(57)【要約】【課題】高効率な太陽電池パネルを製作するにあたり、フレームに当たる光は発電に利用されることはなく無駄になっており、またモジュールに導く場合も太陽電池モジュールの端にある一部のセルに光を多く当てて発電量を増やしても、モジュール全体として出力は上がらない、といった課題がある。【解決手段】フレームが透明部材からなり、かつ太陽電池モジュールを挟持する凹部のうち太陽電池セルの受光面側の表面に光拡散層を有することで光を拡散させながらモジュール内に閉じ込め、モジュール中央部にも導光することで、モジュール全体での発電量を向上させることで高効率な太陽電池パネルが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルが電気的に接続されてなる太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールの外縁部を挟持する枠体と、を有する太陽電池パネルにおいて、
前記枠体は、透明部材からなり、かつ、
前記太陽電池モジュールを挟持する凹部のうち、前記太陽電池セルの受光面側の表面に、光拡散層を有すること、
を特徴とする太陽電池パネル。
【請求項２】
前記光拡散層は、複数のガラス粒子の層からなる、請求項１記載の太陽電池パネル。
【請求項３】
前記光拡散層は、酸化チタン粒子が分散されてなる、請求項１記載の太陽電池パネル。
【請求項４】
前記枠体のうち、前記太陽電池モジュールの側面の側方に光反射部を設けた、請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池パネル。
【請求項５】
前記枠体のうち、前記太陽電池セルの受光面側の端部が曲面形状に形成されてなる、請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池パネル。
【請求項６】
前記枠体のうち、前記太陽電池セルの受光面側の表面であり、かつ、前記太陽電池モジュールが配置される領域に、複数の光透過用の穴が配置されてなる、請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池パネル。
【請求項７】
前記枠体の凹部のうち、前記太陽電池セルの受光面に対向する面は、ミラー面である、請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽電池パネル。
【請求項８】
前記枠体の凹部のうち、前記太陽電池セルの受光面にプリズム部を有し、その下部に光拡散層が配置されてなる、請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽電池パネル。
【請求項９】
複数の太陽電池セルのうち、最外に配置される太陽電池セルの枠体側の端部と、前記枠体との距離は、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、請求項１〜８の何れか一項に記載の太陽電池パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池パネルに関するものであり、とりわけ、太陽電池パネルの枠体の構造に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は従来の化石燃料を用いた発電方式に対して、クリーンで新しいエネルギー源として注目されている。しかし、太陽電池は１ワット当たりの発電に掛かる費用で見ると従来の発電方法に対して発電コストが高く、今後さらに普及を進めていくためには発電効率を上げていくことが必要である。そのためには太陽光を有効に利用することが重要であり、現在ロスとして利用されていない太陽エネルギーを有効利用する取組みが必要である。
【０００３】
効率向上の取組みとして、モジュールに当たる光を出来るだけ内部に透過させ、また一旦入った光を外部に反射させないような、モジュール構造やセル構造が用いられている。例えば、モジュール表面のガラスに反射防止層を付ける方法や、太陽電池セルの表面にテクスチャと呼ばれるピラミッド状の構造を付けて、表面で複数回反射させることで光を閉じ込めるなどの方法がある。
【０００４】
一方、モジュールは周辺をアルミフレームなどの枠体に保持されて、太陽電池パネルとして設置される。設置方法としてはこのアルミフレームを用いて架台に取り付けるため、アルミフレームは必須となるが、パネル面積としてはこのアルミフレームの幅も含まる。そのため、太陽電池パネルを隙間無く敷き詰めても、アルミフレームがパネル間に一定面積で存在し、ここに当たった光は反射あるいは吸収されて、ロスとなっている。
【０００５】
このアルミフレームの占める範囲が太陽電池パネルの表面面積のうち、出来るだけ小さくすることが望ましいが、アルミフレームは強度を持たせる目的があり、積雪などによる表側からの圧力や風などによる裏側からの圧力の両方に対して強度が必要である。そのため、このアルミフレームの面積を狭くすることは強度を下げることとなる。
