JP2010171277A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】より適切に太陽光を反射することができる太陽電池を提供すること。
【解決手段】本発明による太陽電池１は、前面板２と、前面板２の背面側に位置して所定のピッチＰで配列方向に配列された太陽光発電手段３ａと、太陽光発電手段３ａの背面に太陽光を反射する反射手段４、５とを含み、反射手段が反射板５と背面板４を含み、反射板５が、太陽光発電手段３ａの正面方向と配列方向に垂直な垂直方向から見て、ピッチＰの半分の半ピッチを一周期として正面側に突出する山部と背面側に窪む谷部を構成し、太陽光発電手段３ａの配列方向における中心線Ｂの位置及び隣接する太陽光発電手段３ａ間の中央線Ａの配列方向における位置を山部の配列方向における位置と一致させて、中央線Ａに一致する山部に第一Ｒ加工部５ａを形成して、第一Ｒ加工部５ａを構成する第一半径Ｒ１が０．０５ｍｍより大きくピッチＰの１／５より小さいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、石油代替エネルギーである太陽光を有効に活用して発電を行う太陽電池に関する。

近年においては地球温暖化を誘発する主要因であると考えられる二酸化炭素を排出する石油や石炭を利用した火力による発電や内燃機関を用いた動力機関に替わる代替エネルギー源として、太陽光を有効に活用して発電を行う太陽電池に関する研究、開発が行われることが推奨されている。このような太陽電池は、エネルギー源として枯渇することがない太陽光を利用するものであって、二酸化炭素を排出することがないので、人工衛星用、自家発電用、商用電力供給用など様々な分野に適用可能なものとして、将来的に有用性が高まる可能性が高い。

このような太陽電池の一般的な構造としては、例えば、多結晶又は単結晶の結晶シリコンよりなる太陽発電用のセルを複数個直列に接続したものを樹脂又はガラス等により挟持して封入して、平板状のセルストリングスを構成し、このセルストリングス内において複数のセルを縦又は横の配列方向に略等間隔となるピッチにおいて配列して、そのセルストリングスの正面側には透明の樹脂又はガラス等からなる前面板を配置し、セルストリングスの含む複数のセルの背面側及び正面側の前面板との間に位置する前述した透明の樹脂又はガラス等は背面板を構成し、この背面板の背面側に太陽光を複数個のセルに対して集光する、例えば特許文献１に記載されているような蛇腹状の波面を備える反射板を設ける構成が提案されている。

特開平１１−３０７７９１号公報

ところが、このような太陽電池においては、セルを配列方向に略等間隔で並列し、背面側に反射板を設ける構造であるため、発電の効率を高める目的で、反射板の光反射率を高くすればするほど、特には、前面板から入射した太陽光が背面側の反射板により反射されて発生する散乱光が様々な角度に反射するため、セルの表面の黒色と、反射板の銀白色との差が際だつことを招き、太陽電池全体としての外観、美観、意匠性を損ねる事態を招く。特に、太陽電池は住宅の屋根上や自動車のルーフ上の人目に付きやすい場所に搭載されることが想定されるので、太陽電池及び太陽電池が搭載された住宅や自動車の商品性を損ねる自体を招くおそれもある。

これに加えて、朝方や夕暮れ時の時間帯の日照条件においては、太陽電池の前面板のなす平面に対して極めて浅い角度で太陽光が入射することとなるので、光電変換効率の高いセルの特には背面に十分に太陽光を集光して行き届かせることが困難となり、発電の効率が低下するという事態を招くおそれもある。また、四季のうち冬場における日照条件においては、太陽電池の前面板のなす平面に対して、日中を通して全ての昼間時間帯において太陽電池の前面板のなす平面に対して極めて浅い角度で太陽光が入射することとなるので、これも、光電変換効率の高いセルの特には背面に十分に太陽光を集光して行き届かせることが困難となり、発電の効率が低下するという事態を招くおそれもある。

このように従来技術における太陽電池においては、太陽光をセルにより効率的に導いて発電の効率を高めること、反射された太陽光を適切なものとして商品性を高めることの双方を満足させるにあたって、より適切に太陽光を反射することに適した太陽電池が十分に提供されていないという問題が生じていた。

