(57)【要約】      （修正有）【課題】狭い設置面積であっても透光板の端部から積極的に採光する太陽電池モジュールシステムを提供する。【解決手段】太陽電池素子２と、太陽電池素子２の受光面上に設けられた平板状の透光板３とを含む太陽電池モジュールを有するとともに、透光板３の端部に太陽光を集光させるように配置された集光手段４を有する。【選択図】図１
2013229513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子と、該太陽電池素子の受光面上に設けられた平板状の透光板とを含む太陽電池モジュールを有するとともに、
前記透光板の端部に太陽光を集光させるように配置された集光手段を有する、太陽電池モジュールシステム。
【請求項２】
前記透光板は、上面の端部に前記上面に対して傾斜している傾斜面を有する、請求項１に記載の太陽電池モジュールシステム。
【請求項３】
前記集光手段は平板状の光導波路である、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールシステム。
【請求項４】
前記透光板の端部と前記光導波路の端部とが当接している、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュールシステム。
【請求項５】
採光用の開口部を有する枠体によって前記透光板の端部を掩蔽しているとともに、
前記開口部に前記光導波路の端部を配置した、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュールシステム。
【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システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池素子の光電変換効率はもともと１５％前後程度と低いものであり、更なる光電変換効率の向上が求められてきた。
【０００３】
しかしながら近年では、太陽電池素子自体の構造設計だけを改善することによって、太陽電池素子の光電変換効率を向上させることは難しくなってきている。
【０００４】
これを受けて例えば図８に示すように、太陽３０の垂直方向からの入射光１６ａだけでなく、さらに太陽電池素子１２が十分な採光ができるようにするために、集光手段（平板状の反射鏡）１４を設けて、斜め方向からの入射光１６ｂを太陽電池モジュール１１に向けて反射させる、集光型の太陽電池モジュールシステム２０が知られている。
【０００５】
しかしこのような場合では、斜め方向からの入射光１６ｂが、太陽電池モジュール１１の透光板１３上に常に掛かるようにするために、集光手段（平板状の反射鏡）１４の向きを太陽３０の動きに合わせて動かす必要がある。
【０００６】
しかしこのような場合では、大掛かりな装置になるため、自由な設置ができない点で問題であった。
【０００７】
そこで大掛かりな装置を必要としない集光型の太陽電池モジュールシステムとして、光ファイバーを介して太陽電池素子の受光面に、フレネルレンズで集光した太陽光を、直接集中して入射させることが知られている（例えば特許文献１）。
【０００８】
また、集光型の太陽電池モジュールではないが、採光した太陽光を波長変換光学板によって実効的に光電変換効率に寄与する波長に変換しつつ、波長変換光学板の端部を斜めに形成することによって、太陽電池モジュールの面内方向の光を閉じ込めることが知られている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−６９０６９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６５７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら特許文献１では、太陽電池素子の受光面に直接集光させることになるために、太陽電池素子の温度が局所的に上がってしまうことによって、結果的には太陽電池素子の光電変換効率があまり向上しない、あるいは、光電変換効率がかえって低下してしまう場合があった。
【００１１】
