JP2005072395A

JP2005072395A - 太陽光発電装置

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Publication number: JP2005072395A
Application number: JP2003302196A
Authority: JP
Inventors: Masami Kurosawa; 正美黒澤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】発光体による表示や装飾に対し、コントラストを高めた太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】受光面側に光透過板を備えた太陽電池モジュールの内部に所定間隔で面状に配列された複数個の太陽電池素子と、前記太陽電池モジュールの受光面と反対側の面に配置された複数の発光体とを備えた太陽光発電装置であって、前記発光体を、隣接する前記太陽電池素子の間隙を通して前記太陽電池モジュールの受光面の方向に向けて発光させるとともに、発光した光の一部を前記太陽電池素子によって遮光せしめ、前記発光体の中心を含み前記間隙の長手方向に対して略垂直に交差する面において、前記発光体の中心から見て前記受光面の略垂直方向に対し一定角度以上の方向の光を遮断した。
【選択図】図３

Description

本発明は複数個の太陽電池素子を面状に並べてなる太陽光発電装置に関し、とくにこれらの太陽電池素子にＬＥＤなどの発光体を配し、表示性や装飾性を高めるとともに、発光体の視認性を高めた太陽光発電装置に関するものである。

一般的に太陽光発電装置は、住宅の屋根などに太陽電池アレイを配置し、太陽光のエネルギーを光電変換し、電力エネルギーを得るものである。

具体的な使用例を図１２と図１３により説明する。図１２は住宅１の屋根などに太陽光発電装置２を配置した場合を示し、図１３はこの太陽光発電装置２において、その太陽電池アレイ３を構成する個々の太陽電池モジュール４の概略の断面構造図である。同図の太陽光発電装置２によれば、太陽電池モジュール４を複数配設して太陽電池アレイ３とし、この太陽電池アレイ３で発電された電力を送電ケーブル５およびジャンクションボックス（接続箱）６を通して系統連系インバータ７へ送電する。

すなわち、太陽電池アレイ３は、複数枚の太陽電池モジュール４を直列に接続してストリングとし、このストリングを１列、もしくは２列以上集めて組み合わせ、必要な電力を得るようにしている。そして、送電ケーブル５の電線は、このようなストリングの数に応じて設けられ、互いにジャンクションボックス６で並列接続されて、太陽電池アレイ３で発電された直流電力を交流電力に変換する系統連系インバータ７に入力され、一般の交流負荷に供給したり、もしくは系統連系により電力会社へ売電することができるようになっている。

図１３に示す太陽電池モジュール４の概略断面図によれば、太陽電池素子８は、例えばシリコンなどからなる半導体の光電変換効果を利用して電力が得られるように構成したものであって、このような太陽電池素子８を複数個直列および並列に電気的に接続し、そして、耐候性のある素材で覆い、所要の出力電圧や出力電流を得る。

このような太陽電池モジュール４においては、太陽電池素子８の受光面にはガラス板や合成樹脂板などの光透過板９を配置し、その裏面である非受光面にはテフロン（R）フィルムやＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポレエチレンテレフタレート）などの耐候性フィルム１０を被着し、そして、これらの光透過板９、太陽電池素子８および耐候性フィルム１０の重ね構造の矩形状の本体に対し、その各辺周囲をアルミニウムやＳＵＳなどからなる枠体１１を挟み込むように装着し、太陽電池モジュール４全体の強度を高めている。

また、太陽電池モジュール４の裏面には、すなわち耐候性フィルム１０の上にはＡＢＳ樹脂などの合成樹脂やアルミニウムなどの金属で構成したジャンクションボックス１２を接着し、太陽電池モジュール４の出力電力を取り出すターミナルとしている。

以上のとおり、一般的には太陽光発電装置２は、太陽光を電気に変換する発電用として用いられている。

これに対して、上述の太陽電池モジュールの内部に複数個の同形の太陽電池素子を並べた構成を利用し、一部の太陽電池素子の色を他の素子の色と異ならせて、太陽電池モジュール（または太陽電池アレイ）上に文字や模様を構築し、意匠性を備えさせる技術が提案されている。

また特許文献１によれば、夜間において視認できるように、受光面側にガラス板を配置し、その端部にＬＥＤを設け、そして、このＬＥＤによって太陽電池モジュールの受光面を発光させることも記載されている。図１４に特許文献１に記載された太陽電池モジュールの構造図を示す。なお、図１３に示す太陽電池モジュール４と同一箇所には同一符号を記す。この太陽電池モジュール１３においては、光透過板９の端面に向かってＬＥＤ１４を配置しており、その他の構成は図７に示す太陽電池モジュール４と同じである。上記構成の太陽電池モジュール１３によれば、ＬＥＤ１４によって光透過板９の端面を照射して、太陽電池素子８に対し夜間、ライトアップができる。

