(57)【要約】【課題】垂直面等の設置環境でも良好に受光し、高い発電効率を得ることができる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュールの受光面に、受光面に光を屈折させる透明体を設けることにより、平滑面の太陽電池モジュールでは、太陽光の入射角が大きく、平滑面の太陽電池モジュールでは太陽光の大部分が表面で反射してしまうため受光効率が低下する場合でも、反射を抑え、良好に受光し、発電量を維持することのできる太陽電池モジュールを提供することができる。この光を屈折させる透明体を横方向に伸びた連続した複数本の山形構造としたり、表面に複数個の角錐構造を有する構造とすることで、太陽が高い位置にあっても、表面の反射による発電効率の低下を防ぎ、効率が極端に落ちることなく発電を行うことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する２枚の板材間に太陽電池セルを封止し、前記板材の一方又は両方を受光面とした太陽電池モジュールであって、受光面に光を屈折させる透明体が設けられていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
光を屈折させる透明体は、横方向に伸びた連続した複数本の山形構造を有しており、前記山形構造の上方向きの面は下方向きの面よりも大きい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】
光を屈折させる透明体は、表面に複数個の角錐構造を有している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４】
太陽電池セルを封止した相対向する２枚の板材は、ともに樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
太陽電池セルは両面受光型であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に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、太陽光を受光して発電する太陽電池モジュールであって、光の受光効率を高めて発電効率を向上させた太陽電池モジュールに関するものある。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池モジュールは、太陽光を受けて発電する太陽電池セルを、ＥＶＡやシリコーン等の封止材を用いて板材の間に挟持させる構造になっている。一般のモジュールでは、セル１個体では起電力が不足するため、単独のセルから構成されることは少なく、複数の太陽電池セルが直列または直並列に接続されて構成される。太陽電池セルを挟持する板材は、樹脂やガラスや金属、またはそれらの板材を張り合わせた板等でできており、一般的に表面が平滑な板状のものを用いている。
【０００３】
また、太陽電池モジュールを用いて発電を行う際に、発電効率を向上させるための様々な工夫がこれまでになされてきた。たとえば、太陽電池モジュールを固定する際に、受光面を南面に傾斜させたり、常に受光面に太陽光が垂直に当たるように太陽を自動追尾する装置を設けたりしていた。（例えば特許文献１および２）そのほかにも、レンズや鏡面を用いて集光した光を太陽電池セルに照射するようにしたり（特許文献３）、セルの配列を工夫したり（特許文献４）、様々な提案がなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２９０５３７号公報
【特許文献２】
特開２００２−３１７５４０号公報
【特許文献３】
特開２０００−２４３９８３号公報
【特許文献４】
特開２００１−２１７４４８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動追尾装置は、コストも高く、メンテナンスも必要であることから、あまり用いられていないのが現状であり、一般的には、太陽電池の設置方位や設置角度を一年を通じてもっとも効率のよいされる、南向き、設置角度４５度に取付けられているものが多い。しかしながら、製品によっては、必ずしも太陽電池モジュールを好ましい方角や設置角度に設置することができない場合もある。例えば、道路防音壁の透明遮音板や柵のパネルなどに太陽電池モジュールを設ける場合は、設置する方角は道路の向きによって決められ、設置角度も垂直となる。
【０００６】
また、両面受光型の太陽電池モジュールを設置する場合は、設置角度は地面と垂直に設置することが好ましく、このような垂直に設置される太陽電池モジュールに関しても、受光効率を向上させ発電量を増加させる方法が望まれている。
【０００７】