また特許文献２では、外部から積極的に光を太陽電池素子に入射させる手段が示されておらず、そのため、受光面からの入射光を波長変換させる際に光量の損失が発生することによって、結果的には光電変換効率があまり向上しない、あるいは、光電変換効率がかえって低下してしまう場合があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の太陽電池モジュールシステムは、太陽電池素子と、該太陽電池素子の受光面上に設けられた平板状の透光板とを含む太陽電池モジュールを有するとともに、前記透光板の端部に太陽光を集光させるように配置された集光手段とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の太陽電池モジュールシステムによれば、太陽電池モジュールの設置面積が狭くても、透光板の端部から積極的に太陽電池モジュール内に採光できることによって、受光量を増やすことができ、光電変換量を上げることができる。
【００１４】
さらに、本発明の太陽電池モジュールシステムによれば、透光板の端部から採光することによって、透光板内部で光を多重反射させ易くなるので、太陽電池素子の局所的な温度上昇を低減することができ、光電変換量を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の太陽電池モジュールシステムに係る第１実施形態を示す断面模式図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールシステムにおける集光手段と太陽電池モジュールとの位置関係を示す模式図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールシステムに係る第２実施形態を示す断面模式図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュールシステムに係る第３実施形態を示す断面模式図である。
【図５】本発明の太陽電池モジュールシステムに係る第２実施形態における分解断面図である。
【図６】本発明の太陽電池モジュールシステムに係る第４実施形態を示す断面模式図である。
【図７】本発明の太陽電池モジュールシステムに係る第４実施形態の変形例を示す断面模式図である。
【図８】従来の太陽電池モジュールシステムにおける集光手段と太陽電池モジュールとの位置関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を具体的に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明の太陽電池モジュールシステムの第１の実施形態としては、太陽電池素子と、太陽電池素子の受光面上に設けられた平板状の透光板とを含む太陽電池モジュールを有するとともに、透光板の端部に太陽光を集光させるように配置された集光手段を有するものである。
【００１８】
本発明において太陽電池モジュールは、シリコン系太陽電池でもＣＩＧＳ型太陽電池でも、光電変換するものであれば特に限定されない。
【００１９】
具体的な集光手段４としては、例えば図１のような凹面状の反射鏡やレンズ（不図示）等を用いる場合であり、透光板３の端部３ａとは離れた非接触な状態で、透光板３の端部３ａに集光させることができる。
【００２０】
あるいは、集光手段４から光ファイバーを介して透光板３の端部３ａにつなげて集光させてもよい（不図示）。
【００２１】
例えば図８のような集光手段（平板状の反射鏡）１４を用いた場合に比べると、図２のような集光手段（凹面状の反射鏡）４を使用した場合では、その集光した光を透光板３の端面３ａに対して自由度の広い角度で入射させることが容易になる。
【００２２】
このような幅広い角度からの入射をさらに可能にするには、透光板３の上面の端部に、上面に対して傾斜している傾斜面を有することが好ましい。
【００２３】
例えば図３においては、太陽電池素子２の上に配置された透光板３は、透光板３の上面の端部に、上面に対して傾斜する第１の傾斜面（端部）３ａを有している。
【００２４】
そして、第１の傾斜面（端部）３ａに集光可能なように、集光手段４を略垂直になるように配置している。
【００２５】
集光手段４は離れた位置からであっても、集光された光を第１の傾斜面（端部）３ａに入射することできるので、これによって太陽電池モジュール１は、積極的に採光して受光量を増やすことができる。
【００２６】
そして第１の傾斜面（端部）３ａに入射した光は、透光板３内部で多重反射しながら太陽電池素子２側に徐々に吸収されていく。
【００２７】
これによって、太陽電池素子２における局所的な温度上昇をさせずに、分散させることが可能になるので、温度上昇を低減して、光電変換量を上げることができる。
【００２８】
