(57)【要約】【課題】集光効率が高く、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下を抑制することが可能な太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供する。【解決手段】本発明の太陽電池モジュール１は、導光体３と、導光体３から出射された光を受光する太陽電池素子７と、を備え、導光体３は、第１主面３ａと第１主面３ａに対向する第２主面３ｂと第１主面３ａおよび第２主面３ｂに接する光出射面３ｃとを有し、外部からの光を第１主面３ａから入射させ内部を伝播させて光出射面３ｃから出射させ、太陽電池素子７は、導光体３の光出射面３ｃから出射された光を受光し、第１主面３ａおよび第２主面３ｂの少なくとも一方における導光体３の光出射面３ｃと相対的に遠い側の少なくとも一部の面の傾きが、導光体３の光出射面３ｃに相対的に近い側の面の傾きよりも大きいことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光体と、
前記導光体から出射された光を受光する太陽電池素子と、
を備え、
前記導光体は、第１主面と該第１主面に対向する第２主面と前記第１主面および前記第２主面に接する光出射面とを有し、外部からの光を前記第１主面から入射させ内部を伝播させて前記光出射面から出射させ、
前記太陽電池素子は、前記導光体の光出射面から出射された光を受光し、
前記第１主面および前記第２主面の少なくとも一方における前記導光体の光出射面と相対的に遠い側の少なくとも一部の面の傾きが、前記導光体の光出射面に相対的に近い側の面の傾きよりも大きいことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第２主面には反射部が設けられ、
前記反射部には、該反射部に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面が設けられ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３】
前記導光体は、複数設けられており、
前記各導光体は、互いの前記導光体の第１主面と前記導光体の第２主面とを対向させて積層されていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記導光体の第２主面に対向して配置された反射体と、
前記導光体と前記反射体との間に配置された、前記導光体の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、
を備え、
前記反射体には反射部が設けられ、
前記反射部には、該反射部に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面が設けられ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５】
前記反射面には反射膜が形成されている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。
【請求項６】
前記導光体と前記反射体とを含む導光体ユニットが複数設けられており、
前記各導光体ユニットは、互いの前記導光体の第１主面と、前記反射体の反射部とは反対側の部分とを対向させて積層されていることを特徴とする請求項４または５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記低屈折率層は、空気層であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記導光体の第２主面が平坦面であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記導光体の光出射面から出射された光を集光し、前記太陽電池素子に入射させる集光部材を備えていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記導光体の材料は、４００ｎｍ以下の波長に対して透過性を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールを備えることを特徴とする太陽光発電装置。
【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および太陽光発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽光発電装置は、複数の太陽電池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。一例として、建物の屋根に架台を設置し、架台上に複数の太陽電池を敷き詰めた形態の太陽光発電装置が知られている。一般に、太陽電池は不透明な半導体で構成されており、積層して配置することができない。そのため、太陽光発電装置において、電力量を確保するためには大面積の太陽電池が必要となる。
【０００３】
そこで、入射した太陽光を太陽電池に導くための導光部材を備えた太陽電池モジュールが提案されている（下記の特許文献１参照）。特許文献１に記載の太陽電池モジュールは、複数のＶ字状溝が形成された、側面形状が略直角三角形の導光部材を備え、導光部材の端面に太陽電池が取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４７７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、端面に集められる光の量が少なかった。また、導光部材のサイズを大きくした場合、入射光を導光部材の内部で伝播させて端面に集光させる過程において、入射光が複数のＶ字状溝の反射面で複数回反射される。これにより、入射光の反射面における反射角度が変わり、入射光が反射面において全反射条件を満たさなくなり外部へ抜けてしまう。その結果、端面への集光効率が低下してしまう。
一方、導光部材のサイズを大きくせずに導光部材を複数設けることも考えられるが、各導光部材に太陽電池が必要となり、コスト面を考慮すると好ましくない。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、集光効率が高く、また、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下の抑制が可能な太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置の提供を目的とする。
【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、本発明の太陽電池モジュールは、導光体と、前記導光体から出射された光を受光する太陽電池素子と、を備え、前記導光体は、第１主面と該第１主面に対向する第２主面と前記第１主面および前記第２主面に接する光出射面とを有し、外部からの光を前記第１主面から入射させ内部を伝播させて前記光出射面から出射させ、前記太陽電池素子は、前記導光体の光出射面から出射された光を受光し、前記第１主面および前記第２主面の少なくとも一方における前記導光体の光出射面と相対的に遠い側の少なくとも一部の面の傾きが、前記導光体の光出射面に相対的に近い側の面の傾きよりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記第２主面には反射部が設けられ、前記反射部には、該反射部に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面が設けられていてもよい。
【０００９】
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記導光体は、複数設けられており、前記各導光体は、互いの前記導光体の第１主面と前記導光体の第２主面とを対向させて積層されていてもよい。
【００１０】
本発明の太陽電池モジュールは、前記導光体の第２主面に対向して配置された反射体と、前記導光体と前記反射体との間に配置された、前記導光体の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、を備え、前記反射体には反射部が設けられ、前記反射部には、該反射部に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面が設けられていてもよい。
【００１１】
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記反射面には反射膜が形成されていてもよい。
【００１２】
本発明の太陽電池モジュールは、前記導光体と前記反射体とを含む導光体ユニットが複数設けられており、前記各導光体ユニットは、互いの前記導光体の第１主面と、前記反射体の反射部とは反対側の部分とを対向させて積層されていてもよい。
