JP5081866B2 - Manufacturing method of secondary optical glass member homogenizer for concentrating solar power generation - Google Patents
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Description
本発明は、1次集光部材で集光した太陽光を発電素子に対して均一に照射するための集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a secondary optical glass member homogenizer for concentrating solar power generation for uniformly irradiating a power generation element with sunlight condensed by a primary condensing member.
近年、太陽光を利用した発電装置では、複数の太陽電池が配置されたパネルを所定角度に傾斜させて太陽光発電を行うパネル式太陽光発電装置に代わって集光式太陽光発電装置が注目されている(例えば、特許文献1参照。)。この集光式太陽光発電装置では、レンズ状の1次集光部材と発電素子との間に2次光学系ガラス部材ホモジナイザーを配置し、前記1次集光部材によって収束された太陽光を前記ホモジナイザー内に入射させ、前記入射光がホモジナイザー内で全反射されて均質化された光が発電素子に照射される。これにより、パネル式太陽光発電装置に比して、約2.6倍の発電を行うことが可能となる。 In recent years, in photovoltaic power generation devices, concentrating solar power generation devices are attracting attention instead of panel type solar power generation devices that generate solar power by tilting a panel on which a plurality of solar cells are arranged at a predetermined angle. (For example, refer to Patent Document 1). In this concentrating solar power generation device, a secondary optical glass member homogenizer is disposed between the lens-shaped primary condensing member and the power generation element, and the sunlight converged by the primary condensing member is The power generation element is irradiated with light that is incident into the homogenizer and the incident light is totally reflected and homogenized in the homogenizer. Thereby, it becomes possible to perform about 2.6 times the power generation as compared with the panel type solar power generation device.
このような集光式太陽光発電装置の2次光学系ガラス部材ホモジナイザーとしては、水平な上面及び下面に対してそれぞれ同一の所定角度で連接する側面を有する角錐台形状のガラス材からなるものが使用され、ダイレクトプレスやモールドプレス等の公知のガラス成形方法によって所望する角錐台形状に近似した形状に成形した後、外表面を公知の研磨方法によって研磨することによって成形される。 As such a secondary optical system glass member homogenizer of the concentrating solar power generation apparatus, a glass material having a truncated pyramid shape having side surfaces connected to the horizontal upper surface and the lower surface at the same predetermined angle, respectively. After being formed into a shape approximate to the desired truncated pyramid shape by a known glass forming method such as direct press or mold press, the outer surface is molded by polishing by a known polishing method.
上記の如く構成された角錐台形状のホモジナイザーでは、太陽光がガラス材内部を通過して発電素子に照射されるものであり、内部に入射した際には入射光が表面近傍で反射を繰り返すように構成されている。そのため、ガラス体内部に欠陥があると内部を通過する太陽光の光路位相等が発生したり、外表面が粗れていると太陽光の漏洩によって光学効率が低下して発電効率の低下を招く等のおそれがあり、ガラス材を均質にするとともにその外表面を平滑に構成することが要求される。 In the truncated pyramid-shaped homogenizer configured as described above, sunlight passes through the inside of the glass material and irradiates the power generation element, and when incident on the inside, the incident light repeatedly reflects near the surface. It is configured. Therefore, if there is a defect inside the glass body, the optical path phase of sunlight passing through the inside of the glass body is generated, or if the outer surface is rough, the optical efficiency is reduced due to the leakage of sunlight, leading to a decrease in power generation efficiency. Therefore, it is required to make the glass material uniform and to make the outer surface smooth.
しかしながら、このホモジナイザーにあっては、発電装置が野外に設置されることから、外表面が常に外気に晒されることとなるため、環境によって表面汚染や表面劣化が生じることがある。また、このようなホモジナイザーは単独で自立させることが困難であり、設置する際にはアルミ製の支柱等の固定部材が必要となって、部品点数が増加して組立作業が繁雑になることも問題であった。 However, in this homogenizer, since the power generation device is installed outdoors, the outer surface is always exposed to the outside air, so surface contamination and surface deterioration may occur depending on the environment. In addition, it is difficult for such a homogenizer to stand on its own, and when installing, a fixing member such as an aluminum support is required, which increases the number of parts and makes assembly work complicated. It was a problem.
本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、設置が容易で光学効率や発電効率の低下を抑制することができる集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーを容易に製造することができる製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above, readily producing installation easy optical efficiency and power generation efficiency Atsumarihikarishiki photovoltaic secondary optical glass member homogenizer for that can be suppressed decrease in Provided is a manufacturing method that can .
