(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面を表裏両側に有する複数の太陽電池セルと、該太陽電池セルの裏側に設置されて前記太陽電池セルの周囲を通過した光を前記太陽電池セルの裏側の前記受光面に向けて反射する反射体とを備えた太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池セルの周囲を通過する光の向きを変えることにより直接または前記反射体で反射して前記太陽電池セルの前記受光面に入射する集光手段を前記太陽電池セルの間に設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記集光手段はプリズムを備えていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の太陽電池セルを有する太陽電池モジュールに関する。更に詳述すると、本発明は、受光面を表裏両側に有する太陽電池セルを使用して各太陽電池セルの両受光面で発電を行う太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電の普及を進めるためには、発電コストの低減が必要とされている。このため、太陽電池の製造コストの低減とともに、太陽電池の発電量を向上させるための技術開発が望まれている。このための技術の一つとして、図１０に示すように、表裏両側に受光面１００，１０１を有する複数の太陽電池セル１０２を隙間Ｓを空けて設けると共に、各太陽電池セル１０２の裏側の受光面１０１に向き合う鏡面体や白色板などの反射体１０３を底部に設置した太陽電池モジュール１０４が開発されている。
【０００３】
この太陽電池モジュール１０４の内部に入射した太陽光（図中矢印で示す）のうち、一部は太陽電池セル１０２の表側の受光面１００に入射すると共に、残りは反射体１０３により反射して、この反射光の一部が太陽電池セル１０２の裏側の受光面１０１に入射する。これにより、太陽電池セル１０２の表裏両側の受光面１００，１０１に太陽光を入射することができるので、太陽電池セル１０２の１枚当たりの出力の向上を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した太陽電池モジュール１０４では、太陽電池セル１０２の隙間Ｓを通過する太陽光を直接反射体１０３に導いて反射させているので、太陽電池セル１０２の間に入射した光を効率よく太陽電池セル１０２に導くように隙間Ｓの間隔や反射体１０３と太陽電池セル１０２との距離等を調整しても、太陽光の入射角度が時刻や季節によって変化することにより、図１１に示すように反射体１０３からの反射光を効果的に太陽電池セル１０２に到達させることができるとは限らなかった。特に年間で平均すると、反射体１０３で反射した光のうち太陽電池セル１０２に到達するのは約４８％（図中破線で示す）に止まり、残りの光は太陽電池セル１０２の周囲より天空へ戻ってしまっていた。このため、太陽電池セル１０２の１枚当たりの出力を十分に向上させることができなかった。
【０００５】
天空へ戻る光量を少なくするためには、太陽電池セル１０２や反射体１０３や太陽電池モジュール１０４を太陽光の入射角度に従って追尾稼動させる方法があるが、設備コストが大きく増加してしまうので現実的ではない。
【０００６】
そこで、本発明は、稼動装置を使用することなく太陽電池セルの受光面に到達する光量を増大できる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明は、受光面を表裏両側に有する複数の太陽電池セルと、該太陽電池セルの裏側に設置されて太陽電池セルの周囲を通過した光を太陽電池セルの裏側の受光面に向けて反射する反射体とを備えた太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルの周囲を通過する光の向きを変えることにより直接または反射体で反射して太陽電池セルの受光面に入射する集光手段を太陽電池セルの間に設けるようにしている。
【０００８】
したがって、太陽電池モジュールに外部から入射した光のうち、一部は太陽電池セルの表側の受光面に入射すると共に、残りは太陽電池セルの周囲を通過する際に集光手段により図５〜図７に示すように向きを変える。この向きを変えた光は太陽電池セルの受光面に直接入射するか、または反射体により反射されて太陽電池セルの裏側の受光面に入射する。これにより、太陽電池セルの周囲を通過する光を太陽電池セルの受光面に集光させることができるので、太陽電池セルの受光面に入射する光量を増大することができる。
