JP2011060835A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光が入射された際に発生する屈折光を低減す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１は、片面受光型の太陽電池素子２と、この太陽電池素子２の前面側に配置された前面板３と、太陽電池素子２の背面側に配置された背面板４とを備えている。背面板４は、前面板３から入射された太陽光を前面板３に向けて反射させるＶ字状の光反射板部７を有している。ここで、光反射板部７を形成する傾斜面７ａ，７ｂの傾斜角をθａ、傾斜面７ａ，７ｂの頂角をθｂ、前面板３の絶対屈折率をＮｂとしたときに、光反射板部７の形状は、ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ）−２°≦θｂ−２θａ≦ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ）＋１０°を満足するように設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、片面受光型の太陽電池素子を有する太陽電池モジュールに関するものである。

従来の太陽電池モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されているように、複数の片面受光型の太陽電池素子と、隣り合う２つの太陽電池素子間に配置され、モジュール受光面から入射された太陽光をモジュール受光面に向けて反射させるＶ字状の光反射面とを備えたものが知られている。

特開２０００−１０１１２４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、Ｖ字状の光反射面の形状（角度）によっては、光反射面で反射した光がモジュール受光面で屈折して外部に流出されてしまう。この場合には、モジュール受光面で反射して太陽電池素子に入射される光が少なくなるため、発電効率が低下してしまう。

本発明の目的は、太陽光が入射された際に発生する屈折光を低減することができる太陽電池モジュールを提供することである。

本発明者等は、片面受光型の太陽電池素子とＶ字状の光反射板とを備えた太陽電池モジュールについて鋭意検討を重ねた結果、Ｖ字状の光反射板の形状（傾斜角及び頂角）を最適化することにより、前面板から入射された太陽光が光反射板で反射されたときに、前面板と空気層との界面で屈折する光を低減できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の太陽電池モジュールは、片面受光型の太陽電池素子と、太陽電池素子の前面側に配置された前面板と、太陽電池素子の背面側に配置され、前面板から入射された太陽光を前面板に向けて反射させるＶ字状の光反射板とを備え、光反射板の傾斜角をθａ、光反射板の頂角をθｂ、前面板の屈折率をＮｂとしたときに、ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ）−２°≦θｂ−２θａ≦ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ）＋１０°を満足することを特徴とするものである。

このような太陽電池モジュールにおいて、太陽光が前面板から入射されて光反射板で反射されると、その反射光は前面板と空気層との界面で反射されて太陽電池素子に入射される。このとき、上記関係式を満足するように光反射板の形状を設定することにより、前面板と空気層との界面における光の反射率が高くなり、前面板と空気層との界面で発生する屈折光が低減される。

本発明によれば、太陽光が入射された際に発生する屈折光を低減することができる。これにより、太陽電池素子に入射される光が増えるため、発電効率を向上させることが可能となる。

本発明に係わる太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。 図１に示した背面板の構造例を示す断面図である。 図１に示した背面板の成型法を示す図である。 図１に示した太陽電池モジュールに太陽光が入射したときの様子を示す概略図である。 光が相対屈折率の異なる媒質内に入射するときの様子を示す図である。 屈折率が１．５３の前面板を使用した場合の前面板入射角と光利用率との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係わる太陽電池モジュールの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。同図において、本実施形態の太陽電池モジュール１は、複数の片面受光型の太陽電池素子２と、太陽電池素子２の前面側に配置された前面板３と、太陽電池素子２の背面側に配置された背面板４と、前面板３と背面板４との間に設けられ、各太陽電池素子２を固定するための封止樹脂からなる樹脂部５とを備えている。

前面板３は、例えば白板強化ガラス等で形成されている。樹脂部５を形成する封止樹脂としては、例えばエチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ樹脂）等が用いられる。

背面板４は、太陽電池素子２が載置される複数の平坦板部６と、各平坦板部６の両側に設けられ、前面板３から入射された太陽光を前面板３に向けて反射させる複数のＶ字状の光反射板部（集光部）７とからなっている。

背面板４は、図２に示すように金属基板８を有し、この金属基板８の表面には、ＰＥＴ層９、Ａｇフィルム層１０及びＥＶＡフィルム層１１が接着層１２を介して順に積層されている。金属基板８の裏面には、接着層１２を介してＰＥＴ層１３が形成され、このＰＥＴ層１３の裏面にはフッ素コーティング層１４が形成されている。

背面板４の成型法を図３に示す。図３（ａ）に示す成型法では、ロール状の基材４ａを繰り出して切断した後、その基材４ａをプレス機１５によりプレス加工して、凹凸状の成型品である背面板４を得る。図３（ｂ）に示す成型法では、ロール状４ａの基材を繰り出した後、その基材４ａを１対のギア１６によりギアロール加工し切断して、背面板４を得る。図３（ｃ）に示す成型法では、切断済みの平板状の基材４ｂをプレスブレーキ１７によりベンダー加工して、背面板４を得る。

以上のような太陽電池モジュール１において、図１及び図４に示すように、太陽光が前面板３から入射して背面板４の光反射板部７で反射されると、その反射光は前面板３と空気層との界面３ａで反射される。そして、当該界面３ａで反射した光が太陽電池素子２の前面に入射され、太陽電池素子２により発電が行われる。

しかし、前面板３と空気層との界面３ａでは屈折率差が生じるため、反射光の他に屈折光が発生することがある。この屈折光は、モジュール外部にリークする光である。このため、屈折光が発生すると、光損失が増大し、太陽電池素子２に入射される光が減少し、結果的に光利用率の低下につながる。

