(57)【要約】      （修正有）【課題】窓に固定しつつ、外観に優れ、またコストも安い垂直面に適した集光器付太陽電池モジュール及びソーラー充電器を提供する。【解決手段】発電部３の太陽電池セルに太陽光を集光する集光器２を備えた集光器付太陽電池モジュール１００の集光器２は、太陽光を採り入れる採光面２ａと、採光面２ａに入射した太陽光を反射する光反射面２ｂと、光反射面２ｂで反射した太陽光を太陽電池セルに入光する光出射面２ｃとを有している。光反射面２ｂは採光面２ａに対して１０°〜４５°の角度で傾斜している。一方、光出射面２ｃは光反射面２ｂに対して４５°〜８０°の角度で傾斜し且つ採光面２ａに対して垂直に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルを有する発電部と、該発電部の太陽電池セルに太陽光を集光する集光器とを備えた集光器付太陽電池モジュールであって、
前記太陽光を採り入れる採光面と、該採光面に入射した太陽光を反射する光反射面と、該光反射面で反射した太陽光を前記太陽電池セルに入光する光出射面とを前記集光器が有し、前記光反射面が前記採光面に対して１０°〜４５°の角度で傾斜しているとともに、前記光出射面が前記光反射面に対して４５°〜８０°の角度で傾斜し且つ前記採光面に対して垂直に形成されていることを特徴とする集光器付太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記採光面、前記光反射面および前記光出射面が矩形状に形成され、かつ前記採光面、前記光反射面および前記光出射面の長手方向両端側に形成された側面は三角形または台形の形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集光器付太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記採光面に入射する太陽光の入射角度を変更する角度変更部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の集光器付太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記角度変更部を粘着力により窓ガラスに固定する粘着部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の集光器付太陽電池モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の集光器付太陽電池モジュールに充電部を設け、該充電部に充電された電荷を２次電池に蓄えられるようにしたことを特徴とするソーラー充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として屋内用として用いられる集光器付太陽電池モジュールとソーラー充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽光発電は、共用の電源として屋外における住宅・工業用で用いられる発電の他、独立電源として携帯電話、時計、電卓等を駆動するための発電など、幅広いところに用いられている。また、太陽光発電で発電を行なった電気を２次電池に蓄えて使用するソーラー充電器も存在している。
これらの内、太陽光発電を用いたソーラー充電器は開発されている。例えば、特許文献１に示されるソーラー充電器は、２次電池を収納できるケースと、このケース上に太陽電池を備えているものがすでに上市されている。またソーラー充電器として、太陽電池を使用時に広げて充電をさせ、収納時には巻取りすることが出来るようにしていることで、ソーラー充電器ごと携帯できるようになっている。
【０００３】
しかし、これらの充電器を用いて充電を行なうには少なくとも数時間を必要とする。実際、ソーラー充電器を携帯したところで、それを屋外で太陽光に向けて光を長時間照射させるという行為を行なうこと自体が困難である。
従って、これらの携帯型ソーラー充電器についての実際の使用方法としては、屋内の日当たりの良い場所で置かれた状態で用いられる。具体的には、窓辺に吊るす、掛ける、置くなどされた状態で使われることが多い。
【０００４】
一方、窓全面に半透過型の太陽電池を設けて充電させるという方法も考えられるが、その場合には、窓全面に太陽電池が設けられているため、半透過といえども屋外の光を遮断してしまうこととなる。実際、シースルー太陽電池と呼ばれるものも太陽電池の光線透過率は１０％程度であるので、大部分の光を遮断してしまうこととなる。
