(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と受光装置とを有する太陽電池システムであって、
前記受光装置は、太陽電池の受光面に対向して設置される外光反射部を有し、
前記外光反射部は、外界に向かって開口する外光入射口を有し、
前記外光反射部において、入射面と反射面とが隣接してなる組が、前記外光入射口側から前記外光入射口とは反対側の奥側に向かって、Ｎ組（ただし、Ｎは正の整数）並んで配置されており、
前記入射面と前記反射面とが形成するそれぞれの前記組において、前記入射面が、前記外光入射口側に配置され、前記反射面が、前記奥側に配置されており、
前記外光入射口側から前記奥側を前記受光面と平行に見ると、前記入射面は、前記外光入射口側を向いて、少なくとも、前記入射面の前記受光面側部分を直接視認可能な状態で配置されており、前記反射面は、前記奥側を向いて、直接視認不可能な状態で配置されており、
前記外光入射口側から第Ｍ番目（ただし、Ｍは正の整数であり、Ｍ≦Ｎ）に位置する前記入射面と前記反射面とが形成する前記組において、
前記入射面の法線ベクトルと、前記受光面の法線ベクトルと、が、なす角度αＭと、
前記反射面の法線ベクトルと、前記受光面の法線ベクトルと、が、なす角度βＭと、
前記外光入射口側から前記外光反射部の奥側を前記受光面と平行に見たときに、前記入射面の直接視認可能な部分のうちの最も前記受光面から離れた位置と、前記受光面と、の間の、前記受光面の法線ベクトル方向の距離ｈＭと、
前記入射面と前記反射面との境界線と、前記受光面と、の間の、前記受光面の法線ベクトル方向の距離ＨＭと、
前記外光入射口側の端部から前記奥側の端部までの前記反射面に沿った方向の前記反射面の長さＬＭと、
前記外光入射口から前記受光面と平行に前記入射面へ直接入射した外光が、前記受光面に入射する最小限の入射回数ＲＭ（ただし、ＲＭは２以上の正の整数）と、の間に、
【数１】
0005952992.tif 000010
の関係が成立していることを特徴とする太陽電池システム。
【請求項２】
前記入射面と前記反射面とが、平滑で凹凸を有しない面によって形成されており、
前記受光面において、太陽電池の半導体層が露出しており、
前記受光面が、平滑で凹凸を有しない面によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池システム。
【請求項３】
前記半導体層において、前記受光面とは反対側の面が、光を反射可能な部材によって覆われていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池における電力生成のエネルギー源として外光を効率よく利用することを可能とする太陽電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、光起電力効果を利用して、太陽光のエネルギーを電力に変換する。このため、より多くの量の太陽光を太陽電池の受光面に入射させることが、重要となる。太陽電池をそのまま屋外に設置して使用する場合、太陽電池の受光面に入射しなかった太陽光は、当然ながら太陽電池における電力生成のエネルギー源として利用されずに終わってしまう。
【０００３】
そこで、より多くの量の太陽光を太陽電池の受光面に導くことを目的として、例えば、光エネルギー集光器が提唱されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−２６５２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、太陽電池の受光面に導かれて入射した太陽光は、その一部が、太陽電池内に吸収されて、電力生成に利用されるにすぎない。受光面に入射した太陽光であっても、そのうちの一部は、受光面で反射してしまい、太陽電池の半導体層には吸収されない。そして、受光面で反射した太陽光は、太陽電池における電力生成のエネルギー源として利用されずに終わってしまう。
【０００６】
前述の光エネルギー集光器を使うことによって、太陽電池の受光面に入射する太陽光の量を増やすことはできる。しかし、太陽電池の受光面に入射する太陽光のうち、太陽電池における電力生成のエネルギー源として利用されずに終わる太陽光の割合は、光エネルギー集光器を使わない場合と同じである。
かかる問題に対応するために、太陽電池の受光面に表面処理を施すことによって、受光面において反射する太陽光の量を減らす試みがなされている。しかし、太陽電池の受光面に表面処理を施したとしても、受光面に入射する太陽光の一部が反射してしまうことに変わりはない。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するものであり、その目的とするところは、太陽電池の受光面に入射する外光のうち、電力生成のエネルギー源として利用されない外光の割合を減らして、太陽電池において効率よく電力生成を行うことを可能とする太陽電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明に係る太陽電池システムは、太陽電池と受光装置とを有する太陽電池システムであって、前記受光装置は、太陽電池の受光面に対向して設置される外光反射部を有し、前記外光反射部は、外界に向かって開口する外光入射口を有し、前記外光反射部において、入射面と反射面とが隣接してなる組が、前記外光入射口側から前記外光入射口とは反対側の奥側に向かって、Ｎ組（ただし、Ｎは正の整数）並んで配置されており、前記入射面と前記反射面とが形成するそれぞれの前記組において、前記入射面が、前記外光入射口側に配置され、前記反射面が、前記奥側に配置されており、前記外光入射口側から前記奥側を前記受光面と平行に見ると、前記入射面は、前記外光入射口側を向いて、少なくとも、前記入射面の前記受光面側部分を直接視認可能な状態で配置されており、前記反射面は、前記奥側を向いて、直接視認不可能な状態で配置されており、前記外光入