(57)【要約】  【課題】  反射光による発電能力向上効果を損なうことなく、太陽電池素子と太陽電池素子外周部や太陽電池素子間の色の差により設置外観が損なわれることを低減できる太陽電池モジュールを提供すること。  【解決手段】  傾斜屋根を備えた建物の屋根上に設置するための太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールは透光性基板と、この透光性基板の裏面側に配した太陽電池素子と、この太陽電池素子の裏面側に配した階段状の反射部材とを備えたことを特徴とする。  【選択図】  図１
2005209957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜屋根を備えた建物の屋根上に設置するための太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールは透光性基板と、この透光性基板の裏面側に配した太陽電池素子と、この太陽電池素子の裏面側に配した階段状の反射部材とを備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記反射部材の階段上面の太陽光に対する反射率より階段側面の太陽光に対する反射率を低くし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】
傾斜屋根を備えた建物の屋根上に設置するための太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールは透光性基板と、この透光性基板の裏面側に配した太陽電池素子と、この太陽電池素子の裏面側に配した複数の反射部材とを備えるとともに、これらの複数の反射部材間に間隙からなる段差部を設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記複数の反射部材の裏面側に太陽光を吸収する特性を有する裏面部材を設けたことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記複数の反射部材を太陽電池素子間及び周辺部と対向する部位のみに配置したことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は透光性基板と、この透光性基板の裏面側に配した太陽電池素子と、この太陽電池素子の裏面側に配した反射部材とを備えた太陽電池モジュールに関し、特に建造物の傾斜角を有する屋根上に設置する太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題、省エネルギーへの関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギーを利用したシステムへの関心が高く、特に、太陽光発電装置の住宅への普及が加速されてきている。
【０００３】
太陽光発電装置は、その主要な構成要素である太陽電池モジュールにより太陽光エネルギーを電力に変換して利用することにより家庭の電気負荷を低減させるものである。住宅においては、家屋の屋根上に太陽電池モジュールを配設して利用されることが多いため、屋根上への太陽電池モジュールの取り付け構造も種々考案されている。この太陽光発電システムに使用される太陽電池モジュールは住宅屋根に代表される既設の設置面、また地上架台、陸屋根架台等に代表されるような新設された設置面に設置される。それらの設置面に設置するための太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子を直並列に接続し、強化ガラス・封入樹脂・耐候性フィルムで挟持する構造が一般的である。
【０００４】
図８は従来の太陽光発電装置に係る太陽電池モジュールの概略断面図である。
【０００５】
図８に示す太陽電池モジュール４０によれば、１０は太陽電池素子であり、たとえばシリコン等から成る半導体の光電変換効果を利用して電力が得られるように構成したものであって、このような太陽電池素子１０を複数個直列および並列に電気的に接続し、そして、耐候性のある素材で覆うように成し、所要の出力電圧や出力電流を得るようにしている。この太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池や、薄膜系太陽電池などにより構成する。
【０００６】
かかる太陽電池モジュール４０においては、太陽電池素子１０の受光面にはガラス板や合成樹脂板などの光透過板１１を配置し、その裏面である非受光面にはテフロン（R)フィルムやＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポレエチレンテレフタレート）などの耐候性フィルム１２を被着し、光透過板１１と耐候性フィルム１２との間には、たとえばＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などから成る透明な合成樹脂を介在し、充填材１６と成している。そして、これら光透過板１１、太陽電池素子１０および耐候性フィルム１２の重ね構造の矩形状の本体に対し、その各辺周囲をアルミニウム金属やＳＵＳ等から成る枠体１５を挟み込むように装着し、太陽電池モジュール４０全体の強度を高めている。また、太陽電池モジュール４０の裏面には、すなわち耐候性フィルム１２の上にはＡＢＳ樹脂などの合成樹脂やアルミニウム金属などで構成したジャンクションボックス１３を接着し、太陽電池モジュール４０の出力電力を取り出すターミナルと成している。
【０００７】
図９は従来の住宅の屋根上に太陽電池モジュールを複数載置し、太陽光発電装置とした様子を示す斜視図である。
【０００８】
