(57)【要約】【課題】  光を集める半円形態の円弧型反射体の中に太陽電池を両面で設置して発電する集光太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】  Ｐ−Ｎ接合で成り立つ一定の厚さの半導体基板１１の両面側でそれぞれ電極１２を形成させたセル素子１０が、該セル素子のＮ型半導体形成面に太陽光を集光するための半円形態の円弧型反射体の中に垂直または相互に一定の角度傾いた状態で立設された１対のセル素子１０を具備し、前記１対のセル素子１０は、各Ｐ型半導体形成面が相対する状態で絶縁性接着剤３３によって一定の厚さの絶縁体に接合されてモジュール１００が形成され、前記モジュール１００は、電線を介して隣接する他のモジュールと繋がれることにより複数のモジュール１００が繋がれ、当該複数のモジュール１００の中で両端部のモジュール１００からそれぞれ陽極と陰極の電流が電線３００を通じて誘導されるように構成される。【選択図】図１
2013051361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ−Ｎ接合で成り立つ一定の厚さの半導体基板の両面側でそれぞれ電極を形成させたセル素子が、該セル素子のＮ型半導体形成面に太陽光を集光するための半円形態の円弧型反射体の中に垂直または相互に一定の角度傾いた状態で立設された１対のセル素子を具備し、
前記１対のセル素子は、各Ｐ型半導体形成面が相対する状態で絶縁性接着剤によって一定の厚さの絶縁体に接合されてモジュールが形成され、
前記モジュールは、電線を介して隣接する他のモジュールと繋がれることにより複数のモジュールが繋がれ、
当該複数のモジュールの中で両端部のモジュールからそれぞれ陽極と陰極の電流が電線を通じて誘導されるように構成されていることを特徴とする集光太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記円弧型反射体に固定され、前記１対のセル素子を組立て固定する絶縁性のバックシートを備え、該バックシートの高さは、前記半導体基板より上向きに突出しないように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集光太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記１対のセル素子は、それぞれ垂直又は一定の角度傾いた状態で立設されて形成され、少なくともどちらか一方の側面に太陽光との接触面が拡張されるように波形面又は凹凸面が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の集光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、集光太陽電池モジュールに関し、太陽光を集光する半円形態の反射体の中に垂直に立設される１対のセル素子が間に絶縁体を介して結合されることによってモジュールが形成され、このようなモジュールを水平方向に複数繋げるように構成することで単位面積当たりのエネルギー変換効率を大幅に増幅させるようにする集光太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に太陽電池は半導体の性質を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換させる装置である。太陽電池の構造及び原理に関して簡単に説明すると、太陽電池はP（positive）型半導体とN（negative）型半導体を接合させたPN接合構造をしており、このような構造の太陽電池に太陽光が入ってくると、この入ってきた太陽光が持つエネルギーによって半導体内で正孔（hole）と電子（electron）が発生する。この時、PN接合で発生した電場によって正孔（＋）はP型半導体の方へ移動し、電子（−）はN型半導体の方へ移動することによって、電位が発生することで電力が生産される。
【０００３】
このような太陽電池は通常、薄膜型太陽電池、化合物半導体型太陽電池、基板型太陽電池に区分することができる。この中で、薄膜型太陽電池は硝子などの基板上に薄膜の形態で半導体を形成して太陽電池を製造するものである。化合物半導体型太陽電池は多くの化合物を積層または混合して半導体を形成して太陽電池を製造するものである。基板型太陽電池はシリコーンのような半導体物質自体を基板で利用して太陽電池を製作するものである。
