JP2005129364A - Lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池が組み込まれた照明装置に関し、例えば建物の壁面や窓または通路などに設置された太陽電池とそれに組み込まれた発光素子とを用いて、太陽電池の表面全体を光らせて照明する照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device in which a solar cell is incorporated. For example, a solar cell installed on a wall surface of a building, a window or a passage, and a light emitting element incorporated in the solar cell are used to illuminate the entire surface of the solar cell. The present invention relates to a lighting device.
一般に、図4(a)および図4(b)に示すように、この種の太陽電池2は、薄くスライスされたシリコン(Si)結晶からなる太陽電池基板2cの表面に、銀(Ag)に半田ペーストを塗布(コーティング)して形成される電極2b(以下、Ag電極2bという)が受光面全体に張り巡らされている。また、図4(b)に示すように、その裏面には、Ag電極2eとAl電極2fとが交互に設けられ、表面側および裏面側に表面シート2aおよび裏面シート2dが設けられている。
In general, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), this type of
このように構成された太陽電池2は、光発電に寄与しない電極の面積部分が受光面に対して数%存在するため、太陽電池全体としての変換効率が低下してしまうという問題がある。また、この電極の面積を減らすために、電極のパターンを細くすると、太陽電池2としての内部インピーダンスが高くなり、これも変換効率を低下させることになる。
The
この太陽電池のパネルを照明装置としても利用する従来技術として、例えば特許文献1には、太陽電池の受光面の上面側に拡散パネルを配置して、その側端面から発光ダイオードの光を入射させて拡散パネルを発光させることにより、装置の天上面全体を発光面とすることができる照明装置が開示されている。
As a prior art that uses this solar cell panel as a lighting device, for example, in
特許文献2には、太陽電池の正面側に拡散透過層を設けて、正面側から入射された光を拡散させて一部を正面側に反射させると共に、他の一部を太陽電池へと導くようにした太陽電池装置が開示されている。この拡散透過層には、蛍光体が含有されており、正面側から入射された光の所定の波長領域を吸収して蛍光する。この蛍光は、拡散等価層内で拡散されて一部が正面側に放出され、他の一部が太陽電池側へ導かれる。これにより、太陽電池の姿を隠しつつ、明るい外観を得ることができると共に、充分な光エネルギーを太陽電池に供給することもできる。
In
特許文献3には、入射光の利用効率を高めるため、ガラス基板上に透明電極を形成し、その上にアモルファスシリコン層および裏面電極を順次形成した太陽電池が開示されている。この透明電極は、その外周部に透明薄膜が設けられており、外周部に入射された光が透明薄膜内で多重反射を繰り返してアモルファスシリコン層に入射されるため、実行的な面積が大きくなって見掛け上の変換効率を向上させることができる。
特許文献4には、太陽電池基板の受光面に、紫外線よりも長波長域の光線を透過すると共に紫外線波長域を遮断する光触媒膜を形成した太陽電池装置が開示されている。この光触媒膜によって有機物質を酸化・分解して受光面に有機物質が付着することを防ぐことができるので、受光量の低下を抑制することができる。また、光触媒膜が紫外線よりも長波長域の光線を透過させるので、太陽電池基板の感度が高く、発電効率に優れている。さらに、光触媒膜が紫外線波長域を遮断するので、太陽電池基板を保護することができる。
上記特許文献1、2のように、太陽電池の受光面側に拡散パネルや拡散透過層を設けた場合、太陽光が拡散されることになり、太陽電池の変換効率を著しく低下させるという問題がある。また、特許文献1のように、導光板の片側だけから光を入射させるだけでは、光量的に十分ではなく、表面での発光強度分布が偏ってしまうという問題がある。
As in
なお、上記特許文献1、2および4は、電極部分を照明に利用することについては記載されていない。また、特許文献3は、アモルファスシリコン層の上が透明電極であり、光電変換効率を向上させるために透明電極の周囲に透明薄膜を設けているため、変換部以外の面積が必要となる。
In addition, the said
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、太陽電池としての光電変換効率を低下させずに、光量が偏ることなく照明を効率よく行うことができる照明装置を提供することを目的とする。 This invention solves the said conventional problem, and it aims at providing the illuminating device which can perform illumination efficiently, without reducing the light quantity, without reducing the photoelectric conversion efficiency as a solar cell. .
