、反射との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the magnitude | size of the opening by the side of the entrance of a light guide part, and reflection. 本発明の一実施形態に係る集光型太陽光レシーバを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the concentrating solar receiver which concerns on one Embodiment of this invention. 図８におけるIX-IX線断面図である。It is the IX-IX sectional view taken on the line in FIG. レシーバの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a receiver. レシーバの分解断面図である。It is an exploded sectional view of a receiver. 気温２５℃、光軸のずれ量ゼロの状態で、導光部の作用について検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result verified about the effect | action of a light guide part in the state of 25 degreeC of temperature, and the deviation | shift amount of an optical axis of zero. 気温４５℃、光軸のずれ量ゼロの状態で、導光部の作用について検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified about the effect | action of the light guide part in the state of 45 degreeC of temperature, and the deviation | shift amount of an optical axis of zero. 気温２５℃、光軸のずれ量最大の状態で、導光部の作用について検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified about the effect | action of the light guide part in the state where temperature is 25 degreeC and the deviation | shift amount of an optical axis is the maximum. 気温４５℃、光軸のずれ量最大の状態で、導光部の作用について検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result verified about the effect | action of a light guide part in the state where temperature is 45 degreeC and the deviation | shift amount of an optical axis is the maximum. 図１２〜１５の到達率をまとめた棒グラフである。It is the bar graph which put together the arrival rate of FIGS. （ａ）は、図８と同じ構成のレシーバに、ポッティングを施した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。(A) is a perspective view which shows the state which gave the potting to the receiver of the same structure as FIG. 8, (b) is the BB sectional drawing in (a). （ａ）は、図１７と同様に、レシーバにポッティングを施した他の状態を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。(A) is the perspective view which shows the other state which potted the receiver similarly to FIG. 17, (b) is the BB sectional drawing in (a). 気温２５℃、光軸のずれ量ゼロの状態で、ポッティングを施した導光部の作用について検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result verified about the effect | action of the light guide part which gave potting in the state of 25 degreeC of air temperature, and the amount of deviation | shift of an optical axis zero. 気温４５℃、光軸のずれ量ゼロの状態で、ポッティングを施した導光部の作用について検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified about the effect | action of the light guide part which gave potting in the state of 45 degreeC of air temperature, and the amount of deviation | shift of an optical axis zero. 気温２５℃、光軸のずれ量最大の状態で、ポッティングを施した導光部の作用について検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified about the effect | action of the light guide part which gave potting in the state where temperature is 25 degreeC, and the deviation | shift amount of an optical axis is the maximum. 気温４５℃、光軸のずれ量最大の状態で、ポッティングを施した導光部の作用について検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result verified about the effect | action of the light guide part which potted in the state where temperature is 45 degreeC and the deviation | shift amount of an optical axis is the maximum. 図１９〜２２の到達率をまとめた棒グラフである。It is the bar graph which put together the arrival rate of FIGS. 光透過層による屈折の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the refraction by a light transmissive layer. 図６の（ａ）の状態から、太陽に対する追尾のずれが生じたために、集光部が太陽光を垂直に受けない場合の光の進路を示す図である。It is a figure which shows the course of the light in case the condensing part does not receive sunlight vertically from the state of (a) of FIG.

《集光型太陽光発電装置・集光型太陽光発電パネル》
図１は、本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電パネルを含む、集光型太陽光発電装置の一例を示す斜視図である。図において、集光型太陽光発電装置１００は、集光型太陽光発電パネル１と、これを背面中央で支持する支柱２と、支柱２を取り付ける架台３とを備えている。集光型太陽光発電パネル１は、例えば、支柱２との接続用の中央部を除く、６２個（縦７×横９−１）の集光型太陽光発電モジュール１Ｍを縦横に集合させて成る。１個の集光型太陽光発電モジュール１Ｍの定格出力は例えば約１００Ｗであり、集光型太陽光発電パネル１全体としては、約６ｋＷの定格出力となる。架台３は、図示しない回転機構により支柱２を軸として回転することができ、集光型太陽光発電パネル１を常に太陽の方向へ向けるように追尾させることができる。 《Concentrated solar power generation device / Concentrated solar power generation panel》
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a concentrating solar power generation apparatus including a concentrating solar power generation panel according to an embodiment of the present invention. In the figure, a concentrating solar power generation apparatus 100 includes a concentrating solar power generation panel 1, a support 2 that supports the concentrating solar power generation panel 1 at the center of the back surface, and a gantry 3 to which the support 2 is attached. The concentrating solar power generation panel 1 includes, for example, 62 concentrating solar power generation modules 1M (vertical 7 × horizontal 9-1), excluding the central portion for connection with the support column 2, vertically and horizontally. Become. The rated output of one concentrating solar power generation module 1M is about 100 W, for example, and the entire concentrating solar power generation panel 1 has a rated output of about 6 kW. The gantry 3 can be rotated around the column 2 by a rotation mechanism (not shown), and the concentrating solar power generation panel 1 can be tracked so as to always face the sun.

《集光型太陽光発電モジュール》
図２は、集光型太陽光発電モジュール（以下、単にモジュールとも言う。）１Ｍを拡大して示す斜視図（一部破断）である。図において、モジュール１Ｍは、底面１１ａを有する器状（バット状）の筐体１１と、底面１１ａに接して設けられたフレキシブルプリント配線板１２と、筐体１１の鍔部１１ｂに、蓋のように取り付けられた集光部１３とを備えている。筐体１１は、例えば金属製であり、アルミニウムが好適である。金属製であることによって、筐体１１は良好な熱伝導性を有する。従って、フレキシブルプリント配線板１２から筐体１１への放熱性が特に良い。 《Concentrated solar power generation module》
FIG. 2 is an enlarged perspective view (partially broken) showing a concentrating solar power generation module (hereinafter also simply referred to as a module) 1M. In the figure, the module 1M is like a lid on a vessel-shaped (bat-shaped) housing 11 having a bottom surface 11a, a flexible printed wiring board 12 provided in contact with the bottom surface 11a, and a flange 11b of the housing 11. And a light collecting portion 13 attached to the. The housing 11 is made of, for example, metal, and aluminum is preferable. By being made of metal, the housing 11 has good thermal conductivity. Therefore, the heat dissipation from the flexible printed wiring board 12 to the housing 11 is particularly good.

