太陽光聚光用菲涅耳透鏡片及其設計方法
2023-06-10 14:35:06
專利名稱：太陽光聚光用菲涅耳透鏡片及其設計方法
技術領域：
本發明涉及在使太陽光聚光到太陽能電池單元以謀求提高發電效率的太陽光發電設施中具有使來自太陽的直射光聚光的功能的太陽光聚光用的菲涅耳透鏡片及其設計方法。
背景技術：
聚光型太陽光發電裝置是藉助於聚光透鏡使太陽光聚光到太陽能電池上使得發電的裝置。太陽能電池只要具有能夠接收由透鏡聚光的光的面積即可，因此可以做成比透鏡尺寸小很多的尺寸，減少在發電裝置中尤其昂貴的太陽能電池的使用量，從而降低成本。 另一方面，為了使用透鏡，必須在直射光多(日照時間長)的地區使用。根據這一點，聚光型太陽光發電裝置在日照時間長、有能夠大面積化的廣大土地的地區作為用於供電的用途日益普及。作為聚光型發電裝置的裝置例子，能夠列舉專利文獻1等。為了高效率地利用光，通常以光學用途被使用的透鏡採用透明性高的丙烯酸樹脂或聚碳酸酯樹脂等。為了防止因紫外線等的影響導致透鏡被染色以及樹脂劣化等情況發生，通常在這些樹脂中添加規定量的紫外線吸收劑。這些光學構件通常在室內被用作電視的屏幕或背照燈用的構件，直接照射的紫外線量低，添加的紫外線吸收劑濃度也低。又，如專利文獻2所示，通過大量添加紫外線吸收劑，可提高樹脂的耐光性，但會發生紫外線吸收劑造成著色現象，產生透射率下降等光學方面的問題以及著色變黃等外觀方面的問題，還會產生成型性降低的問題，因此，通常一般儘量以低濃度進行添加。但是，由於太陽光聚光透鏡是在紫外線非常大量照射的環境而且需要20年以上這樣的長期使用，由於這些理由，既需要如上述那樣大量添加紫外線吸收劑，另一方面也要考慮到著色、劣化所產生的透射率下降的影響和對成型性帶來的影響等，但現狀是不清楚紫外線吸收劑的恰當量。專利文獻1 日本特開2006-343435號公報專利文獻2 日本特開平05-156113號公報實施例等
發明內容
尋求開發一種相比已有的光學用途，在紫外線超大量照射環境且為長期使用的條件下，具有透射率不下降且能夠高效率聚光性能的透鏡片。上述問題可以通過以下所述的太陽光聚光用光學片的設計方法解決，該方法是在基材中包含紫外線吸收劑的太陽光聚光用光學片的設計方法，其特徵在於，在利用金屬滷化物燈式耐候性試驗(裝置規格JTM G 01 :2000,日本試驗機工業會)進行的加速劣化試驗中，經過T1小時的照射時間試驗後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率的下降滿足下述式(1)，即τ Uv(O)+τ Uv(T1) > τ0(0)+τ0(Τ) ......(1)，
並且決定基材中含有的紫外線吸收劑的量，使在所述波長區域中各波長的透射率從初始值下降10%以下，其中，T1 = 150X2. SXU1ZU0X {0. 44 X In (W1Zff0) +0. 88}X {(O. 5 X cos (α「23. 4))+cos α J / {(0. 5 X cos ( α 0-23. 4)) +cos α J ...⑵U1 使用太陽光聚光用光學片的環境下的平均日照時間W1 使用太陽光聚光用光學片的環境下的平均水蒸氣量α工使用太陽光聚光用光學片的場所的緯度U0 實際實施室外曝露試驗的場所(日本宮古島)的日照時間W0 實際實施室外曝露試驗的場所(日本宮古島)的平均水蒸氣量α ^ 實際實施室外曝露試驗的場所(日本宮古島)的緯度τ uv(0)本發明的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗前的400nm 1850nm波長區域的平均透射率Tuv(T1)本發明的太陽光聚光用光學片經耐候性試驗T1小時後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率τ ^0)除不含紫外線吸收劑外與本發明相同的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗前的400nm 1850nm波長區域的平均透射率τ ^T1)除不含紫外線吸收劑外與本發明相同的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗T1小時後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率。又，本發明中，平均透射率的下降相對於初始值最好是在7 %以下，在400nm IOOOnm的各波長區域中透射率的下降相對於初始值最好是在10%以下。又，本發明的上述太陽光聚光用光學片最好是其基材為丙烯酸樹脂，紫外線吸收劑是苯並三唑類，若紫外線吸收劑添加至少HOOppm以上則更佳。還有，上述問題可以通過太陽光聚光用光學片的設計方法解決，該方法是在基材中包含紫外線吸收劑的樹脂制太陽光聚光用光學片的設計方法，其特徵在於，在利用金屬滷化物燈式耐候性試驗(裝置規格JTM G 01 :2000,日本試驗機工業會)進行的加速劣化試驗中，經過T1小時的照射時間試驗後的400nm 1850nm波長區域中的平均透射率的下降滿足式(1)，即丁抓(0)+丁抓(1\) > 丁0(0)+丁0(!\) ......(1)，並且決定基材中含有的紫外線吸收劑的量，使在所述波長區域中各波長的透射率從初始值下降10%以下，其中，T1 = 150X2. SXD1At0......(3)D1 使用太陽光聚光用光學片的環境下的平均直射日照射量D0 實際實施室外曝露試驗的場所(日本宮古島)的平均直射日照射量τ uv(0)本發明的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗前的400nm 1850nm波長區域的平均透射率
