JP2009117795A

JP2009117795A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2009117795A
Application number: JP2008154053A
Authority: JP
Inventors: Hsuan-Hsi Chang; ▲げん▼煕張; You-Sheng Lin; 侑陞林
Original assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Current assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-05-28
Also published as: TW200921920A; US20090114282A1

Abstract

【課題】焦点後の太陽光を均一にして、再集光してから、太陽電池ユニットに入射させることで、漏光現象を減少させ、集光効率を向上させた太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュールは、太陽電池ユニットと光均一化ユニットとからなる。光均一化ユニットは、少なくとも一つの光学素子を有して、光入射端、中空チャネル、及び、光出射端を形成する。光出射端は、太陽電池ユニットに隣接する。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池に関するものであって、特に、光電転換する太陽電池モジュールに関するものである。

太陽電池は、公害問題がなく、エネルギー取得が容易で、永久的なので、重要な代替エネルギーの一つである。太陽電池は、エネルギーを転換する光電素子で、太陽光の照射後、光エネルギーを電気エネルギーに転換する。しかし、太陽電池では、太陽光が直接太陽電池上に照射されるので、照射面積が太陽電池の面積より大きく、低密度で、低利用率の状況を生じることがある。太陽電池は、集光ユニットにより、太陽エネルギーを、有効空間内の小照射面積で、高密度、及び、高効率で、電気エネルギーに転換する必要がある。

図１を参照すると、従来の太陽電池モジュール１は、太陽電池ユニット１１、及び、同心のフレネルレンズ１２からなる。太陽電池ユニット１１は、フレネルレンズ１２から焦点距離ｆだけ離れた位置に設置されて、フレネルレンズ１２が集光する太陽光Lを受信する。

しかし、太陽電池モジュール１のフレネルレンズ１２は、直接、集光後の太陽光Lを太陽電池ユニット１１に入射するため、太陽光Lのエネルギーが集中しすぎて、太陽電池を損壊しやすい。また、フレネルレンズ１２は、複数の焦点を形成し、全ての焦点の太陽光Lを均一に太陽電池ユニット１１に入射することができず、漏光する虞があり、太陽電池モジュール１全体の光電変換効率が低下する。

この他、太陽光Lの入射方向の偏斜、或いは、太陽電池モジュール１の組み立て不良でも、太陽光Lの集光効率は低下する。

以上より、焦点後の太陽光を均一にして、再集光してから、太陽電池ユニットに入射し、漏光現象を減少させて、集光効率を向上させた太陽電池モジュールを提供ことが必要である。

本発明は、焦点後の太陽光を均一にして、再集光してから、太陽電池ユニットに入射させることで、漏光現象を減少させ、集光効率を向上させた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、モジュール素子の構造を簡潔にして、光均一効果を達成することで、生産コストを減少させた太陽電池モジュールを提供することをもう一つの目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池ユニットと光均一化ユニットとからなる。光均一化ユニットは、少なくとも一つの光学素子を有して、光入射端、中空チャネル、及び、光出射端を形成する。光出射端は、太陽電池ユニットに隣接し、光出射端の面積は、光入射端の面積より小さい。また、本発明の太陽電池モジュールは、集光ユニットと太陽電池ユニット間に、中空チャネルを有する光均一化ユニットを設置し、集光後の光エネルギーが均一化し、更に、太陽電池ユニットに入射する。

本発明は、太陽光を集光した後、光均一化ユニットにより処理して、光線の焦点エネルギーを均一な分布にして、集光均一効果を増加させ、太陽電池モジュール全体の集光効率を高めることができる。この他、本発明では、光均一化ユニットが中空構造であるので、モジュール素子の構造を簡潔にでき、生産コストを減少させることができる。

以下で、相関する図式を参照して、本発明の好ましい実施例による太陽電池モジュールを説明する。同一の素子は、同一の符号を用いて説明する。

図２は、本発明の好ましい実施例による太陽電池モジュール２を示す。太陽電池モジュール２は、太陽電池ユニット２１と光均一化ユニット２２とからなる。太陽電池ユニット２１は、少なくとも一つの、基板式、あるいは、薄膜式の太陽電池素子であり、材料は、III−V族のガリウム砒素GaAs、リン化インジウムInP、インジウムガリウムリンInGaP、II−VI族のカドテルCdTe、セレン化銅インジウムCuInSe2、或いは、IV族のケイ素Si、からなる。

光均一化ユニット２２は、少なくとも一つの光学素子２２０を有して、光入射端２２１、中空チャネル２２２、及び、光出射端２２３を形成するか、或いは、多角錐台を形成する。光出射端２２３は、太陽電池ユニット２１の外縁を包囲して、漏光を防止する。本実施例中、光均一化ユニット２２は光チャネルの光均一器で、四個の光学素子２２０により、四角錐台にされ、且つ、光出射端２２３の面積Ａ２は、光入射端２２１の面積Ａ１より小さい。

光学素子２２０は、ガラスかセラミックで、模造、或いは、粘合により、中空チャネル２２２を形成する。且つ、チャネル２２２の表面２２２ａには、鍍金（メッキ）、或いは、塗布により、高反射材質部、或いは、誘電材質部を形成し、漏光を防止して、光利用効率を高める。高反射材質は、例えば、これに制限されないが、アルミ二ウム、或いは、銀である。この他、光均一化ユニット２２は、高反射材質の反射板により一体成型された空心のチャネル２２２を構成し、同様に、チャネル２２２の表面２２２ａが高反射特性を有するようにしても良い。