その他、意匠性を備えた太陽電池モジュールではないが、ＬＥＤなどの発光体を太陽電池モジュールに組み込んだ公知技術を参考までに述べておく。特許文献２に示す安全警告灯は、省電力の発光ダイオ−ドを蓄電池とを組み合わせて、蓄電池からの電気を供給させ発光ダイオ−ドを発光させることが記載されている。また、特許文献３によれば、太陽電池モジュール内に発光体を組み込み、そして、太陽電池モジュールの故障が生じた場合に、その発光体の発光で故障を表示する。これにより、異常が生じている太陽電池モジュールを特定する作業が容易になり、多くの時間と労力を要せず正常発電へ迅速な回復をすることができるようになった。
特開２００３−９２００８号公報実開平６−８６１８７号公報特開平９−１４８６１３号公報

上述の太陽電池モジュールの内部の太陽電池素子の色を他の素子の色と異ならせて、太陽電池モジュール上に文字や模様を構築し、意匠性を備えるようにしたものは、太陽電池素子自体を外部から視認させることを目的としたものであるが、太陽電池モジュール内に配設できる素子数には限界があり、細かい表示が難しい。また、太陽電池素子は光を吸収して発電するという目的を持ったものであり、なるべく反射を抑えるように構成されていることから、仮にライトアップしたとしても夜間はその色の違いを視認することは難しい。

また上述の特許文献１の太陽電池モジュールは、受光面側のガラス板の端部にＬＥＤを設け、太陽電池素子そのものを夜間ライトアップする技術であって、より積極的に表示性や装飾性を高めたものではない。また、特許文献２や特許文献３に示されている技術は、ＬＥＤを単に信号を表示させるために用いるものであり、表示性や装飾性を高めるように工夫されたものではない。

本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究に努めた結果、複数個の太陽電池素子を面状に並べた太陽電池素子群に対し、さらにこれらの各太陽電池素子の間に発光体を配置すれば、個々の発光体の点灯に対し、その傍に配置した太陽電池素子群が背面となり、それらの点灯がより顕著になり、コントラストを高め、優れた表示性や装飾性が得られることを見出した。そしてさらに研究を重ね、よりコントラストを高めることによって、視認性を高めた構成を見出すに至った。

本発明は上記知見により完成されたものであり、その目的は発光体による表示性や装飾性を高めるとともに、よりコントラストを高め、発光体の視認性を高めた太陽光発電装置を提供することにある。

本発明の請求項１にかかる太陽光発電装置は、受光面側に光透過板を備えた太陽電池モジュールの内部に所定間隔で面状に配列された複数個の太陽電池素子と、前記太陽電池モジュールの受光面と反対側の面に配置された複数の発光体とを備えた太陽光発電装置であって、前記発光体を、隣接する前記太陽電池素子の間隙を通して前記太陽電池モジュールの受光面の方向に向けて発光させるとともに、発光した光の一部を前記太陽電池素子によって遮光せしめ、前記発光体の中心を含み前記間隙の長手方向に対して略垂直に交差する面において、前記発光体の中心から見て前記受光面の略垂直方向に対し次式で表される一定角度α以上の方向の光を遮断してなる。

α＝１．２×ｓｉｎ^−１（ｎ^−１）（ただしｎは光透過板の屈折率）
このような構成としたことから、発光体から放出された光が太陽電池モジュールの受光面側の光透過板によって反射される量を少なくすることができる。これによって、背面となるべき太陽電池素子自体が反射光によって明るく照らし出され、コントラストを落としてしまうことを防ぐことができる。

そして本発明の請求項２にかかる太陽光発電装置は、請求項１にかかる太陽光発電装置において、前記発光体を無指向性の光源としたので、太陽電池素子同士の間隙で発光させたときに、請求項１の作用により発光体から放出された光が太陽電池モジュールの受光面側の光透過板によって反射される量を減少させて、発光体と背面である太陽電池素子とのコントラストを保ちながら、太陽電池素子同士の間隙の内部を明るくすることができる。

さらに本発明の請求項３あるいは請求項４にかかる太陽光発電装置は、請求項１または２にかかる太陽光発電装置において、複数個の太陽電池素子をマトリックス状に配列するか、複数個の太陽電池素子を千鳥状に配列するようにしたので、用途に応じて発光体を配置する位置を変えることができ、装飾性、表示性を容易に付与することができる。

そして本発明の請求項５にかかる太陽光発電装置は、請求項１から４にかかる太陽光発電装置において、前記太陽電池モジュールが三角形状、矩形状、台形状もしくは多角形状としたので、その外観をさまざまな様相にし、装飾性や表示性を付与することができる。

また本発明の請求項６にかかる太陽光発電装置は、請求項１から５にかかる太陽光発電装置において、前記太陽電池モジュールとこの太陽電池モジュールとを支持する枠体を備えるようにしたので、太陽電池モジュールに強度が付与され、太陽電池モジュールのサイズが大きい場合にも、太陽電池モジュールが自重などでたわむことがない。

また、本発明によれば、複数個の太陽電池素子をマトリックス状に並べたり、もしくは千鳥状に並べ、あるいは、太陽電池モジュールを三角形状、矩形状、台形状もしくは多角形状にしたり、円形もしくは楕円形にして、その外観をさまざまな様相にでき、そして、これらの様相を背面にし、さらに発光体を各太陽電池素子の間に配置したため、優れた表示性や装飾性が得られた。