集光部１３は、フレネルレンズアレイであり、太陽光を集光するレンズ要素としてのフレネルレンズ１３ｆがマトリックス状に複数個（例えば縦１６×横１２で、１９２個）並んで形成されている。このような集光部１３は、例えば、ガラス板を基材として、その裏面（内側）にシリコーン樹脂膜を形成したものとすることができる。フレネルレンズは、この樹脂膜に形成される。筐体１１の外面には、モジュール１Ｍの出力を取り出すためのコネクタ１４が設けられている。   The light condensing unit 13 is a Fresnel lens array, and a plurality of Fresnel lenses 13f as lens elements for condensing sunlight are formed in a matrix (for example, 192 in the length 16 × width 12). Such a condensing part 13 can use a glass plate as a base material and a silicone resin film formed on the back surface (inside) thereof, for example. The Fresnel lens is formed on this resin film. A connector 14 for taking out the output of the module 1M is provided on the outer surface of the housing 11.

図３は、図２におけるIII部の拡大図である。なお、このIII部以外も同様である。
図３において、フレキシブルプリント配線板１２は、リボン状のフレキシブル基板１５と、その上に設けられた発電素子（太陽電池）２１と、この発電素子２１に載せるように設けられた導光部２２とを備えている。発電素子２１及び導光部２２のセットは、集光部１３の各フレネルレンズ１３ｆに対応した位置に、同一の個数だけ設けられている。導光部２２は、各フレネルレンズ１３ｆから入射された太陽光を発電素子２１上に集める。 FIG. 3 is an enlarged view of a portion III in FIG. The same applies to other parts than III.
In FIG. 3, the flexible printed wiring board 12 includes a ribbon-shaped flexible substrate 15, a power generation element (solar cell) 21 provided thereon, and a light guide portion 22 provided to be placed on the power generation element 21. It has. The same number of sets of power generating elements 21 and light guides 22 are provided at positions corresponding to the Fresnel lenses 13 f of the light collecting unit 13. The light guide 22 collects sunlight incident from each Fresnel lens 13 f on the power generation element 21.

モジュール１Ｍ全体の多数の発電素子２１は、例えば、そのうちの所定数がフレキシブル基板１５に形成された導電体のパターン（図示せず。）で互いに直列に接続され、その直列体群がさらに互いに並列に接続されることにより、モジュール１Ｍ全体で、所要の電圧・電力を発電することができるようになっている。   A large number of the power generating elements 21 of the entire module 1M are connected in series with each other, for example, a predetermined number of conductor patterns (not shown) formed on the flexible substrate 15, and the series bodies are further parallel to each other. As a result, the required voltage and power can be generated by the entire module 1M.

フレキシブル基板１５は、例えば、耐熱性に優れたポリイミド製の絶縁基材と、銅箔からなる導電性のパターンとによって構成されている。絶縁基材によって、パターンは、筐体１１から絶縁されている。柔軟性に富むフレキシブル基板１５を用いることで、フレキシブルプリント配線板１２を、モジュール１Ｍの底面１１ａ全体に自在に張り巡らすことができ、安価・至便で好適である。但し、その他、樹脂基板、セラミック基板等も採用可能である。   The flexible substrate 15 is composed of, for example, an insulating base made of polyimide having excellent heat resistance and a conductive pattern made of copper foil. The pattern is insulated from the casing 11 by the insulating base material. By using the flexible flexible substrate 15, the flexible printed wiring board 12 can be freely stretched over the entire bottom surface 11 a of the module 1 </ b> M, which is suitable for low cost and convenience. However, a resin substrate, a ceramic substrate, etc. can also be employed.

図４は、集光部１３の１レンズ要素であるフレネルレンズ１３ｆと、導光部２２との相似関係を示す図である。すなわち、フレネルレンズ１３ｆを平面視した輪郭形状は矩形（典型的には正方形）であり、導光部２２も、平面視した形状は相似な矩形である。これにより、フレネルレンズ１３ｆの有効集光領域を通過した光を全て導光部２２によって受け入れることが容易である。なお、図示している二点鎖線は、相似を示すための線であり、実際にフレネルレンズ１３ｆで集光させた光は、導光部２２の中心付近に到達する。但し、到達する光は、発電素子上に焦点を形成しない（詳細後述）。   FIG. 4 is a diagram illustrating a similar relationship between the Fresnel lens 13 f that is one lens element of the light collecting unit 13 and the light guide unit 22. That is, the outline shape of the Fresnel lens 13f when viewed in plan is a rectangle (typically a square), and the shape of the light guide unit 22 when viewed in plan is a similar rectangle. Thereby, it is easy to receive all the light that has passed through the effective light condensing region of the Fresnel lens 13 f by the light guide unit 22. The two-dot chain line shown in the figure is a line for showing similarity, and the light actually condensed by the Fresnel lens 13 f reaches the vicinity of the center of the light guide unit 22. However, the reaching light does not form a focal point on the power generation element (details will be described later).

導光部２２は、その内壁２２ａが光の進行方向に下り傾斜した漏斗状の形状の枠体であり、フレネルレンズ１３ｆから来る光の入口が、出口より拡がっている。このような形状によれば、傾斜の角度を適切に選択することによって、内壁２２ａに当たった光を確実に出口へ導くことができる。   The light guide portion 22 is a funnel-shaped frame whose inner wall 22a is inclined downward in the light traveling direction, and the entrance of light coming from the Fresnel lens 13f extends from the exit. According to such a shape, the light hitting the inner wall 22a can be reliably guided to the outlet by appropriately selecting the inclination angle.

内壁２２ａは、光の反射面であり、４つの下り傾斜面（四角錐面の転写形状）からなる。なお、導光部２２の外形状はフレネルレンズ１３ｆと対応した相似形としてこのような形態となっているが、例えば、フレネルレンズ１３ｆの有効集光領域が円形（四隅無し）であれば、導光部２２の輪郭形状は円形でよいし、内壁は、円錐面を転写した漏斗状の形状であればよい。すなわち、導光部２２の形状は、フレネルレンズ１３ｆで集光させる光を全て受け止めることができる内壁を有する形状であればよい。   The inner wall 22a is a light reflecting surface and is composed of four downward inclined surfaces (transfer shapes of quadrangular pyramid surfaces). Note that the outer shape of the light guide portion 22 is similar to the Fresnel lens 13f and is similar to this, but for example, if the effective light collection area of the Fresnel lens 13f is circular (no four corners), The outline shape of the light portion 22 may be circular, and the inner wall may be a funnel-like shape with a conical surface transferred. That is, the shape of the light guide 22 may be a shape having an inner wall that can receive all the light collected by the Fresnel lens 13f.

