(57)【要約】【課題】設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明の太陽電池モジュール１は、外部から入射した光を伝播させる導光体２と、導光体２の内部を伝播する光を受光する太陽電池３と、を有するユニットを少なくとも一つ備え、導光体２は、所定の厚さを有する透光性基材からなる立体構造を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入射した光を伝播させる導光体と、前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池と、を有するユニットを少なくとも一つ備え、
前記導光体は、所定の厚さを有する透光性基材からなる立体構造を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記太陽電池が、前記導光体の端面に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記太陽電池が、前記導光体の内壁面および外壁面の少なくとも一方に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記太陽電池が、直列接続もしくは並列接続された複数の太陽電池セルからなることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
複数の前記ユニットを含むユニット集合体を備え、
前記ユニット集合体が立体構造を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記ユニット集合体の形状が、内側が貫通孔となった筒状体であることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記ユニット集合体を構成する前記ユニットが、前記筒状体の中心軸を含む平面で前記筒状体を切断した形状を有することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記ユニット集合体が、内側が中空となった殻状の立体構造を有することを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
複数の前記ユニットにおける複数の前記太陽電池を電気的に接続するための接続用端子を備えた請求項５から請求項８までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記導光体は、前記外部から入射した光により励起されて蛍光を発生する蛍光体を含み、
前記太陽電池は、前記光の入射によって前記蛍光体から発せられ、前記導光体の内部を伝播する蛍光を受光することを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュールを備えたことを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールからの電力により光を発する発光部と、
を備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール、太陽光発電装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽光発電装置は、複数の太陽電池パネルを太陽に向けて一面に敷き詰めた形態のものが一般的であった。一般に、太陽電池パネルは光を透過しないため、積層して配置することが難しい。そのため、電力量を確保するためには大面積の太陽電池パネルが必要となる。一方、建物の屋根のような限られた場所に装置を設置しなければならないという制約があり、得られる電力量に限界があった。
【０００３】
そこで、下記の特許文献１に、導光体と、導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子とを備えた「太陽電池モジュール」が開示されている。特許文献１の太陽電池モジュールにおいて、導光体は、内部が中空となった球体の透光性基材からなる構造体で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１４４３６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の太陽電池モジュールでは、導光体の形状の自由度が小さく、設置形態や使用形態が制約されるという問題があった。
【０００６】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュールを提供することを目的の一つとする。また、この種の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置を提供することを目的の一つとする。また、この種の太陽電池モジュールを備えた照明装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、外部から入射した光を伝播させる導光体と、前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池と、を有するユニットを少なくとも一つ備え、前記導光体は、所定の厚さを有する透光性基材からなる立体構造を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一つの態様の太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池が、前記導光体の端面に配置されていてもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池が、前記導光体の内壁面および外壁面の少なくとも一方に配置されていてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池が、直列接続もしくは並列接続された複数の太陽電池セルから構成されていてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、複数の前記ユニットを含むユニット集合体を備えていてもよく、前記ユニット集合体が立体構造を有していてもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の太陽電池モジュールにおいて、前記ユニット集合体の形状が、内側が貫通孔となった筒状体であってもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の太陽電池モジュールにおいて、前記ユニット集合体を構成する前記ユニットが、前記筒状体の中心軸を含む平面で前記筒状体を切断した形状を有していてもよい。