射口側から第Ｍ番目（ただし、Ｍは正の整数であり、Ｍ≦Ｎ）に位置する前記入射面と前記反射面とが形成する前記組において、前記入射面の法線ベクトルと、前記受光面の法線ベクトルと、が、なす角度αＭと、前記反射面の法線ベクトルと、前記受光面の法線ベクトルと、が、なす角度βＭと、前記外光入射口側から前記外光反射部の奥側を前記受光面と平行に見たときに、前記入射面の直接視認可能な部分のうちの最も前記受光面から離れた位置と、前記受光面と、の間の、前記受光面の法線ベクトル方向の距離ｈＭと、前記入射面と前記反射面との境界線と、前記受光面と、の間の、前記受光面の法線ベクトル方向の距離ＨＭと、前記外光入射口側の端部から前記奥側の端部までの前記反射面に沿った方向の前記反射面の長さＬＭと、前記外光入射口から前記受光面と平行に前記入射面へ直接入射した外光が、前記受光面に入射する最小限の入射回数ＲＭ（ただし、ＲＭは２以上の正の整数）と、の間に、
【０００９】
【数１】
0005952992.tif 000002
【００１０】
の関係が成立している。
以下の説明で、「外光入射口側から第Ｍ番目に位置する入射面と反射面とが形成する組」のことを、特に断らない限り、単に「第Ｍ番目の組」ということとし、「第Ｍ番目の組の入射面」のことを、特に断らない限り、単に「第Ｍ番目の入射面」ということとし、「第Ｍ番目の組の反射面」のことを、特に断らない限り、単に「第Ｍ番目の反射面」ということとする。また、「外光入射口から奥側に向かって受光面と平行に入射した外光」のことを、特に断らない限り、単に「外光」ということとする。
【００１１】
本願発明者は、試行錯誤の末、受光装置の外光反射部において、前述の式（１）〜式（５）の関係を成立させることによって、外光を、少なくともＲＭ回連続して太陽電池の受光面に入射させることを実現した。
第Ｍ番目の組において、前述の式（１）〜式（５）の関係が成立している。第Ｍ番目の入射面に直接入射した外光は、先ず、この入射面から受光面に向かってまっすぐに反射し、受光面にそのまま入射する。入射面から受光面に入射したこの外光の一部は、受光面から太陽電池の半導体層に吸収される。次いで、半導体層に吸収されなかった残りの外光は、受光面から第Ｍ番目の反射面に向かってまっすぐに反射し、第Ｍ番目の反射面に入射する。さらに、第Ｍ番目の反射面に入射した外光は、この反射面から受光面に向かってまっすぐに反射し、受光面に再び入射する。
【００１２】
このようにして、第Ｍ番目の入射面に直接入射した外光は、第Ｍ番目の入射面に入射した後、受光面と第Ｍ番目の反射面との間で、入射と反射とを繰り返すこととなり、外光は、受光面に少なくともＲＭ回繰り返し入射することとなる。
外光は、受光面に入射するたびに、その一部が受光面から半導体層に吸収され、太陽電池における電力生成のエネルギー源として利用される。したがって、外光は、受光面に入射する回数が増えることによって、受光面に入射する外光のうちで、太陽電池における電力生成のエネルギー源として利用される外光の割合が、累積的に増加することとなる。
【００１３】
なお、外光反射部において式（１）〜式（５）の関係が成立していれば、第Ｍ番目の入射面に直接入射した外光が、その後、少なくともＲＭ回繰り返し受光面に入射することを、本願発明者は、本願発明に想到した後、幾何学的にも確認している。
式（１）は以下の式（１ａ）を含んでいる。
【００１４】
【数２】
0005952992.tif 000003
【００１５】
角度αＭが、式（１ａ）の関係を満足することによって、第Ｍ番目の入射面に直接入射した外光は、この入射面から外光入射口側に向かって反射してしまうことがない。すなわち、外光入射口から第Ｍ番目の入射面に直接入射した外光は、奥側に向かって反射することとなる。
また、式（１）は以下の式（１ｂ）を含んでいる。
【００１６】
【数３】
0005952992.tif 000004
【００１７】
角度αＭと角度βＭとが、式（１ｂ）の関係を満足することによって、第Ｍ番目の入射面に直接入射して反射した外光は、先ず、受光面への１回目の入射を行い、その後、受光面から第Ｍ番目の反射面にまっすぐに入射することとなる。
さらに、式（１）は以下の式（１ｃ）を含んでいる。
【００１８】
【数４】
0005952992.tif 000005
【００１９】
角度βＭが、式（１ｃ）の関係を満足することによって、外光が、第Ｍ番目の反射面に直接入射することが防止されている。
距離ｈＭと距離ＨＭと角度αＭとが、式（２）の関係を満足することによって、第Ｍ番目の入射面に直接入射した外光は、この入射面で反射して受光面への１回目の入射を行った後、受光面で反射してまっすぐに第Ｍ番目の反射面に入射することになる。すなわち、第Ｍ番目の入射面に直接入射した外光が、受光面への１回目の入射を行った後、そのまま第Ｍ番目の入射面に再び入射してしまうことが防止されている。
【００２０】
長さＬＭと距離ＨＭと角度αＭと角度βＭとが、式（３）及び式（４）の関係を満足することによって、第Ｍ番目の入射面に直接入射した外光は、その後、少なくともＲＭ―１回、受光面から第Ｍ番目の反射面へのまっすぐな入射を繰り返すこととなる。
角度αＭと角度βＭと入射回数ＲＭとが、式（５）の関係を満足することによって、第Ｍ番目の入射面に直接入射した外光が、その後、第Ｍ番目の反射面から受光面への反射をＲＭ−１回繰り返すに際して、この外光が反射する向きは、毎回、受光面が存在する向きとなる。
【００２１】
受光面から第Ｍ番目の反射面にＲＭ―１回目の入射を行った外光が、その後、受光面に向かって反射する場合を考える。この場合、第Ｍ番目の反射面から反射する外光が、外光入射口側から第Ｍ＋１番目に位置する入射面にそのまま入射してしまう可能性が存在する。本願発明者が実験を重ねて確認したところによれば、かかる事態が生じたとしても、外光入射口側から第Ｍ＋１番目に位置する入射面にそのまま入射した外光は、この入射面で反射した後、受光面に入射する。
【００２２】
