JP2005142578A

JP2005142578A - 太陽電池を用いた電磁波吸収方法

Info

Publication number: JP2005142578A
Application number: JP2004345026A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Kurokawa; 浩助黒川; Toru Uno; 亨宇野; Masaaki Takahashi; 應明高橋
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】太陽光発電を阻害することなく、太陽電池による電磁波の反射をなくすことができる太陽電池を用いた電磁波吸収方法を提供する。
【解決手段】太陽電池セルの３つの媒質層、すなわち、表面のガラス層５１，ＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）層５２及び半導体層５３のそれぞれの層の厚みを制御して、それぞれの表面で反射する反射波が互いに逆位相になるように構成し、各表面で反射する反射波を互いに逆位相にして反射波を打ち消す。
【選択図】図５

Description

本発明は、太陽電池を用いた電磁波の吸収方法に関する。

従来より、電磁波障害の一つとして、高層ビル等の建築物の壁面から反射するテレビ電波によって、テレビ映像が二重写しになるという、いわゆるゴースト現象がある。
ゴースト現象を無くす方法には、受信側で対策する方法もあるが、基本的には、高層ビル等の壁面が電磁波を反射しないようにすることが重要である。特に携帯電話等の電波が氾濫する昨今においては、これらの電波によるおもわぬ災害も予測され、電波を反射させない技術が求められている。
従来より、ＶＨＦ帯のテレビ電波を吸収する方法として、ビルの壁面にフェライトタイルをカーテンウォールに埋め込んだフェライト型電波吸収壁が用いられてきた。しかしながら、フェライト型電波吸収壁は、ＵＨＦ帯の電波を吸収することができず、また、重量が大きい、施工性もよくない、コストがかさむと言った理由により、一般のビル等においてはほとんど普及していない。
一方、地球環境を保全するために太陽エネルギーの利用が進み、一般のビルの壁にも太陽電池パネルの敷設が進みつつある。しかしながら、Ｓｉ（シリコン）等からなる太陽電池は、電波の反射体としても作用し、おもわぬゴースト障害を生じさせるため、思うように普及できないといった課題がある。

本発明は上記課題に鑑み、太陽電池を用いて、太陽光発電を阻害することなく電磁波の反射をなくすことができる、太陽電池を用いた電磁波吸収方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の太陽電池を用いた電磁波吸収方法は、入射する電磁波に対する太陽電池のインピーダンスを調整して電磁波の反射を無くすことを特徴とする。
また、太陽電池のインピーダンスの調整は、太陽電池セル間の配線を調整することによって調整することを特徴とする。
また、太陽電池のインピーダンスの調整は、太陽電池モジュールの出力端子間にコンデンサーを付加して調整することを特徴とする。
また、太陽電池のインピーダンスの調整は、太陽電池セルの内または外に電子素子を付加して調整することを特徴とする。

この方法によれば、電磁波特性インピーダンスに太陽電池のインピーダンスを整合させるから、電波が反射しない。
ＵＨＦ、ＶＨＦ帯の電磁波のエネルギーは太陽電池吸収端エネルギーより低いから、太陽電池を構成する保護膜及び半導体層は、ＵＨＦ、ＶＨＦ帯の電磁波に対して誘電体として作用し、金属等である導体配線は反射体として作用する。太陽電池内の導体配線分布を変えることによって、電磁波の境界条件が変化し、キャパシタンスやインダクタンスが変化するから、入射する電磁波に対する太陽電池のインピーダンスを調整することができる。また、モジュールを構成するセル間の配列を調整して互いに配線すれば、導体配線分布を変えることができる。また、太陽電池モジュールの出力端子間にコンデンサを付加してもインピーダンスを調整できる。太陽電池セルの内または外にコンデンサ等である電子素子を付加して調整しても良い。
これらの方法によれば、直流的には短絡しないから、太陽電池による太陽光発電に何ら影響を与えること無く、電磁波を反射しないようにできる。

また本発明の太陽電池を用いた電磁波吸収方法は、表面積、形状の異なる太陽電池モジュールを複数配列し、個々のモジュールからの反射波の位相を異ならせ、反射波を互いに打ち消し合わせることを特徴とする。
この方法によれば、入射する電磁波の反射波の位相は、モジュールの表面積、形状によって調整できるから、互いに逆位相の反射波を生ずるモジュールを並べて配列し、反射波を打ち消すことができる。

また、本発明の太陽電池を用いた電磁波吸収方法は、複数の太陽電池セルをアンテナ形状に接続し、電磁波を吸収することを特徴とする。
また、複数の太陽電池セルをループ状に接続し、ループ端に整合負荷を接続することを特徴とする。
また、複数の太陽電池セルの上部電極及び下部電極をそれぞれ直列に接続し、上部電極及び下部電極の出力端子間に整合負荷を接続することを特徴とする。
上記構成によれば、太陽電池がループアンテナとして作用し、整合負荷で電磁波エネルギーを吸収するから反射波を生じない。また、パッチアンテナとして作用し、整合負荷で電磁波エネルギーを吸収するから反射波を生じない。

