(57)【要約】【課題】  太陽電池の性能を改善するために、受光面電極に遮られて損失する直射光線を集光して発電素子面に供給することで太陽電池の発電性能を改善することが課題である。【解決手段】  太陽電池に設置場所の緯度と太陽高度の関係を考慮に入れた指向性を持たせると共に、受光面電極で遮られる直射光線を断面が三角形の受光面電極の前後斜面の鏡面反射で発電素子面に集光させるように構成することで、発電性能を改善し前記課題を解決するものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の受光面電極の断面を発電素子に接する面が底辺となる三角形に形成し、この受光面電極の前斜面の方向から太陽光線を入射させるように配置した場合に、後斜面の先端に入射する最大高度の太陽光線が鏡面反射によって発電素子面に到達するように後斜面の傾斜を設定すると共に、前斜面の先端に入射する最小高度の太陽光線が鏡面反射によって発電素子面に到達するように前斜面の傾斜を設定したことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池において、発電素子面に対する到達光線との角度差が受光面電極の相互間を構成する透明充填材の臨界屈折角度以下になるように前後斜面を設定したことを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
請求項１に記載の太陽電池複数を受光面電極の向きを同一に揃えて平面に配置し、それぞれの太陽電池を電気的に連結したことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽電池モジュールを受光面電極の前斜面が南向きになるように配置したことを特徴とする太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の性能改善に関するもである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電の性能改善には発電素子自体の性能改善のほか、発電素子に入射する光線を有効に利用するために反射防止膜などで表面形状を工夫するなど様々な方法が提案されているが、発電素子の表面に電極を設ける構造の太陽電池では表面電極に直射光線が遮られて性能が低下する不都合があった。この不都合を改善するために集光ユニットで予め光線を集光して空間を確保し、この空間に受光面電極を配置する方法が考えられるが、その集光方法として次のような提案がある。
【特許文献１】特願２００８−３０９１８６  太陽レンズ
【特許文献２】特開２００１−１８９４８７  集光器および集光型太陽電池モジュール
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記特許文献１の方法は、逆台形の太陽レンズを透明材料で形成し、入射光線を全反射で出光面に集光する方法の太陽レンズであるが、太陽電池の電極間に太陽レンズを配置してその隙間に電極を配置するように構成した場合、入射光線の全てを有効に発電素子に供給することができる点では不都合はないが、耐久性を確保するために太陽電池と太陽レンズの全体を太陽電池モジュールとして透明基板内に透明充填材で封入すると、太陽レンズ相互間の空間がなくなって全反射での集光ができなくなる不都合があった。
【０００４】
また、前記特許文献２の方法は、反射膜による鏡面反射と全反射の組み合わせで集光する方法であるが、入射光線の方角に指向性が考慮されていないために、図３に示す如く反射膜の傾斜角度を極めて大きくとる必要があって形状的に製造が困難であることや集光性能が低い不都合があった。受光面電極部分に当たる太陽光線の全てを発電素子面に集光できて形状が簡単な集光型太陽電池の開発で性能改善を図ることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
太陽電池に指向性を持たせると共に、太陽電池の受光面電極で遮られる直射光線を受光面電極自体の鏡面反射で発電素子面に集光するように構成することで、発電性能を改善し前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００６】
