JP2015201464A - 太陽電池モジュール及び太陽光発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さによって制約されにくい太陽電池モジュール及び太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】第1の主面と、第1の主面と対向する第2の主面と、を有し、第1の主面または第2の主面から入射した外光を蛍光体により蛍光に変換して射出する導光板と、導光板から射出された蛍光を受光する太陽電池素子と、を備え、導光板の端部には、第1の主面から第2の主面側に屈曲する第1の面と、第2の主面から第1の主面とは反対側に屈曲する第2の面と、第1の面と第2の面とに接する第3の面と、が設けられ、第3の面に太陽電池素子が設置され、第3の面から射出された蛍光を太陽電池素子が受光する。
【選択図】図1
【解決手段】第1の主面と、第1の主面と対向する第2の主面と、を有し、第1の主面または第2の主面から入射した外光を蛍光体により蛍光に変換して射出する導光板と、導光板から射出された蛍光を受光する太陽電池素子と、を備え、導光板の端部には、第1の主面から第2の主面側に屈曲する第1の面と、第2の主面から第1の主面とは反対側に屈曲する第2の面と、第1の面と第2の面とに接する第3の面と、が設けられ、第3の面に太陽電池素子が設置され、第3の面から射出された蛍光を太陽電池素子が受光する。
【選択図】図1
Description
本発明は、太陽電池モジュール及び太陽光発電装置に関する。
導光板の端面に太陽電池素子を設置し、導光板の内部を伝播した光を太陽電池素子に入射させて発電を行う太陽光発電装置として、特許文献1に記載の太陽光エネルギー変換器が知られている。この太陽光エネルギー変換器は、透光性基板内に入射した太陽光によって蛍光体を発光させ、蛍光体から放射された蛍光を透光性基板の端面に設置された太陽電池に伝播させることで発電している。
ところで、太陽電池素子は、化合物半導体ウエハー等の一枚の大きな円盤状のウエハーから任意の大きさに切り出された部材を含んで形成される。導光板の厚みは用途によって様々であり、導光板の厚み(端面の高さ)が必ずしも太陽電池素子の受光面の高さに適したものであるとは限らない。特許文献1の太陽光エネルギー変換器では、導光板の端面に太陽電池素子が設置されているので、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さ(導光板の厚み)に制約されてしまい、設計の自由度が損なわれる惧れがある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さによって制約されにくい太陽電池モジュール及び太陽光発電装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
(1)すなわち、本発明の一態様における太陽電池モジュールは、第1の主面と、前記第1の主面と対向する第2の主面と、を有し、前記第1の主面または前記第2の主面から入射した外光を蛍光体により蛍光に変換して射出する導光板と、前記導光板から射出された前記蛍光を受光する太陽電池素子と、を備え、前記導光板の端部には、前記第1の主面から前記第2の主面側に屈曲する第1の面と、前記第2の主面から前記第1の主面とは反対側に屈曲する第2の面と、前記第1の面と前記第2の面とに接する第3の面と、が設けられ、前記第3の面に前記太陽電池素子が設置され、前記第3の面から射出された前記蛍光を前記太陽電池素子が受光する。
(1)すなわち、本発明の一態様における太陽電池モジュールは、第1の主面と、前記第1の主面と対向する第2の主面と、を有し、前記第1の主面または前記第2の主面から入射した外光を蛍光体により蛍光に変換して射出する導光板と、前記導光板から射出された前記蛍光を受光する太陽電池素子と、を備え、前記導光板の端部には、前記第1の主面から前記第2の主面側に屈曲する第1の面と、前記第2の主面から前記第1の主面とは反対側に屈曲する第2の面と、前記第1の面と前記第2の面とに接する第3の面と、が設けられ、前記第3の面に前記太陽電池素子が設置され、前記第3の面から射出された前記蛍光を前記太陽電池素子が受光する。
(2)上記(1)に記載の太陽電池モジュールでは、前記第1の面と前記第2の面との間隔は、前記第3の面に近付くにつれて小さくなっていてもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の太陽電池モジュールでは、前記導光板は、前記第1の主面と、前記第2の主面と、前記第1の主面と前記第2の主面とに接する前記第1の面と、を有する導光板本体部と、前記第2の主面上に設けられ、前記第2の面と前記第3の面とを有する突起部と、を有していてもよい。
(4)上記(3)に記載の太陽電池モジュールでは、前記突起部は、前記第2の主面上に一定の幅で帯状に延在しており、前記突起部の延在方向と直交する線と前記第2の主面の法線とを含む平面で前記導光板を切った断面における前記第3の面の長さは、前記導光板本体部の厚みよりも短くてもよい。
(5)上記(3)または(4)に記載の太陽電池モジュールでは、前記突起部は、前記第2の主面上に一定の幅で帯状に延在しており、前記突起部の延在方向と直交する方向の前記突起部の幅は、前記導光板本体部の厚みの3倍以内であってもよい。
(6)上記(1)ないし(5)のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記第1の面は、前記第2の主面に対して傾斜角度θ1で傾斜した平面であり、前記第3の面は、前記第2の主面に対して傾斜角度θ3で傾斜した平面であり、前記θ1と前記θ3とが、30°≦θ1≦60°、且つ、5°≦θ3≦30°という関係式を満たしていてもよい。
(7)上記(1)ないし(6)のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記導光板は、前記第1の主面と前記第2の主面とを有する第1の部材と、前記第1の面と前記第2の面と前記第3の面とを有する第2の部材と、が接着剤によって接着されることにより形成されていてもよい。
(8)上記(7)に記載の太陽電池モジュールでは、前記第2の部材は、互いに接着された複数の部材によって構成されていてもよい。
(9)上記(7)または(8)に記載の太陽電池モジュールでは、前記第1の部材と前記第2の部材には前記蛍光体が含まれていてもよい。
(10)上記(7)または(8)に記載の太陽電池モジュールでは、前記第1の部材には前記蛍光体が含まれており、前記第2の部材には前記蛍光体が含まれていなくてもよい。
(11)上記(1)ないし(10)のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記第1の面および前記第2の面には、前記導光板の内部を伝播する前記蛍光を反射する反射層が設けられていてもよい。
(12)本発明の一態様における太陽光発電装置は、上記(1)ないし(11)のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールを備えている。
本発明の態様によれば、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さによって制約されにくい太陽電池モジュール及び太陽光発電装置を提供することができる。
[第1の実施形態]
以下、図1〜図10を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る太陽電池モジュール1について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
以下、図1〜図10を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る太陽電池モジュール1について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
図1は、第1の実施形態の太陽電池モジュール1の概略構成を示す斜視図である。
図1に示すように、太陽電池モジュール1は、導光板2と、太陽電池素子3と、第1の反射層4と、第2の反射層5と、フレーム6と、を備えている。
なお、図1においては、説明の便宜上、導光板2の4つのコーナー部のうちの一つのコーナー部を切り欠いている。
図1に示すように、太陽電池モジュール1は、導光板2と、太陽電池素子3と、第1の反射層4と、第2の反射層5と、フレーム6と、を備えている。
なお、図1においては、説明の便宜上、導光板2の4つのコーナー部のうちの一つのコーナー部を切り欠いている。
導光板2は平面視正方形の板状部材である。導光板2は、第1の主面2aと、第2の主面2bと、を有している。第1の主面2aは、太陽光を入射させる光入射面である。第2の主面2bは、第1の主面2aとは反対側の面である。
導光板2の端部には、第1の面2c1と、第2の面2c2と、第3の面2c3と、が設けられている。第1の面2c1は、第1の主面2aから第2の主面2b側に屈曲する面である。第2の面2c2は、第2の主面2bから第1の主面2aとは反対側に屈曲する面である。第3の面2c3は、第1の面2c1と第2の面2c2とに接する面である。第3の面2c3は、導光板2の内部を伝播した光を射出させる光射出面である。第1の面2c1と第2の面2c2との間隔は、第3の面2c3に近付くにつれて小さくなっている。
導光板2は、導光板本体部22と、突起部23と、を有する。導光板本体部22は、第1の主面2aと、第2の主面2bと、第1の主面2aと第2の主面2bとに接する第1の面2c1と、を有する。突起部23は、第2の主面2b上に設けられ、第2の面2c2と第3の面2c3とを有する。突起部23は、第2の主面2b上に一定の幅で帯状に延在している。
導光板2は、第1の主面2aから外光Lを入射させ、内部を伝播させた光を、第3の面2c3から射出させる。なお、導光板2のサイズは、一例として、一辺の長さが1000mm程度、厚みが2mm程度である。