また、本発明の太陽電池を用いた電磁波吸収方法は、太陽電池を構成する各層の厚みを制御して各層からの反射波を干渉させて打ち消すことを特徴とする。

また、本発明の太陽電池を用いた電磁波吸収方法は、太陽電池裏面に電磁波反射体を設け、太陽電池表面上に網目状の電磁波反射体を設け、裏面の電磁波反射体で反射する反射波と網目状の電磁波反射体で反射する反射波とを干渉させて打ち消すことを特徴とする。

さらに、本発明の太陽電池を用いた電磁波吸収方法は、太陽電池を取り付ける壁面に電磁波反射体を設け、太陽電池表面上に網目状の電磁波反射体を設け、壁面の電磁波反射体で反射する反射波と網目状の電磁波反射体で反射する反射波とを干渉させて打ち消すことを特徴とする。

これらの構成による本発明によれば、太陽電池に入射する電磁波の反射波が生じないと共に、太陽光で太陽光発電ができる。

上記説明から理解されるように、本発明の太陽電池を用いた電磁波吸収方法によれば、太陽電池を用いて太陽光発電を阻害することなく、電磁波の反射をなくすことができる。したがって、現状の太陽電池に本発明の太陽電池を用いた電磁波吸収方法を適用すれば、太陽光発電ができると共に、テレビ映像のゴースト等の電磁波障害が無くなるから、太陽電池の普及が進み地球環境の保全を促進することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態を説明する模式的断面図である。図において、本発明の太陽電池モジュールセル１０は、上部電極２と、透明電極３と、半導体ｐ層４と、半導体ｎ層５と、下部電極６とで構成される太陽電池セル１を、導体７で複数接続して構成される。図の例は、上部電極２同士、及び下部電極６を共通にして並列接続し、出力端子８，９間にコンデンサ１３を接続した例を示しているが、コンデンサ１３が無くても良い。また、この接続形態に限らず、直列接続、または、並列接続と直列接続が混合された構成でも良い。

ところで、太陽電池１に入射する電磁波１２から太陽電池セル１をみたインピーダンスをＺとすると、太陽電池からの反射率τは、

とあらわされる。図１に示したように、太陽電池モジュール１０を構成するセル１間の配線の仕方によって、電磁波の境界条件が変化し、コンダクタンス、インダクタンスが変化するから、電磁波１２から太陽電池１をみたインピーダンスＺが調整できる。また、例えば、直列配線セル個数、並列配線セル個数を変えてもインピーダンスＺを調整できる。また、直列配線セルからなるモジュールと、並列配線セルからなるモジュールの組み合わせ方によってもインピーダンスＺを調整できる。さらにまた、モジュールを構成するセルの個数が異なる複数の直列及び並列モジュールを組み合わせることによってもさらに細かく調整することができる。また、モジュールの出力端子８、９間にコンデンサ１３を接続してもインピーダンスＺを調整できる。もちろん、太陽電池セル１毎に、コンデンサのような電子素子を外部、内部に付加しても良い。コンデンサは直流を流さないから、太陽光発電に影響を与えることがない。
このようにして、インピーダンスＺを調整して電磁波特性インピーダンスＺ₀に等しくすれば、上記数式１から明らかなように反射係数が０となり、反射波が生じない。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図２は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。図において、２１，２２は、表面積が異なる太陽電池モジュールを示し、これらのモジュールを壁面に混在させて配列した状態を示している。
ここで、モジュール２１，モジュール２２のインピーダンスをＺ_A、Ｚ_Bとすると、モジュール２１，モジュール２２の反射係数τ_A、τ_Bはそれぞれ、

と表され、ＵＨＦ帯及びＶＨＦ帯のような高周波領域においては、太陽電池を構成する媒質のインピーダンスは複素数で表されるので、Ｚ_A、Ｚ_Bはそれぞれ、

と表すことができる。ここで、Ｚ_a、Ｚ_bは、実数部を表し、Ｚ_aa、Ｚ_bbは虚数部を表す。従って、反射係数τ_A、τ_Bは、

と表される。さらに、反射係数の実数部をτ_ZA、τ_ZB、虚数部をτ_jZA、τ_jZBとすれば、反射係数τ_A、τ_Bは、

となるから、モジュール２１，モジュール２２の反射波の位相角θ_A、θ_Bは、

となる。

従って、モジュール２１，モジュール２２の反射波の位相角θ_A、θ_Bの差がπになるようにモジュール２１，モジュール２２のインピーダンスＺ_a、Ｚ_b、Ｚ_aa、Ｚ_bb、を調整すれば、モジュール２１，モジュール２２の反射波が互いに逆位相となり、打ち消し合って、反射波が生じない。

インピーダンスＺ_a、Ｚ_b、Ｚ_aa、Ｚ_bbは、太陽電池モジュールの面積を変える、太陽電池セルの配線方法を変える、並べ方を変える、あるいは、コンデンサ等の電子素子を太陽電池モジュールの内外に付加することによって調整できる。

