(57)【要約】      （修正有）【課題】より多量の光を太陽電池素子に入射させることができる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１０は、少なくとも一方向に隙間１６をあけて配列された複数の太陽電池素子２０、複数の太陽電池素子の裏面側に配置された反射層６０と、反射層の太陽電池素子側の面上に設けられた第１部分４０および第２部分５０と、を有する。第２部分５０は、第１部分４０よりも低い屈折率を有する。一方向および太陽電池モジュール１０の厚さ方向の両方向に沿うとともに太陽電池素子を横切る断面において、第２部分５０は、少なくとも部分的に、一方向に隣り合う二つの太陽電池素子２０の間の隙間に対して太陽電池モジュール１０の厚さ方向に対面する位置に、配置されている。【選択図】図１
2013243297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方向に隙間をあけて配列された複数の太陽電池素子と、
前記複数の太陽電池素子の裏面側に配置された反射層と、
前記反射層の前記太陽電池素子側の面上に設けられた第１部分および第２部分と、を備える太陽電池モジュールであって、
前記第２部分は、前記第１部分よりも低い屈折率を有し、
前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記第２部分は、少なくとも部分的に、前記一方向に隣り合う二つの太陽電池素子の間の前記隙間に対して前記太陽電池モジュールの厚さ方向に対面する位置に、配置されている、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記第２部分の外輪郭は、前記反射層から最も離間する頂部の両側に、前記厚さ方向に関して互いに逆向きに傾斜した一対の傾斜部を含んでおり、前記反射層の前記太陽電池素子側の面に対する各傾斜部の傾斜角度の大きさは、前記反射層に接続する基端部の側から前記頂部の側に向けて、大きくなるようにのみ変化する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記第２部分の外輪郭は、前記反射層から最も離間する頂部の両側に、前記厚さ方向に関して互いに逆向きに傾斜した一対の傾斜部を含んでおり、
前記第１部分の屈折率ｎ１、前記第２部分の屈折率ｎ２、前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面における前記反射層の前記太陽電池素子側の面に対する各傾斜部の傾斜角度の大きさθａが、次の二式を満たす、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）＜θａ
４５°＜θａ
【請求項４】
前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面における、前記隣り合う二つの太陽電池素子の間の隙間の幅Ｗ１、および、前記反射層の前記太陽電池素子側の面に沿った前記第２部分の幅Ｗ２が、次の式を満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
０．８×Ｗ１＜Ｗ２＜１．２×Ｗ１
【請求項５】
前記第２部分は、空隙である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記反射層は、入射光を拡散反射させる拡散反射機能を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記反射層の前記太陽電池素子側の面上に設けられた第３部分を、さらに備え、
前記第３部分は、前記太陽電池モジュールの厚さ方向に沿って前記太陽電池素子に対面する領域内に、前記第１部分と隣接するようにして配置され、前記第１部分よりも低い屈折率を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記第３部分は、空隙である、請求項１〜７のいずれか一項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、太陽電池素子を含む太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池が注目を浴びている。太陽電池は、多数の太陽電池素子を含む太陽電池モジュール（太陽電池パネル）を用いて構成される。太陽電池モジュールは、光エネルギーを吸収し直接電力に変換して出力する。太陽電池モジュールの太陽電池素子は、受光部として機能する。特許文献１では、太陽電池モジュールに入射した光を、効率的に太陽電池素子へ導くことが研究されている。各太陽電池素子に多量の光を入射させることができれば、高価な太陽電池素子の数量を減じながら同程度の出力を確保することができる。すなわち、安価な太陽電池モジュールにより優れた効率で発電を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２７３３１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された太陽電池モジュールでは、太陽電池素子の裏面側に反射体を設けることが開示されている。また、この反射体を折り曲げることも開示されている。しかしながら、反射体の詳細は不明であり、各太陽電池素子に十分な光量の光を入射させるには至っていない。
【０００５】