入射回数ＲＭの値は、第Ｍ番目の入射面及び第Ｍ番目の反射面の各反射率と、太陽電池の受光面を形成する物質の反射率と、に応じて適宜定めればよい。入射回数ＲＭの値が大きくなるにつれて、太陽電池における電力生成のエネルギー源として用いられる外光の割合が累積的に増大する。
角度αＭは、式（１）及び式（５）の関係を満足する範囲内において、０．７５πに近ければ近いほど好ましい。なぜならば、第Ｍ番目の入射面で反射して受光面にまっすぐに入射する外光の入射角が、零に近づくからである。第Ｍ番目の入射面から受光面に入射する外光の入射角が零に近づくことにより、この外光のうち、受光面から半導体層に吸収される外光の割合が増加する。ここで、入射角とは、入射する外光の入射方向と、外光が入射する面の法線と、がなす角度のことを言う。
【００２３】
また、角度βＭは、式（１）及び式（５）の関係を満足する範囲内において、πに近ければ近いほど好ましい。なぜならば、第Ｍ番目の反射面で反射して受光面にまっすぐに入射する外光の入射角が零に近づくからである。第Ｍ番目の反射面から受光面に入射する外光の入射角が零に近づくことにより、この外光のうち、受光面から半導体層に吸収される外光の割合が増加する。
【００２４】
太陽電池システムにおいて、複数面の受光面を外光入射口から奥側に向かって連続して並べることが可能である。
太陽電池システムを使用するに当たっては、外光入射口から入射面に直接入射する外光の入射方向が、太陽電池の受光面と平行であることが好ましい。かかる場合に、外光入射口から入射する外光は、太陽電池における電力生成のエネルギー源として最も効率よく用いられる。
【００２５】
外光の光源が移動する場合、太陽電池システムの位置や向きを、この光源の位置に応じて変化させることによって、太陽電池の受光面が、外光入射口から入射面に直接入射する外光の入射方向と平行になるようにすることができる。例えば、太陽の位置に応じて、太陽電池システムの位置や向きを自動制御によって変化させることが可能である。
複数セットの太陽電池システムを積み重ねて使用することが可能である。具体的には、各セットの外光入射口を同じ向きに向け、各セットの太陽電池の受光面を互いに平行にして積み重ねれば良い。複数セットの太陽電池システムを積み重ねて使用することによって、太陽電池の受光面の総面積を広くすることができ、発電量を増加させることが可能になる。
【００２６】
請求項２の発明に係る太陽電池システムは、請求項１に記載の太陽電池システムであって、前記入射面と前記反射面とが、平滑で凹凸を有しない面によって形成されており、前記受光面において、太陽電池の半導体層が露出しており、前記受光面が、平滑で凹凸を有しない面によって形成されている。
【００２７】
受光装置の入射面と反射面は、光の反射率が大きな面であり、平滑で凹凸等を有さず、光が乱反射せずに正反射する平面であることが好ましい。また、太陽電池の受光面は、平滑で凹凸等を有さず、光が乱反射せずに正反射する平面であることが好ましい。入射面、反射面及び受光面において、入射する光が拡散反射すると、目的とする回数だけ外光を受光面に繰り返し入射させることが困難になる。
【００２８】
例えば、入射面と反射面とを、銀、アルミニウム、銅等の金属の鏡面によって形成することが好ましい。また、入射面と反射面を、光が乱反射せずに正反射するようにエッチング処理した表面を有する樹脂によって形成することも可能である。
太陽電池の受光面において半導体層が露出している場合と、受光面がガラス等によって覆われている場合と、を比較すると、受光面に入射する光の反射率は、前者の場合の方が後者の場合よりも大きい。このため、従来ある太陽電池の受光面はガラス等によって覆われている。
【００２９】
しかしながら、本願の太陽電池システムにあっては、太陽電池の受光面をガラス等によって覆わなくても良い。なぜならば、太陽電池の受光面に外光が複数回繰り返し入射するので、最終的に受光面から半導体層に吸収されない外光の割合が、累積的に小さくなるからである。この結果、受光面をガラス等によって覆う必要が無くなり、太陽電池の軽量化や薄型化が可能となる。このことは、太陽電池の製造コスト低減にもつながる。
【００３０】
請求項３の発明に係る太陽電池システムは、請求項１又は請求項２に記載の太陽電池システムであって、前記半導体層において、前記受光面とは反対側の面が、光を反射可能な部材によって覆われている。
【００３１】
太陽電池の半導体層を薄型化した場合、受光面に入射した外光の一部が、この半導体層を透過する可能性がある。このような場合、半導体層の受光面とは反対側の面を、光を反射可能な部材によって覆うことによって、透過した外光を半導体層に反射させて戻すことができる。
半導体層と対向する光を反射可能な部材の面は、光が正反射する平面であっても良いし、光が乱反射する平面であっても良い。ただし、半導体層を透過した外光を反射させる際に、その反射方向をコントロールするという観点からは、半導体層と対向する光を反射可能な部材の面は、平滑で凹凸等を有さず、光が乱反射せずに正反射する平面であることが好ましい。
【００３２】
半導体層と対向する光を反射可能な部材の面は、銀、アルミニウム、銅等の金属の鏡面によって形成することが可能である。また、この面は、光が乱反射せずに正反射するようにエッチング処理した表面を有する樹脂によって形成することも可能である。
半導体層の受光面とは反対側の面を覆う光を反射可能な部材が、金属によって形成されている場合、この部材が太陽電池の電極を兼ねていても良い。
【００３３】
したがって、太陽電池を薄型化することによって外光が半導体層を透過することがあったとしても、半導体層を透過した外光を太陽電池における電力生成のエネルギー源として利用することが可能となる。
また、太陽電池を薄型化することによって、太陽電池の軽量化が可能となり、ひいては太陽電池の製造コスト低減にもつながる。さらに、太陽電池を薄型化することによって、同一容積の空間内に配置可能な太陽電池の数が増え、単位容積あたりの発電量を増やすことが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