【０００６】
また、太陽電池モジュールは数十枚の太陽電池セルにより構成されているが、この太陽電池セルの間隔も利用効率としてはロスとなっている。そのため、太陽電池セルが製造工程内で発生するセルずれ量の公差範囲でセルとセルの間隔を短くする構成や、セルの裏面に拡散反射材を配置してセルとセルの間に落ちた光も反射などにより有効に利用できるような構成がとられている。
【０００７】
しかし一番端のセルは太陽電池の耐電圧の規格によりモジュールの端部より一定の距離をとる事が規格として制定されている。この沿面距離は通常のセルとセルの間隔よりもずっと広く、光エネルギーの大きなロスになっている。そのため、この範囲にも同じくセル裏面に拡散反射材を敷いて利用効率を高める取組みがされている。
【０００８】
このように太陽電池パネルのフレームおよびモジュールの端部による光利用効率のロスは大きな課題となっているが、従来型のアルミフレームを用いられることがほとんどであり、あまり対策がなされていない。
【０００９】
この太陽電池パネルのフレーム及びモジュール端部の利用効率を上げる方法としてとして、例えば、特許文献１に記載された発明が知られる。
【００１０】
図９は、特許文献１で提示されるパネル端部の図を示すものである。
【００１１】
この太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルと、これら太陽電池セルの上に位置する保護膜と保護膜の上に位置し、太陽電池セルを保護する透明部材を含み、この透明部材は外部面と内部面のどちらかに反射防止部材を持っている。
【００１２】
図９はこの構成の一例を示しており、モジュール端部の断面図となっている。この太陽電池は太陽電池セル９０１が基板となるガラス９０２と密着している充填材９０３で充填されている構造となっている。端部はフレーム９０４によって保持されており、このフレーム９０４は通常アルミフレームが用いられている。光９０５が太陽電池外から入ってきたときに、ガラス９０２を透過し、太陽電池セル９０１に入射するが、太陽電池セル９０１が無い部分は当然透過する。
【００１３】
そのため、特許文献１の形態では、非反射部屈折領域９０６を端部に設置することにより、光９０５を内側に曲げる効果を持たせている。これにより光９０５は太陽電池セル９０１側に曲げられ、太陽電池セル９０１に吸収させることができ、光利用効率を高める効果が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−１３９０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の方式ではフレームとしてアルミフレームを用いるので、フレームに当たる光は反射、あるいは、吸収されて発電に利用されることはない。フレームが無くては太陽電池パネルを設置できないため、出来るだけ敷き詰めてもこのフレーム部分の光を使うことが出来ずに無駄になっている。一方でフレーム部分を出来るだけ小さくすることは光利用効率の向上にはなるが、この面積を小さくすることはモジュールの剛性を下げることになり、強度の観点から実現は困難である。
【００１６】
また、上述の従来例では、太陽電池パネルの内の端部の太陽電池セルのみに光が集中することとなる。太陽電池は一般的に直列で用いられる。電圧値は一定で太陽光が当たることにより発生する電流値が増減するため、直列の回路では最も電流値の低い太陽電池セル、つまり最も光が当たっていない太陽電池セルに律せられる。従って、太陽電池モジュールの端にある一部のセルに光を多く当てて発電量を増やしても、モジュール全体として出力は上がらない。
【００１７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、太陽電池パネルのフレーム及びモジュールの周辺部の光ロス量を低減することでモジュールの出力を向上させることを可能とし、高効率な太陽電池パネル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】
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明の太陽電池パネルは、複数の太陽電池セルが電気的に接続されてなる太陽電池モジュールと、この太陽電池モジュールの外縁部を挟持する枠体とを有する太陽電池パネルにおいて、この枠体は、透明部材からなりっており、さらにこの太陽電池モジュールを挟持する凹部のうち、この太陽電池セルの受光面側の表面に、光拡散層を有することを特徴としている。
【００１９】
