JPWO2019030989A1 - 集光型太陽光発電モジュール、集光型太陽光発電パネル、集光型太陽光発電装置、及び集光型太陽光発電モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年8月7日出願の日本出願第2017−152471号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
上記集光型太陽光発電モジュールにおいて、筐体の底板に搭載された発電素子は、温度の上昇によって発電効率が低下することがある。このため、発電素子は金属製の底板へ放熱することで温度上昇を抑制するように構成されている。
特に、熱膨張により底板が筐体内側方向へ凸状に撓み、発電素子が一次集光レンズに近づくように移動する場合、二次集光レンズの入光面(上側面)での一次集光レンズの集光範囲が、二次集光レンズの入光面(直径)よりも大きくなり、集光漏れが生じることがある。
特に、集光型太陽光発電モジュールが高温地域に設置され、発電時の温度上昇が非常に高くなると、底板から外部への放熱が間に合わず、発電素子の温度上昇及び底板の撓みが顕著となり、発電効率をより低下させるおそれがある。
本開示によれば、底板の撓みを抑制しつつ放熱性を高めることができる。
最初に実施形態の内容を列記して説明する。
(1)一実施形態である集光型太陽光発電モジュールは、太陽光を集光する集光レンズを複数並べて構成された集光部と、前記複数の集光レンズそれぞれに対応する位置に配置された複数の発電素子と、前記複数の発電素子それぞれに対応して設けられ、前記複数の集光レンズが集光する太陽光を前記複数の発電素子に導く複数の二次集光レンズと、前記複数の二次集光レンズ及び前記複数の発電素子を収容する筐体と、を備え、前記筐体は、樹脂製の枠体と、前記枠体に固定されるとともに内側面に前記複数の二次集光レンズ及び前記複数の発電素子が配置された金属製の底板と、を備え、前記底板の外側面には、当該底板の外側面に沿って延びる柱状に形成され、前記底板の熱を外部へ放熱する1又は複数の放熱部材が取り付けられている。
この場合、長手方向に沿った角部を有することで長手方向における曲げ強さが比較的高い角柱状のパイプ材を底板に沿わせることによって効果的に底板を補強することができるとともに、底板に対して一側面を向けて取り付けることができ、底板との間で熱的に接続される面積をより多く確保できる。さらに、パイプ材とすることで放熱部材としての表面積をより広く確保でき、より効果的に放熱させることができる。
この場合、互いに長手方向が交差している放熱部材と底板抑え部とによって外側面からと内側面からの両面から多方向に底板を補強することができ、底板の剛性をより高めることができる。
この場合、筐体を組み立てた後に、放熱部材を底板の外側面に取り付けることができる。よって、例えば、集光型太陽光発電モジュールを設置場所に設置した後に、その設置場所の環境に応じて、取り付ける放熱部材の本数を調整することができる。
この場合、ボルト及びナットや、リベット等を用いる必要がないので、筐体を組み立てた後に、放熱部材を容易に取り付けることができる。
この構成によれば、底板の撓みを抑制しつつ放熱性を高めることができる。
この構成によれば、底板の撓みを抑制しつつ放熱性を高めることができる。
この構成によれば、集光型太陽光発電装置の取付レールに中間組立品を取り付けた後、放熱部材を底板の外側面に取り付けることで集光型太陽光発電モジュールとして完成させることができるので、例えば、集光型太陽光発電装置を設置場所に設置した後に、その設置場所の環境に応じて、取り付ける放熱部材の本数を調整することができる。
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に記載する各実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
まず、集光型太陽光発電装置の構成から説明する。
図1は、集光型太陽光発電装置の一例を示す斜視図である。
図1において、集光型太陽光発電装置100は、左右2翼に分かれたパネルを備える集光型太陽光発電パネル1と、集光型太陽光発電パネル1を背面側で支持する架台2とを備えている。
なお、図1において、紙面右側のパネル1は、架台2の構造を示すために、太陽光発電パネル1の一部を省略して示している。
