(57)【要約】【課題】  光透過率が高く、散熱の優れた太陽光発電モジュールおよびその表面層を提供する。【解決手段】  太陽光発電モジュールの表面に表面層が配置され、この表面層は所定の高さを有する液体であり、且つ液体の屈折率が１〜１．５５の間であって、光透過率を増加させることができる。あるいは、液体の熱抵抗係数がガラスの熱抵抗係数よりも小さく、太陽光発電モジュールの散熱能力を増加させることができる。上記の太陽光発電モジュールは、さらにタンク維持装置を外付けして、表面層を前記所定の高さに維持し、光透過率を向上させ、散熱効果を増加させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電モジュールの表面に外付けする太陽光発電モジュールの表面層であって、
前記表面層が所定の高さを有する液体であり、前記液体が屈折率１〜１．５５の間の液体または熱抵抗係数がガラスの熱抵抗係数よりも小さい液体のうちのいずれかである太陽光発電モジュールの表面層。
【請求項２】
前記液体が、水またはアルコールを含む請求項１記載の太陽光発電モジュールの表面層。
【請求項３】
前記高さが、５ｃｍよりも低い請求項１記載の太陽光発電モジュールの表面層。
【請求項４】
波形を有する請求項１記載の太陽光発電モジュールの表面層。
【請求項５】
前記波形が、受動方式または能動方式により生成されたものである請求項４記載の太陽光発電モジュールの表面層。
【請求項６】
前記受動方式が、外部の力または前記液体の流動経路の抵抗力によって前記波形を生成する方式である請求項５記載の太陽光発電モジュールの表面層。
【請求項７】
タンク維持装置によって、前記液体を前記高さに維持する請求項１記載の太陽光発電モジュールの表面層。
【請求項８】
前記タンク維持装置が、保存装置、循環システム、モジュールバックシートタンクまたは波形生成器を含む請求項７記載の太陽光発電モジュールの表面層。
【請求項９】
前記太陽光発電モジュールが、シリコン太陽電池モジュール、薄膜太陽電池モジュール、化合物太陽電池モジュール、色素増感型太陽電池モジュール、ナノ太陽電池モジュール、有機太陽電池モジュールまたは太陽光発電モジュールシステムを含む請求項１記載の太陽光発電モジュールの表面層。
【請求項１０】
表面に基板を有する太陽エネルギーパネルと、
前記基板上に配置される表面層と
を備え、前記表面層が所定の高さを有する液体であり、且つ前記液体が屈折率１〜１．５５の間の液体または熱抵抗係数が前記基板の熱抵抗係数よりも小さい液体のうちのいずれかである太陽光発電モジュール。
【請求項１１】
タンク維持装置をさらに含み、前記液体を前記高さに維持する請求項１０記載の太陽光発電モジュール。
【請求項１２】
前記タンク維持装置が、保存装置、循環システム、モジュールバックシートタンクまたは波形生成器を含む請求項１１記載の太陽光発電モジュール。
【請求項１３】
前記液体が、水またはアルコールである請求項１０記載の太陽光発電モジュール。
【請求項１４】
前記表面層の前記高さが、５ｃｍよりも低い請求項１０記載の太陽光発電モジュール。
【請求項１５】
前記基板の表面が、平坦表面である請求項１０記載の太陽光発電モジュール。
【請求項１６】
前記基板が、表面に凸起状のパターンを有する水流抵抗基板である請求項１０記載の太陽光発電モジュール。
【請求項１７】
シリコン太陽電池モジュール、薄膜太陽電池モジュール、化合物太陽電池モジュール、色素増感型太陽電池モジュール、ナノ太陽電池モジュール、有機太陽電池モジュールまたは太陽光発電モジュールシステムを含む請求項１０記載の太陽光発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電モジュールに関するものであり、特に、光透過率が高く、散熱の優れた太陽光発電モジュールおよびその表面層に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