【００１４】
本発明の一つの態様の太陽電池モジュールにおいて、前記ユニット集合体が、内側が中空となった殻状の立体構造を有していてもよい。
【００１５】
本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、複数の前記ユニットにおける複数の前記太陽電池を電気的に接続するための接続用端子を備えていてもよい。
【００１６】
本発明の一つの態様の太陽電池モジュールにおいて、前記導光体は、前記外部から入射した光により励起されて蛍光を発生する蛍光体を含み、前記太陽電池は、前記光の入射によって前記蛍光体から発せられ、前記導光体の内部を伝播する蛍光を受光するものであってもよい。
【００１７】
本発明の一つの態様の太陽光発電装置は、本発明の一つの態様の太陽電池モジュールを備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の一つの態様の照明装置は、本発明の一つの態様の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールからの電力により光を発する発光部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一つの態様によれば、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュールを提供することができる。本発明の一つの態様によれば、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽光発電装置を提供することができる。本発明の一つの態様によれば、上記の優れた太陽電池モジュールを備えた照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図２】太陽電池の分解斜視図である。
【図３】（Ａ）太陽電池セルの斜視図、（Ｂ）太陽電池セルの平面図、（Ｃ）太陽電池セルの裏面図、である。
【図４】導光体の水平断面において、導光体の内部で光が伝播する様子を示す図である。
【図５】導光体の垂直断面において、導光体の内部で光が伝播する様子を示す図である。
【図６】第２実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図７】第３実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図８】導光体の変形例を示す平面図である。
【図９】第４実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図１０】第５実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図１１】太陽電池モジュールの第１の装着例を示す断面図である。
【図１２】太陽電池モジュールの第２の装着例を示す断面図である。
【図１３】第６実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図１４】太陽電池モジュールの分解斜視図である。
【図１５】第７実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図１６】第８実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図１７】第９実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図１８】ユニット集合体の組合せの第１の変形例を示す平面図である。
【図１９】ユニット集合体の組合せの第２の変形例を示す平面図である。
【図２０】第１０実施形態の太陽光発電装置の概略構成図である。
【図２１】第１１実施形態の照明装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態では、円筒状の導光体を備えた太陽電池モジュールの例を挙げる。
図１は、第１実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。図２は、太陽電池の分解斜視図である。図３（Ａ）は、太陽電池セルの斜視図、図３（Ｂ）は、太陽電池セルの平面図、図３（Ｃ）は、太陽電池セルの裏面図、である。図４は、導光体の水平断面において、導光体の内部で光が伝播する様子を示す図である。図５は、導光体の垂直断面において、導光体の内部で光が伝播する様子を示す図である。
なお、以下の全ての図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２２】
図１に示すように、第１実施形態の太陽電池モジュール１は、導光体２と、太陽電池３と、を備えている。本明細書では、一つの導光体２とその導光体に取り付けられた太陽電池３とからなる組をユニットと称する。第１実施形態の太陽電池モジュール１は、一つのユニットで構成されている。導光体２は、外部から入射した太陽光などの光を伝播させる。太陽電池３は、導光体２の内部を伝播してきた光を受光する。導光体２は、所定の厚さ、例えば１〜５ｍｍ程度の厚さを有する透光性を有する基材からなる立体構造を有している。
【００２３】
