JP2002305314A - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの設置方法 - Google Patents
太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの設置方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 陽光が斜め方向から入射した時においても、
モジュール内の各太陽電池の出力電流を均等化すること
ができる太陽電池を提供する。 【解決手段】 太陽電池モジュール６０は、各々受光面
上に複数の平行な溝８が形成され、各溝の幅方向片側に
おける内側面（電極形成内側面）に出力取出用の電極５
が設けられた構造を有する複数の太陽電池１４と、それ
ら太陽電池１４を受光面が上となるように一体的に支持
する支持体１０，５０とを有する。溝８の、電極形成内
側面の配置方向を、設置時における各太陽電池１４の受
光面の水平面に対する傾斜角βと、太陽電池モジュール
の設置場所の緯度δとに応じて調整すると、年間発電量
を増大させることができる。
モジュール内の各太陽電池の出力電流を均等化すること
ができる太陽電池を提供する。 【解決手段】 太陽電池モジュール６０は、各々受光面
上に複数の平行な溝８が形成され、各溝の幅方向片側に
おける内側面（電極形成内側面）に出力取出用の電極５
が設けられた構造を有する複数の太陽電池１４と、それ
ら太陽電池１４を受光面が上となるように一体的に支持
する支持体１０，５０とを有する。溝８の、電極形成内
側面の配置方向を、設置時における各太陽電池１４の受
光面の水平面に対する傾斜角βと、太陽電池モジュール
の設置場所の緯度δとに応じて調整すると、年間発電量
を増大させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池モジュー
ルおよびその設置方法に関する。
ルおよびその設置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池が発電した電力を外部に取り出
すために、通常、太陽電池の表面にはフィンガー状の電
極が作製される。この電極の断面積が大きいほどその抵
抗値が減少するため、発電効率改善の面で電極幅や厚み
が大きいことが望ましい。しかし、一方で電極は、太陽
電池を構成する半導体材料内部に太陽光が導入されるこ
とを妨げるため、発電効率低下の原因となる。電極の作
製にはＡｇペーストのスクリーン印刷等が用いられてい
るが、太陽電池受光面で電極の占める面積の割合は８〜
１２％となってしまい、これによるシャドウイングロス
が発電効率改善の点で障害となっている。
すために、通常、太陽電池の表面にはフィンガー状の電
極が作製される。この電極の断面積が大きいほどその抵
抗値が減少するため、発電効率改善の面で電極幅や厚み
が大きいことが望ましい。しかし、一方で電極は、太陽
電池を構成する半導体材料内部に太陽光が導入されるこ
とを妨げるため、発電効率低下の原因となる。電極の作
製にはＡｇペーストのスクリーン印刷等が用いられてい
るが、太陽電池受光面で電極の占める面積の割合は８〜
１２％となってしまい、これによるシャドウイングロス
が発電効率改善の点で障害となっている。
【０００３】そこで、シャドウイングロス減少による発
電効率改善を目的とし、太陽電池受光面に平行な矩形、
半円、三角断面形状溝を複数形成し、溝側面の幅方向の
片側内側面にのみ電極を形成したＯＥＣＯ（Obliquely
Evaporated Contact）太陽電池が開発されている（例え
ば、Renewable Energy,Vol.14, Nos.1-4, 83-88（199
8）あるいは欧州特許 EP0905794A2）。
電効率改善を目的とし、太陽電池受光面に平行な矩形、
半円、三角断面形状溝を複数形成し、溝側面の幅方向の
片側内側面にのみ電極を形成したＯＥＣＯ（Obliquely
Evaporated Contact）太陽電池が開発されている（例え
ば、Renewable Energy,Vol.14, Nos.1-4, 83-88（199
8）あるいは欧州特許 EP0905794A2）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、ＯＥＣＯ
太陽電池は、エネルギー変換効率の点で非常に大きな利
点を有しているが、本発明者が検討した結果、ＯＥＣＯ
太陽電池をモジュール化するに際しては、電極が溝内側
面に形成されているという特殊な事情に起因して、従来
の太陽電池では生じ得なかった種々の新たな解決課題が
発生することがわかった。
太陽電池は、エネルギー変換効率の点で非常に大きな利
点を有しているが、本発明者が検討した結果、ＯＥＣＯ
太陽電池をモジュール化するに際しては、電極が溝内側
面に形成されているという特殊な事情に起因して、従来
の太陽電池では生じ得なかった種々の新たな解決課題が
発生することがわかった。
【０００５】ＯＥＣＯ太陽電池では溝の片方の内側面に
しか電極を形成していないため、太陽光の入射角によっ
てシャドウイング面積が変化し、太陽電池の光生成電流
が変化することが不可避である。このことを示したのが
図２である。図２では、入射角がαの場合、シャドウイ
ング面積の割合はＢ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）となるが、入射角
がα´の場合、Ｂ´／（Ａ´＋Ｂ´＋Ｃ´）となる。こ
のように、ＯＥＣＯ太陽電池では、入射角が浅くなるほ
ど電極によるシャドウイングロスの割合が大きくなる。
しか電極を形成していないため、太陽光の入射角によっ
てシャドウイング面積が変化し、太陽電池の光生成電流
が変化することが不可避である。このことを示したのが
図２である。図２では、入射角がαの場合、シャドウイ
ング面積の割合はＢ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）となるが、入射角
がα´の場合、Ｂ´／（Ａ´＋Ｂ´＋Ｃ´）となる。こ
のように、ＯＥＣＯ太陽電池では、入射角が浅くなるほ
ど電極によるシャドウイングロスの割合が大きくなる。
【０００６】ここで、太陽電池モジュールの発電効率を
最大にするためには、モジュール内の太陽電池毎の出力
電流を等しくすることが要求される。そのためには、太
陽電池毎の変換効率を一定にすることが重要である。し
かし、ＯＥＣＯ太陽電池モジュールでは、基本性能の揃
った太陽電池を用いて、それらに均等に光を当てたとし
ても、太陽電池毎の出力電流が必ずしも等しくなるとは
限らない。なぜなら、太陽光が斜め方向から入射した
時、モジュール内の太陽電池の取付方向に考慮が払われ
ていないと、太陽電池ごとに生ずるシャドウイングロス
の程度が異なってしまい、出力電流の不均一化が生じて
しまうからである。
最大にするためには、モジュール内の太陽電池毎の出力
電流を等しくすることが要求される。そのためには、太
陽電池毎の変換効率を一定にすることが重要である。し
かし、ＯＥＣＯ太陽電池モジュールでは、基本性能の揃
った太陽電池を用いて、それらに均等に光を当てたとし
ても、太陽電池毎の出力電流が必ずしも等しくなるとは
限らない。なぜなら、太陽光が斜め方向から入射した
時、モジュール内の太陽電池の取付方向に考慮が払われ
ていないと、太陽電池ごとに生ずるシャドウイングロス
の程度が異なってしまい、出力電流の不均一化が生じて
しまうからである。
【０００７】また、太陽電池モジュールは通常、家屋の
屋根等に設置されるが、ＯＥＣＯ太陽電池は溝の片方の
側面にしか電極がなく、入射方向によってシャドウイン
グロスが変化するため、この電極面をどの方向に向ける
かによって、１日あるいは１年を通して得られる電力の
総和が異なり、場合によっては太陽電池モジュールの性
能を十分に引き出しえないこともありうる。
屋根等に設置されるが、ＯＥＣＯ太陽電池は溝の片方の
側面にしか電極がなく、入射方向によってシャドウイン
グロスが変化するため、この電極面をどの方向に向ける