【０００９】
また、請求項２記載の太陽電池モジュールでは、集光手段はプリズムを備えるようにしている。したがって、集光手段を簡易な構造とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。図１〜図４に本発明の太陽電池モジュール１の一実施形態を示す。この太陽電池モジュール１は、受光面２，３を表裏両側に有する太陽電池セル４と、該太陽電池セル４の裏側に設置されて太陽電池セル４の周囲を通過した光を太陽電池セル４の裏側の受光面２に向けて反射する反射体５とを備えたものである。そして、この太陽電池モジュール１は、太陽電池セル４の周囲を通過する光の向きを変えることにより直接または反射体５で反射して太陽電池セル４の受光面２，３に入射する集光手段６を備えている。
【００１１】
この太陽電池モジュール１は平たい箱体形状のケーシング７を有している。ケーシング７の上部には、ガラス板等の透明体から成る受光板８が設けられている。ケーシング７の底部には、鏡面体や白色板等から成る反射体５が設置されている。そして、ケーシング７の内部には、太陽電池セル４及び集光手段６が収容されている。さらに、太陽電池モジュール１は受光板８を真上に向けて地面または建物の屋上等の設置面９に設置するようにしている。これにより、太陽電池モジュール１に対する風荷重を低く抑えることができるので、太陽電池モジュール１の支持部材１０等に必要な強度の増加を抑えて設置コストを従来と同等にすることができる。
【００１２】
太陽電池セル４は、受光面２，３を表裏両側に有するいわゆるバイフェーシャル形を使用している。そして、複数の太陽電池セル４，…，４が太陽電池モジュール１の受光板８に対して南側に３０度傾斜させて設置されている。この太陽電池セル４の傾斜角は特に限定されるものではなく３０度以外の傾斜角としたり、また水平に設置しても太陽光発電は可能であるが、年間の発電量をできるだけ多くしようとすると例えば東京と同等の緯度の地域では傾斜角度は好ましくは２０度〜３０度であり、最も好ましくは３０度となる。
【００１３】
また、隣り合う太陽電池セル４，４の間に集光手段６が設置されている。各集光手段６は、各太陽電池セル４と同等の大きさであると共に受光板８に対して北側に３０度傾斜させて設置されている。このため、太陽電池セル４と集光手段６とは、南北方向の端縁を連結するように配置されると共に全体として連続する山谷を形成するように設置されている。この集光手段６の設置角度も太陽電池セル４と同様に特に限定されるものではなく、３０度以外の傾斜角としたり、また水平に設置しても太陽光を太陽電池セル４に導くことは可能である。
【００１４】
集光手段６はプリズム１１を備えている。このプリズム１１は、図２〜図４に示すように光が入射する入射面１２と、該入射面１２に対して直交する垂直面１３と、入射面１２に対して３０度の傾斜角θを有すると共に垂直面１３に対して６０度の傾斜角を有する傾斜面１４とを備えている。入射面１２に対する傾斜角θを３０度としているので、このプリズム１１を複数有する集光手段６を使用した太陽電池モジュール１では図９に示すように受けた光のうちの損失分を最小に抑えることができる。各プリズム１１はガラスまたはプラスチックなどの透明体から成る。そして、集光手段６は、図４に示すように形状及び大きさを同一とする複数のプリズム１１，…，１１を入射面１２を同一面にすると共に傾斜面１４を同じ方向に向けて連結した形状としている。
【００１５】
ここで、図２及び図３に示すように入射面１２に対してプリズム１１の厚みの薄い方から厚い方に向けて斜めに光Ｌｉｎが入射した場合は、入射面１２ではスネルの法則に従って、数式１に示すように光路の入射面１２に対する角度がθ１からθ２に変化する。
【００１６】
【数１】
ｓｉｎθ１／ｓｉｎθ２＝ｎ２／ｎ１
但し、θ１：入射角
θ２：屈折角
ｎ２：プリズム１１の屈折率
ｎ１：空気の屈折率