図2は、太陽電池モジュール1の断面図である。図3は、太陽電池モジュール1の要部を拡大した断面図である。図2及び図3は、突起部23の延在方向と直交する線と第2の主面2bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール1を切った断面である。
図2においては、便宜上、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。
図2においては、便宜上、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。
導光板2は、図2に示すように、透明基材20中に、蛍光体21を分散させた蛍光導光板である。透明基材20は、PMMA等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの透明性の高い有機材料、もしくはガラスなどの透明性の無機材料からなる。本実施形態では、透明基材20としてPMMA樹脂(屈折率1.49)を用いる。導光板2は、このPMMA樹脂中に蛍光体21を分散させて形成されている。なお、この導光板2の屈折率は、分散させている蛍光体21の量が少ないため、PMMA樹脂と同程度の1.50となっている。
蛍光体21は、紫外光または可視光を吸収して可視光または赤外光を発光し放射する光機能材料である。光機能材料としては、有機蛍光体が挙げられる。
このような有機蛍光体としては、クマリン系色素、ペリレン系色素、フタロシアニン系色素、スチルベン系色素、シアニン系色素、ポリフェニレン系色素,キサンテン系色素,ピリジン系色素、オキサジン系色素、クリセン系色素、チオフラビン系色素、ピレン系色素、アントラセン系色素、アクリドン系色素、アクリジン系色素、フルオレン系色素、ターフェニル系色素、エテン系色素、ブタジエン系色素、ヘキサトリエン系色素、オキサゾール系色素、ジ−およびトリフェニルメタン系色素、チアゾール系色素、チアジン系色素、ナフタルイミド系色素、アントラキノン系色素等が好適に使用され、具体的には、3−(2’−ベンゾチアゾリル)−7−ジエチルアミノクマリン(クマリン6)、3−(2’−ベンゾイミダゾリル)−7−N,N−ジエチルアミノクマリン(クマリン7)、3−(2’−N−メチルベンゾイミダゾリル)−7−N,N−ジエチルアミノクマリン(クマリン30)、2,3,5,6−1H,4H−テトラヒドロ−8−トリフルオロメチルキノリジン(9,9a,1−gh)クマリン(クマリン153)などのクマリン系色素や、クマリン色素系染料であるベーシックイエロー51や、ソルベントイエロー11、ソルベントイエロー116などのナフタルイミド系色素や、ローダミンB、ローダミン6G、ローダミン3B、ローダミン101、ローダミン110、スルホローダミン、ベーシックバイオレット11、ベーシックレッド2などのローダミン系色素、1−エチル−2−〔4−(p−ジメチルアミノフェニル)−1,3−ブタジエニル〕ピリジニウム−パークロレート(ピリジン1)などのピリジン系色素などが用いられる。
このような有機蛍光体としては、クマリン系色素、ペリレン系色素、フタロシアニン系色素、スチルベン系色素、シアニン系色素、ポリフェニレン系色素,キサンテン系色素,ピリジン系色素、オキサジン系色素、クリセン系色素、チオフラビン系色素、ピレン系色素、アントラセン系色素、アクリドン系色素、アクリジン系色素、フルオレン系色素、ターフェニル系色素、エテン系色素、ブタジエン系色素、ヘキサトリエン系色素、オキサゾール系色素、ジ−およびトリフェニルメタン系色素、チアゾール系色素、チアジン系色素、ナフタルイミド系色素、アントラキノン系色素等が好適に使用され、具体的には、3−(2’−ベンゾチアゾリル)−7−ジエチルアミノクマリン(クマリン6)、3−(2’−ベンゾイミダゾリル)−7−N,N−ジエチルアミノクマリン(クマリン7)、3−(2’−N−メチルベンゾイミダゾリル)−7−N,N−ジエチルアミノクマリン(クマリン30)、2,3,5,6−1H,4H−テトラヒドロ−8−トリフルオロメチルキノリジン(9,9a,1−gh)クマリン(クマリン153)などのクマリン系色素や、クマリン色素系染料であるベーシックイエロー51や、ソルベントイエロー11、ソルベントイエロー116などのナフタルイミド系色素や、ローダミンB、ローダミン6G、ローダミン3B、ローダミン101、ローダミン110、スルホローダミン、ベーシックバイオレット11、ベーシックレッド2などのローダミン系色素、1−エチル−2−〔4−(p−ジメチルアミノフェニル)−1,3−ブタジエニル〕ピリジニウム−パークロレート(ピリジン1)などのピリジン系色素などが用いられる。
なお、蛍光体として無機蛍光体を用いることもできる。
さらに、各種染料(直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など)も、蛍光性があれば本発明の蛍光体として使用可能である。
さらに、各種染料(直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など)も、蛍光性があれば本発明の蛍光体として使用可能である。
本実施形態の場合、導光板2の内部には、1種類の蛍光体21が分散されている。蛍光体21は、橙色光を吸収して赤色の蛍光を放射する。本実施形態では、蛍光体21としてBASF社製LumogenR305(商品名)を用いる。蛍光体21は、概ね600nm以下の波長の光を吸収する。蛍光体21の発光スペクトルは、610nmにピーク波長を有する。
なお、1種類の蛍光体を用いる場合に限らず、複数種類(2種類もしくは3種類以上)の蛍光体を用いてもよい。
このような導光板2では、蛍光体21が導光板2の内部に入射した外光Lの少なくとも一部を吸収して蛍光FLに変換して放出する。放出された蛍光FLは、導光板2の内部を伝播して、第3の面2c3から射出され、太陽電池素子3に入射し発電に利用される。
各太陽電池素子3は、導光板2の各辺に沿って配置されている。太陽電池素子3の受光面は、導光板2の第3の面2c3に対向している。なお、太陽電池素子3の幅は、一例として、2.07mmである。
太陽電池素子3としては、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、量子ドット太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。中でも、化合物半導体を用いた化合物系太陽電池や量子ドット太陽電池は、高効率な発電が可能であることから、太陽電池素子3として好適である。特に、蛍光体21の発光スペクトルのピーク波長(610nm)において高効率を示す化合物系太陽電池であるGaAs太陽電池が望ましい。他にも、化合物系太陽電池として、InGaP、InGaAs,AlGaAs、Cu(In,Ga)Se2、Cu(In,Ga)(Se,S)2、CuInS2、CdTe、CdS等を用いてもよい。また、量子ドット太陽電池として、Si、InGaAs等を用いてもよい。ただし、価格や用途に応じて、Si系や有機系など他の種類の太陽電池を用いることもできる。
太陽電池素子3は、図3に示すように、導光板2の第3の面2c3に透明接着層3aにより接合されている。透明接着層3aは、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、ポリイミド系接着剤等の熱硬化性接着剤が好適である。なお、透明接着層3aの屈折率は、導光板2と同程度の1.50となっている。
図4は、太陽電池素子3の概略構成を示す平面図である。
太陽電池素子3は、図4に示すように、4つの太陽電池セル3cを備えている。各太陽電池セル3cは直列接続されている。支持基板3bには、フレキシブル基板(Flexible printed circuits ;FPC)等の配線基板が設けられている。各太陽電池セル3cは、支持基板3bにハンダにより接続されている。支持基板3bの基材としては、ガラスエポキシ基板を用いることができる。
太陽電池素子3は、図4に示すように、4つの太陽電池セル3cを備えている。各太陽電池セル3cは直列接続されている。支持基板3bには、フレキシブル基板(Flexible printed circuits ;FPC)等の配線基板が設けられている。各太陽電池セル3cは、支持基板3bにハンダにより接続されている。支持基板3bの基材としては、ガラスエポキシ基板を用いることができる。
太陽電池セル3cの平面形状は、幅49mm、高さ2.07mmの長方形である。支持基板3bの平面形状は、幅200mm、高さ3mmの長方形である。支持基板3bは、一つの第3の面2c3につき5つ設けられる。言い換えると、一つの第3の面2c3につき5個の太陽電池素子3が設けられる。一つの第3の面2c3につき20個の太陽電池セル3cが設けられる。
支持基板3bの太陽電池素子3が配置されていない領域は、接続配線が引き回される領域(配線領域)である。なお、配線領域は、第3の面2c3の法線方向から見て、第3の面2c3と重ならないよう第3の面2c3からはみ出していることが好ましい。これにより、配線領域が第3の面2c3の法線方向から見て第3の面2c3と重なる場合に比べて、接続配線を引き回し易くなる。
図3に示すように、第1の反射層4は、導光板2の第1の面2c1に設けられている。第1の反射層4の反射面は、導光板2の第1の面2c1に対向している。第1の反射層4は導光板2の内部からその外部に向けて進行する光(蛍光体21から放射された光)を導光板2の内部に向けて反射する。
第1の反射層4としては、銀やアルミニウムなどの金属膜からなる反射層や、ESR(Enhanced Specular Reflector)反射フィルム(3M社製)などの誘電体多層膜からなる反射層などを用いることができる。なお、第1の反射層4は、これに限らない。第1の反射層4としては、蛍光体の発光波長における反射率が高いものが望ましい。