一方、特許文献２に記載された低倍集光の集光器については、特に集光器を垂直面に貼り付けることを想定していない。また、特許文献２に記載の集光器の場合、許容される光線の角度が入射面に対して垂直の太陽光も考えられているため、集光器の厚みが大きいものとなり、結果として重量も大きく嵩張るモジュールとなってしまう。
【０００５】
ところで、窓ガラスに結晶型太陽電池モジュールを直接貼り付けるということも考えられるが、この場合には太陽電池モジュールが透明でないため、貼り付けした部分が目立ってしまうこと、また、取り外しの際に太陽電池モジュール本体に無理な力が加わるため破損してしまう恐れがある。
一方、窓について考えると、一般的な家庭用サッシなどは２枚の引き戸からなっている。また、家庭用サッシの窓ガラス面は窓枠から数ｃｍ程窪んだ場所に配置されているのが通常である。さらに住宅用でリビングなどの南側に設けられるサッシについては、高さが２ｍ程の大きさ、幅は１ｍ程度の窓ガラスが配置されているが、窓ガラスの特に上面や下面については、外の風景を眺めるためには利用されておらず、特に窓ガラスの下面については採光した光が窓の直ぐ内側を照らすため、屋内の採光という観点においては特に機能しておらず、屋外から入射する光を有効に活用しているとは言い難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０４２４９号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８５４０号公報
【特許文献３】登録実用新案第３１０７７５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、窓に固定しつつ、外観に優れ、またコストも安く、垂直面に適した集光器付太陽電池モジュール及びソーラー充電器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、太陽電池セルを有する発電部と、該発電部の太陽電池セルに太陽光を集光する集光器とを備えた集光器付太陽電池モジュールであって、前記太陽光を採り入れる採光面と、該採光面に入射した太陽光を反射する光反射面と、該光反射面で反射した太陽光を前記太陽電池セルに入光する光出射面とを前記集光器が有し、前記光反射面が前記採光面に対して１０°〜４５°の角度で傾斜しているとともに、前記光出射面が前記光反射面に対して４５°〜８０°の角度で傾斜し且つ前記採光面に対して垂直に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様は、前記採光面、前記光反射面および前記光出射面が矩形状に形成され、かつ前記採光面、前記光反射面および前記光出射面の長手方向両端側に形成された側面は三角形または台形の形状に形成されていることを特徴とする。
本発明の第３の態様は、前記採光面に入射する太陽光の入射角度を変更する角度変更部を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第４の態様は、前記角度変更部を粘着力により窓ガラスに固定する粘着部を備えていることを特徴とする。
本発明の第５の態様は、前記集光器付太陽電池モジュールに充電部を設け、該充電部に充電された電荷を２次電池に蓄えられるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高価なセルの使用量を減らすことが出来るため、安価に作成することが可能となる。また、集光器付太陽電池モジュールの集光器に粘着部及び角度変更部を設けることで、窓辺に固定することが容易となる上、効率良く発電することが可能となる。また、窓ガラスへの固定が粘着部となるため、取り外しにおいて高価な太陽電池モジュール部分への無理な力がかかることがなくなるため破損の恐れが少なくなる。さらに、充電器部を設けたソーラー充電器とした場合には、窓の下面に該ソーラー充電器を設置することで、採光など、窓の機能を損ねず、かつ目立たずに設置した上で二次電池などの充電を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る集光器付太陽電池モジュールの正面と側面を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る集光器付太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図３】図１に示す集光器付太陽電池モジュールの変形例を示す図である。
【図４】図１に示す集光器付太陽電池モジュールの角度変更部を粘着部により窓ガラスに取り付けた状態を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る集光器付太陽電池モジュールを示す図である。