本発明の請求項１にかかる太陽光発電装置によれば、発光体から放出された光が太陽電池モジュールの受光面側の光透過板によって反射される量を少なくすることができる。これによって、背面となるべき太陽電池素子自体が反射光によって明るく照らし出され、コントラストを落としてしまうことを防ぐことができる。

そして本発明の請求項２にかかる太陽光発電装置によれば、太陽電池素子同士の間隙で発光させたときに、発光体から放出された光が太陽電池モジュールの受光面側の光透過板によって反射される量を減少させて、発光体と背面である太陽電池素子とのコントラストを保ちながら、太陽電池素子同士の間隙の内部を明るくすることができる。

さらに本発明の請求項３あるいは請求項４にかかる太陽光発電装置によれば、用途に応じて発光体を配置する位置を変えることができ、装飾性、表示性を容易に付与することができる。

そして本発明の請求項５にかかる太陽光発電装置によれば、その外観をさまざまな様相にし、装飾性や表示性を付与することができる。

また本発明の請求項６にかかる太陽光発電装置によれば、太陽電池モジュールに強度が付与され、太陽電池モジュールのサイズが大きい場合にも、太陽電池モジュールが自重などでたわむことがない。

以下に、本発明にかかる太陽光発電装置の実施形態について、模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の太陽光発電装置の太陽電池モジュール１５を模式的に説明する概略断面図である。以下、図１を用いながら、この太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュール１５について述べる。

図１に示すように、太陽電池モジュール１５は主にシリコンなどからなる太陽電池素子１６（１６ａ〜１６ｅ）を所定の枚数を直列および並列に接続してなり、任意の出力電圧、出力電流を得るようにしている。

本例においては、複数個の太陽電池素子１６（１６ａ〜１６ｅ）をマトリックス状に配列する。この太陽電池素子１６は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池や、薄膜系太陽電池などにより構成する。

これらの太陽電池素子１６の受光面にはガラス板や合成樹脂板などの光透過板１７を配置し、他方の非受光面（裏面）には光透過性のあるテフロン（R）（デュポン社の登録商標）製のフィルムやＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポレエチレンテレフタレート）などの耐候性フィルム１８を被着する。このような合成樹脂材を用いる代わりに、ガラス板を用いてもよい。

そして、光透過板１７と耐候性フィルム１８との間には、充填材１９として、例えばＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などからなる透明な合成樹脂を介在させている。

このような構成の太陽電池モジュール１５において、さらに非受光面（裏面）側の耐候性フィルム１８の外側には、ＡＢＳ樹脂やアルミニウム金属などからなるジャンクションボックス２０を接着している。そして、このジャンクションボックス２０を通して出力電力を取り出すようにターミナルとしている。

また、このような太陽電池モジュール１５は、通常、矩形状をなすが、その本体の周囲四方を挟み込む枠体２１を設け、そして、枠体２１で太陽電池モジュール１５の本体を支持し、全体の強度を向上させている。このような枠体２１は、例えばアルミニウム金属やＳＵＳなどにより構成される。

上述のように、太陽電池素子１６（１６ａ〜１６ｅ）は、所定の枚数を直列および並列に接続してなり、所定の出力電力を得られるように直列および並列数を定める。そして、このように配列する場合、隣り合う太陽電池素子１６（１６ａ〜１６ｅ）同士の正極、負極の配線や短絡防止のために間隙２２が設けられる。例えば、太陽電池素子１６ａと太陽電池素子１６ｂとの間には間隙２２ａ、太陽電池素子１６ｂと太陽電池素子１６ｃとの間には間隙２２ｂ、太陽電池素子１６ｃと太陽電池素子１６ｄとの間には間隙２２ｃ、太陽電池素子１６ｄと太陽電池素子１６ｅとの間には間隙２２ｄが存在する。

ここで、本発明の太陽光発電装置では、このように複数個の太陽電池素子１６（１６ａ〜１６ｅ）を面状に並べた太陽電池モジュール１５において、これらの隣接する各太陽電池素子１６（１６ａ〜１６ｅ）の間に発光体２３（２３ａ〜２３ｄ）を配置し、間隙（２２ａ〜２２ｄ）を通して、太陽電池モジュール１５の受光面の方向に向けて発光させるように構成されている。

本例によれば、間隙２２ａに対応して発光体２３ａを、間隙２２ｂに対応して発光体２３ｂを、間隙２２ｃに対応して発光体２３ｃを、間隙２２ｄに対応して発光体２３ｄを配置する。これらの発光体２３（２３ａ〜２３ｄ）としては、例えば、ハロゲンランプやＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることができる。

また、図２にこの太陽電池モジュールの断面構造の要部拡大図を示す。これらの発光体２３（２３ａ〜２３ｄ）を耐候性フィルム１８上に、アクリル系両面接着テープや、アクリル系接着剤、シリコン系接着材（樹脂）などからなる接着部材によって取り付ける。これらの接着材は、耐候性がよく、しかも後の取り外しが容易であるという点でよい。例えば、ＶＨＢテープ（３Ｍ社の登録商標）が好適である。

