(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池の温度上昇を抑止できる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】複数の太陽電池２１と、複数の太陽電池２１の表面を覆い、光りを透過する保護板２２とを有し、太陽電池２１と太陽電池２１の間の保護板２２に孔２３を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池の表面を覆い、光りを透過する保護板とを有し、
前記太陽電池と前記太陽電池の間の保護板に孔を設けた事を特徴とした太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記保護板には赤外線反射フィルムが設けられている請求項１に記載の太陽電池モジュール。  
【請求項３】
横方向（または縦方向）に複数の前記太陽電池が設けられた第１のストリングと、前記第１のストリングの隣に設けられ、横方向（または縦方向）に複数の前記太陽電池が設けられた第２のストリグと、
前記第１のストリングに設けられた前記太陽電池の裏面と前記第２のストリングに設けられた前記太陽電池の裏面に設けられ、前記第１のストリングの前記太陽電池と前記第２のストリングの前記太陽電池を支持する支持手段が設けられる請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記支持手段の表または裏には、前記支持手段と一体または別体で前記複数の太陽電池を電気的に接続する回路が設けられる請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記支持手段は、前記第１のストリングおよび前記第２のストリングに夫々設けられ、且つ離間して配置されている請求項３または請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記第１のストリングと前記第２のストリングとの間隔は、予め調整されて設けられているか、または調整機構により前記間隔の調整が可能である請求項３または請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
金属材料または絶縁材料から成る第１の支持手段および第２の支持手段と、前記第１の支持手段の一方から他方に設けられた複数の太陽電池と、前記第２の支持手段の一方から他方に設けられた複数の太陽電池と、前記第１の支持手段の一端および前記第２の支持手段の一端を少なくとも保持するフレームと、前記第１の支持手段に設けられた複数の太陽電池および前記第２の支持手段に設けられた複数の太陽電池を覆った光透過性の保護板と、前記第１の支持手段に設けられた太陽電池および前記第２の支持手段に設けられた太陽電池の間に位置する前記保護板に設けられた孔とを有する事を特徴とした太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記第１の支持手段と前記第２の支持手段との間隔を調整する調整手段が前記フレームに設けられる請求項７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
横方向（または縦方向）に複数の前記太陽電池が設けられた第１のストリングと、前記第１のストリングの隣に設けられ、横方向（または縦方向）に複数の前記太陽電池が設けられた第２のストリグと、
前記第１のストリングに設けられた前記太陽電池の裏面に位置する第１の支持手段と前記第２のストリングに設けられた前記太陽電池の裏面に位置する第２の支持手段とを有し、
前記第１の支持手段と前記第２の支持手段は、所定の幅で離間し、前記太陽電池の幅よりも狭く、変形を可能とする事を特徴とした太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記第１の支持手段と前記第２の支持手段は、前記所定の幅を調整する調整機構が設けられる請求項９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、太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、巨大な台風が上陸して災害が発生したり、異常に暑い夏が来たり、また海面上昇により南の島国の生活地域が狭められていたりする報道をあちこちで聞く。
【０００３】
これらの原因は、自動車によるガソリンの使用、電気機器の動作に必要な電気の消費の為に、石油や石炭等の化石燃料を大量に燃焼させる事によると推測される。
【０００４】