すなわち、本発明はこのような点を考慮してなされたものであって、より多量の光を各太陽電池素子に入射させることが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】
【０００６】
本発明による太陽電池モジュールは、
少なくとも一方向に隙間をあけて配列された複数の太陽電池素子と、
前記複数の太陽電池素子の裏面側に配置された反射層と、
前記反射層の前記太陽電池素子側の面上に設けられた第１部分および第２部分と、を備える太陽電池モジュールであって、
前記第２部分は、前記第１部分よりも低い屈折率を有し、
前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記第２部分は、少なくとも部分的に、前記一方向に隣り合う二つの太陽電池素子の間の前記隙間に対して前記太陽電池モジュールの厚さ方向に対面する位置に、配置されている。
【０００７】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記反射層の前記太陽電池素子側の面に沿った前記第２部分の幅は、前記反射層から離間するにつれて狭くなるようにのみ変化するようにしてもよい。
【０００８】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記第２部分の前記反射層から最も離間した頂部は、前記隣り合う二つの太陽電池素子の間の前記隙間に対して前記太陽電池モジュールの厚さ方向に対面する位置に配置されていてもよい。
【０００９】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記第２部分の外輪郭は、前記反射層から最も離間する頂部の両側に、前記厚さ方向に関して互いに逆向きに傾斜した一対の傾斜部を含んでいてもよい。
【００１０】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記第２部分の外輪郭は、前記反射層から最も離間する頂部の両側に、前記厚さ方向に関して互いに逆向きに傾斜した一対の傾斜部を含んでおり、前記反射層の前記太陽電池素子側の面に対する各傾斜部の傾斜角度の大きさは、前記反射層に接続する基端部の側から前記頂部の側に向けて、大きくなるようにのみ変化してもよい。
【００１１】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、
前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記第２部分の外輪郭は、前記反射層から最も離間する頂部の両側に、前記厚さ方向に関して互いに逆向きに傾斜した一対の傾斜部を含んでおり、
前記第１部分の屈折率ｎ１、前記第２部分の屈折率ｎ２、前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面における前記反射層の前記太陽電池素子側の面に対する各傾斜部の傾斜角度の大きさθａが、次の二式を満たすようにしてもよい。
ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）＜θａ
４５°＜θａ
【００１２】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面における、前記隣り合う二つの太陽電池素子の間の隙間の幅Ｗ１、および、前記反射層の前記太陽電池素子側の面に沿った前記第２部分の幅Ｗ２が、次の式を満たすようにしてもよい。
０．８×Ｗ１＜Ｗ２＜１．２×Ｗ１
【００１３】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、前記第２部分は、空隙であってよい。
【００１４】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、前記反射層は、入射光を拡散反射させる拡散反射機能を有するようにしてもよい。
【００１５】
本発明による太陽電池モジュールが、前記反射層の前記太陽電池素子側の面上に設けられた第３部分を、さらに備え、
前記第３部分は、前記太陽電池モジュールの厚さ方向に沿って前記太陽電池素子に対面する領域内に、前記第１部分と隣接するようにして配置され、前記第１部分よりも低い屈折率を有するようにしてもよい。
【００１６】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記反射層の前記太陽電池素子側の面に沿った前記第３部分の幅は、前記反射層から離間するにつれて狭くなるようにのみ変化してもよい。
【００１７】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、前記一方向および前記太陽電池モジュールの厚さ方向の両方向に沿うとともに前記太陽電池素子を横切る断面において、前記第３部分の外輪郭は、前記反射層から最も離間する頂部の両側に、前記厚さ方向に関して互いに逆向きに傾斜した一対の傾斜部を含んでいてもよい。
【００１８】
本発明による太陽電池モジュールにおいて、前記第３部分は、空隙であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、各太陽電池素子により多量の光を入射させることができる。これにより、太陽電池モジュールの出力を維持しながら、高価な太陽電池素子の数量を低減することができる。すなわち、安価な太陽電池モジュールにより優れた効率で発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明による一実施の形態を説明するための図であって、太陽電池モジュールを示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１の太陽電池モジュールを上方から示す平面図である。