かによって、１日あるいは１年を通して得られる電力の
総和が異なり、場合によっては太陽電池モジュールの性
能を十分に引き出しえないこともありうる。
【０００８】本発明の課題は、太陽光が斜め方向から入
射した時においても、モジュール内の各太陽電池の出力
電流を均等化することができる太陽電池と、その太陽電
池モジュールの効果的な設置方法とを提供することにあ
る。
射した時においても、モジュール内の各太陽電池の出力
電流を均等化することができる太陽電池と、その太陽電
池モジュールの効果的な設置方法とを提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明の太陽電池モジュールは、
各々受光面上に複数の平行な溝が形成され、各溝の幅方
向片側における内側面（以下、電極形成内側面という）
に出力取出用の電極が設けられた構造を有する複数の太
陽電池と、それら太陽電池を受光面が上となるように一
体的に支持する支持体とを備え、複数の太陽電池が支持
体に対し、溝の長手方向が互いに略一致し、かつ、電極
形成内側面が同一側に位置する形で取り付けられている
ことを特徴とする。
題を解決するために、本発明の太陽電池モジュールは、
各々受光面上に複数の平行な溝が形成され、各溝の幅方
向片側における内側面（以下、電極形成内側面という）
に出力取出用の電極が設けられた構造を有する複数の太
陽電池と、それら太陽電池を受光面が上となるように一
体的に支持する支持体とを備え、複数の太陽電池が支持
体に対し、溝の長手方向が互いに略一致し、かつ、電極
形成内側面が同一側に位置する形で取り付けられている
ことを特徴とする。
【００１０】本発明の太陽電池モジュールに使用する上
記構造の太陽電池は、前述のＯＥＣＯ太陽電池に相当す
るものである。そして、支持体上に取り付ける複数の太
陽電池の溝の長手方向を互いに略一致させ、かつ、電極
形成内側面を同一側に位置させることで、太陽光線が斜
めに入射したとき、個々の太陽電池の電極形成内側面に
は同一角度にて太陽光線が入射する。その結果、各太陽
電池にて生ずるシャドウイングロスの程度も略等しくな
り、出力電流の均一化を図ることができる。
記構造の太陽電池は、前述のＯＥＣＯ太陽電池に相当す
るものである。そして、支持体上に取り付ける複数の太
陽電池の溝の長手方向を互いに略一致させ、かつ、電極
形成内側面を同一側に位置させることで、太陽光線が斜
めに入射したとき、個々の太陽電池の電極形成内側面に
は同一角度にて太陽光線が入射する。その結果、各太陽
電池にて生ずるシャドウイングロスの程度も略等しくな
り、出力電流の均一化を図ることができる。
【００１１】なお、上記の太陽電池においては、溝形成
の簡便性を考慮すると、形成する溝の断面形状として、
矩形、半円あるいは三角のいずれかであることが好まし
い。
の簡便性を考慮すると、形成する溝の断面形状として、
矩形、半円あるいは三角のいずれかであることが好まし
い。
【００１２】次の、本発明は、上記本発明の太陽電池モ
ジュールの設置方法も提供する。具体的には、太陽電池
モジュールを予め定められた設置場所に設置する際に、
各太陽電池の溝の、電極形成内側面の配置方向を、設置
時における各太陽電池の前記受光面の水平面に対する傾
斜角βと、太陽電池モジュールの設置場所の緯度δとに
応じて調整するようにしたことを特徴とする。
ジュールの設置方法も提供する。具体的には、太陽電池
モジュールを予め定められた設置場所に設置する際に、
各太陽電池の溝の、電極形成内側面の配置方向を、設置
時における各太陽電池の前記受光面の水平面に対する傾
斜角βと、太陽電池モジュールの設置場所の緯度δとに
応じて調整するようにしたことを特徴とする。
【００１３】本発明者らが検討したところ、ＯＥＣＯ太
陽電池は、太陽電池は溝の片方の側面を電極形成内側面
としているため、モジュールの姿勢や、設置場所の緯度
により、電極に入射する太陽光線強度及びシャドウイン
グの程度と、その１日あるいは１年を通しての変化の仕
方が全く異なることがわかった。そこで、モジュールの
姿勢として太陽電池の前記受光面の水平面に対する傾斜
角βを採用し、これと設置場所の緯度δとに応じて電極
形成内側面の配置方向を調整することで、太陽電池モジ
ュールの性能をより効果的に引き出すことが可能とな
り、ひいては太陽電池モジュールの１日あるいは年間を
通じての発電量をより増大させることができる。
陽電池は、太陽電池は溝の片方の側面を電極形成内側面
としているため、モジュールの姿勢や、設置場所の緯度
により、電極に入射する太陽光線強度及びシャドウイン
グの程度と、その１日あるいは１年を通しての変化の仕
方が全く異なることがわかった。そこで、モジュールの
姿勢として太陽電池の前記受光面の水平面に対する傾斜
角βを採用し、これと設置場所の緯度δとに応じて電極
形成内側面の配置方向を調整することで、太陽電池モジ
ュールの性能をより効果的に引き出すことが可能とな
り、ひいては太陽電池モジュールの１日あるいは年間を
通じての発電量をより増大させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明するが、本発明は本実施形態に限定され
るものではない。図１は、本発明の太陽電池モジュール
に使用される太陽電池の断面構造の一例を示すものであ
る。該太陽電池１４においては、シリコン単結晶インゴ
ットから切り出されたｐ型シリコン単結晶基板２の第一
主表面（受光面となる）２４上に、例えば幅数１００μ
ｍ程度、深さ１００μｍ程度の多数の溝８が互いに平行
に形成されている。これらの溝８は、例えば、同軸的に
結合された一体回転する数百枚から数千枚の回転刃によ
り一括刻設することができるが、数回の操作に分けて刻
設してもよい。
面を用いて説明するが、本発明は本実施形態に限定され
るものではない。図１は、本発明の太陽電池モジュール
に使用される太陽電池の断面構造の一例を示すものであ
る。該太陽電池１４においては、シリコン単結晶インゴ
ットから切り出されたｐ型シリコン単結晶基板２の第一
主表面（受光面となる）２４上に、例えば幅数１００μ
ｍ程度、深さ１００μｍ程度の多数の溝８が互いに平行
に形成されている。これらの溝８は、例えば、同軸的に
結合された一体回転する数百枚から数千枚の回転刃によ
り一括刻設することができるが、数回の操作に分けて刻
設してもよい。
【００１５】上記溝８を刻設した基板２の第一主表面２
４には、ｎ型ドーパントであるリンを熱拡散することに
よりエミッタ層３が形成され、ｐ−ｎ接合部が形成され
ている。そして、そのエミッタ層３の上に、トンネル絶
縁膜として機能する薄いシリコン酸化膜４が、例えば熱
酸化法により形成されている。
４には、ｎ型ドーパントであるリンを熱拡散することに
よりエミッタ層３が形成され、ｐ−ｎ接合部が形成され
ている。そして、そのエミッタ層３の上に、トンネル絶
縁膜として機能する薄いシリコン酸化膜４が、例えば熱
酸化法により形成されている。
【００１６】そして上記シリコン酸化膜４の上に電極５
が形成されている。該電極５は、例えば蒸着装置内にお
いて電極材料（例えばアルミニウム等の金属）を溝８の
片側の内側面（電極形成内側面）に蒸着することにより
形成されたものであり、その蒸着時においては後述する
通り、溝幅方向における片側の内側面に優先的に電極材
料が蒸着されるよう、蒸着源に対し基板２を所定角度以
上に相対的に傾けて配置するようにする（これが、ＯＥ
ＣＯの命名の由来でもある：なお、該蒸着時には、溝
８，８間に形成された凸状部９の頂面にも余分の電極材
料が堆積するが、これはリン酸溶液等のエッチング液に
て除去される）。そして、電極５を含む基板２の第一主
表面２４の全体が、保護層および反射防止膜として機能
する窒化シリコン膜６により覆われている。他方、基板
２の裏面側にも窒化シリコン膜６と電極７とが形成され
ている。
が形成されている。該電極５は、例えば蒸着装置内にお
いて電極材料（例えばアルミニウム等の金属）を溝８の
片側の内側面（電極形成内側面）に蒸着することにより
形成されたものであり、その蒸着時においては後述する
通り、溝幅方向における片側の内側面に優先的に電極材