本発明の照明装置は、太陽電池が組み込まれた照明装置において、該太陽電池の一部上に設けられた電極パターン表面が蛍光体で覆われ、該太陽電池の受光面および蛍光体上に配置された導光板によって導かれた光により該蛍光体を発光させて照明を行うように構成し、そのことにより上記目的が達成される。 The lighting device of the present invention is a lighting device in which a solar cell is incorporated, and an electrode pattern surface provided on a part of the solar cell is covered with a phosphor, and is disposed on a light receiving surface and the phosphor of the solar cell. The phosphor is made to emit light by the light guided by the light guide plate, and the above-mentioned object is achieved.
本発明の照明装置は、太陽電池が組み込まれた照明装置において、該太陽電池の一部上に設けられた電極パターンと同じパターンで蛍光体が該電極パターン側の表面に設けられた導光板が、該蛍光体と電極との各パターンが重なるように受光面上に配置され、該導光板によって導かれた光により該蛍光体を発光させて照明を行うように構成し、そのことにより上記目的が達成される。 The lighting device of the present invention is a lighting device in which a solar cell is incorporated, and a light guide plate in which a phosphor is provided on the surface on the electrode pattern side in the same pattern as the electrode pattern provided on a part of the solar cell. The phosphor is arranged on the light receiving surface so that the patterns of the phosphor and the electrode overlap each other, and the phosphor is made to emit light by the light guided by the light guide plate. Is achieved.
また、好ましくは、本発明の照明装置における電極パターンは、前記太陽電池の表面全体に一定の割合で張り巡らされている。 Preferably, the electrode pattern in the lighting device of the present invention is stretched over the entire surface of the solar cell at a constant rate.
さらに、好ましくは、本発明の照明装置における蛍光体は、青色または該青色よりも短い波長を有する光を吸収して、黄色、緑色および赤色の少なくとも1色を発光する。 Further preferably, the phosphor in the illumination device of the present invention absorbs blue or light having a shorter wavelength than the blue, and emits at least one of yellow, green and red.
さらに、好ましくは、本発明の照明装置における蛍光体は、赤色と黄色、または赤色と緑色の2色を発光する。 Further preferably, the phosphor in the illumination device of the present invention emits two colors of red and yellow or red and green.
さらに、好ましくは、本発明の照明装置において、青色または該青色よりも短い波長を有する光を発光する発光素子が前記導光板の側端面に設けられている。 Further preferably, in the illumination device of the present invention, a light emitting element that emits blue light having a wavelength shorter than that of the blue light is provided on a side end surface of the light guide plate.
さらに、好ましくは、本発明の照明装置における発光素子は、前記導光板への光入射方向が直交するように、前記導光板の二つの側端面に設けられている。 Further preferably, the light emitting element in the illumination device of the present invention is provided on two side end surfaces of the light guide plate so that the light incident directions to the light guide plate are orthogonal to each other.
さらに、好ましくは、本発明の照明装置における発光素子は、前記導光板の側端面に沿って上下二列以上設けられている。 Further preferably, the light emitting elements in the illumination device of the present invention are provided in two or more rows in the upper and lower directions along the side end face of the light guide plate.
さらに、好ましくは、本発明の照明装置における発光素子の一列は、前記導光板に直接入射される光と、前記太陽電池の受光面に直接照射される光とを出射可能なように配置されている。 Further preferably, the row of light emitting elements in the lighting device of the present invention is arranged so as to be able to emit light that is directly incident on the light guide plate and light that is directly irradiated on the light receiving surface of the solar cell. Yes.
さらに、好ましくは、本発明の照明装置における導光板の光入射面と対向する端面が反射面とされている。 Furthermore, it is preferable that the end surface of the light guide plate of the present invention facing the light incident surface is a reflecting surface.
さらに、好ましくは、本発明の照明装置における導光板において、前記太陽電池側と反対側の太陽光が入射される面には、前記青色または該青色よりも短い波長を有する光の大部分を反射させる反射膜が設けられている。 Further preferably, in the light guide plate of the lighting device of the present invention, the blue or the most part of the light having a shorter wavelength than the blue is reflected on a surface on which the sunlight on the side opposite to the solar cell is incident. A reflective film is provided.
さらに、好ましくは、本発明の照明装置における導光板には、前記太陽電池側の面に、該太陽電池の電極パターンと重なる部分を除いて、前記青色または該青色よりも短い波長を有する光の大部分を反射させる反射膜が設けられている。 Further preferably, the light guide plate in the lighting device of the present invention has a blue or shorter wavelength light than the blue except for a portion overlapping the electrode pattern of the solar cell on the surface of the solar cell. A reflective film that reflects most of the light is provided.
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。 The operation of the present invention will be described below with the above configuration.