【０００４】
基板型太陽電池は薄膜型太陽電池に比べて厚さが厚く、高価な材料を利用しなければならないという短所がある一方、電池効率が優れているという利点がある。
【０００５】
また、太陽電池の動作原理としては、両端の電極に負荷を連結することによって電流が流れるようになっている。このような太陽電池は必要に応じて直並列接続されて自然環境及び外部衝撃に耐えることができる構造として作製されて用いられている。この最小単位は、太陽光モジュールであり、この太陽光モジュールを複数個連結することによってモジュール板が製作される。
【０００６】
このようなモジュール板を利用した太陽光発電は、清浄エネルギーの代表的事例として現在は多様な分野で小型に製作されて利用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的に太陽光モジュールは、南側方向の太陽に向けて決まった角度を維持して固定され、太陽からの光によって光エネルギーを電気エネルギーに変換する役目をしている。この時、太陽電池は太陽の光を活用して電気エネルギーに変換するのに、太陽の位置によって光が、太陽光モジュールの表面で反射するため、光が電気エネルギーに変換される割合が低下する。そして、太陽光モジュール自体の発熱によってエネルギー効率が低下する。
【０００８】
また、現在の太陽電池は、単層構造で成り立ちながら電気を生産するためには太陽に向けてモジュール板が設置されなければならないので、設置面積がすごく多く必要となるのに比べて単位面積当たりの電気エネルギーの生産性が低いという課題がある。
【０００９】
したがって、効率性という側面では、まだエネルギー密度が低いため、相変わらず化石燃料や原子力エネルギーへのエネルギー依存度が高いというのが現状である。
【００１０】
本発明は、上記のような課題と問題を改善するためになされたものであって、設置面積に対する発電容量を極大化させるための集光太陽電池モジュールを提供することを主な目的としている。また、本発明は、施工費を節減することで普及率を大幅に増大させることができるようにする集光太陽電池モジュールを提供することを他の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明に係る集光太陽電池モジュールは、P−N接合で成り立つ一定の厚さの半導体基板の両側面でそれぞれ電極を形成させたセル素子が、該セル素子のＮ型半導体形成面に太陽光を集光するための半円形態の円弧型反射体の中に垂直または相互に一定の角度傾いた状態で立設された１対のセル素子を具備し、前記１対のセル素子は、各P型半導体形成面が相対する状態で絶縁性接着剤によって一定の厚さの絶縁体に接合されてモジュールが形成され、前記モジュールは電線を介して隣接する他のモジュールと繋がれることにより複数のモジュールが繋がれ、当該複数のモジュールの中で両端部のモジュールはそれぞれ陽極と陰極の電流が電線を通じて誘導されるように構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成を有する本発明に係る集光太陽電池モジュールは、半円形態の円弧型反射体内に１対のセル素子をそれぞれバックシートを介して絶縁体に接着させて形成したモジュールを円弧型反射体の接着によって複数繋がれるようにすることで設置面積を大幅に減らすことができるとともに発電容量を極大化させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る集光太陽電池モジュールを保護することができる保護覆いである強化ガラス等を円弧型反射体上に設置してモジュール自体を自然環境から保護する。また、円弧型反射体内部に停滞した熱は、円弧型反射体外部側面に冷却水を循環させることができる管を装着し、この冷却水を循環させることによって円弧型反射体内部の温度を下げることができるので、集光太陽電池モジュールの発電効率を更に高めることができる。また、循環される冷却水は温水になるので、この温水を２次エネルギーとして活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る集光太陽電池モジュールに適用されるモジュールの実施形態を示す断面図。
【図２】本発明に係る集光太陽電池モジュールの概略斜視図。
【図３】詳細な部品構成を示す概略図であって、（ａ）は本発明に係る集光太陽電池モジュールの断面図、（ｂ）、（ｃ）は、一部拡大斜視図。