【００１３】
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記低屈折率層は、空気層であってもよい。
【００１４】
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記導光体の第２主面が平坦面であってもよい。
【００１５】
本発明の太陽電池モジュールは、前記導光体の光出射面から出射された光を集光し、前記太陽電池素子に入射させる集光部材を備えていてもよい。
【００１６】
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記導光体の材料は、４００ｎｍ以下の波長に対して透過性を有してもよい。
【００１７】
本発明の太陽光発電装置は、上記本発明の太陽電池モジュールを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、集光効率が高く、また、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下の抑制が可能な太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の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】同、導光体ユニットの断面図である。
【図３】同、導光体ユニットにおける反射面の作用を説明するための図である。
【図４】同、導光体ユニットの透過率特性を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図７】同、反射体の部分断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図１１】本発明の第７の実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図１２】導光体の変形例を示す断面図である。
【図１３】導光体の変形例を示す断面図である。
【図１４】太陽光発電装置の概略構成図である。
【図１５】比較例の導光体を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態の太陽電池モジュール１を示す斜視図である。
太陽電池モジュール１は、図１に示すように、互いに対向して配置された第１導光体３と第２導光体５とを有する導光体ユニット２と、導光体ユニット２から出射された光を受光する太陽電池素子７と、を備えている。
【００２１】
第１導光体３は、光入射面である第１主面３ａと、第１主面３ａと対向する第２主面３ｂと、第１主面３ａおよび第２主面３ｂに接する光出射面３ｃと、を備えている。第２導光体５は、第１主面５ａと、第１主面５ａと対向する第２主面５ｂと、第１主面５ａおよび第２主面５ｂに接する光出射面５ｃと、を備えている。第１導光体３と第２導光体５とは、第１導光体３の第２主面３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとが対向した状態で、接着部材４を挟んで接着されている。
【００２２】
なお、第１導光体３と第２導光体５とは、第１導光体３の第２主面３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとが対向した状態で、直接接触していてもよい。また、第２導光体５を設けずに、第１導光体３の第２主面３ｂに反射部が設けられていてもよい。
【００２３】
第１導光体３の第１主面３ａと第２導光体５の第１主面５ａは、互いに同じ方向（光入射側：＋Ｚ方向）を向いている。第１導光体３と第２導光体５とを光Ｌの入射方向に沿って積層されている。光を第２導光体５の第２主面５ｂに形成された反射部５Ｒで反射させることで、太陽電池素子７で取り込む。
【００２４】
第１導光体３の光出射面３ｃと第２導光体５の光出射面５ｃは、互いに同じ向きを向いている。第１導光体３の光出射面３ｃと第２導光体５の光出射面５ｃは、ＸＺ平面と平行な同一平面上に配置されており、第１導光体３の光出射面３ｃから出射された光と第２導光体５の光出射面５ｃから出射された光とが共通の太陽電池素子７で取り込めるようになっている。
【００２５】
第１導光体３の第１主面３ａは、第１光入射面３ａ１と第２光入射面３ａ２とからなる。第１光入射面３ａ１の傾きは第２光入射面３ａ２の傾きよりも大きい。第１導光体３の第２主面３ｂは平坦面となっている。第１導光体３としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。
【００２６】
本実施形態において、第１導光体３は、一例としてポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）で形成されているものとする。本実施形態で使用するＰＭＭＡ樹脂は、４００ｎｍ以下の波長に対して高い光透過性を有する材料である。ＰＭＭＡ樹脂としては、三菱レイヨン社製の「ＸＹ−０１５９」を用いる。
【００２７】
太陽光スペクトルにおいて紫外光（特に４００ｎｍ以下の光）は全体の光量の約１０％を占めるが、樹脂やガラスの中には紫外光を吸収してしまうものも多い。また、耐光性の向上のために樹脂やガラスの中に紫外光吸収剤を混入させ、紫外光を吸収させているものもある。この場合、紫外光に当たる１０％の太陽光は導光板内で吸収されてしまう。このような光のロスがあると、太陽光の有効利用ができない。そこで、紫外光を吸収しにくい材料を用いることが太陽光を有効利用する上で重要となる。本実施形態で用いるＰＭＭＡ樹脂は紫外光の吸収が少ないため、光のロスが少ない。
【００２８】
接着部材４は、第１導光体３の第２主面３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとを接着する部材である。接着部材４としては、例えば、アクリル系ＵＶ硬化型樹脂が用いられる。接着部材４の厚み（第１導光体３の第２主面３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとの間の距離）は２５μｍ程度、接着部材４の屈折率は１．５である。
【００２９】
第２導光体５は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面５ａ及び第２主面５ｂを有する板状部材である。第２導光体５としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。
【００３０】
第２導光体５の第１主面５ａは、第１導光体３の第２主面３ｂと平行な平坦面となっている。一方、第２導光体５の第２主面５ｂには、反射部５Ｒが設けられている。反射部５Ｒには、第１導光体３の第１主面３ａから入射して第１導光体３を透過し、第２導光体５に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面（緩傾斜面Ｔ２）が形成されている。
【００３１】
第２導光体５の反射部５Ｒには、Ｘ方向に延びる複数の溝Ｔが設けられている。溝Ｔは、ＸＹ平面と平行な面に対して大きな角度で傾斜した急傾斜面Ｔ１と、ＸＹ平面と平行な面に対して小さな角度で傾斜した緩傾斜面Ｔ２と、を有するＶ字状の溝である。図１では、図面を簡略化するために、溝Ｔを数本しか記載していないが、実際には、幅３００μｍ程度の細かい溝Ｔが多数本形成されている。溝Ｔは、例えば、金型を用いて樹脂（例えばＰＭＭＡ）を出射成形することにより形成されている。なお、溝Ｔは、元々平坦な第２導光体５の第２主面５ｂを切削加工することによって形成することもできる。
【００３２】
本実施形態において、第２導光体５の屈折率ｎ２は１．５である。
【００３３】
第２導光体５の反射部５Ｒには、このような溝Ｔが、急傾斜面Ｔ１と緩傾斜面Ｔ２とが互いに接するようにＹ方向に複数設けられている。反射部５Ｒに設けられた複数の溝Ｔの形状及び大きさは、全て同じである。
【００３４】
図４は、導光体ユニット２に使用した材料の透過率特性を示す図である。図４において、横軸は光の波長、縦軸は導光体ユニット２の透過率である。なお、図４では、導光体ユニット２を構成する第１導光体３および第２導光体５の双方の材料として三菱レイヨン社製の「ＸＹ−０１５９」を用いた。
【００３５】
外光を有効に取り込めるように、導光体ユニット２を構成する第１導光体３および第２導光体５の双方の材料は、４００ｎｍ以上の波長に対して透過性を有するとともに、下限は４００ｎｍ以下の波長に対しても透過性を有することが望ましい。例えば、３６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長領域の光に対して９０％以上、より好ましくは９３％以上の透過率を有するものが好適である。例えば、シリコン樹脂基板や石英基板、或いは、ＰＭＭＡ樹脂基板においては三菱レイヨン社製の「アクリライト」（登録商標）のなかでＵＶ吸収材を含まないものは、広い波長領域の光に対して高い透明性を有することから、好適である。