導光部２２の材質としては、光の反射率が良く、吸収率が少ない金属が好ましい。例えば表面粗さＲｚが０．３μｍ以下であれば、太陽光の最小波長（約０．３８μｍ）に対しても反射率が良い。金属の中では、アルミニウムが好ましい。アルミニウムは、光の反射率が良く、熱伝導性も良いので放熱させやすい。また、アルミニウムは軽量であり、太陽光発電モジュール１Ｍの軽量化、さらには、太陽光発電パネル１の軽量化にも寄与する。   As the material of the light guide portion 22, a metal having good light reflectance and low absorptance is preferable. For example, when the surface roughness Rz is 0.3 μm or less, the reflectance is good even for the minimum wavelength of sunlight (about 0.38 μm). Of the metals, aluminum is preferred. Aluminum is easy to dissipate heat because it has good light reflectivity and good thermal conductivity. Aluminum is lightweight and contributes to weight reduction of the photovoltaic power generation module 1M and further to weight reduction of the photovoltaic power generation panel 1.

また、導光部２２の材質は必ずしも全て金属でなくても良く、例えば、樹脂を基材として、光の反射をする内壁のみ、金属（例えば反射率の良いアルミニウム、銀）のコーティングを施すことも可能である。この場合は、材質全体がアルミニウムの場合よりもさらに軽量化を実現することができる。なお、樹脂であっても、高熱伝導性を有する絶縁性フィラー（例えば、アルミナ、シリカ、炭化珪素、酸化マグネシウム等）を添加した樹脂は、熱伝導性に優れ、放熱性が向上するので、好適である。   Moreover, the material of the light guide part 22 does not necessarily need to be a metal. For example, only the inner wall that reflects light is coated with a metal (for example, aluminum or silver having a high reflectivity) using a resin as a base material. Is also possible. In this case, the weight can be further reduced as compared with the case where the whole material is aluminum. Even if it is a resin, a resin to which an insulating filler having high thermal conductivity (for example, alumina, silica, silicon carbide, magnesium oxide, etc.) is added is preferable because it has excellent thermal conductivity and heat dissipation. It is.

図５は、参考例として、上述のような導光部２２ではなく、代わりにガラス製の紡錘形状のレンズを用いた場合の、１次レンズ（フレネルレンズ１３ｆに相当する。）２３と、２次レンズ２４との光学的な関係を示す図である。図において、本来、１次レンズ２３と、２次レンズ２４とは、互いの光軸が一致している。発電素子２１は、２次レンズ２４の底部中心にある。   FIG. 5 shows, as a reference example, a primary lens (corresponding to a Fresnel lens 13f) 23 and 2 when a glass spindle-shaped lens is used instead of the light guide 22 as described above. FIG. 6 is a diagram showing an optical relationship with the next lens 24. In the figure, the primary lens 23 and the secondary lens 24 originally have the same optical axis. The power generating element 21 is at the center of the bottom of the secondary lens 24.

図５において、１次レンズ２３に入射する平行光である太陽光は、１次レンズ２３で屈折し、集光する。集光した光はさらに、２次レンズ２４により収束させられ、発電素子２１上に照射される。このような２次レンズ方式の集光型太陽光発電ユニットを構成することも可能である。この場合、二重の集光によって光を細く絞るので、若干の光軸のずれが生じても、発電素子２１上に照射することは可能である。しかし、このように光を細く絞って、発電素子２１上でピンポイント的に光を集めると、発電素子２１の特性上、発電効率がむしろ下がるということが分かってきた。   In FIG. 5, sunlight that is parallel light incident on the primary lens 23 is refracted and condensed by the primary lens 23. The condensed light is further converged by the secondary lens 24 and irradiated onto the power generation element 21. It is also possible to configure such a secondary lens type concentrating solar power generation unit. In this case, since the light is narrowed down by double condensing, it is possible to irradiate the power generation element 21 even if a slight deviation of the optical axis occurs. However, it has been found that if the light is narrowed down in this way and light is collected on the power generation element 21 in a pinpoint manner, the power generation efficiency is rather lowered due to the characteristics of the power generation element 21.

２次レンズ２４を省略して、１次レンズ２３の屈折率を高め、発電素子２１上でピンポイント的に光を集めるということも可能であるが、この場合も同様に、発電素子２１の特性上、発電効率がむしろ下がるということが分かっている。
すなわち、発電素子２１に対して、１点集中的に光を集めるよりも、発電素子２１の発電に寄与する表面部分の全体に対して、まんべんなく光を当てる方が、発電効率が良い。 It is possible to omit the secondary lens 24, increase the refractive index of the primary lens 23, and collect light in a pinpoint manner on the power generation element 21, but in this case as well, the characteristics of the power generation element 21 are the same. Above, it turns out that the power generation efficiency is rather lowered.
That is, it is better to apply light evenly to the entire surface portion that contributes to power generation of the power generation element 21 than to collect light to the power generation element 21 intensively at one point.

《集光型太陽光発電ユニット》
次に、集光型太陽光発電ユニットの構成例について説明する。上記の集光型太陽光発電モジュール１Ｍは、多数の集光型太陽光発電ユニットをアレイとしたものである。 《Concentrated solar power generation unit》
Next, a configuration example of the concentrating solar power generation unit will be described. The concentrating solar power generation module 1M is an array of many concentrating solar power generation units.

図６の（ａ）は、集光型太陽光発電ユニットの構成例として、集光部１３のフレネルレンズ１３ｆと、導光部２２との光学的な関係を示す図である。導光部２２は、内壁２２ａの形状を主に描けば、このようになる。図において、本来、フレネルレンズ１３ｆと、導光部２２とは、互いの光軸Ａ（中心軸）が正確に一致している。発電素子２１は、フレネルレンズ１３ｆの焦点位置Ｆよりも光路上の手前にあり、また、導光部２２の底部中心にある。光の入口２２ｉｎは、光の出口２２ｏｕｔよりも大きく拡がっている。   FIG. 6A is a diagram illustrating an optical relationship between the Fresnel lens 13 f of the light collecting unit 13 and the light guide unit 22 as a configuration example of the concentrating solar power generation unit. The light guide 22 is as described above if the shape of the inner wall 22a is mainly drawn. In the figure, the Fresnel lens 13f and the light guide unit 22 originally have the same optical axis A (center axis). The power generation element 21 is in front of the focal position F of the Fresnel lens 13f on the optical path, and is at the bottom center of the light guide 22. The light entrance 22in is larger than the light exit 22out.

フレネルレンズ１３ｆに入射する平行光である太陽光は、フレネルレンズ１３ｆで屈折し、集光する。集光した光は導光部２２の内壁２２ａにはほとんど当たらずに、直接、発電素子２１の、発電に寄与する領域全体に達する。仮に、光が僅かに内壁２２ａに当たったとしても、当たって反射した光は導光部２２の出口２２ｏｕｔへ導かれ、結局は、発電素子２１に達する。従って、実質的に全ての光が、発電素子２１による発電に寄与する。   Sunlight which is parallel light incident on the Fresnel lens 13f is refracted and condensed by the Fresnel lens 13f. The condensed light hardly hits the inner wall 22a of the light guide 22 and directly reaches the entire region of the power generation element 21 that contributes to power generation. Even if the light hits the inner wall 22a slightly, the light reflected by the light is guided to the outlet 22out of the light guide 22 and eventually reaches the power generation element 21. Accordingly, substantially all light contributes to power generation by the power generation element 21.