本発明は、上記問題に鑑み、より適切に太陽光を反射することができる太陽電池を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る太陽電池は、
前面板と、
前記前面板の背面側に位置して所定のピッチで配列方向に配列された太陽光発電手段と、
前記太陽光発電手段の背面に太陽光を反射する反射手段と、
を含み、
前記反射手段が反射板と背面板を含み、
前記反射板が、
前記太陽光発電手段の正面方向と前記配列方向に垂直な垂直方向から見て、前記ピッチの半分の半ピッチを一周期として前記正面側に突出する山部と前記背面側に窪む谷部を構成し、
前記太陽光発電手段の前記配列方向における中心線の位置及び隣接する前記太陽光発電手段間の中央線の前記配列方向における位置を前記山部の前記配列方向における位置と一致させて、
前記中央線に一致する前記山部に第一Ｒ加工部を形成して、
前記第一Ｒ加工部を構成する第一半径が０．０５ｍｍより大きく前記ピッチの１／５より小さいこと、
を特徴とする。

なお、前記太陽電池は、太陽光の入射方向から順につまり前面側から背面側に、前面板、封止材、前記太陽光発電手段である複数のセル、封止材、前記反射手段を構成する背面板、同じく前記反射手段を構成する前記反射板を前記ラミネート成形後に構成する基本材料である、例えばＡｇを蒸着した反射膜、高反射率のＡｌ基板、高反射率の白色発泡樹脂フィルム等が好ましい。

ここで、前記セルは両面受光型でありバイフェイシャリティすなわち背面の正面に対する発電性能比率が０．７以上のものが好ましくは用いられる。

本発明の前記太陽電池によれば、前記反射板の屈曲部位を構成する前記山部に太陽光が入射されても、前記山部が前記第一Ｒ加工部を備えており、前記第一Ｒ加工部を構成する前記第一半径が０．０５ｍｍより大きく前記ピッチの１／５より小さい値であるので、前記山部により太陽光を多重散乱させることを回避して、前記太陽電池に太陽光が照射された場合でも、縞状に光り輝いて外観を損ねることを防止して、前記太陽電池を搭載した住宅や自動車の商品性を高めることができる。なお、前記第一半径が前記ピッチの１／５以上となると反射光の前記山部における跳ね返りが大きくなり、０．０５ｍｍ以下となると反射光の散乱する範囲が大きくなり縞状の輝線が増加する。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。

なお、前記第一Ｒ加工部を構成する前記第一半径が０．０５ｍｍよりも大きく、前記ピッチの１／５より小さい範囲が良い理由について以下に述べる。前記太陽電池を前面から見たときに、見苦しい縞状の輝線が発生する原因の一つに、図１２の矢印に示される光路でモジュール外に飛び出す太陽光が発生することが挙げられる。これはコストを下げようと集光倍率を上げた場合に、特に発生し易い現象であり、低コスト化を果たそうとセルを細かくすると外観が悪化するというジレンマを抱えている。

このような光路での太陽光を発生させないための条件は、図９におけるセルが厚みｔの中心部に配置されるとし、セルの配置のピッチをＰ、集光倍率をａ、斜め入射する太陽光の入射角度をｓ、モジュールを構成する透明材質の屈折率をｎ、前記反射板すなわちミラーの前記前面板又は前記セルの構成する平面に対する傾斜角度をφとすれば、以下に示す数１の関係を満足することが必要となる。

数１に示す関係の左辺の関数は斜め方向から入射した太陽光に対してφの減少関数であり、これは言い換えれば前記第一Ｒ加工部付近の前記第一半径を出来るだけ大きくとる（φが小さい領域を広くとる）方が図１２のようなモードで発生する縞状のギラツキ原因となる損失光を抑制することが可能になるということになる。

一方、前記第一Ｒ加工部の様にセルから遠く離れた箇所で反射される太陽光は、前記前面板の表面で全反射過程を経て前記太陽電池の前記セルに入射する必要がある。しかしながら前記反射板つまりミラーによって方向を変換される反射光の径路によっては、図１３の様にモジュール外に飛び出す損失光となる光束も存在し、これも上記とは別なモードの外観悪化要因である。このようなモードでの外観悪化を抑制するためには、前記反射板によって変換される太陽光が全反射条件を満足すればよい。すなわち以下に示す数２の関係を満足することが必要となる。