請求項1の発明は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に1次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部内に複数の角錐台または円錐台形状の突部が所定間隔で形成された下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理し、さらに前記ガラス成形材の各凹部間の任意の位置で切断及び研磨して複数の前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成することを特徴とする集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法に係る。
The invention of
請求項2の発明は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に1次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部を有する下型に軟化したガラスを供給し、逆角錐台または逆円錐台形状の突部が形成された上型を前記下型に対して降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理して前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成することを特徴とする集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法に係る。 In the invention of claim 2 , the upper and lower surfaces are made of a block-like glass material, the inner peripheral surface has a hollow portion formed in an inverted truncated pyramid shape or an inverted truncated cone shape, and the inner peripheral surface of the hollow portion In the method of manufacturing a secondary optical glass member homogenizer for concentrating solar power generation that forms a reflective film for reflecting the sunlight collected by the primary condensing member and uniformly irradiates the power generation element , The softened glass is supplied to the lower mold having the recesses, and the upper mold on which the inverted pyramid or the inverted frustoconical protrusion is formed is lowered with respect to the lower mold and press-molded with a predetermined pressure. A molding material is molded, and the lower portion of the glass molding material is smoothed so as to form an opening with a surface along the bottom surface of the recess, and the upper portion is smoothed with an arbitrary surface parallel to the smoothed surface. And after obtaining the block-shaped glass material, According to the manufacturing method of the condenser type solar photovoltaic secondary optical glass member homogenizer and forming the reflective film on the inner peripheral surface of the lath member.
請求項3の発明は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に1次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部内に前記内周面の半内周面を形成するための突部を有する下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形して半形状のガラス成形材を成形し、前記半形状のガラス成形材の前記半内周面に前記反射膜を形成して半形状のガラス材を得た後、同様にして得られた他の半形状のガラス材と前記半形状のガラス材との各半内周面とで逆角錐台または逆円錐台形状の前記内周面が形成されるように前記各半形状のガラス材を張り合わせたことを特徴とする集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法に係る。
According to the invention of
請求項1の発明に係る集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に1次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部内に複数の角錐台または円錐台形状の突部が所定間隔で形成された下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理し、さらに前記ガラス成形材の各凹部間の任意の位置で切断及び研磨して複数の前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成するため、多数のガラス材を簡易かつ効率的に形成することが可能であり、生産性に優れる。
A manufacturing method of a secondary optical glass member homogenizer for concentrating photovoltaic power generation according to the invention of
請求項2の発明に係る集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に1次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部を有する下型に軟化したガラスを供給し、逆角錐台または逆円錐台形状の突部が形成された上型を前記下型に対して降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理して前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成するため、内周面を精度よく形成することができ、生産効率にも優れる。 The method of manufacturing a secondary optical glass member homogenizer for concentrating photovoltaic power generation according to the invention of claim 2 is made of a block-like glass material whose upper and lower surfaces are horizontal, and the inner peripheral surface thereof is an inverted truncated pyramid or an inverted truncated cone. In addition to having a hollow portion formed in a shape, a reflective film for reflecting the sunlight collected by the primary condensing member is formed on the inner peripheral surface of the hollow portion to uniformly irradiate the power generation element In the manufacturing method of the secondary optical glass member homogenizer for concentrating solar power generation, the softened glass is supplied to the lower mold having the concave portion, and the upper mold formed with the inverted pyramid-shaped or inverted truncated cone-shaped projection is formed. The lower mold is lowered and press-molded with a predetermined pressure to form a glass molding material, and the lower portion of the glass molding material is smoothed so that an opening is formed on the surface along the bottom surface of the recess. And the upper surface on the smoothed surface After obtaining the block-shaped glass material by smoothing on any surface to be a row, in order to form the reflective film on the inner peripheral surface of the glass material, the inner peripheral surface can be accurately formed, Excellent production efficiency.