図６の（ｂ）は、フレネルレンズ１３ｆが本来あるべき位置（点線）より右へずれて、その光軸がＡ’となり、導光部２２の光軸Ａと間で、軸のずれが生じている状態を表す図である。このように、フレネルレンズ１３ｆと導光部２２とで、光軸が互いに正確に一致していない場合には、直接的に発電素子２１に達する光が減少し、導光部２２の内壁２２ａに当たる光が多くなる。しかし、光が内壁２２ａに当たりさえすれば、当たって反射した光は導光部２２の出口２２ｏｕｔへ導かれ、結局は、発電素子２１に達する。   6B, the Fresnel lens 13f is shifted to the right from the position (dotted line) where the Fresnel lens 13f should be originally, and its optical axis becomes A '. FIG. As described above, when the optical axes of the Fresnel lens 13f and the light guide unit 22 are not exactly coincident with each other, the light directly reaching the power generating element 21 is reduced and hits the inner wall 22a of the light guide unit 22. More light. However, as long as the light hits the inner wall 22a, the reflected light is guided to the outlet 22out of the light guide 22 and eventually reaches the power generation element 21.

従って、集光部１３のフレネルレンズ１３ｆの光軸と導光部２２の光軸とが互いに正確に一致していない場合でも、正確に一致している場合と同様に、発電量を確保することができる。なお、前述のように、フレネルレンズ１３ｆの集光度を高めてピンポイントに光を集めることは、発電素子２１の発電効率の点ではむしろ好ましくない。このように、フレネルレンズ１３ｆで絞り、集光させた光を導光部２２でいわば、かき集めるようにして発電素子２１に導く構成によれば、フレネルレンズ１３ｆの集光度をあまり高めずに、光を効率よく発電素子２１上に集めることができる。これにより、簡素で安価な二次光学系を用いて、優れた発電効率を安定的に得ることができる。   Therefore, even when the optical axis of the Fresnel lens 13f of the light collecting unit 13 and the optical axis of the light guide unit 22 do not exactly match each other, as in the case where they exactly match, the amount of power generation is ensured. Can do. Note that, as described above, it is rather unpreferable in terms of power generation efficiency of the power generation element 21 to increase the light collection degree of the Fresnel lens 13f and collect light at a pinpoint. In this way, according to the configuration in which the light condensed and condensed by the Fresnel lens 13f is guided to the power generation element 21 by the light guide unit 22, the light collecting degree of the Fresnel lens 13f is not increased so much. Can be efficiently collected on the power generating element 21. Thereby, it is possible to stably obtain excellent power generation efficiency using a simple and inexpensive secondary optical system.

図７は、導光部２２の入口側の開口の大きさと、反射との関係を示す図である。導光部２２の出口の大きさは、発電素子２１の大きさによって決まるが、入口の大きさは任意に設計可能である。例えば、図７の（ａ）に示すように入口の開口寸法をＬ１とすると、内壁２２ａの傾斜が比較的なだらかになる。そのため、入射光の一部が図示のように内壁２２ａから反対側の内壁２２ａへ反射して、導光部２２から出てしまう。すなわち、このように反射させては、光を全て発電素子２１に導くことはできない。   FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the size of the opening on the entrance side of the light guide 22 and the reflection. The size of the outlet of the light guide 22 is determined by the size of the power generation element 21, but the size of the inlet can be arbitrarily designed. For example, as shown in FIG. 7A, when the opening size of the inlet is L1, the inclination of the inner wall 22a becomes comparatively gentle. Therefore, a part of the incident light is reflected from the inner wall 22a to the inner wall 22a on the opposite side as shown in the figure and exits from the light guide section 22. That is, all the light cannot be guided to the power generation element 21 by reflecting in this way.

一方、例えば、図７の（ｂ）に示すように入口の開口寸法をＬ２（＜Ｌ１）とすると、内壁２２ａの傾斜が比較的急峻になって、導光部２２に一旦入った光は全て、発電素子２１へ導くことができる。すなわち、フレネルレンズ１３ｆによって集光させた太陽光を効率よく、発電素子２１へ導くことができる。このような内壁２２ａの傾斜角度は、例えば、約５８度である。   On the other hand, for example, as shown in FIG. 7B, if the opening size of the entrance is L2 (<L1), the inclination of the inner wall 22a becomes relatively steep, and all the light that has once entered the light guide section 22 is obtained. , Can be led to the power generation element 21. That is, the sunlight condensed by the Fresnel lens 13 f can be efficiently guided to the power generation element 21. The inclination angle of the inner wall 22a is about 58 degrees, for example.

なお、（ｂ）の場合は、開口寸法が（ａ）の場合に比べて小さいため、光軸のずれ量によっては、フレネルレンズ１３ｆから来た光の一部を導光部２２内に受け入れることができない場合もあるが、そのことの損失よりも、導光部２２に入った光を確実に発電素子２１に導くことの方が、発電量の確保には重要である。   In the case of (b), since the opening size is smaller than that in the case of (a), a part of the light coming from the Fresnel lens 13f is received in the light guide part 22 depending on the amount of deviation of the optical axis. In some cases, however, it is more important to ensure the amount of power generated than the loss due to this, that the light entering the light guide section 22 is reliably guided to the power generation element 21.

《集光型太陽光レシーバ》
次に、本発明の一実施形態に係る集光型太陽光レシーバについて説明する。
図８は、導光部２２の詳細な形状の一例を、パッケージ２５と一体に組み合わせた状態で示す斜視図である。このような、集光する太陽光を受け取って発電する個体を、集光型太陽光レシーバ（以下、単にレシーバという。）２０と称する。すなわち、レシーバ２０は、太陽光を光の入口から出口へ導く導光部２２と、導光部２２の出口に面して設けられた発電素子２１と、発電素子２１を保持するとともに、導光部２２をも一体的に保持する保持部としてのパッケージ２５とを備えている。 《Concentrated solar receiver》
Next, a concentrating solar receiver according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a perspective view illustrating an example of a detailed shape of the light guide unit 22 in a state of being combined with the package 25 integrally. Such an individual that receives condensed sunlight and generates power is referred to as a concentrating sunlight receiver (hereinafter simply referred to as a receiver) 20. That is, the receiver 20 holds the power generation element 21 that guides sunlight from the light entrance to the light exit 22, the power generation element 21 provided facing the light exit of the light guide 22, and guides the light. And a package 25 as a holding portion for holding the portion 22 integrally.