第2の反射層5は、導光板2の第2の面2c2に設けられている。第2の反射層5の反射面は、導光板2の第2の面2c2に対向している。第2の反射層5は導光板2の内部からその外部に向けて進行する光(蛍光体21から放射された光)を導光板2の内部に向けて反射する。第2の反射層5としては、第1の反射層4と同様のものを用いることができる。
フレーム6は、図1に示すように、平面視矩形枠状である。フレーム6は、導光板2を保持するものである。フレーム6は、複数の太陽電池素子3を覆って形成されている。フレーム6の肉厚は2mm程度である。フレーム6の形成材料は、Al等の金属である。この他にも、フレーム6の形成材料としては種々の材料を用いることができる。特に、高強度かつ軽量な材料を用いることが好ましい。
図3に示すように、フレーム6は、天板部6aと、底板部6bと、側壁部6cと、を備えている。
天板部6aの第1の端部6a1は側壁部6cに接続されている。天板部6aの第2の端部6a2は導光板2の第1の主面2aの端部まで延在している。底板部6bは、導光板2を挟んで天板部6aと対向して配置されている。底板部6bの第1の端部6b1は側壁部6cに接続されている。底板部6bの第2の端部6b2は導光板2の第2の主面2bの端部まで延在している。底板部6bの導光板2の主面に平行な方向の長さは、天板部6aの導光板2の主面に平行な方向の長さと概ね等しくなっている。
フレーム6の天板部6aの第2の端部6a2と導光板2の第1の主面2aとの間には、透明接着層7a、反射層8a、及び緩衝層9aが設けられている。
反射層8aは、導光板2の第1の主面2aに透明接着層7aにより接合されている。透明接着層7aとしては、透明接着層3aと同様のものを用いることができる。
反射層8aの反射面は、導光板2の第1の主面2aに対向している。反射層8aは導光板2の内部からその外部に向けて進行する光(蛍光体21から放射された光)を導光板2の内部に向けて反射する。反射層8aとしては、ESR等の誘電体多層膜からなる反射層、Al、Cu、Au、Ag等の金属膜からなる反射層を用いることができる。
緩衝層9aは、フレーム6の天板部6aと導光板2の第1の主面2aとの間に加わる応力を吸収する。緩衝層9aとしては、シリコンゴムシート等のゴムシートを用いることができる。この他にも、緩衝層9aの形成材料としては種々の材料を用いることができる。特に、高い防水性を兼ね備えた材料を用いることが好ましい。
なお、フレーム6の天板部6aと導光板2の第1の主面2aとの間の緩衝層9aが配置されていない部分には空気層が介在している。
フレーム6の底板部6bの第2の端部6b2と導光板2の第2の主面2bとの間には、透明接着層7b、反射層8b、及び緩衝層9bが設けられている。
反射層8bは、導光板2の第2の主面2bに透明接着層7bにより接合されている。透明接着層7bとしては、透明接着層7aと同様のものを用いることができる。
反射層8bの反射面は、導光板2の第2の主面2bに対向している。反射層8bは導光板2の内部からその外部に向けて進行する光(蛍光体21から放射された光)を導光板2の内部に向けて反射する。反射層8bとしては、反射層8aと同様のものを用いることができる。
緩衝層9bは、フレーム6の底板部6bと導光板2の第2の主面2bとの間に加わる応力を吸収する。緩衝層9bとしては、緩衝層9aと同様のものを用いることができる。
なお、フレーム6の底板部6bと導光板2の第2の主面2bとの間の緩衝層9bが配置されていない部分には空気層が介在している。
図5は、本発明の第1の実施形態に係る太陽電池モジュールの要部のサイズを説明するための図である。図5は、突起部23の延在方向と直交する線と第2の主面2bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール1を切った断面である。なお、図5においては、便宜上、第1の反射層4、第2の反射層5、及びフレーム6等の図示を省略している。
図5に示すように、第1の面2c1は、第2の主面2bに対して傾斜角度θ1で傾斜した平面である。第2の面2c2は、第2の主面2bに対して傾斜角度θ2で傾斜した平面である。第3の面2c3は、第2の主面2bに対して傾斜角度θ3で傾斜した平面である。
本実施形態において、傾斜角度θ1は45°である。傾斜角度θ2は15°である。傾斜角度θ3は15°である。傾斜角度θ2及び傾斜角度θ3は互いに等しい。突起部23の形状は断面視二等辺三角形である。
導光板本体部22の厚み(断面視において第1の主面2aと第2の主面2bとの間の距離)は2mmである。突起部23の高さ(断面視において第2の主面2bと頂点との間の距離)は2tan15°(0.54mm)である。突起部23の幅(断面視において第2の主面2bと対向する辺の長さ)は4mmである。突起部23の第3の面2c3の長さ(断面視において斜辺の長さ)は2/cos15°(2.07mm)である。突起部23の第3の面2c3の長さは、導光板本体部22の厚みよりも若干長い。
ところで、太陽電池素子は、化合物半導体ウエハー等の一枚の大きな円盤状のウエハーから任意の大きさに切り出された部材を含んで形成される。導光板の厚みは用途によって様々であり、導光板の厚み(端面の高さ)が必ずしも太陽電池素子の受光面の高さに適したものであるとは限らない。特許文献1の太陽光エネルギー変換器では、導光板の端面に太陽電池素子が設置されているので、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さ(導光板の厚み)に制約されてしまい、設計の自由度が損なわれる惧れがある。
一方、導光板の端面を斜めにカットする方法が考えられる。この方法によれば、導光板の端面に設置できる太陽電池素子の大きさをある程度確保することができる。しかし、その大きさにも限界がある。なお、導光板の端面を斜めにカットする方法は、太陽電池素子の大きさが大きい場合は有効な方法であるが、太陽電池素子の大きさが小さい場合には適用することができない。
このように、導光板の端面の大きさと太陽電池素子の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることは困難である。その結果、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さによって制約されてしまうという課題がある。
これに対し、本実施形態に係る太陽電池モジュール1では、導光板2の端部に、太陽電池素子3の設置面である第3の面2c3が設けられている。そのため、特許文献1のように導光板2の端部に設置できる太陽電池素子3の大きさがある一定の大きさに制約されることはない。本実施形態によれば、第3の面2c3の長さを所望の長さに設定することで、導光板2における太陽電池素子3の配置面の大きさと太陽電池素子3の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子3の受光面の大きさが導光板2の端面の高さによって制約されにくくなる。
また、導光板2が導光板本体部22と突起部23とにより構成されているため、導光板本体部22のサイズ(厚み)に左右されることなく、第3の面2c3の長さを所望の長さに設定することができる。例えば、導光板本体部22の厚みを薄くしつつサイズの大きい太陽電池素子3を適用したい場合には、突起部23の第3の面2c3の長さを長くすればよい。また、導光板本体部22の厚みを厚くしつつサイズの小さい太陽電池素子3を適用したい場合には、突起部23の第3の面2c3の長さを短くすればよい。
ところで、太陽電池モジュールの軽量化を図るためには、導光板の厚みを薄くすることが考えられる。この場合、太陽電池モジュールの構成としては、導光板の端部を斜めにカットしてカット面に反射層を設置し、導光板の端部の反射層と対向する面に太陽電池素子を設置する構成が考えられる。ただし、この構成では、十分な集光量を得るためには太陽電池素子の受光面の大きさを大きくしなければならない。しかしながら、太陽電池素子の受光面の大きさを大きくすると、太陽電池素子の単位面積当たりの集光エネルギーが小さくなる。
本願発明者は、太陽電池素子の受光面の大きさと集光エネルギーとの関係をシミュレーションにて確認した。以下、シミュレーションの結果について図6(A)、(B)〜図10(A)、(B)を用いて説明する。
図6(A)、(B)に示すように、導光板は、平面視正方形であり、一辺の長さが1000mm、厚みが2mmのサイズのものを用いた。導光板の端部の傾斜角度θ0は45°とした。導光板の板材料は、アクリル板(屈折率1.5)を用いた。
シミュレーションでは、蛍光体が太陽光を蛍光に変換して等方的に射出することに鑑み、導光板の中央部に光を等方的に射出する光源を配置した。光源は体積光源とした。具体的には、光源は、平面視正方形であり、導光板の端から20mmの部分を除くとともに導光板の上面から0.1mm、下面から0.1mmの部分を除いたもの、つまり、一辺の長さが980mm、厚みが1.8mmのサイズのものを用いた。光源から射出される光のエネルギーは100W、光線数は100万本とした。導光板の端部は斜めにカットし、カット面に反射層を設置した。導光板の端部の反射層と対向する面には太陽電池素子を設置した。太陽電池素子の受光面の幅は2mmとした。
シミュレーションでは、蛍光体が太陽光を蛍光に変換して等方的に射出することに鑑み、導光板の中央部に光を等方的に射出する光源を配置した。光源は体積光源とした。具体的には、光源は、平面視正方形であり、導光板の端から20mmの部分を除くとともに導光板の上面から0.1mm、下面から0.1mmの部分を除いたもの、つまり、一辺の長さが980mm、厚みが1.8mmのサイズのものを用いた。光源から射出される光のエネルギーは100W、光線数は100万本とした。導光板の端部は斜めにカットし、カット面に反射層を設置した。導光板の端部の反射層と対向する面には太陽電池素子を設置した。太陽電池素子の受光面の幅は2mmとした。