図３は、反射係数の位相角が異なる複数のモジュールからの反射波の位相角をベクトル表示した図である。図に示すように、様々な位相角３１が存在すると、互いに打ち消し合う反射波の対が存在するようになり、反射波が無くなる。

次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図４は本発明の第３の実施の形態を示す図である。図４において、（ａ）は複数の太陽電池セル１を、太陽電池セル１の上部電極２、または下部電極６を直列に接続してループ状に配列し、ループ端を、例えばコンデンサである整合負荷４１で接続したものである。この構成によれば、太陽電池がループアンテナとして作用し、整合負荷４１で電磁波エネルギーを吸収するから反射波が生じない。
また、図４（ｂ）は複数の太陽電池セル１を、太陽電池セル１の上部電極、及び下部電極をそれぞれ直列に接続して折れ線状に配列したものである。この構成によれば、太陽電池がパッチアンテナとして作用し、整合負荷を接続すれば、整合負荷で電磁波エネルギーを吸収するから反射波を生じない。

次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
図５は、本発明の第４の実施の形態を示す図である。図５（ａ）は、太陽電池セルの３つの媒質層、すなわち、表面のガラス層５１，ＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）層５２及び半導体層５３のそれぞれの層の厚みを制御して、それぞれの表面で反射する反射波が互いに逆位相になるように構成する例を示している。この構成によれば、それぞれの表面で反射する反射波が互いに逆位相になるから、反射波が打ち消される。

図５（ｂ）は、太陽電池裏面に金属等である電磁波反射膜５４を設け、太陽電池表面上に金属等である網目状の電磁波反射膜５５を設け、裏面の電磁波反射膜５４と網目状の電磁波反射膜５５の間隔を調整して、裏面の電磁波反射膜５４で反射する反射波と網目状の電磁波反射膜５５で反射する反射波とを干渉させて打ち消す構成を示している。この構成によれば、反射波が生じないと共に、網目状の電磁波反射膜５５を透過する太陽光で太陽光発電ができる。

図５（ｃ）は、太陽電池を配置する壁面５６に電磁波１２の反射体５７を設け、この反射体５７による反射波と太陽電池表面の反射波とが互いに逆位相となるように反射体５７と太陽電池裏面との間隔を調整した構成を示している。この構成によれば、反射波が互いに打ち消して反射波が生じない。

次に、本発明の実施例を示す。
図６は、本発明の第４の実施の形態に基づく実施例を示す図である。図６において、横軸は太陽電池に対する電磁波の入射角を示し、縦軸は、太陽電池セルの３つの媒質層、すなわち、表面のガラス層５１，ＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）層５２、及び半導体層５３のそれぞれの層の厚みをＵＨＦ帯の周波数に対して、反射波の打ち消し効果が最大になるように構成して測定した減衰率を示す。減衰率は入射電磁波の強度を基準とした。図から明らかなように、反射波が減衰していることがわかる。

本発明によれば、太陽電池を用いて太陽光発電を阻害することなく、電磁波の反射をなくすことができ、現状の太陽電池に本発明法を適用すれば、太陽光発電ができると共に、テレビ映像のゴースト等の電磁波障害が無くなるから、太陽電池の普及が進み地球環境の保全を促進することができる。

本発明の第１の実施の形態を説明する模式的断面図である。本発明の第２の実施の形態を示す図である。反射係数の位相角が異なる複数のモジュールからの反射波の位相角をベクトル表示した図である。本発明の第３の実施の形態を示す図である。本発明の第４の実施の形態を示す図である。本発明の第４の実施の形態に基づく実施例を示す図である。

符号の説明

１太陽電池セル
２上部電極
３透明電極Ｘ線
４半導体ｐ層
５半導体ｎ層
６下部電極
７導体
８正出力端子
９負出力端子
１０太陽電池モジュール
１２入射電磁波
１３コンデンサ
２１，２２モジュール
４１整合負荷
５１ガラス層
５２ＥＶＡ層
５３半導体層
５４裏面の電磁波反射膜
５５網目状の電磁波反射膜
５６壁
５７電磁波反射膜

Claims

太陽電池を構成する各層の厚みを制御して、各層からの反射電磁波を干渉させて打ち消すことを特徴とする、太陽電池を用いた電磁波吸収方法。
太陽電池裏面に電磁波反射体を設け、太陽電池表面上に網目状の電磁波反射体を設け、裏面の電磁波反射体で反射する反射波と網目状の電波反射体で反射する反射波とを干渉させて打ち消すことを特徴とする、太陽電池を用いた電磁波吸収方法。
太陽電池を取り付ける壁面に電磁波反射体を設け、太陽電池表面上に網目状の電磁波反射体を設け、壁面の電磁波反射体で反射する反射波と網目状の電磁波反射体で反射する反射波とを干渉させて打ち消すことを特徴とする、太陽電池を用いた電磁波吸収方法。