JP2001119054A

JP2001119054A - 集光型太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2001119054A
Application number: JP29347399A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Uematsu; 強志上松; Yoshinori Miyamura; 芳▲徳▼ 宮村; Yoshiaki Yazawa; 義昭矢澤; Ken Tsutsui; 謙筒井; Hiroyuki Otsuka; 寛之大塚; Jiyunko Minemura; 純子峯邑
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】発電出力の増大。製造コスト低減。【解決手段】一方の面が光反射面になる基板と、前記
基板の光反射面に設けられる透明部材と、前記透明部材
中に設けられる複数の光発電素子と、前記透明部材の表
面に設けられかつ露出する面が光入射面になる透明板と
を有する集光型太陽光発電装置であって、前記基板は金
属で形成されている。基板はアルミニウムで形成されて
いるとともに、前記光反射面はＶ溝を隙間無く複数平行
に配列して形成されるＶ溝面で形成されている。【効果】光発電素子の間隔が従来よりも大きくでき、
集光倍率を大きくできた。しかも光発電素子と素子の間
に入射した太陽光はＶ溝光反射層によって光発電素子に
導かれ、発電に寄与することが出来、光利用効率を向上
させることができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集光型太陽光発電装
置に係わり、特に、光発電素子の配置数の低減および光
利用効率の増大が可能で、かつ耐候性や機械的強度を増
大できる集光型太陽光発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の発電用太陽電池は、ガラスからな
る透明基板の下に発電素子を隙間が少なくなるように配
列し、この下にさらに湿度等の周囲環境条件から発電素
子を保護するために、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）等を
接着した構造になっている。

【０００３】また、特開平10-284747 号公報に記載され
ているように、最近では素子配列間隔を広げ、発電素子
の使用量をわずかでも少なくする工夫がなされた技術
（太陽電池モジュール）が開示されている。この文献に
は、素子（太陽電池セル）と素子の間に入射した太陽光
を散乱板によって四方八方に散乱させ、その一部を前記
発電素子に到達させ発電に寄与させることで、入射した
太陽光を余すことなく有効に利用する技術が記載されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の太陽電池モ
ジュールは、素子間に入射した太陽光を散乱させて太陽
電池セルに到達させる構造を採用するとともに、セル間
隙の適正化によってセル枚数の低減を図り、これによっ
て相対的出力の向上を図っている。

【０００５】本出願人においても発電効率が高く製造コ
ストの安い集光型太陽光発電装置の開発を展開してい
る。しかしながら従来技術では、光取り込み率は未だ低
く、素子間に入射した光を５０％以上発電素子に取り込
みながら、光の集光倍率を１．５倍以上あるいは２倍以
上とすることは難しい。

【０００６】本発明の目的は、光取り込み率が高く製造
コストが低減できる集光型太陽光発電装置を提供するこ
とにある。

【０００７】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【０００９】（１）一方の面が光反射面になる基板と、
前記基板の光反射面に設けられる透明部材と、前記透明
部材中に設けられる複数の光発電素子と、前記透明部材
の表面に設けられかつ露出する面が光入射面になる透明
板とを有する集光型太陽光発電装置であって、前記基板
は金属で形成されている。前記光反射面は凹凸面であ
る。前記光反射面はＶ溝を複数平行に配列して形成され
るＶ溝面で形成されている。前記Ｖ溝の拡開角度は１２
０度±１０度である。前記光反射面は前記基板を構成す
る金属の表面で形成されている。前記透明板はガラス板
またはプラスチック板のいずれか１つあるいはこれらの
複合品である。

【００１０】（２）前記手段（１）の構成において、前
記基板は金属で形成されているとともに、前記光反射面
を除く基板表面が耐候性膜で被われている構成になって
いる。

【００１１】（３）前記手段（１）または前記手段
（２）の構成において、前記光反射面は前記基板の表面
に設けられる膜の膜表面によって形成されている。前記
膜は反射率が高い金属膜で形成されている。

【００１２】（４）前記手段（３）の構成において、前
記膜は前記透明板の屈折率よりも小さい屈折率の単層薄
膜からなる干渉膜で形成されている。

【００１３】（５）前記手段（３）の構成において、前
記膜は低屈折率薄膜と高屈折率薄膜を周期的に重ねる多
層薄膜からなる干渉膜であり、かつ前記透明板の屈折率
よりも小さい屈折率の干渉膜である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

【００１５】（実施形態１）図１乃至図３は、本発明の
一実施形態（実施形態１）である集光型太陽光発電装置
に係わる図である。

【００１６】本実施形態１の集光型太陽光発電装置は、
図１にその要部断面を示すが、一方の面（図中上面）が
光反射面２になる基板１と、前記基板１の光反射面２側
に設けられる透明部材３と、前記透明部材中に設けられ
る複数の光発電素子（太陽電池）４と、前記透明部材３
の表面側に設けられかつ露出する面が光入射面５になる
透明板６とを有する構造になっている。