【００３６】
図１に戻り、太陽電池素子７は、導光体ユニット２の光出射面と対向して配置されている。太陽電池素子７としては、公知のものを使用することができ、例えばアモルファスシリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、単結晶シリコン太陽電池、化合物系太陽電池、色素増感型太陽電池、有機薄膜太陽電池、量子ドット型太陽電池等を用いることができる。本実施形態では、太陽電池素子７として化合物系太陽電池を用いる。太陽電池素子７の形状および寸法は、導光体ユニット２の光出射面内に収まる形状および寸法であれば特に限定されることはない。太陽電池素子７は、例えばタイカ社製のαＧＥＬ（登録商標）を用いて、導光体ユニット２の光出射面に接着される。
【００３７】
図２は、本実施形態の導光体ユニット２の断面図である。なお、図２においては、便宜上、接着部材４の図示を省略している。
【００３８】
第１導光体３は、第２主面３ｂと平行な仮想面（ＸＹ面）に対して角度θＡ１をなす第１光入射面３ａ１と、ＸＹ面に対して角度θＡ２をなす第２光入射面３ａ２とを有する部材である。角度θＡ１は、太陽の年周運動等を考慮して、例えばθＡ１＜４５°なる関係を満たすように設定されている。第１導光体３の寸法は、一例として、第２主面３ｂとなる矩形の縦横（図２のｘ軸方向およびｙ軸方向）の寸法が３００ｍｍ×３００ｍｍであり、厚みの大きい方の厚さｄＡ（図２のｚ軸方向の寸法）が２９．９ｍｍであり、厚みの小さい方の厚さｄＡ３（図２のｚ軸方向の寸法）が１ｍｍであり、ＸＹ面に対して角度θＡ１をなす部分の厚さｄＡ１（図２のｚ軸方向の寸法）が１８．４ｍｍであり、ＸＹ面に対して角度θＡ２をなす部分の厚さｄＡ２（図２のｚ軸方向の寸法）が１０．５ｍｍであり、角度θＡ１が７°であり、角度θＡ２が４°であり、一端面から第１光入射面３ａ１と第２光入射面３ａ２との間の境界までの寸法ＬＡ１が１５０ｍｍであり、第１光入射面３ａ１と第２光入射面３ａ２との間の境界から他端面（光出射面３ｃ）までの寸法が１５０ｍｍである。なお、縦横の寸法、厚みの大きい方の厚さｄＡ、厚みの小さい方の厚さｄＡ１、角度θＡ１をなす部分の厚さｄＡ１、角度θＡ２をなす部分の厚さｄＡ２、角度θＡ１、角度θＡ２、一端面から境界までの寸法ＬＡ１、境界から光出射面３ｃまでの寸法ＬＡ２はこれに限定されない。
【００３９】
第２導光体５は、互いに平行な第１主面５ａおよび第２主面５ｂを有する板状部材である。第２導光体５の第２主面５ｂには、反射部５Ｒが設けられている。反射部５Ｒには、Ｘ方向に延びる複数の溝Ｔが設けられている。溝Ｔは、ＸＹ面に対して角度θＢ１をなす急傾斜面Ｔ１と、ＸＹ面に対して角度θＢ２をなす緩傾斜面Ｔ２と、が稜線Ｔ３において交差するＶ字状の溝である。角度θＢ１と角度θＢ２はθＢ１＞θＢ２なる関係を満たす。稜線Ｔ３を挟んで＋Ｙ方向側に緩傾斜面Ｔ２が配置され、−Ｙ方向側に急傾斜面Ｔ１が配置されている。
【００４０】
第２導光体５の反射部５Ｒにおいて、隣り合う２つの溝Ｔの間には、平坦部Ｓが設けられている。平坦部Ｓを設けることで、緩傾斜面Ｔ２で反射された光が隣の溝Ｔの急傾斜面Ｔ１に入射しにくくなる。つまり、緩傾斜面Ｔ２で反射された光が急傾斜面Ｔ１の影響を受けて当該光の第１導光体３の第２主面３ｂに対する入射角が小さくなり、導波条件が崩れ、光が外部に漏れてしまうことが抑制される。
【００４１】
第２導光体５の寸法は、一例として、矩形の縦横（図２のｘ軸方向およびｙ軸方向）の寸法が３００ｍｍ×３００ｍｍであり、第２導光体５の厚さｄＢ（図２のｚ軸方向の寸法、第２導光体５の第１主面５ａと第２主面５ｂとの間の距離）が０．３ｍｍであり、角度θＢ１が９０°であり、角度θＢ２が３０°であり、１本の溝ＴのＹ方向の幅Ｐ１が０．３ｍｍであり、２本の溝Ｔの間の平坦部ＳのＹ方向の幅Ｐ２が５０μｍである。なお、縦横の寸法、厚さｄＢ、角度θＢ１、角度θＢ２、溝ＴのＹ方向の幅Ｐ１、及び平坦部ＳのＹ方向の幅Ｐ２はこれに限定されない。
【００４２】
導光体ユニット２は、Ｚ方向から視た形状が３００ｍｍ×３００ｍｍの四角形（３００ｍｍ角）であり、厚さｄが３０．２ｍｍである。なお、導光体ユニット２の寸法はこれに限定されない。
【００４３】
図２に示すように、緩傾斜面Ｔ２は、第１主面５ａから入射した光Ｌ（例えば太陽光）を全反射して光の進行方向を第１導光体３の光出射面３ｃに向かう方向に変更する反射面として機能する。第１主面５ａに対して斜めに入射した光Ｌは、緩傾斜面Ｔ２で反射して第２導光体５の内部を概ねＹ方向に伝播する。
【００４４】
図３は、本実施形態の導光体ユニット２における反射面の作用を説明するための図である。図３において、符号Ｌ１は第１導光体３の第１光入射面３ａ１に対して相対的に光出射面３ｃと遠い部分に入射する光、符号Ｌ２は第１導光体３の第１光入射面３ａ１に対して相対的に光出射面３ｃと近い部分に入射する光を示している。なお、図３においては、便宜上、接着部材４の図示を省略している。
【００４５】
図３に示すように、第１導光体３の第１光入射面３ａ１に対して太陽光Ｌ１が入射角θ１ａで入射したとすると、太陽光Ｌ１は第１光入射面３ａにおいて屈折角θ１ｂで屈折して第１導光体３内に入射する。第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２に対して入射角θ１ｃで入射した光は、当該緩傾斜面Ｔ２に対して反射角θ１ｃで全反射し、進行方向が第１導光体３の光出射面３ｃに向かう方向に変更される。第１導光体３の第１光入射面３ａ１に入射角θ１ｄで入射した光は、当該第１光入射面３ａ１に対して反射角θ１ｄで全反射し、第１導光体３内を伝播する。第１導光体３の第１光入射面３ａ１は、第２導光体５の反射部５Ｒ（緩傾斜面Ｔ２）で反射して第１導光体３に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能する。第１導光体３の第１光入射面３ａ１で反射角θ１ｄで全反射した光は、第１導光体３内を概ね水平に進行し、光出射面３ｃに向けて伝播する。
【００４６】
一方、第１導光体３の第１光入射面３ａ１に対して太陽光Ｌ２が入射角θ２ａで入射したとすると、太陽光Ｌ２は第１光入射面３ａ１において屈折角θ２ｂで屈折して第１導光体３内に入射する。第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２に対して入射角θ２ｃで入射した光は、当該緩傾斜面Ｔ２に対して反射角θ２ｃで全反射し、進行方向が第１導光体３の光出射面３ｃに向かう方向に変更される。第１導光体３の第２光入射面３ａ２に入射角θ２ｄで入射した光は、当該第２光入射面３ａ２に対して反射角θ２ｄで全反射し、第１導光体３内を伝播する。第１導光体３の第２光入射面３ａ２は、第２導光体５の反射部５Ｒ（緩傾斜面Ｔ２）で反射して第１導光体３に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能する。第１導光体３の第２光入射面３ａ２で反射角θ２ｄで全反射した光は、第１導光体３内を斜め下方に進行し、光出射面３ｃに向けて伝播する。
【００４７】
具体的には、一例として、第１導光体３の角度θＡ１を７度、第１導光体３の角度θＡ２を４度、第１導光体３の屈折率ｎ１を１．５、第２導光体５の緩傾斜角度θＢ２を３０度、第２導光体５の屈折率ｎ２を１．５、空気（外部の空気）の屈折率ｎ０を１．０とする。なお、説明の便宜上、図示しない接着部材の屈折率については考慮しないこととする。
【００４８】
本実施形態では、第１導光体３の第１光入射面３ａ１の傾きが第２光入射面３ａ２の傾きよりも大きい（θＡ１＞θＡ２）。そのため、第１導光体３を透過し、第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で反射されて第１導光体３に再入射した光は、第１導光体３の第１光入射面３ａ１で全反射条件を満たし、第１導光体３の光出射面３ｃに向けて反射されやすくなる。この場合、第１導光体３の第１光入射面３ａ１で反射された光の進行方向は概ね水平に変更される。これに対し、第１導光体３の第２光入射面３ａ２の傾きが第１光入射面３ａ１の傾きよりも小さい（θＡ２＜θＡ１）。そのため、第１導光体３の第２光入射面３ａ２で反射する光の反射角θ２ｈは、第１導光体３の第１光入射面３ａ１で反射する光の反射角θ１ｈよりも小さくなる。しかしながら、第２光入射面３ａ２は光出射面３ｃと接しているため、第２光入射面３ａ２で反射する光の反射角θ２ｈが小さくても、第２光入射面３ａ２で反射した光は、そのまま光出射面３ｃに向けて伝播する。
【００４９】