このような構成の太陽電池モジュールにおいて、どのような光線が太陽電池素子に集光されないかを調べるため、光源から射出される光の射出角度をある角度に固定して光線追跡シミュレーションを行った。図7に示すように、光源から射出される光の射出角度は、導光板の全反射条件を満たす角度として、45°以上135°以下の角度範囲とした。
一例として、光源から射出される光の射出角度を45°としたときの導光板の内部を伝播する光の様子を図8(A)に示す。光源から射出される光の射出角度を90°としたときの導光板の内部を伝播する光の様子を図8(B)に示す。図8(B)に示すように、光源から射出される光の射出角度が90°の場合、光源から射出される光は、すべて反射層で反射され、太陽電池素子に集光される。
図9は、光源からの光の射出角度と太陽電池素子の集光エネルギーとの関係を示す図である。図9において、横軸は光源からの光の射出角度である。縦軸は太陽電池素子の集光エネルギーである。
シミュレーションでは、平面視正方形の導光板の中央部に光を等方的に射出する光源を配置しているため、導光板の4つの端面には光が均等に導光する。光源から射出される光のエネルギーが100Wの場合、導光板の1つの端面に導光される光の集光エネルギーは25Wとなる。図9の縦軸において、集光エネルギーが25Wとなる箇所を破線で示す。
図9の実線のグラフに示すように、光源からの光の射出角度が90°の場合は、集光エネルギーが25Wとなり、太陽電池素子には100%の光が集光されることが分かる。しかし、光源からの光の射出角度が小さくなるにつれて、太陽電池素子に集光される光の集光エネルギーが低下する。光源からの光の射出角度が45°の場合は、集光エネルギーが12.5Wとなり、光源からの光の射出角度が90°の場合の50%となる。
光源からの光の射出角度が45°の場合、集光エネルギーが光源からの光の射出角度が90°の場合の50%となるのは以下の理由によるものと考えられる。
図10(A)、(B)は、光源からの光の射出角度が45°の場合、導光板の内部を伝播する光の伝播経路が異なる場合における太陽電池素子に入射する光の様子を示す図である。
図10(A)、(B)に示すように、光源からの光の射出角度が45°の場合、導光板の内部を伝播する光の伝播経路によっては太陽電池素子に光が入射したり入射しなかったりする。
例えば、図10(A)に示すように、光源からの光が導光板の第1の主面に入射し、この第1の主面で反射して太陽電池素子に向かう場合には、太陽電池素子に光が入射する。一方、図10(B)に示すように、光源からの光が導光板のカット面に設置した反射層に入射し、この反射層で反射した場合には、入射方向とは反対向きに反射されるため、太陽電池素子には光が入射しない。
このような場合、太陽電池素子の幅を導光板の厚みの2倍にすれば、図10(B)に示したように太陽電池素子(幅2mm)に入射しなかった光が太陽電池素子(幅4mm)に入射するようになると考えられる。しかし、太陽電池素子の幅を大きくすることは、高コストになったり、太陽電池素子の単位面積当たりの集光エネルギーが低下したりする。そのため、太陽電池素子の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくするためには、太陽電池素子の幅を短くする、すなわち太陽電池素子の受光面の大きさを小さくすることが重要である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール1では、第1の面2c1と第2の面2c2との間隔が第3の面2c3に近付くにつれて小さくなっているため、第3の面2c3の長さを小さくすることができる。そのため、太陽電池素子の受光面の大きさを小さくすることができる。よって、太陽電池素子3の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくすることができる。
また、本実施形態に係る太陽電池モジュール1では、図10(B)に示したように太陽電池素子に集光できなかった光も、図11に示すように太陽電池素子3に集光することができる。具体的には、導光板2を伝播する光が導光板2の第2の面2c2に設置された第2の反射層5に入射し、この第2の反射層5で反射した光は導光板2の第1の面2c1に設置された第1の反射層4に入射する。そして、この第1の反射層4で反射した光は導光板2の第3の面2c3に設置された太陽電池素子3に向かい、太陽電池素子3に光が入射する。このように、本実施形態によれば、太陽電池素子3の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくすることができる。
また、本実施形態に係る太陽電池モジュール1では、傾斜角度θ2及び傾斜角度θ3がそれぞれ15°であるため、太陽電池素子3の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくすることができる。
本願発明者は、導光板2の第2の面2c2の傾斜角度θ2及び第3の面2c3の傾斜角度θ3と太陽電池素子3の集光エネルギーとの関係をシミュレーションにて確認した。以下、シミュレーションの結果について図12及び表1を用いて説明する。
シミュレーションは、断面視二等辺三角形の突起部の長辺を4mmに固定し、導光板2の第2の面2c2の傾斜角度θ2及び第3の面2c3の傾斜角度θ3をそれぞれ0°〜20°の範囲で5°ずつ変化させて行った。なお、断面視における太陽電池素子の幅は、導光板2の第3の面に等しく、2/cosθ3[mm]で表される。
図12は、導光板2の第2の面2c2の傾斜角度θ2及び第3の面2c3の傾斜角度θ3と太陽電池素子3の集光エネルギーとの関係を示す図である。図12において、横軸は導光板2の第2の面2c2の傾斜角度θ2及び第3の面2c3の傾斜角度θ3である。縦軸は太陽電池素子3の集光エネルギーである。◇は太陽電池素子全体の集光エネルギーを示す。□は単位面積当たりの集光エネルギーを示す。
表1は、導光板2の第2の面2c2の傾斜角度θ2及び第3の面2c3の傾斜角度θ3をそれぞれ0°〜20°の範囲で5°ずつ変化させたときの太陽電池素子3全体の集光エネルギーと太陽電池素子3の単位面積当たり(幅2mm当たり)の集光エネルギーを数値化した表である。
図12及び表1に示すように、太陽電池素子3全体の集光エネルギーは、導光板2の第2の面2c2の傾斜角度θ2及び第3の面2c3の傾斜角度θ3を大きくするにつれて増加している。一方、太陽電池素子3の単位面積当たりの集光エネルギーは、導光板2の第2の面2c2の傾斜角度θ2及び第3の面2c3の傾斜角度θ3が15°のときに最大となる。このように、傾斜角度θ2及び傾斜角度θ3をそれぞれ15°にすることで、太陽電池素子3の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくできることが分かった。
[第2の実施形態]
以下、本発明の第2の実施形態について、図13を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール101の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板102の突起部123の形状、突起部123に設置される太陽電池素子103の形状及び第2の反射層105の形状が第1の実施形態と異なる。
以下、本発明の第2の実施形態について、図13を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール101の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板102の突起部123の形状、突起部123に設置される太陽電池素子103の形状及び第2の反射層105の形状が第1の実施形態と異なる。
図13は、太陽電池モジュール101の要部を拡大した断面図である。図13は、突起部123の延在方向と直交する線と第2の主面2bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール101を切った断面である。
図13においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図13において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図13においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図13において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図13に示すように、第2の面102c2は、第2の主面2bに対して傾斜角度θ2で傾斜した平面である。第3の面102c3は、第2の主面2bに対して傾斜角度θ3で傾斜した平面である。
本実施形態において、傾斜角度θ1は45°である。傾斜角度θ2は15°である。傾斜角度θ3は75°である。傾斜角度θ2及び傾斜角度θ3は互いに異なる。突起部123の形状は断面視直角三角形である。
本実施形態において、突起部123の幅(断面視において第2の主面2bと対向する辺の長さ)は4mmである。突起部123の第3の面102c3の長さ(断面視において斜辺の長さ)は4sin15°(1.03mm)である。突起部123の第3の面102c3の長さは、導光板本体部22の厚み(2mm)よりも短い。
本実施形態に係る太陽電池モジュール101では、突起部123の第3の面102c3の長さが導光板本体部22の厚み(2mm)よりも短いため、第3の面102c3の長さを第1実施形態に係るものよりも小さくすることができる。そのため、太陽電池素子103の受光面の大きさを小さくすることができる。よって、太陽電池素子103の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくすることができる。
