(57)【要約】【課題】平板型太陽電池モジュールの発電の太陽位置変動に対する入射安定化と発電量を増大することができる集光板。【解決手段】  本発明の集光板１は、第１面２１から入射した光を集光して第２面２２から出射する透明基板２を備えている。第１面２１は、第１部２３と第２部２４とを有している。第１部２３は。複数の凹凸を有しており、複数の凹凸の凸部の表面は、断面視において台形形状である。第２部２４は、第１部２３の上面に位置している。第１部２３の上面の外縁と第２部２４の下面の外縁は重なっており、断面視において、第２部２４は第１部２３の台形の両脚のそれぞれの延長線よりも内側に位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面から入射した光を集光して第２面から出射する透明基板を備えており、
前記第１面は、複数の凹凸を有しており、前記複数の凹凸の凸部の表面は、断面視において台形形状である第１部と、前記第１部の上面に位置する第２部とを有しているとともに、前記第１部の上面の外縁と前記第２部の下面の外縁は重なっており、断面視において、前記第２部は前記第１部の台形の両脚のそれぞれの延長線よりも内側に位置していることを特徴とする集光板。
【請求項２】
前記複数の凹凸の凸部の表面の前記第２部は、断面視において三角形状であることを特徴とする請求項１に記載の集光板。
【請求項３】
前記凸部の前記屈折形状において、屈折した下側の傾斜角度をα１、上側の傾斜角度をα２とすると、
α１はα２よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の集光板。
【請求項４】
前記複数の凹凸の凸部の表面の前記第２部は、断面視において半円形状であることを特徴とする請求項１に記載の集光板。
【請求項５】
前記透明基板は矩形状であり、
前記第１面の前記凹凸は縦横に並んで設けられており、前記凹凸の外縁は隣合う列の前記凹凸の各中心の延長線上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の集光板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の集光板と、
前記集光板の下面に接合材を介して接合された太陽電池とを備えていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の集光板と、
前記集光板の下面に第２の接合材を介して接合された太陽電池用基板と、
前記太陽電池用基板の下面に接合材を介して接合された太陽電池とを備えていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光の集光が可能な集光板とそれを用いた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽光発電を行う方式として平板型の太陽電池パネルが広く用いられている。一般的な太陽電池モジュールは、ガラス基板上にＥＶＡ（Ethylene−Vinyl Acetate Copolymer）樹脂等を介して主にシリコン（Ｓｉ）材料からなる太陽電池薄板と、反射体を圧着して構成されている。正午前後のガラス基板上への太陽光入射角が小さい場合には、太陽電池は効率良く機能する。しかしながら、入射角が大きい朝方及び夕方にかけては、電池面入射光の入射角が大きくなる事により反射が大きくなる。このため、発電量が急激に低下する場合がある。また、雲天時においても、雲による散乱減衰により同様に太陽電池上への到達太陽光が大幅に減衰するため、発電量が急激に低下することが知られていた。この発電量の低下を改善するため、表面を微細なプリズム形状（プリズム断面形状）とした太陽光集光シートが知られている（特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２９５８１号公報
【特許文献２】特開２０１６−２１５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された発明では、太陽電池の上に太陽光集光シートを設置することにより、太陽電池入射光の入射角が大きくなる場合にも、太陽電池入射角の集光特性を垂直方向に偏向することができる。特許文献２に記載された発明は、アレイ状の太陽電池上に厚さｈのシートを介してレンズアレイを装着したものである。このとき、レンズの焦点距離は２ｈ以上あり、入射光は、焦点を結ぶ前にアレイ状の太陽電池に入射、発電させることができる。このとき、特許文献１および特許文献２に記載された発明では、太陽電池パネルが、平板形状をしており、単純な角錐又は半円状のアレイ形状の集光シートをガラス基板上に設置している。
