JP2010062569A - 光電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく受光して発電効率を高めることができるとともに、好ましい断熱性を具え、かつ設置が容易な太陽光発電モジュールを提供する。
【解決手段】光電ユニットを含む太陽光発電モジュールであって、光電ユニットの表面に反射部材を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、モジュール化した光電技術に関し、断熱機能を有し、発電効率を高める光電モジュールに関する。

環境問題の高まりにつれて、太陽光発電は、新しいエネルギーとして注目を集めている。例えば、湯沸かし器などの小型家電製品では、太陽光エネルギーを補助エネルギー、もしくは主要なエネルギーとして用いている。また、太陽光エネルギーは、化石燃料と異なり、永続的、清潔・安全、さらに発電による環境汚染が発生しない新しい世代のエネルギーである。

太陽光エネルギーを電気エネルギーに転換する技術において、最も常用されるのがソーラパネルである。ソーラパネルは、太陽光線から直接発電する複数の光電半導体並びにフィルムを含む。その原理を大まかに述べると、高純度の半導体材料に一部の不純物を加え該半導体材料に異なる性質を与える。例えば、ホウ素を加えてｐ型半導体とする。もしくは燐を加えてｎ型半導体とする。ｐ型半導体とｎ型半導体とを結合した場合、太陽光線が入射すると、ｎ型半導体内の電子が励起されてｐ型半導体内に移動する。但し、戻ることはない。よって、単一方向の導電が形成され、ｐ型半導体とｎ型半導体の接合面に電子が拡散することによって大量の自由電子が発生し、この電子が移動して電流が発生する。即ち、接合面に電位差が発生する。

従来、ソーラパネルは、そのほとんどが卓上計算機、腕時計など小型の電気製品に応用され小型であったが、現在では、環境問題の高まりにより、高発電量のソーラパネルの要望が高くなり、受光面積の拡大が進んでいる。

そして、多くの建築物、乗り物では、すでにソーラパネルを採用して電力供給の補助としている。例えば建築物の壁面にソーラパネルを設けたり、非建築物（例えば乗り物の上面）に設けたりしている。しかし、これらに設けられたソーラパネルの受光面は小さく、充分な発電量が得られていない。

また、ソーラパネルを建築物、もしくは乗り物に利用する場合、発電量を維持するために、日の当たる壁面、乗り物の上面など太陽光線が十分照射する場所に設けなければならない。しかしながら、太陽光線が長時間照射すると、熱エネルギーが放射、伝導、対流などで建築物、もしくは乗り物内部に伝えられ、内部温度を高めてしまう。

ソーラパネルの発電効率を高めるために、両面で受光できる太陽光発電モジュールが開発された。係る太陽光発電モジュールは両面にソーラパネルを具えてなる。即ち、両面に太陽光線が照射される太陽光発電モジュールを傾斜させて設置し、ソーラパネルの表面を太陽光線に向けて照射される太陽光線のエネルギーを直接吸収するとともに、太陽光発電モジュールのバックライトの水平面に反射鏡を設け、透過した太陽光線を反射させてソーラパネルに再度入射させ、両面照射の目的を達成する。

しかし、上述する両面照射の太陽光発電モジュールは、透過した太陽光線を反射させるための大きな空間を必要とし、設置面積を大きく占めるという欠点を有する。しかも、太陽光線の照射が少なくなると、反射光線をソーラパネルに充分供給できなくなり、発電効率に影響が生じる。よって、利用できる時間に制限を受ける。

また、バックライトモジュールの一方の側に反射効率の高い突起部を形成し、発電効率を上昇させるものもあるが、この方法では、太陽光発電モジュール全体の厚さによって突起部の高さが制限を受けるため、太陽光線を充分に反射させることは難しい。したがって、充分な発電効率を得ることはできない。

さらに、前記の太陽光発電モジュールは、突起部を形成することで、全体の厚みが増し、軽量で薄いというニーズを満足させることができず、また製造工程において、特に組み立て工程において不利な要素となる。