ここで、透光板３内部で有効に多重反射をさせるには、第１の傾斜面（端部）３ａに入射する角度を、透光板３の主面から外部へ光ができるだけ抜けていかないように、最適な角度で入射するように設定することが好ましい。
【００２９】
なお、第１の傾斜面（端部）３ａについては、集光手段４からの入射を容易にするために、反射防止膜を形成しておくことが好ましい。
【００３０】
また図３に示されるように、第１の傾斜面（端部）３ａから透光板３の主面に対して水平に入射させてから、第１の傾斜面（端部）３ａに対向する他方の端部３ｂに反射させて多重反射させてもよい。
【００３１】
この場合は、他方の端部３ｂで反射し易いように、他方の端部３ｂの全面に、金属膜を蒸着しておくことが好ましい。  
【００３２】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態としては、図３に示すように、集光手段は平板状の光導波路であることが好ましい。
【００３３】
図３において、光導波路４は板状であってその端部には、第１の傾斜面（端部）３ａよりも広い面積を有するとともに、太陽２０の斜め方向からの入射光６ｂがし易い第２の傾斜面４ａを有する。
【００３４】
これによって、太陽電池素子２の受光面に対して太陽２０からの斜め方向からの入射光６ｂを第２の傾斜面４ａに入射させることができ、斜め方向からの入射光６ｂは、第２の
傾斜面４ａ全体から広く取り込まれることになる。
【００３５】
そして光導波路４内のコア部分を通り、光導波路４の端部４ｂから集光された光が出射されて、第１の傾斜面３ａに入射される。
【００３６】
これにより、太陽２０からの斜め方向からの入射光６ｂであっても採光できるようになるので、光電変換量が向上する。
【００３７】
例えば、冬場や、朝夕の時刻における、太陽２０の高度が低い時でも受光量が多くなるように、集光手段４の第２の傾斜面４ａの方向を合わせておくことが好ましい。
【００３８】
通常は、第２の傾斜面４ａと斜め方向からの入射光６ｂとが、略垂直な関係になるように設定することが好ましい。
【００３９】
但し、光導波路４内部における光学特性次第では、第２の傾斜面４ａと斜め方向からの入射光６ｂとの最適角度の設定が多少変わる。
【００４０】
ところで図８のように、集光手段（平板状の反射鏡）１４から光を太陽電池モジュール１の受光面全体に直接入射させる場合には、受光面の温度が局所的に高くなるようなことはないが、太陽２０の動きに対して、太陽電池モジュール１１の受光面全体に斜め方向からの入射光１６ｂが直接入射できるように、集光手段１４と太陽電池モジュール１１との位置関係を維持することが必要になる。
【００４１】
これに対して本発明においては、第１の傾斜面（端部）３ａに集光させる集光手段４として光導波路を別途配置するものであり、太陽３０の位置によって、集光とは無関係に設置できる。
【００４２】
これは光導波路４から出射される光量は、太陽２０の位置によって変化するものの、光導波路４から出射される光の方向は、太陽２０の位置に影響されないからである。
【００４３】
よって、太陽電池モジュール１と集光手段４との位置関係は、光導波路４から出射された光が、第１の傾斜面（端部）３ａに入射可能な位置関係でさえあればよく位置関係の自由度が高くなる点で有利である。
【００４４】
またこのように太陽電池モジュール１と集光手段４との位置関係に自由度があれば、集光手段４からの反射光による近所からの苦情を受けることがないように、集光手段４を設置することが容易になる。
【００４５】
集光手段４の設置方法は任意であるが、太陽電池モジュール１の受光面に集光手段４の影ができないように設置すればよく、第２の傾斜面４ａは太陽電池モジュール１のある側（ここでは太陽２０側）を向いていることが好ましい。
【００４６】
あるいは、集光手段４を太陽電池モジュール１に対して十分に高い位置に設置するなど、太陽電池モジュール１の影にならない位置関係にすればよい。
【００４７】
ここで集光手段４として光導波路を使用すれば、集光手段４に凹面状の反射鏡やレンズなどを使用する場合よりも焦点距離の制約がないので、集光手段４と太陽電池モジュール１との位置関係に自由度ができる点でより好ましい。
【００４８】
ここで本発明における光導波路４について説明する。
【００４９】
光導波路４は、光学的な特性をもつ物質を用いて作製された光伝送路と同様のものであり、主にシート状または板状の構造をもつものを指す。
【００５０】
光導波路４は光ファイバーと同様の構造をもち、光路となるコアと、コアを取り囲むクラッドとを有し、コアとクラッドは屈折率が異なり、境界面で全反射を起こして光はほぼロスなく進行することができる。