Tuv(T1)本發明的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗T1小時後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率τ0(0)除不含紫外線吸收劑外與本發明相同的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗前的400nm 1850nm波長區域的平均透射率T0(T1)除不含紫外線吸收劑外與本發明相同的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗T1小時後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率利用本發明能夠製造出由長期曝露於室外的紫外線劣化引起的透射率下降小、使聚光效率維持在初始值並且成型性優異的菲涅耳透鏡片。
圖1是聚光型太陽光發電系統的概略圖。圖2是表示室外曝露以及促進試驗所造成的菲涅耳透鏡片的透射率變化的圖。圖3是表示達到600小時為止的促進試驗造成的菲涅耳透鏡片的透射率變化的圖。圖4是表示促進試驗600小時後的菲涅耳透鏡片的每個波長的透射率變化的圖。圖5是表示太陽光的光譜的圖。
具體實施例方式圖1是表示使用菲涅耳透鏡的太陽光發電裝置的一個例子。形成為到達透鏡的光被透鏡部折射聚光於位於規定位置的太陽能電池的結構。而且往往在太陽能電池的近前使用玻璃制或金屬性的2次聚光透鏡，以提高聚光效率。所述菲涅耳透鏡片作為圖1所示的菲涅耳透鏡集合體使用的情形很多，各菲涅耳透鏡在透明樹脂的基材上形成同心圓稜鏡。為了形成同心圓稜鏡，可以適用壓力成型、射出成型、使用紫外線固化性樹脂的2P(Photo Polymerization 光聚合)成型等方法。作為基材的透明樹脂，可以採用丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂等各種透明樹脂，但從耐候性這點考慮，最好是以丙烯酸樹脂，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)樹脂為主的樹脂。本發明的太陽光聚光用菲涅耳透鏡片的基材含有紫外線吸收劑，以防止太陽光中含有的紫外線導致的劣化。作為含有的紫外線吸收劑，可以採用各種類型，但最好是吸收波長端不足400nm，在350nm 380nm的範圍內則更佳，從這點考慮，最好是採用苯並三唑類的紫外線吸收劑。如圖2所示，在宮古島，實際實施了含有苯並三唑類紫外線吸收劑的菲涅耳透鏡片用材料即PMMA樹脂的室外曝露試驗，觀察其透射率變化。其結果表明，經過10年室外曝露，透射率沒有下降。接著，使用以裝置規格為JTM G 01 :2000的規定的試驗機，在規定環境下實施超促進耐侯性試驗。裝置採用巖崎電氣株式會社製造的超促進耐候性試驗機(SUV-Fl)。該試驗的結果也在圖2中表示出。從其結果可知，150小時的促進試驗相當於在宮古島的室外曝露10年以上。另一方面，在表1中示出設置太陽光聚光模塊的代表性地區的環境。將例如西班牙的託萊多地區設想為實際設置太陽光模塊的場所時，與宮古島的環境相比，其1年間的日照時間約為宮古島環境的1.7倍，並且不同溼度導致太陽光吸收不同，不同緯度導致日照角度不同，因此在宮古島的10年曝露，若例如在託萊多則相當於約6. 5年的曝露。因此， 如果考慮在託萊多25年以上的長期使用，則必須考慮在宮古島約40年的使用，即超促進試驗時間需要大約600小時。同樣，設想的設置場所如果是銚子，則需要實施大約410小時的超促進試驗，美國鳳凰城則大約是860小時，同樣，拉斯維加斯則大約是950小時，同樣，邁阿密則大約為570小時。表 權利要求