これら、例えば垂直に設置された場合の太陽電池の受光効率が低下する原因の一つとして、太陽が高い位置になった場合に、太陽光の入射角、すなわち受光面の垂線と入射光の成す角度が大きくなり、モジュール表面で光が反射してしまい、内部に光が到達しないことが挙げられる。入射角が大きくなると、表面で反射する光の割合が増加するため、太陽電池モジュール内部の太陽電池セルに到達する光の量が減少し、結果として発電量が低下してしまう。
【０００８】
そこで本発明は上記の如き問題点に鑑みてなされたものであり、垂直面等の設置環境でも良好に受光し、高い発電効率を得ることができる太陽電池モジュールを提供せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者は鋭意研究した結果、垂直面等に設置された太陽電池モジュールの受光面に光を屈折させる透明体を具備させることにより、板材表面の光の反射によって太陽電池セルの受光効率が低下する時間帯にも、良好に受光することができることを知得し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成としている。すなわち、相対向する２枚の板材間に太陽電池セルを封止し、前記板材の一方又は両方を受光面とした太陽電池モジュールであって、受光面に光を屈折させる透明体が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
太陽電池モジュールへの太陽光の入射角が大きい場合、凹凸の無い平滑な表面では、大部分の光が表面で反射してしまい、太陽電池セルまで届かず、受光効率が低下してしまう。受光面に光を屈折させる透明体を設けておけば、透明体は、一般的に立体的な構造を持っており、その表面の凹凸構造により、太陽光の入射角が小さくなる部分ができ、太陽光が反射するのを防ぎ、さらには光の屈折により、入射光が内部へ良好に導かれる。
【００１２】
光を屈折させる透明体の構造は、入射角度が大きくなっても良好に内部へ光を導入するような構造であれば、特に限定されるものではないが、たとえば、一定方向に伸びた線状の山形構造や、角錐構造が挙げられる。光を屈折させるための透明体は、太陽電池セルを挟みこむ板材と一体化されて形成されていても良いし、前記板材表面に取りつけるようになされていてもよい。
【００１３】
太陽電池セルを間に挟みこむ板材は、受光面側が透光性のものであれば特に限定されるものではなく、異なる材質のものを組み合わせて用いてもよい。例えば、ガラス板材、樹脂板材、金属板材、またはこれらの複合板材等が用いることができ、樹脂材であれば、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ＡＢＳ，フェノール樹脂、メラミン樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、天然ゴムやその誘導体から成るものでも良く、または前記樹脂の２種類以上から成るものでもよいし、２種類以上の樹脂板を貼り合わせたものでもよい。また、水酸化アルミニウムや水酸化カルシウム等の無機フィラーや難燃剤等を縫合して、不燃性、難燃性を具備させてもよい。また、発泡剤等を添加して発泡させたものでもよく、さらには可塑剤、安定剤、発泡助剤、紫外線吸収剤、顔料などが添加されているものでも良く、金属箔が貼り合わされているものでもよい。
【００１４】
また、光を屈折させる透明体は、水平方向に伸びた連続した複数本の山形構造を有しており、前記山形構造の上方向きの面は下方向きの面よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１５】
光を屈折させる透明体の構造が、横方向に伸びた連続した複数本の山形構造であり、したがって、受光面には斜め上方向きの平面と斜め下方向きの平面とが交互に設けられた構造になる。これにより、太陽が高い位置にあっても、山形の上方向きの面では、入射角が小さくなり、光があまり反射されることなく内部へ導入されることができ、太陽電池セルへ光を誘導することができるので、表面の反射による発電効率の低下を防ぎ、効率が極端に落ちることなく発電を行うことができる。また、連続する山形構造の上方向きの面の面積を下方向きの面積よりも大きくしておくことで、上方にある太陽からの光を大面積で、効率的に受光することが出来る。
【００１６】
また、光を屈折させる透明体は、表面に複数個の角錐構造を有していることを特徴とするものである。
【００１７】
光を屈折させる透明体の構造は複数個の角錐構造を有しているものでもよく、前記連続した複数の山形構造と同様に、角錐には上方向き面が形成され、この上方向き面では、入射角が小さくなり、光があまり反射されることなく内部へ導入されることができ、太陽電池セルへ光を誘導することができるので、表面の反射による発電効率の低下を防ぎ、太陽が高い位置にあっても効率が極端に落ちることなく発電を行うことができる。また、さらに、角錐構造としていることで、例えば南面向きに垂直に設置された場合の明け方や夕方時等の、水平方向にモジュールの入射角が大きくなる場合でも、効率良く太陽光を内部に導入することができる。
【００１８】