第２導光体５に入射した光は第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で反射することにより第１導光体３内を伝播する角度（ＸＹ平面と平行な面と光の伝播方向とのなす角度）が浅くなる。そのため、第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で全反射した光が第１導光体３内に入射する際の屈折角θ１ｇは、光が最初に第１導光体３の第２主面３ｂに入射する際の入射角θ１ｃよりも大きくなる。したがって、第１導光体３内に入射した光は、第１導光体３の第１主面３ａで全反射条件を満たし、第１導光体３の光出射面３ｃに向けて反射されやすくなる。
【００５０】
すなわち、本実施形態においては、第２導光体５の第２主面５ｂの反射部５Ｒに形成された溝Ｔの緩傾斜面Ｔ２が第２導光体５内に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面となり、第１導光体３の第１主面３ａが第２導光体５の反射面で反射して第１導光体３内に入射した光を反射させて当該光の進行方向を第１端面３ｃに向かう方向に変更する反射面となる。
【００５１】
本実施形態の太陽電池モジュール１においては、第１導光体３の第１光入射面３ａ１の傾きが第２光入射面３ａ２の傾きよりも大きい（θＡ１＞θＡ２）ので、第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で反射されて第１導光体３に再入射した光は、第１導光体３の第１光入射面３ａ１で全反射条件を満たし、第１導光体３の光出射面３ｃに向けて概ね水平に反射されやすくなる。つまり、第１導光体３内に再入射した光が第１導光体３の第１光入射面３ａ１で反射され、太陽電池素子７に導かれやすくなる。これに対し、第１導光体３の第２光入射面３ａ２の傾きが第１光入射面３ａ１の傾きよりも小さい（θＡ２＜θＡ１）ので、第２光入射面３ａ２で反射する光の反射角θ２ｈは、第１光入射面３ａ１で反射する光の反射角θ１ｈよりも小さくなる。しかしながら、第２光入射面３ａ２は第１光入射面３ａ１よりも光出射面３ｃに近いため、第２光入射面３ａ２で反射する光の反射角θ２ｈが小さくても、第２光入射面３ａ２で反射した光は直接光出射面３ｃに向かう確率が高い。つまり、第１導光体３内に再入射した光が第１導光体３の第２光入射面３ａ２で反射された場合でも、第１導光体３の内部を伝播して太陽電池素子７に導かれやすくなる。このため、第１導光体３の第１主面３ａで全反射した光は、第１導光体３の第２主面３ｂで全反射条件を満たし、第２導光体５に入射することなく直接太陽電池素子７に導かれやすくなる。したがって、集光効率が高く、また、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下の抑制が可能な太陽電池モジュール１を提供することができる。
【００５２】
また、第２導光体５の反射部５Ｒの緩傾斜面Ｔ２が反射面として機能するので、光が当該反射面で反射して第１導光体３に入射する際の入射角を調整することが容易となる。例えば、緩傾斜面Ｔ２の傾斜角θＢ２を大きくすれば第１導光体３に入射する際の入射角は大きくなり、緩傾斜面Ｔ２の傾斜角θＢ２を小さくすれば第１導光体３に入射する際の入射角は小さくなる。
【００５３】
また、第２導光体５の第２主面５ｂが平坦面であるので、第２主面５ａに反射部５Ｒを設けることが容易となる。これに対して、第１導光体３の第１主面３ａが平坦面であると、第２導光体５の第２主面５ｂに互いに傾きの異なる傾斜面を設けるとともに反射部を設ける必要があり、手間がかかる。
【００５４】
なお、第２導光体５を設けずに、第１導光体３の第２主面３ｂに反射部を設ける場合にあっては、第１導光体３の第２主面３ｂを平坦面とするのがよい。
【００５５】
また、導光体ユニット２の材料は４００ｎｍ以下の波長に対して透過性を有するので、広い波長領域の光を透過することとなる。よって、外光を有効に取り込むことができる。
【００５６】
ここで、本発明者は、本実施形態の導光体ユニット２の効果を実証するために、年間平均の端面集光効率のシミュレーションを行った。ここで、端面集光効率とは、太陽の年周運動および日周運動により太陽光の入射角度が日々刻々と変化することを考慮し、導光体ユニット２の第１主面３ａに入射する太陽光の照射量の割合を１００％としたときに導光体ユニット２の光出射面（第１導光体３の光出射面３ｃおよび第２導光体５の光出射面５ｃ）に到達する光量の割合（％）である。
【００５７】
実施例１のシミュレーションの条件は、導光体ユニット２をＺ方向から視た形状を３００ｍｍ×３００ｍｍの四角形（３００ｍｍ角）、厚さｄを３０．２ｍｍ、第１導光体３の第１光入射面３ａ１の傾斜角θＡ１を７度、第２光入射面３ａ２の傾斜角θＡ２を４度、厚みの小さい方の厚さｄＡ３を１ｍｍ、角度θＡ１をなす部分の厚さｄＡ１を１８．４ｍｍであり、角度θＡ２をなす部分の厚さｄＡ２を１０．５ｍｍ、一端面から第１光入射面３ａ１と第２光入射面３ａ２との間の境界までの寸法ＬＡ１を１５０ｍｍ、第１光入射面３ａ１と第２光入射面３ａ２との間の境界から他端面（光出射面３ｃ）までの寸法を１５０ｍｍとした。なお、第２導光体５を設けずに、第１導光体３の第２主面に反射部を設ける構成とした。反射部の急傾斜面Ｔ１の角度θＢ１を９０度、緩傾斜面Ｔ１の角度θＢ２を３０度、１本の溝ＴのＹ方向の幅Ｐ１を０．３ｍｍとした。
実施例１の導光体ユニット２に対して第１導光体３の第１主面３ａ側から太陽光を照射したときの年間平均の端面集光効率は、１９．８％であった。
【００５８】
なお、太陽電池素子７の出力条件は、ＪＩＳで規定されたエアマスＡＭ１．５を基準としている。
【００５９】
図１５は、比較例の導光体１０３を示す図である。なお、比較例の導光体１０３をＺ方向から視た形状は、実施例１と同様の寸法とした。また、比較例の導光体１０３の溝の形状（急傾斜面の角度、緩傾斜面の角度、溝幅）についても、それぞれ実施例１と同様の寸法とした。
【００６０】
図１５に示すように、比較例の導光体１０３は、側面視台形の部材の一方面（光入射面と反対側の面）に複数の溝が形成された構成となっている。なお、導光体１０３の光入射面の傾斜角θＸは実施例１の第１導光体３の第１光入射面３ａ１の傾斜角θＡ１よりも小さい。比較例の導光体１０３に対して光入射面側から太陽光を照射したときの年間平均の端面集光効率は、１６．５％であった。
【００６１】
このように、本実施形態の太陽電池モジュール１によれば、比較例の導光体よりも高い端面集光効率を得ることができることが判った。
【００６２】
[第２の実施形態]
以下、本発明の第２の実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール１０の基本構成は第１の実施形態と同様であり、導光体ユニット２の光出射面から出射された光を集光する集光部材６と、集光部材６で集光された光を受光する太陽電池素子１７とを備える点が第１の実施形態と異なるのみである。
図５は、本実施形態の太陽電池モジュール１０を示す斜視図である。
なお、図５において、第１の実施形態の太陽電池モジュール１の構成と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６３】
太陽電池モジュール１０は、図５に示すように、導光体ユニット２と、導光体ユニット２から出射された光を集光する集光部材６と、集光部材６で集光された光を受光する太陽電池素子１７と、を備えている。
【００６４】
集光部材６は、例えば、導光体ユニット２の光出射面から出射された光の強度分布を均一化して太陽電池素子１７に出射するインテグレータ光学素子（ホモジナイザー）である。
【００６５】
集光部材６は、導光体ユニット２の光出射面と対向する光入射面６ａと、光入射面６ａから入射した光を出射する光出射面６ｂと、光入射面６ａから入射した光を反射させて光出射面６ｂに伝播させる反射面６ｃと、を備えている。
【００６６】
集光部材６は、例えば、光入射面６ａを底面、光出射面６ｂを上面、反射面６ｃを側面とする四角錐台の形状を有する。集光部材６は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などの樹脂を出射成形することにより形成されている。反射面６ｃは、全反射により光を反射するものとされるが、反射面６ｃに金属膜又は誘電体多層膜からなる反射層を形成し、該反射層によって光を反射するようにしてもよい。例えば、集光部材６の反射面６ｃに、Ａｌなどの反射率の高い金属材料を用いて反射層を形成してもよい。なお、反射層はＡｌに限らず、反射率が少なくとも９０％以上のものであれば良く、より高反射率を有するものであることが望ましい。
【００６７】
太陽電池素子１７は、受光面を集光部材６の光出射面６ｂと対向させて配置されている。集光部材６の光入射面６ａに入射した導光体ユニット２からの光は、集光部材６の反射面６ｃで反射を繰り返すうちに照度分布が均一化される。そして、照度分布が均一化された光が太陽電池素子１７に入射される。太陽電池素子１７に入射する光の照度分布が均一化されることにより、太陽電池素子１７の発電効率を高めることができる。
【００６８】