本発明にあっては、太陽電池の変換効率を低下させずに太陽電池を照明装置として機能させるために、本来、光発電に寄与していない太陽電池の電極部分をも利用する。 In the present invention, in order to cause the solar cell to function as a lighting device without reducing the conversion efficiency of the solar cell, the electrode portion of the solar cell that does not originally contribute to photovoltaic power generation is also used.
例えば、太陽電池の受光面の一部上に設けられた電極パターン表面を、青色またはそれよりも短い波長を有する光(以下、青紫外の光という)を吸収して、例えば黄色、緑色および赤色の少なくとも1色を発光する蛍光体で覆うことによって、電極部分を発光させることができる。また、導光板側に電極パターンと同じパターンで蛍光体を設けて電極と蛍光体との各パターンが重なるように配置してもよい。 For example, the electrode pattern surface provided on a part of the light-receiving surface of the solar cell absorbs light having a wavelength of blue or shorter (hereinafter referred to as blue ultraviolet light), for example, yellow, green and red The electrode portion can be made to emit light by covering with a phosphor that emits at least one of the above. Alternatively, the phosphor may be provided in the same pattern as the electrode pattern on the light guide plate side, and the electrodes and the phosphor may be arranged so as to overlap each other.
これにより、その蛍光体から発光される光と、蛍光体に吸収されなかった元の青色または青紫外の光とが合わさって、太陽電池全体が白色に光っているように見える。 As a result, the light emitted from the phosphor and the original blue or blue ultraviolet light that has not been absorbed by the phosphor are combined, and the entire solar cell appears to shine white.
また、太陽電池の電極は、一定の割合で太陽電池の表面全体に張り巡らされているため、光量が偏ることなく、全体を一定の光量で光らせることができる。 Further, since the electrodes of the solar cell are stretched over the entire surface of the solar cell at a constant rate, the entire light can be emitted with a constant light amount without being biased.
さらに、導光板への光入射方向が直交するように、青色または青紫外の光を発光する発光ダイオードなどの発光素子を導光板の二つの側端面に設けることにより、入射光の影になる部分をなくすることができる。 Furthermore, by providing light emitting elements such as light emitting diodes that emit blue or blue ultraviolet light on the two side end surfaces of the light guide plate so that the light incident directions to the light guide plate are orthogonal to each other, a portion that becomes a shadow of incident light Can be eliminated.
さらに、導光板の光入射面と対向する反対側の端面を反射面とし、太陽電池側の表面や反対側の裏面に青色または青紫外の光の大部分を反射させる反射膜を設けることによって、入射光の大部分を外部に出さずに、導光板内部で多重反射を繰り返させて、入射光が太陽電池全体に行き渡るようにすることができる。 Furthermore, by providing a reflection film that reflects most of blue or blue ultraviolet light on the surface on the solar cell side or on the back surface on the opposite side, the opposite end surface facing the light incident surface of the light guide plate is provided. It is possible to repeat the multiple reflection inside the light guide plate so that most of the incident light is not emitted to the outside so that the incident light spreads over the entire solar cell.
さらに、発光素子を、導光板の側端面に上下二列以上に設けることによって、光量を増加させることができる。また、その一列からの光が、導光板に直接入射される光と、太陽電池の受光面に直接照射される光とに分かれるような位置に発光素子を配置することによって、光の散乱性を高めることができる。 Furthermore, the amount of light can be increased by providing the light emitting elements in two or more rows on the side end surface of the light guide plate. In addition, by arranging the light emitting element at a position where the light from the row is divided into light that is directly incident on the light guide plate and light that is directly applied to the light receiving surface of the solar cell, the light scattering property is reduced. Can be increased.
本発明によれば、夜間など、光がない状況では本来の光発電を行うことができない太陽電池に、照明装置という発電装置とは別の機能を持たせて利用することができる。 According to the present invention, it is possible to use a solar cell that cannot perform original photovoltaic power generation in the absence of light, such as at night, with a function different from that of a power generation device called an illumination device.
特に、本発明では、光発電に寄与していない電極部分を使用するため、本来の太陽電池としての光電変換効率を低下させることなく、照明装置として利用することができる。また、太陽電池全面に電極が張り巡らされているので、太陽電池の面全体を光らせることが可能となる。 In particular, in the present invention, since an electrode portion that does not contribute to photovoltaic power generation is used, it can be used as a lighting device without reducing the photoelectric conversion efficiency of the original solar cell. Further, since the electrodes are stretched over the entire surface of the solar cell, the entire surface of the solar cell can be illuminated.