角錐の形状は特別限定されるものではないが、四角錐または三角錐が、平面状に密に配列された構造がよい。三角錐を密に配列するには、隣り合う三角錐の向きが反対になるように配列するとよい。また正角錐でなくてもよく、たとえば、四角錐であれば、上方面向きの面が他の面より広くなるように、頂点をずらした角錐形状てあってもよい。
【００１９】
また、太陽電池セルを封止した相対向する２枚の板材は、ともに樹脂からなることを特徴とするものである。
【００２０】
板材に樹脂製のものを用いることで、衝撃にも割れにくく、軽量の太陽電池モジュールを提供することができる。従来の太陽電池モジュールはガラスを用いたものが多く、衝撃により割れて飛散し、二次的な事故を起こす可能性があったり、重量が重く、施工のときに手間がかかったりしていた。適当な樹脂を背面板や前面板に選定することにより、それらの問題を解決することができる。受光面側に用いられる樹脂の種類は、透光性を有していれば特に限定されるものではないが、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルなどが用いられても良い。また、受光面でない面に用いられる樹脂は、必ずしも透光性を有してなくともよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ＡＢＳ，フェノール樹脂、メラミン樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、天然ゴムやその誘導体から成るものでも良く、または前記樹脂の２種類以上から成るものでもよいし、２種類以上の樹脂板を貼り合わせたものでもよい。また、水酸化アルミニウムや水酸化カルシウム等の無機フィラーや難燃剤等を縫合して、不燃性、難燃性を具備させてもよい。また、発泡剤等を添加して発泡させたものでもよく、さらには可塑剤、安定剤、発泡助剤、紫外線吸収剤、顔料などが添加されているものでも良い。また、不透明樹脂板には、金属箔が貼り合わされているものでもよい。
【００２１】
また、太陽電池セルは両面受光型であることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明は、主に垂直面に設置される太陽電池モジュールに関するものであり、この太陽電池モジュールを両面受光型とし、両受光面に光を屈折させる透明体を設けることによって、太陽の位置が高くなる季節でも十分な光が太陽電池まで到達し、年間を通して良好に発電を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面に基づき以下に具体的に説明する。図１は、本発明の太陽電池モジュールの一例を示した概略図である。複数の太陽電池セル１が板材２に挟持されており、板材２の受光面側には光を屈折させる透明体３１が設けられている。透明体３１は、横方向に伸びた連続した複数本の山形構造となっている。
【００２４】
本発明の太陽電池モジュールの一例の垂直方向の断面図を拡大したものを図２に示す。図２では、両面受光型の太陽電池セルを用いており、両表面から太陽光を受光することができる。光を屈折させる透明体も両面に設けらており、板材と一体となっている。光を屈折させる透明体３１が一体となった２枚の板材の間に、複数の太陽電池セルを封止材４を用いて挟持している。セルを封止している封止材は特に限定されるものではないが、たとえばエチレン−ビニルアセテート（ＥＶＡ），透明な変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アクリル樹脂、シリコン樹脂等の透光性を有するものを用いるとよい。
【００２５】
片面受光タイプの太陽電池セルであれば、少なくとも受光面側のみ透光性の板材で形成すればよく、光を屈折させる透明体も受光面側のみでよい。受光面でない面には、不透光性の板材を用いてもよい。両面受光型太陽電池セルの場合は、両面を透光性の材料で形成し、光を屈折させる透明体も両面に形成するのが好ましい。また、光を屈折させる透明体は、図２に示すように板材に直接形成されて一体となっていても良いし、前面板や背面板に別途形成した光を屈折させる透明体を取付けるようになされていてもよい。
【００２６】
また、光を屈折させる透明体は、横方向に伸びた連続した複数本の山形構造を有しており、垂直方向の断面は図２に示すように、連続したＶ字型である。光屈折面は、上方向き面ａと下方向き面ｂが交互に連続した構造で、上方向き面ａは、下方向き面ｂよりも大きくなるようにしてある。図３ａに、光屈折面における光の入射の模式図を示す。また、図３ｂに、参考として表面が平滑面の場合の太陽光の受光の模式図を示す。太陽が高い位置にある場合、太陽光はｃの向きから照射される。図３ｂのように平滑面であると、表面での入射角ｘが大きく反射光ｄの割合が高くなり、十分に太陽電池セルまで光が到達しない。そこで、Ｖ字型の構造を設けることによって、図３ａのように表面の入射角ｘを小さくすることができ、反射光ｄが低減できる。また、上方向き面ａを、下方向き面ｂよりも大きくしておくことで、上方からの光を受光する面積が大きくでき、かつ垂直面に対する傾斜角度ｙが必然的に４５度よりも小さくなり、上方からの光が入射したときに、入射した光ｅが屈折によってセル表面に垂直に近い角度であたるようになる。