上記のような太陽電池システムであるので、太陽電池の受光面に入射する外光のうち、電力生成のエネルギー源として利用されない外光の割合を減らすことが可能となり、太陽電池において効率よく電力生成を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】太陽電池システムの断面の概念図である。
【図２】太陽電池システムを外光入射口側から見た正面の概念図である。
【図３】第Ｍ番目の組をなす入射面及び反射面の概念図である。
【図４】第Ｍ番目の組をなす入射面及び反射面と、受光面との間における外光の入射と反射の経路を示す第１の説明図である。
【図５】第Ｍ番目の組をなす入射面及び反射面と、受光面との間における外光の入射と反射の経路を示す第２の説明図である。
【図６】第Ｍ番目の組をなす入射面及び反射面と、受光面との間における外光の入射と反射の経路を示す第３の説明図である。
【図７】複数セットの太陽電池システムの積み重ね方の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の実施の形態を図１〜図６を参照しつつ以下に説明する。なお、図１〜図６において、縦横の縮尺は、同一ではなく、また、各構成要素の縦横の長さは、それぞれ、図の理解容易化のため誇張して示されている。
図１及び図２に示すように、１セットの太陽電池システム１は、１個の太陽電池１０と１個の受光装置２０とを有している。
【００３７】
太陽電池１０は、従来ある太陽電池であり、特にその種類は限定されない。太陽電池１０は、略四角形の板状をなしている。太陽電池１０の一方の面は、受光面１２をなしている。受光面１２では、太陽電池１０の半導体層１１が露出している。
受光面１２は、平滑に仕上げられた平面であり、凹凸を有していない。太陽電池１０において、受光面１２に入射した外光のうち、受光面１２から半導体層１１に吸収されなかった外光は、受光面１２において、乱反射せずに正反射する構成となっている。
【００３８】
また、太陽電池１０は、受光面１２に入射した外光（例えば、太陽光）を半導体層１１が吸収し、半導体層１１が吸収した外光をエネルギー源とし電力を生成可能に構成されている。
以下の説明において、「受光面１２の法線方向」のことを、特に断らない限り、単に「上下方向」と言うこととする。そして、「受光面１２の法線方向において、受光装置２０が存在する側」のことを、特に断らない限り、単に「上側」と言うこととし、「受光面１２の法線方向において、太陽電池１０が存在する側」のことを、特に断らない限り、単に「下側」と言うこととする。すなわち、図１〜図６において、各図の上方側が、上側であり、各図の下方側が、下側である。
【００３９】
受光装置２０が、受光面１２を上側から覆っている。受光装置２０を上側から見ると、太陽電池１０の形に対応した略四角形をなしており、受光装置２０は、長手方向に連続する「コ」の字形断面を有する。受光装置２０において、この「コ」の字形断面の両脚部分の先端が、受光面１２の短手方向両側の縁の上にのっている（図２を参照）。
なお、受光装置２０の長手方向とは、図１及び図３〜図６においては、図の左右方向であり、図２においては、図の表側から裏側に向かう方向である。また、受光面１２の短手方向とは、図２において、図の左右方向である。
【００４０】
受光装置２０の内側面と受光面１２との間に囲まれて、空洞２１が形成されている。電池用受光装置２０の内側面のうち、前記「コ」の字形断面における両脚部分の連結部分に対応する部分が、外光反射部３０をなしている。
外光反射部３０は受光面１２と対向している。また、受光装置２０の長手方向の一方の端部２２は、外界に向かって開口しており、この開口部分が外光入射口３１をなしている。受光装置２０の長手方向の他方の端部２３は、閉塞している。
【００４１】
以下の説明において、端部２３側のことを、特に断らない限り、単に「奥側」と言うこととする。図１及び図３〜図６において、各図の右側が、奥側である。
外光反射部３０において、入射面３２と反射面３３とが、外光入射口３１側から奥側に向かって交互に並んで配置されている。入射面３２と反射面３３とは、ともに、平滑で凹凸を有しない銀の鏡面によって形成されており、入射面３２と反射面３３に入射する外光が乱反射せずに正反射する構成となっている。
【００４２】
入射面３２は全部でＮ＋１面存在し、反射面３３は全部でＮ面存在する。ただし、Ｎは正の整数である。１面の入射面３２と、この入射面３２の奥側に隣接する反射面３３と、が１つの組３４を形成しており、外光反射部３０は、組３４を全部でＮ組有している。なお、最も奥側に存在する入射面３２は、反射面３３との組を形成していない。
入射面３２の法線ベクトルと受光面１２の法線ベクトルとは、互いに交差している。すなわち、１面の入射面３２において、受光面１２から外光入射口３１側端部までの上下方向の距離と、受光面１２から奥側端部までの上下方向の距離と、を比較すると、前者の方が後者よりも長い。
【００４３】
反射面３３の法線ベクトルと受光面１２の法線ベクトルとは、互いに交差しているか、あるいは、互いに平行である。すなわち、１面の反射面３３において、受光面１２から外光入射口３１側端部までの上下方向の距離と、受光面１２から奥側端部までの上下方向の距離と、を比較すると、前者の方が後者よりも短いか、あるいは、前者と後者とは、同じ距離である。
【００４４】
外光入射口３１側から奥側を受光面１２と平行に見ると、各入射面３２は、少なくとも、その下側部分を直接視認可能な状態で配置されている。また、外光入射口３１側から奥側を受光面１２と平行に見ると、各反射面３３は、直接視認不可能な状態で配置されている。
第Ｍ番目の組３４Ｍを形成する入射面３２Ｍと反射面３３Ｍに着目する（図３を参照）。ただし、Ｍは、Ｍ≦Ｎの関係を満足する正の整数である。２≦Ｍの場合、入射面３２Ｍは、外光入射口３１側において、第Ｍ−１番目の組３４Ｍ−１の反射面３３Ｍ−１に隣接している。また、反射面３３Ｍは、奥側において、外光入射口３１側から第Ｍ＋１番目にある入射面３２Ｍ＋１に隣接している。