また、太陽光線追跡装置によってソーラパネルに照射する太陽光線の角度を垂直に近い状態にさせ、さらに、傾斜角度を変更できる平面鏡を設けて垂直に照射する太陽光線以外の光線をソーラパネルに垂直に照射させて、発電効率を高める装置がある。

しかし、上述する装置は、ソーラパネルと傾斜させて別途設ける平面鏡との角度を調整しなけれならない。したがって構造が複雑になり、製造コストも自ずと高くなる。一般にソーラパネルは固定して設置する。よって、ソーラパネルを移動させることを目的とはしない。言い換えれば、前記のソーラパネル装置は既存する建築物、もしくは非建築物に設置することは難しく、新設する建築物などに限られる。

本発明は、発電効率が高く、かつ断熱効果を具える太陽光発電モジュールを提供することを課題とする。また、本発明は、広く応用できる太陽光発電モジュールを提供することを課題とする。

そこで、本発明者は従来の太陽光発電モジュールの課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下の発明にいたった。

以下、本発明について具体的に説明する。請求項１に記載する太陽光発電モジュールは、光電ユニットを含む太陽光発電モジュールであって、光電ユニットの表面に反射部材を設ける。

請求項２に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項１における太陽光発電モジュールが、反射部材が底部に設けるパネル材をさらに含み、反射部材がパネル材と光電ユニットとの間に設けられる。

請求項３に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項２におけるパネル材がガラス、もしくは建材の内の一である。

請求項４に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項２における太陽光発電モジュールが、パネル材、反射部材と、光電ユニットとを設けるフレーム体をさらに含む。

請求項５に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項４におけるパネル材と反射部材との間に隙間を形成する。

請求項６に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項４における反射部材と光電ユニットとの間に隙間を形成する。

請求項７に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項４におけるパネル材、反射部材、光電ユニットとの間に隙間を形成する。

請求項８に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項９における反射部材がパネル材と一体に形成される。

請求項９に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項２における反射部材と光電ユニットに一体に設けられる。

請求項１０に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項１における反射部材、断熱フィルム、多重積層断熱フィルム、ＰＥＴフィルム及び低輻射（Low-E）ガラスとによって構成されるグループの内の一である。

請求項１１に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項１における光電ユニットがソーラパネルである。

請求項１２に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項１１におけるソーラパネルは、非晶質けい素ソーラパネル、単結晶質けい素ソーラパネル、多結晶質けい素ソーラパネル、フィルム・ソーラパネル及びシリコンウエハ結合半導体工程によって製造されるソーラパネルによって構成されるグループの内の一である。

請求項１３に記載する太陽光線発電モジュールは、請求項１２におけるソーラパネルがナノクリスタルシリコン、ＣＩＧＳ、多接合ガリウム砒素 、色素増感染料及び有機導電ポリマーとによって構成されるグループの内の一である。

この発明による太陽光発電モジュールは、効率よく受光して発電効率を高めることができるとともに、好ましい断熱性を具えることから、同様の受光条件において従来の技術に対して、電気エネルギーを多く得ることができ、かつ建築物、もしくは被建築物の内部に熱エネルギーを伝達することがない。

また、製造が容易で、様々な場所に容易に設置できるという利点を有する。

第１の実施例による太陽光発電モジュールの斜視図である。 図１に開示する太陽光発電モジュール１が光の照射を受けた状態を示した説明図である。 第２の実施例による太陽光発電モジュールの斜視図である。 第３の実施例による太陽光発電モジュールの断面構造を示した説明図である。 図４に開示する断面構造に中空部を形成した構造を示した説明図である。 図４に開示する断面構造に中空部を形成した他の構造を示した説明図である。 図４に開示する断面構造に中空部を形成したその他構造を示した説明図である。 太陽光発電モジュールの使用形態を示した説明図である。 太陽光発電モジュールの他の使用形態を示した説明図である。 太陽光発電モジュールのその他の使用形態を示した説明図である。

本発明は、光電ユニットの表面に反射部材を設けて構成する太陽光発電モジュールであり、発電効率を高め並びに断熱効果が大きい太陽光発電モジュールを提供するものである。係る太陽光発電モジュールについて、その構造と特徴を詳述するために具体的な実施例を挙げ、図面を参照にして以下に説明する。