【００２７】
この山形構造のピッチは、特別限定するものではないが、角度や全体の厚み等を考慮すると、１５ｍｍ〜３０ｍｍ程度が好ましい。また凹凸の山の高さも、谷から山までの高さが３ｍｍ〜１０程度が好ましい。この範囲を越えると、厚みが大きくなり施工に支障をきたしたり、重量が重くなり、好ましくない。
【００２８】
図４には、本発明の太陽電池モジュールの別の一例を示した表面を拡大した概略図を示す。複数の太陽電池セル１が板材２に挟持されており、板材２の受光面側には光を屈折させる透明体３２が設けられている。光を屈折させるための透明体３１は、複数の四角錐が表面に密に設けられた形状となっている。四角錐の大きさは、底面が５ｍｍ程度の正方形で高さは３ｍｍである、この大きさの四角錐が、上下に整列され、太陽電池モジュールの表面全体に設けられている。
【００２９】
また、これらの太陽電池モジュールの樹脂板の表面に、機能性の塗膜層を形成させてもよく、太陽電池の受光側の表面に光触媒含有層を形成させてもよい。光触媒には二酸化チタンが好適に用いられ、その二酸化チタンはルチル型でもよいが、活性の高さからアナターゼ型のものが好ましく、この二酸化チタンに波長領域が３００〜４００ｎｍ付近の紫外光が照射されると活性化され、強い酸化力が発現し、表面に付着した汚染物質は分解される。また、二酸化チタンの活性によって表面は、対水接触角が０度〜２０度程度の超親水状態となり、汚染物質が付着しても、容易に雨で流されるようになり、長期間にわたり表面を綺麗に保つことができる。
【００３０】
また、機能性の塗膜層は、滑雪氷性被覆層でもよい。滑雪氷性被覆層とは、表面張力が３５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下の撥水性で、且つ水滴の滑落角度が４０度以下の滑水性を示す被覆層である。該被覆層を太陽電池の受光面に形成させておけば、雪氷が表面に付着しても速やかに滑落させることができるため、雪氷が付着している時間を極力短くすることができ、発電可能時間を長くすることができると共に、積雪によるモジュールへの荷重を軽減できるため、過荷重によるモジュールの断線やその他の不具合などを防ぐことができる。
【００３１】
【発明の効果】
上述の如く、垂直面等に設置された太陽電池モジュールの受光面に、受光面に光を屈折させる透明体を設けることにより、平滑面の太陽電池モジュールでは、太陽光の入射角が大きく、平滑面の太陽電池モジュールでは太陽光の大部分が表面で反射してしまうため受光効率が低下する場合でも、反射を抑え、良好に受光し、発電量を維持することができる。また、光を屈折させる透明体を横方向に伸びた連続した複数本の山形構造とし、この山形構造の上方向きの面は下方向きの面よりも大きくすることによって、上方にある太陽からの光を良好に受光することが出来る。
【００３２】
また、光を屈折させる透明体を表面に複数個の角錐構造を有する構造とすることで、角錐には上方向き面が形成され、この上方向き面では、入射角が小さくなり、光があまり反射されることなく内部へ導入されることができ、太陽電池セルへ光を誘導することができるので、表面の反射による発電効率の低下を防ぎ、太陽が高い位置にあっても効率が極端に落ちることなく発電を行うことができる。また、さらに、角錐構造としていることで、例えば南面向きに垂直に設置された場合の明け方や夕方時等の、水平方向にモジュールの入射角が大きくなる場合でも、効率良く太陽光を内部に導入することができる。
【００３３】
また、太陽電池セルを挟持する板材に樹脂製の板材を用いることで、衝撃にも割れにくく、軽量の太陽電池モジュールを提供することができる。また、この太陽電池モジュールを両面受光型とし、両受光面に光を屈折させる透明体を設ければ、太陽の高さが高い場合においても高い発電効率を維持でき、一年を通して良好に発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態を示す断面図である。
【図３】本発明に関する光の入射の模式図である。
【図４】本発明の実施の一形態を示す断面図である。
【符号の説明】
ａ    凹凸構造の上方向き面
ｂ    凹凸構造の下方向き面
ｃ    太陽光
ｄ    反射光
ｅ    入射した光
ｘ    入射角
ｙ    傾斜角
１    太陽電池セル
２    板材
３１  光を屈折させる透明体
３２  光を屈折させる透明体
４    封止材
【図１】
2004335563.tif 000003
【図２】
2004335563.tif 000004
【図３】
2004335563.tif 000005
【図４】
2004335563.tif 000006