請求項3の発明に係る集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法は、上下面が水平なブロック状のガラス材からなり、内周面が逆角錐台または逆円錐台形状に形成された中空部を有するとともに、前記中空部の内周面に1次集光部材で集光した太陽光を反射するための反射膜を形成して発電素子に対して均一に照射する集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法において、凹部内に前記内周面の半内周面を形成するための突部を有する下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形して半形状のガラス成形材を成形し、前記半形状のガラス成形材の前記半内周面に前記反射膜を形成して半形状のガラス材を得た後、同様にして得られた他の半形状のガラス材と前記半形状のガラス材との各半内周面とで逆角錐台または逆円錐台形状の前記内周面が形成されるように前記各半形状のガラス材を張り合わせたため、成膜処理を容易に行うことができる。
The method of manufacturing a secondary optical glass member homogenizer for concentrating photovoltaic power generation according to the invention of
図1及び図2に示す集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザー10は、集光式太陽光発電装置50に配置され、1次集光部材51で集光した太陽光Lを発電素子52に対して均一に照射するためのものであって、上下面が水平なブロック状のガラス材11からなり、内周面16が逆角錐台形状に形成された中空部15を有するとともに、中空部15の内周面16に太陽光を反射するための反射膜20を形成したものである。
Figure 1 and shown to Atsumarihikarishiki solar photovoltaic secondary optical
図2において、符号53はホモジナイザー10の上面に配置されて中空部15を封止するスライドガラスからなる封止板、54は封止板53をホモジナイザー10の上面に固定するための固定板、55は固定板54に形成され集光された太陽光Lを通過させるための開口部、56は固定板54を固定するとともに放熱機能を有するネジ部材、57はリード線やバイパスダイオード等の周辺備品、58はホモジナイザー10が配置される発電装置50の機台である。なお、この例では、封止板53の上面側にMgF2やSiO2/TiO2の多層構造の反射防止膜が公知のスパッタリング処理によって膜厚約100nmで成膜されている。
In FIG. 2,
第一実施例のホモジナイザー10において、ブロック状のガラス材11は、縦約19mm、横約19mm、高さ約20mmの直方体形状に形成されている。また、中空部15は、ガラス材11上面に一辺約11mmの正方形状に開口するとともに、下面に一辺約6.5mmの正方形状に開口するように4面の内周面16が連接されて、ガラス材11の上下面の中心部分を貫通する逆角錐台形状の空間を形成したものである。そして、中空部15を形成する各内周面16は、ガラス材11の下面との傾斜角が約83.6°で形成される。上記ブロック状のガラス材11は、ダイレクトプレス成形、ダイレクトプレス成形及びブロー成形、モールドプレス成形等の公知の製法によって製造することができる。
In the
このガラス材11は、自立可能な脚部12を備えている。この例の脚部12は、ガラス材11下面の四隅に一辺約3.5mm、高さ約4mmの角柱状に形成されており、ガラス材11を持ち上げるように構成される。これにより、ガラス材11をより安定して自立させることが可能となる。また、脚部12によって持ち上げられたガラス材11下面の下方に形成された空間部分を収納空間13としてもよい。このように収納空間13を形成することにより、発電素子52やリード線,バイパスダイオード等の周辺備品57を収納することが可能となり、発電素子52や周辺備品57を効果的かつ効率的に設置することができる。
The
ガラス材11の組成としては、SiO2:67〜70重量%、Na2O:9〜12重量%、K2O:9〜12重量%、Al2O3:2〜4重量%、TiO2:4〜7重量%、F:0.8〜2重量%、Sb2O3:0.02〜0.2重量%を含むものからなる。この例のガラス材11は、SiO2:67.2重量%、Na2O:11.0重量%、K2O:11.0重量%、Al2O3:3.0重量%、TiO2:6.0重量%、F:1.6重量%、Sb2O3:0.2重量%で構成され、軟化点が約655℃、徐冷点が約465℃、ガラス転移点(Tg)が464℃で、屈折率(nd)が1.5174である。また、このガラス材11では、成形後のヒケの発生や、成形時に使用する金型の酸化抑制のために、ガラスの屈伏点が比較的低いものを使用することが好ましい。この屈伏点は、例えば、510〜530℃であり、この例では522℃である。これにより、低温での成形性がよく研磨加工性にも優れたガラス材11とすることができる。
As the composition of the glass material 11, SiO 2: 67 to 70 wt%, Na 2 O: 9~12 wt%, K 2 O: 9~12 wt%, Al 2 O 3: 2~4 wt%, TiO 2 : 4-7 wt%, F: 0.8 to 2 wt%, Sb 2 O 3: consisting of those containing 0.02 to 0.2 wt%.
さらに、ガラス材11の性質としては、特に、日本光学硝子工業会規格の粉末法耐水性試験に基づく粉末ガラスの質量の減量率(wt%)が0.05未満であり、かつ、日本光学硝子工業会規格の粉末法耐酸性試験に基づく粉末ガラスの質量の減量率(wt%)が0.20未満であることが好ましい。
Further, as the properties of the
(I)の粉末法耐水性試験は、粒度425〜600μmに粉砕されたガラスを比重グラムとり、白金篭の中に入れ、それをpH6.5〜7.5の純水の入った石英ガラス製丸底フラスコに入れて、沸騰水中で60分間処理し、処理後の粉末ガラスの質量の減量率を算出する試験である。 In the powder method water resistance test (I), a glass crushed to a particle size of 425-600 μm is taken in a specific gravity gram, placed in a platinum cage, and made of quartz glass containing pure water of pH 6.5-7.5. It is a test for putting in a round bottom flask, treating in boiling water for 60 minutes, and calculating the weight loss rate of the powder glass after the treatment.
(II)の粉末法耐酸性試験は、粒度425〜600μmに粉砕されたガラスを比重グラムとり、白金篭の中に入れ、それを0.01N硝酸水溶液の入った石英ガラス製丸底フラスコに入れて、沸騰水中で60分間処理し、処理後の粉末ガラスの質量の減量率を算出する試験である。 In the powder method acid resistance test of (II), a glass crushed to a particle size of 425-600 μm is taken in a specific gravity gram, placed in a platinum bowl, and placed in a quartz glass round bottom flask containing a 0.01N nitric acid aqueous solution. In this test, the weight loss of the powder glass after the treatment in boiling water for 60 minutes is calculated.