【００４５】
入射面３２Ｍの法線ベクトルと受光面１２の法線ベクトルとがなす角度が、角度αＭである。また、反射面３３Ｍの法線ベクトルと受光面１２の法線ベクトルとがなす角度が、角度βＭである。そして、入射面３２Ｍと反射面３３Ｍとの境目の稜線が、境界線３５Ｍをなしている。
外光入射口３１側から奥側を受光面１２と平行に見たときに、入射面３２Ｍの直接視認可能な部分のうち、最も受光面１２から離れた位置が、位置ＰＡ１である。位置ＰＡ１と、境界線３５Ｍと、の間の、受光面１２の法線ベクトル方向の距離が、距離ｈＭとである。そして、境界線３５Ｍと、受光面１２と、の間の、受光面１２の法線ベクトル方向の距離が、距離ＨＭである。
【００４６】
反射面３３Ｍにおいて、外光入射口３１側端部から奥側端部までの反射面３３Ｍに沿った方向の長さが、長さＬＭである。
角度αＭ、角度βＭ、距離ｈＭ、距離ＨＭ及び長さＬＭの間には、前述の式（１）〜式（５）の関係が成立している。ここで、ＲＭは、２以上の正の整数であり、外光入射口３１から第Ｍ番目の入射面３２Ｍに受光面１２と平行に直接入射した外光が、その後、繰り返し受光面１２に入射する回数である。同様の関係が、入射面３２と反射面３３とによって形成されるすべての組において成立している。
【００４７】
念のために書き添えれば、第ｍ番目の組３４ｍの入射面３２ｍと反射面３３ｍにおいても、第Ｍ番目の組３４Ｍの場合と同様の関係が成立している。ただし、ｍは、ｍ≦Ｎとｍ≠Ｍの関係を満足する正の整数である。入射面３２ｍと反射面３３ｍとが有する形状と、入射面３２Ｍと反射面３３Ｍとが有する形状と、は、互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。
【００４８】
以上が、太陽電池システム１の構成である。次に、太陽電池システム１の作用効果について説明する。
太陽電池システム１は、屋外に設置されている。外光入射口３１は太陽の方向を向いている。外光としての太陽光が、外光入射口３１から空洞２１の中に射し込む。外光入射口３１から空洞２１の中への太陽光の入射方向は、受光面１２と、平行になっている。
【００４９】
外光入射口３１から受光装置２０の中に射し込んだ太陽光は、入射面３２に直接入射する。太陽光が直接入射するのは、外光入射口３１側から奥側を受光面１２と平行に見たときに、外光入射口３１側から直接視認可能な入射面３２の部分である。外光入射口３１側から奥側を受光面１２と平行に見たときに、反射面３３は見えないので、太陽光は、反射面３３に直接入射しない。
【００５０】
以下、外光入射口３１から第Ｍ番目の組３４Ｍの入射面３２Ｍに直接入射する太陽光に着目して説明する。
入射面３２Ｍに直接入射する太陽光は、入射面３２Ｍに当たって反射する。角度αＭが前述の式（１ａ）の関係を満足しているので、入射面３２Ｍで反射する太陽光は、奥側へ向かって進み、外光入射口３１側へ戻ることはない。
【００５１】
先ず、図４を参照しつつ、入射面３２Ｍの位置ＰＡ１に直接入射する太陽光（図４の一点鎖線）について述べる。
入射面３２Ｍの位置ＰＡ１に直接入射した太陽光は、位置ＰＡ１で反射し、位置ＰＡ１から受光面１２の位置ＰＢ１にまっすぐに入射する。角度αＭが、前述の式（１ａ）の関係を満足しているので、位置ＰＢ１は、位置ＰＡ１よりも奥側となる。
【００５２】
そして、受光面１２の位置ＰＢ１に入射した太陽光は、位置ＰＢ１で反射し、位置ＰＢ１から反射面３３Ｍの位置ＰＣ１にまっすぐに入射する。角度αＭ、角度βＭ、距離ｈＭ及び距離ＨＭが、前述の式（１ｂ）及び式（２）の関係を満足しているので、位置ＰＢ１で反射した太陽光が、再び入射面３２Ｍにまっすぐに入射することはない。
さらに、長さＬＭは前述の式（３）及び式（４）の関係を満足しているので、位置ＰＢ１で反射した太陽光は、反射面３３Ｍにまっすぐに入射し、反射面３３Ｍの奥側に隣接する入射面３２Ｍ＋１に位置ＰＢ１からまっすぐに入射することもない。
【００５３】
そして、反射面３３Ｍの位置ＰＣ１に入射した太陽光は、位置ＰＣ１で反射し、位置ＰＣ１から受光面１２の位置ＰＢ２にまっすぐに入射し、位置ＰＢ２で反射する。
このようにして、入射面３２Ｍの位置ＰＡ１に直接入射した太陽光は、受光面１２と反射面３３Ｍとの間で、入射と反射を繰り返すこととなり、入射面３２Ｍから受光面１２に１回まっすぐに入射して反射した後、受光面１２から反射面３３Ｍに、少なくともＲＭ−１回まっすぐに入射して反射するとともに、反射面３３Ｍから受光面１２に、少なくともＲＭ−１回まっすぐに入射して反射する。したがって、入射面３２Ｍの位置ＰＡ１に直接入射した太陽光は、少なくともＲＭ回、受光面１２に繰り返し入射する。なお、図４には、ＲＭ＝４の場合が図示されている。
【００５４】
また、長さＬＭは前述の式（３）及び式（４）の関係を満足している。このため、位置ＰＡ１から位置ＰＢ１に入射して反射した太陽光は、その後、受光面１２から反射面３３Ｍに少なくともＲＭ−１回繰り返しまっすぐに入射することができる。ＲＭ−１回、受光面１２から反射面３３Ｍにまっすぐに太陽光が入射するに際して、この太陽光が、受光面１２から反射面３３Ｍの奥側に隣接する入射面３２Ｍ＋１にまっすぐに入射することはない。
【００５５】
角度αＭ、角度βＭ及び入射回数ＲＭは前述の式（５）の関係を満足している。このため、位置ＰＡ１に直接入射した太陽光は、その後、受光面１２から反射面３３Ｍに少なくともＲＭ−１回繰り返しまっすぐに入射するとともに、反射面３３ＭにＲＭ−１回繰り返し入射した太陽光は、毎回、受光面１２が存在する向きにまっすぐに反射する。そして、位置ＰＡ１に直接入射した後、ＲＭ−１回目に反射面３３Ｍで反射した太陽光は、受光面１２へのＲＭ回目の入射をそのまままっすぐに行う。
【００５６】