【０００５】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載された発明では、太陽電池への入射角βrが小さな場合および表面のプリズム下側から入射する入射光の場合には、対向面で
反射せずに、直接そのまま太陽電池面に入射する。このため、太陽電池への入射角が大きくなるにしたがって、太陽電池入射角βoが大きくなり、発電効率向上に十分寄与しなく
なることがあった。また、角錐形状の場合、傾斜角αを大きくすると、入射角βrが大き
な場合に、対向面での入射角が臨界角以下になり、反射せずに透過してしまうため、拡散減衰により発電量の損失が生じることがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る集光板は、第１面から入射した光を集光して第２面から出射する透明基板を備えており、前記第１面は、複数の凹凸を有しており、前記複数の凹凸の凸部の表面は、断面視において台形形状である第１部と、前記第１部の上面に位置する第２部とを有しているとともに、前記第１部の上面の外縁と前記第２部の下面の外縁は重なっており、断面視において、前記第２部は前記第１部の台形の両脚のそれぞれの延長線よりも内側に位置していることを特徴とする。
【０００７】
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、前記集光板の下面に第１接合材を介して接合された太陽電池基板と、前記太陽電池基板の下面に第２接合材を介して接合された太陽電池とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る集光板は、上述した構成を備えていることによって、入射した太陽光を集光しやすくすることができる。また、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、上述した集光板を備えていることによって、発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る集光板を用いた太陽電池モジュールの構成を示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール用集光板を示した斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る集光板の構成を示した断面図である。図３（ａ）は、集光板を基板上面に構成した場合の断面図であり、図３（ｂ）は、集光板を平板状の太陽電池基板上面に装着した場合の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る集光板状の集光部の断面形状を示した図である。図４（ａ）は、集光部が屈折型角錐形状の断面を示した図であり、図４（ｂ）は、集光部の頂部が球状の角錐形状の断面を示した図であり、図４（ｃ）は、集光部の頂部が球状で、屈折型角錐形状の断面を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る集光板において、集光板集光部入射角βr、角錐傾斜角α１およびα２と対向面で１回反射して太陽電池に入射する場合の太陽電池入射角βo2の角錐の場合と、屈折型の場合の関係を示したグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る集光板において、集光板集光部入射角βr、角錐傾斜角αと、角錐の対向面反射入射領域Lxの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る集光板において、集光部が屈折型角錐型の光線追跡を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る集光板において、集光板集光部入射角βr、角錐傾斜角αと対向面で１回反射して太陽電池に入射する場合の太陽電池入射角βo2の関係を示したグラフである。