このようなガラス材11にあっては、耐水性や耐化学性等の耐久性に優れるため、高温高湿等の環境下で長期間外気に晒されても劣化等の悪影響を抑制することができ、メンテナンスにかかる手間等が低減されてコストパフォーマンスが高いガラス材11を製造することができる。
Since such a
反射膜20は、中空部15を構成する内周面16に形成され、1次集光部材51で集光した太陽光Lを反射または屈折させて光学的分散を図るものである。この反射膜20としては、集光した太陽光Lを効果的に反射させることや高温高湿の環境にも耐え得る耐久性を考慮して、Ag合金によって構成することが好ましい。この例では、Ag合金の成分がAg,0.7at%Nd,0.9at%Cuであり、膜厚120nmのSiO2を下地膜として公知のスパッタリング処理によって膜厚200nmに成膜される。この反射膜20によれば、反射率が約90%で、85℃,RH85%の環境に約1000時間晒した場合でも異常がなかった。
The
また、反射膜20であるAg合金の耐久性をより向上させるために、図2に示すように、前記反射膜20に反射率劣化防止膜25を処理してもよい。反射率劣化防止膜25としては、例えば、膜厚200nmのシリカ膜を公知のスパッタリング処理によって成膜することができる。
Further, in order to further improve the durability of the Ag alloy that is the
ここで、図3〜図6を用いて、当該ホモジナイザー10の製造方法の一例を説明する。図示の成形装置60は、軟化されたガラスが供給される凹部62内に複数の角錐台形状の突部63が所定間隔で形成された下型61と、下型61に対して加圧力で加圧を行う上型65とを備えたプレス成形機である。この実施例において、角錐台形状の突部63は、各側面が底面に対して約83.6°で傾斜して形成されている。なお、この角錐台形状の突部63には、後述の平滑処理において切削される切代72を形成するために、底面に対して垂直な側面64が形成されている。
Here, an example of a method for manufacturing the
まず、図3に示すように、下型61の凹部62内に1200〜1300℃に溶融されたガラス原料を所定量供給し、続いて、図5に示すように、下型61に対して上型65を下降させて所定の加圧力でプレス成形を行い、ガラス成形材70を成形する。
First, as shown in FIG. 3, a predetermined amount of glass raw material melted at 1200 to 1300 ° C. is supplied into the
このガラス成形材70は、図6に示すように、逆角錐台形状の凹部71が複数形成された形状となる。次いで、ガラス成形材70の下部を逆角錐台形状の凹部71底面に沿った面75で開口部を形成するように切削・切断・研磨等の適宜の平滑処理を実施するとともに、上部を前記平滑処理された面(平滑面)75に平行となる任意の面76(この例では切代72)で平滑処理を実施する。ここでは、平滑処理として切削及び研磨処理がそれぞれ実施される。このように平滑処理によって開口部が形成されたことにより、逆角錐台形状の凹部71を中空部15として形成することができる。さらに、ガラス成形材70の各凹部71間の任意の位置を平滑面75に対して垂直な面77で切断及び研磨し、ブロック状のガラス材11が複数得られる。そして、各ガラス材11の下面側を四隅に脚部12が残るように切削及び研磨した後、各ガラス材11の内周面16(凹部71)に対してAg合金をスパッタリング処理して反射膜20を形成し、本発明のホモジナイザー10は完成する。
As shown in FIG. 6, the
この製造方法にあっては、多数のガラス材11を簡易かつ効率的に形成することが可能であるため、生産性に優れる。なお、成形装置60において、上記の如く中空部15を形成するために下型61に突部63を形成したことにより、突部63の研削や研磨加工が容易となって、型の表面精度を容易に向上させることができる。また、ガラスとの濡れ性改善等を目的に成膜制御も容易となる。
This manufacturing method is excellent in productivity because a large number of
次に、ホモジナイザー10の作用について説明する。図2に示すように、このホモジナイザー10は、発電装置50の1次集光部材51によって集光された太陽光Lが所定の入射角で中空部15内に入射されると、中空部15を構成する内周面16に形成された反射膜20で前記入射された太陽光Lを反射することによって均一化し、中空部15最下部から発電素子52に対して照射するように構成される。すなわち、発電素子52に対して照射される太陽光Lは、1次集光部材51によって集光された後、ホモジナイザー10内を通過することなくその表面(反射面20)で反射して発電素子52に導かれる。
Next , the operation of the
このように、当該ホモジナイザー10にあっては、太陽光Lがホモジナイザー10内を通過せずに発電素子52に照射されるものであるから、従来のように太陽光がホモジナイザー内を通過して発電素子に導かれる構成に比して光学効率に優れる。また、このホモジナイザー10は、太陽光Lを表面部分(反射面20)で反射させる構成であるため、ガラス材11全体の品位を高くする必要がなく、太陽光Lを反射する表面近傍(内周面16)の品位のみを高くすればよく、ガラス材11内部に気泡等が存在しても太陽光発電に影響せず、ガラス溶融での省エネ効果や製造工程の簡素化等も期待できる。さらに、このホモジナイザー10は、自立可能な構成であるため、固定部材の部品点数やその作業工程の低減を図ることができ、太陽光発電装置50への設置が容易となる。
Thus, in the said