また、図９は図８におけるIX-IX線断面図である。図８，図９において、前述のように、導光部２２の内壁２２ａは、光の進行方向に下り傾斜する漏斗のような形状であり、出口２２ｏｕｔより、入口２２ｉｎの方が拡がっている。導光部２２の外側（４方向）には、放熱フィン２２ｆが形成されている。放熱フィン２２ｆは、導光部２２の熱を自然空冷で放熱させる。導光部２２が高温になると発電素子２１が過熱状態となって発電効率が低下する場合があるが、このような放熱フィン２２ｆを設けることにより、発電効率の低下を抑制することができる。導光部２２の出口２２ｏｕｔには、発電素子２１が存在している。発電素子２１は、パッケージ２５の所定位置に保持されている。   FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. 8 and 9, as described above, the inner wall 22a of the light guide section 22 has a funnel shape that is inclined downward in the light traveling direction, and the inlet 22in is wider than the outlet 22out. Radiating fins 22f are formed on the outside (four directions) of the light guide 22. The heat radiating fins 22f radiate the heat of the light guide unit 22 by natural air cooling. When the light guide section 22 is at a high temperature, the power generation element 21 may be overheated and the power generation efficiency may be reduced. By providing such heat radiation fins 22f, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency. The power generation element 21 is present at the outlet 22out of the light guide 22. The power generating element 21 is held at a predetermined position of the package 25.

図１０は、レシーバ２０の分解斜視図である。パッケージ２５は、樹脂やセラミックの絶縁物から成り、発電素子２１及びリードフレーム２６を備えるとともに、導光部２２を一体に取り付ける機能を備えている。発電素子２１は、パッケージ２５の中央に取り付けられており、その出力が一対のリードフレーム２６に導出されるようになっている。パッケージ２５には導光部２２を定位置に取り付けるための穴２５ｈが２箇所に設けられている。   FIG. 10 is an exploded perspective view of the receiver 20. The package 25 is made of a resin or ceramic insulator, and includes a power generation element 21 and a lead frame 26 and also has a function of attaching the light guide unit 22 integrally. The power generating element 21 is attached to the center of the package 25, and its output is led out to a pair of lead frames 26. The package 25 is provided with two holes 25h for attaching the light guide portion 22 to a fixed position.

図１１は、図１０のXI−XI線での、レシーバ２０の分解断面図である。パッケージ２５の穴２５ｈに対応した位置の導光部２２には、突起２２ｐが設けられている。これらの突起２２ｐを、穴２５ｈに嵌め込むことにより、導光部２２と、発電素子２１が装着されたパッケージ２５とは、互いに一体化される。こうして、図８，図９に示すレシーバ２０が出来上がる。このように、発電素子２１を保持するパッケージ２５（保持部）が、導光部２２をも一体的に保持することで、発電素子２１と導光部２２とは、互いに一体的な関係となる。従って、発電素子２１と導光部２２との光学的な位置関係が固定され、また、安定して維持される。   FIG. 11 is an exploded cross-sectional view of the receiver 20 taken along line XI-XI in FIG. The light guide 22 at a position corresponding to the hole 25h of the package 25 is provided with a protrusion 22p. By fitting these protrusions 22p into the holes 25h, the light guide 22 and the package 25 to which the power generating element 21 is attached are integrated with each other. Thus, the receiver 20 shown in FIGS. 8 and 9 is completed. As described above, the package 25 (holding unit) that holds the power generation element 21 integrally holds the light guide unit 22, so that the power generation element 21 and the light guide unit 22 are integrated with each other. . Therefore, the optical positional relationship between the power generation element 21 and the light guide unit 22 is fixed and stably maintained.

《導光部の作用の検証》
図１２〜１５は、上記の導光部２２の作用について検証した結果を示す図である。各図における１次レンズとは、フレネルレンズ１３ｆのことである。
まず、図１２は、気温２５℃で、導光部２２に対する１次レンズの光軸のずれが無い場合における、導光部２２の作用を示している。なお、１次レンズの吸収損失については無視し、導光部２２の反射率は１００％とする。図中の点線の二重枠のうち外側は、一辺の長さ３．２ｍｍの正方形の発電素子を表している。なお、内側の枠は、一辺の長さ２．５ｍｍの正方形の発電素子を想定したものであるが、ここでは、外側の３．２ｍｍの正方形の発電素子についての検証結果（数値）のみを示している。 <Verification of light guide function>
12-15 is a figure which shows the result verified about the effect | action of said light guide part 22. FIG. The primary lens in each figure is the Fresnel lens 13f.
First, FIG. 12 shows the operation of the light guide unit 22 when the temperature of the air temperature is 25 ° C. and the optical axis of the primary lens is not shifted from the light guide unit 22. Note that the absorption loss of the primary lens is ignored, and the reflectance of the light guide 22 is 100%. The outside of the dotted double frame in the figure represents a square power generation element with a side length of 3.2 mm. The inner frame is assumed to be a square power generation element with a side length of 2.5 mm, but here, only the verification results (numerical values) for the outer 3.2 mm square power generation element are shown. ing.

図１２において、上段は、比較のために、１次レンズのみ、すなわち、導光部２２を使用せずに、フレネルレンズ１３ｆのみによって集光させた光を発電素子２１に与えた場合の光の当たり方を示している。左から右へ第１〜４列とすると、第１列は波長４００ｎｍの光、第２列は波長６５０ｎｍの光、第３列は波長１６００ｎｍの光、そして、第４列（Ｔｏｔａｌと表記）は、第１〜３列の３種類の波長の総和である光についての光の当たり方を示し、％は、概ね平均値を示している。   In FIG. 12, for comparison, the upper row shows the light of the case where only the primary lens, that is, the light condensed by only the Fresnel lens 13 f without using the light guide 22 is applied to the power generation element 21. Shows how to win. From left to right, the first to fourth columns, the first column is the light with a wavelength of 400 nm, the second column is the light with a wavelength of 650 nm, the third column is the light with a wavelength of 1600 nm, and the fourth column (denoted as Total) is , Shows how light hits the light, which is the sum of the three types of wavelengths in the first to third columns, and% indicates an average value.

なお、図１２（図１３〜１５も同様。）は、カラーの原図を白黒で表した図であり、中央の黒っぽく見える小領域（第３列では拡がっている。）はカラーでは赤であり、相対的に強く光が当たっている部位である。その周りの白く見える環状（又は枠状）部分は、中央よりは弱いものの、光が当たっている部位であり、外側へ行くほど光が弱くなる。図中の「％」は、光が、発電素子に到達する割合（以下、到達率と言う。）を示している。   Note that FIG. 12 (the same applies to FIGS. 13 to 15) is a diagram showing the original color image in black and white, and a small area that looks dark at the center (expanded in the third column) is red in color. It is a part that is exposed to relatively strong light. The annular (or frame-shaped) portion that appears white around it is weaker than the center, but is a portion that is exposed to light, and the light becomes weaker toward the outside. “%” In the figure indicates the rate at which light reaches the power generation element (hereinafter referred to as the arrival rate).