【図３】図３は、図１の太陽電池モジュールの光制御層を下方から示す斜視図である。
【図４】図４は、図１の太陽電池モジュールの作用を説明するための図であって、太陽電池モジュールを示す縦断面図である。
【図５】図５は、受光率の調査結果の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、受光率の調査結果の他の例を示すグラフである。
【図７】図７は、受光率の調査結果のさらに他の例を示すグラフである。
【図８】図８は、図１に対応する図であって、第２部分の一変形例を示す図である。
【図９】図９は、図４に対応する図であって、光制御層の一変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、第３部分の一例を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、第３部分の他の例を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、第３部分のさらに他の例を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、図１に対応する図であって、太陽電池モジュールの一変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００２２】
図１〜図７は、本発明の一実施の形態を説明するための図である。このうち、図１および図２は、それぞれ、太陽電池モジュールを示す縦断面図または平面図である。図３は、太陽電池モジュールの光制御層を示す斜視図である。図４は、太陽電池モジュールの作用を説明するための図であって、太陽電池モジュールを模式的に示す斜視図である。
【００２３】
太陽電池モジュール１０は、入射光の光エネルギーを吸収し直接電力に変換して出力する装置である。図１〜４に示された例において、太陽電池モジュール１０は、モジュール本体１１と、モジュール本体１１に対向して配置された反射積層体１１と、を有している。モジュール本体１１は、太陽電池モジュール１０が画成する面方向に並べられた多数の太陽電池素子２０を含んでいる。太陽電池モジュール１０は、太陽電池素子２０が受光することによって発電することができる。そして、本実施の形態においては、モジュール本体１１の裏面側に、光を効率的に反射する反射積層体１２が設けられている。反射積層体１２での反射によって、太陽電池モジュール１０の受光面１０ａに入射した光が有効に太陽電池素子２０に導かれるようになっている。
【００２４】
このため、モジュール本体１１は、太陽電池素子２０へ入射しなかった光が反射積層体１２に到達し得るよう、少なくともいくらかの透過率を有している。また、例えば図４に示すように、反射積層体１２からの反射光が発電に利用され得るよう、モジュール本体１１に含まれる太陽電池素子２０は、両面発電型太陽電池素子（両面採光型太陽電池素子）として構成されていること、或いは、或る程度の透光性を有していることが好ましい。ただし、太陽電池素子２０が、透過性の低い片面発電型太陽電池素子であったとしても、反射積層体１２からの反射光を受光することは可能であり、この場合にも、反射積層体１２を設けたことに起因して、後述する入射光の有効利用を図ることができる。
【００２５】
図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、少なくとも一方向に隙間をあけて配列された複数の太陽電池素子２０を含んでいる。図２に示すように、図示された実施の形態では、太陽電池素子２０は、太陽電池モジュール１０のパネル面に沿った異なる二つの方向ｄ１，ｄ２に配列されている。とりわけ、図示された例においては、略同一の平面形状を有した多数の太陽電池素子２０が、互いに直交する第１方向ｄ１および第２方向ｄ２に、それぞれ隙間１６をあけて一定のピッチで配列されている。本実施の形態において、平板状からなる太陽電池素子２０は、その板面が太陽電池モジュール１０のパネル面と平行となるようにして、且つ、当該太陽電池素子２０の入射側面２０ａが入光側を向き且つ入射側面２０ａに対向する裏面２０ｂが裏面側を向くようにして配置されている。
【００２６】
なお、本明細書において、「パネル面（層面、シート面、板面）」とは、対象となるシート状（層状、シート状、板状）の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となる当該部材の平面方向と一致する面のことを指す。本実施の形態においては、太陽電池モジュール１０、モジュール本体１１、モジュール本体１１を構成する各層、反射積層体１２、反射積層体１２を構成する各層の平面方向は、互いに平行となっている。
【００２７】
また、本明細書において「厚さ方向」とは、太陽電池モジュール１０のパネル面への法線方向であり、本実施の形態においては、太陽電池モジュール１０をなす各層の積層方向と一致する方向のことである。さらに、本明細書において、厚さ方向に沿った太陽電池モジュール１０の受光面１０ａの側を「入光側」と呼び、入光側の反対側を「裏面側」または「背面側」と呼ぶ。
【００２８】
さらに、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「対称」、「台形」、「四角錐台」等の用語については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の誤差を含めて解釈することとする。