太陽電池素子１７としては、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使用することができる。中でも、化合物半導体を用いた化合物系太陽電池は、高効率な発電が可能となることから、太陽電池素子１７として好適である。化合物系太陽電池は、一般に高価であるが、導光体ユニット２及び集光部材６によって光を集光することができることから、太陽電池素子１７の面積は小さく抑えられる。よって、部材コストの上昇は抑えられる。
【００６９】
太陽電池素子１７は、例えば、太陽電池素子１７をＹ方向から視た形状が１０ｍｍ×９０．６ｍｍの四角形である。これにより、太陽電池素子１７の受光面の面積を、導光体ユニット２の光出射面の面積に対して１０分の１にすることができる。
【００７０】
本実施形態の太陽電池モジュール１０においては、集光部材６によって太陽電池素子１７には照度分布が均一化した光が入射する。そのため、太陽電池素子１７における発電効率が高まる。すなわち、太陽電池素子１７では、入射する光の照度によって発電効率が変化する。照度が小さすぎると発電効率が低下し、照度が高すぎると発電効率が飽和する。集光部材６によって照度分布を均一化すると、太陽電池素子１７の受光面全体で概ね高い発電効率が実現することができる。よって、集光部材６で照度分布を均一化しない場合に比べて、発電効率が高まる。
【００７１】
[第３の実施形態]
以下、本発明の第３の実施形態について、図６及び図７を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール２０の基本構成は第１の実施形態と同様であり、第１導光体３の第２主面３ｂに対向して配置された反射体２５と、第１導光体３と反射体２５との間に配置された低屈折率層２４と、第１導光体３の光出射面３ｃから出射された光を受光する太陽電池素子２７とを備える点が第１の実施形態と異なる。
図６は、本実施形態の太陽電池モジュール２０を示す斜視図である。
図７は、本実施形態の反射体２５の部分断面図である。
なお、図６において、第１の実施形態の太陽電池モジュール１の構成と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７２】
太陽電池モジュール２０は、図６に示すように、第１導光体３と、第１導光体３の第２主面３ｂに対向して配置された反射体２５と、第１導光体３と反射体２５との間に配置された低屈折率層２４と、第１導光体３から出射された光を受光する太陽電池素子２７と、を備えている。
【００７３】
反射体２５は、第１導光体３の第１主面３ａから入射して第１導光体３を透過し、反射体２５に入射した光を反射させて光の進行方向を変更する反射部２５Ｒを備えている。第１導光体３と反射体２５とは、第１導光体３の第２主面３ｂと反射体２５の反射部２５Ｒとが対向した状態で、第１導光体３の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層２４を挟んで枠体２８により固定されている。
【００７４】
低屈折率層２４は、空気層である。なお、第１導光体３と反射体２５との間は必ずしも空気層である必要はない。低屈折率層２４は、屈折率が第１導光体３よりも低い層であれば良く、より屈折率が低い媒質であることが望ましい。
【００７５】
反射体２５の第１主面２５ａには、第１導光体３の第１主面３ａから入射して第１導光体３を透過し、反射体２５に入射した光を反射させて光の進行方向を変更する反射部２５Ｒが形成されている。反射体２５としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。
【００７６】
反射部２５Ｒには、第１導光体３の第２主面３ｂに対して所定の傾斜角をなすように傾斜した傾斜面が設けられている。傾斜面は、反射体２５に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能する。
【００７７】
図７に示すように、反射体２５の第１導光体３と対向する部分には、複数の三角柱状の凸条ＴＡが連続して形成されている。凸条ＴＡは、ＸＹ平面と平行な面に対して大きな角度で傾斜した急傾斜面ＴＡ１と、ＸＹ平面と平行な面に対して小さな角度で傾斜した緩傾斜面ＴＡ２と、を有する。凸条ＴＡは、例えば、凸条ＴＡの形状を反転させた金型を用いて樹脂（例えばＰＭＭＡ）を出射成形することにより形成されている。なお、凸条ＴＡは、元々平坦な反射体２５の第１主面２５ａを切削加工することによって形成することもできる。
【００７８】
反射体２５の反射部２５Ｒには、このような凸条ＴＡが、急傾斜面ＴＡ１と緩傾斜面ＴＡ２とが互いに接するようにＹ方向に複数設けられている。反射部２５Ｒに設けられた複数の凸条ＴＡの形状及び大きさは、全て同じである。
【００７９】
各凸条ＴＡは三角柱状であると説明したが、図７に示すように、反射体２５をＹＺ平面に沿った平面で切断したときの各凸条ＴＡの断面形状は、正三角形や二等辺三角形ではなく、不等辺三角形である。
【００８０】
反射体２５は板状部材であり、反射体２５の反射部２５ＲにはＸ方向に延びる複数の凸条ＴＡが設けられている。凸条ＴＡは、ＸＹ面に対して角度θＢ１をなす急傾斜面ＴＡ１と、ＸＹ面に対して角度θＢ２をなす緩傾斜面ＴＡ２と、が稜線ＴＡ３において交差する三角柱である。角度θＢ１と角度θＢ２はθＢ１＞θＢ２なる関係を満たす。稜線ＴＡ３を挟んで＋Ｙ方向側に緩傾斜面ＴＡ２が配置され、−Ｙ方向側に急傾斜面ＴＡ１が配置されている。
【００８１】
反射体２５の反射部２５Ｒにおいて、隣り合う２つの凸条ＴＡの間には、平坦部ＳＡが設けられている。平坦部ＳＡを設けることで、緩傾斜面ＴＡ２で反射された光が隣の凸条ＴＡの急傾斜面ＴＡ１に入射しにくくなる。つまり、緩傾斜面ＴＡ２で反射された光が急傾斜面ＴＡ１の影響を受けて当該光の第１導光体３の第２主面３ｂに対する入射角が小さくなり、導波条件が崩れ、光が外部に漏れてしまうことが抑制される。
【００８２】
反射体２５の反射部２５Ｒの凸条ＴＡの傾斜面には、反射膜２５Ｒａが形成されている。反射膜２５Ｒａとしては、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの反射率の高い金属材料が用いられる。なお、反射膜２５ＲａはＡｌに限らず、反射率が少なくとも９０％以上のものであれば良く、より高反射率を有するものであることが望ましい。
【００８３】
反射体２５の寸法は、一例として、矩形の縦横（図７のｘ軸方向およびｙ軸方向）の寸法が３００ｍｍ×３００ｍｍであり、反射体２５の厚さｄＢ（図７のｚ軸方向の寸法、反射体２５の第１主面２５ａと第２主面２５ｂとの間の距離）が１０ｍｍであり、角度θＢ１が４５°であり、角度θＢ２が１５°であり、１本の凸条ＴＡのＹ方向の幅ＰＡ１が０．３ｍｍであり、２本の凸条Ｔの間の平坦部ＳＡのＹ方向の幅ＰＡ２が５０μｍである。なお、縦横の寸法、厚さｄＢ、角度θＢ１、角度θＢ２、凸条ＴＡのＹ方向の幅ＰＡ１、及び平坦部ＳＡのＹ方向の幅ＰＡ２はこれに限定されない。
【００８４】
本実施形態の太陽電池モジュール２０においては、第１導光体３の導光機能および反射体２５の反射機能を分離することにより、反射部２５Ｒで反射された光が反射部２５Ｒへ再入射することを抑制することができる。具体的には、第１導光体３および反射体２５を備えているので、外部からの光を第１導光体３の内部で伝播させて太陽電池素子２７に導くことができ、さらに第１導光体３を透過した光を反射体２５で反射させ第１導光体３の内部を伝播させて太陽電池素子１７に導くことができる。また、第１導光体と反射部とを一体に成形する必要がないので、低コストで製造することができる。さらに、反射体２５を空気層を介して第１導光体３の下方に設置するだけでよく、接着作業が必要ないので、容易に製造することができる。
【００８５】
また、反射体２５の反射部２５Ｒの傾斜面に反射膜２５Ｒａが形成されているので、低屈折率層２４内に入射した光は、反射体２５の緩傾斜面ＴＡ２で確実に反射され、太陽電池素子２７に導かれる。よって、集光効率が高く、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下を確実に抑制することができる。
【００８６】
ここで、本発明者は、本実施形態の太陽電池モジュール２０の効果を実証するために、年間平均の端面集光効率のシミュレーションを行った。ここで、端面集光効率とは、太陽の年周運動および日周運動により太陽光の入射角度が日々刻々と変化することを考慮し、太陽電池モジュール２０を構成する第１導光体３の第１主面３ａに入射する太陽光の照射量の割合を１００％としたときに第１導光体３の光出射面３ｃに到達する光量の割合（％）である。
【００８７】