ここで、図2に示す上記ホモジナイザー10を用いた集光式太陽光発電装置50について説明すると、ホモジナイザー10は、公知のフレネルレンズからなる1次集光部材51によって集光された太陽光Lを中空部15内に受けることができるとともに発電素子52に対して前記太陽光Lを照射することができる所定の位置に自立され、その上面側に封止板53が配置されて固定板54によって固定されている。
Here, the concentrating solar
また、このホモジナイザー10では、中空部15(内周面16)最下部が均一化された太陽光を放出する部分であるから、上のように配置する際に中空部15(内周面16)最下部と発電素子52の上面52Aとの間に隙間が生じていると、発電素子52への照射時に隙間から太陽光が漏れて発電効率が低下するおそれがある。そこで、上のようにホモジナイザー10を固定するに際しては、太陽光を放出する部分と発電素子52上面52Aとの隙間を可能な限り小さくすることが重要となる。
Moreover, in this
太陽光を放出する部分と発電素子52上面52Aとの隙間を小さくする場合、従来のホモジナイザーを用いた発電装置では、太陽光がホモジナイザー内を通過してホモジナイザー下面から放出される構成であることから、前記下面と発電素子52の上面52Aとを当接させてホモジナイザーが配置される。しかしながら、従来のホモジナイザーでは、前記下面の平滑度や発電素子52上面52Aの凹凸等の関係から、前記下面と発電素子52上面52Aとを当接させても隙間を完全になくすことができない。
In the case where the gap between the portion that emits sunlight and the
これに対し、当該ホモジナイザー10を用いた発電装置50では、ホモジナイザー10の中空部15の内周面16最下部と発電素子52の上面52Aとが同一平面となるように配置されている。すなわち、ホモジナイザー10では、太陽光を放出する部分が中空部15によって構成されていることから、下面の平滑度や発電素子52上面52Aの凹凸等の影響がなくなり、ホモジナイザー10の中空部15(内周面16)最下部と発電素子52上面52Aとの隙間を限りなく小さくすることができる。
On the other hand, in the
そこで、発電装置50の具体的な例について説明する。以下の例では、ホモジナイザー10は、ガラス材11の一辺が19mm、高さが20mmであり、逆角錐台形状の中空部15の上部が一辺11mm、下部が一辺6.5mm、傾斜角が83.6°である。従来のホモジナイザーは、上面の一辺が11mm、下面の一辺が6.5mm、高さが20mmである逆角錐台形状のガラスブロックであり、各側面の傾斜角が83.6°である。なお、各ホモジナイザーを構成するガラス組成は同一とした。
Therefore, a specific example of the
また、以下の例の発電効率は、ホモジナイザーを設置していない集光式太陽光発電装置において、入射光の傾き(°)が0.0°の時の発電効率の値を1.0として対比した値である。なお、集光式太陽光発電装置では、雲等による散乱光では発電できず、太陽光の中の直達光で発電するため、太陽を追尾することが必須となる。その際、追尾誤差が0.6°程度生じるため、ホモジナイザーを設置していない発電装置での実際の発電効率は0.76である。また、ホモジナイザーを設置しない場合、太陽光の追尾不良による集光点ズレにより周辺部材の加熱損傷が発生するおそれがある。従って、ホモジナイザーを設置する目的は、発電効率の低下を抑制するとともに、周辺部材の加熱損傷を防止するものである。 Further, the power generation efficiency of the following example is compared with 1.0 as the value of the power generation efficiency when the inclination (°) of incident light is 0.0 ° in a concentrating solar power generation apparatus without a homogenizer. It is the value. In the concentrating solar power generation device, it is indispensable to track the sun because it cannot generate power with scattered light from clouds or the like but generates power with direct light in sunlight. At that time, since a tracking error is about 0.6 °, the actual power generation efficiency in the power generation apparatus in which the homogenizer is not installed is 0.76. Moreover, when a homogenizer is not installed, there is a possibility that the peripheral member may be damaged by heating due to a condensing point shift due to poor tracking of sunlight. Therefore, the purpose of installing the homogenizer is to suppress a decrease in power generation efficiency and prevent heat damage to peripheral members.