【００２９】
なお、図１に示すように、モジュール本体１１は、入光側から裏面側へ向けて順に、透明前面基板２６、封止材層２７および透明裏面側保護シート２８を含んでいる。太陽電池素子２０は、封止材層２７内に配置されている。これらの層２６，２７，２８は、太陽電池素子２０が有効に機能を発揮し得るよう太陽電池素子２０を保護する機能を期待されている。一般的には、太陽電池モジュール１０が設置されるべき場所の環境等を考慮して、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、耐薬品性、耐突き刺し性等の一以上が、これらの層によって、太陽電池モジュール１０に付与される。ただし、ここで説明される太陽電池モジュール１０においては、特に限定されることなく、種々の層がこれらの層２６，２７，２８として用いられ得る。
【００３０】
次に、反射積層体１２について説明する。反射積層体１２は、モジュール本体１１の裏面側（背面側）に配置されている。反射積層体１２は、接着剤（粘着剤を含む概念）等を介してモジュール本体１１に接合されていてもよいし、あるいは、モジュール本体１１に対して直接接合されていなくてもよい。例えば、反射積層体１２は、モジュール本体１１を支持するケーシング等を介してモジュール本体１１に対して所定の位置に配置されていてもよい。また、反射積層体１２がモジュール本体１１に接合されていない場合、モジュール本体１１は反射積層体１２から離間して配置されていてもよい。
【００３１】
反射積層体１２は、モジュール本体１１の複数の太陽電池素子２０の裏面側に位置する反射層６０と、反射層６０の太陽電池素子側の面（入光側面６０ａ）上に設けられた第１部分４０および第２部分５０を有している。第１部分４０および第２部分５０は互いに異なる屈折率を有している。第２部分５０の屈折率ｎ２は、第１部分４０の屈折率ｎ１よりも低くなっている。図示された例において、第１部分４０および第２部分５０は、互いに隣接して配置されている。反射層６０の入光側面６０ａ上には、第１部分４０および第２部分５０のみが設けられている。この構成により、第１部分４０および第２部分５０の間に光を反射させる屈折率界面が形成されている。
【００３２】
図１および図４は、太陽電池素子２０の一配列方向および太陽電池モジュール１０の厚さ方向ｄｔの両方向に沿うとともに太陽電池素子２０を横切る断面（以下において、太陽電池モジュールの主切断面とも呼ぶ）において、太陽電池モジュール１０を示している。具体的には、図１および図４は、図２におけるＸ−Ｘ線に沿った断面に対応する断面にて太陽電池モジュール１０を示している。太陽電池モジュールの主切断面において、第２部分５０は、少なくとも部分的に、一配列方向に隣り合う二つの太陽電池素子２０の間の隙間１６に対して、太陽電池モジュール１０の厚さ方向ｄｔに沿って対面する位置に、配置されている。
【００３３】
図示された例においては、上述したように、太陽電池素子２０は、第１方向ｄ１だけでなく第２方向ｄ２にも配列されている。そして、第２方向ｄ２に沿った太陽電池モジュール１０の主切断面（図２におけるＹ−Ｙ線に沿った断面）においても、図１および図４に示された断面と同様に、第２部分５０が、少なくとも部分的に、第２方向ｄ２に隣り合う二つの太陽電池素子２０の間の隙間１６に対して、太陽電池モジュール１０の厚さ方向ｄｔに沿って対面する位置に、配置されている。
【００３４】
さらに、図２に示すように、平面視において、第２部分５０は格子状に延びており、第２部分５０によって取り囲まれた領域内に、第１部分４０が配置されている。また、平面視において、各太陽電池素子２０は、少なくとも部分的に、格子状の第２部分５０によって取り囲まれた領域に対して、太陽電池モジュール１０の厚さ方向ｄｔに沿って対面する位置に、配置されている。言い換えると、各太陽電池素子２０は、少なくとも部分的に、第１部分４０に対して、太陽電池モジュール１０の厚さ方向ｄｔに沿って対面する位置に、配置されている。
【００３５】
次に、太陽電池モジュールの主切断面における第２部分５０の断面形状について説明する。なお、図示された例において、第２方向ｄ２に沿った太陽電池モジュールの主切断面における構成は、図１および図４に示され且つ図１および図４を参照しながら以下に説明する第１方向ｄ１に沿った太陽電池モジュールの主切断面における構成と同様に構成され得る。
【００３６】
図１および図４に示すように、太陽電池モジュールの主切断面において、第２部分５０の外輪郭のうちの反射層６０から最も離間した頂部（先端部）５１ａは、隣り合う二つの太陽電池素子２０の間の隙間１６に対して、太陽電池モジュールの厚さ方向ｄｔに対面する位置に配置されている。また、第２部分５０の外輪郭は、頂部５１ａの両側に、厚さ方向ｄｔに関して互いに逆向きに傾斜した一対の傾斜部５３を含んでいる。図１および図４に示された例では、各傾斜部５３は、頂部５１ａから、第２部分５０の外輪郭のうちの反射層６０に接続する基端部（端部）５１ｂまで、延びている。そして、図１および図４において、一つの第２部分５０に含まれた右側に配置された傾斜部５３は、裏面側に向けて右側に傾斜し、当該第２部分５０に含まれた左側に配置された傾斜部５３は、裏面側に向けて左側に傾斜している。
【００３７】
なお、図示された例では、頂部５１ａは、頂点として形成されている。ただしこの例に限られず、太陽電池モジュールの主切断面における第２部分５０の外輪郭が、反射層６０の入光側面６０ａと平行に延びる或る程度の幅を有した頂部を含むようにしてもよい。