【図９】本発明の他の実施形態に係る集光板において、頂部が球状角錐／円錐の場合の光線追跡を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る集光板において、球状角錐の場合の集光部入射角βrと入射光が直接太陽電池に入射する場合の太陽電池入射角βo1、βo2の関係を示したグラフで、図１０（ａ）がβo1特性、図１０（ｂ）がβo2特性を示したグラフである。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る集光板において、頂部が球状で屈折型角錐／円錐の場合の光線追跡を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る集光板との対比に用いた、凹凸の凸部の形状が、図１２（ａ）が４角錐、図１２（ｂ）が円錐形状に入射する入射光の座標モデルを示した図である。
【図１３】図１２に示した集光部形状図１２（ａ）および図１２（ｂ）において、ＸＹ平面の入射角βi、ＸＺ平面での入射角γが変化したときの各集光部の入射透過光量の推移を示したグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態に係る屈折型の集光構造による入射面積と、単純な４角錐、平面の場合の入射面積を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態に係る集光板及びそれを用いた太陽電池モジュールについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る集光板を用いた太陽電池モジュールの構成を示した斜視図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール用集光板を示した斜視図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る集光板の構成を示した断面図である。図３（ａ）は、集光板１を基板上面に構成した場合の断面図であり、図３（ｂ）は、集光板１を平板状の太陽電池用基板３の上面に装着した場合の断面図である。また、図４は、本発明の一実施形態に係る集光板状の集光部の断面形状を示した図であり、図４（ａ）は、集光部が屈折型角錐形状の断面を示した図であり、図４（ｂ）は、集光部の頂部が球状の角錐形状の断面を示した図であり、図４（ｃ）は、集光部の頂部が球状で、屈折型角錐形状の断面を示した図である。また、図５は本発明の一実施形態に係る集光板において、集光板集光部入射角βr、角錐傾斜角α１およびα２と対向面で１回反射して太陽電池に入射する場合の太陽電池入射角βo2の角錐の場合と、屈折型の場合の関係を示したグラフである。そして、図６は、本発明の一実施形態に係る集光板において、集光板集光部入射角βr、角錐傾斜角αと、角錐の対向面反射入射領域Lxの関係を示すグラフである。これらの図において、本発明の一実施形態に係る集光板１は、透明基板２を備えている。
【００１１】
図１に示すように、集光板１は、透明基板２の表面である第１面２１は複数の凹凸を有している。この凹凸の凸部は、入射面となる表面が屈折状の角錐又は円錐としてアレイ状に配置構成されており、集光部の役割を果たす。また、下面である第２面２２は、集光板１とほぼ同じ屈折率を有するＥＶＡ樹脂等のシート状の接合材４を介して薄板状の太陽電池５と接着、一体化される。
【００１２】
第１面２１の表面の凹凸は、断面視において台形形状である第１部２３と、第１部２３の上面に位置する第２部２４とを有している。第１部２３の上面の外縁と第２部２４の下面の外縁は重なっている。このため、第１部２３と第２部２４は一体化されたものであってもよい。また、断面視において第２部２４は、第１部２３の台形の両脚の延長線よりも内側に位置している。なお、台形の両脚とは、台形の一組の平行な辺を除いた残りの２辺のことをいう。
【００１３】
集光板１を構成する透明基板２は、例えば白板ガラス板、又はＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）、ＰＣ（polycarbonate）等の透明な樹脂基板からなる。平面視において、カバーする太陽電池セルの個数及びサイズによるが、大きさＷが１００〜１０００ｍｍ程度である。また、例えば矩形状である。厚みｔは、薄いシート状でも構成でき、１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【００１４】