【図６】図１または図５に示す集光器から太陽電池セルに入射する太陽光線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２に、本発明に係る集光器付太陽電池モジュールの第１実施形態を示す。図１及び２に示される集光器付太陽電池モジュール１００は、発電部３、集光器２、角度変更部４、粘着部１、充電部５及び配線６を備えている。
＜発電部＞
発電部３は太陽光を受光して発電するものであって、この発電部３としては、例えば結晶シリコン型太陽電池、非結晶シリコン型太陽電池、球状シリコン型太陽電池、化合物型太陽電池、ＣＩＧＳ型太陽電池、色素増感型太陽電池、有機薄膜型太陽電池などの公知の太陽電池セルを用いることができる。これらの太陽電池セルに対して、配線を施した上、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体やエポキシ樹脂などで封止したものをモジュールとし、これを集光器２に粘着剤を介して貼り付けすることで発電部３と集光器２は一体化されている。
【００１４】
＜集光器＞
集光器２は発電部３の太陽電池セルに太陽光を集光するものであって、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−（ポリ）スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリメタクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、リエチレンナフタレート系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、エポキシン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂などの公知の透明材料から形成されている。これらの中でポリアクリル系樹脂やポリメタクリル系樹脂は加工性および透明性が高いことから、ポリアクリル系樹脂やポリメタクリル系樹脂で集光器２を形成することが望ましい。
【００１５】
集光器２は太陽光を採り入れる採光面２ａを有し、この採光面２ａは集光器２の横幅ａが家屋の窓幅と同程度（例えば最大で１ｍ程度）となるように矩形状に形成されている。また、集光器２は採光面２ａに入射した太陽光を反射する矩形状の光反射面２ｂを有し、この光反射面２ｂは採光面２ａに対して１０°〜４５°の角度αで傾斜している。
さらに、集光器２は光反射面２ｂで反射した太陽光を太陽電池セルに入光する矩形状の光出射面２ｃを有し、この光出射面２ｃに発電部３の太陽電池セルが粘着剤により接着されている。そして、光出射面２ｃは光反射面２ｂに対して４５°〜８０°の角度で傾斜していると共に採光面２ａに対して垂直に形成されている。
【００１６】
また、集光器２は採光面２ａ、光反射面２ｂおよび光出射面２ｃの長手方向両端に側面２ｄを有し、この側面２ｄは、集光器２の厚さｃと高さｂとの比がｃ／ｂ＝０．１７〜１となるように三角形の形状に形成されている。
なお、側面２ｄの形状が図５のように台形である場合、集光器２の厚さｃと高さｂとの比が１以上の値となることもあるが、その場合には光出射面２ｃの面積よりも発電部３に設けられる太陽電池セルの面積のほうが大きくなってしまうため好ましくない。
【００１７】
＜角度変更部＞
角度変更部４は図４に示す窓ガラス７から集光器２の採光面２ａに入射する太陽光線８（図６参照）の入射角度を変更するものであって、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−（ポリ）スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリメタクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、リエチレンナフタレート系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、エポキシン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂などの公知の透明材料から形成されている。これらの中でポリアクリル系樹脂やポリメタクリル系樹脂は加工性および透明性が高いことから、角度変更部４を形成する材料としてポリアクリル系樹脂あるいはポリメタクリル系樹脂を用いることが望ましい。
【００１８】
＜粘着部＞
