JP5153447B2 - 集光型太陽光発電ユニット、および集光型太陽光発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、集光レンズで集光した太陽光を透過させる透過穴を有する集光フレームと、透過穴を透過した太陽光を受光する太陽電池と、太陽電池を実装した実装フレームとを備える集光型太陽光発電ユニット、および、このような集光型太陽光発電ユニットを追尾駆動される構成としてある集光型太陽光発電装置に関する。

太陽光発電装置としては、太陽電池素子を隙間無く敷き詰めて構成した太陽光発電モジュールを屋根の上などに設置した非集光固定型の平板式構造が一般的である。

これに対し、太陽光発電装置を構成する部材（部品）の中で価格が高い太陽電池素子の使用量を減らす技術が提案されている。

つまり、光学レンズや反射鏡などを用いて太陽光を集光し、小面積の太陽電池素子に照射することで、太陽電池素子の面積あたりの発電電力を大きくし、太陽電池素子のコスト（つまり、太陽光発電装置のコスト）を削減することが提案されている。

素子特性として集光倍率を上げるほど太陽電池素子の光電変換効率は向上する。しかし、太陽電池素子の位置を固定したままでは太陽光が斜光となって入射することが多くなり、太陽光を有効に利用することができない。したがって、太陽を追尾して太陽光を常に正面で受光するように構成した高集光倍率の追尾集光型太陽光発電装置が提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献４参照。）。

また、集光型太陽光発電装置では集光された太陽光が太陽電池素子に入射され、光電変換により電力を得るが、全ての入射エネルギーが電力に変換されるわけではなく、一部の入射エネルギーは熱エネルギーとして太陽電池素子に蓄熱される。太陽電池特性として評価する場合、太陽電池素子の放熱性能を上げるほど太陽電池素子の光電変換効率は向上することから、太陽電池素子の放熱を十分に行う必要がある。

特許文献１〜特許文献４に開示された従来の集光型太陽光発電装置では、太陽電池が集光型太陽光発電ユニットの内部に構造的に密閉されている。したがって、太陽電池（太陽電池素子）の周辺では、空気の流れがほとんど無く、集光された太陽光の熱エネルギーが集光型太陽光発電ユニットの内部に蓄熱されることとなり、太陽電池素子の温度が上昇し、十分な太陽電池特性を得ることができなかった。
特開２００２−２８９８９６号公報 特開２００２−２８９８９７号公報 特開２００２−２８９８９８号公報 特開２００６−３４４６９８号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、集光レンズで集光した太陽光を透過させる透過穴を有する集光フレームと、透過穴を透過した太陽光を受光する太陽電池と、太陽電池を実装した実装フレームとを備える集光型太陽光発電ユニットであって、集光フレームは、集光レンズを支持する側板部と、側板部の間に配置され透過穴を有する底板部とを備え、実装フレームは、レシーバ基板を実装する実装板部と、実装板部の両側に配置されて実装板部を底板部に連結する連結部とを備える構成とすることにより、底板部と太陽電池素子との間に外部との対流が可能な広い空間を設け、太陽電池素子の受光面側の空間に大気の対流を発生させて、太陽電池（太陽電池素子）の放熱性を向上させ光電変換効率を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電ユニットを提供することを目的とする。

また、本発明は、本発明に係る集光型太陽光発電ユニットを追尾駆動する形態の集光型太陽光発電装置とすることにより、放熱性を向上させて光電変換効率および発電電力を向上させた信頼性および耐候性の高い集光型太陽光発電装置を提供することを他の目的とする。

本発明に係る集光型太陽光発電ユニットは、太陽光を集光する集光レンズと、該集光レンズで集光した太陽光を透過させる透過穴を有する集光フレームと、前記透過穴を透過した太陽光を受光する太陽電池と、該太陽電池を実装した実装フレームとを備える集光型太陽光発電ユニットであって、前記集光フレームは、前記集光レンズを支持する側板部と、該側板部の間に配置され前記透過穴を有する底板部とを備え、前記太陽電池は、前記透過穴に位置決めされ光電変換を行なう太陽電池素子と、該太陽電池素子を載置したレシーバ基板とを備え、前記実装フレームは、前記レシーバ基板を実装する実装板部と、該実装板部の両側に配置されて前記実装板部を前記底板部に連結する連結部とを備え、前記集光フレームおよび前記実装フレームは、延長されて長尺状とされ、前記集光レンズは、前記集光フレームの長さ方向に複数配置され、前記太陽電池素子は、前記実装フレームの長さ方向に複数配置されてあり、前記実装フレームは、換気口を有する端面保護板を前記長さ方向の両側の端面に備えて前記底板部と前記太陽電池との間で外部との対流を生じ、一つの前記集光フレームに対して複数配置されていることを特徴とする。