図２に示すように、発光体２３から照射された光が非受光面の耐候性フィルム１８を通過した後、太陽電池素子１６の間隙２２に充填された光透過性の充填材１９を透過し、さらに光透過板１７を透過し、この発光体２３の発光が視認できる。

ここで本発明においては、発光体２３（２３ａ〜２３ｄ）から間隙２２（２２ａ〜２２ｄ）を通して、太陽電池モジュール１５の受光面の方向に向けて発光させると同時に、その光の一部を太陽電池素子（１６ａ〜１６ｅ）によって遮光することを特徴としている。

図３に本発明における発光体の遮光の状態を示す。図３（ａ）は太陽電池素子１６の模式的な斜視図である。この図において、面Ａは発光体２３の中心を含み、間隙２２（２２ａ〜２２ｄ）の長手方向Ｇに対して略垂直に交差する面である。図３（ｂ）は図３（ａ）の面Ａで太陽電池モジュール１５を切断したときの模式的な構造図である。

本発明では、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、面Ａにおいて、発光体２３の中心から見て受光面の略垂直方向Ｖに対し、次式で与えられる一定角度α以上の方向の光が太陽電池素子１６によって遮断されている。

α＝１．２×ｓｉｎ^−１（ｎ^−１）（ただしｎは光透過板の屈折率）
図３の場合では、太陽電池素子１６によって遮光されずに太陽電池モジュール１５の受光面側に放射される光が、受光面の略垂直方向Ｖに対してなす最大の角度θ_１およびθ_２は、一定角度αよりも小さくなっている。

このような構成としたので、発光体２３から放射された光が太陽電池モジュール１５の受光面側の光透過板１７によって反射される量を少なくすることができる。これによって、背面となるべき太陽電池素子１６自体が反射光によって明るく照らし出され、コントラストを落としてしまうことを防ぐことができる。

本発明がこのような作用を奏する理由について、図４を用いて説明する。図４は、図３における面Ａにおいて、発光体２３から放射された光が太陽電池モジュールの内部を透過する状態を示す模式図である。図４（ａ）は発光体２３から太陽電池モジュール１５の受光面側に放射される光が、受光面の略垂直方向Ｖに対してなす最大の角度θが一定角度αよりも小さくなっている本発明の場合であり、図４（ｂ）は太陽電池モジュール１５の受光面側に放射される光が、受光面の略垂直方向Ｖに対してなす最大の角度θが一定角度αよりも大きくなっている本発明の範囲外の場合である。

図４（ａ）に示す本発明の構成では、発光体２３から放射し、背面材である耐候性フィルム１８を透過した光は、一部が太陽電池素子１６によって遮光され、受光面の略垂直方向Ｖに対して角度θよりも低い角度で受光面側に放射される。ここで、光Ｌの最大の角度θは一定角度αよりも小さくなっている。この光Ｌは充填材１９を経由して光透過板１７に進入するが、充填材１９と光透過板１７との間の屈折率の差はほとんどないため、この界面ではほぼ真っ直ぐ進む。そして、光透過板１７と外部（空気）との界面Ｉにおいて、一部は反射光Ｌ_２として界面Ｉにおいて反射されるが、ほぼ大部分が屈折光Ｌ_１として外部に放射され、実用上問題を生じない。

ここで、屈折率の大きい透明媒質である光透過板１７から屈折率の小さい透明媒質である空気に光が入射する界面Ｉにおいて、角度θがある角度以上になると全反射が起こり、反射光Ｌ_２が増大し始める。この全反射が起こる角度、すなわち臨界角γは、光透過板１７の屈折率をｎとすれば、
ｓｉｎγ＝１／ｎ
で表され、したがって、臨界角γは、
γ＝ｓｉｎ^−１（ｎ^−１）
となる。例えば、光透過板１７の屈折率が１．４のときは、臨界角γは４１．８°であり、θがこの角度を超えると、発光体２３から放射された光Ｌのうち、４１．８°を超える入射角を有する部分が界面Ｉで全反射され始め、残りは通常の屈折により外部に放射される。この角度θが大きくなるにつれて、この全反射の影響により反射光Ｌ_２の割合が高くなり、太陽電池素子１６の表面が反射光Ｌ_２によって照らし出されコントラストが弱くなるので、外部から見たときの視認性が次第に悪くなっていく。しかしながら、発明者が繰り返し実験を行ったところ、光Ｌの最大の角度θが一定角度αを超えるまでは、問題なく使用でき、このαの値は、全反射の臨界角γを用いて
α＝１．２γ（＝１．２×ｓｉｎ^−１（ｎ^−１））
の関係が成り立つことがわかった。

