(57)【要約】【課題】入射面に入射された太陽光線のほとんどを、太陽電池に効率良く導くことができる、簡単かつ安価な構造の、集光手段を具える太陽電池を提供する。【解決手段】側面形状がほぼ直角三角形をなす透光部材１の、相互に直交する一方の面を太陽光線の入射面２とするとともに、他方の面に太陽電池３を縦姿勢で取付け、その透光部材の傾斜面を、入射した太陽光線の反射面４としてなる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面形状がほぼ直角三角形をなす透光部材の、相互に直交もしくはほぼ直交する一方の面を太陽光線の入射面とするとともに、他方の面に太陽電池を縦姿勢で取付け、その透光部材の傾斜面を、入射した太陽光線の反射面としてなる集光手段を具える太陽電池。
【請求項２】
透光部材の反射面に、それの幅方向に延びる複数本のＶ字状溝を全体的に設けてなる請求項１に記載の集光手段を具える太陽電池。
【請求項３】
太陽電池を有機半導体太陽電池としてなる請求項１もしくは２に記載の集光手段を具える太陽電池。
【請求項４】
有機半導体太陽電池を色素増感形太陽電池としてなる請求項３に記載の集光手段を具える太陽電池。
【請求項５】
色素増感形太陽電池を電解液循環型としてなる請求項４に記載の集光手段を具える太陽電池。
【請求項６】
反射面としての傾斜面に、シースルー型の他の太陽電池を取付けてなる請求項１〜５のいずれかに記載の集光手段を具える太陽電池。
【請求項７】
反射面としての傾斜面に、反射層を設けてなる請求項１〜５のいずれかに記載の集光手段を具える太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、集光手段を具える太陽電池に関し、とくに簡単かつ安価な構造にして、集光効率を高める技術を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池のための集光装置としては、樋型平面鏡、樋型複合放物面鏡等の反射鏡の他、凸レンズ、フレネルレンズ等のレンズを用いたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、このような従来装置によってなお、太陽光線を、十分に満足できるほどに高い効率で太陽電池に集光することは困難であった。
そこでこの発明は、入射面に入射された太陽光線のほとんどを、太陽電池に効率良く導くことができる、簡単かつ安価な構造の、集光手段を具える太陽電池を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る、集光手段を具える太陽電池は、側面形状がほぼ直角三角形をなす透光部材、好ましくは透明部材の、相互に直交する一方の面を太陽光線の入射面とするとともに、他方の面に太陽電池を縦姿勢で取付け、その透光部材の傾斜面を、入射した太陽光線の反射面としたものである。
【０００５】
ここで透光部材は、たとえば、ポリスチレン、スチレン・メチルメタクリレート共重合体、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン、アリルグリコールカーボネート樹脂、スピラン樹脂、アモルファスポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリアリルサルボン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ジアリルフタレート、フッ素樹脂、ポリエステルカーボネート、ノルボルネン系樹脂、脂環式アクリル樹脂、シリコーン樹脂、アクリルゴム、シリコーンゴムなどのポリマー材料、ガラスその他によって構成することができる。
【０００６】
これによれば、透光部材の反射面により、それの入射面に入射した太陽光線のほぼ全部を、太陽電池の取付面、ひいては、その太陽電池に入射させることができ、これがため、透光部材の入射面に入射された太陽光線を、起電力の発生のために、従来技術に比してはるかに効率的に利用することができる。
【０００７】
なおここにおいて、透光部材の反射面に、横断面形状がほぼＶ字状をなしてそれの幅方向に延びるＶ字状溝の複数本を全体的に設けた場合には、入射した太陽光線の反射効率を一層高めることができる。