さらに、図２に示すようにプリズム１１内を進んだ光が傾斜面１４に達した場合は、傾斜面１４への入射角θ３がθ３＞ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２）であれば全反射する。全反射した光は入射面１２でも全反射する。そして、この反射光は垂直面１３で屈折して射出光Ｌｏｕｔとして射出する。これにより、入射面１２に入射して傾斜面１４で反射した光を垂直面１３に集光してプリズム１１の厚みの薄い方から厚い方に向けて射出することができる。
【００１７】
一方、図３に示すように、入射面１２の垂直面１３に近い位置に入射した光Ｌｉｎは入射面１２で屈折して垂直面１３に直接達する。この場合、この光は垂直面１３で全反射して傾斜面１４で屈折して射出光Ｌｏｕｔとして射出する。これにより、射出光Ｌｏｕｔを傾斜面１４よりプリズム１１の厚みの厚い方から薄い方に向けて射出することができる。
【００１８】
そして、我国のように北半球の地域ではプリズム１１を厚みの厚い方を北側に向け薄い方を南側に向けて設置することにより、南側から入射する太陽光の進路をプリズム１１により南北いずれかの方向に変化することができる。このため、本プリズム１１の南側及び北側のそれぞれに太陽電池セル４を設置することにより、プリズム１１で方向を変えた光が太陽電池セル４に向けて直接入射したり、または反射体５により反射されて太陽電池セル４の裏側の受光面２に入射する。
【００１９】
ところで、太陽電池セル４の間に設置する集光手段６を１つのプリズム１１により形成しようとすると、太陽電池セル４の距離が大きくなるとプリズム１１の垂直面１３側の厚みが非常に大きくなってしまい、重量やコストの面で現実的でなくなる場合がある。そこで本実施形態では、集光手段６の形状を図４に示すように形状及び大きさを同一とする複数のプリズム１１，…，１１を入射面１２を同一面にすると共に傾斜面１４を同じ方向に向けて等ピッチで連結したものとしている。これにより、集光手段６が過度な厚みに成ってしまうことを防止できる。
【００２０】
図４に示す集光手段６では、入射光Ｌ１ｉｎが入射面１２で屈折して例えば垂直面１３で反射すれば、傾斜面１４からプリズム１１の厚みの厚い方から薄い方に向いた射出光Ｌ１ｏｕｔが射出する。また、入射光Ｌ２ｉｎが入射面１２で屈折して例えば傾斜面１４で反射すれば、垂直面１３で屈折して隣のプリズム１１の傾斜面１３に入射して屈折し、さらに入射面１２で反射して垂直面１３からプリズム１１の厚みの薄い方から厚い方に向いた射出光Ｌ２ｏｕｔが射出する。よって、集光手段６を複数のプリズム１１，…，１１の連続した形状としても、プリズム１１を厚みの厚い方を北側に向け薄い方を南側に向けて設置することにより、南側から入射する太陽光の進路をプリズム１１により南北いずれかの方向に変化することができるので、入射光を南北の各太陽電池セル４の方向へ分離して集光することが可能となる。
【００２１】
しかも、図５〜図７に示すように集光手段６の入射面１２に対する入射光の入射位置を異ならせると共に入射角を２０度〜８０度で変化しても、南側から入射する太陽光の進路はプリズム１１により南北いずれかの方向に変化する。さらに、この集光手段６を使用する太陽電池モジュール１について太陽高度を３０度〜８０度の範囲で変化しても、図８に示すように太陽高度に拘わらず太陽電池モジュール１に入射した光エネルギの太陽電池セル４への到達率を高く維持することができる。これにより、朝夕など太陽の方位角が南側より大きく外れる場合を除き、太陽高度に拘わらずプリズム１１で受けた光を太陽電池セル４，４に入射することができ発電効率を向上することができる。
【００２２】
上述した太陽電池モジュール１により太陽光発電を行う作用を以下に説明する。各太陽電池セル４が真南の上空を向くように太陽電池モジュール１を水平に設置する。そして、太陽光が太陽電池モジュール１に受光板８から入射する。
【００２３】
太陽電池モジュール１に入射した太陽光のうち、一部の太陽光は太陽電池セル４の表側の受光面３に入射する。これにより、太陽電池セル４の表側の受光面３に入射した太陽光の光エネルギは電気エネルギに変換される。
【００２４】
また、太陽電池モジュール１に入射した太陽光のうち、太陽電池セル４の表側の受光面３に入射しないで集光手段６に入射した太陽光は集光手段６により向きを変える。ここで、集光手段６は、入射した太陽光を太陽電池セル４の受光面２，３に直接入射するか、または反射体５により反射して太陽電池セル４の裏側の受光面２に入射するように向きを変える。これにより、集光手段６に入射した太陽光の大部分の光エネルギは太陽電池セル４で電気エネルギに変換される。