発電装置Aは、ホモジナイザー10を使用し、中空部15の内周面16最下部と発電素子52の上面52Aとが同一平面となるように配置した。公知の顕微鏡を用いてホモジナイザー10と発電素子52との隙間を測定したところ0mmであった。入射光の傾き(°)が0.0°の時、発電効率は0.88となった。以下、入射光の傾き(°)が0.1°である時の発電効率は0.88、入射光の傾き(°)が0.3°である時の発電効率は0.88、入射光の傾き(°)が0.6°である時の発電効率は0.87、入射光の傾き(°)が0.9°である時の発電効率は0.81となった。
The power generator A uses the
発電装置Bは、従来のホモジナイザーを使用し、その下面と発電素子52の上面52Aとが当接するように配置した。従来のホモジナイザーと発電素子52との隙間を測定したところ1mmであった。入射光の傾き(°)が0.0°である時の発電効率は0.75、入射光の傾き(°)が0.1°である時の発電効率は0.75、入射光の傾き(°)が0.3°である時の発電効率は0.74、入射光の傾き(°)が0.6°である時の発電効率は0.71、入射光の傾き(°)が0.9°である時の発電効率は0.67となった。
The power generation device B is a conventional homogenizer, and is disposed so that the lower surface thereof and the
発電装置Cは、ホモジナイザー10を使用し、中空部15の内周面16最下部と発電素子52の上面52Aとの間隔が1mmとなるように配置した。入射光の傾き(°)が0.0°である時の発電効率は0.75、入射光の傾き(°)が0.1°である時の発電効率は0.75、入射光の傾き(°)が0.3°である時の発電効率は0.74、入射光の傾き(°)が0.6°である時の発電効率は0.71、入射光の傾き(°)が0.9°である時の発電効率は0.67となった。
The power generation device C uses the
表1に示した結果から理解されるように、ホモジナイザーと発電素子52との隙間により、発電効率が大幅に低下する。特に、従来のホモジナイザーを使用した場合、入射光の傾きが増大することにより発電効率の低下が顕著に現れる。従って、本発明のホモジナイザー10は、従来のように太陽光がホモジナイザー内を通過して発電素子に導かれる構成に比して光学効率に優れ、発電装置50の如く中空部15の内周面16最下部と発電素子52の上面52Aとが同一平面となるように配置することにより発電効率の低下を大幅に抑制することができ、極めて実用的で効果的に太陽光発電を実施することができる。
As understood from the results shown in Table 1, the power generation efficiency is significantly reduced due to the gap between the homogenizer and the
図7及び図8に示す第二実施例に係る集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザー10Aは、上下面が水平な逆円錐台形状のガラス材11Aからなり、内周面16が逆角錐台形状に形成された中空部15を有するとともに、中空部15の内周面16に太陽光を反射するための反射膜20を形成したものである。なお、以下の説明において、第一実施例と同一の符号は同一の構成を表すものとして、その説明を省略する。
A secondary optical
ここで、図9〜図11を用いて、ホモジナイザー10Aの製造方法の一例を説明すると、図示の成形装置60Aは、軟化されたガラスが供給される凹部62Aを有する下型61Aと、逆角錐台形状の突部66Aが形成され下型に対して所定の加圧力で加圧を行う上型65Aとを備えたプレス成形機である。この実施例において、逆角錐台形状の突部66Aは、前記成形装置60の突部63と同様に各側面が底面に対して約83.6°で傾斜して形成されている。
Here, an example of a method for manufacturing the
この製造方法では、図9に示すように、下型61Aの凹部62A内に1200〜1300℃に溶融されたガラス原料を所定量供給し、続いて、図10に示すように、下型61Aに対して上型65Aを下降させて所定の加圧力でプレス成形を行い、ガラス成形材70Aが成形される。この時、上型65Aの突部66A先端部分は下型61Aの凹部62A底面に到達せず、図11に示すような後述の平滑処理において切削される切代72Aを形成するように構成される。
In this manufacturing method, as shown in FIG. 9, a predetermined amount of glass raw material melted at 1200 to 1300 ° C. is supplied into the recess 62A of the lower mold 61A, and then, as shown in FIG. On the other hand, the upper mold 65A is lowered and press molding is performed with a predetermined pressure, whereby the
このようにして形成されたガラス成形材70Aは、図11に示すように、逆円錐台形状の外形を有するとともに内部に逆角錐台形状の凹部71Aが形成された形状となる。次いで、このガラス成形材70Aの切代72Aを逆角錐台形状の凹部71A下面に沿った面(平滑面)75Aで開口部を形成するように平滑処理するとともに、上部を前記平滑面75Aと平行となる任意の面76Aで平滑処理して、中空部15を有する逆円錐台形状のガラス材11Aが得られる。ここでは、平滑処理として切削及び研磨処理がそれぞれ実施される。そして、ガラス材11Aの内周面16(凹部71A)に対してAg合金をスパッタリング処理して反射膜20を形成し、ホモジナイザー10Aが完成する。
As shown in FIG. 11, the
第二実施例の製造方法にあっては、軟化されたガラスに対して効果的に加圧力を伝達することができ、内周面16をより精度よく形成することができる。また、ガラス材を単体で形成するため、多数のガラス材を形成する場合に必要な側面加工を省略することができて、生産効率にも優れる。なお、この成形装置60Aにおいては、中空部15を形成するために上型65Aに突部66Aを形成したことにより、前記成形装置60と同様に突部66Aの研削や研磨加工が容易となって、型の表面精度を容易に向上させることができる。また、ガラスとの濡れ性改善等を目的に成膜制御も容易となる。
In the manufacturing method of the second embodiment, the applied pressure can be effectively transmitted to the softened glass, and the inner
このホモジナイザー10Aにあっても、前記ホモジナイザー10と同様に太陽光Lがホモジナイザー10A内を通過せずに発電素子52に照射されるものであるから、従来のホモジナイザーに比して光学効率に優れ、ガラス溶融での省エネ効果や製造工程の簡素化等も期待できる。
Even in this
また、図8に示す第二実施例のホモジナイザー10Aを用いた集光式太陽光発電装置50Aでは、中空部15の内周面16最下部と機台58に埋設された発電素子52の上面52Aとが同一平面となるように前記ホモジナイザー10Aが配置されている。この発電装置50A前記発電装置50と同様に発電効率の低下を大幅に抑制することができ、実用的で効果的に太陽光発電を実施することができる。