本願発明者は、本実施形態に係る導光板102の構造について太陽電池素子103の集光エネルギーをシミュレーションにて確認した。以下、シミュレーションの結果につい表2を用いて説明する。
断面視直角三角形の突起部の長辺の長さを4mmとした。導光板102の第2の面2c2の傾斜角度θ2を15°とした。第3の面102c3の傾斜角度θ3を75°とした。なお、断面視における太陽電池素子103の幅を1.03mmとした。
表2は、本実施形態に係る導光板102を適用したときの太陽電池素子103全体の集光エネルギーと太陽電池素子103の単位面積当たり(幅2mm当たり)の集光エネルギーを数値化した表である。
表2に示すように、太陽電池素子103全体の集光エネルギー(10.6W)は、第1実施形態に係る値(16.222W)よりも小さくなった。一方、太陽電池素子103の単位面積当たりの集光エネルギー(20.5W)は、第1実施形態に係る値(15.669W)よりも大きくなった。このように、突起部123の第3の面102c3の長さを導光板本体部22の厚み(2mm)よりも短くすることで、太陽電池素子103の単位面積あたりの集光エネルギーを第1実施形態に係る値よりも大きくできることが分かった。
[第3の実施形態]
以下、本発明の第3の実施形態について、図14を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール201の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板202の突起部223の形状、突起部223に設置される太陽電池素子203の形状及び第2の反射層205aの形状が第1の実施形態と異なる。さらに本実施形態おいては、突起部223に第3の反射層205bが設置されている。
以下、本発明の第3の実施形態について、図14を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール201の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板202の突起部223の形状、突起部223に設置される太陽電池素子203の形状及び第2の反射層205aの形状が第1の実施形態と異なる。さらに本実施形態おいては、突起部223に第3の反射層205bが設置されている。
図14は、太陽電池モジュール201の要部を拡大した断面図である。図14は、突起部223の延在方向と直交する線と第2の主面2bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール201を切った断面である。
図14においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図14において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図14においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図14において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図14に示すように、突起部223は、互いに隣接する3つの面を有する。具体的には、突起部223は、第2の面202c2と、第3の面202c3と、第2の面202c2及び第3の面202c3に接する第4の面202c4と、を有する。本実施形態に係る突起部223は、第1実施形態に係る突起部23の先端を、第2の主面2bから0.4mm離れた距離でカットした形状に相当する。
第3の反射層205bは、突起部223の第4の面202c4に設けられている。第3の反射層205bの反射面は、突起部223の第4の面202c4に対向している。第3の反射層205bは導光板202の内部からその外部に向けて進行する光を導光板202の内部に向けて反射する。第3の反射層205bとしては、第1の反射層4と同様のものを用いることができる。
第2の面202c2は、第2の主面2bに対して傾斜角度θ2で傾斜した平面である。第3の面202c3は、第2の主面2bに対して傾斜角度θ3で傾斜した平面である。
本実施形態において、傾斜角度θ1は45°である。傾斜角度θ2は15°である。傾斜角度θ3は15°である。傾斜角度θ2及び傾斜角度θ3は互いに等しい。突起部223の形状は断面視台形である。
本実施形態において、突起部223の幅(断面視において第2の主面2bと対向する辺の長さ)は4mmである。突起部223の高さ(断面視において第2の主面2bと第4の面202c4との間の距離)は0.4mmである。突起部223の第3の面202c3の長さ(断面視において斜辺の長さ)は0.4/sin15°(1.55mm)である。突起部223の第3の面202c3の長さは、導光板本体部22の厚み(2mm)よりも短い。
本実施形態に係る太陽電池モジュール201では、突起部223の第3の面202c3の長さが導光板本体部22の厚み(2mm)よりも短いため、第3の面202c3の長さを第1実施形態に係るものよりも小さくすることができる。そのため、太陽電池素子203の受光面の大きさを小さくすることができる。よって、太陽電池素子203の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくすることができる。
本願発明者は、本実施形態に係る導光板202の構造について太陽電池素子203の集光エネルギーをシミュレーションにて確認した。以下、シミュレーションの結果について表2を用いて説明する。
断面視台形の突起部の底辺の長さを4mmとした。導光板202の第2の面202c2の傾斜角度θ2を15°とした。第3の面202c3の傾斜角度θ3を15°とした。なお、断面視における太陽電池素子203の幅を1.55mmとした。
表3は、本実施形態に係る導光板202を適用したときの太陽電池素子203全体の集光エネルギーと太陽電池素子203の単位面積当たり(幅2mm当たり)の集光エネルギーを数値化した表である。
表3に示すように、太陽電池素子203全体の集光エネルギー(13.3W)は、第1実施形態に係る値(16.222W)よりも小さくなった。一方、太陽電池素子203の単位面積当たりの集光エネルギー(17.3W)は、第1実施形態に係る値(15.669W)よりも大きくなった。このように、突起部223の第3の面202c3の長さを導光板本体部22の厚み(2mm)よりも短くすることで、太陽電池素子203の単位面積あたりの集光エネルギーを第1実施形態に係る値よりも大きくできることが分かった。
[第4の実施形態]
以下、本発明の第4の実施形態について、図15を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール301の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板302の導光板本体部322の形状、突起部323の形状、導光板本体部322に設置される第1の反射層304の形状、突起部323に設置される太陽電池素子303の形状及び第2の反射層305の形状が第1の実施形態と異なる。
以下、本発明の第4の実施形態について、図15を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール301の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板302の導光板本体部322の形状、突起部323の形状、導光板本体部322に設置される第1の反射層304の形状、突起部323に設置される太陽電池素子303の形状及び第2の反射層305の形状が第1の実施形態と異なる。
図15は、太陽電池モジュール301の要部を拡大した断面図である。図15は、突起部323の延在方向と直交する線と第2の主面302bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール301を切った断面である。
図15においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図15において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図15においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図15において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図15に示すように、第1の面302c1は、第2の主面302bに対して傾斜角度θ1で傾斜した平面である。第2の面302c2は、第2の主面302bに対して傾斜角度θ2で傾斜した平面である。第3の面302c3は、第2の主面302bに対して傾斜角度θ3で傾斜した平面である。
本実施形態において、傾斜角度θ1は30°である。傾斜角度θ2は10°である。傾斜角度θ3は10°である。傾斜角度θ2及び傾斜角度θ3は互いに等しい。突起部323の形状は断面視二等辺三角形である。本実施形態に係る導光板302においては、傾斜角度θ1、傾斜角度θ2、及び傾斜角度θ3がそれぞれ第1実施形態に係る値よりも小さい。
本実施形態において、突起部323の幅(断面視において第2の主面302bと対向する辺の長さ)は4mmである。突起部323の第3の面302c3の長さ(断面しにおいて斜辺の長さ)は2/cos10°(2.03mm)である。突起部323の第3の面302c3の長さは、導光板本体部322の厚み(2mm)よりも若干長い。
本実施形態に係る太陽電池モジュール301においても、第3の面302c3の長さを所望の長さに設定することで、導光板302における太陽電池素子303の配置面の大きさと太陽電池素子303の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子303の受光面の大きさが導光板302の端面の高さによって制約されにくい、といった第1の実施形態と同様の効果を奏する。