数２に示す関係の左辺の関数はφの増加関数であり、これは言い換えれば前記第一Ｒ加工部付近の前記第一半径を出来るだけ小さくとる（φが小さい領域を狭くする）方が図１３のようなモードで発生するギラツキ原因となる損失光を抑制することが可能になるということになる。

このように、前記第一Ｒ加工部の前記第一半径には最適な範囲が存在し、実用的には上記の数１及び数２のモデル式で限定される狭い範囲ではなく、外観品質と光学的な効率のバランスから前記第一半径が決定される。具体的には、少なくとも０．０５ｍｍより大きく前記ピッチＰの１／５未満とすることが好ましい。

これとともに、前記太陽電池の前記前面板のなす平面に対して浅い角度で太陽光が入射する場合でも、前記反射板により反射された太陽光が前記太陽光発電手段の背面に集光されずに前記前面板を介して外部に漏れて出てしまう損失光が発生することを回避することができ、前記太陽電池に太陽光が照射された場合でも、集光性能を高めて発電効率を高めることができる。

また、本発明の前記太陽電池によれば、前記太陽電池がバイフェリシャリティの高いものであって、前記太陽光発電手段の前記配列方向における前記中心線の真下つまり背面側に、前記反射板の前記山部と前記背面板の正面方向の厚みが最も薄い部分を位置させているので、前記太陽電池を外部から視認した場合に、前記反射板に前記太陽光発電手段の背面が裏映りする効果によって黒色の外観を視認させることとなり、前記太陽電池を外部から視認する者にぎらついた感覚を付与することを回避して、前記太陽電池の外観を良好なものとし高級感を具備させることができる。

なお、前記第一Ｒ加工部を構成する前記第一半径の数値限定は、上述した０．０５ｍｍより大きく前記ピッチの１／５未満とすることに換えて、さらに回折光を抑える効果を引き出し、正面から視た外観をも最適にするためには０．１０ｍｍより大きく前記ピッチＰの１／８未満とすることが好ましく、さらに回折現象によるギラツキ感を完全に無くし、モジュール強度も高く保つためには０．１５ｍｍより大きく前記ピッチＰの１／１５未満とすることが極めて好ましい。

ここで、前記太陽電池において、
前記垂直方向から見て、
前記中心線と一致する前記山部と隣接する前記谷部との前記配列方向における間隔である中心線山谷ピッチに比べて、
前記中央線と一致する前記山部と隣接する前記谷部との前記配列方向における間隔である中央線山谷ピッチが大きいこと、
を特徴とすることが好ましい。

前記太陽電池によれば、前記反射板の前記谷部が、隣接する前記太陽光発電手段の間の前記中央線と前記太陽光発電手段の前記配列方向の前記中心線との中間点よりも前記中心線よりに接近する方向に偏って配置されることとなるので、前記太陽電池に浅い角度で太陽光が入射した場合に、入射された太陽光をまず前記反射板の前記中央線に一致する前記山部と前記谷部との間に構成される第一の反射面により反射して、反射された前記太陽光を前記反射板の前記谷部と前記中心線に一致する前記谷部との間に構成される第二の反射面により反射して、二段階の反射過程を通じて太陽光を前記太陽光発電手段の背面により適切かつ的確に誘導して集光することができる。

つまり、前記太陽電池によれば、朝方や夕暮れ時、冬場等の浅い角度で入射される太陽光をより効果的に前記太陽光発電手段の背面に集光することができるため、一日及び四季を通じてより高い集光性能と発電効率を維持して確保することを可能とすることができる。また、前記太陽電池における発電量の時間推移における積分強度を高めて、エネルギー効率を高めることができる。

さらに、前記太陽電池によれば、前記配列方向に前記ピッチにおいて配列される複数の前記太陽光発電手段の間隔すなわち前記ピッチをより大きくしても、入射された太陽光が前記山部により散乱反射されることを防止し、前記谷部により反射されて前記太陽光発電手段の背面に集光されずに外部に漏れて出てしまうことを防止しているので、損失光を発生することを極力防止して、集光倍率及び集光性能を高めて、前記太陽電池を正面から見た場合の前記太陽光発電手段の占有する面積の割合を低減して、低コスト化を図ることもできる。

加えて、前記太陽電池において、
前記中心線に一致する前記山部と隣接する前記谷部に第二Ｒ加工部を形成するとともに、
前記第二Ｒ加工部を構成する第二半径が前記第一半径よりも大きいこと、
を特徴とすることが好ましい。