【００１７】図２は集光型太陽光発電装置の模式的平面
図である。基板１，透明部材３および透明板６は相互に
重なり、たとえば、長方形状になっている。透明部材３
内に配置される光発電素子４は、図２に示すように、マ
トリックス状に整列配置されている。

【００１８】前記基板１はアルミニウムやステンレス等
からなる金属で形成されている。また、基板１の一方の
面（図中上面）にはＶ溝１０が複数平行に設けられて凹
凸面を形成している。この凹凸面は光反射面２を構成す
る。アルミニウム面やステンレス面は反射率が高く、良
好な光反射面２を構成する。基板１の厚さは、特に限定
はされないが、たとえば、０．４ｍｍ程度になってい
る。

【００１９】基板１はアルミニウムやステンレス等の金
属で形成されていることから、熱伝達性が良好であり、
光発電素子４から発生した熱を外部に放散させる部材と
して作用するため、光発電素子４の発電効率を向上さ
せ、集光型太陽光発電装置の出力増大を図ることができ
る。また上記基板として熱膨張率の小さいコバール板等
を用いることにより光発電素子４が熱サイクルにより破
損するのを防止することができる。

【００２０】基板１は金属で構成されていることから、
機械的強度が高く、頑丈な集光型太陽光発電装置を提供
することができるとともに、耐環境信頼性も高くなる。

【００２１】前記透明部材３はエチレンー酢酸ビニル共
重合体（ＥＶＡ））による透明樹脂層であり、基板１と
透明板６を接着させるとともに、光発電素子４を封じ込
めている。また、前記透明板６は３ｍｍ程度の厚さのガ
ラス板である。

【００２２】前記光発電素子４はＳｉによる太陽電池で
あり、特に限定はされないが、たとえば、長さ１００ｍ
ｍ、幅Ｗは２５ｍｍである。また、光発電素子４の配列
間隔ａは２０ｍｍである。

【００２３】図１に示すように、集光型太陽光発電装置
の光入射面５に入射した太陽光７は、直接光発電素子４
に入射する場合と、光発電素子４間を通過して光反射面
２で一旦反射しさらに透明板６の表面（ガラス表面）で
全反射されて光発電素子４へ到達する場合と、光発電素
子４間を通過して光反射面２で一旦反射して光発電素子
４の裏面に到達する場合があり、いずれも光発電素子４
に到達することによって光発電素子４により電気エネル
ギーに変換される。

【００２４】また、ガラス面での全反射条件を満たさな
い場合は、集光型太陽光発電装置の外に出ていってしま
い、発電に寄与しなくなってしまうロス光となって光利
用効率が悪くなる。これを防ぐためは前記Ｖ溝１０のＶ
溝の開き角度を小さくする必要がある。しかし、あまり
小さくすると光反射面２での２重反射が発生する。この
ためＶ溝１０の開き角度は１２０度±１０度とする必要
がある。本実施形態１では開き角度を１２０度、Ｖ溝の
ピッチを０．２ｍｍとした。

【００２５】このような構造にすることによって、光発
電素子４の間隔が従来よりも大きくできる結果、集光倍
率を大きくできる。すなわち、光発電素子４間に入射し
た光を５０％以上光発電素子４に取り込むことができ、
光の集光倍率を１．５倍以上あるいは２倍以上を達成す
ることができる。

【００２６】つぎに、このような集光型太陽光発電装置
の製造（組立）方法について、図３を参照しながら説明
する。

【００２７】図３（ａ）に示すように、ラミネータ装置
のテーブル２０上にガラス板からなる透明板６を載置し
た後、たとえば、厚さ０．８ｍｍのシート状のＥＶＡ２
１を置き、さらに前記ＥＶＡ２１上に相互に配線接続
（図示せず）した光発電素子４を置く、その後真空排
気，加熱を行った後、大気圧で押圧してラミネートを行
いう。この加熱，押圧処理によってＥＶＡは溶け、透明
板６と光発電素子４が相互に接着される。

【００２８】つぎに、図３（ｂ）に示すように、透明板
６に接着された光発電素子４の上にＥＶＡ２２を１枚載
せ、さらにＶ溝１０による光反射面２を有する基板１
を、Ｖ溝１０がＥＶＡ２２に対面するようにして前記Ｅ
ＶＡ２２上に重ね、ラミネータ装置の上型２３を降下さ
せてテーブル２０と上型２３間に透明板６，ＥＶＡ２
１，光発電素子４，ＥＶＡ２２，基板１を挟み、かつ加
熱し、基板１と透明板６の間に透明部材３を有しかつ透
明部材３内に光発電素子４を有する一体構造の集光型太
陽光発電装置を製造する。