制御装置は、太陽光発電パネル1が太陽の方向を向いて太陽の動きに追尾動作するように駆動装置5を制御する。
各ユニットUは、各梁7に架け渡され、各梁7の上側に固定されている。
太陽光発電パネル1の各翼は、例えば10個のユニットUによって構成されている。これにより、太陽光発電パネル1の各翼は、縦10×横10の集光型太陽光発電モジュール10をマトリクス状に並べて構成されている。従って、両翼の太陽光発電パネル1で、200個の集光型太陽光発電モジュール10が存在している。
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。)10の一例を拡大して示す斜視図(集光部13の一部を破断している。)である。図2において、モジュール10は、箱状の筐体11と、筐体11の底板15に複数列に並べるように配置さ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とを主要な構成要素として備えている。
筐体11は、フレキシブルプリント配線板12が配置された底板15と、底板15の外縁部等が取り付けられ、集光部13を底板15に対向させて保持している枠体16とを備えている。なお、筐体11については、後に詳述する。
図3において、本例のフレキシブルプリント配線板12は、図示しない導電パターンが形成されたフレキシブル基板12fを含んで構成されている。フレキシブルプリント配線板12には、複数の発電素子(図4には図示せず。)が実装されている。発電素子は、パッケージ17の内部に組み込まれている。
各発電素子は、複数のフレネルレンズ13fそれぞれに対応する位置に配置されている。
パッケージ17上には、二次集光レンズであるボールレンズ18が取り付けられている。発電素子を含むパッケージ17及びボールレンズ18は、二次集光部19を構成している。
このフレキシブルプリント配線板12は、幅広に形成されて発電素子及び二次集光部19が設けられている幅広部12aと、幅広部12aよりも幅が狭い幅狭部12bとが交互に並ぶように形成されている。これによって基板材料を節減している。
図4に示すように、発電素子20は、パッケージ17に囲まれた状態でフレキシブルプリント配線板12に実装されている。発電素子20としては、発電効率の高い化合物半導体素子からなる太陽電池セルが用いられる。
発電素子20及びボールレンズ18は、一次集光レンズとしてのフレネルレンズ13fの光軸にほぼ一致するように配置されている。よって、フレネルレンズ13fが集光する太陽光は、ボールレンズ18によって発電素子20に導かれる。
このように、複数の発電素子20は、フレネルレンズ13fそれぞれに対応する位置に配置される。また、ボールレンズ18は、複数の発電素子それぞれに対応して設けられる。
図5は、筐体11を示す斜視図であり、図6は、筐体11の長手方向に沿った断面図である。図5及び図6において、筐体11は、長辺と短辺とを有する方形(ここでは長方形(正方形でもよい。))の箱状に形成されており、樹脂製の枠体16に、例えばアルミニウム合金からなる底板15を取り付けて構成されている。
また、図6に示すように、底板15には、角柱状のパイプ材からなる放熱部材40が複数本取り付けられている。
なお、図6では、後に説明する保護部材28及び遮蔽部材29を省略して記載している。
底板抑え部26の長手方向の両端部は、長辺側壁部25cの内側面に繋がっている。これにより、長辺側壁部25cの長手方向中央部が内側や外側に反るように変形するのが防止される。
また、底板抑え部26の底面26aは、基台部25aの底面25a1とほぼ面一とされ、底板15の内側面15aに当接している。これにより、底板抑え部26は、底板15の内側面15aを抑えている。
底板抑え部26の底面26aと、底板15の内側面15aとの間は、コーキング材等からなる接着材層によって互いに接着固定されている。
短辺保護板28a及び長辺保護板28bの各下端部は、内側に折り曲げられ、短辺側壁部25b及び長辺側壁部25cよりも内側に突出している基台部25aの上面も覆っている。
また、遮蔽部材29は、フレネルレンズ13fにより集光された太陽光が本来の集光位置からずれることで底板抑え部26に直接照射されるのを防止し、熱損傷するのを防止している。
図7Aに示すように、底板15の内側面15aには、二次集光部19及び発電素子20が実装されたフレキシブルプリント配線板12が複数列となるように配置されている。