【０００８】
ところで、太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機半導体太陽電池等を用いることができるが、とりわけ、有機半導体太陽電池が好ましくは、なかでも、色素増感形太陽電池は、変換効率が高い利点を有する。
なおこの色素増感形太陽電池は、電解液循環型として、電解液の循環精製を可能とすることで、溶媒の揮発、光劣化、耐熱性などの問題を解決して、それの、性能の安定性および耐久性を向上させることができる。
【０００９】
そしてまた、反射面としての傾斜面に、シースルー型の他の太陽電池を取付けたときは、反射面から洩出する太陽光線をもまた起電力の発生のために有効に利用することができるので、太陽光線の利用効率を一層高めることができる。しかもここでは、シースルー型の太陽電池を用いることにより、そこを透過した光線を採光のために利用することができる。
【００１０】
なお、このことに代えて、反射面としての傾斜面に、塗膜層、貼着層、蒸着層等によって形成することができる反射層を設けた場合には、太陽光線の、その反射面からの洩出をより効果的に防止して、入射面と直交する面に取付けた太陽電池への入射光を一層増加させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に示すところに基づいて説明する。
図１はこの発明の実施形態を示す底面斜視図であり、図中、１は透光部材、より好ましくは、無色透明になる透明部材を示す。
この透光部材１は側面形状を、ほぼ直角三角形状とするとともに、平面および底面形状の他、図の左側からの正面形状および背面形状のそれぞれをともに方形形状とする。
【００１２】
前述したポリマー材料、ガラス等にて構成することができるこの透光部材１の、相互に直交する一方の面、図では広い方の面を、太陽光線を入射させる、水平な入射面２とするとともに、他方の面、図では、正面側の垂直面を、太陽電池３の、縦姿勢での取付面とし、そして、この透光部材１の傾斜面を、入射した太陽光線ｓの反射面４とする。
【００１３】
ここで、太陽電池３の、上記垂直面への取付けは、その垂直面一杯に行うことが、太陽光線の利用効率を高める上で好ましく、また、その電池３の取付けは、たとえば、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系等のような無色透明の接着剤を用い、接合界面で光の屈折が生じないように行うことが、太陽光線の吸収ロス、屈折洩出等を防ぐ上で好ましい。
【００１４】
このように構成してなる装置において、たとえば、水平姿勢の入射面２に対する反射面４の傾き角を４５°としたときは、その入射面２から遠く離隔する太陽からの光線ｓが、入射面２に対して垂直方向から入射されると、その入射光線の全てが、反射面４によって水平方向に反射されて太陽電池３に入射されるので、太陽光線ｓを効率よく起電力に変換することができる。
【００１５】
図２は、上述したように構成してなる装置５、すなわち、集光手段を具える太陽電池の複数個を、入射面２を面一にして幅方向および前後方向のそれぞれに、隙間なく整列させて配置してなるモジュールの一例を示し、このようなモジュールを単位として製造、組立て等を行うことで、各種のコストを有利に低減させることができる。
【００１６】
図３は、他の実施形態を示す側面図であり、これは、透光部材１の反射面４に、透光部材１の幅方向に延びる、断面形状がほぼＶ字状をなすＶ字状溝６の複数本を、その全体にわたって、たとえば均等に設けたものである。
これによれば、各Ｖ字状溝６の、太陽電池３側に向く溝壁の延長線と、入射面２に立てた法線の延長線との交角を、３０〜５０°の範囲、なかでもほぼ４５°とすることで、その入射面２に垂直に入射される太陽光線を、すぐれた反射効率をもって太陽電池３に入射させることができる。
【００１７】
従ってここでは、Ｖ字状溝６の配設密度を高めることで、太陽電池３への入射光量を所要に応じて高めることができ、また、溝壁面による、入射光線の所期した通りの反射をもたらし得る限りにおいて、入射面２に対する反射面４の傾き角を所要に応じて選択することができるので、透光部材１の太陽電池取付面、ひいては、太陽電池それ自体の表面積に対する、太陽光線の入射面表面積を十分大きくして、電池出力を高めることができる。