【図４】強化ガラスと外部保護カバーが設置された形態を示す概略図であって、（ａ）は本発明に係る集光太陽電池モジュールの正面図、（ｂ）、（ｃ）は全体斜視図。
【図５】セル素子の配置の仕方を示す概略図であって、（ａ）はそれぞれのセル素子を垂直に配置した場合を示しており、（ｂ）はセル素子をそれぞれ一定の角度傾けた状態で配置した場合を示している。
【図６】図５における光が集まる移動経路と原理を示す説明図。
【図７】光を集光する役割をする円弧型反射体（円弧型反射ミラー）を示す概略斜視図。
【図８】光の集光率を高めるためにフレネルレンズを用い、円弧型反射体に反射した光が太陽電池に直角に照射されるように反射ミラーを尖った卵円形にした集光太陽電池モジュールを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の望ましい実施例を添付した図面を参照しつつ、本発明の詳細について以下に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る集光太陽電池モジュールの実施例の構成を示す断面図であり、図２は、概略斜視図ある。図１及び図２に示すように、本発明の集光太陽電池モジュールは、複数のモジュール（１００）を水平方向に一定の間隔で配置されるようにした構造として成り立つように構成されている。このように上部が開放されている集光太陽電池モジュールを並べて太陽電池パネルを構成すれば、太陽電池で発生される熱を外部で自然放熱することができる。
【００１７】
また、この時のモジュール（１００）は、光を集光する役目をする円弧型反射ミラー（円弧型反射体）４０中に垂直に立設された１対のセル素子（１０）が接合されるように構成されている。尚、各図では説明のために、モジュール（１００）の厚みを拡大して図示しているが、実際のモジュール（１００）は、数ｍｍ程度の厚みで形成されるものである。
【００１８】
セル素子（１０）は、従来と同様にＰＮ接合を形成した半導体基板（１１）の両側で電極（１２）がそれぞれ形成されるように構成されている。
【００１９】
このようなセル素子（１０）の半導体基板（１１）の太陽光を受ける部分はＮ型半導体であり、その反対部分はＰ型半導体として成り立つ。このような半導体基板（１１）の両側面にはそれぞれ電極（１２）が形成される。
【００２０】
円弧型反射ミラー（４０）は、図３（ａ）に示すように、円弧反射板（４１）の内側面に反射コーティング（４２）が施されたものであり、円弧型反射ミラー（４０）内に入ってくる光を反射させて、セル素子（１０）のＮ型半導体形成面に太陽光を集光する。
【００２１】
また、Ｎ型半導体側の電極が形成される面には、光が反射しないようにするための反射防止膜（２０）が設けられている。
【００２２】
本発明は、１対のセル素子（１０）を１対で具備し、各セル素子（１０）のＰ型半導体形成面は相対する状態で、一定の大きさを有する円弧型反射ミラー（４０）中に位置した各セル素子（１０）は、当該セル素子（１０）の間の絶縁性固定部（３０）によって接合される。
【００２３】
このように、１対のセル素子（１０）は、絶縁性固定部（３０）等を使って堅固に付着される。
【００２４】
図３に示すように、絶縁固定板（３２）を付着させるために絶縁体両方面に絶縁性接着剤（３３）を加えて、各セル素子（１０）が絶縁固定板（３２）に付着された状態で、円弧型反射体（４０）に接着剤とねじで付着させることが望ましい。また、固定接着部に用いる接着剤は、セル素子（１０）を絶縁固定板（３２）に取り付けるために用いる縁切り接着剤として長期間室外で悪天候の条件に対しても耐久性がなければならないので、建築分野で用いられるシリコーン透明接着剤等を用いる。また、詳しくは図示しないが、セル素子（１０）の両面にはそれぞれ太陽電池用接着封止膜として使用されるＥＶＡ（エチレン酢酸 ビニル共重合樹脂）シートが設けられ、セル素子（１０）のＰ型半導体形成面側は、更に絶縁性のバックシートを介して絶縁固定板（３２）に取り付けられている。
【００２５】
そして、セル素子（１０）のＮ型半導体形成面に形成した電極（１２）の間には、前述したように反射防止膜（２０）が形成されるように１対のセル素子（１０）が繋がれたモジュール（１００）を形成するようにする。
【００２６】