フレキシブルプリント配線板12は、その長手方向が底板15の長辺と平行な方向である長辺方向に平行となるように配置されている。
内側面15aにおいて、フレキシブルプリント配線板12の幅広部12aと幅狭部12bとの間の境界部12cが配置される部分の周辺には、内側面15aに対して凹む微小な溝からなる溝部30が形成されている。
これによって、複数の溝部30は、フレキシブルプリント配線板12を取り付ける際に、フレキシブルプリント配線板12の位置決めを行うためのマーカとして機能する。
図7Bに示すように、溝部30は、フレキシブルプリント配線板12の幅方向ほぼ中心において当該フレキシブルプリント配線板12の長手方向(底板15の長辺方向)に沿って線状に形成された第1溝31と、第1溝31に交差する線状の第2溝32と、第1溝31に平行とされ当該第1溝31の両側に線状に形成された一対の第3溝33とを含んで構成されている。
また、本実施形態において、溝部30を構成する第1溝31、第2溝32、及び第3溝33の長さは約20mm、第1溝31と、第3溝33との間隔が、約5mmに設定されている。
また、図7A及び図7Bに示すように、フレキシブルプリント配線板12の境界部12cには、孔部12c1が形成されている。フレキシブルプリント配線板12は、第1溝31と第2溝32との交差点が孔部12c1から露出するように取り付けられる。これによって、孔部12c1の部分においては、溝部30に対して精度よくフレキシブルプリント配線板12を位置決めし、取り付けることができる。
また、フレキシブルプリント配線板12の幅広部12aは、短辺方向に沿って配置されている。
よって、フレキシブルプリント配線板12の幅広部12aは、長辺方向に沿って等間隔で配列されるとともに、短辺方向に沿って等間隔で配列されている。
溝部30は、短辺方向においては、複数列のフレキシブルプリント配線板12の内、互いに隣り合う2列間のピッチと同じ距離をおいて配列されている。
また、溝部30の短辺方向の配列は、互いに隣り合う一対の幅広部12aによって構成される一対の短辺方向の列を基準としている。
図8中、短辺方向に並ぶ複数の幅広部12a1による列L1と、短辺方向に並ぶ複数の幅広部12a2による列L2とは、互いに隣り合う一対の幅広部12aによって構成される一対の短辺方向の列を構成している。
例えば、図8中、最上段の最も右側に配置されている溝部30は、列L1に属する幅広部12a1における幅広部12a2側の境界部12cの位置に形成されている。
また、最上段の最も右側に配置されている溝部30に対して短辺方向に隣接する溝部30は、列L2に属する幅広部12a2における幅広部12a1側の境界部12cの位置に形成されている。
このように、溝部30は、互いに隣り合う一対の幅広部12aによって構成される一対の短辺方向の列を基準として、短辺方向に沿って等間隔で配列されている。
よって、溝部30は、複数の幅広部12a4による列L4と、複数の幅広部12a5による列L5とを基準として、短辺方向に沿って配列されている。
このため、溝部30は、長辺方向に並ぶ幅広部12aの内、互いに隣り合う2つの幅広部12aを挟むことで一定の距離を置いて、長辺方向に沿って配列されている。
なお、ここで間隔W2は、短辺方向に沿って配列された複数の溝部30で構成される列同士の間における最小の間隔を示す。
例えば、底板15の長辺が800mm、短辺が600mmである場合、間隔W1は50mm、間隔W2は130mmに設定される。この場合、溝部30が短辺方向に沿って並ぶ列が4列、溝部30が長辺方向に沿って並ぶ列が10列となる。
微小な溝である溝部30は、底板15が熱膨張する場合、溝部30を構成する各溝31,32,33の溝幅が狭まる。各溝31,32,33の溝幅が狭まる分だけ底板15の面方向の膨張量が緩和される。
よって、溝部30が設けられた面である内側面15aは、底板15が熱膨張した場合、溝部30を構成する各溝31,32,33の幅が狭まり、内側面15a側における面方向の膨張量が緩和される。
一方、底板15の内側面15aの反対面である外側面15b(図6)には、溝部30は形成されていない。よって、底板15の外側面15bにおける膨張量は、溝部30が形成されていない分、膨張量が相対的に大きくなる。