実施例２のシミュレーションの条件は、第１導光体３の縦横寸法を３００ｍｍ×３００ｍｍ、第１導光体３の第１光入射面３ａ１の傾斜角θＡ１を７度、第２光入射面３ａ２の傾斜角θＡ２を４度、厚みの大きい方の厚さｄＡを２９．９ｍｍ、厚みの小さい方の厚さｄＡ３を１ｍｍ、角度θＡ１をなす部分の厚さｄＡ１を１８．４ｍｍであり、角度θＡ２をなす部分の厚さｄＡ２を１０．５ｍｍ、一端面から第１光入射面３ａ１と第２光入射面３ａ２との間の境界までの寸法ＬＡ１を１５０ｍｍ、第１光入射面３ａ１と第２光入射面３ａ２との間の境界から他端面（光出射面３ｃ）までの寸法を１５０ｍｍとした。また、反射体２５の反射部２５Ｒの急傾斜面ＴＡ１の角度θＢ１を４５度、緩傾斜面ＴＡ１の角度θＢ２を１５度、１本の溝ＴのＹ方向の幅ＰＡ１を０．３ｍｍとした。
実施例２の太陽電池モジュール２０に対して第１導光体３の第１主面３ａ側から太陽光を照射したときの年間平均の端面集光効率は、１８．７％であった。
【００８８】
なお、太陽電池素子７の出力条件は、ＪＩＳで規定されたエアマスＡＭ１．５を基準としている。
【００８９】
このように、本実施形態の太陽電池モジュール２０によれば、比較例の導光体（端面集光効率１６．５％）よりも高い端面集光効率を得ることができることが判った。
【００９０】
[第４の実施形態]
以下、本発明の第４の実施形態について、図８を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール３０の基本構成は第１の実施形態と同様であり、第１導光体３３の第１主面３３ａが曲面となっている点が第１の実施形態と異なるのみである。
図８は、本実施形態の太陽電池モジュール３０を示す断面図である。
なお、図８において、第１の実施形態の太陽電池モジュール１の構成と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００９１】
太陽電池モジュール３０は、図８に示すように、互いに対向して配置された第１導光体３３と第２導光体５とを有する導光体ユニット３２と、導光体ユニット３２から出射された光を受光する太陽電池素子３７と、を備えている。
【００９２】
第１導光体３３は、光入射面である第１主面３３ａと、第１主面３３ａと対向する第２主面３３ｂと、第１主面３３ａおよび第２主面３３ｂに接する光出射面３３ｃと、を備えている。第１導光体３３と第２導光体５とは、第１導光体３３の第２主面３３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとが対向した状態で、直接接触している。
【００９３】
第１導光体３３の第１主面３３ａは、第１光入射面３３ａ１と第２光入射面３３ａ２とからなる。第１主面３３ａは曲面となっている。例えば、第１主面３３ａは、断面形状が円の一部あるいは楕円の一部をなすよう構成されている。第１導光体３３の第２主面３３ｂは平坦面となっている。
【００９４】
ここで、第１導光体３３を長手方向（Ｙ方向）で半分に切断したときの、第１主面３３ａの左半分（−Ｙ方向側）を第１光入射面３３ａ１とし、第１主面３３ａの右半分（＋Ｙ方向側）を第２光入射面３３ａ２とする。第１光入射面３３ａ１の傾きは第２光入射面３３ａ２の傾きよりも大きい。
【００９５】
第１導光体３３は、ＸＹ面に対して角度θＡ１をなす接線を有する第１光入射面３３ａ１と、ＸＹ面に対して角度θＡ２をなす接線を有する第２光入射面３３ａ２とを有する部材である。ここで、角度θＡ１は、第１導光体３３の第２主面３３ｂに平行な仮想面と第１光入射面３３ａ１の端部の点ＣＰ１に近い部分における接線とのなす角度である。また、角度θＡ２は、第１導光体３３の第２主面３３ｂに平行な仮想面と第２光入射面３３ａ２の境界点ＣＰ２（第１光入射面３３ａ１と第２光入射面３３ａ２との境界）に近い部分おける接線とのなす角度である。
【００９６】
例えば、第１光入射面３３ａ１上に複数の点をプロットし、各点の接線の傾斜角度を求めて、第１光入射面３３ａ１の平均の傾斜角度を算出し、第２光入射面３３ａ２上に複数の点をプロットし、各点の接線の傾斜角度を求めて、第２光入射面３３ａ２の平均の傾斜角度を算出した場合、第１光入射面３３ａ１の平均の傾斜角度のほうが第２光入射面３３ａ２の平均の傾斜角度よりも大きい。
【００９７】
角度θＡ１は、太陽の年周運動等を考慮して、例えばθＡ１＜４５°なる関係を満たすように設定されている。第１導光体３３の寸法は、一例として、第２主面３ｂとなる矩形の縦横（図８のｘ軸方向およびｙ軸方向）の寸法が３００ｍｍ×３００ｍｍであり、角度θＡ１が８°であり、角度θＡ２が４°であり、一端面から境界点ＣＰ２までの寸法ＬＡ１が１５０ｍｍであり、境界点ＣＰ２から他端面（光出射面３３ｃ）までの寸法が１５０ｍｍである。また、厚みの大きい方の厚さｄＡ、厚みの小さい方の厚さｄＡ３、ＸＹ面に対して角度θＡ１をなす部分の厚さｄＡ１、ＸＹ面に対して角度θＡ２をなす部分の厚さｄＡ２は第１の実施形態に係る第１導光体３とほぼ等しい。なお、縦横の寸法、厚みの大きい方の厚さｄＡ、厚みの小さい方の厚さｄＡ１、角度θＡ１をなす部分の厚さｄＡ１、角度θＡ２をなす部分の厚さｄＡ２、角度θＡ１、角度θＡ２、一端面から境界までの寸法ＬＡ１、境界から光出射面３ｃまでの寸法ＬＡ２はこれに限定されない。
【００９８】
ここで、本発明者は、本実施形態の導光体ユニット３２の効果を実証するために、年間平均の端面集光効率のシミュレーションを行った。ここで、端面集光効率とは、太陽の年周運動および日周運動により太陽光の入射角度が日々刻々と変化することを考慮し、導光体ユニット３２の第１主面３３ａに入射する太陽光の照射量の割合を１００％としたときに導光体ユニット３２の光出射面（第１導光体３３の光出射面３３ｃおよび第２導光体５の光出射面５ｃ）に到達する光量の割合（％）である。
【００９９】
実施例３のシミュレーションの条件は、導光体ユニット３２をＺ方向から視た形状を３００ｍｍ×３００ｍｍの四角形（３００ｍｍ角）、第１導光体３３の第１光入射面３３ａ１の端部の点ＣＰ１における接線の角度θＡ１を８度、第２光入射面３３ａ２の境界点ＣＰ２における接線の角度θＡ２を４度、その他の寸法を第１導光体３の寸法と同程度とした。
実施例３の導光体ユニット３２に対して第１導光体３３の第１主面３３ａ側から太陽光を照射したときの年間平均の端面集光効率は、１９．５％であった。
【０１００】
なお、太陽電池素子７の出力条件は、ＪＩＳで規定されたエアマスＡＭ１．５を基準としている。
【０１０１】
このように、本実施形態の太陽電池モジュール３０によれば、比較例の導光体（端面集光効率１６．５％）よりも高い端面集光効率を得ることができることが判った。
【０１０２】
[第５の実施形態]
以下、本発明の第５の実施形態について、図９を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール４０の基本構成は第１の実施形態と同様であり、導光体ユニットの設置数が第１の実施形態と異なるのみである。
図９は、本実施形態の太陽電池モジュール４０を示す断面図である。
なお、図９において、第１の実施形態の太陽電池モジュール１の構成と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、図９においては、便宜上、接着部材４の図示を省略している。
【０１０３】
太陽電池モジュール４０は、図９に示すように、互いに対向して配置された２つの導光体ユニット２と、各導光体ユニット２の光出射面に設けられた太陽電池素子７と、を備えている。
【０１０４】
本実施形態の太陽電池モジュール４０においては、導光体ユニット２が２つ設けられている。このように、導光体ユニット２は２つ設けられていてもよいし、３つ以上設けられていてもよい。
【０１０５】
各導光体ユニット２は、互いの第１導光体３の第１主面３ａと第２導光体５の第２主面５ｂとを対向させて積層されている。
【０１０６】
各導光体ユニット２は、互いの第１導光体３の光出射面３ｃどうしが同じ方向を向くように配置されている。
【０１０７】
図９に示すように、前段側（光が入射する側に近い側）の導光体ユニット２に入射した光の一部は、導光体ユニット２内部を伝播して太陽電池素子７に導かれて発電に寄与する。一方、残りの一部は、前段側の導光体ユニット２から出射された後、後段側（光が入射する側から遠い側）の導光体ユニット２内部を伝播して太陽電池素子７に導かれて発電に寄与する。
【０１０８】
本実施形態の太陽電池モジュール４０においては、外部からの光を前段側の導光体ユニット２の内部で伝播させて太陽電池素子７に導くことができ、さらに、前段側の導光体ユニット２を透過した光を後段側の導光体ユニット２の内部で伝播させて太陽電池素子７に導くことができる。したがって、集光効率が高く、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下を確実に抑制することができる。
【０１０９】
また、各導光体ユニット２の第１導光体３の光出射面３ｃどうしが同じ方向を向くように配置されているので、太陽電池素子７で取り出した電力を利用するための配線や装置の配置が簡素なものとなる。例えば、各導光体ユニット２の太陽電池素子７の設置位置が近くにあると、各太陽電池素子７で取り出した電力を利用するための配線の引き回しや装置の接続が容易になり、装置構成を簡素化することができる。