【００５１】
構造素材として、無機系素材では石英ガラスやシリコン、有機系素材では高純度ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂などが使用される。
【００５２】
ここで構造素材の選定にあたっては、光の透過性、屈折率、波長特性、分散性の低さなどが重視される。
【００５３】
このようなコアとクラッドによる構造を構成する方法としては、半導体工学に類似のフォトリソグラフィー法がある。
【００５４】
例えばシリコンを母材とする場合には、まず酸素を高濃度で表面にドープした板状のシリコンを用意する。
【００５５】
これにフォトレジストを塗布して、光導波路パターンを露光現像し、エッチングによって光導波路パターンをシリコン上に形成する。
【００５６】
その後に、高温、高圧処理によってフォトレジストで被覆されていない部分のシリコンを酸化させ、光導波路パターン直下のシリコンの酸化の度合いを低く留めることによって、屈折率差が形成された光導波路ができる。
【００５７】
端部に傾斜面を設けるには、ダイヤモンド砥粒のラッピングシートと研磨液とを用いて、光導波路４の端部を研磨して形成すればよい。
【００５８】
このとき、集光される光が最大となるように光導波路４の傾斜面側（第２の傾斜面４ａとなる側）から光を随時入射させて、他方の端部から出射される光量を光ディテクタなどで検出しながら、光導波路４の研磨する傾斜面の角度と、傾斜面の面積とを最適に設定すればよい。
【００５９】
なお本発明において、透光板３の厚みが、光導波路４の厚みよりも極端に薄い場合であれば、集光手段４の端部４ｂに、集光レンズとして機能するような凸状の曲率を必要に応じて形成し、第１の傾斜面（端部）３ａの狭い領域に集光させてもよい。
【００６０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態としては、図４に示すように、透光板の端部と光導波路の端部とが当接していることが好ましい。
【００６１】
例えば図５において、太陽電池モジュール１と光導波路４とを分解して説明すると、光導波路４の第２の傾斜部４ａとは反対側に、太陽電池モジュール１の透光板３の第１の傾斜面３ａと当接可能な第３の傾斜面４ｂを形成したものである。  
【００６２】
そして図４のように、斜め方向からの入射光６ｂは、第２の傾斜面４ａから光導波路４内に入り、光導波路４内のコア部分を通り、第３の傾斜面４ｂから第１の傾斜面３ａに直接入射される。
【００６３】
これにより、第１の傾斜面３ａと第３の傾斜面４ｂとにおける光の結合度を向上させることができる。
【００６４】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態は図６に示すように、採光用の開口部を有する枠体によって透光板の端部を掩蔽しているとともに、開口部に前記光導波路の端部を配置したものである。
【００６５】
図６において、光導波路４は枠体５の開口部５ａに挿入されており、これにより太陽電池モジュール１と光導波路４との接合強度が向上する。
【００６６】
また、本発明の第４の実施形態の変形例として図７を示す。
【００６７】
これは枠体５の開口部５ａにおいて、太陽電池モジュール１と光導波路４とを樹脂５ｂによって接合したものである。
【００６８】
この樹脂５ｂによって、太陽電池モジュール１と光導波路４との接合部分における光量の損失を低減することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１：太陽電池モジュール
２：太陽電池素子
３：透光板
３ａ：第１の傾斜面（端部）
３ｂ：他方の端部
４：集光手段（光導波路、凹面状の反射鏡）
４ａ：第２の傾斜面
４ｂ：第３の傾斜面
５：枠体
５ａ：開口部
５ｂ：樹脂
６：光路
６ａ：垂直方向からの入射光
６ｂ：斜め方向からの入射光
１０：太陽電池モジュールシステム
１１：太陽電池モジュール
１２：太陽電池素子
１３：透光板
１４：集光手段（平板状の反射鏡）
１６：光路
１６ａ：垂直方向からの入射光
１６ｂ：斜め方向からの入射光
２０：太陽電池モジュールシステム
３０：太陽
【図１】
2013229513.tif 000003
【図２】
2013229513.tif 000004
【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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