【００３８】
図１および図４に示す例では、太陽電池モジュールの主切断面において、反射層６０の入光側面６０ａに沿った第２部分５０の幅Ｗ２は、太陽電池モジュール１０の厚さ方向ｄｔに沿って、変化している。ただし、第２部分５０の幅Ｗ２の変化は、反射層６０から離間するにつれて、狭くなる方向の変化だけである。このような形態によれば、後述するように隙間１６を通過して裏面側へ進む光を、太陽電池素子２０の裏面２０ｂへ効果的に誘導することができるようなる。
【００３９】
図１に示す例では、太陽電池モジュールの主切断面において、反射層６０の入光側面６０ａに対する傾斜部５３の傾斜角度θａの大きさは、一定となっている。すなわち、太陽電池モジュールの主切断面において、傾斜部５３は直線状となるように形成されている。しかしながら、この例に限られず、太陽電池モジュールの主切断面において、傾斜部５３の輪郭が、例えば、折れ線となっていてもよいし、曲線となっていてもよいし、曲線と直線との組み合わせとなっていてもよい。
【００４０】
このような変形例では、図８に示すように、太陽電池モジュールの主切断面において、反射層６０の入光側面６０ａに対する傾斜部５３の傾斜角度θａの大きさは、基端部５１ｂの側から頂部５１ａの側に向けて、しだいに大きくなるようにのみ変化するようにしてもよい。またさらに、太陽電池モジュールの主切断面において、反射層６０の入光側面６０ａに対する第２部分５０の外輪郭の傾斜角度θａの大きさが、基端部５１ｂの側から頂部５１ａの側に向けて、しだいに大きくなるようにのみ変化するようにしてもよい。このような変形例によれば、後述するように隙間１６を通過して裏面側へ進む光を、極めて効果的に、太陽電池素子２０の裏面２０ｂへ誘導することができるようなる。
【００４１】
なお、図示された例において、太陽電池モジュールの主切断面において、第２部分５０の外輪郭は、頂部５１ａを通過して厚さ方向ｄｔに延びる軸線を中心として線対称な形状となっている。ただし、この例に限られず、太陽電池モジュールの主切断面において、第２部分５０の外輪郭は、非対称となっていてもよい。
【００４２】
ところで、ここで説明する太陽電池モジュール１０の反射積層体１２では、モジュール本体１１からの入射光を、第１部分４０および第２部分５０の間の屈折率界面で反射すること、とりわけ、第１部分４０および第２部分５０の間の屈折率界面で全反射ることが意図されている。この観点から、第１部分４０の屈折率ｎ１、第２部分５０の屈折率ｎ２、太陽電池モジュールの主切断面における反射層６０の入光側面６０ａに対する傾斜部５３の傾斜角度の大きさθａが、次の二式を満たすことが好ましい。
ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）＜θａ
４５°＜θａ
この式が満たされる場合、厚さ方向ｄｔに進む光が第１部分４０および第２部分５０の間の屈折率界面で全反射し、且つ、その反射後に反射層６０に入射する。これにより、厚さ方向ｄｔに進む光が太陽電池素子２０へ入射することが促進される。
【００４３】
また、太陽電池モジュールの主切断面における、隣り合う二つの太陽電池素子２０の間の隙間１６の幅Ｗ１、および、反射層６０の入光側面６０ａに沿った第２部分５０の最大幅Ｗ２が、次の式を満たすことが好ましい。
０．８×Ｗ１＜Ｗ２＜１．２×Ｗ１
この式が満たされる場合、太陽電池素子２０の受光率を効果的に改善することができる。
【００４４】
反射積層体１２の具体的な構成として、第１部分４０および第２部分５０を、図３に示された光制御層（光制御シート）３０として構成することができる。図３に示された光制御層３０は、シート状の部材の一方の面に、第２部分５０に対応する格子状の切欠が形成されている。この切欠によって、光制御層３０と反射層６０との間に画成される領域が、第２部分５０を形成する。すなわち、本実施の形態において、第２部分５０は、反射層６０および光制御層３０によって取り囲まれた空隙として形成されており、その屈折率は、空気の屈折率である１となる。
【００４５】
図３に示された光制御層３０は、シート状の支持部３５と、このシート状の支持部３５の一方の面（太陽電池モジュール１０に組み込まれた際における裏面側の面）上に設けられた複数の第１部分４０と、を有している。第１部分４０は、支持部３５において、少なくとも一方向に、図示された例においては第１方向ｄ１および第２方向ｄ２の二方向に配列されている。すなわち、第１部分４０は、支持部３５上に二次元配列されている。第１部分４０の形状は、第２部分に対して相補的な形状となり、上述してきた第２部分５０の形状が確保され得るように適宜設計される。図３に示された例において、各第１部分４０は、錘台、とりわけ、四角錐台の形状を有している。第１部分４０は、支持部３５上に隙間なく配置されている。
【００４６】
このような光制御層３０は、キャストや射出成形によって作製することができる。好ましくは、光制御層３０は、可視光透過性の高い透明な樹脂を用いて作製され得る。
【００４７】
一方、図示された例において、反射層６０は、光制御層３０に接合されている必要はない。反射層６０は、入射光を反射する反射機能を有したシート状の部材である。反射層６０の反射特性は、拡散反射でもよく鏡面反射でもよい。また、反射層６０の反射特性が拡散反射である場合には、拡散特性は、等方拡散でもよいし指向性拡散でもよい。したがって、反射層６０として、種々の反射シートを用いることができるが、本実施の形態では、光の利用効率の観点から反射率を重要視して、等方拡散反射機能を有した反射層、一例として、白色樹脂シートを用いた例とする。