さらに、導光板に反射膜や蛍光体の形成を行うことによって、太陽電池自体を加工する必要がなく、従来製品に対しても電極パターンに合わせた導光板と発光素子とを取り付けるだけで、本発明の照明装置を容易に作製することができる。 Furthermore, by forming a reflective film or phosphor on the light guide plate, there is no need to process the solar cell itself, and it is possible to attach a light guide plate and a light emitting element that match the electrode pattern to conventional products. The lighting device of the invention can be easily manufactured.
以下に、本発明の照明装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a lighting device of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)は、本発明の照明装置の実施形態における要部構成を示す平面図、(b)はその断面図である。 Fig.1 (a) is a top view which shows the principal part structure in embodiment of the illuminating device of this invention, (b) is the sectional drawing.
図1(a)および図1(b)において、照明装置10は、導光板1と、この導光板1の下に受光面を上にして配設された太陽電池2と、この導光板1の二つの隣接端面から光を照射する発光素子としての複数の発光ダイオード3とを有している。
In FIG. 1A and FIG. 1B, the illuminating
導光板1は、太陽電池2の受光面側に配置され、透明ガラスや透明樹脂などからなり、面発光可能な導光機能の他に表面保護機能を兼ねている。この導光板1の上面側には、赤色や赤外の光を通し、青色や青紫外の光の大部分を反射する反射膜1aがコーティングにより設けられている。また、導光板1の光入射面(後述する二つの各隣接側端面)と対向する側端面には、反射膜1bがコーティングにより設けられているか、またはミラー(ミラー機能膜)が設けられて反射面とされている。
The
太陽電池2は、薄くスライスされたシリコン(Si)結晶からなる太陽電池基板であるシリコン(Si)基板2cの表面側に、Agに半田ペーストを塗布して形成されたAg電極2bが受光面全体に一定の割合で張り巡らされている。そのAg電極2bの表面を覆うように、青色または青紫外の光を吸収し、黄色、緑色および赤色の少なくとも1色を発光する蛍光体2gが、例えば塗布により設けられている。一方、Si基板2cの裏面側には、Ag電極2eとAl電極2fとが交互に設けられており、更にその上を覆うように裏面シート2dが設けられている。
In the
複数の発光ダイオード3は、青色または青紫外の光を発光し、導光板1の各側端面への光入射方向が互いに直交するように、導光板1の二つの各隣接側端面に沿って設けられている。この発光ダイオード3は、光量増加のために、導光板の各側端面に上下二列に設けられている。この下側の発光ダイオード3からの光は、散乱性を増加させるために、導光板1の端面に直接入射する光と、太陽電池2の受光面に直接照射する光とに分かれている。
The plurality of
上記構成により、発光ダイオード3から発光される光は、その一部は導光板1の外部に出射されるが、その大部分は反射膜1aや反射膜1bによって導光板1の内部で反射が繰り返され、導光板1の表面前面に広げられた後で、太陽電池2およびそのAg電極2b側に照射される。Ag電極2bに照射された光は、その表面に設けられた蛍光体2gに吸収され、蛍光体2gの種類に応じて緑色、黄色または赤色の光が蛍光体2gから放射される。この放出光と元の青色または青紫外の光とが合わさって、白色光として導光板1の前面(広面)から出射されることにより、導光板1の下面全体が白色に光っているように見える。
With the above configuration, a part of the light emitted from the
また、複数の発光ダイオード3からの光入射方向を互いに直交する2方向とすることによって、Si基板2cの表面に直交するように形成されている複数のAg電極2bに対して、蛍光体2gへの照射により影の部分ができないようにして、蛍光体2gへの照射効率を更に高めることができる。
Further, by setting the light incident directions from the plurality of
以上により、本発明によれば、太陽電池2の受光面側に設けられた所定パターンの電極2bの表面を蛍光体2gで覆い、その受光面および蛍光体2gの上方に配置された導光板1によって導かれた青色または青紫外の光を吸収させることにより、例えば蛍光体2gを赤色と黄色、または赤色と緑色に発光させる。蛍光体2gからの発光と、蛍光体2gに吸収されなかった元の青色または青紫外の光とが合わさって、太陽電池2の表面全体が白色に光っているように見える。これによって、照明装置10として、本来、太陽電池2の光発電に寄与していない電極パターン部分に蛍光体2gを設けて発光させており、特許文献1や特許文献2の従来技術のように拡散板や拡散層を設けないため、太陽電池2としての光電変換効率を低下させずに、また、電極2bは全面に張り巡らされているため、光量が偏らずに、建物の壁面や窓または通路などに設置された太陽電池2とそれに組み込まれた発光ダイオード3を用いて太陽電池3の表面全体を光らせて照明を行うことができる。
As described above, according to the present invention, the surface of the