導光体２は、透光性基材で構成された、円筒状の構造体である。透光性基材として、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂等の透明性の高い有機材料を用いることができる。あるいは、ガラスなどの透明性の高い無機材料を用いることもできる。ただし、透光性基材は、これらに限定されるものではない。
【００２４】
以下の説明では、導光体２の形状である円筒の中心軸に平行な軸をｚ軸、ｚ軸に垂直な面内において互いに直交する２つの軸をｘ軸、ｙ軸とする。説明を簡略するため、ｚ軸に垂直な面で太陽電池モジュール１を切断した断面を「水平断面」と称し、ｚ軸に平行な面で太陽電池モジュール１を切断した断面を「垂直断面」と称する。
導光体２の形状である円筒の上端および下端の円環状の面を「端面」と称し、円筒の内側に面する面を「内壁面」と称し、導光体２の外部空間に面する面を「外壁面」と称する。
【００２５】
図４、図５に示すように、導光体２は、外光Ｌ０（太陽光）により励起されて蛍光Ｌ１を発光する蛍光体４を内部に含んでいる。導光体２は、入射した外光Ｌ０が励起光となって蛍光体４から発せられた蛍光Ｌ１を太陽電池３に導く機能を果たす。太陽電池３は、外光Ｌ０の入射によって蛍光体４から発せられ、導光体２の内部を伝播してきた蛍光Ｌ１を受光して電力を発生する機能を果たす。本実施形態の場合、蛍光体４は、導光体２の構成材料の内部に略均等に分散して存在している。ただし、蛍光体４は、必ずしも構成材料の内部に均等に分散していなくてもよい。例えば、蛍光体４を含む蛍光体層の両側を蛍光体を含まない層で挟んだ構成を有していてもよい。すなわち、導光体２は、透光性基材／蛍光体層／透光性基材の３層構造を有していてもよい。
【００２６】
蛍光体として、例えば可視光や赤外光を吸収して可視光や赤外光を放出する蛍光体、あるいは、紫外光を吸収して可視光を放出する蛍光体が用いられる。一例として、BASF社製Lumogen F Violet 570（商品名）を０．０２％、BASF社製Lumogen F Yellow 083（商品名）を０．０２％、BASF社製Lumogen F Orange 240（商品名）を０．０２％、BASF社製Lumogen F Red 305（商品名）を０．０２％、Nile Blue A（CAS登録番号3625-57-8）を０．５％、Ir-140（CAS登録番号53655−17−7）を０．５％、Ir-144（CAS登録番号54849-69-3）を０．５％、量子ドットPbS（硫化鉛）を３％からなる複数種の蛍光体を含有したものを用いることができる。上記複数種の蛍光体を含む複合蛍光体からは、４００ｎｍ〜１５００ｎｍ程度の広い波長領域を持つ蛍光が放射される。
【００２７】
図１に示すように、太陽電池３は、導光体２の上側の端面２ａおよび下側の端面２ｂにそれぞれ設けられている。太陽電池３は、複数の太陽電池セル５で構成されている。本実施形態の場合、太陽電池３は、１０個の太陽電池セル５で構成されているが、太陽電池セル５の個数は特に限定されない。複数の太陽電池セル５は、電気的に互いに直列接続もしくは並列接続され、一つの太陽電池３を構成している。環状の太陽電池を作製することが難しい場合であっても、本実施形態の構成であれば、複数の太陽電池セル５を繋ぎ合わせることにより、導光体２の端面形状に合致した太陽電池３を実現することができる。本実施形態において、導光体２の上側の端面２ａと下側の端面２ｂとは平行である。
【００２８】
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、太陽電池セル５は、セル本体６と、セル本体６の受光面６ａの一部に形成された第１電極７と、セル本体６の受光面６ａと反対側の面の全域に形成された第２電極８と、を備えている。太陽電池セル５は、受光面６ａが導光体２の端面２ａ，２ｂと対向する向きに、例えば光学接着剤９（図５参照）を介して導光体２に固定されている。第１電極７は例えば正極であり、第２電極８は例えば負極である。
【００２９】
図２は、導光体２の下側の端面２ｂに設けられた太陽電池３の詳細な構成を示している。この例では、複数の太陽電池セル５は並列接続されている。１個の太陽電池セル５の特性が、例えば短絡電流密度：Ｊsc＝２８［ｍＡ／ｃｍ２］、開放電圧：Ｖoc＝１［Ｖ］、受光面６ａの面積がＳ［ｃｍ２］であったとする。この場合、並列接続されたｎ個の太陽電池セル５からなる太陽電池の特性は、Ｉsc＝２８×Ｓ×ｎ［ｍＡ］、Ｖoc＝１［Ｖ］となる。したがって、ユーザーが太陽電池セル５の個数を選定し、太陽電池セル５の受光面積を指定すれば、太陽電池モジュール１から得られる電力量を自由に設定できる。
【００３０】
互いに隣り合う太陽電池セル５の第１電極７は、導体１１を介して電気的に接続されている。図１では図示を省略したが、複数の太陽電池セル５の第２電極８は、環状の金属シート１２を介して電気的に接続されている。さらに、金属シート１２は、環状の絶縁シート１３により覆われている。金属シート１２が表面に露出していたとすると、金属シート１２が他のユニットもしくは何らかの導電体と接触するおそれがある。この問題に対し、金属シート１２を絶縁シート１３で覆うことにより、金属シート１２と他の部材との電気的接触が防止される。
【００３１】
絶縁シート１３は、柔らかい材質のものを用いることが好ましい。これにより、太陽電池セル５の損傷を防止することができる。また、絶縁シート１３は、白色を呈するか、もしくは光反射率の高い材質のものを用いることが好ましい。これにより、太陽電池セル５で受光しきれなかった光が絶縁シート１３で反射するため、太陽電池セル５の受光量が増え、発電量を増やすことができる。ただし、金属シート１２の絶縁や保護が必要ない場合、絶縁シート１３は必ずしも備えていなくてもよい。
【００３２】
太陽電池３は、第１電極７からの電荷を取り出すための第１電極端子１５（正極端子）と、第２電極８からの電荷を取り出すための第２電極端子１６（負極端子）と、を備えている。これらの第１電極端子１５および第２電極端子１６の位置は、自由に設定することが可能である。図２に示す例では、第１電極端子１５は、一つの太陽電池セル５の第１電極７上に設けられている。第２電極端子１６は、金属シート１２上に設けられている。