従来一般的な太陽電池においては受光面の１割以上が受光面電極で占められており、相応の入射光線の損失があったが、その損失を殆ど解消することができるから発電性能を改善できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図２は本発明による平板状の太陽電池１の断面を示すもので、２は発電素子、３は発電素子に電気的に接合されて等間隔に配置された細長い多数の受光面電極、４は裏面電極である。また、受光面電極の断面は発電素子に接する面を底辺とする三角形で前斜面５と後斜面６からなり、前斜面は傾斜角度α１で、後斜面は傾斜角度α２で傾斜した反射面を形成している。太陽電池モジュールとして組み上げられた状態では全体が透明基板７との間に透明な充填材８で保持された構成になる。９は受光面電極の先端に相当する太陽光線の入光面を示している。また、１０は全ての受光面電極を電気的に連結するために受光面電極に直角に配置された集電極で、受光面電極と集電極は銀などの導電材で櫛型に一体で形成されている。１１は樹脂などで形成された裏板である。
【０００８】
なお、三角形に形成された受光面電極の前斜面や後斜面は反射面として作用させることが目的であるから、集電性能を低下させない範囲であれば三角形の先端部分を導電性が低くても反射性能の高い安価な材料、例えばアルミニュームや合成樹脂などで形成してもよい。
【０００９】
本発明の太陽電池は指向性を有するので、以下の説明においては前斜面を南向きにして水平に設置した場合を前提に記述し、斜面や光線の傾斜角度は特に断らない限り鉛直面に対する傾斜角度で示すものとする。
【００１０】
入光面に入射する太陽光線は透明基板や透明充填材の屈折率に応じて屈折して進行するが、全ての入射光線を発電素子面に集光させるには、発電素子面に直接当たる光線の他に前斜面や後斜面に当たる光線を鏡面反射で発電素子面に向かわせることが必要である。
【００１１】
また、発電素子表面には反射防止膜が設けられることが多いが、発電素子面に対する到達光線との角度差α３、α４は構成素材の臨界屈折角度以下になるように設定することが望ましい。発電素子面と透明充填材との間に隙間があると光線が全反射して反転し散逸するからである。
【００１２】
このためには、後斜面の先端に入射する最大高度の太陽光線が鏡面反射によって発電素子面に到達するように後斜面の傾斜角度α２を設定すると共に、前斜面の先端に入射する最小高度の太陽光線が鏡面反射によって発電素子面に到達するように前斜面の傾斜角度α１を設定する必要があり、さらに発電素子面に対する到達光線との角度差α３、α４が受光面電極の間に充填される充填材の臨界屈折角度以下になるように設定することが望ましい。このような設定により最大高度の太陽光線から最小高度の太陽光線までを全て発電素子面に集光することができることになる。
【００１３】
また、受光面電極の高さは、後斜面で反射した光線ｅ１が直接前斜面に当たって反転し入光面から散逸しないような高さに、そして前斜面で反射した光線ｅ２が後斜面に直接当たらない範囲に設定すればよい。このためには受光面電極相互の間隔を十分に広く設定することで解決できるが、間隔を広くし過ぎると太陽電池の性能を低下させることになるから、小さな受光面電極を多数設けて受光面電極の間隔を細かくすることで総合的な性能の改善を図ることができる。
【００１４】
以上のように太陽高度の変動範囲や設置方角を考慮して太陽電池に指向性を持たせることで、太陽光線を容易に集光することができることになる。例えば、東京の場合、正午の南中高度で最大高度は夏至日の７８度、最小高度は冬至日の３１度であるから、この範囲の太陽光線を集光できるように設定することで、全ての光線を集光して発電素子に供給することができる。
【００１５】
図３は特許文献２の集光器で、集光倍率が小さくしかも反射膜の傾きが少なくて済む簡単な形状の場合を示したものである。１２は屈折率が空気より大きい透明材料からなる集光器本体、１３と１４は反射膜で、入光面１５から入射する光線を集光して出光面１６に集光するものであるが、入射光線の方角に指向性が考慮されていないために反射膜を極めて大きく傾斜させる必要がある。傾斜角度が小さい仕様として、屈折率１，５の透明材で形成する場合で、入光面と出光面の割合が１，５、厚みが出光面の長さの０，５倍の集光器を示しているが、出光面に対して前後の反射膜が重なる形状になるために製造が極めて困難となり実用性が低いと考えられる。逆に傾斜角度を少なく設定すると入光面と出光面の面積差がより少なくなって電極スペースを確保できなくなる。
【００１６】