【００１８】
ところで、ここにおける太陽電池３は、有機半導体太陽電池とすることが、設備コストの低減を図る上で好ましく、なかでもそれを、色素増感形太陽電池とすることが変換効率を高める上で好ましく、そして、この色素増感形太陽電池を、電解液循環型とすることが、性能の安定化および耐久性の向上をもたらす上で好ましい。
【００１９】
図４はこのような色素増感形太陽電池の断面図を示す。この電池３は、相互に平行に配設した透明電極１１および対電極１２と、それらの間を液密に封止する、図では上下の封止材１３とで区画される空間内に、酸化チタン層とすることができる酸化物半導体電極１４および色素溶液１５のそれぞれを封入してなり、多くは、透明電極１１の表面を、ガラス基板１６によってカバーしてなる。
従って、この電池３は、ガラス基板１６を、透光部材１の電池取付面７に、接着材等をもって、好ましくは取付面７の全体にわたって接合することで、透光部材１に取付けられる。
【００２０】
ここで、電池の取付面７に縦姿勢で取付けられる、かかる電池３の、電解液としての色素溶液１５の循環精製は、たとえば、各個の電池３の上端部に流出口を、そして下端部に流入口をそれぞれ設けて、たとえば、１ｃｃ／ｍｉｎ〜１０Ｌ／ｍｉｎの一定流速で、または１時間おきに１Ｌ／ｍｉｎの流速で、その色素溶液１５を循環させることにより行うことができる。
【００２１】
なおこの場合においては、図５に示すように、前述したと同様のモジュールを構成するに当って、幅方向に隙間なく隣接する複数、図では四個の透光部材１のそれぞれの電池取付面７に、全ての透光部材１に共通の電池２３を取付けたときは、流出口２３ａおよび流入口２３ｂの数および流路本数を有効に低減させることができる。
【００２２】
以上、透光部材１の一の取付面７に太陽電池３を設ける場合について説明したが、図６に例示するように、透光部材１の反射面４に他の太陽電池２４、好ましくはシースルー型の太陽電池を取付けることもでき、これによれば、反射面４にＶ字状溝６を設けると否とにかかわらず、その反射面４からの洩出光線をもまた、その太陽電池２４の起電力の発生に有効に利用することができるので、太陽光線ｓの利用効率をより一層高めることができ、また、その太陽電池２４をシースルー型とすることにより、太陽電池２４を透過した光線を採光に利用することができる。
なお、図６（ａ）は単一の装置５を示し、図６（ｂ）は複数の装置５をモジュール化した場合について示す。
【００２３】
ところで、このような太陽電池２４に代えて、塗膜層、貼着層、蒸着層等にて形成することができる反射層を設けた場合には、Ｖ字状溝６の有無にかかわらず、太陽光線ｓを電池取付面７側へ一層効率よく反射させることができるので、反射面４に、シースルー型の太陽電池等を取付けるまでもなく、太陽光線ｓをより有効に利用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
かくしてこの発明によれば、側面形状がほば直角三角形をなす透光部材を集光レンズの如くに機能させるとともに、その透光部材の一面に太陽電池を直接的に取付けることにより、簡単にして安価な構造の下で、太陽光線の集光効果を、従来技術に比して大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す底面斜視図である。
【図２】太陽電池モジュールを示す底面斜視図である。
【図３】他の実施形態を示す側面図である。
【図４】色素増感形太陽電池を示す断面図である。
【図５】色素増感形太陽電池のモジュールへの適用例を示す底面斜視図である。
【図６】太陽電池の、反射面への取付け例を示す底面斜視図である。
【符号の説明】
１　透光部材
２　入射面
３，２３，２４　太陽電池
４　反射面
５　装置
６　Ｖ字状溝
７　取付面
１１　透明電極
１２　対電極
１３　液封材
１４　酸化物半導体電極
１５　色素溶液
１６　ガラス基板
２３ａ　流出口
２３ｂ　流入口
ｓ　太陽光線
【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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