これに対して図４（ｂ）に示す本発明の範囲外の構成は、上述の図４（ａ）の構成において光Ｌの最大の角度θが一定角度αよりも大きい場合である。すなわち、発光体２３から放射されて太陽電池素子１６によって遮光された光Ｌのうち、一定角度αを超える入射角を有する部分が存在する場合であり、光Ｌのうち一定以上の割合が全反射を受けることを表す。このように光Ｌの最大の角度θが一定角度αを超えると、界面Ｉで全反射された反射光Ｌ_２の割合が無視できないレベルとなり、太陽電池素子１６の表面が反射光Ｌ_２によって非常に明るく照らし出される。その結果、コントラストが弱くなり、外部から見たときの視認性が非常に悪くなってしまう。

なお、上述の説明では、発光体２３の中心を含み、間隙２２（２２ａ〜２２ｄ）の長手方向Ｇに対して略垂直に交差する面Ａにおける角度の関係を議論したが、これは発光体２３から太陽電池素子１６へと至る光の光路の長さを比較した場合、面Ａ上において、最も光路の長さが短くなり、発光体２３の光の影響を受けやすいためである。

この面Ａ以外、例えば、面Ａを発光体２３を中心として回転させた面においては、発光体２３から放射された光の入射角が大きくなるため、界面Ｉによって全反射される量が面Ａのときよりも増える。しかしながら、同時に、発光体２３から太陽電池素子１６へと至る光の光路の長さが面Ａ上における場合よりも大きくなる。特に発光体２３の光が平行光でない無指向性の光源、例えば、ハロゲンランプなどの場合、太陽電池素子１６の表面の照度は発光体２３からの距離の指数関数で減少するので、面Ａから外れるほど太陽電池素子１６の表面の照度は小さくなり、ほとんど影響を受けなくなる。

発明者が実験を繰り返して確認したところ、特に無指向性の光源を用いた場合、最も発光体２３からの光が強い面Ａにおいて、上述の本発明の条件が成り立つようにすれば、発光体２３の全周囲において、放射された光が太陽電池モジュール１５の受光面側の光透過板１７によって反射される量を少なくすることができる。これにより、背面となるべき太陽電池素子１６自体が反射光によって明るく照らし出され、コントラストを落としてしまうことを防ぐことができることがわかった。

このように発光体２３から、放射した光の一部が太陽電池素子１６によって遮光され、太陽電池モジュール１５の受光面側に放射される光Ｌの、受光面の略垂直方向Ｖに対する最大の角度θを調整するためには、太陽電池素子１６の間隔、太陽電池モジュール１５の厚さ、発光体２３の取り付ける位置（背面材の耐候性フィルム１８からの高さ）のいずれかを変えるか、もしくはこれらを組み合わせて変えればよい。

具体的には、太陽電池素子１６の間隔を広げる、太陽電池モジュール１５の厚さを薄くする、発光体２３を太陽電池モジュール１５により近づけて配置する、などの構成により、光Ｌの最大の角度θは大きくなり、逆の構成とすれば、角度θは小さくなる。

そして、本発明の請求項１にかかる太陽光発電装置とするためには、これらのパラメータ、すなわち、太陽電池素子１６の間隔、太陽電池モジュール１５の厚さ、発光体２３を太陽電池モジュール１５に対する配置の位置、すなわち耐候性フィルム１８に取り付けたときの高さを調整して、角度θが上述の一定角度αを超えないようにすればよい。

次に、本発明の太陽光発電装置における太陽電池モジュール１５において、太陽電池素子１６および発光体２３の配置の方法について説明する。

図５は太陽電池モジュール１５において、本発明における発光体の取り付け可能な領域（同図中、斜線部分で示す）を示す上面図である。図５に示すように、複数個の太陽電池素子１６（１６ａ〜１６ｅ）をマトリックス状に配列し、枠体２１で囲うように構成した太陽電池モジュール１５とすれば、図５の斜線部分、すなわち太陽電池素子１６の辺同士が隣接した間隙２２の部分に発光体２３を配置することによって、良好に本発明の目的を達成することができる。

なお、図５で斜線を施さなかった部分、すなわち太陽電池素子１６をマトリックス状に配列した頂点によって囲まれた部分にも発光体を配置することができる。この位置に配置された発光体は本発明の効果を奏しないが、この箇所は太陽電池素子１６からの距離が離れており、全反射によって太陽電池素子１６のコントラストを下げてしまう現象が起こりにくいので、本発明の効果を阻害することがない。

このように、表示や装飾を行うための発光体２３について、その発光の背面に非発光の太陽電池素子１６（１６ａ〜１６ｅ）が配置されているので、発光体２３のコントラストが相対的に高くなり、良好な視認性が得られる。とくに青色や濃青色の太陽電池素子１６を、その発光の背面に配置した構成にすれば、その発光体２３を顕著に視認することができるようになった。

また、太陽電池素子１６と枠体２１と間にも間隙２２を設けた構成の太陽電池モジュール１５においては、そのような間隙２２に対しても発光体２３を配置し、これによって、さらに表示性や装飾性を高めてもよい。

さらに、本発明においては、上記のような間隙２２によれば、発光体２３を配置した部位以外の領域においては、太陽電池モジュールの裏側が屋根などで遮光されているので、間隙２２は影となり、例えば灰色や黒っぽい色になる傾向にあり、このような領域と比べて発光体２３のコントラストが顕著になるので、昼間など外来光が存在する場合でも発光体を良好に視認することができる。