[第5の実施形態]
以下、本発明の第5の実施形態について、図16を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール401の基本構成は第4の実施形態と同一であり、導光板402の導光板本体部422の形状及び導光板本体部422に設置される第1の反射層404の形状が第4の実施形態と異なる。
以下、本発明の第5の実施形態について、図16を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール401の基本構成は第4の実施形態と同一であり、導光板402の導光板本体部422の形状及び導光板本体部422に設置される第1の反射層404の形状が第4の実施形態と異なる。
図16は、太陽電池モジュール401の要部を拡大した断面図である。図16は、突起部323の延在方向と直交する線と第2の主面402bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール401を切った断面である。
図16においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図16において、第4の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図16においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図16において、第4の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図16に示すように、第1の面402c1は、第2の主面402bに対して傾斜角度θ1で傾斜した平面である。本実施形態において、傾斜角度θ1は60°である。本実施形態に係る導光板402においては、傾斜角度θ1が第4実施形態に係る値よりも大きい。
本実施形態に係る太陽電池モジュール401においても、第3の面302c3の長さを所望の長さに設定することで、導光板402における太陽電池素子303の配置面の大きさと太陽電池素子303の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子303の受光面の大きさが導光板402の端面の高さによって制約されにくい、といった第4の実施形態と同様の効果を奏する。
[第6の実施形態]
以下、本発明の第6の実施形態について、図17を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール501の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板502の導光板本体部522の形状及び導光板本体部522に設置される第1の反射層504の形状が第1の実施形態と異なる。
以下、本発明の第6の実施形態について、図17を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール501の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板502の導光板本体部522の形状及び導光板本体部522に設置される第1の反射層504の形状が第1の実施形態と異なる。
図17は、太陽電池モジュール501の要部を拡大した断面図である。図17は、突起部23の延在方向と直交する線と第2の主面502bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール501を切った断面である。
図17においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図17において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図17においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図17において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図17に示すように、第1の面502c1は、第2の主面502bに対して湾曲した曲面である。第1の面502c1は、導光板502の外部に向けて突出した凸面である。第1の反射層504は、第1の面502c1に沿って湾曲している。
本実施形態に係る太陽電池モジュール501においても、第3の面2c3の長さを所望の長さに設定することで、導光板502における太陽電池素子3の配置面の大きさと太陽電池素子3の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子3の受光面の大きさが導光板502の端面の高さによって制約されにくい、といった第1の実施形態と同様の効果を奏する。
[第7の実施形態]
以下、本発明の第7の実施形態について、図18を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール601の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板602の導光板本体部622の形状及び導光板本体部622に設置される第1の反射層604の形状が第1の実施形態と異なる。
以下、本発明の第7の実施形態について、図18を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール601の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板602の導光板本体部622の形状及び導光板本体部622に設置される第1の反射層604の形状が第1の実施形態と異なる。
図18は、太陽電池モジュール601の要部を拡大した断面図である。図18は、突起部23の延在方向と直交する線と第2の主面602bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール601を切った断面である。
図18においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図18において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図18においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図18において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図18に示すように、第1の面602c1は、第2の主面602bに対して湾曲した曲面である。第1の面602c1は、導光板602の内部に凹んだ凹面である。第1の反射層604は、第1の面602c1に沿って湾曲している。
本実施形態に係る太陽電池モジュール601においても、第3の面2c3の長さを所望の長さに設定することで、導光板502における太陽電池素子3の配置面の大きさと太陽電池素子3の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子3の受光面の大きさが導光板502の端面の高さによって制約されにくい、といった第1の実施形態と同様の効果を奏する。
[第8の実施形態]
以下、本発明の第8の実施形態について、図19を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール701の基本構成は第6の実施形態と同一であり、導光板702の突起部723の形状及び突起部723に設置される第2の反射層705の形状が第6の実施形態と異なる。
以下、本発明の第8の実施形態について、図19を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール701の基本構成は第6の実施形態と同一であり、導光板702の突起部723の形状及び突起部723に設置される第2の反射層705の形状が第6の実施形態と異なる。
図19は、太陽電池モジュール701の要部を拡大した断面図である。図19は、突起部723の延在方向と直交する線と第2の主面502bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール701を切った断面である。
図19においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図19において、第6の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図19においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図19において、第6の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図19に示すように、第2の面702c2は、第2の主面502bに対して湾曲した曲面である。第2の面702c2は、導光板702の外部に突出した凸面である。第2の反射層705は、第2の面702c2に沿って湾曲している。
本実施形態に係る太陽電池モジュール701においても、第3の面702c3の長さを所望の長さに設定することで、導光板702における太陽電池素子3の配置面の大きさと太陽電池素子3の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子3の受光面の大きさが導光板702の端面の高さによって制約されにくい、といった第6の実施形態と同様の効果を奏する。
[第9の実施形態]
以下、本発明の第9の実施形態について、図20及び図21を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール801の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板802が複数の部材により構成されている点が第1の実施形態と異なる。