これら人間の活動により、大気中の二酸化炭素、いわゆる温室効果ガスが増大し、その結果、太陽光をより以上に吸収し、温暖化する、所謂、地球温暖化が発生し、世界的な問題として叫ばれている。
そして、この地球温暖化を解決する一役を担うものとして、太陽光発電が脚光を浴び、世界中に設置されて来ている。
【０００５】
一方、先進国の経済活動の結果、アジアやアフリカなどの発展途上国の経済が盛り上がり、生活水準が向上してきている。その結果、地球上の人口は、指数関数的に増大している。この人口増大は、温暖化を助長するばかりではなく、食糧問題も発生させている。
この様な悪化をたどる中、太陽電池モジュールに着目されているポイントがある。つまり太陽電池モジュールと食物の関係である。
【０００６】
一般に図５に示す様な太陽電池モジュール１０は、荒れ地、工場の跡地、山間部の斜面などに設置して、電気を回収している。しかし、作物の生産が可能な農地は、仮に太陽電池モジュールを設置すると、その裏側にまで光が十分に届かず植物栽培に適さないため、設置されていなかった。
【０００７】
殆どの太陽電池１１は、主にＳｉを使った結晶系、多結晶系または薄膜系がメインである。１枚のＳｉ基板やガラス基板の上に、太陽電池１１が縦横隙間なくマトリックス状に一体で配置され、パネルに組み立てられている。このパネルは、例えば、アルミニウム等から成るフレーム１２に、前記縦横に組み込んで太陽電池モジュールとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した構造であると、太陽電池１１で光が吸収され、更には、アルミニウムのフレームから成るケースには、底板が設けられ、この底板により、太陽電池１１に入射する光は完全に遮断される。よって、太陽電池モジュール１０の裏面にある農作地は、パネルの周辺から回り込む光だけが届き、この光量では農作物の生産には足りず、生育状態が悪化する。
【００１０】
特にビニールハウスや農地等で太陽電池モジュールを採用する場合は、太陽電池モジュール１０に照射する光量と野菜へ注がれる光の量を上手く調整するソーラーシェアリングが必要となり、更には薄い・軽い・割れない・壊れない・取替え容易等が求められている。
【００１１】
また太陽電池セルの材質により、変動するが、太陽光の吸収により、太陽電池の温度が上がるほど、発電効率が悪化し、できるだけ熱を持たない様な構造が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前述の課題に鑑みて成され、
複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池の表面を覆い、光りを透過する保護板とを有し、
前記太陽電池と前記太陽電池の間の保護板に孔を設ける事で解決するものである。
特に、孔から空気が入ったり、または上昇した太陽電池周りの空気が孔を介して放出され、温度上昇を抑止する事が出来る。
第２に、前記保護板には赤外線反射フィルムを設ける事で解決するものである。太陽光からの赤外線を反射させ、温度の上昇を抑止できる。
【００１３】
第３に、横方向（または縦方向）に複数の前記太陽電池が設けられた第１のストリングと、前記第１のストリングの隣に設けられ、横方向（または縦方向）に複数の前記太陽電池が設けられた第２のストリングと、
【００１４】
前記第１のストリングに設けられた前記太陽電池の裏面と前記第２のストリングに設けられた前記太陽電池の裏面に設けられ、前記第１のストリングの前記太陽電池と前記第２のストリングの前記太陽電池を支持する支持手段とを有する事で解決するものである。
【００１５】
続いて、第４に、前記支持手段の表または裏には、前記支持手段と一体または別体で前記複数の太陽電池を電気的に接続する回路を設ける事で解決するものである。
第５に、前記支持手段は、前記第１のストリングおよび前記第２のストリングに夫々設けられ、且つ離間して配置される事で解決するものである。
ストリング毎に支持手段が設けられ、その間は離間した開放部と成るため、熱をこの部分から放出できる。また孔を介した出入りを良好にできる。
第６に、前記第１のストリングと前記第２のストリングとの間隔は、予め調整されて設けられているか、または調整機構を持つ事で解決するものである。
例えば、トマトやホウレンソウなど、必要とする光量が異なるため、違う野菜を連続して栽培する時は、有効である。
【００１６】
第７に、金属材料または絶縁材料から成る第１の支持手段および第２の支持手段と、前記第１の支持手段の一方から他方に設けられた複数の太陽電池と、前記第２の支持手段の一方から他方に設けられた複数の太陽電池と、前記第１の支持手段の一端および前記第２の支持手段の一端を保持するフレームと、前記第１の支持手段に設けられた複数の太陽電池および前記第２の支持手段に設けられた複数の太陽電池を覆った光透過性の保護板と、前記第１の支持手段に設けられた太陽電池および前記第２の支持手段に設けられた太陽電池の間に位置する前記保護板に設けられた孔とを有する事で解決するものである。