【００４８】
次に、以上のような構成からなる太陽電池モジュール１０の作用について、主に図４を参照しながら説明する。なお、以下に説明する作用において、透明裏面側保護シート２８は特に影響を及ぼされないため、透明裏面側保護シート２８の図示を図４では省略している。
【００４９】
太陽電池モジュール１０は、例えば、その受光面１０ａが上方を向くようにして屋外に設置される。このとき、太陽光が、太陽電池モジュール１０の受光面１０ａに入射するようになる。
【００５０】
太陽電池モジュール１０に入射した光のうち、太陽電池素子２０の入射側面２０ａに向けて進む光Ｌ１，Ｌ２は、そのまま、太陽電池素子２０へ入射して発電に利用され得る。ただし、典型的な太陽電池素子２０として広く利用に供されているシリコン型の太陽電池は、その屈折率が非常に高いことから、極めて高い反射率、例えば３０％程度の反射率を呈する。このため、太陽電池素子２０の入射側面２０ａに向かう光の有或る程度の割合の光は、太陽電池素子２０の入射側面２０ａで反射する。このような光は、太陽電池モジュール１０内を進む迷光となる、或いは、受光面１０ａを介して太陽電池モジュール１０から出射してしまうこともある。
【００５１】
また、図２から理解できるように、太陽電池モジュール１０の平面視において、太陽電池素子２０は、太陽電池モジュール１０の一部の領域のみを占めており、隣り合う太陽電池素子２０間には、隙間１６が形成されている。したがって、太陽電池モジュール１０に入射した光の一部Ｌ３〜Ｌ５は、この隙間１６へ向かうようになる。また、太陽電池素子２０の入射側面２０ａで反射して迷光状態となった光も、この隙間１６に向かう可能性がある。
【００５２】
図４に示すように、厚さ方向ｄｔに沿って隙間１６の裏面側となる位置に、第２部分５０が配置されている。このため、隙間１６を通過した光Ｌ３〜Ｌ５は、第１部分４０と第２部分５０との屈折率界面で反射、とりわけ、第１部分４０と第２部分５０との屈折率差に起因して全反射する。これらの光Ｌ３〜Ｌ５は、その後、反射層６０で反射して入光側に進路を折り返し、太陽電池素子２０の裏面２０ｂに入射することができる。太陽電池素子２０が、両面採光型の太陽電池素子や透明な太陽電池素子の場合には、これらの光を利用して発電を行うことができる。
【００５３】
全反射によれば、反射損失が無く、理論上１００％の反射率での反射を引き起こすことができる。すなわち、太陽電池素子２０の間に形成された隙間１６を入光側から裏面側に進む光を、極めて効率的に、太陽電池素子２０へ入射させることができる。これにより、太陽電池素子２０の受光率を向上させて、太陽電池モジュール１０で効率的に発電を行うことができる。また、全反射によって反射損失が生じなければ、太陽電池モジュール１０の内部での温度上昇も効果的に抑制することができる。これにより、太陽電池モジュール１０の発電がより安定することにもなる。
【００５４】
なお、この観点から、上述したように、第１部分４０の屈折率ｎ１、第２部分５０の屈折率ｎ２、太陽電池モジュールの主切断面における反射層６０の入光側面６０ａに対する傾斜部５３の傾斜角度の大きさθａが、次の式を満たすことが好ましい。
ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）＜θａ
この式が満たされる場合、厚さ方向ｄｔに進む光が第１部分４０および第２部分５０の間の屈折率界面で全反射するようになる。通常、太陽電池モジュール１０は、その厚さ方向ｄｔから最も強い光を受けることができるよう、設置される。したがって、第１部分４０および第２部分５０が、その界面において、厚さ方向ｄｔに進み隙間１６を通過する光Ｌ３を全反射させるように構成されている場合、太陽電池モジュール１０へ入射する光が、極めて有効に発電に利用されるようになる。
【００５５】
加えて、太陽電池モジュールの主切断面における反射層６０の入光側面６０ａに対する傾斜部５３の傾斜角度の大きさθａが４５°より大きくなっていること、すなわち、４５°＜θａとなっていることが好ましい。この場合、厚さ方向ｄｔに進んで隙間１６を通過した光が、第１部分４０と第２部分５０との界面での反射した後、反射層６０へ向かうようになる。すなわち、第１部分４０と第２部分５０との界面での反射した光Ｌ３〜Ｌ５が、太陽電池素子２０と、太陽電池素子２０に裏面側から対面する反射層６０と、の間の領域に進むようになる。この領域に進む光は、太陽電池素子２０の裏面２０ｂと反射層６０との間で反射を繰り返すことができるので、高い確率で太陽電池素子２０に入射し、発電に利されるようになる。
【００５６】
また、反射層６０が、拡散反射機能を有している部材であれば、反射層６０での反射率も非常に高くなる。これにより、反射層６０での反射損失を回避して、太陽電池素子２０の受光率を向上させて、太陽電池モジュール１０で効率的に発電を行うことができる。
【００５７】
以上のような本実施の形態によれば、各太陽電池素子２０に多量の光を入射させることができる。これにより、太陽電池モジュール２０の出力を維持しながら、高価な太陽電池素子の数量を低減することができる。すなわち、安価な太陽電池モジュール１０により優れた効率で発電を行うことができる。
【００５８】
ここで、本件発明者らが、図４に示された構成の太陽電池モジュール１０に対してシミュレーションした、太陽電池素子２０の受光率の調査結果を説明する。
【００５９】