図９に示す住宅の屋根上に複数の太陽電池モジュール４０を載置した太陽光発電装置３９によれば、太陽電池モジュール４０を複数配設して太陽電池アレイと成し、この太陽電池アレイで発電された電力を送電ケーブル３８および接続３７を通して系統連系インバータ３６へ送電する。さらに詳しく述べると、通常送電ケーブル３８の電線は複数本であることが多く、送電ケーブル３８の電線を接続箱３７で並列接続している。そして、太陽電池アレイで発電された直流電力を交流電力に変換する系統連系インバータ３６に入力し、一般の交流負荷に供給したり、もしくは系統連系により電力会社へ売電することができるようにしている。
【０００９】
ところで、太陽電池素子は、光電変換効率の向上を目的として設計されているため、青・濃紺・黒色などの低反射率の色をしていることが多く、前述したような太陽電池モジュール４０を家屋の外から見ると、太陽電池モジュール４０は青・濃紺・黒色の太陽電池素子の色の間を白い線が縦横に走っているように見える。
【００１０】
図１０は従来の住宅の屋根上に載置した太陽電池モジュールの色の見え方を説明する概略断面図である。
【００１１】
図１０に示すように太陽電池素子１０の隙間から太陽電池モジュール４０の裏面である非受光面に被着される耐候性フィルム１２が視認でき、しかも前記耐候性フィルム１２が白色などの高い反射率を有する色であるために太陽電池素子と太陽電池素子外周部や太陽電池素子間において大きな色の差を有するために視認しやすいものである。前記耐候性フィルム１２は太陽電池素子外周部や、太陽電池素子間に照射された太陽光を効率よく太陽電池モジュール内部に反射させ、太陽電池モジュールの発電能力を高める効果があり、この効果を高めるためには、耐候性フィルムや太陽電池素子裏面側の封入樹脂を白などの高い反射率を有する色にすることが有効である。
【００１２】
そこで、耐候性フィルムの耐候性を維持したまま、より反射性能が向上するように耐候性フィルムを役割の異なる層を多層に重ね合わせる多層構造とした技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１００７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前述したように太陽電池素子１０と耐候性フィルム１２のような色の差がある場合、例えば図９のように屋根上に設置された太陽電池モジュール１０を視認すると、高反射率を有する太陽電池素子外周部や太陽電池素子間が目立ち、青・濃紺・黒の太陽電池素子が暗色系の色によって視覚的に屋根を重厚に見せようとしてもその意図を阻害し、特に暗系色の屋根材を使用した傾斜屋根面に前記太陽電池モジュールを設置すると、屋根の一部だけに白色系の線が縦横に走ることとなり住宅の設置外観を大きく損なっていた。
【００１４】
一方、このような問題の対策として外観意匠性を重視し、黒などの低反射率の耐候性フィルムを用いて暗色系の太陽電池素子と太陽電池素子間の耐候性フィルムと極端な明暗の差を生じさせないようにする場合もあるが、反射光による発電能力向上効果が損なわれるため、太陽電池モジュールの発電能力低下を余儀なくされており、その効率低下は５５Ｗの太陽電池モジュールでおよそ５％に達し、太陽光発電として大きな発電損失を生じさせるのである。
【００１５】
また、特許文献１においては、発電効率向上のため効果の異なる層を積層した耐候性フィルムとすることは述べられているが、上述した外観意匠性を改善する方法については記述されていない。
【００１６】
そこで、本発明では従来の上述した諸問題に鑑み案出されたものであり、反射光による発電能力向上効果を損なうことなく、太陽電池素子と太陽電池素子外周部や太陽電池素子間の色の差により設置外観が損なわれることを低減できる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成させるために、本発明の太陽電池モジュールは、傾斜屋根を備えた建物の屋根上に設置するための太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールは透光性基板と、この透光性基板の裏面側に配した太陽電池素子と、この太陽電池素子の裏面側に配した階段状の反射部材とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記反射部材の階段上面の太陽光に対する反射率より階段側面の太陽光に対する反射率を低くしたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の他の太陽電池モジュールは、傾斜屋根を備えた建物の屋根上に設置するための太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールは透光性基板と、この透光性基板の裏面側に配した太陽電池素子と、この太陽電池素子の裏面側に配した複数の反射部材とを備えるとともに、これらの複数の反射部材間に間隙からなる段差部を設けたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記複数の反射部材の裏面側に太陽光を吸収する特性を有する裏面部材を設けたことを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記複数の反射部材を太陽電池素子間及び周辺部と対向する部位のみに配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に記載の太陽電池モジュールによれば、傾斜屋根を備えた建物の屋根上に設置するための太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールは透光性基板と、この透光性基板の裏面側に配した太陽電池素子と、この太陽電池素子の裏面側に配した階段状の反射部材とを備えたことで、人から太陽電池モジュールを見たとき、太陽電池素子と階段状の反射部材の階段側面との色の差が目立たなくなり、その結果、反射光による発電能力向上効果を損なうことなく、太陽電池素子と太陽電池素子外周部や太陽電池素子間の色の差により設置外観が損なわれることを低減できる。