これにより、この太陽電池の枠体、いわゆるフレームを光が透過してくることが可能となる。ここで、単なる透明体ではそのままフレーム下部まで透過してしまうだけであるが、光拡散層を持つことによりこの部分に当った光が拡散されることで光の方向が変わり、太陽電池のモジュール内に入射することが可能となる。
【００２０】
モジュールに入射した光のうち、モジュールの面に対して浅い角度で入った光は全反射となるため、モジュール内への閉じ込め効果を発生することができ、モジュール内で反射を繰り返す事で太陽電池セルに取り込まれて、発電することで高効率を実現することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の太陽電池パネルは、光拡散層として、複数のガラス粒子の層からなることを特徴とする。このガラス粒子に光があたることにより拡散効果を発生することができる。
【００２２】
また、本発明の太陽電池パネルは、光拡散層は、酸化チタン粒子が分散されてなることを特徴とする。この酸化チタン粒子に光があたることにより拡散効果を発生することができる。
【００２３】
また、本発明の太陽電池パネルは、枠体のうち、太陽電池モジュールの側面の側方に光反射部を設けたことを特徴としている。この光反射部により、枠体の内でも透過により利用されない光を反射によりモジュール側に導くことにより出力を上げることが可能となる。
【００２４】
また、本発明の太陽電池パネルは、
枠体のうち、太陽電池セルの受光面側の端部が曲面形状に形成されてなることを特徴としている。この曲面形状により、枠体の内でも透過により利用されない光を曲面形状による屈折によりモジュール側に導くことにより出力を上げることが可能となる。
【００２５】
また、本発明の太陽電池パネルは、枠体のうち、太陽電池セルの受光面側の表面であり、かつ、前記太陽電池モジュールが配置される領域に、複数の光透過用の穴が配置されてなることを特徴とする。この光透過用の穴により、枠体の中の透過率が悪い場合でも、光がこの穴を透過することにより枠体に吸収されて利用されない光をモジュール側に導くことにより出力を上げることが可能となる。
【００２６】
また、本発明の太陽電池パネルは、枠体の凹部のうち、太陽電池セルの受光面に対向する面は、反射面であることを特徴とする。この反射面により、枠体の中を透過して利用されない光を反射させることで、モジュール側に導くことにより出力を上げることが可能となる。
【００２７】
また、本発明の太陽電池パネルは、前記枠体の凹部のうち、前記太陽電池セルの受光面にプリズム部を有し、その下部に光拡散層が配置されていることを特徴とする。
このプリズム部により光をモジュール中央部側に屈折させた後、拡散させることにより中央に指向性を持った拡散光によりモジュール側に光を導くことにより、出力を上げることが可能になる。
【００２８】
また、本発明の太陽電池パネルは、複数の太陽電池セルのうち、最外に配置される太陽電池セルの前記枠体側の端部と、前記枠体との距離は、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２９】
通常のアルミフレームでセル側に近づけると遮光されるが、枠体が透明であるため、遮光することなく、セル側に近づけることで、剛性を上げることができるだけでなく、セルの無い部分で光が透過してしまう部分も有効に利用することが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の太陽電池パネルは、太陽電池パネルのフレーム及びモジュールの周辺部の光ロス量を低減することでモジュールの出力を向上させることを可能とし、高効率な太陽電池パネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の太陽電池パネルの俯瞰図、及び断面図
【図２】本発明の太陽電池パネルの枠体部分の拡大断面図
【図３】本発明の太陽電池パネルの枠体部分で側面の反射部を持つ枠体の断面図
【図４】本発明の太陽電池パネルの枠体部分で曲面部を持つ枠体の断面図
【図５】本発明の太陽電池パネルの枠体部分で光透過用の穴部を持つ枠体の断面図
【図６】本発明の太陽電池パネルの枠体部分で裏面の反射部を持つ枠体の断面図
【図７】本発明の太陽電池パネルの枠体部分のプリズム部を持つ枠体の断面図
【図８】本発明の太陽電池パネルの枠体部分の太陽電池セルとの距離の断面図
【図９】従来の太陽電池パネルの枠体部分の断面図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る太陽電池パネルの構造を示すものである。
【００３４】
太陽電池セル１０１はスーパーストレート型太陽電池として、基板となるガラス１０２に充填材１０３を介して包含されてモジュール化され、太陽電池モジュール１０４となっている。この断面は一部を拡大しているものであり、実際は数十枚の太陽電池セル１０１の配列から太陽電池モジュール１０４は構成されている。