シミュレーション対象の太陽電池モジュール１０は、入光側から、透明前面基板２６、太陽電池素子２０を含む封止材層２７、および、上述した反射積層体１２と、を有するものとした。透明前面基板２６の屈折率を１．５とし、透明前面基板２６の厚さｔ１を３ｍｍとした。封止材層２７の屈折率を１．４９とし、封止材層２７の厚さｔ２を１ｍｍとした。封止材層２７の厚さ方向における中心に太陽電池素子２０を配置した。太陽電池素子２０の屈折率を５．０とし、太陽電池素子２０の厚さｔ３を０．２ｍｍとした。
【００６０】
太陽電池素子２０は、第１方向ｄ１および第２方向ｄ２にそれぞれ１５０ｍｍのピッチＰで配置した。第１方向ｄ１および第２方向ｄ２に沿った隙間１６の幅Ｗ１を、３０ｍｍとした場合（すなわち、第１方向ｄ１および第２方向ｄ２に沿った太陽電池素子２０の長さを１２０ｍｍとした場合）と、５０ｍｍとした場合（すなわち、第１方向ｄ１および第２方向ｄ２に沿った太陽電池素子２０の長さを１００ｍｍとした場合）との二条件でシミュレーションを行った。太陽電池素子２０の入射側面２０ａおよび裏面２０ｂでの反射率を３０％に設定した。
【００６１】
反射層６０は、拡散反射機能を有する反射シートとした。第１部分４０の屈折率ｎ１を１．５とし、第２部分５０の屈折率ｎ２を１とした。太陽電池モジュール１０の主切断面において、第２部分５０は、厚さ方向を中心として線対称な二等辺三角形形状となるようにした。第２部分５０の傾斜角度の大きさθａを、５０°、６０°及び７０°の三条件に設定し、且つ、第２部分５０の高さＨを０ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍの六条件に設定した。第１部分４０の高さは、第２部分５０の高さと同様に変化させた。なお、第２部分５０の高さＨが０ｍｍとなる条件（表１における条件Ｄおよび条件Ｈ）では、第１部分４０および第２部分５０を設けなかったことになる。
【００６２】
また、比較のため、封止材層２７内に、隙間１６を設けることなく太陽電池素子２０を敷き詰めた太陽電池モジュール（表１における条件Ｉ）についても、シミュレーションを行った。
【００６３】
太陽電池モジュール１０の受光面１０ａへの入射光は、太陽電池モジュール１０の厚さ方向を中心として３０°の角度域に広がるコーン状のランバーシアン特性を呈する光とした。そして、１５０ｍｍ×１５０ｍｍの受光面１０ａの領域に入射する光量に対する、当該領域に対して厚さ方向ｄｔに対面する位置に存在する太陽電池素子２０に入射する光量の比を受光率として、調査した。調査結果を表１に示す。表１の「最大受光率」の欄には、表１で特定された各条件下で、第２部分５０の高さＨを１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍの五条件で変更し、五条件について調査された受光率のうちの最大の受光率を記載している。表１の「受光率比」の欄には、太陽電池素子２０を隙間無く敷き詰めた太陽電池モジュールの最大受光率（６４．７％）を基準とした最大受光率を相対比、すなわち、条件Ｉの最大受光率に対する最大受光率の相対比を示している。さらに、表１の「面積当たり受光率比」の欄には、１５０ｍｍ×１５０ｍｍの受光面１０ａの領域に対して厚さ方向に対面する位置に存在する太陽電池素子２０の面積当たりの受光量の相対比を表している。
【００６４】
【表１】
2013243297.tif 000003
【００６５】
また、図５〜図７には、一例として表１における条件Ｂ，Ｃ，Ｇにて、それぞれ、第２部分５０の高さＨを０ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍの六条件に変更した際の受光率の変化を示すグラフである。
【００６６】
上述した本実施の形態による作用効果は、表１に示された結果によっても実証されている。また、図５〜図７に示された結果によれば、太陽電池モジュールの主切断面における、隣り合う二つの太陽電池素子２０の間の隙間１６の幅Ｗ１、および、反射層６０の入光側面６０ａに沿った第２部分５０の最大幅Ｗ２が、次の条件を満たす場合に、受光率を向上させ得ることが確認され得る。
０．８×Ｗ１＜Ｗ２＜１．２×Ｗ１
【００６７】
上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
【００６８】
上述した実施の形態において、太陽電池モジュールの主切断面における第２部分５０および第１部分４０の断面形状について説明したが、説明した構成は、一例であって適宜変更が可能である。
【００６９】
また、上述した実施の形態において、第２部分５０が空隙からなる例を示したが、第２部分５０が、樹脂等の材料から構成されていてもよい。
【００７０】
さらに、上述した実施の形態において、反射層６０の入光側面６０ａ上に、第１部分４０および第２部分５０のみが設けられている例を示したが、これに限られない。図９に示すように、第３部分５５が、第１部分４０および第２部分５０に加えて反射層６０の入光側面６０ａ上に設けられていてもよい。この第３部分５５は、太陽電池モジュール１０の厚さ方向ｄｔに沿って太陽電池素子２０に対面する領域の内部に、第１部分４０と隣接するようにして配置されている。第３部分５５の屈折率は、第１部分４０の屈折率よりも低くなっている。具体的な構成として、上述した光制御層３０をなす部材に、第２部分５０に対応する切欠を設けたのと同様にして、図３に点線で示すように第３部分５５に対応する切欠を設けることにより、形成することができる。この場合、第３部分５５は、光制御層３０と反射層６０とによって取り囲まれた空隙からなり、その屈折率は１となる。