なお、上記実施形態では、太陽電池2側と反対側の太陽光が入射される導光板1の上面(前方広面)には、赤色や赤外の光を通し、青色または青色よりも短い波長を有する青紫外光の大部分を反射させる反射膜1aを設けたが、これに限らず、図2の照明装置10Aに示すように、導光板1Aの太陽電池2側の下面(後方広面)にも反射膜1aと同様の反射膜1cを設けることによって、太陽電池2に吸収される青色や青紫外の光を減少させることができる。この場合、太陽電池2の電極2bの電極パターンと重なるパターン部分を除いて反射膜1cを形成することによって、光は反射膜1cが形成されていない電極パターン部分のみから導光板1A下の外へ放出され、その近傍に設けられたAg電極2bの表面の蛍光体2gに、青色光または青紫外光を効率良く光照射させることができる。また、このように、導光板1Aの下面に反射膜1cを設けることにより、導光板1A内部で多重反射を繰り返させて入射光を表面全体に行き渡らせる効果もある。
In the above embodiment, red or infrared light is passed through the upper surface (front wide surface) of the
このように、導光板1Aの太陽電池2側の面(図2では下面)に反射膜1cを設ける構成は、導光板1Aの表面にAg電極2bの電極パターンと同じパターンで蛍光体2gを形成した場合に、さらに効果的である。この場合、蛍光体2gを導光板側に設けた構成である。このように、導光板側を加工することにより、太陽電池2を加工する必要がない。
As described above, the configuration in which the
また、Ag電極2bの配置(電極パターン)は、図1に示したような配置に限らず、受光面全面に一定の割合で配置されていればよく、例えば図3の照明装置10Bに示すような太陽電池2BのAg電極2bの配置(電極パターン)であってもよい。
Further, the arrangement (electrode pattern) of the
さらに、上記実施形態では、蛍光体2gは、例えば赤色と黄色、または赤色と緑色を発光させることによって、蛍光体2gに吸収されていない元の青色や青紫外光と合わさって白色光として導光板から出射されるが、2色以上の蛍光体は、隣接する電極2b毎に交互に配置されているかまたは、一つの電極2b上に、異なる2色以上を発光する蛍光体2gが設けられていてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、太陽電池を組み込んだ照明装置の分野において、夜間などの光のない状況において、本来の光発電を行うことができない太陽電池パネルに、照明装置という別の機能を持たせて、建物の壁面や窓または通路などに設置することによって、照明装置として利用することができる。 In the field of lighting devices incorporating solar cells, the present invention provides a solar cell panel that cannot perform original photovoltaic power generation in the absence of light, such as at night, with another function called a lighting device. It can be used as a lighting device by being installed on a wall surface, a window, a passage or the like.
特に、本発明では、光発電に寄与していない電極パターン部分を使用して、本来の太陽電池としての光電変換効率を低下させることなく照明装置として利用することができ、かつ、太陽電池全面に電極パターンが張り巡らされているので太陽電池の面全体を光らせることが可能となる。さらに、導光板に反射膜や蛍光体を配設することによって、太陽電池自体を加工する必要がなく、従来製品に対しても、電極パターンに合わせた導光板とLEDとを取り付けることにより、本発明の照明装置を作製することができる。 In particular, in the present invention, an electrode pattern portion that does not contribute to photovoltaic power generation can be used as a lighting device without lowering the photoelectric conversion efficiency as the original solar cell, and on the entire surface of the solar cell. Since the electrode pattern is stretched, the entire surface of the solar cell can be illuminated. Furthermore, by disposing a reflective film or phosphor on the light guide plate, there is no need to process the solar cell itself, and even for conventional products, by attaching a light guide plate and LEDs that match the electrode pattern, The lighting device of the invention can be manufactured.
1,1A 導光板
1a,1b,1c 反射膜
2,2B 太陽電池
2b、2f Ag電極(半田メッキ)
2c Si基板
2d 裏面シート
2e Al電極
2g 蛍光体
3 発光ダイオード(LED)
10,10A,10B 照明装置
1, 1A
10, 10A, 10B Lighting device
Claims (12)
The light guide plate is provided on the surface on the solar cell side with a reflective film that reflects most of the blue light or light having a shorter wavelength than the blue color except for a portion overlapping the electrode pattern of the solar cell. The lighting device according to claim 4 or 9.
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