この構成により、集光された太陽光を透過させる透過穴を有する底板部と太陽電池素子との間に外部との対流が可能な広い空間を設けることが可能となり、太陽電池素子の受光面側の空間に大気の対流を発生させることが可能となるので、太陽電池（太陽電池素子）の放熱性を向上させて光電変換効率を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電ユニットとすることができる。また、対流が発生する範囲を拡大してさらに効果的な対流を発生させることが可能となるので、さらに放熱性を向上させることが可能となる。また、実装フレームに対する太陽電池素子の配置を高精度に設定し、また温度の上昇に伴う透過穴に対する太陽電池素子の位置ズレを抑制することが可能となるので、光電変換効率が良く、信頼性の高い大電力の集光型太陽光発電ユニットとすることができる。また、外部環境から太陽電池素子を保護すると共に実装フレーム内に外気を取り入れて対流を大きくすることが可能となるので、実装フレーム（太陽電池）の放熱効果を向上させて、光電変換効率が高く、信頼性の良い集光型太陽光発電ユニットとすることができる。

また、本発明に係る集光型太陽光発電ユニットでは、前記実装板部および前記連結部は、垂直で相互に交差するように配置されていることを特徴とする。

この構成により、最小限の材料で広い空間を太陽電池（太陽電池素子）と遮光板の間に構成することが可能となり、また、高精度に配置することが可能となり、容易に製造することが可能となる。また、実装フレームを小型化した状態で広い空間を確保し、放熱性を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る集光型太陽光発電ユニットでは、前記連結部相互間の幅は、前記レシーバ基板と同程度であることを特徴とする。

この構成により、実装フレームの形状を小型化することが可能となる。

また、本発明に係る集光型太陽光発電ユニットでは、前記レシーバ基板は、実装部材を介して前記実装板部に実装されていることを特徴とする。

この構成により、レシーバ基板と実装板部との間の熱抵抗を抑制して、太陽電池の放熱性を向上させることが可能となるので、光電変換効率が高く、信頼性の良い集光型太陽光発電ユニットとすることができる。

また、本発明に係る集光型太陽光発電ユニットでは、前記実装フレームは、放熱部を備えることを特徴とする。

この構成により、太陽電池の放熱特性をさらに向上させることが可能となり、光電変換効率が高く、信頼性の良い集光型太陽光発電ユニットとすることができる。

また、本発明に係る集光型太陽光発電ユニットでは、前記実装板部、前記連結部、前記放熱部は、押し出し成形によって一体成形してあることを特徴とする。

この構成により、実装フレームを容易かつ高精度に形成することが可能となり、また、放熱効率を向上させることが可能となることから、光電変換効率が高く、信頼性の良い集光型太陽光発電ユニットを安価に製造することができる。また、実装フレームを容易かつ高精度に安定して製造することが可能となり、集光型太陽光発電ユニットを生産性良く製造することができる。

また、本発明に係る集光型太陽光発電ユニットでは、前記太陽電池は、前記実装フレームに１列に配置されていることを特徴とする。

この構成により、対流が発生する範囲を拡大してさらに効果的な対流を発生させることが可能となるので、さらに放熱性を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る集光型太陽光発電装置は、集光型太陽光発電ユニットを備える集光型太陽光発電装置であって、前記集光型太陽光発電ユニットは、本発明に係る集光型太陽光発電ユニットであり、追尾駆動される構成としてあることを特徴とする。

この構成により、放熱性を向上させて光電変換効率および発電電力を向上させた信頼性および耐候性の高い集光型太陽光発電装置とすることができる。

本発明に係る集光型太陽光発電ユニットによれば、太陽光を集光する集光レンズと、集光レンズで集光した太陽光を透過させる透過穴を有する集光フレームと、透過穴を透過した太陽光を受光する太陽電池と、太陽電池を実装した実装フレームとを備える集光型太陽光発電ユニットであって、集光フレームは、集光レンズを支持する側板部と、側板部の間に配置され透過穴を有する底板部とを備え、太陽電池は、透過穴に位置決めされ光電変換を行なう太陽電池素子と、太陽電池素子を載置したレシーバ基板とを備え、実装フレームは、レシーバ基板を実装する実装板部と、実装板部の両側に配置されて実装板部を底板部に連結する連結部とを備えることから、底板部と太陽電池素子との間に外部との対流が可能な広い空間を設けることが可能となり、太陽電池素子の受光面側の空間に大気の対流を発生させることが可能となるので、太陽電池（太陽電池素子）の放熱性を向上させて光電変換効率を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電ユニットを提供することが可能となるという効果を奏する。