【００３３】
太陽電池セル５には、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を用いることができる。上述の太陽電池の中でも、化合物半導体を用いた化合物系太陽電池は、高効率の発電が可能であることから本実施形態に好適に用いられる。化合物系太陽電池の一例としては、半導体基板上にＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とＩｎＧａＰ層とを積層したものが用いられる。この化合物系太陽電池は、例えば４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長領域で８０％以上、５００ｎｍ〜９５０ｎｍの波長領域で９５％以上といった高い発電効率を持っている。そのため、上記の蛍光体と上記の化合物系太陽電池とを組み合わせることにより、幅広い波長領域で効率の高い発電が可能となる。
【００３４】
図４、図５に示すように、上記構成の太陽電池モジュール１においては、外光Ｌ０（太陽光）が導光体２に照射されると、外光Ｌ０が励起光となって蛍光体４が発光する。発せられた蛍光Ｌ１の多くは、導光体２の内壁面２ｃと外壁面２ｄとの間で全反射を繰り返しながら導光体２の内部に閉じこめられた状態で導光する。図４に示す円周方向においても、導光体２がある程度大きい曲率半径を有していれば、吸収損失がない限り、導光を続けることができる。図５に示すように、蛍光Ｌ１は、導光を続けるうちに導光体２の端面２ａ，２ｂに到達し、太陽電池セル５に入射する。
【００３５】
本実施形態の太陽電池モジュール１は、導光体２が立体構造を有しているため、太陽から直接到達する光だけでなく、雲、地面、建築物等で反射、散乱され、あらゆる方向から到達する光を受光することができる。そのため、高い発電効率を得ることができる。特に本実施形態の場合、導光体２が円筒状を呈しているため、導光体２を、建築物の屋根等に載置するだけでなく、例えば任意の突起物の外側に嵌め込むように設置することができる。また、第１電極端子１５および第２電極端子１６の位置が自由に設定できるため、これらの電極端子の位置によって導光体２の形状の自由度が制約を受けることがない。
【００３６】
また、導光体２が所定の体積を有していても、導光体２の内部が中空の空間であるため、太陽電池モジュール１を軽量化することができる。また、導光体２の体積に対して太陽電池モジュール１の設置面積が小さくて済む。これらの効果により、土台の強度がそれ程高くない場所、もしくは面積が限られた場所に本実施形態の太陽電池モジュール１を設置することができ、設置場所の自由度が向上する。
このようにして、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュール１を提供することができる。
【００３７】
太陽電池モジュール１において、例えば導光体２を挟んで対向する２組の太陽電池３のうち、一方の太陽電池３の第１電極端子１５と他方の太陽電池の第２電極端子１６とを互いに電気的に接続すると、２組の太陽電池３が直列回路を構成する。このとき、一つの太陽電池３の特性として、短絡電流：Ｉsc＝Ｉ［ｍＡ］、開放電圧：Ｖoc＝Ｖ［Ｖ］であれば、太陽電池モジュール１全体の特性はＩ［ｍＡ］、２×Ｖ［Ｖ］となる。これに対し、双方の太陽電池３の第１電極端子１５同士、第２電極端子１６同士を互いに電気的に接続すると、２組の太陽電池３が並列回路を構成する。このとき、一つの太陽電池３の特性として、Ｉsc＝Ｉ［ｍＡ］、Ｖoc＝Ｖ［Ｖ］であれば、太陽電池モジュール１全体の特性は２×Ｉ［ｍＡ］、Ｖ［Ｖ］となる。したがって、ユーザーが接続形態を選択することにより、得られる短絡電流値と開放電圧値を変更可能な太陽電池モジュール１を実現できる。
なお、ＩscやＶocの増大は出力電力量の増大につながり、太陽電池モジュール１の性能向上に寄与する。
【００３８】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。
第２実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第１実施形態と同様であり、太陽電池の設置位置が第１実施形態と異なるのみである。
図６は、第２実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
図６において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３９】
第１実施形態においては、太陽電池３は、導光体２の上側の端面２ａおよび下側の端面２ｂにそれぞれ設けられていた。これに対し、図６に示すように、第２実施形態の太陽電池モジュール２１では、２組の太陽電池３が、導光体２の内壁面２ｃに沿って設けられている。太陽電池セル５は、受光面６ａが導光体２の内壁面２ｃと対向する向きに、例えば光学接着剤等を介して導光体２に固定されている。図示を省略するが、本実施形態の場合も、複数の第２電極８を電気的に接続するための金属シート、金属シートを保護するための絶縁シートが設けられていることが望ましい。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４０】
本実施形態においても、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュールを提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４１】
なお、本実施形態では２組の太陽電池３が設けられているが、導光体２の内壁面２ｃに設置する太陽電池３の組数は問わない。また、太陽電池３は、導光体２の外壁面２ｄに沿って設けられていてもよいし、内壁面２ｃと外壁面２ｄの双方に設けられていてもよい。