次に、図５を参照しつつ、入射面３２Ｍにおいて、上下方向に最も受光面１２に近い位置ＰＡ２に直接入射する太陽光（図５の二点鎖線）について述べる。位置ＰＡ２は、入射面３２Ｍ上の境界線３５Ｍ側縁部分にある。
入射面３２Ｍの位置ＰＡ２に直接入射した太陽光は、位置ＰＡ２で反射し、位置ＰＡ２から受光面１２の位置ＰＤ１にまっすぐに入射する。角度αＭが、前述の式（１ａ）の関係を満足しているので、位置ＰＤ１は、位置ＰＡ２よりも奥側にある。また、位置ＰＤ１は、位置ＰＢ１よりも奥側にある。
【００５７】
そして、受光面１２の位置ＰＤ１に入射した太陽光は、位置ＰＤ１で反射し、位置ＰＤ１から反射面３３Ｍの位置ＰＥ１にまっすぐに入射する。角度αＭ、角度βＭ、距離ｈＭ及び距離ＨＭが、前述の式（１ｂ）及び式（２）の関係を満足しているので、位置ＰＤ１で反射した太陽光が、再び入射面３２Ｍにまっすぐに入射することはない。位置ＰＥ１は、位置ＰＣ１よりも奥側にある。
【００５８】
さらに、長さＬＭは前述の式（３）及び式（４）の関係を満足しているので、位置ＰＤ１で反射した太陽光は、反射面３３Ｍにまっすぐに入射し、反射面３３Ｍの奥側に隣接する入射面３２Ｍ＋１に位置ＰＤ１からまっすぐに入射することもない。
そして、反射面３３Ｍの位置ＰＥ１に入射した太陽光は、位置ＰＥ１で反射し、位置ＰＥ１から受光面１２の位置ＰＤ２にまっすぐに入射し、位置ＰＤ２で反射する。位置ＰＤ２は、位置ＰＢ２よりも奥側にある。
【００５９】
このようにして、入射面３２Ｍの位置ＰＡ２に直接入射した太陽光は、受光面１２と反射面３３Ｍとの間で、入射と反射を繰り返すこととなり、入射面３２Ｍから受光面１２に１回まっすぐに入射して反射した後、受光面１２から反射面３３Ｍに、少なくともＲＭ−１回まっすぐに入射して反射するとともに、反射面３３Ｍから受光面１２に、少なくともＲＭ−１回まっすぐに入射して反射する。したがって、入射面３２Ｍの位置ＰＡ２に直接入射した太陽光は、少なくともＲＭ回、受光面１２に繰り返し入射する。なお、図５には、ＲＭ＝４の場合が図示されている。
【００６０】
また、長さＬＭは前述の式（３）及び式（４）の関係を満足している。このため、位置ＰＡ２から位置ＰＤ１に入射して反射した太陽光は、その後、受光面１２から反射面３３Ｍに少なくともＲＭ−１回繰り返しまっすぐに入射することができる。ＲＭ−１回、受光面１２から反射面３３Ｍにまっすぐに太陽光が入射するに際して、この太陽光が、受光面１２から反射面３３Ｍの奥側に隣接する入射面３２Ｍ＋１にまっすぐに入射することはない。
【００６１】
角度αＭ、角度βＭ及び入射回数ＲＭは前述の式（５）の関係を満足している。このため、位置ＰＡ２に直接入射した太陽光は、その後、受光面１２から反射面３３Ｍに少なくともＲＭ−１回繰り返しまっすぐに入射するとともに、反射面３３ＭにＲＭ−１回繰り返し入射した太陽光は、毎回、受光面１２が存在する向きにまっすぐに反射する。そして、位置ＰＡ２に直接入射した後、ＲＭ−１回目に反射面３３Ｍで反射した太陽光は、受光面１２へのＲＭ回目の入射をそのまままっすぐに行う。
【００６２】
次に、図６を参照しつつ、入射面３２Ｍにおいて、位置ＰＡ１よりも下側にあり、且つ位置ＰＡ２よりも上側にある位置ＰＡ３に直接入射する太陽光（図６の三点鎖線）について述べる。
入射面３２Ｍの位置ＰＡ３に直接入射した太陽光は、位置ＰＡ３で反射し、位置ＰＡ３から受光面１２の位置ＰＦ１にまっすぐに入射する。角度αＭが、前述の式（１ａ）の関係を満足しているので、位置ＰＦ１は、位置ＰＡ３よりも奥側にある。また、位置ＰＦ１は、位置ＰＢ１よりも奥側にあり、位置ＰＤ１よりも外光入射口３１側にある。
【００６３】
そして、受光面１２の位置ＰＦ１に入射した太陽光は、位置ＰＦ１で反射し、位置ＰＦ１から反射面３３Ｍの位置ＰＧ１にまっすぐに入射する。角度αＭ、角度βＭ、距離ｈＭ及び距離ＨＭが、前述の式（１ｂ）及び式（２）の関係を満足しているので、位置ＰＦ１で反射した太陽光が、再び入射面３２Ｍにそのまままっすぐに入射することはない。なお、位置ＰＧ１は、位置ＰＣ１よりも奥側にあり、位置ＰＥ１よりも外光入射口３１側にある。
【００６４】
さらに、長さＬＭは前述の式（３）及び式（４）の関係を満足しているので、位置ＰＦ１で反射した太陽光は、反射面３３Ｍにまっすぐに入射し、反射面３３Ｍの奥側に隣接する入射面３２Ｍ＋１に位置ＰＦ１からまっすぐに入射することもない。
そして、反射面３３Ｍの位置ＰＧ１に入射した太陽光は、位置ＰＧ１で反射し、位置ＰＧ１から受光面１２の位置ＰＦ２にまっすぐに入射し、位置ＰＦ２で反射する。位置ＰＦ２は、位置ＰＢ２よりも奥側にあり、位置ＰＤ２よりも外光入射口３１側にある。
【００６５】
このようにして、入射面３２Ｍの位置ＰＡ３に直接入射した太陽光は、受光面１２と反射面３３Ｍとの間で、入射と反射を繰り返すこととなり、入射面３２Ｍから受光面１２に１回まっすぐに入射して反射した後、受光面１２から反射面３３Ｍに、少なくともＲＭ−１回まっすぐに入射して反射するとともに、反射面３３Ｍから受光面１２に、少なくともＲＭ−１回まっすぐに入射して反射する。したがって、入射面３２Ｍの位置ＰＡ３に直接入射した太陽光は、少なくともＲＭ回、受光面１２に繰り返し入射する。なお、図６には、ＲＭ＝４の場合が図示されている。
【００６６】
また、長さＬＭは前述の式（３）及び式（４）の関係を満足している。このため、位置ＰＡ３から位置ＰＦ１に入射して反射した太陽光は、その後、受光面１２から反射面３３Ｍに少なくともＲＭ−１回繰り返しまっすぐに入射することができる。ＲＭ−１回、受光面１２から反射面３３Ｍにまっすぐに太陽光が入射するに際して、この太陽光が、受光面１２から反射面３３Ｍの奥側に隣接する入射面３２Ｍ＋１にまっすぐに入射することはない。
【００６７】
角度αＭ、角度βＭ及び入射回数ＲＭは前述の式（５）の関係を満足している。このため、位置ＰＡ３に直接入射した太陽光は、その後、受光面１２から反射面３３Ｍに少なくともＲＭ−１回繰り返しまっすぐに入射するとともに、反射面３３ＭにＲＭ−１回繰り返し入射した太陽光は、毎回、受光面１２が存在する向きにまっすぐに反射する。そして、位置ＰＡ３に入射した後、ＲＭ−１回目に反射面３３Ｍで反射した太陽光は、受光面１２へのＲＭ回目の入射をそのまままっすぐに行う。