一方、下段は、１次レンズによって集光させた光を、導光部２２を介して発電素子に与えた場合の光の当たり方を示している。波長の条件は、上段と同じである。
図１２における上段と下段とを互いに比較すると、下段の方が到達率で僅かに優れているが、ほとんど差が無い。すなわち、１次レンズによって集光させた光は、導光部２２にはほとんど当たらず、直接、発電素子に達しているので大きな差が出なかった、と考えられる。 On the other hand, the lower part shows how the light collected when the light condensed by the primary lens is applied to the power generation element via the light guide 22. The wavelength conditions are the same as in the upper stage.
When the upper stage and the lower stage in FIG. 12 are compared with each other, the lower stage is slightly superior in the arrival rate, but there is almost no difference. That is, it is considered that the light condensed by the primary lens hardly hits the light guide portion 22 and directly reaches the power generation element, so that there is no significant difference.

図１３は、気温４５℃で、導光部２２に対する１次レンズの光軸のずれが無い場合における、導光部２２の作用を示している。上段と下段とを互いに比較すると、図１２の場合とは異なり、波長１６００ｎｍ及び平均（Ｔｏｔａｌ）についての到達率に大きな差が出ている。これを分析・評価すれば、気温が高くなると、１次レンズの屈折率が下がり、集光度が低下する。そのため、発電素子上に集光しきれなかった光が、損失となる。長波長になる程、屈折率が小さくなるので、損失が顕著に生じやすい。これが、上段の波長１６００ｎｍにおける到達率７３．３％、全波長における到達率８６．７％という数字に表れている。しかしながら、導光部２２の存在によって、波長１６００ｎｍで９２．３％、全波長で９３．２％と、損失を抑制していることがわかる。   FIG. 13 shows the operation of the light guide 22 when the temperature of the air temperature is 45 ° C. and the optical axis of the primary lens does not shift with respect to the light guide 22. When the upper stage and the lower stage are compared with each other, unlike the case of FIG. 12, there is a large difference in the arrival rate for the wavelength of 1600 nm and the average (Total). If this is analyzed and evaluated, when the temperature increases, the refractive index of the primary lens decreases and the light condensing degree decreases. Therefore, light that cannot be collected on the power generation element is lost. As the wavelength becomes longer, the refractive index becomes smaller, so that loss tends to occur remarkably. This is shown in the figures of an arrival rate of 73.3% at an upper wavelength of 1600 nm and an arrival rate of 86.7% at all wavelengths. However, it can be seen that the presence of the light guide 22 suppresses the loss at 92.3% at a wavelength of 1600 nm and 93.2% at all wavelengths.

図１４は、気温２５℃で、導光部２２に対する１次レンズの光軸のずれが、想定される最大値である場合における、導光部２２の作用を示している。図において、１次レンズのみの場合は、光軸のずれによって光の照射領域が右上に移動し、どの波長域でも到達率が大幅に低下している。しかしながら、導光部２２が設けられている下段の到達率を見れば明らかなように、どの波長域でも、光を良く集め、到達率の低下を劇的に抑制していることがわかる。   FIG. 14 shows the operation of the light guide unit 22 when the temperature of the primary lens with respect to the light guide unit 22 is an assumed maximum value at an air temperature of 25 ° C. In the figure, in the case of only the primary lens, the light irradiation region moves to the upper right due to the deviation of the optical axis, and the arrival rate is greatly reduced in any wavelength region. However, as can be seen from the lower arrival rate at which the light guide unit 22 is provided, it can be seen that light is well collected in any wavelength region, and a decrease in the arrival rate is dramatically suppressed.

図１５は、気温４５℃で、導光部２２に対する１次レンズの光軸のずれが、想定される最大値である場合における、導光部２２の作用を示している。図において、１次レンズのみの場合は、図１４の場合と同様に、光軸のずれによって光の照射領域が右上に移動し、どの波長域でも到達率が大幅に低下している。しかしながら、導光部２２が設けられている下段の到達率を見れば明らかなように、どの波長域でも、光を良く集め、到達率の低下を劇的に抑制していることがわかる。   FIG. 15 shows the operation of the light guide unit 22 when the temperature of the primary lens relative to the light guide unit 22 is assumed to be the maximum value at a temperature of 45 ° C. In the figure, in the case of only the primary lens, similarly to the case of FIG. 14, the light irradiation area moves to the upper right due to the shift of the optical axis, and the arrival rate is greatly reduced in any wavelength range. However, as can be seen from the lower arrival rate at which the light guide unit 22 is provided, it can be seen that light is well collected in any wavelength region, and a decrease in the arrival rate is dramatically suppressed.

図１６は、図１２〜１５の到達率をまとめた棒グラフである。ずれ量最大の場合には、図中の矢印で示すように、導光部２２を設けることで、到達率の大幅な改善効果が見られる。ずれ量ゼロの場合でも、導光部２２を設けることで、常に安定した到達率が得られていることがわかる。   FIG. 16 is a bar graph summarizing the arrival rates of FIGS. In the case of the maximum amount of deviation, as shown by the arrows in the figure, by providing the light guide portion 22, a significant improvement effect of the arrival rate can be seen. It can be seen that a stable arrival rate is always obtained by providing the light guide 22 even when the amount of deviation is zero.

《屈折要素と組み合わせた導光部》
次に、導光部２２に屈折要素を併用した例について説明する。
図１７の（ａ）は、図８と同じ構成のレシーバ２０に、ポッティングを施した状態を示す斜視図であり、図１７の（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。図において、光透過層２７は、光透過性の材料（例えばシリコーン）を、導光部２２内にポッティングにより充填して固めたものである。光透過層２７の深さ（厚さ）は、例えば１ｍｍである。なお、導光部２２の高さ寸法は例えば３ｍｍである。ポッティングにより形成された光透過層２７は、発電素子２１と導光部２２とを互いに固着する役割を果たすとともに、発電素子２１の表面を保護して劣化を抑制する。また、光透過層２７は、導光部２２と一体化し、レシーバ２０の一部を成す。 《Light guide combined with refractive element》
Next, an example in which a refractive element is used in combination with the light guide unit 22 will be described.
17A is a perspective view showing a state where potting is performed on the receiver 20 having the same configuration as that in FIG. 8, and FIG. 17B is a sectional view taken along line BB in FIG. In the figure, the light transmission layer 27 is formed by filling a light-transmitting material (for example, silicone) into the light guide portion 22 by potting and hardening. The depth (thickness) of the light transmission layer 27 is, for example, 1 mm. In addition, the height dimension of the light guide part 22 is 3 mm, for example. The light transmission layer 27 formed by potting plays a role of fixing the power generation element 21 and the light guide portion 22 to each other, and protects the surface of the power generation element 21 to suppress deterioration. The light transmission layer 27 is integrated with the light guide unit 22 and forms a part of the receiver 20.