典型的な太陽光発電モジュールの実装構造は、図１に示すように、空気（air）１００、ガラス（glass）１０２、接着剤（EVA、PVB）１０４、太陽電池（solar cell）１０６、高反射バックシート（backsheet）１０８から構成される。この種のガラスと太陽電池をサンドイッチ方式のように接着剤で貼り付けて設置する太陽光発電モジュールは依然として実装損失が多く、例えば、光反射損失をもたらして、発電の仕事率を下げる。
【０００３】
太陽光発電モジュールの主な光損失（optical loss）は、例えば、空気とモジュール表面ガラスの反射による損失、太陽光発電モジュールの各実装材料間の界面反射による損失、モジュールの日照温度反応による損失、およびモジュール表面の汚れや影による損失がある。
【０００４】
上記の損失に対する現在の改善方法の多くは、効率の高い太陽光発電モジュールの実装材料と構造設計によってモジュールの仕事率を向上させる目的を達成させることにある。例えば、表面に反射防止構造を施した太陽電池を使用することである。最近でも光損失の低減に関する特許出願があり、例えば、特許文献１は模様構造を備えたガラス表面を製造することによって光透過率を増加させる効果が得られることを開示しており、特許文献２は表面に凹凸構造を備えた高反射バックシート設計の構想を開示しており、特許文献３はジグザグ構造を太陽電池アレー（array）の隙間に太陽光に向かって設けることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，１０１，９４６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／００００５１７号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９９４，６４１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在の技術の多くはモジュールの材料開発と製造技術に重点が置かれているため、各業者はいずれも光透過率の高い材料（例えば、ガラスの表面模様構造の技術、太陽電池の反射防止層の技術）に重点を置いている。また、もう一つの重点としてバックシート部材の高反射技術があるが、広面積において光透過率を向上させ、且つモジュールの温度を下げることによってモジュールの効率を上げる目的を達成させることのできる高い光透過と散熱設計を同時に兼ね備えたモジュール構造は、非常に少ない。
【０００７】
本発明は、外付けのタンク維持装置で表面層を所定の高さに維持することによって、光透過率を向上させ、且つ散熱効果を増加させることのできる太陽光発電モジュールの表面層を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的を実現するために、太陽光発電モジュールの表面に外付けする太陽光発電モジュールの表面層を提供する。この表面層は所定の高さを有する液体であり、且つ液体の屈折率が１〜１．５５の間であるか、または液体の熱抵抗係数がガラスの熱抵抗係数よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
本発明の１つの実施形態において、上記液体は水またはアルコールを含む。
【００１０】
本発明の１つの実施形態において、上記表面層の高さは５ｃｍよりも低い。
【００１１】
本発明の１つの実施形態において、上記表面層は波形を有する。
【００１２】
本発明の１つの実施形態において、上記波形は受動方式または能動方式により生成されたものである。ここで、受動方式とは、外部の力または液体の流動経路の抵抗力によって波形を生成する方式であり、能動方式は、上記液体自体の特性によって流動波形を作る方式である。
【００１３】
本発明の１つの実施形態において、上記表面層は、タンク維持装置により上記の液体を上記の高さに維持することができる。
【００１４】
本発明の１つの実施形態において、上記タンク維持装置は、保存装置、循環システムまたはモジュールバックシートタンクまたは波形生成器を含む。
【００１５】
本発明の別の実施形態において、上記太陽光発電モジュールは、シリコン太陽電池モジュール、薄膜太陽電池モジュール、化合物太陽電池モジュール、色素増感型太陽電池モジュール、ナノ太陽電池モジュール、有機太陽電池モジュールまたは太陽光発電モジュールシステムを含む。
【００１６】