【００２３】
また、請求項２に記載の太陽電池モジュールによれば、前記反射部材の階段上面の太陽光に対する反射率より階段側面の太陽光に対する反射率を低くしたことで、階段状の反射部材の階段側面に照射される散乱光もこの階段側面に吸収され、本考案の効果を一層高めることができる。
【００２４】
また、請求項３に記載の太陽電池モジュールによれば、傾斜屋根を備えた建物の屋根上に設置するための太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールは透光性基板と、この透光性基板の裏面側に配した太陽電池素子と、この太陽電池素子の裏面側に配した複数の反射部材とを備えるとともに、これらの複数の反射部材間に間隙からなる段差部を設けたことで、部材削減の効果の他に、人から見えるのは複数の反射部材間の間隙からなる段差部のため、太陽光等が強い場合でもそれにより生じる影で段差部となる間隙は一層暗く見える効果を得ることができる。
【００２５】
また、請求項４に記載の太陽電池モジュールによれば、前記複数の反射部材の裏面側に太陽光を吸収する特性を有する裏面部材を設けたことで、反射部材間の不連部分となる段差部は暗く（黒く）見えるようにできる。
【００２６】
また、請求項５に記載の太陽電池モジュールによれば、前記複数の反射部材を太陽電池素子間及び周辺部と対向する部位のみに配置したことで、太陽光等が強い場合でもそれにより生じる影で太陽電池素子間及び周辺部が暗く見え、しかも太陽電池素子間及び周辺部だけに反射部材を配するので、部材削減、製造が容易になるといった効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態について、模式的に示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）である。
【００２９】
図１に示すように、太陽電池モジュール２０は透光性表面部材１と耐候性フィルム４との間に透光性充填材２を介して太陽電池素子３が挟持される構造となっている。耐候性フィル４は、表面（受光面側）が図１に示されるような階段形状に成型されている。
【００３０】
次に耐候性フィルム４の各部の理想的な角度について説明する。耐候性フィルム４は太陽光を反射させて太陽電池素子の発電効率を向上させる面である棟方向面４−Ａ（屋根設置の場合に屋根の棟に平行な面）と、傾斜状態で設置された太陽電池モジュールを地上９から見たときに観測者の目に映る面である軒方向面４−Ｂ（屋根設置の場合に屋根の軒側に向いた面）とから構成され、太陽電池モジュール２０の非受光面側に前記階段形状の反射部材である耐候性フィルム４を透光性封入樹脂層かつ／または透光性耐候性フィルムかつ／または空気層を介して固定する。太陽電池モジュールの設置角度γは、傾斜屋根の屋根角度と同等になる場合が多く、一方、屋根角度は通常４寸（２１．８度）から６寸（３１．０度）程度の範囲であることが多い。棟方向面４−Ａの設置時の地上面に対する角度αは、地上面から可能な限り棟方向面４−Ａを視認させない角度がよい。観測者が遠方にいる場合を想定すると０度が理想である。また、軒方向面４−Ｂの設置時の地上面に対する角度βは、太陽からの直達光が可能な限り到達しない角度が理想的である。設置面が南向き傾斜面の場合は、設置地点における冬至正午の太陽高度以下であることが望ましい。
【００３１】
図２は本発明に係る太陽電池モジュールの太陽光に対する反射状態を説明するための側面図（一部断面図）である。
【００３２】
図２に示すように太陽光５は太陽電池素子３と耐候性フィルム４の棟方向面４−Ａ（太陽電池素子３間の隙間の部分）に照射されたのち、棟方向面４−Ａで反射された光が再度、太陽電池素子３の間を通って透光性表面部材１で再反射し、太陽電池素子３の受光面に照射されて発電に貢献するとともに、観測者６から太陽電池モジュール２０を視認した場合には軒方向面４−Ｂには太陽光５の直達光が照射されない場合が多く、この場合は軒方向面４−Ｂには散乱光のみが照射されることとなるため、地上の観測者６は主に軒方向面４−Ｂのみを視認するので、耐候性フィルム４が暗色系の低反射色に見える。
【００３３】
なお、耐候性フィルム４を白色などの反射率が高い色で製作すると、太陽光５からの入射光の大半は、複数の棟方向面４−Ａに照射され乱反射されて、その一部は透光性表面部材１や透光性充填材２を通って太陽電池素子３の受光面に照射され、これによって、太陽電池モジュールの発電量が増加することは述べたが、実験により反射がない場合に比べて約５％の発電量増加が確認されており、この反射による発電量増加効果は、耐候性フィルム４が平坦に成型されている場合と概略同等である。
【００３４】
以上詳述したとおり、太陽電池素子３の受光面は低反射色であり、太陽電池素子３間や太陽電池素子３の外周部から見える軒方向面４−Ｂも低反射色に見えるため、観測者６は太陽電池素子３と軒方向面４−Ｂの色の差を認識しがたくなり、結果、反射光による発電能力向上効果を損なうことなく、太陽電池素子と太陽電池素子外周部や太陽電池素子間の色の差により設置外観が損なわれることを低減できる太陽電池モジュールとできるのである。
【００３５】
図７は本発明に係る耐候性フィルムの他の実施形態を模式的に示した斜視図である。
【００３６】