図２および図３に示すように、透明基板２は白板ガラス板上に直接加工し、構成する。加工方法としては平面又は３次元研削盤、ダイシングソー等で集光部形状を粗加工し、その後表面研磨加工により集光部となる凹凸の表面を鏡面化する。本発明の実施形態に係る集光板１においては、角錐又は円錐状の入射面が鏡面状であることがよい。そうでない場合と比較して、入反射面で散乱吸収が生じ、入射光が急激に減衰するおそれを低減させることができる。また、このとき、集光板１に対し入射角βrで入射した光は、太陽電池５
に入射角βoで入射する。
【００１５】
また、太陽電池５の下面は、バックシート６と呼ばれ、接合材４等によって、シート状の樹脂反射体にアルミ板等を接着した構造のものである。このとき、太陽電池モジュール７は白板ガラスからなる平板の透明基板２に上述した太陽電池５と同様に多層に構成したものである。この太陽電池モジュールは７、朝方及び夕刻時のように太陽電池５の表面への入射角が大きい場合には、透明基板２の表面での反射により太陽電池５に入射光を取り
込む事が難しく、発電量が減衰する。
【００１６】
また、図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール７で、平面状の透明基板２上に接合材４を介して樹脂材料等からなるプリズム集光板１を構成したものである。この場合に使用される樹脂材料は、透明度の高いポリカーボネート系もしくはアクリル系の樹脂材料である。それをＵＶ（Ultraviolet）樹脂又はＥＶＡ樹脂系の接合材４で
透明基板２上に固定したものである。又、透明基板２としてシート状の難燃性のフッ素フィルム、集光板１もシート状の樹脂材料を用い、両者を接着して用いてもよい。この場合には、太陽電池モジュール７として軽量化が図れる。また、朝方及び夕刻時での入射光が取り込み易くなり、発電量の増大と、安定化を図ることができる。このとき、透明基板２と太陽電池５との間に、太陽電池用基板３および第２の接合材８を介して接合されていてもよい。
【００１７】
図４（ａ）に示すように、透明基板２を構成する表面の凹凸の形状は、第２部２４が断面視において三角形状であってもよい。凹凸の大きさａ又はａ１は例えば０．５〜５ｍｍ程度であり、高さｂは、傾斜角αにもよるが０．３〜６ｍｍ程度である。第２部２４が断面視において三角形状であることによって、表面での全反射をし難くすることができるとともに、太陽電池５の中心に集光しやすくすることができる。
【００１８】
また、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、透明基板２を構成する表面の凹凸の形状は、第２部２４が断面視において半円形状であってもよい。凹凸の大きさａ又はａ１は例えば０．５〜５ｍｍ程度であり、高さｂは、傾斜角αにもよるが０．３〜６ｍｍ程度である。第２部２４が断面視において半円形状であることによって、表面にあらゆる角度から入射した光を太陽電池５の中心に集めやすくすることができる。
【００１９】
また、集光しやすさに関して以下に詳細に説明する。例えば集光板１の形状が、単純な角錐又は円錐形状の場合には、光線追跡は、入射面である角錐又は円錐の傾斜角はα、集光部への入射角がβr、集光板の屈折江率はｎ１、太陽電池の屈折率はｎ２である。実線
矢印が集光板内部の入射屈折光、反射光、点線矢印が端面反射光である。入射光の内、傾斜面での入射角βi１の入射光（集光板入射角βrが小さな場合）は、傾斜面で屈折角β1
で屈折後、直接太陽電池面に入射角βo１で入射する。傾斜面Ｋ点で入射角βi２の入射光（集光板入斜角βrが大きな場合）は、傾斜面で屈折角β２で屈折後、対向面で反射、そ
の後太陽電池面に入射角βo2で入射する。
【００２０】
太陽電池５は、垂直入射の方が効率良く発電できるので、一度対向面で反射させてから入射させた方が太陽電池への入射角βoが小さくできるのでよい。また、傾斜入射面で反
射した光は、隣接の円錐又は角錐集光部の傾斜面に角度γ０で入射、角度γ１で屈折、対向面で反射後、角度βo２で太陽電池面に入射する。上述したように第２部２４が断面視
において三角形状または半円形状であることによって、入射角βi３の入射光（集光板入