本発明は、太陽光発電モジュールの光透過率を向上させ、さらにモジュールの発電効率を増加させるとともに、モジュールの散熱効果を同時に兼ね備えた太陽光発電モジュールを提供することを目的とする。
【００１７】
本発明の目的を実現するために、太陽エネルギーパネルおよび表面層を含む太陽光発電モジュールをさらに提供する。この太陽エネルギーパネルの表面は基板を有し、上記基板上に表面層が配置される。ここで、表面層は所定の高さを有する液体であり、且つ液体の屈折率が１〜１．５５の間であって、光透過率を増加させることができる。あるいは、この液体の熱抵抗係数は、基板の熱抵抗係数よりも小さい。
【００１８】
本発明の別の実施形態において、上記太陽光発電モジュールはタンク維持装置をさらに含み、上記液体を所定の高さに維持する。
【００１９】
本発明の別の実施形態において、上記タンク維持装置は、保存装置、循環システム、モジュールバックシートタンクまたは波形生成器を含む。
【００２０】
本発明の別の実施形態において、上記太陽光発電モジュールの中の液体は、水またはアルコールを含む。
【００２１】
本発明の別の実施形態において、上記表面層の高さは５ｃｍよりも低い。
【００２２】
本発明の別の実施形態において、上記基板は表面が平坦である。
【００２３】
本発明の別の実施形態において、上記基板は、表面に凸起状のパターンを有する水流抵抗基板を含む。
【００２４】
本発明の別の実施形態において、上記太陽光発電モジュールは、シリコン太陽電池モジュール、薄膜太陽電池モジュール、化合物太陽電池モジュール、色素増感型太陽電池モジュール、ナノ太陽電池モジュール、有機太陽電池モジュールまたは太陽光発電モジュールシステムを含む。
【発明の効果】
【００２５】
以上に基づき、本発明の表面層および太陽光発電モジュールは、シンプルなモジュール構造、液体の波形生成の容易化、およびモジュールの発電仕事率の向上といった効果を達成することができる。
【００２６】
本発明の上記及び他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】典型的な太陽光発電モジュールの実装構造を示す図である。
【図２】本発明の１つの実施形態に係る太陽光発電モジュールの表面層を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る太陽光発電モジュールの表面層を示す図である。
【図４】本発明のもう１つの実施形態に係る太陽光発電モジュールの表面層を示す図である。
【図５Ａ】本発明の１つの実施形態に係る太陽光発電モジュールを示す図である。
【図５Ｂ】本発明の１つの実施形態に係る太陽光発電モジュールの、変形例を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の１つの実施形態に係る太陽光発電モジュールの、変形例を示す図である。
【図５Ｄ】本発明の１つの実施形態に係る太陽光発電モジュールの、変形例を示す図である。
【図６Ａ】本発明の別の実施形態に係る太陽光発電モジュールを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の別の実施形態に係る太陽光発電モジュールの、変形例を示す図である。
【図７】典型的な太陽光発電モジュールと本発明の太陽光発電モジュールに対して測定を行って得た電流電圧（I−Ｖ）曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
図２は、本発明の１つの実施形態に係る太陽光発電モジュールの表面層を示す図である。
【００３０】
図２を参照すると、太陽光発電モジュール２００の表面２０２は、本実施形態の表面層２０４を有する。この表面層２０４は所定の高さｈを有する液体であり、屈折率が１〜１．５５の間であるか、または熱抵抗係数がガラスの熱抵抗係数よりも小さい。上記液体は、例えば、水またはアルコールである。この表面層２０４が水の時、高さｈは約５ｃｍよりも低い。より好適には、３ｍｍから５ｍｍの間に抑制する。本実施形態の表面層２０４は、例えば、シリコン太陽電池モジュール、薄膜太陽電池モジュール、化合物太陽電池モジュール、色素増感型太陽電池モジュール、ナノ太陽電池モジュール、有機太陽電池モジュール、太陽光発電モジュールシステム等の各種異なる類型の太陽光発電モジュールに応用することができるため、図２では、太陽光発電モジュール２００の構造を詳細に図示しない。また、太陽光発電モジュール２００の表面は、水平表面または傾斜表面でもよい。
