JP2016063673A - 太陽電池用保護構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池の総発電量とデザイン性を改善し、障害物等による発電量の低下を軽減し、飛散物から太陽電池を保護し、かつ反射光による光害をも防止できる保護構造体を提供する。【解決手段】 太陽電池の入射光側に設置する立体的構造を有する保護構造体であって、太陽電池に対して物理的な保護機能をもち、入射光の入射角を変更する機能を有し、かつ太陽電池表面で反射される光の反射角を変更する機能を有することを特徴とする保護構造体とする。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールの表面側に設置する光学機能を持った保護構造体に関する。

近年、太陽光発電は環境保護と安全性の観点から普及が進んでおり、家庭用にも急速に広がってきている。太陽電池は主にシリコン材料をベースとしたシリコン型太陽電池が主流であるが、化合物半導体や、有機材料を用いた太陽電池も作られるようになり、それぞれ異なる特徴を持つ。一般的には、単純に変換効率と価格の兼ね合いで選定されるケースが多い。

一般家庭に太陽電池を設置する場合には、経済性以外にもデザイン性が重要な要素を占める。新築の住宅においては、ある程度太陽電池を屋根デザインにマッチした形での設置が可能であるが、後付けの形ではかなり困難である。

太陽電池の発電量に関しては、屋根の形状等の事情から必ずしも最適の設置はできず、近隣の住宅、電柱等の障害物により部分的に陰が生じて極端に発電量を落としてしまうケースもある。

特に太陽電池が単純に直列接続されている場合、光によって生じる電流値は、直列接続されているセルの中で最も低いものに引きずられてしまう。一般的に陰の部分の光量は直射光の１０分の１程度であるから、一般的な１００Ｖ出力を得るために２００個のセルを直列につなぐと、この内たった１個のセルが陰になっただけで全体の出力が１０分の１になってしまうということがおこる。

また、太陽電池表面はガラス材であることが多く、さらにその表面はフラットであるから太陽光を特定の方向に反射する。入射角が大きくなると際立って反射光強度が大きくなり、太陽電池の発電に使えないばかりか、近隣住宅に迷惑をかけるといった問題も起きている。

これらの課題の内、デザイン性と反射光抑制に関しては、セラミックス凸状膨隆部および表面彩色層を配設してデザイン性と反射光の抑制をする提案（特許文献１参照）がなされている。

また、太陽光の利用効率改善のためには、光の入射角を変えて、朝夕の発電効率を上げる提案(特許文献２参照)や、マイクロレンズ等を用いて広範囲の角度で入射する光を集光する提案（特許文献３参照）がなされている。

特開２０１２−１３４５４６号公報 特開平８−１６２６５８号公報 特開２００９−１３９４１８号公報

しかしながら、特許文献１の太陽電池では、太陽電池表面での散乱を用いているため、障害物の陰の影響による発電量の低下に関しては全く効果がない。また、飛散物の衝突などによる物理的な保護に関しても無力である。

また、特許文献２の太陽電池では、太陽電池が南中方向を向いて設置できることを前提としており、障害物の陰の影響による発電量の低下に関しては全く効果がない。また、デザイン性に関しても大きく制限を受け、建築物としての意匠性は著しく低い。

特許文献３の集光装置でも、障害物の陰の影響による発電量の低下に関しては効果がないし、デザイン性に関してもほとんどバリエーションが持てず、建築物としての意匠性は著しく低い。

本発明は、これらの前述の問題に鑑みてなされたもので、太陽電池の発電量を落とすことなくデザイン性を改善し、飛散物から太陽電池を保護し、かつ反射光による光害をも防止できる保護構造体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、太陽電池の入射光側に設置する立体的構造を有する保護構造体であって、太陽電池に対して物理的な保護機能をもち、入射光の入射角を変更する機能を有し、かつ太陽電池表面で反射される光の反射角を変更する機能を有することを特徴とする保護構造体を提供するものである。

このような立体的構造を有する保護構造体であれば、個々の太陽電池の状況に合わせて、光学設計が可能であるため、障害物の陰が生じる場合にはその部分へ構造体からの屈折・反射等を用いて光を供給することができるし、反射光が直接外部に出ないので光害の防止もできる。

さらに、周辺環境の変化で障害物等の状況が変わった場合には、保護構造体のみを再度最適なものに変更すれば発電量を回復できる。

光学的機能を持つために、これら保護構造体は、プラスチック材料、金属材料、酸化物材料の内から選ばれる少なくとも1種類以上の材料から構成されることが望ましい。

また、デザイン性が特別重要な場合には、保護構造体は染料もしくは顔料を含むことが望ましい。

また、上記保護構造体の材料及び形状決定に際しては、光学計算を用いて設計されることが望ましい。

本発明では、太陽電池の入射光側に設置する立体的構造を有する保護構造体であって、太陽電池に対して物理的な保護機能をもち、入射光の入射角を変更する機能を有し、かつ太陽電池表面で反射される光の反射角を変更する機能を有する。

このため、障害物の陰が生じる場合にはその部分へ構造体からの屈折・反射等を用いて光を供給することができる。また、反射光が直接外部に出ないので光害の防止にもなる。

また、保護構造体には光学的機能があれば、様々な材料が使え、彩色も可能であるので、デザイン性が著しく向上する。

物理的な保護機能は、太陽電池そのものの強度を補完できるため、その分太陽電池の物理的強度を減少させることが可能となり、太陽電池の重量の低減にも効果的である。

本発明の保護構造体の模式断面図である。 本発明の保護構造体の模式断面図である。 本発明の保護構造体の模式断面図である。 本発明の保護構造体の実施例を示す模式図である。 本発明の保護構造体の模式図である。 本発明の保護構造体の模式図である。 本発明の保護構造体の模式図である。 本発明の保護構造体の模式図である。