図３は最大高度や最小高度に相当する光線での光線経路を示している。同一高度の光線でも入射する位置によっては出光面に到達する光線も全反射することになるが、出光面に太陽電池の表面反射膜が直結している場合はより複雑な光線経路を辿ることになる。三角形の受光面電極を有する本発明の太陽電池ではこのような空隙を有する集光器を特別に装備する必要がなく、むしろ全体を充填材で密封できるから構造的に安定し、空隙がないから酸化による性能の低下を防止できるものである。
【００１７】
図４は太陽電池を南向きに傾斜させて設置することを前提にした場合の受光面電極の形状と集光状況を入射光線の経路で示すものである。透明基板と充填材の臨界屈折角度が４２度（屈折率約１．５）で最大高度が８５度、最小高度が５度の太陽光線を集光する場合の光線経路で、最大高度の光線ｍ１と最小高度の光線ｍ２を実態に合わせて描いたものである。最大高度以下の光線はｍ１とｍ２の中間の光線経路となる。
【００１８】
このように本発明の太陽電池は受光面電極の形状から集光できる方向に指向性があって、前斜面の方向からの光線は集光できるが、後斜面の方向から入射する光線については直接発電素子面に到達する入射光線以外の光線は殆ど集光することができない。太陽光線の集光範囲を緯度に合わせた最大高度から最小高度の光線に限定することで実用性の高い集光性能を確保するものである。
【００１９】
集光性能が若干低下するが、使用できる緯度の範囲に幅を持たせて仕様を設定することで製品の統合を図ることができる。例えば沖縄から北海道までの緯度の違いを考慮して、沖縄の最大高度と北海道の最小高度に対応する太陽電池であれば日本全土で利用できることになる。なお、最大高度や最小高度になる期間は年間を通して極く限られた期間であるから、高度の変動幅を少なく設定することで受光面電極の前後斜面の傾斜が緩やかになり製造が容易な形状となる。
【００２０】
太陽の方位を考慮して太陽電池を設置した場合、南東からの太陽光など斜め方向から射し込む光線は、前斜面から南北方向に進行する光線と、東西方向に進行する光線のふたつに分解して考えることができるが、受光面電極に沿って進行する光線は隣合う受光面電極で囲まれた台形斜面で反射して発電素子面に到達することになる。
【００２１】
日出没に近い高度が低い時刻では季節によって東西軸から前後３０度範囲の方角から太陽光線が射し込むことになるが、これらの光線は同様の要領で発電素子面に集光することができる。しかし、夏至前後の限られた日出没の時刻帯においては東北東または西南西からの逆向きの太陽光線が射し込むことになるから極く一部の光線は集光されずに損失すると考えられる。
【００２２】
図５は指向性を有する太陽電池モジュールからなる太陽光発電装置で、太陽電池の前斜面を南向きになるように配置した上で装置全体を傾斜させて設置した場合を示すものである。南半球で設置する場合には逆に太陽電池を北向きに傾けると共に前斜面を北向きに設置することになるが、モジュールの最適な傾斜角度は緯度によって異なる。
【００２３】
このように本発明の太陽電池は鏡面反射によって受光面電極で遮られる入射光線を三角形の受光面電極の斜面を使って発電素子面に集光するもので、設置方角に指向性があるが、極めて単純な形状で総合的に性能を高めることができ実用性が高い特徴を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】太陽電池の斜視図である。
【図２】太陽電池の断面図である。
【図３】特許文献２の集光器の説明図である。
【図４】傾斜させた太陽電池の断面図である。
【図５】太陽電池モジュールを南向きに設置した太陽光発電装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１、太陽電池
２、発電素子
３、受光面電極
４、裏面電極
５、前斜面
６、後斜面
７、透明基板
８、透明充填材
９、入光面
１０、集電極
１１、裏板
【図１】
2010199342.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010199342.tif 000005
【図４】
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【図５】
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