【００３１】
上記の実施形態において、太陽光発電モジュール２００の表面に液体構造（すなわち、表面層２０４）を外付けしたことによって反射防止の効果があるため、太陽光発電モジュール２００の出力仕事率の向上やより優れた散熱（cooling）効果を有するだけでなく、同時に太陽光発電モジュール２００の防汚や洗浄の容易化を実現することができる。
【００３２】
さらに、図２において、タンク維持装置２０６を通して、表面層２０４（液体）を上述した高さｈに維持することができる。上記タンク維持装置２０６は、例えば、保存装置、循環システムまたはモジュールバックシートタンクである。
【００３３】
図３は、本発明の別の実施形態に係る太陽光発電モジュールの表面層であり、図２と同じ符号を使用しているものは同じ構成要素を示す。
【００３４】
図３を参照すると、太陽電池モジュール２００の表面２０２は、波形３００を有する表面層３０２でもよい。ここで生成される波形は、受動方式または能動方式により生成されてもよいが、例えば図３の波形３００は、液体の流動経路の抵抗力によって受動方式により生成されたものである。すなわち、表面２０２が凹凸状の水流抵抗基板を具えていることを利用して、その上を流れる表面層３０２に波形３００を生成させることができる。また、例えば気泡を含む水である液体を用いるガス散逸方法のように、液体自体の特性を利用して流動波形３００を作ることもできる。
【００３５】
図４は、本発明のもう１つの実施例に係る太陽光発電モジュールの表面層であり、図３と同じ符号を使用しているものは同じ構成要素を示す。
【００３６】
図４を参照すると、太陽光発電モジュール２００の表面２０２は平坦表面であり、表面層３０２の波形３００は外部の力によって受動方式により生成される。すなわち、別に設置した波形生成器４００を同時にタンク維持装置（例えば、図３の２０６）とみなし、表面層３０２の波形３００の強度、周波数、形状等を変化させることができる。この波形生成器４００は、例えば周波数スイッチング抽水器または周波数スイッチング排水器等である。
【００３７】
表面層３０２自体がガラス表面に反射防止の効果を有し、さらに波形３００の構造は光ガイドの設計に適合するため、光透過率をさらに向上させることができるとともに、全反射の経路を満たしてモジュールの光トラッピング（light trapping）の目的を達成させることができ、太陽光発電モジュール２００の反射防止のための高光透過率の設計、一般の太陽電池、バックシートの反射の光トラッピングの効果を兼ね備える。
【００３８】
図５Ａは、本発明の１つの実施形態に係る太陽光発電モジュールである。
【００３９】
図５Ａを参照すると、本実施形態の構造は太陽エネルギーパネル５００および表面層５０２で構成され、この太陽エネルギーパネル５００の表面５０４は基板５０８を有する。表面層５０２は所定の高さｈを有する液体であり、屈折率が１〜１．５５の間（例えば、水またはアルコール）であるか、または液体の熱抵抗係数が基板５０８の熱抵抗係数よりも小さい。本実施形態において、表面層５０２は水であり、且つ高さｈは約５ｃｍよりも低い。上記の太陽エネルギーパネル５００は、例えば平坦表面を有するガラス基板である。本実施形態の太陽光発電モジュールについては、例えば、シリコン太陽電池モジュール、薄膜太陽電池モジュール、化合物太陽電池モジュール、色素増感型太陽電池モジュール、ナノ太陽電池モジュール、有機太陽電池モジュール、太陽光発電モジュールシステム等の各種異なる類型の太陽光発電モジュールでもよい。本図面において、太陽エネルギーパネル５００は基板５０８、反射防止表面５１０を有する太陽電池５１２、高反射バックシート５１４および接着剤５１６を含む。また、太陽光発電モジュールと一体設計（例えば、フレーム、表面構造、モジュールの側辺、ジャンクションボックス、バックシート等を組合せた設計）されたタンク維持装置５１８を組合せて、表面層５０２の液体の高さｈを維持することができる。