図１、２に、太陽光発電モジュールを示す。図面によれば、太陽光発電モジュール１は反射部材10と、光電ユニット１１とを含む。
反射部材１０は、光電ユニット１１を透過する光線を反射する熱反射フィルム、熱反射パネル等の部材である。即ち、太陽光線を反射させる部材であれば、いずれもこの発明に応用することができる。

また、反射部材１０は使用時の必要に応じて、光線透過率を変えることができる。例えば、建築物の屋根、外壁の表面に取り付ける場合、反射部材１０は光線を透過させなくてもよく、窓ガラス、天窓等光線の透過が必要な場合は、その程度に合せた光線透過率を有する熱反射材１０を選択することができる。

実施例における反射部材１０を具体的に説明すると、太陽光線の熱エネルギーを遮断させる断熱フィルム、もしくは多重積層断熱フィルムであってもよく、ポリエステル（PET）、もしくはその他同様の効果を有するフィルムであってもよい。パネル状多重層断熱フィルムは、多層のベースフィルムの結合であって、多層の遮光特性を有する層及び耐摩擦性を具える層を含む。また、可視光線を透過させながら赤外線を反射させるという効果が得られ、さらに、紫外線カット、耐摩擦効果をも得られる。

そして、ＰＥＴフィルムに好ましい赤外線及び紫外線遮断効果を具えさせるために、ＰＥＴフィルムの表面を金属層で被覆するか、もしくは有機染料を含む染色層を追加してもよい。金属には、例えばニッケル、アルミニウムクロムなどが含まれる。

ここで注意すべき点は、実施例における反射部材１０は独立した部材であるという点である。よって、反射部材１０を光電ユニット１１に貼着するには、接着剤、光学接着駅、光学粘着テープなどを用いて行う必要がある。具体的には、光電ユニット１１の表面に中反射率を有する塗布層、高反射率を有する塗布層、及び低反射率を有する塗布層の順に塗布層を形成する。また、熱反射層１０は前述する断熱フィルム、多重積層断熱フィルム、もしくはＰＥＴフィルムに限ることなく、例えばナノ構造の光学断熱フィルム、もしくはその他光反射と断熱の効果を具える部材であってもよい。

光電ユニット１１は非晶質けい素ソーラパネル、単結晶質けい素ソーラパネル、多結晶質けい素ソーラパネル、もしくは関連するシリコンウエハ結合半導体工程によって製造されるソーラパネルであってもよい。もしくは、光電ユニット１１はフィルム・ソーラパネルであってもよい。この場合、材料にはナノクリスタルシリコン，ＣＩＧＳ、多接合ガリウム砒素、色素増感染料、有機導電ポリマー等が含まれる。言い換えれば、光電ユニット１１は、本実施例におけるソーラパネルの種類と構造はいずれも周知のものであるので、ここでは詳述しない。

実施例における光電ユニット１１について、反射率が小さく高い光線透過率を有するものを例にして説明する。例えば、太陽光線が光電ユニット１１を透過すると、光電ユニット１１によって光エネルギーと電気エネルギーとの転換が行われて電気エネルギーが発生する。電気エネルギーは光電ユニット１１に接続する導線１１０を介して外部に出力される。上述するソーラパネルの如く、光電ユニット１１は周知のものに属する。よって、ここでは詳述しない。

上述の構造にすれば、太陽光線等の光線２が入射して光電ユニット１１に入射すると、光電ユニット１１において光エネルギーが電気エネルギーに変換される。次に、光線２が光電ユニット１１を透過して反射部材１０に入射すると、反射部材１０が光線２の一部を反射する。そして、反射した光線２は再度光電ユニット１１に入射され、一部が光電ユニット１１を透過する。したがって、光電ユニット１１が光エネルギーを電気エネルギーに変換させる場合、直接入射する太陽光線だけでなく、反射部材１０によって反射した光線も増加され、高い発電効率を得ることができる。