本発明の実施の形態を、以下図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

従来、集光型の太陽電池以外では太陽電池の入射光側に部材を設置するという発想はなかった。これは、太陽電池の発電効率を落とさないためには当然のことである。このため、特殊な評価環境における変換効率のみを重視し、この変換効率が独り歩きするため、実際の現場での実発電量に対する認識が不十分であった。また、住宅用途では、デザイン性が非常に重要であるにもかかわらず、これまでは十分に考慮されていないということがあった。

以上の点に鑑み鋭意精査した結果、実際の設置環境で発電量を増加させる、もしくは、若干の総発電量の低下があっても、デザイン性が著しく向上し商業的に十分な優位性がある保護構造体の発明に至った。

図１は、本発明による保護構造体の一例を示す模式断面図である。保護構造体構成部材２ａは金属反射面を有している。また、図１では入射光（実線矢印）が太陽電池モジュール１に到達する様子を示してある。

図１から容易にわかるように、入射光は直接太陽電池モジュール１に入射するものと一旦保護構造体構成部材２ａに反射してから入射するものに分けられる。保護構造体構成部材２ａの設計の仕方によって、特定の入射角での入射光強度を高めたり、特定の太陽電池セルへの入射光量を増やしたりできる。

図２は、図１の本発明による保護構造体で反射光（破線矢印）が太陽電池モジュール１から外部に出る様子を示している。直接角度を変えずに出ていくものと保護構造体構成部材２ａに反射してから異なる方向へでていくものがあることが分かる。

図１および図２の保護構造体構成部材２ａは太陽電池モジュール１の対向面では概略平行に並んでいるように描かれているが、実際には僅かな角度の違いを持たせることによって、光をバラバラに反射できる。これによって、一方向に全ての光が反射されること起因する光害を防ぐことができる。

図３は保護構造体構成部材２ｂとして透光性のプラスチック材料と保護構造体構成部材２ａ組み合わせて用いた場合である。入射光（実線矢印）および反射光（破線矢印）を保護構造体構成部材２ｂ内で屈折させることにより角度が変えている。

保護構造体は太陽電池の保護と光の光路を変えること、さらにデザイン性を向上させることが目的であるから、特定の形状に限られるものではない。例えば、図５に示すように棒状の保護構造体構成部材２ｃを用いてもよいし、図６に示すように立体メッシュ状の保護構造体構成部材２ｄを用いてもよい。また、必ずしも直線形状である必要もなく、図７に示すように曲線状の保護構造体構成部材２ｄを用いてもよいし、図８に示すように円錐状の保護構造体構成部材２ｅを用いてもよい。そして、これらは均質に並んでいなくてもよい。

また、これら保護構造体の作成には同じ種類の構成部材を組み合わせる必要はなく、必要に応じて様々な形状の構成部材を組み合わせればよい。

さらにいえば、本発明の保護構造体は全てが光学的機能を持つ必要はなく、必要とする特定の部分のみに光学的機能があればよい。それ以外の部分は主にデザイン性を考慮し、例えば単純に光を散乱させるだけでもよい。太陽光が均質に当たる設置がなされている場合には、屈折光、反射光を散らして光強度が均質になる光学設計とし、デザイン性に注力すればよい。

つぎに、本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
まず、１２５ミクロンの厚さを持つＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムにスパッタリング法によりアルミニウムを成膜した。この時のアルミニウムの膜厚は１４０ｎｍとし、９０％以上の反射率を得た。

そののち、このアルミニウム付きＰＥＴフィルムを２ｍｍ幅に裁断し、図１に示すような配置で太陽電池モジュール１上に設置した。このときのアルミニウム付きＰＥＴフィルムの設置間隔は３ｍｍとした。

その後、３０度の角度でソーラーシミュレーターを用いて太陽電池モジュール１に白色光を照射し、保護構造体の有無による発電量を比較した。

この結果、本発明による保護構造体を設置した場合の方が設置なしに比べて１．２２倍の発電量が得られた。

また、太陽電池モジュール１からの反射光も著しく低減できた。

（実施例２）
図４ではこの保護構造体を用いて障害物３の陰４の影響による発電量の低下を改善した例である。障害物３の陰４は必ず、太陽を背にして障害物３から伸びてくるので、反射機能を持つ保護構造体構成部材２ａを障害物３に対向して設置すればよい。

例えば、全体の５％に陰が生じるとすれば、残りの９５％の領域から５％分の光量を陰の部分に回してやればよい。全面に太陽光が当たる場合に比べれば発電量は低下するが、部分的な陰による著しい発電量の低下を防ぐことができる。

本発明は、住宅用太陽電池だけでなく、景観を守る観点からメガソーラーへの適応も有効である。

１ 太陽電池モジュール、
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ 保護構造体構成部材
３ 障害物、 ４ 陰

Claims (4)

1. 太陽電池の入射光側に設置する立体的構造を有する保護構造体であって、太陽電池に対して物理的な保護機能をもち、太陽電池への入射光の入射角を変更する機能を有し、かつ太陽電池表面で反射される光の反射角を変更する機能を有することを特徴とする保護構造体。
2. プラスチック材料、金属材料、酸化物材料の内から選ばれる少なくとも1種類以上の材料から構成されることを特徴とする請求項１記載の保護構造体。
3. 染料もしくは顔料を含むことを特徴とする請求項１および請求項２記載の保護構造体。
4. 光学計算を用いて設計されることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の保護構造体。

Images