図１８の（ａ）は、図１７と同様に、レシーバ２０にポッティングを施した状態を示す斜視図であり、図１８の（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。図１７との違いは、光透過層２７の深さ（厚さ）で、この場合は、例えば３ｍｍである。   FIG. 18A is a perspective view showing a state where the receiver 20 is potted similarly to FIG. 17, and FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. The difference from FIG. 17 is the depth (thickness) of the light transmission layer 27, in this case, for example, 3 mm.

《光透過層を有する導光部の作用の検証》
上記のような２種類の深さのポッティングを施した導光部２２について、その作用を検証した。なお、光透過層２７の屈折率は、例えば１．４１である。また、光透過層２７自身の光吸収損失は無視している。 <Verification of action of light guide part with light transmission layer>
The effect | action was verified about the light guide part 22 which gave the potting of two types of depths as mentioned above. The refractive index of the light transmission layer 27 is 1.41, for example. Further, the light absorption loss of the light transmission layer 27 itself is ignored.

図１９〜２２は、ポッティングを施した上記の導光部２２の作用について検証した結果を示す図である。図１９〜２２の各図における上段（１次レンズのみの場合）及び中段（導光部を設けた場合）は、それぞれ、図１２〜１５と同じ数値を示している。なお、中段の括弧書きの数字は、参考のために、一辺の長さ２．５ｍｍの正方形の発電素子についての検証結果も併せて示している。   19-22 is a figure which shows the result verified about the effect | action of said light guide part 22 which gave potting. 19-22, the upper stage (in the case of only a primary lens) and the middle stage (in the case where a light guide portion is provided) show the same numerical values as in FIGS. Note that the numbers in parentheses in the middle row also show the verification results for a square power generation element with a side length of 2.5 mm for reference.

まず、図１９は、気温２５℃で、導光部２２に対する１次レンズの光軸のずれが無い場合における、ポッティングを施した導光部２２の作用を示している。
下段は、ポッティングを施した導光部２２についての到達率を示している。ポッティングを施すことによって、中段のポッティング無しよりも若干数値が低下するが、低下の程度は僅かである。この低下は、光透過層の表面でのフレネル反射損失である。また、１ｍｍ充填と、３ｍｍ充填との間には、ほとんど差が無い。 First, FIG. 19 shows the operation of the light guide unit 22 subjected to potting when the temperature of the temperature is 25 ° C. and the optical axis of the primary lens does not shift with respect to the light guide unit 22.
The lower row shows the arrival rate for the light guide 22 subjected to potting. By applying the potting, the numerical value is slightly lower than that without the middle potting, but the degree of the decrease is slight. This decrease is a Fresnel reflection loss on the surface of the light transmission layer. There is almost no difference between 1 mm filling and 3 mm filling.

図２０は、気温４５℃で、導光部２２に対する１次レンズの光軸のずれが無い場合における、ポッティングを施した導光部２２の作用を示している。
この場合も、図１８と同様、ポッティングの１ｍｍ充填と、３ｍｍ充填との間には、ほとんど差が無い。 FIG. 20 shows the action of the light guide unit 22 subjected to potting when the temperature is 45 ° C. and there is no deviation of the optical axis of the primary lens with respect to the light guide unit 22.
Also in this case, as in FIG. 18, there is almost no difference between 1 mm filling and 3 mm filling.

図２１は、気温２５℃で、導光部２２に対する１次レンズの光軸のずれが、想定される最大値である場合における、ポッティングを施した導光部２２の作用を示している。
この場合、ポッティング無しの場合（中段）と比較すると、若干、数値は下がる場合もあるが、低下の程度は少ない。また、波長４００ｎｍでは、むしろ、僅かに数値が上がっている。 FIG. 21 shows the action of the light guide 22 subjected to potting when the optical axis shift of the primary lens with respect to the light guide 22 is an assumed maximum value at an air temperature of 25 ° C.
In this case, as compared with the case without potting (middle stage), the numerical value may slightly decrease, but the degree of decrease is small. Moreover, the numerical value slightly increases at a wavelength of 400 nm.

図２２は、気温４５℃で、導光部２２に対する１次レンズの光軸のずれが、想定される最大値である場合における、ポッティングを施した導光部２２の作用を示している。
この場合も、ポッティング無しの場合（中段）と比較すると、若干、数値は下がる場合もあるが、低下の程度は少ない。 FIG. 22 shows the action of the light guide unit 22 subjected to potting when the temperature of the primary lens relative to the light guide unit 22 is an assumed maximum value at an air temperature of 45 ° C.
In this case as well, the numerical value may be slightly lowered as compared with the case without potting (middle stage), but the degree of decrease is small.

図２３は、図１９〜２２の到達率をまとめた棒グラフである。ずれ量最大の場合には、ポッティングを施した導光部２２を設けることで、到達率の大幅な改善効果が見られる。また、ポッティング無しの場合と比べて、ポッティングを施しても到達率への影響が少ない。   FIG. 23 is a bar graph summarizing the arrival rates of FIGS. In the case of the maximum amount of deviation, a significant improvement effect of the arrival rate can be seen by providing the light guide 22 with potting. In addition, compared with the case without potting, even if potting is performed, the effect on the arrival rate is small.

図２４は、光透過層２７による屈折の様子を示す図である。（ａ）は光透過層２７が１ｍｍの場合を示し、（ｂ）は光透過層２７が３ｍｍの場合を示している。点線の楕円で示す部分すなわち、光透過層２７と空気との界面で、光の屈折が起こる。光軸のずれが生じた場合、屈折がなければ導光部２２の内壁に当たる光の一部が、このような屈折により、発電素子２１に直接当たると考えられる。   FIG. 24 is a diagram showing a state of refraction by the light transmission layer 27. (A) shows the case where the light transmission layer 27 is 1 mm, and (b) shows the case where the light transmission layer 27 is 3 mm. Light refraction occurs at the portion indicated by the dotted ellipse, that is, at the interface between the light transmission layer 27 and air. When the optical axis shift occurs, it is considered that a part of light hitting the inner wall of the light guide unit 22 directly hits the power generation element 21 due to such refraction if there is no refraction.