【００２５】
よって、太陽電池モジュール１に入射した太陽光のうち、太陽電池セル４の表側の受光面２，３に直接入射した太陽光の光エネルギと集光手段６に入射した太陽光の大部分の光エネルギとが太陽電池セル４により電気エネルギに変換されるので、太陽電池モジュール１に入射した太陽光に対する発電効率を向上することができる。
【００２６】
上述したように本実施形態の太陽電池モジュール１によれば、太陽電池セル４の間に集光手段６を設けると共に太陽電池セル４の間に入射した光の向きを集光手段６により変えて太陽電池セル４の受光面２，３に直接入射するか、または反射体５により反射して太陽電池セル４の裏側の受光面２に入射するようにしているので、太陽電池モジュール１に入射した太陽光のうちの太陽電池セル４の受光面２，３に入射する光量を向上させることができる。よって、太陽電池モジュール１に入射した太陽光に対する発電効率を向上することができる。
【００２７】
また、従来の太陽電池モジュール１に比べて簡易な構造の集光手段６を追加するだけなので製造コストの大きな上昇を抑えることができると共に、発電量は従来よりも大きく向上することができるので、単位電力当たりの発電コストを低減することができ、太陽光発電の普及を促進することができる。
【００２８】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では集光手段６を形成するプリズム１１を同じ大きさ及び形状で等ピッチで連結した形状としているが、これには限られず太陽電池セル４の間に入射した光を太陽電池セル４の受光面２，３に直接入射できるか、または反射体５により反射して太陽電池セル４の裏側の受光面２に入射できる範囲で各プリズム１１の大きさや形状やピッチを異ならせるようにしても良い。この場合も、太陽電池モジュール１に入射した太陽光のうちの太陽電池セル４の受光面２，３に入射する光量を向上できるので、発電効率を向上することができる。
【００２９】
また、本実施形態では集光手段６を太陽電池セル４の間に設けているが、これには限られず太陽電池セル４の周囲に設けていれば良く、例えば太陽電池セル４とケーシング７との間に設置するようにしても良い。この場合は、集光手段６の形状及び設置向き等を太陽電池セル４の間に入射した光を太陽電池セル４の受光面２，３に直接入射できるか、または反射体５により反射して太陽電池セル４の裏側の受光面２に入射できるように設定する。これにより、太陽電池モジュール１に入射した太陽光のうちの太陽電池セル４の受光面２，３に入射する光量を向上できるので、発電効率を向上することができる。
【００３０】
さらに、本実施形態では太陽電池モジュール１をケーシング７が水平になるように設置しているが、これには限られずケーシング７が傾斜するように設置しても良い。この場合、太陽電池セル４は水平面に対して例えば３０度等の傾斜角を有するようにケーシング７に対して取り付ける。このように設置した太陽電池モジュール１でも入射した太陽光のうちの太陽電池セル４の受光面２，３に入射する光量を向上できるので、発電効率を向上することができる。しかも、屋根や山の斜面のように傾斜面への太陽電池モジュール１の設置を容易にできるようになる。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
図５〜図７に示すような傾斜面１４の傾斜角が３０度のプリズム１１を３つ連結した形状の集光手段６について、入射面１２に入射光Ｌｉｎを照射した場合の光路を求めた。入射位置は、プリズム１１の厚みの薄い方に位置するプリズム１１（即ち、各図中で右端のプリズム１１）の入射面１２において、図５に示す垂直面１３寄りの位置と、図６に示す中央位置と、図７に示す集光手段６の端寄りの位置との３点とした。各位置での入射光Ｌｉｎの入射角の範囲は、プリズム１１の厚みの薄い方から厚い方に向けていずれも２０度〜８０度に設定した。
【００３２】
各位置での光路の算出結果を図５〜図７に示す。各図から明らかなように、光路は入射角度や入射位置により種々変化するが、殆どのケースにおいて光は最終的に図中の左右いずれかの方向に進むことが分かる。このため、プリズム１１の厚みの厚い方を北側に向け薄い方を南側に向けて集光手段６を設置することにより、南側から入射する太陽光の進路を集光手段６により南北いずれかの方向に導いて隣接する太陽電池セル４に受光させることができる。