射角がほぼ９０°の場合）は、角度β３で屈折後、対向面に透過し、隣接の角錐又は円錐集光部の傾斜面に入射、透過し、再び透過する際に、端面反射光が発生する。その端面反射光が太陽電池５への入射光となり、それを繰り返す。このように、集光板１への入射光は、透過光、反射光に関わらず太陽電池５に入射する。
【００２１】
図５は、集光板入射角βr−太陽電池入射角βo２を示したグラフであり、横軸がβr（
°）、縦軸がβo２（°）である。図５に示すように、本発明の実施形態のうち第２部２
４が三角形状のときの、α１＝６５°、α２＝４５°の場合、α１＝６５°、α２＝６０°の場合の上部集光板への入射角βrと太陽電池入射角βo２の関係と単純な角錐の場合の比較を示したグラフである。角錐状の場合、α＝４５°の場合、９０°≧βr≧４５°の範囲で、太陽電池入射角が４５°≧βo２≧１８°になるが、屈折型形状の場合、９０°≧βr≧０°の範囲で、太陽電池入射角は、２２°≧βo２≧―３２°となる。従って、角錐状のα＝４５°の場合と比較して太陽電池５にβo2で入射するβrの入射範囲が２倍広く、太陽電池５への入射角βo2は、角錐状の場合の最大４５°に対して、最大３２°と小さい範囲で変動する。つまり、屈折型形状の場合には小さい範囲で変動することができる分だけ効率よく、安定して太陽電池５に光を入射させることができる。
【００２２】
また、α１＝６８°、α２＝６０°の屈折型の場合は、２９°≧βo２≧―２４°とな
り、βo２となる入射角βrの範囲がα＝６０°の場合に比較して広く、同じ傾斜角αの単純な角錐型に比較し、５０°≧βｒ≧０°の範囲で、同じ入射角βrに対し屈折型（第２
部２４が三角形状）の方が太陽電池への入射角βo２の値が小さい。また、後述する図７
の屈折型において、同じ入射角βrに対し、対向面入射領域Ｌｘは、屈折型の方が角錐型
に比較して広く、入射光のβo２となる入射領域Ｌｘが広く、同様効率よく、安定して太
陽電池に入射する。屈折型の場合、集光部５へのβo2となる入射光の入射角範囲βｒが９０°≧βｒ≧０°と広く、また対向面入射領域Ｌｘが広くなる為、ランダムな入射方向の光である散乱光に対する集光に対しても有効である。
【００２３】
図６は、集光板１上面の角錐又は円錐形状斜面の対向面反射入射領域Ｌｘと傾斜角αごとの集光板入射角βrの関係を示した対向面反射入射領域Lx-入射角βｒのグラフである。横軸がβｒ（°）で縦軸がLx（×amm）である。入射面の斜面長Ｌは、aを集光部１の底面の長さとして規格化したものである。例えば、α＝６０°の場合、斜面長Ｌ=ａｍｍ、９
０°≧βr≧１５°の範囲で、対向面入射領域は、０．８ａ≧Ｌｘ≧０となり、１５°≧
βr≧０°の範囲では、β１≧２α―９０°となり、対向面で反射せず、直接入射角βo１で太陽電池に入射する。又、９０°≧βr≧１５°の範囲では、Ｌｘは、入射角βｒに依
存し、ほぼ比例関係にある。即ち、入射角βｒが大きい程反射入射領域Ｌｘは大きくなる。傾斜角α≧６３°の場合、入射角βrが大きくなると、対向面での入射角が小さく臨界角以下になる為、対向面で透過する。対向面反射入射領域Ｌxは、入射角βｒが大きくなるにつれて増大、傾斜面領域Ｌのほぼ７０〜８０％程度になる。
【００２４】
図７は本発明の一実施形態に係る屈折型の光線追跡を示したもので、下部傾斜面の角度がα１、上部傾斜面の角度がα２、下部底面の長さがａ１、上部底面の長さがａ２、Ｌ１は、上部斜面の長さ、Ｌ２は、上部集光部５が間隔ａ１の角錐又は円錐断面形状の場合の傾斜面から対向面底面への法線である。又、屈折型の条件としては、
ａ１＞ａ２、α１＞ｔａｎ−１｛（a１＋ａ２）／(ａ１―ａ２)tanα２｝＞α２
であるのがよい。集光部としての凹凸の上部傾斜面の下端からの法線と下部傾斜面との交点より、下部傾斜面高さｂ１を長くする事を意味する。それにより対向面反射入射領域Ｌｘの範囲を広げ、入射光を１度対向面で反射させ、太陽電池への入射角βoを０度近傍に
偏向させる事ができる。
【００２５】
また、入射角βｒ＝α２の場合、集光部５の上部入射面Ｌ１に垂直に入射する。α２≧βｒ≧０°の場合、対向面反射入射領域Ｌxは、入射角βｒの増大により、Ｌ１≧Ｌｘ≧０の範囲で増大し、βｒ＝α２の場合は、Ｌｘ＝Ｌ１である。９０°≧βｒ≧α２の場合、対向面反射入射領域Ｌxは、Ｌ１+Ｌａ≧Ｌｘ≧０の範囲になる。
【００２６】
角錐又は円錐形状の場合は、α２≧βｒ≧０°の場合、対向面反射入射領域Ｌxは、Ｌ