このため、底板15が熱膨張したときに、当該底板15を筐体外側方向へ突出するように撓ませることができ、この結果、底板15が熱膨張により筐体内側方向へ撓むのを抑制することができる。
図9は、底板15の外側面15bを示す図である。
図9に示すように、底板15の外側面15bにおける両短辺の端縁には、複数のモジュール10を一体に固定するための取付レール8(図1)が当接固定する取付部35が確保されている。モジュール10は、取付部35を取付レール8に当接させた状態でボルトやナット等によって取付レール8に固定されて上述のユニットUを構成する。モジュール10は、ユニットUとして集光型太陽光発電装置100に取り付けられる。このとき、底板15の外側面15bにおいて、取付レール8が当接する取付部35以外の部分は外部に露出した状態となる。
放熱部材40は、底板15の熱を外部へ放熱するための部材であり、例えば、アルミニウム合金からなる4角柱状のパイプ材からなる。本実施形態において、放熱部材40は、底板15の外側面15bに複数本(図例では3本)並べて取り付けられている。
また、放熱部材40の長手方向は、モジュール10を集光型太陽光発電装置100に取り付けるための取付レール8の長手方向に対しても交差している。
放熱部材40の両端は、取付部35近傍まで延びている。これにより、放熱部材40は、取付部35を確保しつつ、できるだけ長尺に形成されている。
放熱部材40は、図10に示すように、内部に断面方形の貫通孔41を有するパイプ材である。
放熱部材40は、底板15の外側面15bとの間に接着材層42を介在して取り付けられている。
放熱部材40は、外側面15bに対して一側面40aを向けて取り付けられている。よって、接着材層42は、一側面40aと底板15の外側面15bとの間に介在している。
また、放熱部材40は、4角柱状であるため、底板15に対して一側面40aを向けて取り付けることができ、底板15との間で熱的に接続される面積を、例えば、断面円形のものと比較してより多く確保できる。さらに、パイプ材とすることで放熱部材40としての表面積をより広く確保でき、より効果的に放熱させることができる。
図11は、モジュール10の製造方法の内の一部の工程を示す図である。
まず、図11に示すように、フレキシブルプリント配線板12を底板15に設けることで複数のボールレンズ18及び複数の発電素子20を収容した筐体11に対して集光部13を取り付けてなる中間組立品を得る(ステップS1)。この中間組立品には、未だ放熱部材40が取り付けられていない。
そして、このユニットを集光型太陽光発電装置100の梁7(図1)に固定する(ステップS3)。これにより、中間組立品は、集光型太陽光発電装置100に取り付けられる。
よって、ステップS3の後、集光型太陽光発電装置100に取り付けられた中間組立品の底板15の外側面15bに放熱部材40を取り付ける(ステップS4)。
次に、上記実施形態に係るモジュール10を用いて行った検証試験について説明する。
実施例品1として、上記第1実施形態にて説明した集光型太陽光発電モジュールを用いた。また、実施例品2として、底板15の内側面15aに溝部30が設けられていない点で上記実施形態のモジュールと相違するモジュールを用いた。また、比較例品として、溝部30及び放熱部材40が設けられていない点で上記実施形態のモジュールと相違するモジュールを用いた。これら実施例品1,2及び比較例品をそれぞれ同条件で発電させ、そのときの底板15の撓み量、及び発電素子の温度の比較を行った。なお撓み量は、枠体の基台部の底面で定まる平面を基準として求め、底板全体の内、最も撓みが大きい箇所の撓み量を採用した。
試験の結果、実施例品1,2では、底板の撓み量は筐体外側方向及び筐体内側方向の両方向に0.5mmの範囲で撓んだ。一方、比較例品では、底板の撓み量は5mmで筐体内側方向に撓んだ。
また、実施例品1,2による発電素子の温度が95度である一方、比較例品による発電素子の温度は105度であった。
これらの結果から、本実施形態のモジュールによれば、底板の撓みを抑制しつつ放熱性を高めることができることを確認できた。
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。
上記実施形態で示した放熱部材40は、一例であって適宜変更が可能である。