図６は本発明の太陽光発電装置の太陽電池モジュール１５において、外来光が太陽電池素子で遮られる様子を説明する一部透視図である。同図は図５に示す切断面線Ａ−Ａによる断面図である。

外来光の光路を示す図６によれば、矢印（破線）で示した外来光は光透過板１７を通過した後、太陽電池素子１６により遮られ、間隙２２の下にまで光が到達しにくくなる。これにより、間隙２２によって発光体２３の前面に周囲よりも暗い部分を作り出し、その結果、コントラストが生じ、発光体２３の発する光をより明るく視認させることができる。

以上のとおり、昼間などの外来光がある場合、発光体２３だけであれば、その発光を視認することが難しいが、本発明のように発光体２３の前方に遮光物、すなわち本発明における太陽電池素子１６を配したので、発光体２３の発光が顕著になる。よって、発光体２３の数量を増やすこともなく、明るさを向上させ、これによって部品点数が削減でき、消費電力の低減化がはかられる。

なお参考までに、もし発光体２３の前方に遮光物がないとすれば、通常ＬＥＤや電球などの発光体が発光した光を外部に効率よく取り出すために、その発光体の周りに透明もしくは透光性のガラス材や樹脂材などで作製したカバーを設けることが考えられる。しかしながら、昼間の太陽光の光などを受けた場合には、発光体が太陽光で照らされ、発光体の発光と周囲の明るさとの差が少なくなる。その結果、コントラストが低くなるばかりか、ＬＥＤなどのように構造上発光部に反射鏡面を有するものでは、ＬＥＤの発光輝度よりも輝度の高い太陽光（散乱光を含む）も反射させることになり、より一層視認性が低下してしまう問題がある。

つぎに図７を用いて太陽光発電装置の発光体２３への配線方法を説明する。同図においては、図に示すように、住宅１の屋根などに本発明の太陽光発電装置を配置した場合について説明する。

太陽電池モジュール１５（１５ａ〜１５ｄ）を有する太陽光発電装置では、家屋の屋根上からジャンクションボックス６に引き回される送電ケーブル２４（２４ａ〜２４ｄ）やジャンクションボックス６と系統連系インバータ７とを接続する送電ケーブル２５とは別に、さらに発光体２３に電力を供給する送電線２６を設ける。具体的には商用電力系統２７からの交流電力を点灯制御回路２８に送り、さらに点灯制御回路２８から発光体２３を点灯（もしくは点滅）させる電力を送電線２６で送るものである。

このような構成によれば、発光体２３への電力供給に対し、専用の電力線を使用しているので、発光体２３は直流による駆動でも、あるいは交流による駆動でもよい。したがって、発光体２３を電球からＬＥＤに変更したり、その逆への変更を容易に行うことができる。

なお、本例では商用電力系統２７から電力を取っているが、この商用電力系統に代えて、バッテリーや燃料電池などの直流電力源、もしくは昼間に発光させる場合であれば、太陽電池の発電電力から電力を取るようにしてもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。

上述で説明した構成に従い、複数個の太陽電池素子１６をマトリックス状に配列した太陽電池モジュール１５を用いて、本発明の太陽光発電装置を構成した。光透過板１７の材質としては、屈折率１．５３の白板ガラスを用いたので、一定角度αの値は、α＝１．２×ｓｉｎ^−１（ｎ^−１）により計算され、４９．０°となった。さらに、発光体２３としては、無指向性の小型のハロゲンランプを用いた。

また、太陽電池モジュール１５の厚さは、５．１ｍｍとし、発光体２３の取り付け位置は、耐候性フィルム１８に直接取り付けるようにした。ここで、太陽電池素子１６同士の間隔を変えることによって、図３における角度θ、すなわち、発光体２３の光の一部を太陽電池素子１６によって遮光させ、発光体２３の中心を含み間隙２２の長手方向に対して略垂直に交差する面において、発光体２３の中心から見て受光面の略垂直方向に対して、一定角度α以上の方向の光を遮断した光Ｌの最大の角度θを調整した。さらに、光透過板１７の種類、発光体２３の種類についても、変更して実験を行った。

このようにして作製した本発明の太陽光発電装置について、ミノルタ株式会社製の色彩色差計を用いて、配置を発光させた発光体２３上、および太陽電池素子１６上で測定を行い、各部分の輝度を求め、さらにコントラストを評価した。

なお、比較のため、角度θが本発明の範囲を満たさない本発明の範囲外の試料も作製し、上記と全く同様にして評価を行った。

これらの結果を表１に記載する。なお、コントラストについては、◎：非常によい、○：良好、△：若干悪いが許容範囲、×：不可、の四種で評価を行った。

表１に示す評価結果によれば、本発明の範囲内である各試料は、良好なコントラストが得られ、優れた表示性や装飾性が得られることがわかった。それに対して、本発明の範囲外である試料はコントラストが悪く、不満足な結果であった。