料が蒸着されるよう、蒸着源に対し基板２を所定角度以
上に相対的に傾けて配置するようにする（これが、ＯＥ
ＣＯの命名の由来でもある：なお、該蒸着時には、溝
８，８間に形成された凸状部９の頂面にも余分の電極材
料が堆積するが、これはリン酸溶液等のエッチング液に
て除去される）。そして、電極５を含む基板２の第一主
表面２４の全体が、保護層および反射防止膜として機能
する窒化シリコン膜６により覆われている。他方、基板
２の裏面側にも窒化シリコン膜６と電極７とが形成され
ている。
【００１７】図８は、上記の太陽電池１４を用いた太陽
電池モジュールの一例を示すものである。該太陽電池モ
ジュール６０は、複数の太陽電池１４を受光面２４が上
となるように一体的に支持する支持体５０を有する。複
数の太陽電池１４は支持体５０の底辺に対し、溝８の長
手方向が互いに略一致し、かつ、電極形成内側面１ひい
ては電極５が、図３に示すように、全ての太陽電池１４
について同一側に位置する形で取り付けられている。
電池モジュールの一例を示すものである。該太陽電池モ
ジュール６０は、複数の太陽電池１４を受光面２４が上
となるように一体的に支持する支持体５０を有する。複
数の太陽電池１４は支持体５０の底辺に対し、溝８の長
手方向が互いに略一致し、かつ、電極形成内側面１ひい
ては電極５が、図３に示すように、全ての太陽電池１４
について同一側に位置する形で取り付けられている。
【００１８】太陽電池モジュール６０を設置する際の電
極形成内側面１の向きは、年間発電量の最適化を図るた
め、受光面２４の水平面からの傾斜角度βと、設置場所
の緯度δ等に応じて変更される。この実施形態では、複
数の太陽電池１４は、図５及び図６に示すように、電極
形成内側面８の位置が、受光面と平行な面内において互
いに１８０度反転した関係にある第一位置（図５）と第
二位置（図６）との間で少なくとも任意に選択可能とな
るように、支持体５０（図８）に取り付けられており、
後述する設置方法の具体例を実施する上での便宜が図ら
れている。
極形成内側面１の向きは、年間発電量の最適化を図るた
め、受光面２４の水平面からの傾斜角度βと、設置場所
の緯度δ等に応じて変更される。この実施形態では、複
数の太陽電池１４は、図５及び図６に示すように、電極
形成内側面８の位置が、受光面と平行な面内において互
いに１８０度反転した関係にある第一位置（図５）と第
二位置（図６）との間で少なくとも任意に選択可能とな
るように、支持体５０（図８）に取り付けられており、
後述する設置方法の具体例を実施する上での便宜が図ら
れている。
【００１９】具体的には、複数の太陽電池１４は電池保
持部材１０に一体的に取り付けられ、該電池保持部材１
０が支持体としての設置基体５０に取り付けられてい
る。電池保持部材１０の設置基体５０への取付方向の変
更により、複数の太陽電池１４の電極形成内側面１（図
３）の位置を、第一位置及び第二位置との間で一括して
位置変更できる。なお、太陽電池１４に形成された溝８
の向きを目視にて確認できない場合、電池保持部材１０
あるいは設置基体５０への取付時に支障を来たすので、
太陽電池１４に、溝８と一定の位置関係を満たす方向識
別マーキング（オリエンテーションノッチあるいはオリ
エンテーションフラットなど）を付与しておくと便利で
ある。
持部材１０に一体的に取り付けられ、該電池保持部材１
０が支持体としての設置基体５０に取り付けられてい
る。電池保持部材１０の設置基体５０への取付方向の変
更により、複数の太陽電池１４の電極形成内側面１（図
３）の位置を、第一位置及び第二位置との間で一括して
位置変更できる。なお、太陽電池１４に形成された溝８
の向きを目視にて確認できない場合、電池保持部材１０
あるいは設置基体５０への取付時に支障を来たすので、
太陽電池１４に、溝８と一定の位置関係を満たす方向識
別マーキング（オリエンテーションノッチあるいはオリ
エンテーションフラットなど）を付与しておくと便利で
ある。
【００２０】ここでは電池保持部材１０はプレート状に
形成され、各太陽電池１４はその板面に沿う形で取り付
けられている。従って、電池保持部材１０の傾斜角度β
が受光面２４の傾斜角度となる。他方、設置基体５０は
枠状に形成され、電池保持部材１０は着脱結合機構によ
り、ここでは、設置基体５０に形成されたねじ孔５２に
電池保持部材１０を貫いてねじ込まれるねじ５１によ
り、着脱可能に取り付けられている。電池保持部材１０
の向きを変える際には、ねじ５１を取り外して電池保持
部材１０を矢印Ｒの向きに反転させ、再びねじ５１をね
じ込めばよい。
形成され、各太陽電池１４はその板面に沿う形で取り付
けられている。従って、電池保持部材１０の傾斜角度β
が受光面２４の傾斜角度となる。他方、設置基体５０は
枠状に形成され、電池保持部材１０は着脱結合機構によ
り、ここでは、設置基体５０に形成されたねじ孔５２に
電池保持部材１０を貫いてねじ込まれるねじ５１によ
り、着脱可能に取り付けられている。電池保持部材１０
の向きを変える際には、ねじ５１を取り外して電池保持
部材１０を矢印Ｒの向きに反転させ、再びねじ５１をね
じ込めばよい。
【００２１】なお、複数の太陽電池１４の向きを支持体
に対し、個別に方向調整可能に取り付けることもでき
る。図２１にその一例を示す。この例では、太陽電池１
４を配線基体３４に組み付けて円板状の太陽電池セルユ
ニット３５とし、これを電池保持部材１０に形成された
電池保持部１０ｂ（ここでは円筒状内面を有する座ぐり
状の凹部とされている）に軸線回りに回転可能に取り付
けてある。従って、太陽電池セルユニット３５の回転に
より、電極形成内側面１（図３）の位置を変更すること
ができる。なお、電池保持部１０ｂの内面は、例えばゴ
ム製の弾性保持部１０ｃが形成されており、太陽電池セ
ルユニット３５をここに圧入することで取付位置を保持
するようにしている。また、太陽電池セルユニット３５
からの出力線１４ａは、電池保持部１０ｂに続いて形成
される貫通穴１０ａを通って引き出されている。
に対し、個別に方向調整可能に取り付けることもでき
る。図２１にその一例を示す。この例では、太陽電池１
４を配線基体３４に組み付けて円板状の太陽電池セルユ
ニット３５とし、これを電池保持部材１０に形成された
電池保持部１０ｂ（ここでは円筒状内面を有する座ぐり
状の凹部とされている）に軸線回りに回転可能に取り付
けてある。従って、太陽電池セルユニット３５の回転に
より、電極形成内側面１（図３）の位置を変更すること
ができる。なお、電池保持部１０ｂの内面は、例えばゴ
ム製の弾性保持部１０ｃが形成されており、太陽電池セ
ルユニット３５をここに圧入することで取付位置を保持
するようにしている。また、太陽電池セルユニット３５
からの出力線１４ａは、電池保持部１０ｂに続いて形成
される貫通穴１０ａを通って引き出されている。
【００２２】太陽電池モジュール６０を屋根に設置する
とき、一般には図７に示すように、日当たりのよい南向
きの屋根が選ばれることが多い。ここで、自然光を利用
して太陽電池発電を行なう場合、１日平均の発電量を大
きくするには、光量が十分得られる南中前後の時間帯よ
りも、その前後の光量が不足しがちな、朝や夕方の時間
帯に、如何に効率よく光を電力に変換できるかが決め手
となる。ここで、太陽電池にシャドウイングロスを生じ
やすくなるのは、受光面への正射影が溝８の長手方向と
交差する形態で光が当たる場合であるが、このような状
態が上記朝夕の時間帯に長く続くことは、発電効率を高
める上で望ましくない。例えば南北方向に傾斜する屋根
の上に太陽電池モジュール６０を取り付けるとき、図４
に示すように、各太陽電池１４は、溝８の長手方向が屋
根の傾斜方向と直交する形で取り付けるようにする。こ
のようにすることで、上記のようなシャドウイングロス
の生じやすい照射状態を、多少シャドウイングロスを生
じても問題が小さい南中前後の時間帯に限られるように
することができ、逆に、太陽光が東寄りあるいは西寄り
から照りつける朝夕の時間帯においては、シャドウイン
グロスを抑えて有効に光を電力に変換することができる
ようになる。