図７に示すように、耐候性フィルムを階段状にして、棟方向面４−Ａを白色などの高反射色に着色し、軒方向面４−Ｂを黒色などの低反射色に着色した耐候性フィルム４ａとした場合は、軒方向面４−Ｂに照射された散乱光も含めて軒方向面４−Ｂに吸収される率が高くなるため、本考案の効果を一層高めることができる。
【００３７】
次にその他の構造案について、図３〜図６を基に説明する。
【００３８】
図３は本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）、図４は本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）、図５は本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）、図６は本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）である。
【００３９】
図３に示すように、耐候性フィルム４が均等厚みの板状部材を階段形状に成型または折り曲げたものとして、部材の薄型化による重量低減と、裏面表面積拡大による冷却促進の効果が得られるようにしても良い。
【００４０】
また、図４に示すように、耐候性フィルム４と透光性充填材２の間に透光性裏面部材７と空気層が介在するようにすることにより、透光性を有する太陽電池モジュール（太陽光を背面に通過させる採光型太陽電池モジュール）を通常の太陽電池モジュールと混在して設置する場合に、２種類の太陽電池モジュールを必要とせず、透光性を有する太陽電池モジュールのみを使用し、採光の必要のない場所の太陽電池モジュールに対しては本発明の階段形状に成型または折り曲げた板状の耐候性フィルムを太陽電池モジュールの枠体などに固定して取り付けることにより発電効率を向上させて、太陽光発電装置全体の総発電量を増加させる効果が得られるようにしても良い。このとき、耐候性フィルム４と透光性充填材２の間には空間が生じるので、空気の流通ができるようにして太陽電池モジュールの冷却を行い、発電効率の向上ができるようにすると好適である。
【００４１】
また、図５に示すように、太陽電池モジュールは透光性基板と、この透光性基板の裏面側に配した太陽電池素子と、この太陽電池素子の裏面側に配した複数の反射部材とを備えており、これらの複数の反射部材間が段差を有するようにしてもよい。この場合は部材削減の効果の他に、観測者から見えるのが耐候性フィルム４の間隙１４となるため、太陽光等が強い場合でもそれにより生じる影で間隙より暗く見える効果を得る事ができる。また、透光性充填材２への水蒸気侵入防止などの目的でさらに裏面部材８を設けることで、耐候性フィルム４には防湿性能が要求されなくなるとともに、裏面部材８を暗色系のものにすることで、間隙１４がより暗く（黒く）見えるようにできる。
【００４２】
また、図６に示すように、太陽電池モジュールは透光性基板と、この透光性基板の裏面側に配した太陽電池素子と、この太陽電池素子の裏面側に配した複数の反射部材とを備えており、これらの複数の反射部材間が段差を有し、さらに裏面部材８を有し、かつ太陽電池素子１０の裏面部分の太陽光が入射できない部分には前記耐候性フィルム４を配さないようにしてもよい。この場合は観測者から見えるのが耐候性フィルム４の間隙１４となるため、太陽光等が強い場合でもそれにより生じる影で間隙より暗く見え、しかも間隙の周辺部だけに耐候性フィルム４を配するので部材削減、製造が容易になるといった効果が得られる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）である。
【図２】本発明に係る太陽電池モジュールの太陽光に対する反射状態を説明するための側面図（一部断面図）である。
【図３】本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）である。
【図４】本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）である。
【図５】本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）である。
【図６】本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）である。
【図７】本発明に係る耐候性フィルムの他の実施形態を模式的に示した斜視図である。
【図８】従来の太陽光発電装置に係る太陽電池モジュールの概略断面図である。
【図９】従来の住宅の屋根上に太陽電池モジュールを複数載置し、太陽光発電装置とした様子を示す斜視図である。
【図１０】従来の住宅の屋根上に載置した太陽電池モジュールの色の見え方を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：透光性表面部材
２：透光性充填材
３：太陽電池素子
４：耐候性フィルム
４−Ａ：棟方向面
４−Ｂ：軒方向面
５：太陽光
６：観測者
８：裏面部材
９：地上
１０：太陽電池素子
１１：光透過板
１２：耐候性フィルム
１３：ジャンクションボックス
１４：間隙
１５：枠体
１６：充填材
２０、４０：太陽電池モジュール
３６：系統連系インバータ
３７：接続箱
３８：送電ケーブル
３９：太陽光発電装置
【図１】
2005209957.tif 000003
【図２】
2005209957.tif 000004
【図３】
2005209957.tif 000005
【図４】
2005209957.tif 000006
【図５】
2005209957.tif 000007
【図６】
2005209957.tif 000008
【図７】
2005209957.tif 000009
【図８】
2005209957.tif 000010
【図９】
2005209957.tif 000011
【図１０】
2005209957.tif 000012