【０１１０】
[第６の実施形態]
以下、本発明の第６の実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール５０の基本構成は、第１導光体５３の第１主面５３ａが平坦面であり、第２主面５３ｂが第１の面５３ｂ１と第２の面５３ｂ２とからなる点で第１の実施形態と異なる。
図１０は、本実施形態の太陽電池モジュール５０を示す断面図である。
【０１１１】
太陽電池モジュール５０は、図１０に示すように、第１導光体５３と、第１導光体５３から出射された光を受光する太陽電池素子５７と、を備えている。
【０１１２】
第１導光体５３は、光入射面である第１主面５３ａと、第１主面５３ａと対向する第２主面５３ｂと、第１主面５３ａおよび第２主面５３ｂに接する光出射面５３ｃと、を備えている。
【０１１３】
第１導光体５３の第１主面５３ａは平坦面となっている。第１導光体５３の第２主面５３ｂは、第１の面５３ｂ１と第２の面５３ｂ２とからなる。第１の面５３ｂ１の傾きは第２の面５３ｂ２の傾きよりも大きい。第１の面５３ｂ１には、第１の反射部５３Ｒ１が設けられている。第２の面５３ｂ２には、第２の反射部５３Ｒ２が設けられている。
【０１１４】
第１の反射部５３Ｒ１には、第１導光体５３の第１の面５３ｂ１に対して所定の傾斜角をなすように傾斜した傾斜面が設けられている。傾斜面は、第１の反射部５３Ｒ１に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能する。第２の反射部５３Ｒ２には、第１導光体５３の第２の面５３ｂ２に対して所定の傾斜角をなすように傾斜した傾斜面が設けられている。傾斜面は、第２の反射部５３Ｒ２に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能する。
【０１１５】
本実施形態の太陽電池モジュール５０においても、集光効率が高く、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下を確実に抑制することができる。また、第２導光体を設けることなく、第１導光体５３の第２主面５３ｂに反射部５３Ｒ１，５３Ｒ２を設けているので、部品点数を削減することができる。
【０１１６】
[第７の実施形態]
以下、本発明の第７の実施形態について、図１１を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール６０の基本構成は、第１導光体６３の第１主面６３ａが平坦面であり、第２主面６３ｂが第１の面６３ｂ１と第２の面６３ｂ２とからなる点で第３の実施形態と異なる。
図１１は、本実施形態の太陽電池モジュール６０を示す断面図である。
【０１１７】
太陽電池モジュール６０は、図１１に示すように、第１導光体６３と、第１導光体６３の第２主面６３ｂに対向して配置された反射体６５と、第１導光体６３と反射体６５との間に配置された低屈折率層６４と、第１導光体６３から出射された光を受光する太陽電池素子６７と、を備えている。
【０１１８】
第１導光体６３は、光入射面である第１主面６３ａと、第１主面６３ａと対向する第２主面６３ｂと、第１主面６３ａおよび第２主面６３ｂに接する光出射面６３ｃと、を備えている。
【０１１９】
第１導光体６３の第１主面６３ａは平坦面となっている。第１導光体６３の第２主面６３ｂは、第１の面６３ｂ１と第２の面６３ｂ２とからなる。第１の面６３ｂ１の傾きは第２の面６３ｂ２の傾きよりも大きい。
【０１２０】
第１導光体６３と反射体６５とは、第１導光体６３の第２主面６３ｂと反射体６５の第１主面６５ａとが対向した状態で、第１導光体６３の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層６４（例えば空気層）を挟んで枠体６８により固定されている。
【０１２１】
反射体６５の第１主面６５ａは、第１の面６５ａ１と第２の面６５ａ２とからなる。反射体６５の第１の面６５ａ１は第１導光体６３の第１の面６３ｂ１に対向している。反射体６５の第２の面６５ａ２は第１導光体６３の第２の面６３ｂ２に対向している。反射体６５の第１の面６５ａ１には、第１の反射部６５Ｒ１が設けられている。反射体６５の第２の面６５ｂ２には、第２の反射部６５Ｒ２が設けられている。
【０１２２】
第１の反射部６５Ｒ１には、第１導光体６３の第１の面６３ｂ１に対して所定の傾斜角をなすように傾斜した傾斜面が設けられている。傾斜面は、第１の反射部６５Ｒ１に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能する。第２の反射部６５Ｒ２には、第１導光体６３の第２の面６３ｂ２に対して所定の傾斜角をなすように傾斜した傾斜面が設けられている。傾斜面は、第２の反射部６５Ｒ２に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能する。
【０１２３】
本実施形態の太陽電池モジュール６０においては、第１導光体６３の導光機能および反射体６５の反射機能を分離することにより、第１の反射部６５Ｒ１および第２の反射部６５Ｒ２で反射された光が反射体６５Ｒへ再入射することを抑制することができる。具体的には、第１導光体６３および反射体６５を備えているので、外部からの光を第１導光体６３の内部で伝播させて太陽電池素子６７に導くことができ、さらに第１導光体６３を透過した光を反射体６５で反射させ第１導光体６３の内部を伝播させて太陽電池素子６７に導くことができる。また、第１導光体と反射部とを一体に成形する必要がないので、低コストで製造することができる。さらに、反射体６５を空気層を介して第１導光体６３の下方に設置するだけでよく、接着作業が必要ないので、容易に製造することができる。
【０１２４】
[導光体の変形例]
以下、第１の実施形態〜第５の実施形態に係る太陽電池モジュールを構成する第１導光体の変形例について、図１２及び図１３を用いて説明する。
図１２は第１導光体の第１変形例〜第４変形例を示す断面図であり、図１３は第１導光体の第５変形例および第６変形例を示す断面図である。
なお、図１２および図１３において、上記各実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【０１２５】
[第１変形例]
図１２（ａ）は第１導光体の第１変形例を示す断面図である。
本変形例の第１導光体３Ａは、図１２（ａ）に示すように、光入射面である第１主面３Ａａと、第１主面３Ａａと対向する第２主面３Ａｂと、第１主面３Ａａおよび第２主面３Ａｂに接する光出射面３Ａｃと、を備えている。
【０１２６】
第１導光体３Ａの第１主面３Ａａは、第１光入射面３Ａａ１と第２光入射面３Ａａ２とからなる。第１光入射面３Ａａ１の傾きは第２光入射面３Ａａ２の傾きよりも大きい。第１導光体３Ａは、ＸＹ面に対して角度θＡ１をなす第１光入射面３Ａａ１と、Ｙ軸に対して平行な（水平面である）第２光入射面３Ａａ２とを有する。
【０１２７】
本変形例においては、第２光入射面３Ａａ２が水平であるので、第１光入射面３Ａａ１の傾斜角θＡ１を、第２光入射面３Ａａ２がＸＹ面に対して角度をなす場合に比べて大きくすることができる。よって、集光効率が高く、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下を確実に抑制することができる。
【０１２８】
[第２変形例]
図１２（ｂ）は第１導光体の第２変形例を示す断面図である。
本変形例の第１導光体３Ｂは、図１２（ｂ）に示すように、光入射面である第１主面３Ｂａと、第１主面３Ｂａと対向する第２主面３Ｂｂと、第１主面３Ｂａおよび第２主面３Ｂｂに接する光出射面３Ｂｃと、を備えている。
【０１２９】
第１導光体３Ｂの第１主面３Ｂａは、第１光入射面３Ｂａ１と第２光入射面３Ｂａ２とからなる。第１光入射面３Ｂａ１の傾きは第２光入射面３Ｂａ２の傾きよりも大きい。第１導光体３Ｂは、ＸＹ面に対して角度θＡ１をなす第１光入射面３Ｂａ１と、ＸＹ面に対して角度θＡ２をなす第２光入射面３Ｂａ２とを有する。ここで、角度θＡ２はＹ軸に対して負の角度となっている。つまり、第１光入射面３Ｂａ１は右上がりの面であるのに対し、第２光入射面３Ｂａ２は右下がりの面となっている。
【０１３０】
本変形例においては、第２光入射面３Ｂａ２が右下がりの面であるので、第１光入射面３Ｂａ１の傾斜角θＡ１を、第２光入射面３Ｂａ２が右上がりの面である場合に比べて大きくすることができる。よって、集光効率が高く、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下を確実に抑制することができる。
【０１３１】
[第３変形例]
図１２（ｃ）は第１導光体の第３変形例を示す断面図である。