２≧Ｌｘ≧０の範囲になる。βｒ＝α２の場合は、最大はＬｘ＝Ｌ２になる。明らかにＬ１＋Ｌａ＞Ｌ２であり、等間隔ａ１で集光板を構成する場合、屈折型にした方が、一度対向面にて反射、太陽電池面に入射角βo２として入射できる範囲Ｌｘが広く、それにより
太陽電池面に０度に近い入射角で入射させる事ができる。又等間隔ａ＝ａ１、傾斜角度α＝α２、α１＞αとした場合、屈折型（第２部２４が三角形状）の方が集光部５の入射面積を広くとる事ができるので、直達光で入射させる場合、又散乱光に対しても効率良く集光する事ができる。
【００２７】
図８のグラフは、単純な角錐又は円錐形状の場合の集光板入射角βr（９０°≧βr≧０°）と、傾斜面入射光が角度β１で屈折後、一度対向面でβ２で反射、角度βo２で太陽電池に入射する場合の傾斜角αごとの関係を示した、、集光板入射角βr−太陽電池入射角βo２であり、横軸がβr（°）、縦軸がβo２（°）である。図８に示すように、傾斜角αが小さい程、右側上方にシフトする。ここで、傾斜角α＝４５°の場合、βr≧４５°の場合、βo２が示されている。４５°≧βr≧０°の場合、全ての傾斜面領域で、入射光は対向面で反射せず、直接太陽電池面に入射角βo１で入射する。傾斜角α＝６０°の場合は、１５°≧βr≧０°の場合、全ての傾斜面領域で、同様対向面で反射せず、直接太陽電池面に入射角βo１で入射する。又、α＝７２°の場合、９０°≧βr≧６５°の範囲は、入射屈折光は対向面で臨界角以下で入射となる為、透過光となり、隣接した集光部１の斜面に入射する。α＝６８°、６５°、６３°の場合も同様な傾向をもつ。図５から、α＝６５°の場合、７５°≧βr≧０°の範囲において＋２０°≧βo２≧−２０°となり、集光板入射角βrの変化に対し、太陽電池入射角βo２が±２０°以内に納まり、太陽電池への入射角βoが０°に近い範囲で安定する。
【００２８】
図９は本発明の一実施形態に係る集光板１の表面の凹凸の第２部２４が断面視において半円形状の場合には、第２部２４は半球状である。第２部２４は半径ｒの球状としており、球状面の集光板１への入射光が、中心軸に集束するように作用する。また、傾斜角αの傾斜面からの入射する光の光線追跡は単純な角錐形状の場合と同様である。
【００２９】
図１０は、図９の実施形態に係る、傾斜角α＝６０°、ａ１＝０．２５ｍｍ、ａ２＝１．０ｍｍ、ｒ＝０．１４ｍｍの場合の、頂部球状面Θr＝０°〜６０°の位置での各入射光の入射角βrと直接太陽電池に入射する入射角βoの関係を示したグラフであり、球面上の角度位置Θｒにより異なる。図１０（ａ）は、第２部２４が球状である角錐のβr−βo１特性で、第２部２４からの入射光が、入射角βｒで入射した場合に太陽電池５の表面に直接入射角βo1で入射する場合である。図１０（ｂ）は、第２部２４が球状である角錐のβr−βo２特性一度角度αの傾斜面で反射した後、太陽電池面に直接入射角βo2で入射する場合である。それぞれ、横軸がβr（°）で縦軸がβo１（°）またはβo２（°）である。
【００３０】
図１０（ａ）、（ｂ）のグラフで示されているように、例えばΘｒ＝０°から入射した入射光は４５°≧βr≧０°の範囲では、２８°≧βo1≧０°として直接入射、９０°≧
βｒ≧４５°の範囲では、−２０°≧βo2≧−３０°で、傾斜面で反射して入射する。角錐形状の場合、同範囲で、５０°≧βo1≧２７°、１０°≧βo2≧―２０°である。頂部が球状の場合、反射を介さず直接太陽電池に入射するβo1が大きく改善され、全体的にも太陽電池入射角変動が緩和される。Θr＝３０°の場合は、３０°≧βr≧０°の範囲で、３０°≧βo1≧１１°で入射、９０°≧βｒ≧３０°の範囲では、４°≧βo2≧−３０°となる。
【００３１】
この条件の場合には、全て直接太陽電池面に直接入射する。即ち、図９に示したような頂部半球入射光は、βrが、４５°≧βrの場合のみ、３０°≧βo１の範囲内で、直接太
陽電池に入射する。入射光の入射角βrが、βr≧４５°の場合、下部傾斜面で1回反射後
、太陽電池に入射角βo２で入射する。その場合の入射角範囲は、３０°≧βo２≧−３０°となる。この場合も、βo1の範囲が小さくなる。単純な角錐形状と比較し、球面上に入射した入射光は、入射角βｒの変動に対する太陽電池に直接入射する場合の光の入射角βo１の変動を小さくする事ができ、太陽電池発電の安定化と発電量増加に向け有効である。
【００３２】