太陽電池モジュール２は、更に、集光ユニット２３を有し、例えば、集光ユニット２３は、集光レンズで構成され、少なくとも一つのフレネルレンズ、周期性配列の直線形フレネルレンズ、或いは、同心円形のフレネルレンズを有する。また、集光ユニット２３は、光均一化ユニット２２の光入射端２２１に隣接する。この他、設計上、フレネルレンズは、一つ、或いは、それ以上の焦点距離を有し、光均一ユニットの光入射端平面上に位置するようにしても良い。

図２、及び、図３で示されるように、太陽光Ｌは、集光ユニット２３により集光後、更に、光均一化ユニット２２の光入射端２２１に入射し、光線はチャネル２２２で全反射し、光出射端２２３で射出して、太陽電池ユニット２１に進入する。注意すべきことは、太陽光Ｌは、光均一化ユニット２２の光入射端２２１のエネルギー分布が、焦点エネルギー分布（ガウスエネルギー分布と称される）（図３の実線で示される）であり、光出射端２２３のエネルギー分布は、均一なエネルギー分布（図３の点線で示される）で、太陽光Ｌは、光均一化ユニット２２により光均一の効果を達成することである。

図４を参照すると、本発明の好ましい実施例によるもう一つの太陽電池モジュール３は、太陽電池ユニット３１と光均一ユニット３２と集光ユニット３３からなる。集光ユニット３３の構成と効果は、上述の実施例の集光ユニット２３と同じなので、詳述しない。本実施例中、太陽電池ユニット３１は六角形で、光均一化ユニット３２は、六角形の太陽電池ユニット３１に合わせて、その光入射端３２１、空心のチャネル３２２、及び、光出射端３２３が、光学素子３２０により囲設されて、六角錐台を形成する。また、光出射端３２３の面積Ｂ２は、光入射端の面積Ｂ１より小さく、同様に、太陽光Ｌを集光後、光の均一効果を達成して、漏光現象の発生を防止する。この他、本発明の光均一化ユニットは、短軸の傾斜で、毎日、太陽の行進方向と一致するようにしても良い。

上述のように、本発明の太陽電池モジュールは、集光ユニットと太陽電池ユニット間に、中空チャネルを有する光均一化ユニットを設置し、集光後の光線エネルギーを均一化して、太陽電池ユニットに入射する。公知技術と比較すると、本発明は、太陽光を集光した後、光均一化ユニットにより処理して、光線が焦点エネルギーを均一な分布にして、集光均一効果を増加し、太陽電池モジュール全体の集光効率を高め、寿命を長くする。この他、光均一ユニットは中空構造であるので、モジュール素子の構造を簡潔にして、生産コストを低減することができる。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の思想と領域を脱しない範囲内で各種の変動や変化を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

従来の太陽電池モジュールを示す図である。本発明の実施例による太陽電池モジュールを示す図である。太陽光が本発明の光均一ユ化ニット前後を通過する時の光エネルギーの分布図である。本発明のもう一つの実施例による太陽電池モジュールを示す図である。

符号の説明

１、２、３太陽電池モジュール
１１、２１、３１太陽電池ユニット
１２、２３、３３集光ユニット
２２、３２光均一化ユニット
２２０、３２０光学素子
２２１、３２１光入射端
２２２、３２２光チャネル
２２２ａ、３２２ａ表面
２２３、３２３光出射端
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２面積
ｆ焦点距離
Ｌ太陽光

Claims

太陽電池モジュールであって、
太陽電池ユニットと、
光均一化ユニットと、からなり、前記光均一化ユニットは、少なくとも一つの光学素子、光入射端、中空チャネル、及び、光出射端を有し、前記光出射端は、前記太陽電池ユニットに隣接することを特徴とする太陽電池モジュール。
前記光出射端の面積は、前記光入射端の面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記中空チャネルの内表面は、高反射材質部、或いは、誘電材質部を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記高反射材質部、或いは、誘電材質部は、鍍金、或いは、塗布方式により形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
前記高反射材質部は、アルミ二ウムか銀で形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
前記光均一化ユニットは、少なくとも一つの光学素子からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記光学素子は、ガラス、或いは、セラミック材質で、模造、或いは、粘合により囲設して、前記中空チャネルを形成することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
前記光学素子は、高反射材質部を有する反射板で、前記中空チャネルを一体成型することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
前記光均一化ユニットは、多角錐台であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記光均一化ユニットの前記光入射端に設置される集光ユニットを有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記集光ユニットは集光レンズからなることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池モジュール。
前記集光レンズは、少なくとも一つのフレネルレンズからなることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
前記フレネルレンズは、一つ、或いは、複数の焦点距離を有し、前記光均一化ユニットの前記光入射端平面上に位置することを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
前記フレネルレンズは、直線形のフレネルレンズ、或いは、同心円形のフレネルレンズであることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
前記光均一化ユニットの前記光入射端における光エネルギー分布は、焦点エネルギー分布であり、前記光出射端の光エネルギー分布は、均一なエネルギー分布であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記光均一化ユニットの前記光出射端は、前記太陽電池ユニットの外縁を包囲することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記光均一化ユニットは短軸傾斜で、太陽の進行方向と一致することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池ユニットは、少なくとも一つの、基板式、或いは、薄膜式の太陽電池素子であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池ユニットは、少なくとも一つの太陽電池素子からなり、前記太陽電池素子の材料は、ガリウム砒素GaAs、リン化インジウムInP、インジウムガリウムリンInGaP、カドテルCdTe、セレン化銅インジウムCuInSe2、或いは、IV族のケイ素Si、からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。