【００４２】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
第３実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第１実施形態と同様であり、導光体の形状が第１実施形態と異なるのみである。
図７は、第３実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
図７において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４３】
第１実施形態においては、導光体２の上側の端面２ａと下側の端面２ｂとは平行であった。これに対して、図７に示すように、第３実施形態の太陽電池モジュール３１においては、導光体３２の上側の端面３２ａと下側の端面３２ｂとは平行ではない。この例では、導光体３２の下側の端面３２ｂはｘｙ平面に平行な面であり、導光体３２の上側の端面３２ａはｘｙ平面と交差する面である。太陽電池３は、導光体３２の上側の端面３２ａと下側の端面３２ｂとに設けられている。図示を省略するが、本実施形態の場合も、複数の第２電極８を電気的に接続するための金属シート、金属シートを保護するための絶縁シートが設けられていることが望ましい。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４４】
本実施形態においても、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュール３１を実現できる、といった第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
［導光体の変形例］
上記実施形態では、円筒状の導光体の例を示したが、導光体の水平断面の形状は必ずしも円に限るものではない。図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す導光体３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃのように、三角形、台形、正方形、長方形、六角形等の多角形でもよい。図８（Ｄ）に示す導光体３４Ｄのように、多角形の頂点が丸みを有する形状でもよい。図８（Ｅ）〜（Ｆ）に示す導光体３４Ｅ，３４Ｆのように、楕円形や２個の楕円形が組み合わされた形状でもよい。その他、曲線を含む不定形、直線を含む不定形、曲線と直線とを含む不定形等でもよい。
【００４６】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図９を用いて説明する。
第４実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第１実施形態と同様であり、導光体の形状が第１実施形態と異なるのみである。
図９は、第４実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
図９において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４７】
図９に示すように、第４実施形態の太陽電池モジュール４１は、円筒の中心軸を含む平面（ｘｙ平面と直交する平面、例えばｘｚ平面）で円筒を半分に割った形状の導光体４２を備えている。太陽電池３は、円筒を半分に割ったときの切り口にあたるｘｚ平面に平行な端面４２ａ，４２ｂに設けられている。図示を省略するが、本実施形態の場合も、複数の第２電極を電気的に接続するための金属シート、金属シートを保護するための絶縁シートが設けられていることが望ましい。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４８】
本実施形態においても、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュール４１を実現できる、といった第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００４９】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１０〜図１２を用いて説明する。
第５実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第１実施形態と同様であり、導光体の形状が第１実施形態と異なる。
第５実施形態の太陽電池モジュールは、２組のユニットからなるユニット集合体を備えた例である。
図１０は、第５実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
図１０において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図１０に示すように、第５実施形態の太陽電池モジュール５１は、円筒の中心軸を含む平面（ｘｙ平面と直交するｘｚ平面）で円筒を半分に割った形状の導光体５２を含むユニット５３を２組備えている。２組のユニット５３はユニット集合体５４を構成し、ユニット集合体５４が立体構造を有している。ユニット集合体５４は、内部が貫通孔となった筒状体を構成する。太陽電池３は、筒状体の中心軸に垂直なｘｙ平面に平行な端面５２ａ，５２ｂに設けられている。図示を省略するが、本実施形態の場合も、複数の第２電極を電気的に接続するための金属シート、金属シートを保護するための絶縁シートが設けられていることが望ましい。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５１】
本実施形態においても、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュール５１を実現できる、といった第１〜第４実施形態と同様の効果が得られる。
【００５２】