第８に、前記第１の支持手段と前記第２の支持手段との間隔を調整する調整手段が前記フレームに設けられる事で解決するものである。
【００１７】
第９に、横方向（または縦方向）に複数の前記太陽電池が設けられた第１のストリングと、前記第１のストリングの隣に設けられ、横方向（または縦方向）に複数の前記太陽電池が設けられた第２のストリグと、
【００１８】
前記第１のストリングに設けられた前記太陽電池の裏面に位置する第１の支持手段と前記第２のストリングに設けられた前記太陽電池の裏面に位置する第２の支持手段とを有し、
前記第１の支持手段と前記第２の支持手段は、所定の幅で離間し、前記太陽電池の幅よりも狭く、変形を可能とする材料から成る事で解決するものである。
第１０に、前記第１の支持手段と前記第２の支持手段は、前記所定の幅を調整する調整機構が設けられる事で解決するものである。
【発明の効果】
【００１９】
太陽電池の温度上昇を抑止でき、更には、ソーラーシェアリングが可能と成り、発電効率も良く、更には太陽電池モジュールの下方でも生育の優れた野菜等の植物栽培が可能と成った。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係わる太陽電池モジュールの図である。
【図２】本発明に係わり、ストリング状に並べられた太陽電池セルの調整機構について説明する図である。
【図３】本発明に係わる太陽電池モジュールの設置について説明する図である。
【図４】本発明に係わる太陽電池モジュールの設置について説明する図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールについて説明する図である。
【図６】本発明で採用される保護板を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
では、以下に太陽電池モジュール２０について説明する。
先ずは、太陽電池２１について説明する。太陽電池の光吸収層の材料は、シリコン系、化合物系、有機系に大別され、
シリコン系では、
１：単結晶シリコン型
２：多結晶シリコン型
３：微結晶シリコン型
４：アモルファスシリコン型
に分けられ、
形態としては、
薄膜型やハイブリッド型などに分けられる。
続いて化合物系では、主に
１：ＩｎＧａＡｓ系
２：ＧａＡｓ系
３：ＣＩＳ（カルコパライト）系
４：ＣｄＴｅ/ＣｄＳ系
更には、有機系では、
１：色素増感型
２：有機薄膜系
で分類される。
【００２２】
また結晶基板自身を使う、単結晶型、薄いガラス基板に薄膜を成長させるガラス基板薄膜モジュール、更にはフレキシブル基板に太陽電池を形成するフレキシブル基板薄膜モジュール等に大別される。
本発明は、これら全ての材料に適用可能であるが、図面では、色素増感型の太陽電池セルで説明している。
【００２３】
また太陽電池の温度の影響について触れる。一般にモジュール構造によっても異なるが、太陽の光により７０度〜９０度にも上昇し、この温度上昇により、出力が低下する現象がある。本発明は、この温度上昇を防止する為に色々と改善が施されている。従来では、太陽電池２１を覆う様に保護板２２が設けられ、この保護板２２と対向し、ケースの底面にも底板が設けられて収納空間が形成されていた。この空間が原因で温度上昇する為、本発明では、孔２３が設けられ、更に改善させる為に、底面の代わりに、ストリング毎に支持手段２４を設け、太陽電池モジュール２０の裏面側も解放状態にしている。尚、詳細は、後述する。
【００２４】
続いて、色素増感型の太陽電池について、簡単に触れる。図１や図２の円形の太陽電池２１は、例えば発電セルが、太陽電池２１の略中央部の開口部ＯＰを除いて、その周囲に配置された構造である。この発電セルは、ここでは一つであるが、一般には、複数であり、２つから８つの程度の中で数が選択され、発電セルが直列接続構造で組み込まれていている。（尚太陽電池の外形は、多角形で良い。）また負極基板（または発電基板）と、正極基板（または対向基板）が対向し、前記負極基板と正極基板の周囲に設けられたシール材により形成された空間内に電解液が封止されており、前記負極基板に設けられた発電層が前記電解液に接触している。尚、前記負極基板を構成する透明導電膜付基板は、プラスチック基板上に透明導電膜を有する積層構造で、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）板又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）である。