図１１は、本発明の一実施形態に係る集光板１のうち、第２部２４を半円形状にし、第１部２３を台形形状とし、さらに第１部２３の下に台形形状を有する構造における光線追跡を示した図である。上述した第２部２４が半円形状である場合と同様な特性を有し、球状面への入射光による太陽電池５への直接入射光の入射角βo1の角度及び変動が小さい。また、対向面反射領域Ｌｘが大きくなり、球面及び屈折型両方の効果を併せ持つものである。
【００３３】
図１２は、集光部５が図１２（ａ）は角錐状、図１２（ｂ）円錐状の場合の上面及び断面図で、最下段が頂部からｂ１の所にある断面である。その断面部側面への入射光のＸＹ平面での入射角をβi、ＸＺ平面での入射角をγとする。又、各範囲は共に９０°≧βi≧０°、９０°≧γ≧０°となる。範囲２ｂ１/ｔａｎαへの入射光量を１とし、入射光範
囲βi＝０°、４５°、６０°に対する、ＸＺ平面の角度γに対する入射光量の推移を示
したのが図１３のグラフである。図１３は、入射透過光量比較を示したグラフで、横軸が入射角γ（°）、縦軸が入射透過光量である。集光部５が円錐状の場合、ＸＺ平面での入射角γの変化に対し、一定の入射光量となる。
【００３４】
但し、入射側面の位置によりフレネル反射が変化し、図１２（ｂ）のＸ軸及びＺ軸上の入射の場合は最大となるがそこから外れた曲面への入射の場合、フレネル反射の増大により、入射光が減り、Ｘ軸に平行な入射光の場合、Ｚ軸上では入射光は０になる。図１２（ａ）の４角錐の場合、ＸＺ平面での入射角γ＝０°、９０°の場合、各1面のみからの入射となるが、それ以外の入射角γでは２面からの入射となり、入射範囲が広がる。また、入射面平面が平面状となる為、入射角γによりフレネル反射は一意的に設定される。従って、集光部５が円錐状に比較して入射透過光量は増大する。入射角０°、９０°の場合は、約１０％、入射角が４５°の場合、５０％程度増大する。この結果から、集光部としての凹凸の形状は、角錐形状の方が集光部５内に入射光を入射し易く、かつ入射量が多くなり、集光部形状として適している事がわかる。
【００３５】
また、第１面２１の複数の凹凸は、縦横に並んで設けられていてもよい。このとき、均一に光を集めることができることから、等間隔であるのがよい。また、このとき凹凸の外縁は隣合う列の凹凸の各中心の延長線上に配置されていてもよい。つまり、半ピッチずれた状態になっている。このような構成であることによって、様々な角度の入射光に対して多くの光を太陽電池５に届けることができる。
【００３６】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る集光板１及びそれを用いた太陽電池モジュール７によると、集光板入射面形状を屈折型にする事により、集光板入射角βｒの変化に対し、対向面で反射させる入射領域Ｌｘを増大させることができる。また、太陽電池５への入射角βo2を小さくでき、その入射角度変動を減少、安定化させる事ができる。また、上面を球状とする事により対向面で反射せず直接入射する入射光の入射角βo1を小さくでき、入射角変動による太陽電池への入射光の変動を減じ、太陽電池の発電量を安定化する事ができる。図１４は、横軸がα２（°）で縦軸が入射面積Sの入射面積の比較を示
したグラフである。図１４では４角錐の場合および平面の場合と比較して、屈折型（第２部２４が三角形状）の場合の入射面積に対する集光量の。図１４に示すように入射面積が大きくなると、太陽電池５に届く光の量を多くすることができる。つまり、あらゆる入射角に対して入射しやすくする事ができるため、通常の太陽電池と比較して、入射面積が増大する。この事から、総発電量が２０〜３０％増大し、散乱光等のランダムな入射にも有効で、雲天時での発電量は２００〜３００％程度増大でき、太陽電池の発電量の増大と安定化に寄与する。
【００３７】
なお、本発明は上述の実施形態の例に限定されるものではなく、数値などの種々の変形は可能である。なお、本実施形態における特徴部の種々の組み合わせは上述の実施形態の
例に限定されるものでない。
【符号の説明】
【００３８】
１：集光板 
２：透明基板
２１：第１面
２２：第２面
２３：第１部
２４：第２部
３：太陽電池用基板 
４：接合材 
５：太陽電池 
６：バックシート
７：太陽電池モジュール
８：第２の接合材
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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