JP2017199885A - 太陽光発電ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
このような色素増感太陽電池では、例えば特許文献1に示されるようなフレキシブルタイプで個々の重量が小さく、薄型のものが知られている。
しかしながら、上述したようなフレキシブルタイプの色素増感太陽電池の外装材には柔軟な樹脂シートが用いられているため、直接光による熱や紫外線、或いは風雨等の天候の変化への耐久性や、長期にわたって屋外に晒されることへの耐久性(以下、両耐久性を総じて、耐候性ということがある)が満足できるものではなく、その点で改善の余地があった。
さらに、単に色素増感太陽電池の受光面を保護フィルム等の保護材で覆う構成にすることも考えられるが、発電効率が低下するおそれがある。
そして、色素増感太陽電池の受光面が取付部材の遮蔽面側に取り付けられているので、受光面に過剰な日光が直接、入射することを防止、或いは抑制でき、受光面が太陽光による熱、紫外線等に晒されることを防ぐことが可能となる。そのため、発電効率を維持しつつ、受光面における劣化や破損を抑制することができ、耐久性(耐候性)の向上を図ることができる。さらに、色素増感太陽電池の受光面が外部に露出していないので、風雨に晒されることによる受光面に汚れが付着することによる発電効率の低下を抑えることができる。
このように本発明では、色素増感太陽電池が反射光により発電する構成となるため、色素増感太陽電池を天候の条件の影響がない屋内に配置することが可能である。
さらに、本発明では、反射面の面積を適宜調整することで色素増感太陽電池の受光量を増加することができ、発電効率を向上させることができる。
このように、本発明では、建物の屋根に設けられる屋根部材を利用して色素増感太陽電池の発電効率を向上させることができる。
この場合には、色素増感太陽電池の受光面を外部から遮蔽された場所に配置させることが可能となるので、受光面に過剰な日光が直接、入射することを防止、或いは抑制でき、受光面が太陽光による熱、紫外線、及び風雨に晒されることを防ぐことが可能となる。そのため、発電効率を維持しつつ、受光面における劣化や破損を抑制することができ、耐久性(耐候性)の向上を図ることができる。さらに、色素増感太陽電池の受光面が外部に露出しない構成とすることが可能なため、風雨に晒されることによる受光面に汚れが付着することによる発電効率の低下を抑えることができる。
このように本発明では、色素増感太陽電池が導光部の発光により発電する構成となるため、色素増感太陽電池を天候の条件の影響がない屋内に配置することが可能である。
さらに、本発明では、導光部の形態に応じて色素増感太陽電池の受光量を増加することができ、発電効率を向上させることができる。
図1及び図2に示すように、本実施の形態の太陽光発電ユニット1は、反射板3(反射面)を備える屋根部材2(被取付部材)と、この屋根部材2の反射板3と離間して設けられたフィルム型の色素増感太陽電池10と、を備えている。
ここで、屋根部材2において、屋外に露出する上向きの表面を上面2aといい、下向きの裏面を下面2b(遮蔽面)という。
なお、本実施の形態では、反射板3を設けているが、この反射板3を省略することも可能であり、この場合には屋根部材2の上面2a自体が反射面となる。また、反射板3に代えて、屋根部材2の上面2aに反射膜を被覆したものであってもかまわない。
色素増感太陽電池10は、半導体電極11と対向電極12とが封止機能付きの導通材(図示省略)を介して対向配置されてなる電気モジュールである。なお、本実施の形態では、第1基材13及び第2基材14の間に形成された複数のセルの封止と、各セル同士の電気的な直列接続又は並列接続とを要する種々の電気モジュールを対象としている。
本実施の形態の色素増感太陽電池10は、直列接続されたセルのうち、色素増感太陽電池10の長さ方向の両端に位置するセルのそれぞれから取り出した端子を介して色素増感太陽電池の外部に設けられる端子ボックスに接続される構成となっている。
半導体電極11は、第1基材13上に積層された透明導電膜11Aと、透明導電膜11A上に積層された多孔質の半導体層11Bと、を備えている。
対向電極12は、第2基材14上に積層された対向導電膜12Aと、対向導電膜12A上に積層された触媒層(図示省略)と、を備えている。
導通材は、半導体電極11及び対向電極12を構成する透明導電膜11A及び対向導電膜12Aに直接接触している。透明導電膜11A及び対向導電膜12Aの所定の箇所には、レーザ照射等によって絶縁された複数のパターニング部が設けられている。
ビニル、ポリアミド等が挙げられる。薄くて軽いフレキシブルな色素増感太陽電池10を製造する観点からは、基材は透明樹脂製であることが好ましく、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム又はポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムであることがより好ましい。なお、第1基材13の材質と第2基材14の材質とは、異なっていても構わない。
半導体層11Bに担持される光増感色素は特に限定されず、例えば有機色素、金属錯体色素等の公知の色素が挙げられる。前述の有機色素としては、例えば、クマリン系、ポリエン系、シアニン系、ヘミシアニン系、チオフェン系等が挙げられる。前記金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム錯体等が好適に用いられる。
電解質15が接触する半導体層11Bにおいて多孔質内部を含む表面には、図示しない公知の光増感色素が吸着している。