一方、正極基板は、金属基板あるいは積層構造のプリント基板を利用して構成されており、略中央部に前記負極基板の貫通孔よりも径の大きい貫通孔を有している。また、正極基板は、金属基板を用いる場合は、導電性を有し電解液と相互作用の小さい金属を材料とし、その表面には触媒層を形成する。金属材料としては、導電性を有し電解液と相互作用の小さい金属であれば基本的に使用可能であるが、チタンやタングステン、ステンレスといった材料が望ましい。また、正極基板は、ポリイミド層と、その一方の主面に形成された第１の正極〜第４の正極と、前記ポリイミド層の他方の主面に形成された第１の配線層〜第４の配線層を備えている。前記プリント基板は、ポリイミド層の一方の主面に、Ｃｕ薄膜とＡｕ薄膜からなる導体層を有し、他方の主面に、Ｃｕ薄膜とＡｕ薄膜からなる導体層を有している。プリント基板の場合は、正極基板側の電解液と接する面に備えられたＣｕ薄膜とＡｕ薄膜の表面に、導電性を有し電解液と相互作用の小さい金属薄膜を形成し、その表面には触媒層を形成する。金属材料としては、導電性を有し電解液と相互作用の小さい金属であれば基本的に使用可能であるが、チタンやタングステン、ステンレスといった材料が望ましい。
この様に、負極基板（ないし発電基板）と、正極基板（対向基板）が樹脂材料から成るため、熱の上昇は、劣化の原因と成る。
この問題は、構造が違うものの、他の太陽電池でも同様な劣化を導く。
では、本発明の太陽電池モジュール２０について具体的に説明して行く。
【００２５】
まず円形の太陽電池２１は、前述した様に、発電セルが一つ、または複数、例えば４つ程度形成される。そして、発電セルが複数の場合は、直列接続され、一つの太陽電池として入出力の外部電極が設けられ、太陽電池として独立して構成されている。例えば、光を当てた状態で、太陽電池に設けられた外部電極にテスタを当てれば、出力が出る状態になったものである。
【００２６】
そしてこの太陽電池２１は、縦横に、複数個が配列され、マトリックス状に配列される。ここでは、図面の都合上、横に３個の太陽電池２１が配列され、この３個の太陽電池列が縦方向に３つ設けられている。この横方向に配列された複数の太陽電池をストリングと呼称する。
【００２７】
よって図１では、上から第１のストリング２５、第２のストリング２６・・・第ｎのストリング２７（ｎは自然数）が設けられている。尚、第ｎのストリング２７では、装着用部品（コネクタ）２８を説明する為、左側の太陽電池２１は、省略した。この装着用部品は、太陽電池２１の外部電極と支持手段２４に設けられる回路を電気的に接続すると同時に、太陽電池２１を機械的に固定するものである。
【００２８】
続いてこれら太陽電池・・・の裏面を支持する支持手段２４が設けられている。この支持手段２４は、ストリング毎に設けられ、例えば軽量な金属材料から成り、好ましくは、若干の変形が可能な材料が好ましい。本実施例では、Ｆｅ、ＣｕまたはＡｌ板から成る。尚、耐環境性に優れるため、Ａｌを採用している。
【００２９】
この支持手段２４の少なくとも一方の端部は、矩形のフレーム３０に固定されている。ここでは、図の左右の縦方向に延在したフレームにねじで固定されている。尚、ここでは、支持手段の両端が固定されている。支持手段の表面には、お互いに絶縁処理されて、プリント基板３１が配置されている。このプリント基板３１は、太陽電池２１・・・を直列に接続するため、電極や配線が設けられている。そして前述した装着用部品２８もプリント基板側の電極と電気的に接続されて固定されている。この装着用部品２８は、ＤＶＤプレーヤー等に見られる光ディスクの固定部、一般にはターンテーブルと呼ぶ構造と同等の装着機構を持ち、ターンテーブルは回転するが、この装着用部品２８は回転しない。太陽電池２１の開口部ＯＰを装着用部品２８に押し込んで固定すると、太陽電池２１の外部電極とプリント基板３１上の回路が電気的に接続する機構を持っている。尚、プリント基板３１は、支持手段２４とほぼ同等のサイズで良い。またこの装着用部品２８がある事で、壊れた太陽電池２１を取り外し、別途新しい太陽電池を装着できる。
【００３０】
尚、支持手段が金属の場合、表面に絶縁層を施し、その上に銅パターンを形成する事で、プリント基板３１を省略しても良い。例えばＡｌの場合、表面に陽極酸化膜を施した後に、前記絶縁層を被覆し、銅パターンを形成しても良い。どちらにしても、プリント基板材料が無くなるため、大幅に熱伝導が改善され、太陽電池２１の温度上昇を抑止できる。
【００３１】