【００２９】本実施形態１によれば以下の効果を有す
る。

【００３０】（１）光反射面２を有する基板１と透明板
６を透明部材３で一体化するとともに、透明部材３内に
マトリックス状に光発電素子４を配置する構造にするこ
とによって、光発電素子４の間隔が従来よりも大きくで
きる結果、集光倍率を大きくできる。

【００３１】（２）光発電素子４と光発電素子４の間に
入射した太陽光７をＶ溝１０による光反射面２によって
光発電素子４に導くことができるため、光発電素子４間
に入射した光を５０％以上光発電素子４に取り込むこと
ができ、光の集光倍率を１．５倍以上あるいは２倍以上
を達成することができる。従って集光型太陽光発電装置
の発電出力の増大を図ることができる。

【００３２】（３）従来の集光型太陽光発電装置では、
基板はフッ素樹脂系シート等の樹脂シートを用いている
が、本実施形態１では基板１は０．４ｍｍ厚さの比較的
厚いアルミニウム板で構成されていることから、機械強
度が高く集光型太陽光発電装置の耐環境信頼性が優れる
ことになる。

【００３３】（４）基板１はアルミニウムやステンレス
等の金属で形成されていることから、熱伝達性が良好で
あり、光発電素子４から発生した熱を外部に放散させる
部材として作用するため、光発電素子４の発電効率を向
上させ、集光型太陽光発電装置の出力増大を図ることが
できる。すなわち、太陽電池は温度が上昇すると特性劣
化が起こり、逆に温度が下がると発電効率が上昇する特
性を有している。

【００３４】（５）集光型太陽光発電装置は、部品点数
が少なく製造コストの低減が達成できる。

【００３５】（６）集光型太陽光発電装置は、部品点数
が少ないことから、組立工程も少なくなり、製造コスト
の低減が達成できる。

【００３６】（実施形態２）図４は本発明の他の実施形
態（実施形態２）である集光型太陽光発電装置の要部を
示す断面図である。

【００３７】本実施形態２では、金属で形成される基板
１の表面、すなわち金属表面をそのまま光反射面２とし
て使用することなく、表面に反射率の高い膜を設け、こ
の膜表面を光反射面２とした例である。たとえば、図４
に示すように、基板１のＶ溝１０（凹凸面）の表面に銀
やアルミニウム等の発電効率が高い金属膜２５を設けた
例である。また、基板１の光反射面２が設けられない面
には耐候性が優れた耐候性膜２６を形成しておき、基板
１を保護して酸化等を抑止して基板１の寿命を長くする
ようになっている。耐候性膜は特に限定はされないが、
Ａｌ₂Ｏ₃膜で構成されている。基板１がアルミニウムの
場合、陽極酸化等の処理によって容易にＡｌ₂Ｏ₃膜を形
成できる。なお、当然にして基板１は他の金属でもよ
く、耐候性膜２６も他の材質の膜でよい。また、上記耐
候性膜２６が基板１のＶ溝と金属膜２５の間にも形成さ
れていても、上記構造と同様の耐候性および光反射特性
が得られる。

【００３８】（実施形態３）図５は本発明の他の実施形
態（実施形態３）である集光型太陽光発電装置の要部を
示す断面図である。

【００３９】本実施形態３は光反射面２の反射率を更に
高めた例である。すなわち、本実施形態では基板１のＶ
溝１０（凹凸面）上に干渉膜３０を設け、この干渉膜３
０を光反射面２とした例である。

【００４０】すなわち、図５に示すように、金属からな
る基板１の凹凸面（Ｖ溝１０面）に低屈折率の薄膜（低
屈折率薄膜）３１と、高屈折率の薄膜（高屈折率薄膜）
３２を１乃至複数周期に重ねて多層薄膜で構成される干
渉膜３０を設け、この干渉膜３０を光反射面２として使
用するものである。図５では単周期膜としてある。

【００４１】一例を挙げるならば、基板１の一方の面に
高純度アルミニウムからなる薄膜３５を蒸着し、その上
に低屈折率薄膜３１としてＳｉＯ₂膜、高屈折率薄膜３
２としてＴｉＯ₂膜を順に積層した。

【００４２】なお、多層の干渉膜の代わりに透明部材３
や透明板６より小さい屈折率をもつ単層薄膜を設けた構
造であっても金属膜による反射率よりも高い反射率が得
られる。

【００４３】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえ
ば、前記実施形態では、透明板をガラス板で構成した例
について説明したが、プラスチック板を使用しても前記
実施形態同様な効果が得られる。プラスチック板を使用
する構造では、小型の太陽光発電装置をつなぎあわせ、
折りたたんで持ち運びに便利な構造として、屋外用途の
軽量発電装置としての利用もできる実益がある。