【００３５】
この時、太陽電池セル１０１は結晶型や多結晶型、薄膜型や結晶と薄膜の併用型のいずれでも構わない。この太陽電池モジュール１０４は、そのままでは設置することは出来ないため、枠体が設置され、その枠体の状態で架台に取り付けられ、太陽電池システムとして機能することが可能となる。枠体は一般的にはアルミフレームが用いられるが、本方式では透明フレーム１０５を用いている。この透明フレーム１０５は、アルミフレームと同様、太陽電池モジュール１０４の全ての周囲を囲む形となっている。この透明フレーム１０５は透明体、あるいは半透明で構成されているため、太陽光が透過することが可能となっている。
【００３６】
ここでこの透明フレーム１０５として、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ：繊維強化プラスチック）が用いられる。このＦＲＰが用いられることにより、透明体で且つ強度持った透明フレーム１０５を実現することが可能となる。ただし、強度やコストの制約上この透明フレーム１０５として、ガラスのフレームや透明なプラスチックのフレームを用いることも可能である。透明フレーム１０５の太陽電池モジュール１０４を狭持する凹部の太陽光の入射側には光拡散層１０６が設けられており、透明フレーム１０５を透過した光を散乱させる効果を持たせている。
【００３７】
図２は透明フレーム１０５の断面の拡大図であり、この図を用いて本方式による光の有効利用方式について説明する。太陽光２０１は透明フレーム１０５を透過し、光拡散層１０６に入射する。この光拡散層１０６はガラスの粒子が塗布されている。ガラス粒子は数μ〜数百μｍのサイズであり、接着層で塗布、あるいは樹脂などのバインダーにより塗布されている。このガラス粒子に太陽光が当ることにより、屈折、反射により光の方向が曲がることで、散乱効果を出している。この粒子の密度や大きさを調整することで拡散層として最適な拡散度を与えることが可能となる。またこの散乱層として酸化チタンを用いることも可能である。
【００３８】
ここで散乱された光は太陽電池モジュール１０４の内部に入るが散乱されていることでガラス界面には浅い角度で入射することで全反射しやすくなり、太陽電池モジュール１０４の内側に光を閉じ込めて、多重の反射を繰り返すことで、太陽電池モジュール１０４の端部から中央部まで光を導くことが可能となる。特に長波長では太陽電池セルでの光吸収率は低いため、より多重に反射を繰り返し、太陽電池モジュール１０４の中央部まで光を導くことができる。
【００３９】
これにより、透明フレーム１０５付近の太陽電池セル１０１だけでなく、太陽電池モジュール１０４の中央部の太陽電池セル１０１も発電することが可能となり、太陽電池モジュール１０４として発電量を増やすことが可能となる。このように透明フレーム１０５を用いることで通常のアルミフレームによる遮光をなくし、発電量を上げることが可能となる。
【００４０】
さらに太陽電池モジュール１０４の端部の太陽電池セル１０１が無い部分でも本方式によって、より発電量を上げることが可能になる。図８に示すように、透明フレーム１０５を内側まで伸ばし、拡散層を太陽電池セル１０１の無い太陽電池モジュール１０４の端部の上を覆うようにすることで、通常は太陽光２０１が透過してしまう範囲の光も拡散させることによって太陽電池モジュール１０４の内部に導くことで太陽電池セル１０１に吸収させることが可能となり、発電量を向上させることが可能となる。ここでこの距離８０１は、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は、本実地の形態に係る太陽電池パネルの透明フレーム１０５の断面の拡大図を示すものである。
【００４２】
本実地の形態では、透明フレーム１０５の端部に光反射部３０１を用いることで、この端部に入る太陽光２０１も光反射部３０１で反射させて太陽電池モジュール１０４の内部に導くことで発電量を向上させることが可能となる。
【００４３】
ここで光反射部３０１は透明フレーム１０５を作成させる際に、アルミのような反射層を形成する方法、もしくは空孔や金属粒子を混ぜることにより拡散反射層を形成する方法により、太陽光２０１を反射させる部分を形成させる。
【００４４】
以上により、光反射部３０１を有する透明フレーム１０５を作製し、これを用いることで、発電量を向上させることが可能となる。
【００４５】
（実施の形態３）
図４は、本実地の形態に係る太陽電池パネルの透明フレーム１０５の断面の拡大図を示すものである。
【００４６】
本実地の形態では、透明フレーム１０５の端部に曲面部４０１を用いることで、この端部に入る太陽光２０１を屈折させて太陽電池モジュール１０４の内部に導くことで発電量を向上させることが可能となる。ここで曲面部４０１は透明フレーム１０５を作成させる際に、金型を曲面のついた形状にすることで曲面形状を形成する方法により、太陽光２０１を屈折させる部分を形成させる。