《その他》
なお、上記実施形態では、集光部１３と導光部２２との間で光軸（中心軸）のずれがあった場合について説明したが、集光部１３が太陽光を垂直に受けていない場合、すなわち太陽に対する追尾のずれがある場合においても、光学系のずれが生じ得る。 <Others>
In addition, although the said embodiment demonstrated the case where there existed a shift | offset | difference of an optical axis (center axis) between the condensing part 13 and the light guide part 22, the condensing part 13 did not receive sunlight perpendicularly | vertically. In some cases, that is, even when there is a tracking shift with respect to the sun, a shift in the optical system may occur.

図２５は、このような状態の一例を示す図である。図において、太陽に対する追尾のずれがある場合には、集光部１３のフレネルレンズ１３ｆが太陽光を垂直に受けないことになる。この場合、集光した光の進路は導光部２２の光軸Ａ（中心軸）に対して角度的にずれるが、内壁２２ａの反射により、光は発電素子２１上に集められる。従って、この場合も同様に、導光部２２によって光を効率よく発電素子２１上に集めることができる。   FIG. 25 is a diagram showing an example of such a state. In the figure, when there is a tracking shift with respect to the sun, the Fresnel lens 13f of the light collecting unit 13 does not receive sunlight vertically. In this case, the path of the collected light is angularly deviated with respect to the optical axis A (center axis) of the light guide unit 22, but the light is collected on the power generation element 21 by the reflection of the inner wall 22 a. Accordingly, in this case as well, light can be efficiently collected on the power generation element 21 by the light guide unit 22.

なお、上記実施形態において、導光部２２の基材を樹脂等とする場合には、これを、保持部としてのパッケージ２５と完全に一体化することも可能である。但し、その場合でも、導光部としての機能部分と、保持部としての機能部分とが存在することには変わりはない。
また、上記実施形態において集光部（１次レンズ）１３のレンズ要素としては、軽量で製造容易なフレネルレンズ１３ｆが好適であるが、ガラス等のレンズを使用することも可能である。 In the above embodiment, when the base material of the light guide unit 22 is a resin or the like, it can be completely integrated with the package 25 as a holding unit. However, even in that case, the functional part as the light guide part and the functional part as the holding part still exist.
In the above embodiment, the lens element of the light condensing part (primary lens) 13 is preferably a lightweight and easy-to-manufacture Fresnel lens 13f, but a lens such as glass can also be used.

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１ 集光型太陽光発電パネル
１Ｍ 集光型太陽光発電モジュール
１３ 集光部
１３ｆ フレネルレンズ（レンズ要素）
２０ 集光型太陽光レシーバ
２１ 発電素子
２２ 導光部
２２ａ 内壁
２２ｆ 放熱フィン
２２ｉｎ 入口
２２ｏｕｔ 出口
２５ パッケージ（保持部）
２７ 光透過層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Concentration type photovoltaic power generation panel 1M Concentration type photovoltaic power generation module 13 Condensing part 13f Fresnel lens (lens element)
20 concentrating solar receiver 21 power generation element 22 light guide portion 22a inner wall 22f radiating fin 22in inlet 22out outlet 25 package (holding portion)
27 Light transmission layer

Claims (11)

集光する太陽光を受け取って発電する集光型太陽光レシーバであって、
前記太陽光を光の入口から出口へ導く導光部と、
前記導光部の出口に面して設けられた発電素子と、
前記発電素子を保持するとともに、前記導光部をも一体的に保持する保持部とを備え、
前記導光部は、その内壁を反射面として前記入口が前記出口より拡がっている形状の枠体であって、入射した太陽光を前記内壁の反射により前記出口へ導いて前記発電素子上に集めることを特徴とする集光型太陽光レシーバ。 It is a concentrating solar receiver that receives sunlight to collect electricity and generates electricity,
A light guide for guiding the sunlight from the entrance to the exit of the light;
A power generating element provided facing the outlet of the light guide,
A holding unit that holds the power generation element and also holds the light guide unit integrally;
The light guide portion is a frame having a shape in which the inner wall is a reflection surface and the inlet is wider than the outlet, and the incident sunlight is led to the outlet by reflection of the inner wall and collected on the power generation element. A concentrating solar receiver characterized by that. 前記導光部は、その内壁が、光の進行方向に下り傾斜した漏斗状の形態である請求項１記載の集光型太陽光レシーバ。   2. The concentrating solar receiver according to claim 1, wherein the light guide portion has a funnel-like shape whose inner wall is inclined downward in the light traveling direction. 前記導光部の少なくとも内壁は金属である請求項１又は２に記載の集光型太陽光レシーバ。   The concentrating solar receiver according to claim 1, wherein at least an inner wall of the light guide is made of metal. 前記導光部はアルミニウムである請求項３記載の集光型太陽光レシーバ。   The concentrating solar receiver according to claim 3, wherein the light guide portion is aluminum. 前記導光部は内壁に金属のコーティングが施されている請求項３記載の集光型太陽光レシーバ。   The concentrating solar receiver according to claim 3, wherein the light guide portion has a metal coating on an inner wall. 前記導光部の内壁の表面粗さＲｚは、０．３μｍ以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の集光型太陽光レシーバ。   6. The concentrating solar receiver according to claim 1, wherein a surface roughness Rz of an inner wall of the light guide unit is 0.3 μm or less. 前記導光部の内側に、光透過性の材料からなる光透過層が設けられる請求項１〜６のいずれか１項に記載の集光型太陽光レシーバ。   The concentrating solar receiver according to any one of claims 1 to 6, wherein a light transmissive layer made of a light transmissive material is provided inside the light guide section. 前記光透過層は、光透過性の材料を前記発電素子上にポッティングしたものである請求項７記載の集光型太陽光レシーバ。   The concentrating solar receiver according to claim 7, wherein the light transmissive layer is formed by potting a light transmissive material on the power generation element. 前記導光部は、放熱フィンを備えている請求項１〜８のいずれか１項に記載の集光型太陽光レシーバ。   The said light guide part is a concentrating solar receiver of any one of Claims 1-8 provided with the radiation fin. 太陽光を集光するレンズ要素が複数個並んで形成された集光部と、各レンズ要素に対応して複数個並んで設けられている請求項１の集光型太陽光レシーバとを備えていることを特徴とする集光型太陽光発電モジュール。   A condensing unit in which a plurality of lens elements for concentrating sunlight are arranged side by side, and a concentrating sunlight receiver according to claim 1 provided in a plurality corresponding to each lens element. Concentrating solar power generation module characterized by 請求項１０に記載の集光型太陽光発電モジュールを複数個集合させて成る集光型太陽光発電パネル。   A concentrating solar power generation panel obtained by assembling a plurality of concentrating solar power generation modules according to claim 10.
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