また、本発明に係る集光型太陽光発電装置によれば、集光型太陽光発電ユニットを備える集光型太陽光発電装置であって、集光型太陽光発電ユニットは、本発明に係る集光型太陽光発電ユニットであり、追尾駆動される構成としてあることから、放熱性を向上させて光電変換効率および発電電力を向上させた信頼性および耐候性の高い集光型太陽光発電装置を提供することが可能となるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１Ａおよび図１Ｂに基づいて、本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニットについて説明する。

図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る集光型太陽光発電ユニットの概略断面構成を端面状態で示す端面図である。なお、断面でのハッチングは図の見易さを考慮して省略してある。

図１Ｂは、図１Ａの矢符Ｂ方向から見た状態を示す側面図である。

本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニット１は、入射した太陽光Ｌｓを集光する集光レンズ１０と、集光レンズ１０で集光した太陽光Ｌｓａを透過させる透過穴２３を有する集光フレーム２０と、透過穴２３を透過した太陽光Ｌｓａを受光する太陽電池３０と、太陽電池３０を実装した実装フレーム４０とを備える。

集光レンズ１０は、実施の形態５で説明する追尾機構（不図示）の作用により、常に太陽に正対する構成としてある。したがって、直達光である太陽光Ｌｓは、集光レンズ１０の受光面に対して垂直方向で入射する。これにより、集光レンズ１０は太陽光Ｌｓを屈折させて集光した太陽光Ｌｓａを太陽電池３０（太陽電池素子３１）に入射させることができる。

集光フレーム２０は、集光レンズ１０の両端に配置され集光レンズ１０を支持する側板部２１と、対向する一対の側板部２１の間に配置され透過穴２３を有する底板部２２とを備える。また、太陽電池３０は、透過穴２３に位置決めされ光電変換を行なう太陽電池素子３１と、太陽電池素子３１を載置したレシーバ基板３２とを備える。実装フレーム４０は、レシーバ基板３２を実装する実装板部４１と、実装板部４１の両側に配置されて実装板部４１を底板部２２に連結する連結部４２とを備える。

したがって、連結部４２を配置することによって、集光された太陽光Ｌｓａを透過（通過）させる透過穴２３を有する底板部２２と太陽電池素子３１との間に十分な空間を設けることことが可能となり、太陽電池素子３１の受光面側の空間に大気の対流を発生させることが可能となるので、陽電池３０（太陽電池素子３１）の放熱性を向上させて光電変換効率を向上させた信頼性の高い集光型太陽光発電ユニット１とすることができる。

つまり、太陽電池３０は、集光された太陽光Ｌｓａを太陽電池素子３１で光電変換し、太陽電池素子３１で発生した電力をレシーバ基板３２に形成した配線（不図示）を介して取り出す構成としてある。また、太陽電池３０は、実装フレーム４０（実装板部４１）に実装部材３３を介して実装板部４１に実装され、実装フレーム４０は、集光フレーム２０に取り付けられている。

連結部４２は板状の部材で構成されることを例示しているが、より放熱性を向上させるように側部にフィンなどの放熱手段を更に加えた形状にしても構わない。また、連結部４２は、蛇行した形状であっても良く、特に板状に限るものではない。

透過穴２３の中心、太陽電池素子３１の受光面の中心は、集光レンズ１０（集光レンズ１０の中心点）が構成する光軸Ｌａｘに一致するように配置されている。また、太陽電池素子３１は、集光レンズ１０の焦点位置（焦点群位置）に対応させて配置してあり受光面で効率的に受光できるようにしてある。なお、集光レンズ１０は、例えば３０ｃｍ角程度の大きさとしてある。また、透過穴２３は、太陽電池素子３１の大きさ、集光された太陽光Ｌｓａの範囲に対応させて、例えば１ｃｍ〜５ｃｍ角程度としてある。

太陽電池３０は、レシーバ基板３２に実装された太陽電池素子３１を被覆する被覆部３５を備える。被覆部３５は、集光された太陽光Ｌｓａを透過させる透光性樹脂で形成され、周囲環境（砂塵や水分など）から太陽電池素子３１を保護する。