【００４７】
以上により、曲面部４０１を持った透明フレーム１０５を作成し、これを用いることで発電量を向上させることが可能となっている。
【００４８】
（実施の形態４）
図５は、本実施の形態に係る太陽電池パネルの透明フレーム１０５の断面の拡大図を示すものである。
【００４９】
本実地の形態では、透明フレーム１０５の太陽電池モジュール１０４の上部に光透過孔５０１が作られており、透明フレーム１０５の透明度が不十分な場合でも、この孔により太陽光２０１を透過させて太陽電池モジュール１０４の表面の光拡散層１０６に当ることで太陽電池モジュール１０４の内部に導くことで発電量を向上させることが可能となる。
【００５０】
ここで光透過孔５０１は透明フレーム１０５の作成時に、引き抜きで作る際に孔部に抜きを入れて引き抜く方法かもしくは透明フレーム１０５を引き抜きで完成したあと、空孔を空ける方法により、太陽光を透過させる光透過孔５０１を形成させる。
【００５１】
また、この場合、透明フレーム１０５でなくてアルミフレームなどの従来型のフレームに孔を空ける方式でも効果を得ることが可能である。
【００５２】
以上により、光透過孔５０１を持った透明フレーム１０５を作成し、これを用いることで発電量を向上させることが可能となっている。
【００５３】
（実施の形態５）
図６は、本実施の形態に係る太陽電池パネルの透明フレーム１０５の断面の拡大図を示すものである。
【００５４】
本実地の形態では、透明フレーム１０５の太陽電池モジュール１０４の太陽受光側の対抗側となる裏面側に反射面６０１を配置している。そのため、入射した太陽光２０１が光拡散層１０６で拡散され、その光が太陽電池モジュール１０４を透過してこの反射面６０１により反射することで、透明フレーム１０５を透過してしまうことなく、太陽電池モジュール１０４に光を再び戻すことで、太陽電池モジュール１０４の内部に導くことで発電量を向上させることが可能となる。
【００５５】
ここで反射面６０１はアルミのような反射層を形成する方法、もしくは空孔や金属粒子を混ぜることにより拡散反射層を形成する方法により、光を反射させる部分を形成させる。
【００５６】
以上により、光の反射面６０１を持った透明フレーム１０５を作成し、これを用いることで発電量を向上させることが可能となっている。
【００５７】
（実施の形態６）
図７は、本実施の形態に係る太陽電池パネルの透明フレーム１０５の断面の拡大図を示すものである。
【００５８】
本実地の形態では、透明フレーム１０５の光拡散層１０６の上部にプリズム部７０１が作られており、入射した太陽光２０１がプリズム部７０１により太陽電池モジュール１０４の内側に屈折される。
【００５９】
この屈折された光が光拡散層１０６に当ることにより、内側に指向性を持った拡散光となり太陽電池モジュール１０４の内部により有効に導くことができ、発電量を向上させることが可能となる。
【００６０】
ここでプリズム部７０１は傾斜部を持った三角形状であり、ガラスやあるいは樹脂の中に空隙を設けることで形成されている。
【００６１】
以上により、光のプリズム部７０１持った透明フレーム１０５を作成し、これを用いることで発電量を向上させることが可能となっている。以上、実施の形態１〜６に示した本発明の太陽電池は、以上に記載した全て、若しくは、いずれかの方法により製造されることを特徴としている。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の太陽電池パネルは、太陽電池パネルのフレーム及びモジュールの周辺部の光ロス量を低減することでモジュールの出力を向上した高効率な太陽電池パネルが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１０１  太陽電池セル
１０２  ガラス
１０３  充填材
１０４  太陽電池モジュール
１０５  透明フレーム
１０６  光拡散層
２０１  太陽光
３０１  光反射部
４０１  曲面部
５０１  光透過孔
６０１  反射面
７０１  プリズム部
８０１  距離
９０１  太陽電池セル
９０２  ガラス
９０３  充填材
９０４  フレーム
９０５  光
９０６  非反射部屈折領域
【図１】
2014072479.tif 000003
【図２】
2014072479.tif 000004
【図３】
2014072479.tif 000005
【図４】
2014072479.tif 000006
【図５】
2014072479.tif 000007
【図６】
2014072479.tif 000008
【図７】
2014072479.tif 000009
【図８】
2014072479.tif 000010
【図９】
2014072479.tif 000011