とき、一般には図７に示すように、日当たりのよい南向
きの屋根が選ばれることが多い。ここで、自然光を利用
して太陽電池発電を行なう場合、１日平均の発電量を大
きくするには、光量が十分得られる南中前後の時間帯よ
りも、その前後の光量が不足しがちな、朝や夕方の時間
帯に、如何に効率よく光を電力に変換できるかが決め手
となる。ここで、太陽電池にシャドウイングロスを生じ
やすくなるのは、受光面への正射影が溝８の長手方向と
交差する形態で光が当たる場合であるが、このような状
態が上記朝夕の時間帯に長く続くことは、発電効率を高
める上で望ましくない。例えば南北方向に傾斜する屋根
の上に太陽電池モジュール６０を取り付けるとき、図４
に示すように、各太陽電池１４は、溝８の長手方向が屋
根の傾斜方向と直交する形で取り付けるようにする。こ
のようにすることで、上記のようなシャドウイングロス
の生じやすい照射状態を、多少シャドウイングロスを生
じても問題が小さい南中前後の時間帯に限られるように
することができ、逆に、太陽光が東寄りあるいは西寄り
から照りつける朝夕の時間帯においては、シャドウイン
グロスを抑えて有効に光を電力に変換することができる
ようになる。
【００２３】この場合、太陽電池１４は、結果的に、形
成された溝８の長手方向が水平となるように設置され
る。そして、受光面の傾斜角度βと設置場所の緯度δと
を考慮に入れて、電極の最適方向を鋭意検討した結果、
次のような設置態様を採用することが有効であることが
わかった。すなわち、受光面の水平面に対する傾斜角を
β度とし、設置場所の緯度をδ度（ただし、北緯を正と
して定める）とした時、 β≦６０×｜ｓｉｎδ｜ ‥‥（１） が成り立つ場合は、図５に示すように、溝８の電極形成
内側面１が他方の内側面よりも赤道に近くなるように
（つまり、傾斜方向において上向きとなるように）配置
し、 β＞６０×｜ｓｉｎδ｜ ‥‥（２） が成り立つ場合は、図６に示すように、その逆とする。
成された溝８の長手方向が水平となるように設置され
る。そして、受光面の傾斜角度βと設置場所の緯度δと
を考慮に入れて、電極の最適方向を鋭意検討した結果、
次のような設置態様を採用することが有効であることが
わかった。すなわち、受光面の水平面に対する傾斜角を
β度とし、設置場所の緯度をδ度（ただし、北緯を正と
して定める）とした時、 β≦６０×｜ｓｉｎδ｜ ‥‥（１） が成り立つ場合は、図５に示すように、溝８の電極形成
内側面１が他方の内側面よりも赤道に近くなるように
（つまり、傾斜方向において上向きとなるように）配置
し、 β＞６０×｜ｓｉｎδ｜ ‥‥（２） が成り立つ場合は、図６に示すように、その逆とする。
【００２４】つまり、（１）が成立する緯度δにおいて
は、図５の設置態様を採用することで、図６の設置態様
よりも年間発電量を向上させることができ、逆に、
（２）が成立する緯度δにおいては、図６の設置態様を
採用することで、図５の設置態様よりも年間発電量を向
上させることができる。すなわち、太陽電池モジュール
６０の年間の発電効率の最適化を図ることができる。上
記（１）及び（２）の条件式を示したグラフを図１０に
示す。図１０では南緯をマイナスで表している。
は、図５の設置態様を採用することで、図６の設置態様
よりも年間発電量を向上させることができ、逆に、
（２）が成立する緯度δにおいては、図６の設置態様を
採用することで、図５の設置態様よりも年間発電量を向
上させることができる。すなわち、太陽電池モジュール
６０の年間の発電効率の最適化を図ることができる。上
記（１）及び（２）の条件式を示したグラフを図１０に
示す。図１０では南緯をマイナスで表している。
【００２５】式（１）及び（２）は、図９に示す流れに
従って導出されたものである。以下、その詳細について
説明する。まず、太陽の方位角と仰角、太陽電池モジュ
ール６０の設置角と方位角より、例えば図２に示すよう
に、電極５の投影面積割合（シャドウイングロス）を求
める式を求めることができる。図２から解るように、 Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）、Ｂ´／（Ａ´＋Ｂ´＋Ｃ´） ‥‥（３） がこの電極の投影面積割合にあたる。図９のＳ１に示す
ように、太陽の方位角φ’と仰角θ’（方位角φ’は、
溝の長手方向の東向きを０、反時計回りを正とする）
は、日付ｄ、時刻ｈｒおよび緯度δの関数として表され
る。この関数のデータは暦に従って一義的に求めること
ができる。該関数データの取得手法は天文学において極
めて周知であるから、詳細な説明は省略する。そして、
Ｓ２に示すように、上記のφ’と仰角θ’に、受光面の
傾斜角度β（以下、太陽電池モジュールの設置角あるい
は単に設置角ともいう）に相当する回転変換を施すこと
で、受光面（太陽電池モジュール）から見た相対的な太
陽の方位角φと仰角θを表す関数データを求めることが
できる。仰角θは受光面への太陽光線の入射角度に相当
し、方位角φは溝８に対する太陽光正射影とのなす角度
に相当するので、図１９に示すように、電極厚さｔ、溝
深さｈ、溝幅ｗ２、溝間距離ｗ１が一定であれば、θ及
びφと、これらの溝形状パラメータとを用いれば、上記
式（３）を用いて、各日付／時刻のシャドウイングロス
Ｓを、緯度δ及び設置角βの関数データとして計算でき
る（図９（Ｓ３））。
従って導出されたものである。以下、その詳細について
説明する。まず、太陽の方位角と仰角、太陽電池モジュ
ール６０の設置角と方位角より、例えば図２に示すよう
に、電極５の投影面積割合（シャドウイングロス）を求
める式を求めることができる。図２から解るように、 Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）、Ｂ´／（Ａ´＋Ｂ´＋Ｃ´） ‥‥（３） がこの電極の投影面積割合にあたる。図９のＳ１に示す
ように、太陽の方位角φ’と仰角θ’（方位角φ’は、
溝の長手方向の東向きを０、反時計回りを正とする）
は、日付ｄ、時刻ｈｒおよび緯度δの関数として表され
る。この関数のデータは暦に従って一義的に求めること
ができる。該関数データの取得手法は天文学において極
めて周知であるから、詳細な説明は省略する。そして、
Ｓ２に示すように、上記のφ’と仰角θ’に、受光面の
傾斜角度β（以下、太陽電池モジュールの設置角あるい
は単に設置角ともいう）に相当する回転変換を施すこと
で、受光面（太陽電池モジュール）から見た相対的な太
陽の方位角φと仰角θを表す関数データを求めることが
できる。仰角θは受光面への太陽光線の入射角度に相当
し、方位角φは溝８に対する太陽光正射影とのなす角度
に相当するので、図１９に示すように、電極厚さｔ、溝
深さｈ、溝幅ｗ２、溝間距離ｗ１が一定であれば、θ及
びφと、これらの溝形状パラメータとを用いれば、上記
式（３）を用いて、各日付／時刻のシャドウイングロス
Ｓを、緯度δ及び設置角βの関数データとして計算でき
る（図９（Ｓ３））。
【００２６】受光面から見た相対的な太陽の方位角φと
仰角θは、以下のようにして計算することができる（こ
こでは、北半球上の地域を例にとって説明するが、南半
球上においても計算の概略は当然、同一である）。ま
ず、赤道上から見たある時刻ｈｒ時の太陽の位置を求め
る。そのために、図２３に示すような、東をｘの正の方
向、北をｙの正の方向、垂直上向きをｚの正の方向とし
た半径１の天球を考える。この場合、天球上の太陽の位
置（ｘ，ｙ，ｚ）は、次の３つの式（４）〜（６）から
求められる。ただし、太陽の南中時刻をｈｒ＝１２と定
義している。
仰角θは、以下のようにして計算することができる（こ
こでは、北半球上の地域を例にとって説明するが、南半
球上においても計算の概略は当然、同一である）。ま
ず、赤道上から見たある時刻ｈｒ時の太陽の位置を求め
る。そのために、図２３に示すような、東をｘの正の方
向、北をｙの正の方向、垂直上向きをｚの正の方向とし
た半径１の天球を考える。この場合、天球上の太陽の位
置（ｘ，ｙ，ｚ）は、次の３つの式（４）〜（６）から
求められる。ただし、太陽の南中時刻をｈｒ＝１２と定
義している。
【００２７】
【数１】