太陽電池素子３１は、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＣｄＴｅなどの無機材料で構成してある。また、太陽電池素子３１の外形サイズは、使用する太陽電池材料の削減、加工の安さ、工程の容易性、簡略化などの観点から、数ｍｍ程度から２０ｍｍ程度までとすることが望ましい。

ただし、集光倍率（集光レンズ１０の受光面積を太陽電池素子３１の受光面積で割った値）が高くなればなるほど、太陽電池素子３１が持つ熱流束（単位面積当たりに通過する熱量）が大きくなり放熱性が低下することから、集光倍率に応じた放熱対策を施すことが必要となる。

したがって、レシーバ基板３２は、放熱性を考慮して、例えばアルミニウム板、銅板などの熱伝導率の非常に高い導電性ベース基台（不図示）に適宜の絶縁層（不図示）を介して所望の配線パターン（不図示）を形成して構成することが望ましい。あるいは、例えばＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃などの熱伝導率が高い絶縁性セラミック材料のベース基台（不図示）に所望の配線パターン（不図示）を形成して構成することが望ましい。

集光フレーム２０を構成する側板部２１、底板部２２は、例えば鋼板で形成され、相互に垂直に交差するように配置される。また、透過穴２３は、底板部２２を例えばパンチングすることによって高精度に形成される。なお、底板部２２は、不要な太陽光Ｌｓがレシーバ基板３２を照射してレシーバ基板３２を損傷しないようにする遮光板として機能する。

実装フレーム４０は、実装板部４１と連結部４２が垂直方向で交差するように配置してある。また、実装板部４１と底板部２２の距離は、集光レンズ１０、透過穴２３、および太陽電池素子３１の相互の位置関係を考慮して、例えば２ｃｍ〜１０ｃｍとなるように実装板部４１の高さＨを調整する。つまり、実装フレーム４０の断面形状は、深さが例えば２ｃｍ〜１０ｃｍで、透過穴２３の側を開口形状とした溝状（Ｕ字状）としてあり、両端は開放されて外部との対流を生じる構成としてある。

この構成により、太陽光Ｌｓａによって熱源となる太陽電池３０（太陽電池素子３１）と遮光板２４の間に外部との対流が可能な広い空間を構成することができ、この空間での大気対流を発生させやすくすることが可能となることから、集光フレーム２０に対する太陽電池３０の放熱性を向上させることができる。

なお、実装板部４１および連結部４２は、垂直で相互に交差するように配置してあることから、最小限の材料で広い空間を太陽電池３０（太陽電池素子３１）と遮光板２４の間に構成することが可能となり、また、高精度に配置することが可能となり、容易に製造することが可能となる。また、連結部４２相互間の幅Ｗは、レシーバ基板３２と同程度とすることが可能であり、実装フレーム４０の形状を小型化することが可能となる。

つまり、実装板部４１および連結部４２を垂直で相互に交差するように組み合わせることによって、実装フレーム４０を小型化した状態で広い空間を確保し、放熱性を向上させることが可能となる。

また、太陽電池３０（実装フレーム４０）は、集光フレーム２０の底面（平板状の底板部２２）から大きく外部（外気）へ突出した形状となることから、外部側の実装フレーム４０は、外気の自然風に触れ易くなる。したがって、実装フレーム４０の外気側での対流による放熱効果が高まり、ひいては太陽電池３０の放熱効果を向上させることができる。

レシーバ基板３２は、裏側に配置された実装部材３３を介して実装板部４１に密着させて実装されていることが望ましい。この構成により、レシーバ基板３２と実装板部４１との間の熱抵抗を抑制して、太陽電池３０の放熱性を向上させることが可能となるので、光電変換効率が高く、信頼性の良い集光型太陽光発電ユニット１とすることができる。

実装部材３３は、熱伝導性の良い部材で構成することが望ましい。つまり、実装部材３３は、例えば、粘着性熱伝導シート、熱伝導性接着剤、アルミニウムロウ付け、あるいは、溶接などを適用することが望ましい。この構成により、太陽電池３０と実装フレーム４０の間に大気の隙間を作らないようにすることが可能となり、太陽電池３０と実装フレーム４０の間の熱抵抗を小さくすることができる。