続いて、保護板２２について説明する。光透過性の樹脂から成り、ここでは、従来アクリル板であったのに対し、今回は、ポリカーボネートを選択した。前者の耐熱温度が７０〜８０度に対し、後者のポリカーボネートは、１００度程度である。そのため、熱による撓みが防止できた。また保護板２３の一方の面には、赤外線反射フィルムが被覆されており、ここでは、底面側に、シートまたは塗布形態で形成される。
【００３２】
更に、太陽電池２１と太陽電池２１の間の保護板２２に孔２３を設けている。この孔２３は、図１の矢印の様に、空気の出入りが可能と成り、太陽電池２１自体の熱を大気中に放出する事ができる。
【００３３】
この孔２３は、最悪雨水や湿気の高い霧状の空気の出入りが想定されるため、劣化防止が考慮されて、太陽電池の配置領域を避けて設けられている。つまり隣接した二つの太陽電池の間に配置される。ここでは、隣接した４つの太陽電池２１の間に於いて、太陽電池２１・・・の配置領域に対応する領域を避けて、孔２３が設けられている。この孔２３を通過した空気は、矢印の様に、一部太陽電池２１のそばを通過しながら、ストリングとストリングの間の開放部３２に抜けていく。そのため、保護板２３の裏側は、熱溜まりを防止でき、太陽電池２１自体の温度上昇を防止できる。
【００３４】
続いて、フレーム３０について説明する。支持手段２４、保護板２２、必要によってはプリント基板３１を一度に挟む構造である。よってフレーム３０の断面は、例えば、Ｃの字の形状と成る。
【００３５】
ここで簡単に支持手段２４の機構について説明する。図１では、支持手段２４の両端が左右のフレーム３０Ａ、３０Ｂに固定されている。例えばｎ本の支持手段の両端にねじ止め孔を設け、左右のフレーム３０Ａ、３０Ｂには、細かくｎ本以上、好ましくは２ｎ個のねじ穴が設けられていれば、それぞれの支持手段２４は、位置調整が可能な機構と成る。
【００３６】
また左右のフレーム３０Ａ、３０Ｂの所で、支持手段２４を挟む２枚の板が用意されれば、強く挟持すれば支持手段２４は固定され、挟持を緩めれば、支持手段２４は、スライドが可能と成る。この様に、位置の調整機構４０を用意する事で、支持手段２４（またはストリング２５〜２７）の位置を調整でき、結果的にソーラーシェアリングが可能と成る。
【００３７】
またこの観点で考えると、図１Ａに於ける、支持手段２４の幅Ｄを、可能な限り狭くする事で、光の量をより多く太陽電池モジュール２０の下方へ渡す事が可能と成る。
【００３８】
尚、この支持手段２４は、横方向に一本ずつ並んでいるが、図６の様に、格子状に配置させても良い。位置関係を示すため、太陽電池２１と保護板２２の孔２３を点線で示し、支持手段２４Ａに設けた矩形の孔２３Ａを太い実線で示す。従来例でも触れた底板である。
続いて応用例について図３、図４で簡単に触れる。
【００３９】
図３は、ビニールハウスであり、図１のフレームを湾曲面の屋根に沿って取り付けたものである。Ａｌから成るフレームであるため、湾曲加工が容易であり、間隔ｄを調整する機構を持たせる事で、色々な野菜の栽培が可能と成る。例えばホウレンソウとトマトで光の量が異なれば、それぞれ調整機構で調整する事で、農作物の収率を低減せずに発電を行うことが可能である。
【００４０】
図４は、トライアングル型のフレームに図１の太陽電池モジュール２０を取り付けた場合を示す。こちらも間隔ｄの調整により農作物の収率を低減せずに発電を行うことが可能である。
また前述のポイントは、図２に於いて、間隔ｄを調整する点について、説明したが、支持手段２４に沿って間隔Ｅを変えても良い。つまり支持手段２４に沿って、太陽電池２１の間隔を変える事でも、光の透過部分が調整できる。ここの調整も、調整可能な構造を持たせるのか、また支持手段上の電極の位置を変えて間隔Ｅを変えるかは、任意である。
ここでは、色々な野菜の特性に合わせ、間隔ｄまたはＥを変えて調整し、野菜の栽培と発電を両方可能とし、良好なソーラーシェアリングが可能と成った。更に、熱の上昇による発電効率の低下は、孔や開放部を設ける事で抑止できた。  更に、ビニールハウスや農地等で太陽電池モジュールを採用する場合は、薄い・軽い・割れない・壊れない・取替え容易等が求められているが、今まで述べた構造を採用する事で、これらの条件点を満足する太陽電池モジュールが実現できた。
【符号の説明】
【００４１】
２０：太陽電池モジュール
２１：太陽電池
２２：保護板
２３：孔
２４：支持手段
２５：第１のストリング
２６：第２のストリング
２７：第ｎのストリング
２８：装着用部品
３０：フレーム
３１：プリント基板
３２：開放部
【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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