以下、本発明の第9の実施形態について、図20及び図21を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール801の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板802が複数の部材により構成されている点が第1の実施形態と異なる。
図20は、太陽電池モジュール801の要部を拡大した断面図である。図20は、突起部825の延在方向と直交する線と第2の主面802bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール801を切った断面である。
図20においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図20において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図20においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図20において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図20に示すように、導光板802は、第1の部材822と第2の部材823とにより構成されている。第1の部材822は、第1の主面802aと第2の主面802bとを有する。第2の部材823は、第1の面802c1と第2の面802c2と第3の面802c3とを有する。導光板802は、第1の部材822と第2の部材823とが接着剤により接着されることにより形成されている。なお、接着剤としては、第1の実施形態で説明した透明接着層3aと同様のものを用いることができる。
図示はしないが、第1の部材822と第2の部材823には蛍光体が含まれている。なお、蛍光体としては、第1の実施形態で説明した蛍光体21と同様のものを用いることができる。
第2の部材823は、互いに接着された複数の部材により構成されている。第2の部材823は、先端部824と突起部825とにより構成されている。先端部824は、第1の面802c1を有する。突起部825は、第2の面802c2と第3の面802c3とを有する。第2の部材823は、先端部824と突起部825とが接着剤により接着されることにより形成されている。なお、接着剤としては、第1の実施形態で説明した透明接着層3aと同様のものを用いることができる。
図21は、導光板802の分解図である。図21に示すように、第1の部材822は断面視長方形である。先端部824は断面視直角二等辺三角形である。突起部825は断面視二等辺三角形である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール801においては、導光板802が複数の部材により構成されているため、第3の面802c3の長さを所望の長さに設定しやすくなる。例えば、突起部825を予め複数種類用意しておけば、導光板802における太陽電池素子3の配置面の大きさと太陽電池素子3の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることが容易となる。したがって、太陽電池素子3の受光面の大きさが導光板802の端面の高さによってより制約されにくい。
[第10の実施形態]
以下、本発明の第10の実施形態について、図22及び図23を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール901の基本構成は第9の実施形態と同一であり、導光板902を構成する第2の部材に蛍光体が含まれていない点が第9の実施形態と異なる。
以下、本発明の第10の実施形態について、図22及び図23を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール901の基本構成は第9の実施形態と同一であり、導光板902を構成する第2の部材に蛍光体が含まれていない点が第9の実施形態と異なる。
図22は、太陽電池モジュール901の要部を拡大した断面図である。図22は、突起部925の延在方向と直交する線と第2の主面802bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール901を切った断面である。
図22においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図22において、第9の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図22においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図22において、第9の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図22に示すように、導光板902は、第1の部材822と第2の部材923とにより構成されている。第2の部材923は、第1の面902c1と第2の面902c2と第3の面902c3とを有する。導光板902は、第1の部材822と第2の部材923とが接着剤により接着されることにより形成されている。
図示はしないが、第1の部材822には蛍光体が含まれている。一方、第2の部材923には蛍光体が含まれていない。
第2の部材923は、互いに接着された複数の部材により構成されている。第2の部材923は、先端部924と突起部925とにより構成されている。先端部924は、第1の面902c1を有する。突起部925は、第2の面902c2と第3の面902c3とを有する。第2の部材923は、先端部924と突起部925とが接着剤により接着されることにより形成されている。
図23は、導光板902の分解図である。図23に示すように、第1の部材922は断面視長方形である。先端部924は断面視直角二等辺三角形である。突起部925は断面視二等辺三角形である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール901においても、導光板902が複数の部材により構成されているため、第3の面902c3の長さを所望の長さに設定しやすくなる。したがって、太陽電池素子3の受光面の大きさが導光板902の端面の高さによってより制約されにくい、といった第9の実施形態と同様の効果を奏する。
[第11の実施形態]
以下、本発明の第11の実施形態について、図24及び図25を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール951の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板952が複数の部材により構成されている点が第1の実施形態と異なる。
以下、本発明の第11の実施形態について、図24及び図25を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール951の基本構成は第1の実施形態と同一であり、導光板952が複数の部材により構成されている点が第1の実施形態と異なる。
図24は、太陽電池モジュール951の要部を拡大した断面図である。図24は、突起部975の延在方向と直交する線と第2の主面952bの法線とを含む平面で太陽電池モジュール951を切った断面である。
図24においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図24において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図24においては、便宜上、フレーム6、透明接着層3a、支持基板3b、透明接着層7a,7b、反射層8a,8b、緩衝層9a,9bの図示を省略している。図24において、第1の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図24に示すように、導光板952は、第1の部材972と第2の部材973とにより構成されている。第1の部材972は、第1の主面952aと第2の主面952bとを有する。第2の部材973は、第1の面952c1と第2の面952c2と第3の面952c3とを有する。導光板952は、第1の部材972と第2の部材973とが接着剤により接着されることにより形成されている。なお、接着剤としては、第1の実施形態で説明した透明接着層3aと同様のものを用いることができる。
図示はしないが、第1の部材972と第2の部材973には蛍光体が含まれている。蛍光体としては、第1の実施形態で説明した蛍光体21と同様のものを用いることができる。なお、第2の部材973には蛍光体が含まれていなくてもよい。
第2の部材973は、先端部974と突起部975とにより構成されている。先端部974は、第1の面952c1を有する。突起部975は、第2の面952c2と第3の面952c3とを有する。
図25は、導光板952の分解図である。図25に示すように、第1の部材972は断面視長方形である。第2の部材973は断面視五角形である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール951においては、導光板952が複数の部材により構成されているため、第3の面952c3の長さを所望の長さに設定しやすくなる。例えば、第2の部材975を予め複数種類用意しておけば、導光板952における太陽電池素子3の配置面の大きさと太陽電池素子3の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることが容易となる。したがって、太陽電池素子3の受光面の大きさが導光板952の端面の高さによってより制約されにくくなる。
なお、前記実施形態においては、突起部の幅が4mmである例を挙げて説明したが、これに限らない。突起部の幅としては、これ以外の幅を採用することができる。ただし、太陽電池素子の受光面の大きさを小さくする観点からは、突起部の幅は導光板本体部の厚みの3倍以内であることが好ましい。