【００２８】ここで、αは１月１日からｄ日目（１月１
日を１日目とする）の南中角で、次式（７）で表され
る。
日を１日目とする）の南中角で、次式（７）で表され
る。
【００２９】
【数２】
【００３０】また、この（ｘ，ｙ，ｚ）直角座標と、半
径Ｒ（＝１）、方位角φ’、仰角θ’で表される天球極
座標（Ｒ，φ’，θ’）との間に、ｘ＝ｃｏｓθ’×ｃ
ｏｓφ’、ｙ＝ｃｏｓθ’×ｓｉｎφ’、ｚ＝ｓｉｎ
θ’なる関係が幾何学的に成立する。次に、緯度δ度の
地点から見た太陽の位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を求め
る。緯度δ度の地点から見た太陽の位置は、赤道上から
見える太陽の位置をｘ軸（東西方向）まわりにδ度回転
させたものと等しく、次の３式（８）〜（１０）で表さ
れる。
径Ｒ（＝１）、方位角φ’、仰角θ’で表される天球極
座標（Ｒ，φ’，θ’）との間に、ｘ＝ｃｏｓθ’×ｃ
ｏｓφ’、ｙ＝ｃｏｓθ’×ｓｉｎφ’、ｚ＝ｓｉｎ
θ’なる関係が幾何学的に成立する。次に、緯度δ度の
地点から見た太陽の位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を求め
る。緯度δ度の地点から見た太陽の位置は、赤道上から
見える太陽の位置をｘ軸（東西方向）まわりにδ度回転
させたものと等しく、次の３式（８）〜（１０）で表さ
れる。
【００３１】
【数３】
【００３２】次に、真南からΨ度ずらして設置されたモ
ジュールから見た太陽の位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を求
める。ただし、Ψの符号は東方向を正とする。この太陽
の位置は、太陽の位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）をｚ軸まわ
りにΨ度回転させたものと等しく、次の３式（１１）〜
（１３）で表される。
ジュールから見た太陽の位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を求
める。ただし、Ψの符号は東方向を正とする。この太陽
の位置は、太陽の位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）をｚ軸まわ
りにΨ度回転させたものと等しく、次の３式（１１）〜
（１３）で表される。
【００３３】
【数４】
【００３４】さらに、太陽電池モジュールから見た太陽
の位置（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を求める。図２４に示すよ
うに、太陽電池モジュールは溝の長手方向を水平面と平
行に、設置角β度で設置すると仮定する。また、溝の長
手方向をｘ’方向、溝の長手方向に垂直で受光面に平行
な方向をｙ’方向、モジュールの法線方向をｚ’方向と
する。この場合も、太陽電池モジュールから見た太陽の
位置は、ｘ’軸まわりに−β度回転させたものと等しい
ので、次の３式（１４）〜（１６）で表される。
の位置（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を求める。図２４に示すよ
うに、太陽電池モジュールは溝の長手方向を水平面と平
行に、設置角β度で設置すると仮定する。また、溝の長
手方向をｘ’方向、溝の長手方向に垂直で受光面に平行
な方向をｙ’方向、モジュールの法線方向をｚ’方向と
する。この場合も、太陽電池モジュールから見た太陽の
位置は、ｘ’軸まわりに−β度回転させたものと等しい
ので、次の３式（１４）〜（１６）で表される。
【００３５】
【数５】
【００３６】したがって、太陽電池モジュールから見た
太陽の方位角φと仰角θは、太陽の位置（ｘ３，ｙ３，
ｚ３）を用いて次式（１７）、（１８）のように表され
る。
太陽の方位角φと仰角θは、太陽の位置（ｘ３，ｙ３，
ｚ３）を用いて次式（１７）、（１８）のように表され
る。
【００３７】
【数６】
【００３８】ここで、方位角φは、溝の長手方向の東向
きを０、反時計回りを正とする。また、仰角θは、太陽
がモジュール受光面に対して直接太陽光を入射すること
ができる場合を正とする。結局、モジュール設置場所の
緯度δ、設置角β、設置方位角Ψ、日付ｄ、時刻ｈｒの
５つの変数を上記（４）〜（１８）式に与えることで、
太陽電池モジュールから見た太陽の方位角φと仰角θを
得ることができる。
きを０、反時計回りを正とする。また、仰角θは、太陽
がモジュール受光面に対して直接太陽光を入射すること
ができる場合を正とする。結局、モジュール設置場所の
緯度δ、設置角β、設置方位角Ψ、日付ｄ、時刻ｈｒの
５つの変数を上記（４）〜（１８）式に与えることで、
太陽電池モジュールから見た太陽の方位角φと仰角θを
得ることができる。
【００３９】次に、上記の原理に従い、電極形成内側面
１を上向きおよび下向きにした場合のそれぞれにつき、
緯度δの種々の値、及び設置角βの種々の値について、
年間を通じた各日付／時間のシャドウイングロスＳを計
算する。本実施形態では、設置方位角Ψが０であり、緯
度δを１０度間隔に、傾斜角度βを５度間隔に定めて、
各月の日付を月半ばの１５日で代表させて、各時のシャ
ドウイングロスを求め、代表データ点とした。図１１、
図１２、図１３は、緯度δを３０度、設置角βをそれぞ
れ２５度、３０度、３５度としたときの、各月１５日の
８時、１０時、１２時、１４時及び１６時におけるシャ
ドウイングロスＳを求めた結果を示す。また、図１４、
図１５、図１６は、緯度δを５０度、設置角βをそれぞ
れ４５度、５０度、５５度としたときの、各月１５日の
８時、１０時、１２時、１４時、１６時におけるシャド
ウイングロスＳを求めた結果を示すものである。
１を上向きおよび下向きにした場合のそれぞれにつき、
緯度δの種々の値、及び設置角βの種々の値について、
年間を通じた各日付／時間のシャドウイングロスＳを計
算する。本実施形態では、設置方位角Ψが０であり、緯
度δを１０度間隔に、傾斜角度βを５度間隔に定めて、
各月の日付を月半ばの１５日で代表させて、各時のシャ
ドウイングロスを求め、代表データ点とした。図１１、
図１２、図１３は、緯度δを３０度、設置角βをそれぞ
れ２５度、３０度、３５度としたときの、各月１５日の
８時、１０時、１２時、１４時及び１６時におけるシャ
ドウイングロスＳを求めた結果を示す。また、図１４、
図１５、図１６は、緯度δを５０度、設置角βをそれぞ
れ４５度、５０度、５５度としたときの、各月１５日の
８時、１０時、１２時、１４時、１６時におけるシャド
ウイングロスＳを求めた結果を示すものである。
【００４０】図９に戻り、Ｓ４では、シャドウイングロ
スＳを差し引いた有効受光量Ｐｅを求める。ここでは、
太陽光に垂直な面が受ける太陽光エネルギー密度を、緯
度、時間あるいは太陽の仰角に区別なく、平均的な値と
して（１ｋＷ／ｍ２）であると仮定した。ただし、この
うちモジュールに照射される太陽光エネルギー密度は、
モジュールの法線方向成分のみとなる。また、日中（日
の出から日の入り間）において、太陽光が直接、モジュ
ールを照射できない場合、散乱光のみが太陽光表面に達
すると仮定した。その際、太陽光エネルギー密度は入射
角依存性がなく、０．３ｋＷ／ｍ２で一定であると仮定
した。つまり、この場合、太陽がどの位置にあろうとも
有効受光量は０．３ｋＷ／ｍ２からシャドウイングロス
分を差し引いた値となる。これは、具体的には、図７に
示すように、季節及び時間帯により、太陽がモジュール
６０の裏側に回りこんでしまうような場合である。な
お、夜間（日の入りから日の出間）は有効受光量を０ｋ
Ｗ／ｍ２とした。
スＳを差し引いた有効受光量Ｐｅを求める。ここでは、
太陽光に垂直な面が受ける太陽光エネルギー密度を、緯
度、時間あるいは太陽の仰角に区別なく、平均的な値と
して（１ｋＷ／ｍ２）であると仮定した。ただし、この
うちモジュールに照射される太陽光エネルギー密度は、
モジュールの法線方向成分のみとなる。また、日中（日
の出から日の入り間）において、太陽光が直接、モジュ
ールを照射できない場合、散乱光のみが太陽光表面に達