したがって、太陽電池３０で発生する熱エネルギーを実装フレーム４０へ効率良く伝達することができるので、太陽電池３０の放熱効果を向上させることが可能となる。なお、実装フレーム４０（実装板部４１、連結部４２）には、熱伝導率が高く熱伝導性の良い銅、アルミニウムなどを適用して、放熱性を向上させることが望ましい。

実装フレーム４０は、放熱部４３を備えることが望ましい。この構成により、太陽電池３０の放熱特性をさらに向上させることが可能となり、光電変換効率が高く、信頼性の良い集光型太陽光発電ユニット１とすることができる。

放熱部４３は、例えばフィン形状とすることが望ましい。この構成により、実装フレーム４０の表面積に放熱部４３の表面積を付加することができ、実装フレーム４０が外気に接する面積を多くすることが可能となることから、実装フレーム４０の放熱効果を向上させることができる。つまり、太陽電池３０から伝熱された熱エネルギーを実装フレーム４０によって放熱することが可能となり、太陽電池３０の放熱特性を向上させることができる。

なお、図１Ａおよび図１Ｂでは、放熱部４３は、実装板部４１の背面に形成され外気側にのみ配置されているが、実装フレーム４０の内側に放熱部を設けることも可能である。

＜実施の形態２＞
図２Ａおよび図２Ｂに基づいて、本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニットについて説明する。

図２Ａは、本発明の実施の形態２に係る集光型太陽光発電ユニットの長尺状側面を示す側面図である。

図２Ｂは、図２Ａに示した集光型太陽光発電ユニットの要部を分解して示す分解斜視図である。

本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニット１の基本的な構成は、実施の形態１に示した集光型太陽光発電ユニット１と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明する。また、細部については、実施の形態１で示したとおりであり、適宜図示を省略している。

本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニット１では、集光フレーム２０および実装フレーム４０は、延長されて長尺状としてある。したがって、集光レンズ１０は、集光フレーム２０の長さ方向に複数配置され、太陽電池素子３１は、実装フレーム４０の長さ方向に複数配置されている。この構成により、対流が発生する範囲を拡大してさらに効果的な対流を発生させることが可能となるので、さらに放熱性を向上させることが可能となる。

実装フレーム４０には、例えば太陽電池３０が５個１列に配置されており、太陽電池３０に対応する位置に５枚の集光レンズ１０が配置されている。５枚の集光レンズ１０は、１組の集光レンズ群１０ｃを構成している。また、底板部２２には、透過穴２３が太陽電池３０に対応させて５個形成してある。

また、レシーバ基板３２は、太陽電池素子３１毎に配置してある。したがって、レシーバ基板３２に対する太陽電池素子３１の載置を容易かつ高精度で行ない、実装板部４１に対するレシーバ基板３２の実装を容易かつ高精度に行なうことが可能となるので、安価で信頼性の高い集光型太陽光発電ユニット１とすることができる。また、レシーバ基板３２を実装フレーム４０に対応する長尺状とする必要がないことから、レシーバ基板３２の温度による膨張変形の影響を無視することが可能となる。

実装フレーム４０は、換気口４４ｗを有する端面保護板４４を両側の端面４０ｔに備える。この構成により、外部環境から太陽電池素子３１を保護すると共に実装フレーム４０内に外気を取り入れて対流を大きくすることが可能となるので、実装フレーム４０（太陽電池３０）の放熱効果を向上させて、光電変換効率が高く、信頼性の良い集光型太陽光発電ユニット１とすることができる。なお、実施の形態１では、換気口４４ｗを有する端面保護板４４を示さなかったが、換気口４４ｗを有する端面保護板４４は、実施の形態１に適用することが可能である。

換気口４４ｗは、例えば切り曲げ加工などのプレス加工法を用いて端面保護板４４に対してルーバー式に形成することが可能である。端面保護板４４によって端面４０ｔを塞ぎ、砂塵、雨滴などが実装フレーム４０と底板部２２の間の空間に侵入することを防止する一方、換気口４４ｗから大気を実装フレーム４０の内部に取り込むことによって、実装フレーム４０と底板部２２（集光フレーム２０）の間の空間での対流を大きくすることが可能となる。

また、連結部４２は、連結部４２の頂部に形成され底板部２２と対面（対向）するように配置された結合端部４２ｂを備える。結合端部４２ｂに形成された連結穴４２ｈは、底板部２２に形成された連結穴２２ｈに対して位置合わせしてあり、連結穴２２ｈおよび連結穴４２ｈを貫通する締結部材４５によって底板部２２と結合端部４２ｂとは相互に締結される構成としてある。したがって、集光された太陽光Ｌｓａが正確に太陽電池素子３１へ照射されるように位置合わせを行なうことができる。なお、締結部材４５としては、ビス、リベットなどを適用することが可能である。