【００４４】また、前記実施形態では、光の通過する部
分の構成を、透明部材（透明樹脂層）と透明板からなる
構造として説明したが、これらは樹脂などの一つの材料
を用いて一体で構成してもよく、さらには、必要に応じ
て光発電素子などを接着するための接着剤層が介在する
構造にしてもよい。

【００４５】また、前記各実施形態では透明樹脂と表現
したが、これは通常のガラスや低融点ガラスなどの他の
材料を用いたものでも上記機能を有していればよい。ま
た、上記実施例のＶ溝反射層の代わりに、他の構造の凹
凸面による光反射面であってもよい。

【００４６】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００４７】（１）光反射面を有する基板と透明板を透
明部材で一体化するとともに、透明部材内にマトリック
ス状に光発電素子を配置する構造であることから、光発
電素子の間隔が従来よりも大きくできる結果、集光倍率
を大きくできる。

【００４８】（２）光発電素子と光発電素子の間に入射
した太陽光はＶ溝による光反射面によって光発電素子に
導かれ、発電に寄与することが出来、光利用効率を向上
させることができる。すなわち、光発電素子と光発電素
子との間に入射した光を５０％以上光発電素子に取り込
むことが可能になり、光の集光倍率を１．５倍以上ある
いは２倍以上と高めることができ光発電効率の増大を図
ることができる。

【００４９】（３）基板は比較的厚いアルミニウム板で
構成されていることから、機械強度が高く集光型太陽光
発電装置の耐環境信頼性が優れることになる。

【００５０】（４）基板は熱伝達性が良好である金属で
形成されていることから、光発電素子で発生した熱は速
やかに基板を介して外部に放散されるため、光発電素子
の発電効率を向上させることができ、集光型太陽光発電
装置の出力増大を図ることができる。

【００５１】（５）部品点数が少なくかつ組立工程も少
ないことから安価な集光型太陽光発電装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である集光
型太陽光発電装置の要部を示す断面図である。

【図２】本実施形態１の集光型太陽光発電装置の要部を
示す平面図である。

【図３】本実施形態１の集光型太陽光発電装置の製造各
工程での模式図である。

【図４】本発明の他の実施形態（実施形態２）である集
光型太陽光発電装置の要部を示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施形態（実施形態３）である集
光型太陽光発電装置の要部を示す断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…光反射面、３…透明部材、４…光発電素
子、５…光入射面、６…透明板、７…太陽光、１０…Ｖ
溝、１１…Ｖ溝面、２０…テーブル、２１…ＥＶＡ、２
２…ＥＶＡ、２３…上型、３１…低屈折率の薄膜（低屈
折率薄膜）、３２…高屈折率の薄膜（高屈折率薄膜）、
３３…干渉膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢澤義昭東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者筒井謙東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者大塚寛之東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者峯邑純子東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 5F051 AA01 BA13 BA18 JA02 JA03 JA04 JA05 JA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の面が光反射面になる基板と、前記
基板の光反射面に設けられる透明部材と、前記透明部材
中に設けられる複数の光発電素子と、前記透明部材の表
面に設けられかつ露出する面が光入射面になる透明板と
を有する集光型太陽光発電装置であって、前記基板は金
属で形成されていることを特徴とする集光型太陽光発電
装置。
【請求項２】一方の面が光反射面になる基板と、前記
基板の光反射面に設けられる透明部材と、前記透明部材
中に設けられる複数の光発電素子と、前記透明部材の表
面に設けられかつ露出する面が光入射面になる透明板と
を有する集光型太陽光発電装置であって、前記基板は金
属で形成されているとともに、基板表面が耐候性膜で被
われていることを特徴とする集光型太陽光発電装置。
【請求項３】前記光反射面はＶ溝を複数平行に配列し
て形成されるＶ溝面で形成されていることを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の集光型太陽光発電装
置。
【請求項４】前記Ｖ溝の拡開角度は１２０度±１０度
であることを特徴とする請求項３に記載の集光型太陽光
発電装置。
【請求項５】前記光反射面は前記基板上に形成された
反射率が高い金属膜で形成されていることを特徴とする
請求項１，２，４，５のいずれか１項に記載の集光型太
陽光発電装置。
【請求項６】前記光反射面上に干渉膜が形成されてい
ることを特徴とする請求項１，２，４，５のいずれか１
項に記載の集光型太陽光発電装置。
【請求項７】前記膜は低屈折率薄膜と高屈折率薄膜を
周期的に重ねる多層薄膜からなる干渉膜であることを特
徴とする請求項６に記載の集光型太陽光発電装置。
【請求項８】前記透明板はガラス板またはプラスチッ
ク板のいずれか１つあるいはこれらの複合品であること
を特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記
載の集光型太陽光発電装置。