すると仮定した。その際、太陽光エネルギー密度は入射
角依存性がなく、０．３ｋＷ／ｍ２で一定であると仮定
した。つまり、この場合、太陽がどの位置にあろうとも
有効受光量は０．３ｋＷ／ｍ２からシャドウイングロス
分を差し引いた値となる。これは、具体的には、図７に
示すように、季節及び時間帯により、太陽がモジュール
６０の裏側に回りこんでしまうような場合である。な
お、夜間（日の入りから日の出間）は有効受光量を０ｋ
Ｗ／ｍ２とした。
【００４１】次に、Ｓ５では、上記仮定を用いて計算し
た有効受光量Ｐｅを全時間で積算し、その全時間で割る
ことにより、平均有効受光量Ｐｅａを求める。この平均
有効受光量Ｐｅａと設置角βとの関係を示した結果が、
図１７（緯度δ＝３０度）及び図１８（緯度δ＝５０
度）である。これら図から明らかな通り、電極形成内側
面を上向きにした場合と下向きにした場合との、平均有
効受光量Ｐｅａひいては発電出力の優劣関係が、ある分
起点角度で反転しており、低角度側では上向きが、高角
度側では下向きが有利となっていることがわかる。ま
た、その優劣関係が反転する分起点角度は、緯度δによ
り変化することもわかる。例えば、北緯３０度のケース
では分起点角度が約３０度であり、これよりβが大きい
場合、電極形成内側面を下向き（赤道方向）に、小さい
場合、上向き（赤道と反対方向）にするのが好ましいこ
とを意味する。他方、北緯５０度では、この分起点角度
は約４７度となっている。
た有効受光量Ｐｅを全時間で積算し、その全時間で割る
ことにより、平均有効受光量Ｐｅａを求める。この平均
有効受光量Ｐｅａと設置角βとの関係を示した結果が、
図１７（緯度δ＝３０度）及び図１８（緯度δ＝５０
度）である。これら図から明らかな通り、電極形成内側
面を上向きにした場合と下向きにした場合との、平均有
効受光量Ｐｅａひいては発電出力の優劣関係が、ある分
起点角度で反転しており、低角度側では上向きが、高角
度側では下向きが有利となっていることがわかる。ま
た、その優劣関係が反転する分起点角度は、緯度δによ
り変化することもわかる。例えば、北緯３０度のケース
では分起点角度が約３０度であり、これよりβが大きい
場合、電極形成内側面を下向き（赤道方向）に、小さい
場合、上向き（赤道と反対方向）にするのが好ましいこ
とを意味する。他方、北緯５０度では、この分起点角度
は約４７度となっている。
【００４２】図９に戻り、Ｓ７では、各緯度δについて
上記分起点角度を求める。図１０は、その算出結果を緯
度δに対してプロットしたものである。プロット点は、
緯度０度（赤道位置）で０度となり（これは、上向きで
も下向きでも優劣がないことを意味する）、それよりも
δが北緯側又は南緯側にずれると、分起点角度は正弦曲
線に従って大きくなっていくことがわかる。この関係を
表したものが、上記条件判別式（１）及び（２）に相当
する。なお、ここで計算に用いたＯＥＣＯ太陽電池の溝
形状は、図１９で示したように隆起部幅９（w１）５０
μｍ、溝幅（w２）４５０μｍ、溝深さ（h）５０μｍ、
電極厚さ（t）５μｍであるが、異なった値を代入した
場合も、最後に得られる曲線は同様なものが得られる。
ただし、この導出過程において、バスバー電極について
は無視した。これは、バスバー電極のシャドウイングロ
スが入射角によって変化しないことによる。
上記分起点角度を求める。図１０は、その算出結果を緯
度δに対してプロットしたものである。プロット点は、
緯度０度（赤道位置）で０度となり（これは、上向きで
も下向きでも優劣がないことを意味する）、それよりも
δが北緯側又は南緯側にずれると、分起点角度は正弦曲
線に従って大きくなっていくことがわかる。この関係を
表したものが、上記条件判別式（１）及び（２）に相当
する。なお、ここで計算に用いたＯＥＣＯ太陽電池の溝
形状は、図１９で示したように隆起部幅９（w１）５０
μｍ、溝幅（w２）４５０μｍ、溝深さ（h）５０μｍ、
電極厚さ（t）５μｍであるが、異なった値を代入した
場合も、最後に得られる曲線は同様なものが得られる。
ただし、この導出過程において、バスバー電極について
は無視した。これは、バスバー電極のシャドウイングロ
スが入射角によって変化しないことによる。
【００４３】本発明においては、これらの条件式に基づ
いて太陽電池モジュール６０の電極形成内側面１の設置
方向を決定し、設置することで、１年間に太陽電池モジ
ュール６０から得られる発電出力の総量を増大すること
ができる。なお、本発明の条件式は北緯９０度から南緯
９０度まで適用可能である。
いて太陽電池モジュール６０の電極形成内側面１の設置
方向を決定し、設置することで、１年間に太陽電池モジ
ュール６０から得られる発電出力の総量を増大すること
ができる。なお、本発明の条件式は北緯９０度から南緯
９０度まで適用可能である。
【００４４】なお、図２０に示すように、太陽電池モジ
ュール６０の設置場所として、必ずしも南向きの最良の
位置が確保できない場合もある。例えば図２０では、東
向きの屋根（傾斜方向は従って東西方向）の上に設置せ
ざるを得なくなった場合を示す。この場合、設置方位角
Ψは０でなくなり、溝８（即ち電極形成内側面）の向き
が、南北方向と直角（東西方向と平行）となるように、
支持体（ここでは、電池保持部材１０）に取り付けるの
がよい。この場合、受光面の傾斜方向も東西方向とな
る。
ュール６０の設置場所として、必ずしも南向きの最良の
位置が確保できない場合もある。例えば図２０では、東
向きの屋根（傾斜方向は従って東西方向）の上に設置せ
ざるを得なくなった場合を示す。この場合、設置方位角
Ψは０でなくなり、溝８（即ち電極形成内側面）の向き
が、南北方向と直角（東西方向と平行）となるように、
支持体（ここでは、電池保持部材１０）に取り付けるの
がよい。この場合、受光面の傾斜方向も東西方向とな
る。
【００４５】図２５は、設置方位角Ψが０でない場合
の、各緯度δにおける分起点角度βを計算した結果を示
すものである。これによると、設置方位角Ψが６５゜ま
では、分起点角度βと緯度δとの関係を示す曲線に大き
な変化はなく、前記した（１）及び（２）の条件式を略
そのまま用いても問題がないことがわかる。他方、設置
方位角Ψが６５゜を超える場合（上限は９０゜）は、
（１）及び（２）の右辺が表す単純な正弦曲線からの逸
脱がかなり大きくなっており、溝方向を判別するための
条件式としては不適となる。そこで６５゜を超える種々
の設置方位角Ψにおいては、各緯度δでの分起点角度β
を求めた計算結果点に関数によるカーブフィッティング
を行なった結果、次のような条件式を用いることは有効
であることが判明した。すなわち、下記式（１９）が成
り立つ場合は、溝の電極形成内側面が他方の内側面より
も赤道に近くなるように配置し、式（２０）が成り立つ
場合はその逆とすることが望ましい。ただし、Ψが９０
゜（東向き）のとき、下記式（１９）が成り立つ場合
は、溝の電極形成内側面が他方の内側面よりも東もしく
は下に近くなるように配置し、式（２０）が成り立つ場
合は、その逆とする。一方、Ψが−９０゜（西向き）の
とき、下記式（１９）が成り立つ場合は、溝の電極形成
内側面が他方の内側面よりも西もしくは下に近くなるよ
うに配置し、式（２０）が成り立つ場合は、その逆とす
る。なお、ω＝−０．００４３δ３＋０．９δ２−６
２．５δ＋１４６１である。
の、各緯度δにおける分起点角度βを計算した結果を示
すものである。これによると、設置方位角Ψが６５゜ま
では、分起点角度βと緯度δとの関係を示す曲線に大き
な変化はなく、前記した（１）及び（２）の条件式を略
そのまま用いても問題がないことがわかる。他方、設置
方位角Ψが６５゜を超える場合（上限は９０゜）は、
（１）及び（２）の右辺が表す単純な正弦曲線からの逸
脱がかなり大きくなっており、溝方向を判別するための
条件式としては不適となる。そこで６５゜を超える種々
の設置方位角Ψにおいては、各緯度δでの分起点角度β
を求めた計算結果点に関数によるカーブフィッティング
を行なった結果、次のような条件式を用いることは有効
であることが判明した。すなわち、下記式（１９）が成