つまり、連結部４２は、結合端部４２ｂおよび締結部材４５を介して底板部２２に連結されている。この構成により、実装フレーム４０と集光フレーム２０とを容易かつ高精度に連結することが可能となるので、生産性良く安価に集光型太陽光発電ユニット１を製造することができる。

＜実施の形態３＞
図３に基づいて、本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニットについて説明する。

図３は、本発明の実施の形態３に係る集光型太陽光発電ユニットの長尺状側面を示す側面図である。

本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニット１の基本的な構成は、実施の形態１、実施の形態２に示した集光型太陽光発電ユニット１と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明する。また、細部については、実施の形態１、実施の形態２で示したとおりであり、適宜図示を省略している。

本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニット１では、実施の形態２の場合と同様に複数の太陽電池３０を配置された実装フレーム４０は、実施の形態２の集光フレーム２０に比較してさらに延長された一つの集光フレーム２０ｃに対して複数配置してある。

したがって、実装フレーム４０の大きさを最適化して実装フレーム４０に対する太陽電池素子３１の配置を高精度に設定し、また、温度の上昇に伴う透過穴２３に対する太陽電池素子３１の位置ズレを抑制することが可能となるので、光電変換効率が良く、信頼性の高い集光型太陽光発電ユニット１とすることができる。また、さらに大型化した集光フレーム２０ｃを備えることから、集光型太陽光発電ユニット１を大型化して、大電力を出力させることができる。

つまり、一つの集光フレーム２０ｃに対して複数の実装フレーム４０を組み合わせることから、大きさが最適化された実装フレーム４０を適宜の個数で集光フレーム２０ｃに配置することが可能となる。したがって、相互の位置合わせを高精度に施すことが可能となることから、温度特性が良く、信頼性の高い大電力の集光型太陽光発電ユニット１とすることができる。

＜実施の形態４＞
図４に基づいて、本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニットに適用する実装フレームについて説明する。

図４は、本発明の実施の形態４に係る集光型太陽光発電ユニットの実装フレームの端面状態を示す端面図である。

本実施の形態に係る集光型太陽光発電ユニット１に適用する実装フレーム４０の基本的な構成は、実施の形態１〜実施の形態３に示した実装フレーム４０と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明する。また、細部については、実施の形態１〜実施の形態３で示したとおりであり、適宜図示を省略している。

本実施の形態に係る実装フレーム４０は、実装板部４１、連結部４２、放熱部４３を備え、実装板部４１、連結部４２、放熱部４３は、一体成形してある。したがって、実装フレーム４０を容易かつ高精度に形成することが可能となり、また、放熱効率を向上させることが可能となることから、光電変換効率が高く、信頼性の良い集光型太陽光発電ユニット１を安価に製造することができる。つまり、放熱部４３を実装フレーム４０（実装板部４１）に例えばリベットやビス止めなどで機械的に取り付けた場合に比較すると、実装板部４１と放熱部４３の間に生じる接触熱抵抗を除去した状態となり、放熱性を大幅に向上させることができる。

また、実装フレーム４０は、押し出し成形によって形成することが望ましい。つまり、押し出し成形によって一体成形することで、実装フレーム４０を容易かつ高精度に安定して製造することが可能となり、集光型太陽光発電ユニット１を生産性良く製造することができる。つまり、実装板部４１、連結部４２、放熱部４３を押し出し成形によって形成することによって、優れた放熱性を有する実装フレーム４０を容易かつ高精度に製造することが可能となる。

実装フレーム４０（実装板部４１、連結部４２、および放熱部４３）は、放熱性、軽量化、生産性、コストなどを考慮して、例えばアルミニウムの押出し加工で作製することが望ましい。この構成により、レシーバ基板３２から実装フレーム４０（実装板部４１）に伝導した熱エネルギーを効率良く実装フレーム４０の端部まで伝えることができ、実装フレーム４０の放熱効果を向上させることが可能となる。

さらに、アルミニウムについてはアルマイト処理、その他の材質でも黒色塗装などの適当な表面処理を行なうことが望ましい。つまり、実装フレーム４０に対する表面処理を施すことによって、表面処理を施した箇所の放射による放熱効果を向上させ、実装フレーム４０の放熱効果をさらに向上させることができる。