前記太陽電池によれば、入射された太陽光が前記谷部に到達した場合に前記谷部により散乱反射されることを防止して前記太陽光発電手段の背面に指向する方向により効果的に変換されることとすることができるので、前記太陽電池を外部から斜めに視認した場合に、前記太陽電池を外部から視認する者にぎらついた感覚を付与することを回避して、前記太陽電池の外観を良好なものとし高級感を具備させることができる。

さらに、前記太陽電池において、
前記ピッチと、
前記垂直方向から見て前記反射板が前記配列方向となす傾斜角度と、
前記前面板の正面と前記反射板の前記中央線に一致する山部との正面方向における厚みと、
前記ピッチを前記太陽光発電手段の前記配列方向の長さで除した集光倍率と、
前記反射板の全光線反射率と、により定められる所定関数が、前記傾斜角度が０度から９０度まで変化させた場合にとる最大値から１５度を減じた値を下限値とし、前記最大値に１５度を加えた値を上限値として、
前記傾斜角度が前記下限値より大きく前記上限値より小さいこと、
を特徴とすることが好ましい。

ここで、前記所定関数の導出方法及び数値限定の考え方について以下に説明する。入射太陽光の仰角をｚとし、前記前面板の単位領域に入射するフレネル損失を考慮した入射光エネルギーをｉ（ｚ）とすれば、前記反射板である集光用のミラーの任意の傾斜角度をθとして、前記太陽光発電手段を構成する集光素子である前記反射板の、単位ユニットである前記セル一枚あたりにおける両面受光型の前記太陽電池の前記セルに入射する光エネルギーＩ（ｚ，θ）は南中時刻に最適角度となるように設置した前記太陽電池が構成するパネルにおいて、以下に示す数３に示す関係式で表される。なお、前記セルの配置のピッチをＰ、集光倍率をａ、前記集光ミラーの反射率をｒとしている。

数３に従うと、日中に太陽光から降り注ぎ前記セルに到達する光エネルギーの全積分強度Ｉｔｏｔは、以下に示す数４に示す関係式で表される。

また、集光素子すなわち前記反射板が存在しない標準的な太陽電池モジュールにおいて同一モジュール面積あたりに前記セルに到達する光エネルギーの全積分強度Ｉｎｏｃは、以下に示す数５に示す関係式で表される。

従って、光学的な効率をΩ（θ）とするとΩ（θ）は、ＩｔｏｔをＩｎｏｃで除した値となり、数６に示す関係式で表される。

この数６に示す関係式を、前記所定関数として用いることができる。この効率Ω（θ）が最大値を与える角度を前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度φとして選択することで集光効率を最も高められることが解る。実用的には前記太陽電池の住宅や車に対する設置角度や設置方位の制約、外観的な制約も勘案しつつ前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度は定められるため、本発明の前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度φは、上記Ω（θ）が０度から９０度の間で与える最大値θ＝φｍａｘを規準として、以下に示す数７を満足することが好ましい。

なお、数７における１５度の角度は、直達光が多い地域での変換効率を向上させるため、好ましくは１０度とする。さらに、拡散光束を含めた高い変換効率を実現するために最も好ましくは７度とする。また、前記反射板の全光線反射率は、例えば波長が５５０ｎｍにおいての値を用いる。

前記太陽電池によれば、前記反射板を介して反射された太陽光が前記太陽光発電手段の背面に均一に照射されて、前記背面に照射される太陽光の強度が前記背面内の部位によりばらつくことを防止してむらが発生することを防止して、照射される太陽光の強度の偏りに起因する発電効率の低下を招くことを回避することができる。

これに加えて、前記前面板の表面でのスネル側による全反射光も効率よく利用可能となるため、前記太陽電池の前記太陽光発電手段の背面に集光されずに、前記太陽電池の外部に漏れて出てしまう太陽光が、前記太陽電池の住宅又は自動車等における設置方位に依らずに小さく留められ、一年を通じて発電効率を高く保つことができる。