【００４０】
図５Ａにおいて、タンク維持装置５１８は任意に選択した構成部材を組合せて、表面層５０２を静止または流動させることができる。例を挙げて説明すると、タンク維持装置５１８は、基板５０８上で液体を循環させる循環システム５２０、および液体流動の緩衝または補給に用いる保存装置５３０を含む。循環システム５２０は、液体を動かすための循環装置５２２、電源供給器５２４、液体の排出または補給に用いる液体弁装置５２６、表面層５０２に供給されて静止維持や循環または平衡機能を達成する液体経路５２８を含むとともに、太陽光発電モジュールのフレームを上記の保存装置５３０として利用することができる。また、電源供給器５２４は、図中に示したような外付け電源でもよいが、太陽エネルギーパネル５００が発する電源を取り入れて使用してもよい。
【００４１】
図５Ａの太陽光発電モジュールを使用して測定を行う時、表面層５０２が高さｈ＝３ｍｍ〜５ｍｍの間の水である場合、最大仕事率Ｐmpが２．３１％上昇し、表面層５１０が高さｈ＝３ｍｍ〜５ｍｍの間のアルコールである場合、最大仕事率Ｐmpが３．１５％上昇する。
【００４２】
図５Ｂは、図５Ａの別の変形例の太陽光発電モジュールであり、図５Ａと同じ符号を使用しているものは同じ構成要素を示す。図５Ｂにおいて、タンク維持装置５１８は、散熱および液体流動の緩衝または補給に用いるモジュールバックシートタンク５４０を太陽エネルギーパネル５００の高反射バックシート５１４の下に配置することができ、太陽光発電モジュールのフレーム構造を利用して静止している（液体）表面層５０２の高さｈを維持することもできる。
【００４３】
図５Ｃは、図５Ａのもう１つの変形例の太陽光発電モジュールであり、図５Ａと同じ符号を使用しているものは同じ構成要素を示す。図５Ｃにおいて、太陽エネルギーパネル５００は傾斜設置されており、且つ本図面のタンク維持装置５１８はさらに波形生成器５５０を加えることにより液体流（つまり、表面層５０２）を生成することができる。例を挙げて説明すると、波形生成器５５０は、波形の強度、周波数、形状等を変化させることのできる傾斜設計システムの周波数スイッチング抽水器または周波数スイッチング排水器でもよい。もちろん、本発明の太陽光発電モジュールは、これに限定されるものではない。
【００４４】
図５Ｄは、図５Ａのもう１つの変形例の太陽光発電モジュールであり、図５Ａと同じ符号を使用しているものは同じ構成要素を示す。図５Ｄにおいて、太陽エネルギーパネル５００は傾斜設置されたものである。タンク維持装置５１８は、図５Ｃの循環システム５２０、保存装置５３０および波形生成器５５０を含み、さらに図５Ｂのモジュールバックシートタンク５４０を加える。このため、高反射バックシート５１４は、モジュールバックシートタンク５４０の中の液体（表面層５０２）を通して散熱することができるが、太陽光発電モジュールのフレーム構造を利用することもできる。
【００４５】
図６Ａは、本発明の別の実施形態に係る太陽光発電モジュールであり、図５Ａと同じ符号を使用しているものは同じ構成要素を示す。
【００４６】
図６Ａを参照すると、本実施形態の構造は太陽エネルギーパネル５００および表面層６００で構成される。この表面層６００は高さｈを有する液体であり、屈折率が１〜１．５５の間（例えば、水またはアルコール）であるか、または液体の熱抵抗係数が基板５０８の熱抵抗係数よりも小さく、モジュールを散熱する目的を達成させることができる。表面層６００が水である場合、高さｈは約５ｃｍよりも低い。本実施形態における基板５０８および太陽エネルギーパネル５００に含まれる太陽電池５１２、高反射バックシート５１４および接着剤５１６は全て、現有の各種太陽光発電モジュールを使用することができる。また、図５Ａと同じく、本実施形態の構造は太陽光発電モジュールと一体設計されたタンク維持装置５１８を組合せることができ、基板５０８上で液体を循環させる循環システム５２０および液体流動の緩衝または補給に用いる保存装置５３０を含むとともに、波形生成器６１０を加設して、表面層６００の液体に基板５０８上で波形６２０を生成させ、波形６２０の強度、周波数、形状等を変化させることができる。この波形生成器６１０は、例えば周波数スイッチング抽水器または周波数スイッチング排水器等である。基板５０８が表面に凸起状のパターンを有する水流抵抗基板（例えば、図３の２０２）である場合、表面層６００の液体に波形６２０を生成させることができる。典型的な太陽光発電モジュールの構造と比較すると、本図面の表面層６００は、シンプルなモジュール構造、波形６２０の作成の容易化、およびモジュールの発電仕事率の向上といった効果を達成させることができる。