＜実施の形態５＞
図５に基づいて、本実施の形態に係る集光型太陽光発電装置３について説明する。

図５は、本発明の実施の形態５に係る集光型太陽光発電装置の設置稼動状態を示す斜視図である。

本実施の形態に係る集光型太陽光発電装置３は、集光型太陽光発電ユニット１を複数配置して構成した集光型太陽光発電モジュール２を備え、集光型太陽光発電モジュール２（集光型太陽光発電ユニット１）を追尾駆動する構成としてある。

つまり、集光型太陽光発電ユニット１は、長尺状の集光フレーム２０ｃ（実施の形態３参照）に例えば３０ｃｍ角程度の集光レンズ１０を５枚配置した集光レンズ群１０ｃを２組配置してある。したがって、集光レンズ群１０ｃは、３０ｃｍ×１５０ｃｍ程度の受光面を構成し、集光型太陽光発電ユニット１は、３０ｃｍ×３００程度の受光面を構成する。

集光型太陽光発電モジュール２は、集光型太陽光発電ユニット１を水平方向に７個並置してある。したがって、集光型太陽光発電モジュール２は、２７０ｃｍ×３００ｃｍ程度の受光面を構成することとなる。また、集光型太陽光発電モジュール２は、集光型太陽光発電ユニット１を適宜の個数の組み合わせで直列または並列に接続され、必要な電力を出力するように構成されている。

なお、本実施の形態では、長尺状の延長された集光フレーム２０ｃを採用した集光型太陽光発電ユニット１を水平方向に複数並置した場合を図示するが、実施の形態１、実施の形態２に係る集光型太陽光発電ユニット１（集光フレーム２０）を適用して集光型太陽光発電モジュール２を構成することも可能である。

つまり、集光型太陽光発電装置３は、実施の形態３で示した集光型太陽光発電ユニット１に限らず、他の実施の形態で示した集光型太陽光発電ユニット１を配置して構成した集光型太陽光発電モジュール２（受光面パネル）を備える。すなわち、集光型太陽光発電装置３は、実施の形態１ないし実施の形態４に係る集光型太陽光発電ユニット１を備えることが可能である。なお、集光型太陽光発電ユニット１を複数配置して集光型太陽光発電モジュール２とした場合を例示したが、集光型太陽光発電ユニット１は、単数であっても良い。

したがって、放熱性を向上させて光電変換効率および発電電力を向上させた信頼性および耐候性の高い集光型太陽光発電装置３を実現することができる。

なお、集光型太陽光発電モジュール２（集光型太陽光発電ユニット１）は、支柱５０によって支持され、支柱５０のフランジ面（天面）に配置された追尾機構（不図示）によって追尾駆動され、常に太陽方向へ正対する構成としてある。

追尾機構は、太陽方位角に応じて集光型太陽光発電モジュール２を旋回方向Ｒｏｔｈで旋回制御する旋回駆動部と、太陽高度に応じて集光型太陽光発電モジュール２を傾倒方向Ｒｏｔｖで傾倒制御する傾倒駆動部とを備える。つまり、追尾機構は、旋回駆動部および傾倒駆動部を太陽軌道に対応させて自動的に制御し、集光型太陽光発電モジュール２の受光面（集光レンズ１０の受光面）を太陽光Ｌｓに対して常に垂直方向へ向ける構成としてある。

なお、太陽が天頂以外に位置する場合、集光型太陽光発電モジュール２（集光型太陽光発電ユニット１）は、水平に対して傾斜されることとなる。つまり、集光フレーム２０ｃの長さ方向は、垂直方向で傾いて配置されることから、実装フレーム４０（および集光フレーム２０）に対して煙突効果が働く。したがって、垂直方向で下方の換気口４４ｗから外気を吸引し、上方の換気口４４ｗから実装フレーム４０と底板部２２の間の大気を排出することが可能となることから、実装フレーム４０の空間に大きな対流を発生させて太陽電池３０の放熱効果を確実に向上させることができる。

追尾駆動システム（追尾機構）の動力系としては、モーターと減速機を用いてギヤを所定の回転数回転させて所定の方向に駆動させる方法、油圧ポンプと油圧シリンダーを用いて所定の長さにシリンダーを調節することにより所定の方向に駆動させるといった方法があり、どちらの方法を用いても良い。