さらに、前記太陽電池によれば、前記太陽光発電手段の背面での背面内の位置毎の太陽光の強度の偏りを小さくすることができるので、集光性を高めることつまり集光化による前記封止材を構成する樹脂の熱劣化が生じることを極力防止することができるので、前記封止材と前記太陽光発電手段との間に剥離が発生することや、クラックが発生することを防止して、不具合が発生することを未然に防止することができ、これにより前記太陽電池を構成するモジュールの耐久寿命を、集光化を図らない通常のモジュールの耐久寿命と同等なものとすることができる。

本発明によれば、より適切に太陽光を反射することができる太陽電池を提供することができる。

本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 従来の太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係わる太陽電池の一実施形態の効果を示す表である。 従来の太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 従来の太陽電池の一実施形態を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係わる太陽電池の一実施形態を示す模式図であり、図２は、本発明に係わる太陽電池の一実施形態を示す模式図である。

図１に示す太陽電池（モジュール）１は、前面板２と、セルストリングス３と、封止材４と、背面板４と、ミラー５とを含んで構成される。

前面板２は、太陽光を透過するガラス材又は合成樹脂等により構成され、太陽光が入射する最外層側の基板を構成する。前面板２のサイズは、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み２ｍｍとしている。ガラス材としては例えば、白板ガラス、耐熱ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラス等の種々のものを用いることができる。また、合成樹脂としては、例えばポリカーボネート樹脂等を用いることができる。

セルストリングス３は、多結晶又は単結晶の結晶シリコンよりなる複数の太陽発電用のセル３ａを、図１中横方向を配列方向として同一のピッチＰここでは３０ｍｍにて配列して、隣接するセル３ａがほぼ等間隔に並列される。これらの複数のここでは三個のセル３ａを複数個直列に接続、より具体的には、幅２ｍｍのニッケルめっきを施した銅インターコネクタをスズ−銀−銅系の鉛フリー半田を用いて半田付けして、図示しない出力端子を引き出した状態において、三直列に接続された複数のセル３ａ及び出力端子を樹脂又はガラス等により上下方向に挟持されることにより、平板状に構成される。セル３ａは、太陽光発電手段を構成する。

セル３ａはｐ型シリコンウェーファーを基板とし、りん拡散とボロン拡散によってｎ層、ｐ層を形成したｎ＋／ｐ／ｐ＋なる接合構造を有するバイフェイシャリティ（正面と背面の両面の発電効率の比率）が０．８５であって、セルサイズが１５ｍｍ×１２５ｍｍ、厚み２００μｍであって表面変換効率が１５．０％である両面受光型のものである。セル３ａの表面には光学薄膜による反射防止加工とテクスチャーリング加工が施されており、セル３ａは、表面反射ロスによる発電量損失を減少させる構造を有している。

ここでは図示しない封止材は、セルストリングス３と前面板２との間、及びセルストリングス３と背面板４との間にそれぞれ封入される封止樹脂フィルムである。封止樹脂フィルムは、例えばＥＶＡ（Ethylene Vinyl Acetate Copolymer：エチレン−酢酸ビニル共重合体）により構成されて、セルストリングス３と前面板２との間の隙間及びセルストリングス３と背面板４との間の隙間に、空隙が生じることを防止するとともに、所定の圧力と温度により、セルストリングス３、前面板２、背面板４のそれぞれとＥＶＡ樹脂を架橋硬化させて、セルストリング３、前面板２、背面板４に対して強固に接合するものである。なお、ＥＶＡの架橋による接合とは、接着剤等の中間材を必要としない接合方法であるが、もちろん接着剤を用いた接合を用いてもよい。

背面板４は、太陽光を透過するとともに、背面側に蛇腹状の波面形状を有するミラー５を接合可能なように構成される。背面板４のサイズは、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み１０ｍｍであって、耐熱ガラス基板の背面側を、ダイヤモンドバイトを用いたエンドミル加工によって削り出し、さらにバフ研磨加工によって表面粗さＲｚ＝０．５μｍとなるように研磨して、セル３ａに対応する光学素子形状の形成された背面板４が作成される。

ミラー５は、蛇腹状の波面形状を有する反射板を構成するものであって、ここでは、背面板４の背面側に、反射膜をスパッタリング加工により厚み１２０ｎｍの膜厚で積層してさらに、積層された反射膜の背面側にオーバーコート層としてアクリル樹脂塗料をコートすることにより構成されて、蛇腹状の波面形状を備えて、前面板２から入射する太陽光を反射するとともにセルストリングス３の備える複数のセル３ａに対して太陽光を集光する機能を備える。