また、太陽光線が継続して実施例の太陽光発電モジュール１に照射すると、反射断熱部材１０が入射する光線２を反射する以外に、太陽光発電モジュールからの熱放射に対しても反射するので、室内へ入射する熱エネルギーを遮断させることができる。

図２に、第２の実施例を示す。図面によれば、太陽光発電モジュール１は、反射部材１０に底部に設けたパネル材１２を含む。よって、反射部材１０はパネル材１２と光電ユニット１１との間に設けられる。

パネル材１２の材質は、取り付ける場所、もしくは使用時におけるニーズに応じて決定する。例えば、実施例におけるパネル材１２はガラスであって、窓、天窓、ショーウインドウ等に使用される。当然のことながら、その他実施の形態において、パネル材１２は建築物の外壁、屋根、もしくは建築物のその他建材であってもよい。即ち、パネル材１２は反射部材１０と光電ユニット１１とを固定するための部材である。また、反射部材１０と光電ユニット１１は、前記のとおりであり、ここでは詳述しない。

実施例において、例えば接着剤、光学接着液、光学粘着テープなどで反射部材１０、光電ユニット１１、パネル部材１２とを接合して太陽光発電モジュール１を構成する。もしくは反射部材１０をパネル材１２の表面に直接一体に形成するか、もしくは光電ユニット１１の表面に一体に形成してもよい。

実施例において、反射部材１０は前述する実施例１と同様に、各種断熱フィルム、多重積層断熱フィルム、もしくはＰＥＴフィルムを応用することができる。もしくは、例えば、光電ユニット１１はショーウインドウのガラス、レンズ等などのパネル材１２の上に異なる反射率の塗布層を形成して反射断熱部材１としてもよい。もしくは、低輻射ガラスの金属膜コーティングガラスでもよい。低輻射（Ｌｏｗ−Ｅ）ガラスは高い透明度及び好ましい放射熱遮断効果といった特性を有し、ハード金属膜コーティングガラス、ソフト金属膜コーティングガラス及びフィルム金属膜コーティングガラスなどに分けることができる。Low-Eガラスの構造と作用については従来の技術に属するので、ここでは詳述しない。また、高反射率の断熱フィルムは発電効率と断熱性、遮音性を向上できるほか、前部材の光線透過モジュールの透過性を改善することもでき、元来あまりクリアではない透過性の状態をクリアな状態に変えることができ、これは主に光の屈折と散乱の原理がその原因である。

したがって、実施例における太陽光発電モジュール１は、一般の建築用建材、ガラス、その他のパネル材などに結合させることができる。そして、太陽光線が照射した場合の発電効率の向上、高い断熱効果を得ることができる。

図４に、第３の実施例を開示する。図面によれば、太陽光発電モジュール１は前述する反射部材１０、光電ユニット１１及びパネル材１２以外に、更にフレーム体３を具える。フレーム体３が例えば窓枠、自動車の天窓の枠、もしくは建築物用の枠などであれば、反射部材１０、光電ユニット１１及びパネル材１２は接着剤、光学接着駅、光学粘着テープ等で接合して太陽光発電モジュール１とし、フレーム体３内に設ける。よって、太陽光発電モジュール１は建築物、或いは、非建築物の壁面に容易に取り付けることができる。

また、太陽光発電モジュール１の断熱効果を高めるために、一部の部材間に隙間を形成してもよい。例えば、図５に開示するように、反射部材１０と、パネル部材１２との間に隙間を形成して中空部１２０とする。

もしくは、図６に開示するようにパネル材１２、反射部材１０、光電ユニット１１との間にいずれも隙間を形成する。即ち、反射部材１０と、光電ユニット１１と、パネル材１２とを分離させて設け、反射部材１０と光電ユニット１１とパネル材１２との間に二つの中空部１２０を形成する。

もしくは図７に示すように反射部材１０と光電ユニット１１との間に隙間を形成して中空層１２０とする。

したがって、太陽光線が光電ユニット１１に照射した場合、反射部材１０が熱放射に対して反射を行う以外に、中空部１２０が、反射部材１０と光電ユニット１１とパネル材１２との間の熱伝導を遮断させる。このため、さらに大きな断熱効果を得ることができる。