キサゾン樹脂等が挙げられる。前記紫外線硬化性樹脂としては、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等の光重合性のモノマーを含むものが挙げられる。
本実施の形態では、図2に示すように、一方の屋根部材2の上面2aに備えられた反射板3によって太陽光L1を、一方の屋根部材2の上方に重なる他方の屋根部材2の下面2bに設けられ、反射板3から離間して設けられた色素増感太陽電池10の受光面10aに向けて反射させることで、色素増感太陽電池10で間接的な反射光L2を受光して発電することができる。
また、本実施の形態では、建物の屋根20に設けられる屋根部材2を利用して色素増感太陽電池10の発電効率の向上を図ることができる。
さらに、本実施の形態では、反射板3の面積を適宜調整することで色素増感太陽電池10の受光量を増加することができ、発電効率を向上させることができる。
図4に示す第2の実施の形態による太陽光発電ユニット1Aは、建物の天井部22(被取付部材)と、屋根20の下面20aに設けられ天井部22と離間して設置されて、天井部22に対向する受光面10aを有する色素増感太陽電池10と、を備え、天井部22と色素増感太陽電池10(屋根20)との間には屋根裏空間23(光取込み空間)が形成され、外部の光(太陽光L1)を屋根裏空間23に導く光ファイバー管4(導光部)を備えている。ここで、本実施の形態では、屋根裏空間23には太陽光L1が直接、入射しないようになっている。
4の一端4aは、屋外の屋根20上に設けられる集光部41に接続されている。集光部41は、光ファイバー管4の光源として太陽光L1(外部の光)を集光する。光ファイバー管4は、少なくとも屋根裏空間23内に配置される部分で被覆材がなく露出した状態となっていて、集光部41で集光された太陽光L1を管全周から放射状に光L3を発光させる構成となっている。
なお、光ファイバー管4の本数、配置等は、色素増感太陽電池10の大きさや位置、屋根裏空間23の広さ等の条件に応じて設定することができる。
さらに、光ファイバー管4のような導光部の形態に応じて色素増感太陽電池10の受光量を増加することができ、発電効率を向上させることができる。
例えば、本実施の形態のような光ファイバー管4の場合には、その全周から放射状に光L3が発光されるので、その光ファイバー管4の周囲を囲うように、受光面10aを内周側にして色素増感太陽電池10を筒状に湾曲させて設置することも可能である。
また、単に、屋根20又は屋根裏空間23の側壁部に形成される開口部を導光部とし、その開口部から入射される太陽光L1を色素増感太陽電池10の受光面10aで受光できる構成であっても良い。
また、上述した色素増感太陽電池10の取付け位置として、第1の実施の形態では屋根部材2の下面2bとし、第2の実施の形態では屋根20の下面としているが、この取付位置に限定されることはなく、前述のように太陽光発電ユニット1、1Aの適用対象に応じて適宜選択される。要は、色素増感太陽電池10の取付け位置として、外部から遮蔽された遮蔽面を有する取付部材であって、その遮蔽面側に配置され、かつ受光面10aが反射面に対向する位置であればよいのである。
2 屋根部材(被取付部材、取付部材)
2a 上面
2b 下面(遮蔽面)
3 反射板(反射面)
4 光ファイバー管(導光部)
10 色素増感太陽電池
10a 受光面
10b 反対面
11 半導体電極
11A 透明導電膜
11B 半導体層
12 対向電極
12A 対向導電膜
13 第1基材
14 第2基材
15 電解質
16 封止材
20 屋根
23 屋根裏空間(光取込み空間)
L1 太陽光
L2 反射光
L3 導光部による光
S 隙間(光取込み空間)
Claims (6)
- 反射面を備える被取付部材と、
前記被取付部材と離間して設けられた色素増感太陽電池と、を備え、
前記色素増感太陽電池の受光面は前記反射面と対向し、
前記色素増感太陽電池における前記受光面の反対面には、外部から遮蔽された遮蔽面を有する取付部材を備え、
前記色素増感太陽電池は、前記反対面を前記取付部材の遮蔽面側に向けた状態で配置されていることを特徴とする太陽光発電ユニット。 - 前記色素増感太陽電池の受光面には、太陽の直接光が当たらないことを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電ユニット。
- 前記被取付部材及び前記取付部材は、建物の傾斜面を有する屋根の傾斜方向に沿って順次、重なり部を有して配置される屋根部材であり、
重なり合う前記屋根部材同士の間には光取込み空間が形成され、
前記屋根部材の上面に前記反射面が備えられ、下面に前記色素増感太陽電池が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽光発電ユニット。 - 前記反射面は、受光面側に反射機能を有する別の色素増感太陽電池から形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の太陽光発電ユニット。
- 前記反射面は、保護材や紫外線吸収材で覆われていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の太陽光発電ユニット。
- 被取付部材と、
前記被取付部材と離間して設けられ、前記被取付部材に対向する受光面を有する色素増感太陽電池と、
を備え、
前記被取付部材と前記色素増感太陽電池との間には光取込み空間が形成され、外部の光を前記光取込み空間に導く導光部を備えていることを特徴とする太陽光発電ユニット。
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