次に実施例１〜４に、本発明の構成による応用例を示す。各実施例については、上述で説明した構成にしたがい、複数個の太陽電池素子１６をマトリックス状に配列した太陽電池モジュール１５（１５ｅ〜１５ｈ）を使用した太陽光発電装置の例をそれぞれ実施例１〜実施例４によって説明する。なお、これらの実施例の太陽光発電装置の正面図を図８〜図１２に示す。

なお、下記の各実施例においては、本発明の範囲内の中で、上述の実施例で最もよい結果が得られた試料Ｎｏ．１の条件で本発明の構成を有する太陽光発電装置を作製した。また、図５で斜線を施さなかった部分、すなわち太陽電池素子１６をマトリックス状に配列した頂点によって囲まれた部分にも必要に応じて発光体２３を配置した。上述のようにこの位置に配置された発光体は本発明の効果を奏しないが、この箇所は太陽電池素子１６からの距離が離れており、全反射によって太陽電池素子１６のコントラストを下げてしまう現象が起こりにくいので、本発明の効果を阻害することがないため、発光体２３を配置しても問題はない。

本例を図８に示す。同図は本発明の太陽光発電装置を一枚の太陽電池モジュール１５ｅによって構成し、そして、一枚の太陽電池モジュール中に複数の文字や数字を７セグメントなどの表示方法で表示させるものである。

この太陽光発電装置（太陽電池モジュール１５ｅ）は、複数個の太陽電池素子１６をマトリックス状に配列し、枠体２１で太陽電池モジュール１５ｅの本体を支持している。これらの太陽電池素子１６の間隙２２に発光体２３を配列して、本発明の構成となるようにし、日時を表示するように点灯させた。

この太陽電池モジュール１５ｅの上段に日付「１２日」を示し、下段に時間「１９：００」を示す。これらの表記には、７セグメントなどの表示方法にしたがって発光体を配置し、本例によれば、黒点で発光体２３の発光を示す。なお、間隙２２には、これらの黒点で点灯した発光体２３を示すが、これら以外にも非点灯の発光体２３（明記せず）が配列されている。

このように本発明の太陽光発電装置によれば、７セグメント表示の発光体２３に対し、
発光した光の一部を太陽電池素子１６によって遮光させ、発光体２３の中心を含み間隙２２の長手方向に対して略垂直に交差する面において、発光体２３の中心から見て受光面の略垂直方向に対し一定角度以上の方向の光を遮断するようにしたので、太陽電池素子１６の表面が反射光によりコントラストが下げられることがなく、高い視認性を得ることができた。

なお、本例では枠体２１を有する太陽電池モジュールとしているが、枠体２１ではなく、支持部材に固定カバーなどで固定される取り付け構造としてもよい。

本例を図９に示す。同図に示す太陽光発電装置によれば、複数の太陽電池モジュール１５ｆを配列し、それぞれの太陽電池モジュール１５ｆで、個々の文字や数字、アルファベットなどを表記する。

本例においては、４枚の太陽電池モジュール１５ｆによって構成し、そして、「ＫＯＢＥ」と表記した場合である。この太陽光発電装置によれば、複数個の太陽電池素子１６をマトリックス状に配列した太陽電池モジュール１５ｆを、４個配列し、それぞれの太陽電池モジュール１５ｆに対し、表示文字に対応して発光体２３の配置部位を固定している。

このように本発明の太陽光発電装置によれば、表示文字に対応して配置した発光体２３に対し、発光した光の一部を太陽電池素子１６によって遮光させ、発光体２３の中心を含み間隙２２の長手方向に対して略垂直に交差する面において、発光体２３の中心から見て受光面の略垂直方向に対し一定角度以上の方向の光を遮断するようにしたので、太陽電池素子１６の表面が反射光によりコントラストが下げられることがなく、高い視認性を得ることができた。

本例を図１０に示す。同図に示す太陽光発電装置によれば、複数の太陽電池モジュール１５ｇを配列し、これらによって一つの文字や数字、アルファベットなどを表記する。

本例においては、複数個の太陽電池素子１６をマトリックス状に配列した２枚の太陽電池モジュール１５ｇによって構成し、そして、「京」と表記した場合である。なお、表示文字に対応して発光体２３の配置部位を固定している。

本例の太陽光発電装置においては、複数の太陽電池モジュール１５ｇに跨って１文字を表示しているので、複雑な漢字などの表示が容易になる。

また、本例では枠体を廃し、支持部材に固定カバーなどで固定される取り付け構造としたが、このような構造にしたので、複数の太陽電池モジュールの文字が連続して見え、文章を作るのに好適である。

上述した実施例１〜実施例３の太陽光発電装置においては、矩形状の太陽電池モジュールを用いたが、これに代えて三角形状の太陽電池モジュールを用いた太陽光発電装置を図１１によって説明する。

同図に示す太陽光発電装置によれば、一個の三角形状の太陽電池モジュール１５ｈに対し、その内部に複数個の太陽電池素子１６をマトリックス状に配列し、さらに、枠体２１で太陽電池モジュール１５ｈの本体を支持している。なお、同図において、発光体２３の配置部位は略記する。