【００３３】
（実施例２）
図１に示す太陽電池モジュール１について、太陽高度と太陽電池モジュール１に入射した光エネルギの太陽電池セル４への到達率との関係を求めた。太陽高度は３０度〜８０度の範囲で変化させた。その結果を図８に示す。同図に示すように、太陽高度に拘わらず太陽電池モジュール１に入射した光エネルギの太陽電池セル４への到達率を高く維持することができた。すなわち、太陽電池モジュール１に入射した太陽光に対する発電効率を向上することができた。
【００３４】
（実施例３）
図１に示す太陽電池モジュール１について、プリズム１１の傾斜面１４の傾斜角度と太陽電池モジュール１内の各部分での日射強度との関係を求めた。ここでは、太陽電池モジュール１の中央部付近の１つの太陽電池セル４（図９中「南セル」という）と、その北側に集光手段６を挟んで位置する太陽電池セル４（図９中「北セル」という）とについての日射強度を求めた。その結果を図９に示す。同図に示すように、傾斜面１４の角度を２０度〜４０度に設定した場合に光の損失分を小さくすることができた。特に、３０度にした場合に最小とすることができた。このため、太陽電池セル４への入射光量を増加させるためには、各プリズム１１の傾斜面１４の傾斜角度を２０度〜４０度とすることが好ましく、特に３０度とすることが最も好ましいことが判明した。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、請求項１記載の太陽電池モジュールによれば、太陽電池セルの周囲を通過する光の向きを変えることにより直接または反射体で反射して太陽電池セルの受光面に入射する集光手段を太陽電池セルの間に設けているので、太陽電池セルの周囲を通過する光を太陽電池セルの受光面に集光させることができ、太陽電池セルの受光面に入射する光量を増大することができる。よって、太陽電池モジュール１に入射した太陽光に対する発電効率を向上できると共に発電量を従来よりも大きく向上できるので、単位電力当たりの発電コストを低減することができ、太陽光発電の普及を促進することができる。
【００３６】
また、請求項２記載の太陽電池モジュールでは、集光手段はプリズムを備えるようにしているので、集光手段を簡易な構造とすることができる。このため、従来の太陽電池モジュールに比べて簡易な構造の集光手段を追加するだけなので製造コストの大きな上昇を抑えることができると共に、発電量は従来よりも大きく向上できるので、単位電力当たりの発電コストを低減することができ、太陽光発電の普及を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一実施形態を示す縦断面側面図である。
【図２】プリズムでの入射光の光路の一例を示す側面図である。
【図３】プリズムでの入射光の光路の他の例を示す側面図である。
【図４】集光手段の一実施例を示す側面図である。
【図５】３つのプリズムから成る集光手段での入射光の光路の一例を示す側面図である。
【図６】３つのプリズムから成る集光手段での入射光の光路の他の例を示す側面図である。
【図７】３つのプリズムから成る集光手段での入射光の光路の別の例を示す側面図である。
【図８】太陽高度と太陽電池モジュールに入射した光エネルギの太陽電池セルへの到達率との関係を示すグラフである。
【図９】プリズムの傾斜面の傾斜角度と太陽電池モジュール内の日射強度との関係を示すグラフである。
【図１０】従来の太陽電池モジュールを示す縦断面側面図である。
【図１１】従来の太陽電池モジュールでの太陽高度と太陽電池モジュールに入射した光エネルギの太陽電池セルへの到達率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  太陽電池モジュール
２  裏側の受光面
３  表側の受光面
４  太陽電池セル
５  反射体
６  集光手段
１１  プリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003594805.tif 000009
【図９】
0003594805.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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