このように固定接着剤（２００）を使って複数のモジュール（１００）を必要な個数設置した後、隣接するモジュール（１００）を電線（３００）で連結する。具体的には、図１に示すように、モジュール（１００）の一方のＰ型半導体形成面に形成された電極（１２）は、当該モジュール（１００）の一方のＮ型半導体形成面に形成された電極（１２）と電線（２００）を介して繋がれ、他方のＰ型半導体形成面に形成されて電極（１２）が、電線（３００）を介して隣接するモジュール（１００）のＮ型半導体形成面に形成された電極（１２）と繋がれる。
【００２７】
そして、このように繋がれた複数のモジュール（１００）のうち、両端側モジュール（１００）からそれぞれ陽極（１２）と陰極（１２）から電線（３００）を利用してバッテリー（４００）に連結するようにすれば、バッテリー（４００）に常に一定容量充電されるようになる。
【００２８】
このようにバッテリー（４００）に充電された電気は、直流負荷にそのまま利用することもできるが、直流負荷を交流に変換させて交流負荷に利用することもできる。
【００２９】
以下、本発明に係る集光太陽電池モジュールに通じる電気発生の原理について説明する。
【００３０】
図３は、本発明に係る集光太陽電池モジュールによる電気発生の原理を示す断面構造図である。前述したように、本発明の集光太陽電池モジュールは１対のセル素子（１０）に向けて光を集めるための円弧型反射ミラー（４０）によって光が集められる。円弧型反射ミラー（４０）を通じて集められた太陽光は両面側のセル素子（１０）の半導体基板（１１）のＮ型半導体の表面に照射される。この時、半導体基板（１１）で太陽光からのエネルギーによって正孔と電子が発生され、これらの正孔と電子がそれぞれＰ型半導体とＮ型半導体側に移動しながら電気エネルギーに変換される。
【００３１】
言い換えれば、円弧型反射ミラー（４０）を通じて両面側のセル素子（１０）に太陽光が集められれば、セル素子（１０）の各半導体基板（１１）では活発な電子と正孔の移動が発生する。これら電子と正孔の移動によって発生する電位差によって電力が生成される。
【００３２】
尚、本発明では各セル素子（１０）の半導体基板（１１）両側に移動するように正孔と電子を隣接するセル素子（１０）またはモジュール（１００）側のセル素子（１０）の相互対応する電極（１２）と電線（３００）を通じて繋がれるようにすることで各モジュール（１００）の間を電気が通じることが可能な状態になる。
【００３３】
このように太陽光に対して複数のモジュール（１００）を連結したモジュール板を垂直に設置するようにすれば、設置空間が極めて狭い所でも１つのセル素子（１０）が同じ大きさ持つ水平のセル素子起電力の９０％まで電気を生産することができるようになるのに比べて、本発明ではこのようなセル素子（１０）を１対で具備するようにしているので、一層高い電気生産効率を得ることができる。
【００３４】
特に各セル素子（１０）の間を電線（３００）で連結することによって複数のセル素子（１０）を直列で連結させることができるようになるので、要する電圧の大きさをセル素子（１０）の連結数によって自由に調整することができる。
【００３５】
このように本発明は、１対のセル素子（１０）を地面に対して横方向ではない反射防止膜で設置させて形成したモジュール（１００）を横方向で多数のモジュールが接合されるようにすることでモジュール板を具備するようにしたので、設置面積に対する電気生産量を大幅に伸ばすことができる。
【００３６】
また、電気生産密度が大きく、発電量が多く、電気生産効率を極大化させることができるので、生産費を大幅に節減させることができる。また、１対のセル素子（１０）の太陽光を受ける面を波形面又は凹凸面に形成するようにしても良い。これにより、太陽光を受ける面が拡張されるので、より効率的に発電量を向上ささることができる。
【００３７】
また、図９は、単位面積当たりの光密度を高めるために集光レンズとして線形フレネルレンズ７００を用いたものである。図９に示すように、フレネルレンズ７００を用いることにより、朝、昼、夕方のいずれの時間帯においてもフレネルレンズ７００に入射する光を屈折させて、直接或いは、卵円形反射ミラー（円弧型反射体）４０ａを介してセル素子（太陽電池）１０に集光するように構成している。これにより、太陽電池のエネルギー変換効率を増加することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１００    モジュール
１０      セル素子
１１      半導体基板
