台風禍に秋風

 

 

この近江にも台風18号の爪痕も痛々しく残こり被災地では今日もボランティアを募り
懸命の復旧がつずいていているが、我が家は台風の雨漏りが酷く、今日も秋晴れの中
修理工事に入っている。シーラーや漆喰あるいは人造ラバーを詰めていくのだが、漆
喰はツバメの巣作りに持ち出されり、風雨に曝され病に冒された歯茎のようにスカス
カになり剥がれれ落ちてしまっている。現在は簡単にデジカメで現場写真を撮り、そ
れを直ちに再生し確認できるのだ。

 

 

キーボードの打ち込みすぎで左指に痛みが走る中、予定を変更し昨夜の続き作業を行
い集光型化合物系太陽電池の最新技術を、（１）熱設計（２）屋根置きにビューポイ
ントをおいて調べる。第１点めはコンパクトに高性能で信頼性の高いものを設計する
には、過酷な温度変化、そして湿度変化などに耐えなければならない、しかも集光す
るのだから、例えば熱電変換素子？としての側面を合わせるもつことになり、熱縮膨
張を中心としたサーモ・シミュレーション解析が不可欠になる。第２点めは、追尾機
構などのダイナミック機構をできる限り排し、最低でも20年の性能保証のゴール条件
である。

【符号の説明】

1 集光型太陽光発電モジュール 10A，10B フレキシブル基板  11 太陽電池素子 12
配線パターン 13 位置決め穴  14 絶縁体（レシーバ基体） 15 バイパスダイオード
20 レンズアレイ 21 集光レンズ 22 保持部 22a 底面　23 位置決めピン 

さて、上図の「特開2013-172104 集光型太陽光発電モジュール及びその製造方法」は
太陽電池素子11が配線パターン上に所定の間隔？で実装配置したフレキシブル基板10B
（材質の定義は？）と、太陽電池素子の受光領域に集光し照射する集光レンズ21と集
光レンズ21と太陽電池素子との間の距離と位置を合わせる保持部22が、所定部に一体
形成したレンズアレイ20を備え、保持部22の底面に位置決めピン23を設けたフレキシ
ブル基板10Bに位置決めピン23と対向に位置決め穴13を設け、位置決めピン23に位置決
め穴13を挿入し、フレキシブル基板10Bとレンズアレイ20を位置合わし一体に組み付け
ることで、集光レンズと太陽電池素子の製造時の位置合わせを簡便かつ正確に行うこ
とを可能とするというもの。

【符号の説明】

1 集光型太陽光発電モジュール 10A，10B フレキシブル基板  11 太陽電池素子 12
配線パターン 13 位置決め穴  14 絶縁体（レシーバ基体） 15 バイパスダイオード
20 レンズアレイ 21 集光レンズ 22 保持部 22a 底面　23 位置決めピン 

 

低コスト化を実現し、さらに大電力を得るために、集光レンズで集光した太陽光を集
光レンズの受光面積より小さい太陽電池素子に照射して電力を取り出すタイプの集光
型太陽光発電装置（図６、７）は、 マトリクス状に配列されている集光レンズ102と
太陽電池セル112との位置合わせが難しく、各集光レンズ102の配置位置と、光学素子
101の各太陽電池セル112の配置位置が微妙にずれる。一体型でない方法は、レンズア
レイに対し、レシーバ（受光）基板上に実装した太陽電池セルを個別に対向配置する
場合、レシーバ基板と集光レンズとが離れて配置されているため、それぞれの位置合
わせが難しく、レシーバ基板を個別に製造するのでレシーバ基板ごとに位置合わせが
必要となる問題を次のよう解決したという。

あらかじめ太陽電池素子と対向する底面の位置決めピン用の穴を設けておき、位置決
めピンに位置決め穴を挿入することで、フレキシブル基板とレンズアレイを一体に組
み付ければ、集光レンズと太陽電池素子との位置決めが簡単にできる。さらに、フレ
キシブル基板を用いることで、レンズアレイの間隔と太陽電池素子の間隔とがずれて
も、そのずれをフレキシブル基板の撓みで吸収することができる（どの様に？どの程
度のレンジで？レンジ・アウトはどこで？）。また、位置決め穴を太陽電池素子の両
側近傍に設けることで、実使用時の温度上昇で生じるフレキシブル基板と集光レンズ
の伸び量の差異により生じる可能性のある太陽電池素子と集光レンズのズレを最小限
に抑えることができる。フレキシブル基板と集光レンズの伸び量の差異はフレキシブ
ル基板が有する撓みによって吸収され、位置決めピン近傍の太陽電池素子(セル)は伸
びの影響を受けることは少ない。伸び量の差異はフレキシブル基板と集光レンズの熱
膨張係数の差異が起因で生じるという。

【符号の説明】

1 集光型太陽光発電モジュール 10A，10B フレキシブル基板  11 太陽電池素子 12
配線パターン 13 位置決め穴  14 絶縁体（レシーバ基体） 15 バイパスダイオード
20 レンズアレイ 21 集光レンズ 22 保持部 22a 底面　23 位置決めピン 


さらに、配線パターンの幅は、太陽電池素子の幅以上とし、配線パターンの幅を広く
することで、フレキシブル基板を用いた場合でも放熱効果を高めることができ、間隔
は、集光レンズの所定の間隔よりも長く形成しているため、配線パターンを長くする
ことで、太陽光による熱によってフレキシブル基板が伸縮した場合でも、その応力を
緩和できるとともに、放熱効果も高めることができ、応力緩和機構を別途設ける必要
がなく、フレキシブル基板が伸縮した場合でも、位置決め穴は太陽電池素子の両側に
近接しているので、この位置決め穴とレンズ側の位置決めピンとの集光レンズと太陽
電池素子との位置が固定でき、集光レンズと太陽電池素子との位置がずれることはな
いとある。

また、（１）所定の間隔で位置決めピンを形成する工程と、フレキシブル基板の位置
決めピンと対向する位置に位置決め穴を形成する工程と（２）フレキシブル基板に配
線パターンを形成し、配線パターン上に所定の間隔で太陽電池素子を実装配置する工
程と（３位置決めピンに位置決め穴を挿入することで一体組み付ける工程で生産する。

【符号の説明】

1 集光型太陽光発電モジュール 10A，10B フレキシブル基板  11 太陽電池素子 12
配線パターン 13 位置決め穴  14 絶縁体（レシーバ基体） 15 バイパスダイオード
20 レンズアレイ 21 集光レンズ 22 保持部 22a 底面　23 位置決めピン 

そして、この生産方法によれば、位置決め穴に位置決めピンを挿入するだけで、集
光レンズと太陽電池素子との位置決めを容易に行うことができる。また、フレキシ
ブル基板を用いることで、レンズアレイの間隔と太陽電池素子の間隔とがずれてい
る場合であっても、そのずれをフレキシブル基板の撓みで吸収することができると
構成説明とプロセス説明の明細が記載されているが、例えば、フレキシブル基板の
材質とその特性など具体的なサイジング・ルールの記載に乏しく、評価方法もこれ
から準備されるものと見受けられる（唯一、図４のみ記載）。 

以上、コンパクトにまとめればまとめるほど、熱エネルギーの解析の重要性は増す
ものと考えられる。また、スローアップとスローダウンとのレンジとモーメントの
定義も重要となる。さらには、冒頭に述べたように、クールダウンと熱エネルギー
の操作と利用方法（ヒートポンプとの組み合わせ）も考えておかなければならない
だろう。集光型化合物半導体系、量子ドット系太陽電池の早期普及実現が待たれる。