粘着部１は角度変更部４を窓ガラス７に固定するためのものあって、例えばアクリル系樹脂やポリエーテル系樹脂などの透明材料を用いた公知の粘着剤を角度変更部４の表面に塗布して粘着部１を形成することができる。なお、上述した粘着剤を角度変更部４の表面に塗布する代わりに両面粘着シートを粘着部１として用いてもよく、両面粘着シートについては、例えばＭＯシリーズ（リンテック株式会社）、ルシアックス（日東電工）という名称で市販されている光学用粘着シートを用いることができる。
【００１９】
＜充電部＞
充電部５は発電部３で発生した電荷を充電するものであって、２次電池を収納可能な構造となっている。充電部５の大きさは充電部５に収容される２次電池の本数にもよるが、充電部５の一部が集光器２から突出する大きさである場合には、図２に示すように、発電部３と充電部５とを配線６で繋いで集光器２とは別に設けても良い。
【００２０】
また、充電部５の大きさが集光器２から突出しない大きさである場合には、図３に示すように、充電部５を集光器２の背面（光反射面２ｂの裏面）に取り付けても良い。なお、充電部５には発電部３で発電された電気の充電回路が形成されており、充電回路は２次電池の満充電を検出した時点で発電部３から供給される電力の出力を遮断し、２次電池の充電が停止するようになっている。
【００２１】
図４に示すように、集光器付太陽電池モジュール１００の角度変更部４を粘着部１により窓ガラス７に取り付けると、窓ガラス７から集光器２の採光面２ａに入射する太陽光線８の入射角度が下記に示す太陽の南中高度と一致する角度となる。これにより、採光面２ａに対する光反射面２ｂの傾斜角度αを小さくすることが可能となり、集光器２を薄型化することができる。
春分・秋分……南中高度＝９０度−北緯
夏至……………南中高度＝９０度−北緯＋２３．４度
冬至……………南中高度＝９０度−北緯−２３．４度
【００２２】
採光面２ａに対する光反射面２ｂの傾斜角度αが１０°未満の場合は、北緯３５°における冬至の南中時において、採光面２ａに入射した光が光反射面２ｂで全反射せず、光反射面２ｂの裏面から射出してしまう。また、採光面２ａに対する光反射面２ｂの傾斜角度αが４５°より大きい角度である場合は、集光器２の集光機能が低下すると共に集光器２の材料使用量が増大してしまうため、採光面２ａに対する光反射面２ｂの傾斜角度αは１０°〜４５°であることが好ましい。
【００２３】
上述した本実施形態では、集光器２の採光面２ａに入射する太陽光線８の入射角度を変更する角度変更部４を備えたことで、夏至の場合は集光器２の光反射面２ｂを図６（ｂ）に示す角度に変更することができると共に、冬至の場合は集光器２の光反射面２ｂを図６（ｃ）に示す角度に変更することができる。これにより、採光面２ａに入射した太陽光線８を光出射面２ｃに向けて全反射することができ、光反射面２ｂで反射した太陽光線８を光出射面２ｃに貼り付けられた太陽電池セルに入射させることができる。
【実施例１】
【００２４】
以下に実施例を示す。
＜実施例１＞
集光器２の材料として、三角柱状のポリアクリル系樹脂を用意した。なお、図１に示す寸法はａが６０ｃｍ、ｂが４ｃｍ、ｃが１ｃｍのものを用いた。また、このときの三角柱を構成する三角形の角度は、１４°、９０°、７６°であるように加工した。
別に、発電部３として６インチの結晶型太陽電池セルを１ｃｍ×８ｃｍの大きさにカットしたものを用意し、これらを直列接続させた後、エポキシ樹脂で封止したものを発電部３のモジュールとした。
【００２５】
次いで、集光器２と発電部３の接続について太陽電池モジュールのエポキシ樹脂の面に光学用粘着シートＭＯ（リンテック製）を介して集光器２と接続した。
次いで、集光器２の側面２ｄに角度変更部４を取り付けた後、角度変更部４の粘着部貼り付け面に光学用粘着シートＭＯ（リンテック製）を粘着部１として貼り合わせることで集光器付太陽電池モジュール１００を作成した。そして、この貼り合わせたシートを窓ガラス７に粘着させて固定した。
【００２６】
＜実施例２＞
集光器２の材料として、台形形状のポリアクリル系樹脂を用意した。なお、図５に示す寸法はａが６５ｃｍ、ｂが４ｃｍ、ｃが２ｃｍ、ｄが１ｃｍのものを用いた。また、このときの底面が台形となる面の角度αは１４°となるようにして加工した。
次いで、実施例１と同様にして角度変更部４を取り付けた後、角度変更部４の粘着部貼り付け面に光学用粘着シートを貼り合わせることで、集光器付太陽電池モジュール１００を作成した。
【符号の説明】
【００２７】
１…粘着部
２…集光器
２ａ…採光面
２ｂ…光反射面
２ｃ…光出射面
３…発電部
４…角度変更部
５…充電部
６…配線
７…窓ガラス
８…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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