In the concentrating solar power generation device 50A using the
図12に示す第三実施例に係る集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザー10Bは、上下面が水平な角柱形状のガラス材11Bからなり、内周面16が逆角錐台形状に形成された中空部15を有するとともに、中空部15の内周面16に太陽光を反射するための反射膜20を形成したものである。このホモジナイザー10Bでは、図示のように、逆角錐台形状の内周面16の各頂点がガラス材11Bの各側面方向となるように形成されている。この図において、符号16a,16b,16c,16dは、内周面16を構成する各面部である。
The secondary optical glass member homogenizer 10B for concentrating photovoltaic power generation according to the third embodiment shown in FIG. 12 is composed of a
ここで、図13〜図16を用いて、ホモジナイザー10Bの製造方法の一例を説明する。図13〜図15に示す成形装置60Bは、軟化されたガラスが供給される凹部62B内に内周面16の半内周面16a,16b(16c,16d)を形成するための突部63Bを有する下型61Bと、下型61Bに対して所定の加圧力で加圧を行う上型65Bとを備えたプレス成形機である。
Here, an example of a method for manufacturing the homogenizer 10B will be described with reference to FIGS. The forming
この製造方法では、図14に示すように、下型61Bの凹部62B内に1200〜1300℃に溶融されたガラス原料を所定量供給し、続いて、図15に示すように、下型61Bに対して上型65Bを下降させて所定の加圧力でプレス成形を行い、半形状のガラス成形材80が成形される。
In this manufacturing method, as shown in FIG. 14, a predetermined amount of glass raw material melted at 1200 to 1300 ° C. is supplied into the
半形状のガラス成形材80は、図16に示すように、角柱状のガラス材11Bの一側半分を構成するブロック体81と、一側面82に形成された内周面16の半内周面16a,16bを構成する凹面部83とからなる。この半形状のガラス成形材80では、下部を前記凹部62Bの端面64Bに沿った面(平滑面)で平滑処理するとともに上部を前記平滑面に平行となる任意の面で平滑処理した後、半内周面16a,16b(凹面部83)に対してAg合金をスパッタリング処理して半周分の反射膜20Bを形成して半形状のガラス材80Aが得られる。ここでは、平滑処理として切削及び研磨処理がそれぞれ実施される。
As shown in FIG. 16, the half-shaped
次いで、同様の手順で他の半形状のガラス材80Bを得た後、半形状のガラス材80Aの半内周面16a,16bと他の半形状のガラス材80Bの半内周面16c,16dとで内周面16の全周が形成されるように、各一側面82,82を公知の接合方法を用いて張り合わせて角柱形状のガラス材11Bを形成し、ホモジナイザー10Bが完成する。
Then, after obtaining another half-shaped
第三実施例の製造方法にあっては、半形状のガラス成形材80に形成された半内周面16a,16b(16c,16d)に対して反射膜20を形成するため、中空部15を構成した状態の内周面16に対して反射膜20を形成する場合に比して成膜処理を容易に行うことができる。また、この成形装置60Bにおいても、前記成形装置60と同様に突部63Bの研削や研磨加工が容易となって、型の表面精度を容易に向上させることができ、ガラスとの濡れ性改善等を目的に成膜制御も容易となる。
In the manufacturing method of the third embodiment, in order to form the
このホモジナイザー10Bにあっても、前記ホモジナイザー10,10Aと同様に太陽光Lがホモジナイザー10B内を通過せずに発電素子52に照射されるものであるから、従来のホモジナイザーに比して光学効率に優れ、ガラス溶融での省エネ効果や製造工程の簡素化等も期待できる。
Even in the homogenizer 10B, the sunlight L is irradiated to the
なお、本発明の集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法は、前述の実施例のみに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適宜に変更して実施することができる。例えば、実施例のホモジナイザーでは、中空部を逆角錐台状に形成したが、これに限らず、逆円錐台形状とすることもできる。 In addition, the manufacturing method of the secondary optical system glass member homogenizer for concentrating solar power generation according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and a part of the configuration is within the scope of the invention. It can be implemented with appropriate changes. For example, in the homogenizer of the embodiment, the hollow portion is formed in an inverted truncated pyramid shape, but the present invention is not limited to this, and an inverted truncated cone shape may be used.
さらに、第三実施例のホモジナイザーの製造方法において、実施例では、半形状のガラス成形材の上部及び下部を平滑処理した後、他の半径状のガラス成形材と張り合わせるように構成したが、上記平滑処理は、半径状のガラス成形材を他の半径状のガラス成形材と張り合わせた後に実施する等、適宜の手順で行うことができる。 Furthermore, in the method of manufacturing the homogenizer of the third embodiment, in the embodiment, the upper and lower portions of the semi-shaped glass molding material are smoothed, and then configured to be bonded to another radial glass molding material. The smoothing treatment can be performed by an appropriate procedure, for example, after the radial glass molding material is bonded to another radial glass molding material.