１２      電極
２０      反射防止膜
３０      固定部
３１      固定接着部
３２      絶縁固定板（絶縁体）
３３      絶縁接着剤
４０      円弧型反射体（円弧型反射ミラー）
４０ａ    円弧型反射体（卵円形反射ミラー）
４１      円弧反射板
４２      反射コーティング
２００    固定接着剤
３００    電線
４００    バッテリー
５００    透過型保護板（強化ガラス）
６００    外部保護カバー
７００    フレネルレンズ
【図１】
2013051361.tif 000003
【図２】
2013051361.tif 000004
【図３】
2013051361.tif 000005
【図４】
2013051361.tif 000006
【図５】
2013051361.tif 000007
【図６】
2013051361.tif 000008
【図７】
2013051361.tif 000009
【図８】
2013051361.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月16日(2012.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ−Ｎ接合で成り立つ一定の厚さの半導体基板の両面側でそれぞれ電極を形成させたセル素子が、該セル素子のＮ型半導体形成面に太陽光を集光するための半円形態の円弧型反射体の中に相互に一定の角度傾いた状態で立設された１対のセル素子を具備し、
前記１対のセル素子は、各Ｐ型半導体形成面が相対する状態で絶縁性接着剤によって一定の厚さの絶縁体に接合されてモジュールが形成され、
前記モジュールは、電線を介して隣接する他のモジュールと繋がれることにより複数のモジュールが繋がれ、
当該複数のモジュールの中で両端部のモジュールからそれぞれ陽極と陰極の電流が電線を通じて誘導されるように構成されている集光太陽電池モジュールであって、
前記円弧型反射体の上方に集光レンズとして線形フレネルレンズが設けられていることを特徴とする集光太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記円弧型反射体に固定され、前記１対のセル素子を組立て固定する絶縁性のバックシートを備え、該バックシートの高さは、前記半導体基板より上向きに突出しないように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集光太陽電池モジュール。
【請求項３】
相互に一定の角度傾いた状態で立設されて形成された前記１対のセル素子は、少なくともどちらか一方の側面に太陽光との接触面が拡張されるように波形面又は凹凸面が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の集光太陽電池モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明に係る集光太陽電池モジュールは、Ｐ−Ｎ接合で成り立つ一定の厚さの半導体基板の両側面でそれぞれ電極を形成させたセル素子が、該セル素子のＮ型半導体形成面に太陽光を集光するための半円形態の円弧型反射体の中に相互に一定の角度傾いた状態で立設された１対のセル素子を具備し、前記１対のセル素子は、各Ｐ型半導体形成面が相対する状態で絶縁性接着剤によって一定の厚さの絶縁体に接合されてモジュールが形成され、前記モジュールは電線を介して隣接する他のモジュールと繋がれることにより複数のモジュールが繋がれ、当該複数のモジュールの中で両端部のモジュールはそれぞれ陽極と陰極の電流が電線を通じて誘導されるように構成されている集光太陽電池モジュールであって、前記円弧型反射体の上方に集光レンズとして線形フレネルレンズが設けられている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
また、図８は、単位面積当たりの光密度を高めるために集光レンズとして線形フレネルレンズ７００を用いたものである。図８に示すように、フレネルレンズ７００を用いることにより、朝、昼、夕方のいずれの時間帯においてもフレネルレンズ７００に入射する光を屈折させて、直接或いは、卵円形反射ミラー（円弧型反射体）４０ａを介してセル素子（太陽電池）１０に集光するように構成している。これにより、太陽電池のエネルギー変換効率を増加することができる。