り立つ場合は、溝の電極形成内側面が他方の内側面より
も赤道に近くなるように配置し、式（２０）が成り立つ
場合はその逆とすることが望ましい。ただし、Ψが９０
゜（東向き）のとき、下記式（１９）が成り立つ場合
は、溝の電極形成内側面が他方の内側面よりも東もしく
は下に近くなるように配置し、式（２０）が成り立つ場
合は、その逆とする。一方、Ψが−９０゜（西向き）の
とき、下記式（１９）が成り立つ場合は、溝の電極形成
内側面が他方の内側面よりも西もしくは下に近くなるよ
うに配置し、式（２０）が成り立つ場合は、その逆とす
る。なお、ω＝−０．００４３δ３＋０．９δ２−６
２．５δ＋１４６１である。
【００４６】
【数７】
【００４７】
【数８】
【００４８】図１０からも明らかなように、電極形成内
側面の上向きあるいは下向きに関する分起点角度は、高
緯度地域ほど大きくなる。これは、年間を通じて太陽光
の照射角度が小さいため、受光面の傾斜角度βをなるべ
く大きくしたほうが有利であるためである。このよう
に、受光面の傾斜角度β自体にも、設置場所の緯度δに
より最適の値が存在する場合がある。そこで、図２２に
示すように、本発明の太陽電池モジュールは、受光面の
傾斜角度βを可変に構成することも可能である。該図の
実施形態においては、ベース１５０に電池保持部材１０
の下端部を蝶番５３により旋回可能に結合し、上端側を
昇降ロッド５４により昇降させて、傾斜角度βが変更で
きるようにしてある。昇降ロッド５４は、例えばこれに
一体化された雌ねじ部材５４にねじ軸５５を螺合させ、
このねじ軸５５をハンドル５６の操作等により正逆両方
向に回転させることで昇降させることができる。
側面の上向きあるいは下向きに関する分起点角度は、高
緯度地域ほど大きくなる。これは、年間を通じて太陽光
の照射角度が小さいため、受光面の傾斜角度βをなるべ
く大きくしたほうが有利であるためである。このよう
に、受光面の傾斜角度β自体にも、設置場所の緯度δに
より最適の値が存在する場合がある。そこで、図２２に
示すように、本発明の太陽電池モジュールは、受光面の
傾斜角度βを可変に構成することも可能である。該図の
実施形態においては、ベース１５０に電池保持部材１０
の下端部を蝶番５３により旋回可能に結合し、上端側を
昇降ロッド５４により昇降させて、傾斜角度βが変更で
きるようにしてある。昇降ロッド５４は、例えばこれに
一体化された雌ねじ部材５４にねじ軸５５を螺合させ、
このねじ軸５５をハンドル５６の操作等により正逆両方
向に回転させることで昇降させることができる。
【００４９】
【実施例】（実施例１）図１の太陽電池を、以下のよう
な方法により作製した。まず、III族元素のガリウムを
不純物元素とするp型単結晶シリコンウエハ２（１０ｃ
ｍ角、基板厚３００μｍ、抵抗率０．５Ωｃｍ）の受光
面側に、ダイサーによって平行な四角（矩形）断面形状
の溝８を複数形成した。溝形状は、図１９に示すよう
に、溝間隔（Ｗ１）を５０μｍ、溝幅（Ｗ２）を４５０
μｍ、溝深さ（ｈ）を５０μｍとした。次に、水酸化カ
リウム水溶液によりエッチングしてダメージ層を取り除
き、裏面にプラズマＣＶＤ装置を用いて窒化シリコン膜
６を形成した。
な方法により作製した。まず、III族元素のガリウムを
不純物元素とするp型単結晶シリコンウエハ２（１０ｃ
ｍ角、基板厚３００μｍ、抵抗率０．５Ωｃｍ）の受光
面側に、ダイサーによって平行な四角（矩形）断面形状
の溝８を複数形成した。溝形状は、図１９に示すよう
に、溝間隔（Ｗ１）を５０μｍ、溝幅（Ｗ２）を４５０
μｍ、溝深さ（ｈ）を５０μｍとした。次に、水酸化カ
リウム水溶液によりエッチングしてダメージ層を取り除
き、裏面にプラズマＣＶＤ装置を用いて窒化シリコン膜
６を形成した。
【００５０】引き続き、受光面側に熱拡散によってＶ族
元素のリンを不純物としたｎ＋領域からなるエミッタ層
３を、シート抵抗が１００Ω／□となるように作製し
た。さらに、裏面に対し、アルミニウムの真空蒸着によ
り厚さ２μｍの電極７を形成した。次に、受光面上に熱
酸化により膜厚２ｎｍのトンネル酸化膜４を作製し、引
き続いて、この受光面の平行溝に垂直方向、且つウエハ
表面に対し斜め２０度の方向から電極となるアルミニウ
ムを真空蒸着し、溝側面の一方のみに厚さ５μｍの電極
５を形成した。さらに、プラズマＣＶＤによって膜厚７
０ｎｍの窒化シリコン膜６を受光面上に形成した。
元素のリンを不純物としたｎ＋領域からなるエミッタ層
３を、シート抵抗が１００Ω／□となるように作製し
た。さらに、裏面に対し、アルミニウムの真空蒸着によ
り厚さ２μｍの電極７を形成した。次に、受光面上に熱
酸化により膜厚２ｎｍのトンネル酸化膜４を作製し、引
き続いて、この受光面の平行溝に垂直方向、且つウエハ
表面に対し斜め２０度の方向から電極となるアルミニウ
ムを真空蒸着し、溝側面の一方のみに厚さ５μｍの電極
５を形成した。さらに、プラズマＣＶＤによって膜厚７
０ｎｍの窒化シリコン膜６を受光面上に形成した。
【００５１】上記のようにして作製したＯＥＣＯ太陽電
池を６０枚用意し、電極形成内側面１を同一方向に向
け、さらに溝の長手方向を太陽電池モジュールの底辺の
方向と一致させた状態で、ガラスとテドラーを支持器材
とした太陽電池モジュール内にＥＶＡ（エチレンビニル
アセテート）樹脂で封止した。比較のため、半数の太陽
電池の電極形成内側面１を１８０度回転させて配置した
太陽電池モジュールも作製した。便宜的に、ここでは前
者をサンプル１、後者をサンプル２とする。なお、作製
した太陽電池モジュールのモジュール面積は６６６ｃｍ
２であり、サンプルの定格出力は１１０Ｗである。
池を６０枚用意し、電極形成内側面１を同一方向に向
け、さらに溝の長手方向を太陽電池モジュールの底辺の
方向と一致させた状態で、ガラスとテドラーを支持器材
とした太陽電池モジュール内にＥＶＡ（エチレンビニル
アセテート）樹脂で封止した。比較のため、半数の太陽
電池の電極形成内側面１を１８０度回転させて配置した
太陽電池モジュールも作製した。便宜的に、ここでは前
者をサンプル１、後者をサンプル２とする。なお、作製
した太陽電池モジュールのモジュール面積は６６６ｃｍ
２であり、サンプルの定格出力は１１０Ｗである。
【００５２】次に、ソーラーシミュレータ（光強度：１
ｋＷ／ｍ２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）を用
いて、作製した太陽電池モジュールの出力特性を測定し
た。ただし、測定では、太陽電池モジュールの受光面を
溝の垂直方向に６０度傾けた。得られた出力特性を、次
の表に示す。
ｋＷ／ｍ２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）を用
いて、作製した太陽電池モジュールの出力特性を測定し
た。ただし、測定では、太陽電池モジュールの受光面を
溝の垂直方向に６０度傾けた。得られた出力特性を、次
の表に示す。
【００５３】
【表1】
【００５４】この測定結果では、サンプル１の方が、サ
ンプル２に比べて０．５Ａ程度大きい短絡電流を示し、
高い出力を示した。つまり、本発明を適用することでよ
り高い出力を得ることが可能であることがわかる。
ンプル２に比べて０．５Ａ程度大きい短絡電流を示し、
高い出力を示した。つまり、本発明を適用することでよ
り高い出力を得ることが可能であることがわかる。
【００５５】（実施例２）本発明の条件式（１）、
（２）より、北緯３０度に設置角３５度で設置する場合
の最適な電極形成内側面方向は下向きとすることが望ま
しいとの結果を得る。そこで、実際に、実施例１で作製
した電極形成内側面１の方向を揃えた太陽電池モジュー
ルを、北緯３０度２０分の鹿児島県屋久島において、真
南に対して勾配が３５度である家屋の屋根に設置し、年
間発電量を測定した。用意したサンプルは電極形成内側
面を上向きとした太陽電池１枚と下向きとした太陽電池
電池１枚である。測定された年間発電量を、表２に示
す。
（２）より、北緯３０度に設置角３５度で設置する場合
の最適な電極形成内側面方向は下向きとすることが望ま
しいとの結果を得る。そこで、実際に、実施例１で作製