図８、９に太陽光発電モジュール１の使用の例を開示する。図８は、フレーム体３を建築物４の壁面に設け、かつフレーム体３内に実施例３の説明のように反射部材１０、光電ユニット１１、パネル材１２を設ける（図８には、光電ユニット１１のみを開示する）。

図９に示す使用の例は、屋根４０を具える建築物４において、屋根４０の表面に太陽光発電モジュール１を設ける。この場合、太陽光線が建築物４の内部に進入することを望まないのであれば、反射部材１０は光を透過させない反射部材とする。

図１０に、他の使用形態を示す。図面によれば、例えば自動車などの天窓を具える乗り物５において、実施例２の太陽光発電モジュールを天窓に設ける。もしくは、実施例３の太陽光発電モジュール１を天窓に設ける。さらに、上述した実施例による太陽光発電モジュール１を乗り物の屋根に設けてもよい。

この太陽光発電モジュールは、従来の技術に対して次に掲げる効果を有する。即ち、太陽光発電モジュール１の光電ユニット１１に反射部材１０が設けられることで光線の反射と断熱効果を兼ね備える。よって、光電ユニット１１が光エネルギーを電気エネルギーに転換する場合、太陽光線の直接照射以外に、反射部材１０が反射した太陽光線も受光して、再度、電気エネルギーへの転換を行うことができる。よって、従来のソーラパネルが受光面積によって発電効率が決まるのに対し、本発明の太陽光発電モジュールは、光電ユニット１１の受光面積を変更することなく、発電効果を高めることができる。

また、光電モジュール１の反射部材１０は太陽光線などの光線の照射による熱放射を反射させることができる。したがって、窓ガラスなどに取り付ける場合、従来の技術のように、ソーラパネルが建築物、乗り物内部の温度を上げるという欠点を解決できる。

以上は、好ましい実施の形態であって、実施の範囲を限定するものではない。

１ 光電モジュール
１０ 反射部材
１１ 光電モジュール
１１０ 導線
１２０ 中空部
２ 太陽光線
３ フレーム体
４ 建築物
４０ 屋根
５ 乗り物

Claims (13)

1. 光電ユニットを含む太陽光発電モジュールであって、光電ユニットの表面に反射部材を設けることを特徴とする太陽光発電モジュール。
2. 前記太陽光発電モジュールは、反射部材と底部に設けるパネル材を含み、反射部材がパネル材と光電ユニットとの間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
3. 前記パネル材がガラス、もしくは建材の内の一であることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電モジュール。
4. 前記太陽光発電モジュールが、パネル材と反射部材と光電ユニットとを設けるフレーム体であることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電モジュール。
5. 前記パネル材と反射部材との間に隙間を形成することを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電モジュール。
6. 前記反射部材と光電ユニットとの間に隙間を形成することを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電モジュール。
7. 前記パネル材と反射部材と光電ユニットとの間に隙間を形成することを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電モジュール。
8. 前記反射部材がパネル材と一体に形成されることを特徴とする請求項２に記載の太陽光線発電モジュール。
9. 前記反射部材が光電ユニットと一体に設けられることを特徴とする請求項２に記載の太陽光線発電モジュール。
10. 前記反射部材が、断熱フィルム、多重積層断熱フィルム、ＰＥＴフィルム及び低輻射（Low-E）ガラスによって構成されるグループの内の一であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光線発電モジュール。
11. 前記光電ユニットがソーラパネルであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光線発電モジュール。
12. 前記ソーラパネルが、非晶質けい素ソーラパネル、単結晶質けい素ソーラパネル、多結晶質けい素ソーラパネル、フィルム・ソーラパネル及びシリコンウエハ結合半導体工程によって製造されるソーラパネルによって構成されるグループの内の一であることを特徴とする請求項１１に記載の太陽光線発電モジュール。
13. 前記ソーラパネルがナノクリスタルシリコン、ＣＩＧＳと、多接合ガリウム砒素、色素増感染料及び有機導電ポリマーとによって構成されるグループの内の一であることを特徴とする請求項１２に記載の太陽光線発電モジュール。

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