【００６８】
したがって、入射面３２Ｍに直接入射したすべての太陽光は、その後、受光面１２と反射面３３Ｍとの間で、入射と反射を繰り返すことによって、受光面１２に少なくともＲＭ回の入射を行う。
太陽光が受光面１２に少なくともＲＭ回繰り返し入射することによって、外光入射口３１から受光装置２０の中に射し込んだ太陽光のうち、太陽電池１０で電力生成に用いられない外光の割合が、累積的に減少し、受光面１２に入射する太陽光をエネルギー源として効率よく電力生成に利用することができる。
【００６９】
図７に示すように、複数セットの太陽電池システム１を、積み重ねて使用することも可能である。この場合、各セットの外光入射口３１を同じ方向に向けるとともに、各セットの受光面１２が互いに平行になるように太陽電池システム１を積み重ねる。
太陽電池１０の半導体層１１において、受光面１２と反対側の面を、銀によって形成された光を反射する部材によって覆っても良い。受光面１２に入射して半導体層１１を透過した太陽光は、この部材によって反射して半導体層１１に戻る。したがって、半導体層１１をいったん透過した太陽光をも、エネルギー源として電力生成に利用することができる。また、この部材によって反射して半導体層１１に戻った外光の一部は、半導体層１１を再び透過し、受光面１２から入射面３２Ｍ又は反射面３３Ｍに入射し、その後、さらに受光面１２に入射し、エネルギー源として電力生成に利用されることとなる。
【００７０】
次に、第Ｍ番目の組３４Ｍの入射面３２Ｍと反射面３３Ｍとについての角度αＭ、角度βＭ、距離ｈＭ、距離ＨＭ、長さＬＭ及び入射回数ＲＭの数値の具体例を、設計例１〜設計例２４として次の表１に示す。
【００７１】
【表１】
0005952992.tif 000006
【００７２】
次に、比較例１として、太陽電池１０のみが、単体で存在し、太陽光が、０〜０．２５πの入射角でこの太陽電池１０の受光面１２に直接入射する場合を考える。比較例１の場合、本願発明者の知見によれば、受光面１２に入射する太陽光の約３８％が反射し、この反射した太陽光は、太陽電池１０における電力生成には使用されない。結局、受光面１２に入射する太陽光のうち、約６２％が半導体層１１に吸収され、太陽電池１０における電力生成のエネルギー源として使用される。
【００７３】
次に、比較例２として、太陽電池１０のみが、単体で存在し、この太陽電池１０の受光面１２がガラスによって覆われており、太陽光が、ほぼ零の入射角で受光面１２に直接入射する場合を考える。比較例２の場合、本願発明者の知見によれば、受光面１２に入射する太陽光の約２６％が反射し、この反射した太陽光は、太陽電池１０における電力生成には使用されない。結局、受光面１２に入射する太陽光のうち、約７４％が半導体層１１に吸収され、太陽電池１０における電力生成のエネルギー源として使用される。
【００７４】
【表２】
0005952992.tif 000007
【００７５】
次に、太陽電池システム１の第Ｍ番目の組３４Ｍにおいて、角度αＭが、０．７５πにほぼ近い角度であり、角度βＭが、π又はπにほぼ近い角度である場合を考える。
この場合、入射面３２Ｍ及び反射面３３Ｍから受光面１２に入射する太陽光の入射角は、ほぼ零である。この場合における入射回数ＲＭと、入射面３２Ｍに直接入射した太陽光のうち、ＲＭ回受光面１２に入射して半導体層１１に吸収される太陽光の割合と、の関係を、次の表３に示す。
【００７６】
なお、表３における数値の算出に当たっては、入射面３２Ｍと反射面３３Ｍにおいて、入射した太陽光のうち、９０％の太陽光が受光面１２へ反射されるものと仮定している。また、表３に示す割合Ａと割合Ｂは、小数点以下を四捨五入した概略値である。
【００７７】
【表３】
0005952992.tif 000008
【００７８】
表３の確認例１は、入射回数ＲＭが２回の場合である。確認例１では、入射面３２Ｍに直接入射した太陽光のうち、約７５％の太陽光が受光面１２に２回繰り返し入射することで半導体層１１に吸収されている。すべての組３４において、第Ｍ番目の組３４Ｍと同様に、入射面３２に直接入射した太陽光が受光面１２に２回繰り返し入射するとすれば、入射面３２に直接入射した太陽光のうち、約７５％の太陽光が、太陽電池１０における電力生成に使用されることがわかる。
【００７９】
表３の確認例２は、入射回数ＲＭが３回の場合である。確認例２では、入射面３２Ｍに直接入射した太陽光のうち、約８１％の太陽光が受光面１２に３回繰り返し入射することで半導体層１１に吸収されている。すべての組３４において、第Ｍ番目の組３４Ｍと同様に、入射面３２に直接入射した太陽光が受光面１２に３回繰り返し入射するとすれば、入射面３２に直接入射した太陽光のうち、約８１％の太陽光が、太陽電池１０における電力生成に使用されることがわかる。
【００８０】
表３の確認例３は、入射回数ＲＭが４回の場合である。確認例３では、入射面３２Ｍに直接入射した太陽光のうち、約８４％の太陽光が受光面１２に４回繰り返し入射することで半導体層１１に吸収されている。すべての組３４において、第Ｍ番目の組３４Ｍと同様に、入射面３２に直接入射した太陽光が受光面１２に４回繰り返し入射するとすれば、入射面３２に直接入射した太陽光のうち、約８４％の太陽光が、太陽電池１０における電力生成に使用されることがわかる。
【００８１】
なお、表３に示された確認例３と確認例４では、半導体層１１に吸収される太陽光の割合Ａがともに同じ約８４％となっているが、正確には、確認例４の割合Ａの数値が、確認例３の割合Ａの数値よりも大きい。また、入射回数ＲＭが５回以上の場合を表３に示してはいないが、入射回数ＲＭが増加するにつれて、半導体層１１に吸収される太陽光の割合Ａが増加することを、本願発明者は、確認している。
【００８２】