10 ホモジナイザー
11 ガラス材
12 脚部
13 収納空間
15 中空部
16 内周面
20 反射面
50 集光式太陽光発電装置
51 1次集光部材
52 発電素子
L 太陽光
DESCRIPTION OF
Claims (3)
凹部内に複数の角錐台または円錐台形状の突部が所定間隔で形成された下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理し、さらに前記ガラス成形材の各凹部間の任意の位置で切断及び研磨して複数の前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成することを特徴とする集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法。 The upper and lower surfaces are made of a block-like glass material having a horizontal shape, and the inner peripheral surface has a hollow portion formed in the shape of an inverted truncated pyramid or an inverted frustoconical shape. In the manufacturing method of the secondary optical system glass member homogenizer for concentrating solar power generation that forms a reflective film for reflecting the sunlight that has been irradiated and uniformly irradiates the power generation element ,
Supply softened glass to a lower mold in which a plurality of truncated pyramids or truncated cone-shaped projections are formed at predetermined intervals in the recess, and lower mold the upper mold with respect to the lower mold and press molding with a predetermined pressure Then, the glass molding material is molded, and the lower surface of the glass molding material is smoothed so as to form an opening at the surface along the bottom surface of the recess, and the upper surface is parallel to the smoothed surface. And then cutting and polishing at any position between the concave portions of the glass molding material to obtain a plurality of the block-shaped glass materials, and then forming the reflective film on the inner peripheral surface of the glass material A method for producing a secondary optical glass member homogenizer for concentrating solar power generation, characterized in that:
凹部を有する下型に軟化したガラスを供給し、逆角錐台または逆円錐台形状の突部が形成された上型を前記下型に対して降下させて所定の加圧力でプレス成形してガラス成形材を成形し、該ガラス成形材の下部を前記凹部底面に沿った面で開口部を形成するように平滑処理するとともに上部を前記平滑処理された面に平行となる任意の面で平滑処理して前記ブロック状のガラス材を得た後、該ガラス材の内周面に前記反射膜を形成することを特徴とする集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法。 The upper and lower surfaces are made of a block-like glass material having a horizontal shape, and the inner peripheral surface has a hollow portion formed in the shape of an inverted truncated pyramid or an inverted frustoconical shape. In the manufacturing method of the secondary optical system glass member homogenizer for concentrating solar power generation that forms a reflective film for reflecting the sunlight that has been irradiated and uniformly irradiates the power generation element ,
The softened glass is supplied to the lower mold having the recesses, and the upper mold on which the inverted pyramid or the inverted frustoconical protrusion is formed is lowered with respect to the lower mold and press-molded with a predetermined pressure. A molding material is molded, and the lower portion of the glass molding material is smoothed so as to form an opening with a surface along the bottom surface of the recess, and the upper portion is smoothed with an arbitrary surface parallel to the smoothed surface. And after obtaining the said block-shaped glass material, the said reflecting film is formed in the internal peripheral surface of this glass material, The manufacturing method of the secondary optical system glass member homogenizer for concentrating solar power generation characterized by the above-mentioned.
凹部内に前記内周面の半内周面を形成するための突部を有する下型に軟化したガラスを供給し、前記下型に対して上型を降下させて所定の加圧力でプレス成形して半形状のガラス成形材を成形し、前記半形状のガラス成形材の前記半内周面に前記反射膜を形成して半形状のガラス材を得た後、同様にして得られた他の半形状のガラス材と前記半形状のガラス材との各半内周面とで逆角錐台または逆円錐台形状の前記内周面が形成されるように前記各半形状のガラス材を張り合わせたことを特徴とする集光式太陽光発電用2次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法。 The upper and lower surfaces are made of a block-like glass material having a horizontal shape, and the inner peripheral surface has a hollow portion formed in the shape of an inverted truncated pyramid or an inverted frustoconical shape. In the manufacturing method of the secondary optical system glass member homogenizer for concentrating solar power generation that forms a reflective film for reflecting the sunlight that has been irradiated and uniformly irradiates the power generation element ,
Supply softened glass to a lower mold having a projection for forming a semi-inner peripheral surface of the inner peripheral surface in a recess, and lower the upper mold with respect to the lower mold, and press molding with a predetermined pressure Then, after forming a semi-shaped glass forming material, forming the reflective film on the semi-inner peripheral surface of the semi-shaped glass forming material to obtain a semi-shaped glass material, The half-shaped glass material and the half-shaped glass material are bonded to each other so that the inner peripheral surface of the inverted truncated pyramid or the inverted truncated cone shape is formed by the half-shaped glass material. The manufacturing method of the secondary optical system glass member homogenizer for concentrating solar power generation characterized by the above-mentioned.
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