第５実施形態の太陽電池モジュール５１は、例えば円柱状の構造物Ｍの外面を囲むようにして、構造物Ｍに対して後付けで取り付けることができる。この場合も、第１電極端子１５および第２電極端子１６の位置が自由に設定できるため、これらの電極端子の位置によって導光体５２の形状の自由度が制約を受けることがない。さらに、導光体５２が所定の強度を有しているため、太陽電池モジュール５１は、太陽光発電装置の構成部材でありながらも、構造物Ｍの補強材としても機能する。太陽電池モジュール５１は、例えば街路灯、電柱、吊り橋に取り付けるなど、ユーザーが希望する場所に取り付けることができる。
【００５３】
太陽電池モジュール５１を構造物Ｍに取り付ける形態として、例えば図１１に示すように、導光体５２の一部にフランジ５６を設けておき、２組のユニットのフランジ５６同士をボルト・ナット、ネジ、ビス等の締結部材５７で締結してもよい。もしくは、図１２に示すように、導光体５２の外側をバンド、ベルトなど、帯状もしくは紐状の結束部材５８で結束してもよい。これらの固定の形態であれば、取り付け用の特殊なアタッチメントを構造物Ｍに設ける必要がなく、取り付け作業が容易である。
【００５４】
また、導光体５２の内部での光の伝播時の損失を抑えるために、導光体５２と構造物Ｍとが接触する場合には、導光体５２と構造物Ｍとの間に光反射材を挿入することが望ましい。あるいは、導光体５２と構造物Ｍとの間に空隙ができるように太陽電池モジュールを固定してもよい。
【００５５】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１３、図１４を用いて説明する。
第６実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第１実施形態と同様であり、複数のユニットを組み合せた点が第１実施形態と異なる。
第６実施形態の太陽電池モジュールは、２組のユニットからなるユニット集合体を備えた例である。
図１３は、第６実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。図１４は、太陽電池モジュールの分解斜視図である。
図１３、図１４において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図１３、図１４に示すように、第６実施形態の太陽電池モジュール６１は、第１実施形態と同様のユニット６２が導光体２の中心軸方向（ｚ軸方向）に２段積み上げられた構成を有している。２組のユニット６２は、同一の形状、同一の寸法を有し、ユニット集合体６３を構成する。本実施形態の例では、上段のユニット６２の上側端面２ａの太陽電池３と下側端面２ｂの太陽電池３、下段のユニット６２の上側端面２ａの太陽電池３と下側端面２ｂの太陽電池３、の４組の太陽電池３が全て並列接続されている。ただし、４組の太陽電池３は、全て直列接続されていてもよいし、並列接続と直列接続とが適宜組み合わされていてもよい。上段のユニット６２の下側端面２ｂの太陽電池３と下段のユニット６２の上側端面２ａの太陽電池３とは隣り合う位置にある。したがって、これらの太陽電池３が並列接続される場合には、これらの太陽電池３の間には絶縁シートが挿入されていなくてもよい。
【００５７】
本実施形態の場合、２組のユニットを積み上げた構成を示したが、３組以上のユニットを積み上げてもよく、導光体の中心軸方向（ｚ軸方向）における太陽電池モジュールの長さを自由に調整することができる。このようにして、本実施形態においても、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュールを提供できる、といった第１〜第５実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
［第７実施形態］
以下、本発明の第７実施形態について、図１５を用いて説明する。
第７実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第１実施形態と同様であり、複数のユニットを組み合せた点が第１実施形態と異なる。
第７実施形態の太陽電池モジュールは、３組のユニットからなるユニット集合体を備えた例である。
図１５は、第７実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
図１５において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５９】
第６実施形態の太陽電池モジュール６１は、同一寸法の２組のユニット６２が積み上げられた構成を有していた。これに対し、図１５に示すように、第７実施形態の太陽電池モジュール７１は、寸法がそれぞれ異なる３組のユニット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃが積み上げられた構成を有している。３組のユニット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃは、導光体７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃの直径がそれぞれ異なる。導光体７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃの直径は、上段のユニット７２Ａ、中段のユニット７２Ｂ、下段のユニット７２Ｃの順に大きくなっている。これにより、下段側に対して上段側が先細りの筒状体からなるユニット集合体７４を有する太陽電池モジュール７１を構成できる。３組のユニット７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃの中心軸方向（ｚ軸方向）の寸法は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００６０】
本実施形態においても、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュール７１を実現できる、といった第１〜第６実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