また、前記実施形態においては、傾斜角度θ1を45°とし傾斜角度θ3を15°とした例、傾斜角度θ1を45°とし傾斜角度θ3を75°とした例、傾斜角度θ1を30°とし傾斜角度θ3を10°とした例、傾斜角度θ1を60°とし傾斜角度θ3を10°とした例、を挙げて説明したが、これに限らない。傾斜角度θ1及び傾斜角度θ3としては、これ以外の角度を採用することができる。ただし、太陽電池素子の集光効率を高める観点からは、傾斜角度θ1と傾斜角度θ3とが、30°≦θ1≦60°、且つ、5°≦θ3≦30°という関係式を満たしていることが好ましい。
また、前記実施形態では、導光板が複数の部材により構成されている例として、2つの部材により構成されている例、3つの部材により構成されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、導光板が4つ以上の部材により構成されていてもよい。
[変形形態]
前記実施形態では、導光板の第1の面及び第2の面に導光板の内部を伝播する蛍光を反射する反射層が設けられた例を挙げて説明したが、これに限らない。導光板としては、第1の面及び第2の面に入射した光を全反射によって伝播させ、第3の面から射出させるものを用いてもよい。すなわち、導光板の第1の面と第2の面のうち少なくとも一方の面には反射層が設けられていなくてもよい。
前記実施形態では、導光板の第1の面及び第2の面に導光板の内部を伝播する蛍光を反射する反射層が設けられた例を挙げて説明したが、これに限らない。導光板としては、第1の面及び第2の面に入射した光を全反射によって伝播させ、第3の面から射出させるものを用いてもよい。すなわち、導光板の第1の面と第2の面のうち少なくとも一方の面には反射層が設けられていなくてもよい。
[太陽光発電装置]
図26は、太陽光発電装置1000の概略構成図である。
太陽光発電装置1000は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池モジュール1001と、太陽電池モジュール1001から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ(直流/交流変換器)1004と、太陽電池モジュール1001から出力された直流電力を蓄える蓄電池1005と、を備えている。
図26は、太陽光発電装置1000の概略構成図である。
太陽光発電装置1000は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池モジュール1001と、太陽電池モジュール1001から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ(直流/交流変換器)1004と、太陽電池モジュール1001から出力された直流電力を蓄える蓄電池1005と、を備えている。
太陽電池モジュール1001は、太陽光を集光する導光体1002と、導光体1002によって集光された太陽光によって発電を行う太陽電池素子1003と、を備えている。
太陽電池モジュール1001としては、例えば、第1実施形態ないし第11実施形態若しくはその変形形態で説明した太陽電池モジュールが用いられる。
太陽電池モジュール1001としては、例えば、第1実施形態ないし第11実施形態若しくはその変形形態で説明した太陽電池モジュールが用いられる。
太陽光発電装置1000は外部の電子機器1006に対して電力を供給する。電子機器1006には、必要に応じて補助電力源1007から電力が供給される。
太陽光発電装置1000は、上述した本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールを備えているため、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さによって制約されにくい。
以上、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。上記の実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
その他、太陽電池モジュールの各構成要素の形状、数、配置、材料、形成方法等に関する具体的な記載は、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
その他、太陽電池モジュールの各構成要素の形状、数、配置、材料、形成方法等に関する具体的な記載は、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
本発明は、太陽電池モジュール及び太陽光発電装置に利用可能である。
1,101,201,301,401,501,601,701,801,901,951…太陽電池モジュール、2,102,202,302,402,502,602,702,802,902,952…導光板、2a,302a,402a,502a,602a,802a,952a…第1の主面、2b,302b,402b,502b,602b,802b,952b…第2の主面、2c1,302c1,402c1,502c1,602c1,802c1,902c1,952c1…第1の面、2c2,102c2,202c2,302c2,702c2,802c2,902c2,952c2…第2の面、2c3,102c3,202c3,302c3,702c3,802c3,902c3,952c3…第3の面、3,103,203,303…太陽電池素子、4,304,404,504,604…第1の反射層、5,105,205a,305,705…第2の反射層、21…蛍光体、22,322,422,522,622…導光体本体部、23,123,223,323,723,825,925,975…突起部、822,972…第1の部材、823,923,973…第2の部材、1000…太陽光発電装置、L…外光
Claims (12)
- 第1の主面と、前記第1の主面と対向する第2の主面と、を有し、前記第1の主面または前記第2の主面から入射した外光を蛍光体により蛍光に変換して射出する導光板と、
前記導光板から射出された前記蛍光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光板の端部には、前記第1の主面から前記第2の主面側に屈曲する第1の面と、前記第2の主面から前記第1の主面とは反対側に屈曲する第2の面と、前記第1の面と前記第2の面とに接する第3の面と、が設けられ、
前記第3の面に前記太陽電池素子が設置され、前記第3の面から射出された前記蛍光を前記太陽電池素子が受光する太陽電池モジュール。 - 前記第1の面と前記第2の面との間隔は、前記第3の面に近付くにつれて小さくなっている請求項1に記載の太陽電池モジュール。
- 前記導光板は、
前記第1の主面と、前記第2の主面と、前記第1の主面と前記第2の主面とに接する前記第1の面と、を有する導光板本体部と、
前記第2の主面上に設けられ、前記第2の面と前記第3の面とを有する突起部と、を有する請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。 - 前記突起部は、前記第2の主面上に一定の幅で帯状に延在しており、
前記突起部の延在方向と直交する線と前記第2の主面の法線とを含む平面で前記導光板を切った断面における前記第3の面の長さは、前記導光板本体部の厚みよりも短い請求項3に記載の太陽電池モジュール。 - 前記突起部は、前記第2の主面上に一定の幅で帯状に延在しており、
前記突起部の延在方向と直交する方向の前記突起部の幅は、前記導光板本体部の厚みの3倍以内である請求項3または4に記載の太陽電池モジュール。 - 前記第1の面は、前記第2の主面に対して傾斜角度θ1で傾斜した平面であり、
前記第3の面は、前記第2の主面に対して傾斜角度θ3で傾斜した平面であり、
前記θ1と前記θ3とが、30°≦θ1≦60°、且つ、5°≦θ3≦30°という関係式を満たしている請求項1ないし5のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。 - 前記導光板は、前記第1の主面と前記第2の主面とを有する第1の部材と、前記第1の面と前記第2の面と前記第3の面とを有する第2の部材と、が接着剤によって接着されることにより形成されている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第2の部材は、互いに接着された複数の部材によって構成されている請求項7に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第1の部材と前記第2の部材には前記蛍光体が含まれている請求項7または8に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第1の部材には前記蛍光体が含まれており、前記第2の部材には前記蛍光体が含まれていない請求項7または8に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第1の面および前記第2の面には、前記導光板の内部を伝播する前記蛍光を反射する反射層が設けられている請求項1ないし10のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 請求項1ないし11のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールを備えている太陽光発電装置。
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WO2014030546A1 (ja) | 2014-02-27 |
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