追尾駆動システムの動作を制御する方法としては、追尾駆動システムの内部に搭載された時計によって予め太陽の軌道を計算し、太陽の向きに集光型太陽光発電ユニット１（集光型太陽光発電モジュール２）を向かせるように制御する方法、追尾駆動システムにホトダイオードなどからなる太陽センサーを取り付けて太陽方向を随時モニターして制御する方法などが知られており、いずれの方法を用いても良い。

本発明の実施の形態１に係る集光型太陽光発電ユニットの概略断面構成を端面状態で示す端面図である。 図１Ａの矢符Ｂ方向から見た状態を示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る集光型太陽光発電ユニットの長尺状側面を示す側面図である。 図２Ａに示した集光型太陽光発電ユニットの要部を分解して示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る集光型太陽光発電ユニットの長尺状側面を示す側面図である。 本発明の実施の形態４に係る集光型太陽光発電ユニットの実装フレームの端面状態を示す端面図である。 本発明の実施の形態５に係る集光型太陽光発電装置の設置稼動状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ 集光型太陽光発電ユニット
２ 集光型太陽光発電モジュール
３ 集光型太陽光発電装置
１０ 集光レンズ
１０ｃ 集光レンズ群
２０、２０ｃ 集光フレーム
２１ 側板部
２２ 底板部
２２ｈ 連結穴
２３ 透過穴
３０ 太陽電池
３１ 太陽電池素子
３２ レシーバ基板
３３ 実装部材
３５ 被覆部
４０ 実装フレーム
４０ｔ 端面
４１ 実装板部
４２ 連結部
４２ｂ 結合端部
４２ｈ 連結穴
４３ 放熱部
４４ 端面保護板
４４ｗ 換気口
４５ 締結部材
５０ 支柱
Ｌａｘ 光軸
Ｌｓ、Ｌｓａ 太陽光

Claims (8)

1. 太陽光を集光する集光レンズと、該集光レンズで集光した太陽光を透過させる透過穴を有する集光フレームと、前記透過穴を透過した太陽光を受光する太陽電池と、該太陽電池を実装した実装フレームとを備える集光型太陽光発電ユニットであって、
   前記集光フレームは、前記集光レンズを支持する側板部と、該側板部の間に配置され前記透過穴を有する底板部とを備え、
   前記太陽電池は、前記透過穴に位置決めされ光電変換を行なう太陽電池素子と、該太陽電池素子を載置したレシーバ基板とを備え、
   前記実装フレームは、前記レシーバ基板を実装する実装板部と、該実装板部の両側に配置されて前記実装板部を前記底板部に連結する連結部とを備え、
   前記集光フレームおよび前記実装フレームは、延長されて長尺状とされ、前記集光レンズは、前記集光フレームの長さ方向に複数配置され、前記太陽電池素子は、前記実装フレームの長さ方向に複数配置されてあり、
   前記実装フレームは、換気口を有する端面保護板を前記長さ方向の両側の端面に備えて前記底板部と前記太陽電池との間で外部との対流を生じ、一つの前記集光フレームに対して複数配置されていること
   を特徴とする集光型太陽光発電ユニット。
2. 請求項１に記載の集光型太陽光発電ユニットであって、
   前記実装板部および前記連結部は、垂直で相互に交差するように配置されていること
   を特徴とする集光型太陽光発電ユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の集光型太陽光発電ユニットであって、
   前記連結部相互間の幅は、前記レシーバ基板と同程度であること
   を特徴とする集光型太陽光発電ユニット。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の集光型太陽光発電ユニットであって、
   前記レシーバ基板は、実装部材を介して前記実装板部に実装されていること
   を特徴とする集光型太陽光発電ユニット。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の集光型太陽光発電ユニットであって、
   前記実装フレームは、放熱部を備えること
   を特徴とする集光型太陽光発電ユニット。
6. 請求項５に記載の集光型太陽光発電ユニットであって、
   前記実装板部、前記連結部、前記放熱部は、押し出し成形によって一体成形してあること
   を特徴とする集光型太陽光発電ユニット。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の集光型太陽光発電ユニットであって、
   前記太陽電池は、前記実装フレームに１列に配置されていること
   を特徴とする集光型太陽光発電ユニット。
8. 集光型太陽光発電ユニットを備える集光型太陽光発電装置であって、
   前記集光型太陽光発電ユニットは、請求項１から請求項７までのいずれか一つに記載の集光型太陽光発電ユニットであり、追尾駆動される構成としてあることを特徴とする集光型太陽光発電装置。

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