なお、本実施形態では、円筒状の導光体７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃを有する３組のユニットを用いたが、それぞれ異なる形状の導光体を有する複数のユニットを用いてもよい。
【００６２】
［第８実施形態］
以下、本発明の第８実施形態について、図１６を用いて説明する。
第８実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第１実施形態と同様であり、複数のユニットを組み合せた点が第１実施形態と異なる。
第８実施形態の太陽電池モジュールは、３組のユニットからなるユニット集合体を備えた例である。
図１６は、第８実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
図１６において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６３】
第７実施形態の太陽電池モジュール７１は、内部が貫通孔となった筒状体のユニット集合体７４を有していた。これに対して、図１６に示すように、第８実施形態の太陽電池モジュール８１は、殻状の球形の立体構造のユニット集合体８２を有している。ユニット集合体８２の内側は、閉じた空間となっている。ユニット集合体８２は、形状がそれぞれ異なる３組のユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃから構成されている。上段のユニット８３Ａおよび下段のユニット８３Ｃは、皿状の導光体８４Ａ，８４Ｃを有している。中段のユニット８３Ｂは、環状の導光体８４Ｂを有している。太陽電池３は、各ユニット８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃの端面に設けられている。
【００６４】
本実施形態では、球状のユニット集合体８２の例を挙げるが、ユニット集合体の形状は球状に限ることなく、例えば楕円球状でもよいし、多面体状でもよいし、不定形でもよい。もしくは、ユニット集合体の形状は半球状でもよく、すなわち、ユニット集合体の内側が閉じた空間となっていなくてもよい。
【００６５】
本実施形態においても、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュール８１を実現できる、といった第１〜第７実施形態と同様の効果が得られる。
【００６６】
［第９実施形態］
以下、本発明の第９実施形態について、図１７を用いて説明する。
第９実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第１実施形態と同様であり、複数のユニット集合体を組み合せた点が第１実施形態と異なる。
第８実施形態の太陽電池モジュールは、２組のユニット集合体を備えた一例である。
図１７は、第９実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
図１７において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６７】
第９実施形態の太陽電池モジュール９１は、第６実施形態のユニット集合体６３が２組、ｘｙ平面上に並べられ、電気的に接続された構成を有している。本実施形態では、２組のユニット集合体６３は、同一の形状、同一の寸法を有しているが、互いに異なる形状、互いに異なる寸法を有していてもよい。
【００６８】
２組のユニット集合体６３の各々は、自身の太陽電池３と他のユニット集合体６３の太陽電池３とを電気的に接続するための一対の接続用端子９２，９３を備えている。一対の接続用端子９２，９３は、各ユニット集合体６３の上端面の太陽電池３の第１電極端子１５（正極端子）と下端面の太陽電池３の第１電極端子１５（正極端子）とに電気的に接続された第１接続用端子９２（正極接続用端子）と、各ユニット集合体６３の上端面の太陽電池３の第２電極端子１６（負極端子）と下端面の太陽電池３の第２電極端子１６（負極端子）とに電気的に接続された第２接続用端子９３（負極接続用端子）、である。
【００６９】
本実施形態の例では、双方のユニット集合体６３の第１接続用端子９２同士が電気的に接続され、双方のユニット集合体６３の第２接続用端子９３同士が電気的に接続されている。このようにして、右側のユニット集合体６３の太陽電池３と左側のユニット集合体６３の太陽電池３とが並列接続されている。あるいは、この構成に代えて、右側のユニット集合体６３の第１接続用端子９２と左側のユニット集合体６３の第２接続用端子９３とが電気的に接続され、右側のユニット集合体６３の第２接続用端子９３と左側のユニット集合体６３の第１接続用端子９２とが電気的に接続されていてもよい。この場合、右側のユニット集合体６３の太陽電池３と左側のユニット集合体６３の太陽電池３とが直列接続される。
【００７０】
このように、複数組のユニット集合体６３を電気的に接続すると、太陽電池モジュール９１の出力電力量を増やすことができる。例えば１組のユニット集合体６３の特性がＩsc＝Ｘ［ｍＡ］、Ｖoc＝Ｙ［Ｖ］であったとする。このとき、並列接続したＱ個のユニット集合体６３の全体で得られる特性は、Ｉsc＝Ｘ×Ｑ［ｍＡ］、Ｖoc＝Ｙ［Ｖ］となる。もしくは、直列接続したＰ個のユニット集合体６３の全体で得られる特性は、Ｉsc＝Ｘ［ｍＡ］、Ｖoc＝Ｙ×Ｐ［Ｖ］となる。さらには、並列接続と直列接続とを組み合わせてもよい。このようにして、したがって、ユーザーが接続するユニット集合体の数や接続形態を選択することにより、短絡電流値、開放電圧値等の特性を適宜調整することができる。
【００７１】
本実施形態においても、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽電池モジュール９１を実現できる、といった第１〜第８実施形態と同様の効果が得られる。