そこで、前面板３と空気層との界面３ａで発生する屈折光を極力低減し、多くの反射光を太陽電池素子２に入射させるためには、Ｖ字状の光反射板部７の形状（角度）を最適化する必要がある。このとき、前面板３に対して垂直な方向から太陽光が平行に入射したときに、最大出力が得られる。従って、前面板３に対して垂直な方向から太陽光が平行に入射する場合を考慮して、光反射板部７の形状を光学設計することが重要である。

具体的には、図４に示すように、Ｖ字状の光反射板部７を形成する傾斜面７ａ，７ｂの傾斜角（太陽電池素子２及び前面板３の前面に対する傾斜角）をθａ、傾斜面７ａ，７ｂの頂角（傾斜面７ａ，７ｂ同士のなす角）をθｂ、前面板３の絶対屈折率をＮｂとしたときに、光反射板部７の形状は、
ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ）−２°≦θｂ−２θａ≦ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ）＋１０°
を満足するように設定されている。以下、上記関係式を設定した理由について説明する。

図４は、前面板３に対して垂直な方向から太陽光が平行に入射し、その入射光が光反射板部７の傾斜面７ａ，７ｂで順に反射して、前面板３と空気層との界面３ａに達するときの様子を示している。

同図において、上記のように傾斜面７ａ，７ｂの傾斜角をθａ、傾斜面７ａ，７ｂの頂角をθｂとすると、傾斜面７ａで反射した光と傾斜面７ｂとのなす角θｃは、９０°＋θａ−θｂとなる。また、傾斜面７ｂと前面板３に対して垂直な方向の面とのなす角θｄは、９０°＋θａとなる。さらに、傾斜面７ｂで反射した光と前面板３に対して垂直な方向の面とのなす角θｅは、θｂ−２θａとなる。つまり、前面板３へ入射される反射光の入射角（前面板入射角）は、θｂ−２θａとなる。

図５は、光が相対屈折率の異なる媒質内に入射するときの様子を示している。この場合、媒質Ａの相対屈折率をＮａ、媒質Ｂの相対屈折率をＮｂ、媒質Ａ，Ｂの界面に入射される光の入射角をθ_ｂ、媒質Ａ，Ｂの界面で屈折する光の屈折角をθ_ａとすると、一般的には下記式が成立する。
Ｎａ×ｓｉｎθ_ａ＝Ｎｂ×ｓｉｎθ_ｂ …（Ａ）

このとき、媒質Ａ，Ｂの界面に入射される光の入射角θ_ｂが一定以上大きくなると、屈折現象が無くなり、全反射現象が起こるようになる。この全反射現象が起こる時の入射角θ_ｂを臨界角θ_ｍとすると、上記（Ａ）式から下記の条件式が得られる。ただし、ここでの媒質Ａは空気層であるため、相対屈折率Ｎａは１．０となる。
１．０×ｓｉｎ９０°＝Ｎｂ×ｓｉｎθ_ｍ …（Ｂ）

そして、上記（Ｂ）式を変形することで、臨界角θ_ｍが算出される。
ｓｉｎθ_ｍ＝１／Ｎｂ
θ_ｍ＝ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ） …（Ｃ）

上記（Ｃ）式より、例えば前面板３として絶対屈折率Ｎｂが１．５３のガラス材料を使用した場合、全反射現象が起こる条件としては、臨界角θ_ｍ＝４０．８°となる。よって、下記式から、光反射板部７の傾斜面７ａ，７ｂの傾斜角θａは３４．８°、光反射板部７の傾斜面７ａ，７ｂの頂角θｂは１１０．４°と決定される。
θｂ−２θａ＝４０．８°
θａ＋θｂ／２＝９０°

ここで、前面板３の材料として絶対屈折率Ｎｂが１．５３のものを使用した場合の前面板入射角（θｂ−２θａ）と光利用率との関係を図６に示す。同図から分かるように、前面板入射角が４０．８°（全反射成立条件）であるときに、光利用率が９０．８％で最大となり、前面板入射角が５０°のときでも、光利用率が９０．０％となる。なお、前面板入射角が５０°のときに、全反射成立条件に対する光利用低下率は０．８８％となる。そして、全反射成立条件からの前面板入射角のズレが大きくなるほど、光利用率が低下するようになる。

図６に示すグラフから、光反射板部７の傾斜面７ａ，７ｂの傾斜角θａ、光反射板部７の傾斜面７ａ，７ｂの頂角θｂは、下記の関係式を満足するような数値範囲に設定される。この数値範囲は、光利用率がほぼ９０％以上となり、全反射成立条件に対する光利用低下率がほぼ１％以下となるように設定されたものである。
ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ）−２°≦θｂ−２θａ≦ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ）＋１０°

このような関係式を満足するようにＶ字状の光反射板部７の形状を最適化したので、前面板３と空気層との界面３ａで屈折する光が低減し、その分だけ前面板３と空気層との界面３ａで反射する光が増大する。このため、太陽電池素子２に入射される光量が多くなり、太陽電池素子２による光利用率が高くなる。これにより、発電効率（モジュール効率）を高くすることができる。

１…太陽電池モジュール、２…太陽電池素子、３…前面板、７…光反射板部（光反射板）。

Claims (1)

1. 片面受光型の太陽電池素子と、
   前記太陽電池素子の前面側に配置された前面板と、
   前記太陽電池素子の背面側に配置され、前記前面板から入射された太陽光を前記前面板に向けて反射させるＶ字状の光反射板とを備え、
   前記光反射板の傾斜角をθａ、前記光反射板の頂角をθｂ、前記前面板の屈折率をＮｂとしたときに、
   ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ）−２°≦θｂ−２θａ≦ｓｉｎ^−１（１／Ｎｂ）＋１０°
   を満足することを特徴とする太陽電池モジュール。
   
   
   
   

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