【００７１】
図９に示すように、第３部分５５は、第１部分４０との間で形成された界面での反射により、太陽電池素子２０と反射層６０との間を進む光Ｌ６の進行方向を変化させて、太陽電池素子２０に向けることができる。このとき、第１部分４０と第３部分５５との界面での反射が、第１部分４０と第３部分５５との屈折率差に起因した全反射であれば、反射損失を引き起こすことが無いので、入射光を有効に利用することができる。すなわち、各太陽電池素子２０により多量の光を入射させることができる。これにより、太陽電池モジュール２０の出力を維持しながら、高価な太陽電池素子の数量を低減することができる。すなわち、安価な太陽電池モジュール１０により優れた効率で発電を行うことができる。
【００７２】
太陽電池素子２０と反射層６０との間を進む光Ｌ６を効果的に太陽電池素子２０の裏面２０ｂに導く観点から、太陽電池モジュールの主切断面において、反射層６０の入光側面６０ａに沿った第３部分５５の幅Ｗ３が、太陽電池モジュール１０の厚さ方向ｄｔに沿って反射層６０から離間するにつれて、狭くなるようにのみ変化するようにしてもよい。また、太陽電池素子２０と反射層６０との間を進む光Ｌ６を効果的に太陽電池素子２０の裏面２０ｂに導く観点から、太陽電池モジュールの主切断面において、第３部分５５の外輪郭は、反射層６０から最も離間する頂部５６ａの両側に、厚さ方向に関して互いに逆向きに傾斜した一対の傾斜部５８を含むようにしてもよい。
【００７３】
図１０〜図１２には、第３部分５５の一例が示されている。図１０および図１１に示された第３部分５５は、反射層６０に接続する底面が四角形形状となっており、反射層６０から最も離間した点状の頂部５６ａに向けて延び上がっている。図１０に示された第３部分５５は、四角錘として形成されている。図１１に示された第３部分５５は、第１方向ｄ１に対面する一致の稜線５９ａと、第２方向ｄ２に対面する一致の稜線５９ｂと、を含む側面を有している。一方、図１２に示された第３部分５５は、四角錐台として形成されている。なお、図１０〜図１２に示された第３部分５５の底面をなす四角形の各辺は、第１方向ｄ１および第２方向ｄ２に延びているが、この第３部分５５の底面をなす四角形の各辺が、第１方向ｄ１および第２方向ｄ２の両方に４５°をなす方向に延びるようにしてもよい。
【００７４】
また、上述した実施の形態において、太陽電池素子２０が、二次元配列されている、より具体的には、第１方向ｄ１および第２方向ｄ２のそれぞれに隙間をあけて配列されている例を示したが、これに限られない。例えば、太陽電池素子２０が、第２方向ｄ２に隙間をあけることなく配置され、第１方向ｄ１のみに隙間をあけて配置されるようにしてもよい。
【００７５】
さらに、上述した実施の形態では、第１部分４０、第２部分５０および反射層６０を含む反射積層体１２が、太陽電池素子２０を含んだモジュール本体１１とは別に設けられた例を示したが、これに限られない。例えば、図１３に示すように、第１部分４０が、封止材層２７の一部分として形成されていてもよい。或いは、第２部分５０が、封止材層２７の一部分として形成され、第１部分４０が、封止材層２７よりも高屈折率の部分として封止材層２７に隣接して設けられるようにしてもよい。これらの例においては、図１３に示すように、上述した透明裏面側保護シート２８と同様の機能を期待された保護シート２９を反射層６０の裏面側に設けるようにしてもよい。この保護シート２９は、透明または半透明でなくてもよい。
【００７６】
また、図１３に示された変形例に代えて、第１部分４０が、透明裏面側保護シート２８の一部分として形成されていてもよい。或いは、第２部分５０が、透明裏面側保護シート２８の一部分として形成され、第１部分４０が、透明裏面側保護シート２８よりも高屈折率の部分として透明裏面側保護シート２８に隣接して設けられるようにしてもよい。
【００７７】
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０   太陽電池モジュール
１０ａ 受光面、入射面
１１   モジュール本体
１２   反射積層体
１６   隙間
２０   太陽電池素子、太陽電池セル
２０ａ 入射側面
２０ｂ 裏面
２６   透明前面基板
２７   封止材層
２８   裏面側保護シート
２９   保護シート
３０   光制御シート、光制御層
３５   支持部
４０   第１部分、高屈折率部分
５０   第２部分、低屈折率部分、空隙
５１ａ 頂部
５１ｂ 基端部
５３   傾斜部
５５   第３部分、低屈折率部分、空隙
５６ａ 頂部
５６ｂ 基端部
５８   傾斜部
５９ａ，５９ｂ       稜線
６０   反射層、反射体
６０ａ 入光側面
【図１】
2013243297.tif 000004
【図２】
2013243297.tif 000005
【図３】
2013243297.tif 000006
【図４】
2013243297.tif 000007
【図５】
2013243297.tif 000008
【図６】
2013243297.tif 000009
【図７】
2013243297.tif 000010
【図８】
2013243297.tif 000011
【図９】
2013243297.tif 000012
【図１０】
2013243297.tif 000013
【図１１】
2013243297.tif 000014
【図１２】
2013243297.tif 000015
【図１３】
2013243297.tif 000016