例えば連続して並ぶ円筒状の構造物に本実施形態の太陽電池モジュール９１を取り付けることもできる。また、第１接続用端子９２および第２接続用端子９３の先には、他の太陽電池モジュールを接続してもよいが、例えば蓄電池のような電力を蓄積できるデバイス、直流・交流が変換可能なインバータ等を接続してもよい。あるいは、照明装置に接続してもよい。
【００７２】
［ユニット集合体の変形例］
上記実施形態では、円筒状の導光体を備える複数のユニット集合体を組み合わせる例を示したが、ユニット集合体における導光体の水平断面の形状は必ずしも円に限るものではない。例えば図１８に示すように、六角形状の水平断面を有する導光体を備える複数のユニット集合体９５を組み合わせてもよい。もしくは、図１９に示すように、正方形状の水平断面を有する導光体を備える複数のユニット集合体９６を組み合わせてもよい。
【００７３】
図１８の例では、導光体の水平断面形状を正六角形とし、正六角形を最密充填した配置としている。ユニット集合体をこのように配置すれば、太陽電池モジュールの占有面積を小さくできる。ただし、隣り合う導光体同士が接触しているため、一つの導光体内を伝播する光が隣の導光体に入射する場合も考えられる。このような状況を避けたい場合には、例えば隣り合う導光体間に反射層を挿入する、隣り合う導光体間に間隙を設ける等の構成を採ればよい。
【００７４】
［太陽光発電装置］
以下、本発明の第１０実施形態である太陽光発電装置について、図２０を用いて説明する。
図２０は、第１０実施形態の太陽光発電装置を示す概略構成図である。
【００７５】
図２０に示すように、第１０実施形態の太陽光発電装置１００は、第１〜第９実施形態の太陽電池モジュール１０１と、インバータ１０２と、蓄電池１０３と、を有している。例えば太陽電池モジュール１０１として、図１６に示したように内部が中空の球状のものを用いれば、水上に浮かべるブイのイメージで水上発電システムを構築することができる。球状の太陽電池モジュール１０１を用いることにより、天空からの太陽光だけでなく、水面で反射する光も導光体１０４で受けることができ、発電量を増加させることができる。
【００７６】
太陽電池モジュール１０１によって得られた電力は、インバータ１０２によって直流−交流変換され、外部負荷１０５に向けて出力される。また、外部電源１０６が外部負荷１０５に接続されている。太陽電池モジュール１０１によって得られた電力は、蓄電池１０３に充電され、必要に応じて蓄電池１０３から放電される構成となっている。
【００７７】
本実施形態によれば、上記第１〜第９実施形態の太陽電池モジュール１０１を備えているため、設置形態や使用形態の自由度が高い太陽光発電装置１００を実現することができる。
【００７８】
［照明装置］
以下、本発明の第１１実施形態である照明装置について、図２１を用いて説明する。
図２１は、第１１実施形態の照明装置を示す概略構成図である。
【００７９】
図２１に示すように、第１１実施形態の照明装置１１０は、第１〜第９実施形態の太陽電池モジュール１１１からなる傘部１１２と、第１〜第９実施形態の太陽電池モジュール１１３からなる基台１１４と、発光部１１５と、を有している。この例では、傘部１１２は、４組の径が異なる円筒状のユニットの組み合わせにより構成されている。基台１１４は、１組の円筒状のユニットから構成されている。発光部１１５は、例えばＬＥＤ、蛍光管等からなり、傘部１１２の内部に配置されている。また、照明装置１１０は、蓄電池を備えていてもよい。
【００８０】
照明装置１１０においては、傘部１１２を構成する太陽電池モジュール１１１と基台１１４を構成する太陽電池モジュール１１３とが屋内光を受光して発電する。発光部１１５は、太陽電池モジュール１１１，１１３からの電力を受け取って照明光を発する。本実施形態によれば、外部電源が不要な照明装置１１０を提供することができる。
【００８１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態の太陽電池モジュールは、導光体の内部に蛍光体を含み、入射した外光が励起光となって蛍光体から発せられた蛍光が太陽電池に導光されるものであった。この構成に代えて、導光体の内部に蛍光体を含まない太陽電池モジュールであってもよい。その場合、入射した外光を反射させて導光体表面で光が全反射しやすいように、光の進行方向を変更する反射部が導光体に設けられていることが望ましい。
【００８２】
その他、上記実施形態の太陽電池モジュールにおける各種構成要素の形状、寸法、数、配置、構成材料、製造方法等については、上記実施形態で例示したものに限らず、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、太陽電池モジュール、もしくは太陽光発電装置、もしくは照明装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１,１１３…太陽電池モジュール、２，３２，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆ，４２，５２，７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ，８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃ…導光体、３…太陽電池、５…太陽電池セル、５３，６２，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ…ユニット、５４，６３，７４，８２，９５，９６…ユニット集合体、９２…第１接続用端子（接続用端子）、９３…第２接続用端子（接続用端子）、１００…太陽光発電装置、１１０…照明装置、１１５…発光部。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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