このように本発明の太陽光発電装置によれば、表示性や装飾性のある発光体２３に対し、発光した光の一部を太陽電池素子１６によって遮光させ、発光体２３の中心を含み間隙２２の長手方向に対して略垂直に交差する面において、発光体２３の中心から見て受光面の略垂直方向に対し一定角度以上の方向の光を遮断するようにしたので、太陽電池素子１６の表面が反射光によりコントラストが下げられることがなく、高い視認性を得ることができた。

また、本例の太陽光発電装置においては、三角形状の太陽電池モジュール１５ｈを用いたので、その表示性能が高くなり、装飾性が向上し、さまざまな機能に適用できた。

なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良などはなんら差し支えない。

例えば、上述の説明では太陽電池素子１６を、青色や濃青色の場合によって説明したが、これに限るものではなく、黒色、茶色、赤色、紺色、灰色、緑色、金色、紫色、赤紫色などを呈した太陽電池素子１６を用いても本発明の作用効果を奏する。

また、例えば実施例４や実施例７の太陽光発電装置においては、三角形状の太陽電池モジュールを用いたが、これに代えて台形状もしくは多角形状にしてもよい。

さらにまた、実施例１〜実施例４の太陽光発電装置においては、太陽電池素子１６をマトリックス状に配列したが、これに代えて千鳥状に配列してもよい。

本発明の太陽光発電装置にかかる太陽電池モジュールを模式的に説明する概略の断面構造図である。本発明の太陽光発電装置にかかる太陽電池モジュールの断面構造の要部拡大図である。本発明の太陽光発電装置にかかる太陽電池モジュールの発光体の遮光の状態を示す図であり、（ａ）は太陽電池素子の模式的な斜視図であり、。（ｂ）は（ａ）の面Ａで太陽電池モジュールを切断したときの模式的な構造図である。発光体から放射された光が太陽電池モジュールの内部を透過する状態を示す模式図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は本発明の範囲外の場合である。本発明の太陽光発電装置にかかる太陽電池モジュールにおいて、発光体の取り付け可能な領域を示す上面図である。図５に示す太陽電池モジュールにおいて、切断面線Ａ−Ａによる断面図である。本発明の太陽光発電装置にかかる発光体への配線を説明する配線図である。本発明の太陽光発電装置にかかる太陽電池モジュールにおける表示例を示す正面図である。本発明の太陽光発電装置にかかる太陽電池モジュールにおける他の表示例を示す正面図である。本発明の太陽光発電装置にかかる太陽電池モジュールにおける、さらに他の表示例を示す正面図である。本発明の太陽光発電装置にかかる太陽電池モジュールにおいて、三角形状の太陽電池モジュールを示す正面図である。住宅の屋根に本発明の太陽光発電装置を配置した斜視図である。従来の太陽光発電装置にかかる太陽電池モジュールの概略の構造断面図である。従来の他の太陽光発電装置にかかる太陽電池モジュールの概略の構造断面図である。

符号の説明

１：住宅
２：太陽光発電装置
３：太陽電池アレイ
４：太陽電池モジュール
５：送電ケーブル
６：ジャンクションボックス
７：系統連系インバータ
８：太陽電池素子
９：光透過板
１０：耐候性フィルム
１１：枠体
１２：ジャンクションボックス
１３：太陽電池モジュール
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ：太陽電池モジュール
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ：太陽電池素子
１７：光透過板
１８：耐候性フィルム
１９：充填材
２０：ジャンクションボックス
２１：枠体
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ：間隙
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ：発光体
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ：送電ケーブル
２５：送電ケーブル
２６：送電線
２７：商用電力系統
２８：点灯制御回路
Ｇ：長手方向
Ｖ：略垂直方向
Ａ：面
ｎ：屈折率
α：一定角度
β：角度
θ、θ_１：角度
γ：臨界角
Ｉ：界面
Ｌ：光
Ｌ_１：屈折光
Ｌ_２：反射光

Claims

受光面側に光透過板を備えた太陽電池モジュールの内部に所定間隔で面状に配列された複数個の太陽電池素子と、前記太陽電池モジュールの受光面と反対側の面に配置された複数の発光体とを備えた太陽光発電装置であって、前記発光体を、隣接する前記太陽電池素子の間隙を通して前記太陽電池モジュールの受光面の方向に向けて発光させるとともに、発光した光の一部を前記太陽電池素子によって遮光せしめ、前記発光体の中心を含み前記間隙の長手方向に対して略垂直に交差する面において、前記発光体の中心から見て前記受光面の略垂直方向に対し、次式で表される一定角度α以上の方向の光を遮断してなる太陽光発電装置。
α＝１．２×ｓｉｎ^−１（ｎ^−１）（ｎは光透過板の屈折率）
前記発光体は無指向性の光源である請求項１記載の太陽光発電装置。
前記複数個の太陽電池素子をマトリックス状に配列したことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電装置。
前記複数個の太陽電池素子を千鳥状に配列したことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池モジュールが三角形状、矩形状、台形状もしくは多角形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池モジュールと、この太陽電池モジュールを支持する枠体とを備えてなる請求項１から５のいずれかに記載の太陽光発電装置。