本変形例の第１導光体３Ｃは、図１２（ｃ）に示すように、光入射面である第１主面３Ｃａと、第１主面３Ｃａと対向する第２主面３Ｃｂと、第１主面３Ｃａおよび第２主面３Ｃｂに接する光出射面３Ｃｃと、を備えている。
【０１３２】
第１導光体３Ｃの第１主面３Ｃａは、第１光入射面３Ｃａ１と第２光入射面３Ｃａ２とからなる。第１光入射面３Ｃａ１は平坦面であり、第２光入射面３Ｃａ２は曲面である。例えば、第２光入射面３Ｃａ２は断面形状が円の一部あるいは楕円の一部をなすよう構成されている。第１光入射面３Ｃａ１の傾きは第２光入射面３Ｃａ２の傾きよりも大きい。第１導光体３Ｃは、ＸＹ面に対して角度θＡ１をなす第１光入射面３Ｃａ１と、ＸＹ面に対して角度θＡ２をなす第２光入射面３Ｃａ２とを有する。ここで、角度θＡ２は、第１導光体３Ｃの第２主面３Ｃｂに平行な仮想面と第２光入射面３Ｃａ２の境界点ＣＰ（第１光入射面３Ｃａ１と第２光入射面３Ｃａ２との境界）に近い部分における接線とのなす角度である。
【０１３３】
本変形例においては、第２光入射面３Ｃａ２が曲面であるので、第２光入射面３Ｃａ２の境界点ＣＰにおける接線の傾斜角θＡ２を、第２光入射面３Ｃａ２が平坦面である場合に比べて大きくすることができる。よって、集光効率が高く、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下を確実に抑制することができる。
【０１３４】
[第４変形例]
図１２（ｄ）は第１導光体の第４変形例を示す断面図である。
本変形例の第１導光体３Ｄは、図１２（ｄ）に示すように、光入射面である第１主面３Ｄａと、第１主面３Ｄａと対向する第２主面３Ｄｂと、第１主面３Ｄａおよび第２主面３Ｄｂに接する光出射面３Ｄｃと、を備えている。
【０１３５】
第１導光体３Ｄの第１主面３Ｄａは、第１光入射面３Ｄａ１と第２光入射面３Ｄａ２とからなる。第１光入射面３Ｄａ１は曲面であり、第２光入射面３Ｄａ２は平坦面である。例えば、第１光入射面３Ｄａ１は断面形状が円の一部あるいは楕円の一部をなすよう構成されている。第１光入射面３Ｄａ１の傾きは第２光入射面３Ｄａ２の傾きよりも大きい。第１導光体３Ｄは、ＸＹ面に対して角度θＡ１をなす第１光入射面３Ｄａ１と、ＸＹ面に対して角度θＡ２をなす第２光入射面３Ｄａ２とを有する。ここで、角度θＡ１は、第１導光体３Ｄの第２主面３Ｄｂに平行な仮想面と第１光入射面３Ｄａ１の端部の点ＣＰ１に近い部分における接線とのなす角度である。
【０１３６】
本変形例においては、第１光入射面３Ｄａ１が曲面であるので、第１光入射面３Ｄａ１の端部の点ＣＰ１における接線の傾斜角θＡ１を、第１光入射面３Ｄａ１が平坦面である場合に比べて大きくすることができる。よって、集光効率が高く、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下を確実に抑制することができる。
【０１３７】
[第５変形例]
図１３（ａ）は第１導光体の第５変形例を示す断面図である。
本変形例の第１導光体３Ｅは、図１３（ａ）に示すように、光入射面である第１主面３Ｅａと、第１主面３Ｅａと対向する第２主面３Ｅｂと、第１主面３Ｅａおよび第２主面３Ｅｂに接する光出射面３Ｅｃと、を備えている。
【０１３８】
第１導光体３Ｅの第１主面３Ｅａは、第１光入射面３Ｅａ１と第２光入射面３Ｅａ２と第３光入射面３Ｅａ３とからなる。第１光入射面３Ｅａ１の傾きは第２光入射面３Ｅａ２の傾きよりも大きく、第２光入射面３Ｅａ２の傾きは第３光入射面３Ｅａ３の傾きよりも大きい。第１導光体３Ｅは、ＸＹ面に対して角度θＡ１をなす第１光入射面３Ｅａ１と、ＸＹ面に対して角度θＡ２をなす第２光入射面３Ｅａ２と、ＸＹ面に対して角度θＡ３をなす第３光入射面３Ｅａ３とを有する（θＡ１＞θＡ２＞θＡ３）。
【０１３９】
本変形例においては、光入射面３Ｅａが３面からなるものの、第１光入射面３Ｅａ１の傾斜角θＡ１を、第３光入射面３Ｅａ３の傾斜角θＡ３よりも大きくすることができる（θＡ１＞θＡ２）。よって、集光効率が高く、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下を確実に抑制することができる。
【０１４０】
[第６変形例]
図１３（ｂ）は第１導光体の第６変形例を示す断面図である。
本変形例の第１導光体３Ｆは、図１３（ｂ）に示すように、光入射面である第１主面３Ｆａと、第１主面３Ｆａと対向する第２主面３Ｆｂと、第１主面３Ｆａおよび第２主面３Ｆｂに接する光出射面３Ｆｃと、を備えている。
【０１４１】
第１導光体３Ｆの第１主面３Ｆａは、第１光入射面３Ｆａ１と第２光入射面３Ｆａ２と第３光入射面３Ｆａ３とからなる。第２光入射面３Ｆａ２の傾きは第３光入射面３Ｆａ３の傾きよりも大きく、第３光入射面３Ｆａ３の傾きは第１光入射面３Ｆａ１の傾きよりも大きい。第１導光体３Ｆは、ＸＹ面に対して角度θＡ１をなす第１光入射面３Ｆａ１と、ＸＹ面に対して角度θＡ２をなす第２光入射面３Ｆａ２と、ＸＹ面に対して角度θＡ３をなす第３光入射面３Ｆａ３とを有する（θＡ２＞θＡ３＞θＡ１）。
【０１４２】
本変形例においては、光入射面３Ｆａが３面からなるものの、第２光入射面３Ｆａ２の傾斜角θＡ２を、第３光入射面３Ｆａ３の傾斜角θＡ３よりも大きくすることができる（θＡ２＞θＡ３）。よって、集光効率が高く、導光部材のサイズが大きくても集光効率の低下を確実に抑制することができる。
【０１４３】
なお、本変形例においては、第１導光体の光入射面が３面からなる構成を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、第１導光体の光入射面が４面以上からなる構成であっても本発明を適用することができる。
【０１４４】
また、本変形例においては、第１導光体の第２主面が平坦面である構成を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、第１導光体の第１主面が平坦面である構成であっても本発明を適用することができる。
【０１４５】
[太陽光発電装置]
図１４は、太陽電池モジュール１０００の概略構成図である。
【０１４６】
太陽電池モジュール１０００は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池モジュール１００１と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ（直流／交流変換器）１００４と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を蓄える蓄電池１００５と、を備えている。
【０１４７】
太陽電池モジュール１００１は、太陽光を集光する導光体１００２と、導光体１００２によって集光された太陽光によって発電を行う太陽電池素子１００３と、を備えている。
太陽電池モジュール１００１としては、例えば、第１実施形態ないし第７実施形態で説明した太陽電池モジュールが用いられる。
【０１４８】
太陽電池モジュール１０００は外部の電子機器１００６に対して電力を供給する。電子機器１００６には、必要に応じて補助電力源１００７から電力が供給される。
【０１４９】
太陽電池モジュール１０００は、上述した本発明に係る太陽電池モジュールを備えているため、発電効率の高い太陽光発電装置となる。
【０１５０】
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では、導光体として板状体を用いたが、導光体の形状は板状体に限定されることなく、例えば棒状体であっても良く、適宜変更が可能である。その他、上記実施形態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】
【０１５１】
本発明は、太陽電池モジュールもしくは太陽光発電装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１５２】
１，１０，２０，３０，４０，５０，６０…太陽電池モジュール、２，２２，３２，６２…導光体ユニット、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，３３，５３，６３…第１導光体（導光体）、３ａ，３Ａａ，３Ｂａ，３Ｃａ，３Ｄａ，３Ｅａ，３Ｆａ，３３ａ，５３ａ，６３ａ…第１主面、３ｂ，３Ａｂ，３Ｂｂ，３Ｃｂ，３Ｄｂ，３Ｅｂ，３Ｆｂ，３３ｂ，５３ｂ，６３ｂ…第２主面、３ｃ，３Ａｃ，３Ｂｃ，３Ｃｃ，３Ｄｃ，３Ｅｃ，３Ｆｃ，３３ｃ，５３ｃ，６３ｃ…光出射面、５Ｒ，２５Ｒ，６５Ｒ…反射部、６…集光部材、７，１７，２７，３７，５７，６７…太陽電池素子、２４，６４…低屈折率層、２５，６５…反射体、２５Ｒａ…反射膜、１０００…太陽光発電装置、ｎ１…導光体の屈折率、Ｔ２…緩傾斜面（反射面）
【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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