次に、太陽電池システム１の第Ｍ番目の組３４Ｍにおいて、角度αＭが、０．７５πにほぼ近い角度であり、角度βＭが、π又はπにほぼ近い角度であるとともに、受光面１２がガラスによって覆われている場合を考える。
この場合も、入射面３２Ｍ及び反射面３３Ｍから受光面１２に入射する太陽光の入射角は、ほぼ零である。この場合における入射回数ＲＭと、入射面３２Ｍに直接入射した太陽光のうち、ＲＭ回受光面１２に入射して半導体層１１に吸収される太陽光の割合と、の関係を、次の表４に示す。
【００８３】
なお、表４における数値の算出に当たっては、入射面３２Ｍと反射面３３Ｍにおいて、入射した太陽光のうち、９０％の太陽光が受光面１２へ反射されるものと仮定している。また、表４に示す割合Ａと割合Ｂは、小数点以下を四捨五入した概略値である。
【００８４】
【表４】
0005952992.tif 000009
【００８５】
表４の確認例５は、入射回数ＲＭが２回の場合である。確認例５では、入射面３２Ｍに直接入射した太陽光のうち、約８２％の太陽光が受光面１２に２回繰り返し入射することで半導体層１１に吸収されている。すべての組３４において、第Ｍ番目の組３４Ｍと同様に、入射面３２に直接入射した太陽光が受光面１２に２回繰り返し入射するとすれば、入射面３２に直接入射した太陽光のうち、約８２％の太陽光が、太陽電池１０における電力生成に使用されることがわかる。
【００８６】
表４の確認例６は、入射回数ＲＭが３回の場合である。確認例６では、入射面３２Ｍに直接入射した太陽光のうち、約８６％の太陽光が受光面１２に３回繰り返し入射することで半導体層１１に吸収されている。すべての組３４において、第Ｍ番目の組３４Ｍと同様に、入射面３２に直接入射した太陽光が受光面１２に３回繰り返し入射するとすれば、入射面３２に直接入射した太陽光のうち、約８６％の太陽光が、太陽電池１０における電力生成に使用されることがわかる。
【００８７】
表４の確認例７は、入射回数ＲＭが４回の場合である。確認例７では、入射面３２Ｍに直接入射した太陽光のうち、約８７％の太陽光が受光面１２に４回繰り返し入射することで半導体層１１に吸収されている。すべての組３４において、第Ｍ番目の組３４Ｍと同様に、入射面３２に直接入射した太陽光が受光面１２に４回繰り返し入射するとすれば、入射面３２に直接入射した太陽光のうち、約８７％の太陽光が、太陽電池１０における電力生成に使用されることがわかる。
【００８８】
なお、表４に示された確認例７と確認例８では、半導体層１１に吸収される太陽光の割合Ａがともに同じ約８７％となっているが、正確には、確認例８の割合Ａの数値が、確認例７の割合Ａの数値よりも大きい。また、入射回数ＲＭが５回以上の場合を表４に示してはいないが、入射回数ＲＭが増加するにつれて、半導体層１１に吸収される太陽光の割合Ａが増加することを、本願発明者は、確認している。
【００８９】
表３及び表４に示した確認例１〜確認例８と、表２に示した比較例１及び比較例２と、を比較すれば、太陽電池システム１を使うことによって、太陽電池１０の受光面１２に入射する太陽光を効率よく電力生成に利用可能であることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
上記のような太陽電池システムであるので、太陽電池を用いるあらゆる産業において太陽電池を効率よく使用可能となるばかりでなく、太陽電池の軽量化や薄型化が可能となり、ひいては太陽電池の製造コスト低減にもつながり、有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１    太陽電池システム
１０    太陽電池
１１    半導体層
１２    受光面
２０    受光装置
２１    空洞
２２、２３    受光装置の長手方向の端部
３０    外光反射部
３１    外光入射口
３２、３２Ｍ−１、３２Ｍ、３２Ｍ＋１    入射面
３３、３３Ｍ−１、３３Ｍ    反射面
３４、３４Ｍ−１、３４Ｍ、３２Ｍ＋１    入射面と反射面とが形成する組
３５Ｍ    境界線
αＭ    第Ｍ番目の入射面の法線ベクトルと受光面の法線ベクトルとがなす角度
βＭ    第Ｍ番目の反射面の法線ベクトルと受光面の法線ベクトルとがなす角度
ｈＭ    外光入射口側から奥側を受光面と平行に見たときに、第Ｍ番目の入射面の直接視認可能な部分のうち、最も受光面から離れた位置と、最も受光面に近い位置と、の間の受光面の法線ベクトル方向の距離
ＨＭ    外光入射口側から奥側を受光面と平行に見たときに、第Ｍ番目の入射面の直接視認可能な部分のうち、最も受光面に近い位置と、受光面と、の間の受光面の法線ベクトル方向の距離
ＬＭ    第Ｍ番目の反射面において、その外光入射口側端部からその奥側端部までのこの反射面に沿った長さ
ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３    太陽光が外光入射口から直接入射する第Ｍ番目の入射面上の位置
ＰＢ１、ＰＤ１、ＰＦ１    太陽光が第Ｍ番目の入射面で反射してそのまままっすぐに入射する受光面上の位置
ＰＢ２、ＰＢ３、ＰＢ４、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４、ＰＦ２、ＰＦ３、ＰＦ４    太陽光が第Ｍ番目の反射面で反射してそのまままっすぐに入射する受光面上の位置
ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＥ１、ＰＥ２、ＰＥ３、ＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３    太陽光が受光面で反射してそのまままっすぐに入射する第Ｍ番目の反射面上の位置
【図１】
0005952992.tif 000011
【図２】
0005952992.tif 000012
【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】
0005952992.tif 000017