上記実施形態では、放熱部材40を底板15の長辺方向に平行に複数本配置した場合を例示したが、例えば、放熱部材40を底板15の短辺方向に平行に配置してもよいし、両辺に交差する方向に配置してもよい。また、放熱部材40を1本又は2本だけ配置してもよいし、上記実施形態の本数(3本)よりも多い本数配置してもよい。
また、上記実施形態では、内部に断面方形の貫通孔41を有するパイプ材を用いたが、図12Aに示すように、他側面40b側にスリット40cが形成されている4角柱状の部材を用いてもよいし、図12Bに示すように、断面I型の柱状の部材を用いてもよい。
また、熱伝導性を有するテープと、熱伝導性を有するコーキング材の両方を用いて、放熱部材40を取り付けてもよい。この場合、放熱部材40の両端部のみをコーキング材によって接着材層42を形成し、他の部分をテープによって接着材層42を形成してもよい。
4 支持部 5 駆動装置 6 軸
7 梁 8 取付レール
10 集光型太陽光発電モジュール 11 筐体 11b 鍔部
12 フレキシブルプリント配線板
12a,12a1,12a2,12a3,12a4,12a5 幅広部
12b 幅狭部 12c 境界部 12c1 孔部
12f フレキシブル基板 13 集光部
13f フレネルレンズ 15 底板 15a 内側面
15b 外側面 16 枠体 17 パッケージ
18 ボールレンズ 19 二次集光部 20 発電素子
21 シール部 25 枠本体部 25a 基台部
25a1 底面 25b 短辺側壁部
25c 長辺側壁部 26 底板抑え部 26a 底面
28 保護部材 28a 短辺保護板
28b 長辺保護板 29 遮蔽部材 30 溝部
31 第1溝 32 第2溝 33 第3溝
35 取付部 40 放熱部材 40a 一側面
40b 他側面 40c スリット 41 貫通孔
42 接着材層 100 集光型太陽光発電装置
Claims (8)
- 太陽光を集光する集光レンズを複数並べて構成された集光部と、
前記複数の集光レンズそれぞれに対応する位置に配置された複数の発電素子と、
前記複数の発電素子それぞれに対応して設けられ、前記複数の集光レンズが集光する太陽光を前記複数の発電素子に導く複数の二次集光レンズと、
前記複数の二次集光レンズ及び前記複数の発電素子を収容する筐体と、を備え、
前記筐体は、樹脂製の枠体と、前記枠体に固定されるとともに内側面に前記複数の二次集光レンズ及び前記複数の発電素子が配置された金属製の底板と、を備え、
前記底板の外側面には、当該底板の外側面に沿って延びる柱状に形成され、前記底板の熱を外部へ放熱する1又は複数の放熱部材が取り付けられている
集光型太陽光発電モジュール。 - 前記1又は複数の放熱部材は、金属からなる角柱状のパイプ材である
請求項1に記載の集光型太陽光発電モジュール。 - 前記枠体は、外枠を形成する枠本体部と、前記枠本体部の内側において前記底板の内側面に沿って延びており両端部が前記枠本体部に一体に形成された底板抑え部と、を備え、
前記1又は複数の放熱部材の長手方向は、前記底板抑え部の長手方向に対して交差している
請求項1又は請求項2に記載の集光型太陽光発電モジュール。 - 前記1又は複数の放熱部材は、前記底板の外側面との間に熱伝導性を有する接着材層を介在して取り付けられている
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の集光型太陽光発電モジュール。 - 前記接着材層は、熱伝導性を有するコーキング材、及び熱伝導性を有するテープの少なくともいずれか一方を用いて構成される
請求項4に記載の集光型太陽光発電モジュール。 - 請求項1に記載の集光型太陽光発電モジュールを複数個並べて成る集光型太陽光発電パネル。
- 請求項6に記載の集光型太陽光発電パネルと、当該集光型太陽光発電パネルが太陽の方向を向いて太陽の動きに追尾動作するように駆動する駆動装置と、を備える集光型太陽光発電装置。
- 集光型太陽光発電装置に取り付けられる請求項1に記載の集光型太陽光発電モジュールの製造方法であって、
前記複数の発電素子と、前記複数の二次集光レンズとを収容した前記筐体に前記集光部を取り付けてなる中間組立品を、前記集光型太陽光発電装置の取付レールに取り付けた後、前記1又は複数の放熱部材を前記底板の外側面に取り付ける
集光型太陽光発電モジュールの製造方法。
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