【００４７】
図６Ａの太陽光発電モジュールを使用して測定を行う時、表面層６００が高さｈ＝３ｍｍ〜５ｍｍの間の水である場合、タンク維持装置５１８の保存装置５３０のサイズは１５ｃｍ×１５ｃｍで、最大仕事率Ｐmpが２．６７％上昇し、表面層６００が高さｈ＝３ｍｍ〜５ｍｍの間のアルコールである場合、最大仕事率Ｐmpが３．８５％上昇する。
【００４８】
図６Ｂは、図６Ａの別の変形例の太陽光発電モジュールであり、図６Ａと同じ符号を使用しているものは同じ構成要素を示す。図６Ｂにおいて、太陽エネルギーパネル５００は傾斜設置されており、且つ基板５０８の表面に構造６３０を有し、表面層６００が流動している時に波形６２０を生成する設計になっているため、図６Ａの波形生成器６１０がなくても、波形６２０を生成することができる。さらに、図６Ｂのタンク維持装置５１８は、太陽エネルギーパネル５００の高反射バックシート５１４の下にモジュールバックシートタンク５４０を加設して、散熱および液体流動の緩衝または補給に用いることもできる。
【００４９】
また、本発明の太陽光発電モジュールの散熱効果に関しては、図７において、モジュールの温度が８０℃の状況で、典型的な太陽光発電モジュール（図１）と本発明の太陽光発電モジュール（図６）に対してそれぞれ測定を行って得た電流電圧曲線図が示されている。図７からわかるように、本発明の太陽光発電モジュールが高温８０℃の時は、高い光透過効果があるだけでなく、最大仕事率Ｐmpを２０．８５％上昇させることもできる。
【００５０】
以上のように、本発明は、太陽光発電モジュールに表面層を外付けした構造を利用して、液体を表面層とし、さらに表面層に波形（ripple）を設計して、表面模様（texture）の高い光透過構造を得ることができる。また、本発明の液体表面層は、太陽光発電モジュールの散熱効果を兼ね備えることができる。したがって、本発明の構造は、波形の作成が容易であること、モジュールの防汚および洗浄が容易であること、モジュールの発電仕事率を上げ、散熱効果に優れていること、といった優位性を具えている。
【００５１】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、これと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【００５２】
１００  空気
１０２  ガラス
１０４、５１６  接着剤
１０６  太陽電池
１０８、５１４  高反射バックシート
２００  太陽光発電モジュール
２０２、５０４  表面
２０４、３０２、５０２、５１０、６００  表面層
２０６、５１８  タンク維持装置
３００、６２０  波形
４００、５５０、６１０  波形生成器
５００  太陽エネルギーパネル
５０８  基板
５１２  太陽電池
５２０  循環システム
５２２  循環装置
５２４  電源供給器
５２６  液体弁装置
５２８  液体経路
５３０  保存装置
５４０  モジュールバックシートタンク
６３０  構造
ｈ  高さ
【図１】
2010161341.tif 000003
【図２】
2010161341.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2010161341.tif 000007
【図５Ｂ】
2010161341.tif 000008
【図５Ｃ】
2010161341.tif 000009
【図５Ｄ】
2010161341.tif 000010
【図６Ａ】
2010161341.tif 000011
【図６Ｂ】
2010161341.tif 000012
【図７】
2010161341.tif 000013