した電極形成内側面１の方向を揃えた太陽電池モジュー
ルを、北緯３０度２０分の鹿児島県屋久島において、真
南に対して勾配が３５度である家屋の屋根に設置し、年
間発電量を測定した。用意したサンプルは電極形成内側
面を上向きとした太陽電池１枚と下向きとした太陽電池
電池１枚である。測定された年間発電量を、表２に示
す。
【００５６】
【表２】
【００５７】測定結果では、電極形成内側面を下向きと
して設置した太陽電池モジュールの方が、上向きに設置
した太陽電池モジュールよりも大きな年間発電量を示
す。
して設置した太陽電池モジュールの方が、上向きに設置
した太陽電池モジュールよりも大きな年間発電量を示
す。
【図１】ＯＥＣＯ太陽電池の断面構造の一例を示す模式
図。
図。
【図２】ＯＥＣＯ太陽電池に形成された溝、および電極
と太陽光との関係を示す説明図。
と太陽光との関係を示す説明図。
【図３】本発明における、太陽電池モジュール内での太
陽電池配列方法を示した斜視図。
陽電池配列方法を示した斜視図。
【図４】本発明における太陽電池モジュールの設置方法
を示した図。
を示した図。
【図５】電極形成内側面を上向きとして太陽電池モジュ
ールを設置する例を示す図。
ールを設置する例を示す図。
【図６】電極形成内側面方向を下向きとして太陽電池モ
ジュールを設置する例を示す図。
ジュールを設置する例を示す図。
【図７】南向きの屋根に太陽電池モジュールを設置する
例を示す模式図。
例を示す模式図。
【図８】太陽電池モジュールの一実施形態を示す分解斜
視図。
視図。
【図９】式（１）及び式（２）の導出過程の概略を示す
流れ図。
流れ図。
【図１０】太陽電池モジュール設置場所の緯度と分起点
角度と電極形成内側面方向との関係を示した図。
角度と電極形成内側面方向との関係を示した図。
【図１１】北緯３０度に太陽電池モジュールを設置角２
５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
【図１２】北緯３０度に太陽電池モジュールを設置角３
０度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
０度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
【図１３】北緯３０度に太陽電池モジュールを設置角３
５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
【図１４】北緯５０度に太陽電池モジュールを設置角４
５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
【図１５】北緯５０度に太陽電池モジュールを設置角５
０度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
０度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
【図１６】北緯５０度に太陽電池モジュールを設置角５
５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を
示す図。
【図１７】北緯３０度に太陽電池モジュールを設置した
場合の設置角と平均有効受光量との関係を示す図。
場合の設置角と平均有効受光量との関係を示す図。
【図１８】北緯５０度に太陽電池モジュールを設置した
場合の設置角と平均有効受光量との関係を示す図。
場合の設置角と平均有効受光量との関係を示す図。
【図１９】太陽電池表面に形成される溝の寸法を示した
断面模式図。
断面模式図。
【図２０】屋根の方向により溝の配置方向を変更する例
を示す説明図。
を示す説明図。
【図２１】太陽電池セルユニットの方向を個別に変更可
能とする太陽電池モジュールの構造例を示す断面図。
能とする太陽電池モジュールの構造例を示す断面図。
【図２２】受光面の傾斜角度を変更可能とした太陽電池
セルユニットの一例を示す断面模式図。
セルユニットの一例を示す断面模式図。
【図２３】天球に対する座標系の定義を示す図。
【図２４】太陽電池モジュール及び太陽電池の溝の長手
方向と、水平面との位置関係、及び設置角との関係を示
す斜視図。
方向と、水平面との位置関係、及び設置角との関係を示
す斜視図。
【図２５】各種設置方位角Ψと緯度δ及び分起点角度β
との関係を示すグラフ。
との関係を示すグラフ。
１ 電極形成内側面 ５ 電極 ８ 溝 １０ 電池保持部材 １４ ＯＥＣＯ太陽電池 ５０ 設置ベース（支持体） ６０ 太陽電池モジュール
フロントページの続き (72)発明者 大塚 寛之 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 高橋 正俊 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 渡部 武紀 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 阿部 孝夫 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 Ｆターム(参考） 2E108 KK01 NN07 PP01 5F051 AA02 AA16 BA03 CB12 CB21 DA03 DA09 FA06 FA14 FA15 GA04 JA05 JA10
Claims (6)
- 【請求項１】 各々受光面上に複数の平行な溝が形成さ
れ、各溝の幅方向片側における内側面（以下、電極形成
内側面という）に出力取出用の電極が設けられた構造を
有する複数の太陽電池と、それら太陽電池を前記受光面
が上となるように一体的に支持する支持体とを備え、 前記複数の太陽電池は前記支持体に対し、前記溝の長手
方向が互いに略一致し、かつ、前記電極形成内側面が同
一側に位置する形で取り付けられていることを特徴とす
る太陽電池モジュール。 - 【請求項２】 前記複数の太陽電池は、前記電極形成内
側面の位置が、前記受光面と平行な面内において互いに
１８０度反転した関係にある第一位置と第二位置との間
で少なくとも任意に選択可能となるように、前記支持体
に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の
太陽電池モジュール。 - 【請求項３】 前記複数の太陽電池は電池保持部材に一
体的に取り付けられ、該電池保持部材が前記支持体とし
ての設置基体に取り付けられており、該電池保持部材の
前記設置基体への取付方向の変更により、前記複数の太
陽電池の前記電極形成内側面の位置を、前記第一位置及
び第二位置との間で一括して位置変更できるようにした
請求項２に記載の太陽電池モジュール。 - 【請求項４】 前記溝の断面形状が矩形、半円及び三角
のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし３の
いずれか１項に記載の太陽電池モジュール。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項に記載
された太陽電池モジュールを予め定められた設置場所に
設置する際に、各太陽電池の前記溝の、前記電極形成内
側面の配置方向を、設置時における各太陽電池の前記受
光面の水平面に対する傾斜角βと、太陽電池モジュール
の設置場所の緯度δとに応じて調整するようにしたこと
を特徴とする太陽電池モジュールの設置方法。 - 【請求項６】 前記設置場所に対し前記太陽電池モジュ
ールを、各太陽電池に形成された前記溝の長手方向が水
平となるように設置するとともに、前記受光面の水平面
に対する傾斜角をβ度とし、前記設置場所の緯度をδ度
（ただし、北緯を正として定める）とした時、 β≦６０×｜ｓｉｎδ｜ が成り立つ場合は、前記溝の前記電極形成内側面が他方
の内側面よりも赤道に近くなるように配置し、 β＞６０×｜ｓｉｎδ｜ が成り立つ場合はその逆とすることを特徴とする請求項
５記載の太陽電池モジュールの設置方法。
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