1.一種在基材中包含紫外線吸收劑的樹脂制太陽光聚光用光學片的設計方法，其特徵在於，在利用金屬滷化物燈式耐候性試驗(裝置規格JTM G 01 :2000,日本試驗機工業會) 進行的加速劣化試驗中，經過T1小時的照射時間的試驗後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率的下降滿足式⑴τ uv(0)+τ UV (T1) > τ Q (0) + τ (T1) ...... (1)，並且決定基材中含有的紫外線吸收劑的量，以使在所述波長區域中各波長的透射率從初始值下降10%以下， 其中，T1 = 150X2. SXU1ZU0 X {0. 44 X In (W1/W0) +0. 88}X {(0. 5 X cos ( α「23. 4) ) +cos α J / { (0. 5 X cos ( α 0-23. 4) ) +cos α 0}............O)U1 使用太陽光聚光用光學片的環境下的平均日照時間W1 使用太陽光聚光用光學片的環境下的平均水蒸汽量α ！使用太陽光聚光用光學片的場所的緯度U0 實際實施室外曝露試驗的場所(日本宮古島)的日照時間W0 實際實施室外曝露試驗的場所(日本宮古島)的平均水蒸汽量Citl 實際實施室外曝露試驗的場所(日本宮古島)的緯度Tuv(O)本發明的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗前的400nm 1850nm波長區域的平均透射率Tuv(T1)本發明的太陽光聚光用光學片經耐候性試驗T1小時後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率T0(O):除不含紫外線吸收劑外與本發明相同的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗前的400nm 1850nm波長區域的平均透射率T0(T1)除不含紫外線吸收劑外與本發明相同的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗T1 小時後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率。
2.一種在基材中包含紫外線吸收劑的樹脂制太陽光聚光用光學片的設計方法，其特徵在於，在利用金屬滷化物燈式耐候性試驗(裝置規格JTM G 01 :2000,日本試驗機工業會) 進行的加速劣化試驗中，經過T1小時的照射時間試驗後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率的下降滿足式(1)，即τ uv(0)+τ UV (T1) > τ Q (0) + τ (T1)...... (1)，並且決定基材中含有的紫外線吸收劑的量，以使在所述波長區域中各波長的透射率從初始值下降10%以下， 其中，T1 = 150X2. SXD1ZD0......(3)D1 使用太陽光聚光用光學片的環境下的平均直射日照射量Dtl 實際實施室外曝露試驗的場所(日本宮古島)的平均直射日照射量Tuv(O)本發明的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗前的400nm 1850nm波長區域的平均透射率Tuv(T1)本發明的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗T1小時後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率T0(O):除不含紫外線吸收劑外與本發明相同的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗前的400nm 1850nm波長區域的平均透射率T0(T1)除不含紫外線吸收劑外與本發明相同的太陽光聚光用光學片的耐候性試驗T1 小時後的400nm 1850nm波長區域的平均透射率。
3.權利要求1或2所述的太陽光聚光用光學片的設計方法，其特徵在於，平均透射率的下降相對於初始值在7%以下。
4.權利要求1 3中的任一項所述的太陽光聚光用光學片的設計方法，其特徵在於，基材為丙烯酸樹脂，紫外線吸收劑為苯並三唑類。
5.一種太陽光聚光用光學片，其特徵在於，採用以至少添加0. 14%以上的紫外線吸收劑為特徵的權利要求1 4中的任一項所述的方法而設計。
全文摘要
本發明涉及在基材中包含紫外線吸收劑的樹脂制太陽光聚光用光學片，本發明的太陽光聚光用光學片的設計方法以及由此得到的太陽光聚光用光學片的特徵在於，在利用金屬滷化物燈式耐候性試驗(裝置規格JTM G 012000，日本試驗機工業會)進行的加速劣化試驗中，經過T1小時的照射時間試驗後的400nm～1850nm波長區域的平均透射率下降滿足下述(1)式，即(1)式τuv(0)+τuv(T1)＞τ0(0)+τ0(T1)，並且決定基材中含有的紫外線吸收劑量以使在上述波長區域各波長的透射率從初始值下降10％以內。T1是與實際使用場對應的必須要的促進試驗時間。本發明的光學片在大量紫外線照射的環境、長時間使用的情況下，具有透射率不降低，能夠高效率聚光的性能。
文檔編號G02B3/08GK102460230SQ20108003379
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月28日 優先權日2009年5月29日
發明者豐原誠, 小野陽二, 松崎一朗 申請人:可樂麗股份有限公司