セルストリングス３の複数の太陽発電用のセル３ａは、前面板２から入射されてミラー５により反射された集光された太陽光に基づいて、太陽光発電を行い、図示しない出力端子に所定の電圧を発生する。

セルストリングス３と背面板４とを、隣接するセル３ａの配列方向における中央線Ａと、背面板４の正面方向において最も厚みが薄くなる部分とを一致するように配置して、ミラー５が付着された背面板４と、封止材、セルストリングス３、封止材、前面板２の順序で積層して積み重ねた後、ダイアフラム型真空ドライラミネータにて１３５度、１５分間の熱プレス条件で真空ドライラミネートを行うことにより、太陽電池１は構成される。

図１に示すように、ミラー５は、隣接する二つのセル３ａの配列方向における中央線Ａにおいて山部を構成し、セル３ａの配列方向における中心線Ｂにおいても山部を構成し、中央線Ａと中心線Ｂの配列方向における中間点において谷部を構成する。中央線Ａと中心線Ｂの配列方向における離隔距離はピッチＰの１／２であり、中央線Ａに一致する山部と谷部との配列方向における離隔距離＝中央線山谷ピッチはピッチＰの１／４であり、谷部と中心線Ｂに一致する山部との配列方向における離隔距離＝中心線山谷ピッチはピッチＰの１／４である。

つまり、ミラー５は、図１に示すようなセル３ａの正面方向と配列方向に垂直な垂直方向から見て、ピッチＰの半分の半ピッチ１／２Ｐを一周期として正面側に突出する山部と背面側に窪む谷部を構成して、蛇腹状の波面形状を構成する。

さらに、ミラー５の山部の配列方向における位置を、セル３ａの配列方向における中心線Ｂの位置及び隣接するセル３ａ間の中央線Ａの配列方向における位置と一致させるとともに、中央線Ａに一致する山部に第一Ｒ加工部５ａを形成して、第一Ｒ加工部５ａを構成する第一半径Ｒ１が０．０５ｍｍより大きくピッチＰの１／５である１／５×Ｐより小さいものとし、ここではＲ１＝０．８ｍｍとしている。第一Ｒ加工部５ａの背面板４に対応する溝部分はＲバイトを用いたフライス加工によって形成されている。

本実施例１の太陽電池１によれば、ミラー５の屈曲部位を構成する山部のうち中央線Ａに一致する山部付近に太陽光が入射されても、山部が第一Ｒ加工部５ａを備えていて第一Ｒ加工部５ａを形成する第一半径Ｒ１が０．０５ｍｍより大きくピッチＰの１／５より小さい値としていることに起因して、中央線Ａに位置する山部により太陽光を多重散乱させることを回避することができる。以下に、この多重散乱を防止する効果について図を用いて説明する。図２は、本発明に係わる太陽電池の一実施形態を示す模式図である。図３は、従来の太陽電池の位置実施形態を示す模式図である。

太陽電池１に太陽光が外部から入射されて、前面板２を透過して中心線Ａに位置するミラー５の山部に到達した場合に、第１Ｒ加工部５ａを備えていない鋭角形状を有する山部に太陽光が入射した場合には回折効果により反射光が広範囲に反射してしまうところを、図２に示すように、山部が上述した数値範囲の第一Ｒ加工部５ａを備えて山部における回折をなるべく小さなものとして、入射光Ｌ１に対して反射光Ｌ２〜Ｌ４が広範囲の多方向に散乱することを防止して、外部からの視認者に対して縞状に光り輝いて外観を損ねることを防止し、太陽電池１を搭載した住宅や自動車の商品性を高めることができる。

さらに、本実施例１の太陽電池１のミラー５の配列方向における山部と谷部の間に形成される平面に対して浅い角度で太陽光が入射する場合でも、図３に示すような谷部をセル３ａの中心線Ｂに一致させる従来技術においては、ミラー５により反射された太陽光がセル３ａの背面に集光されずに、ミラー５の有する山部と谷部の間に位置するＶ字を構成する二の反射面により反射されて、正面側から見てセル３ａが位置していない部分に位置する前面板２を介して外部に漏れて出て、所謂損失光が発生することを回避することができる。つまり、太陽電池１に浅い角度で太陽光が照射された場合でも、集光性能を高めて発電効率を高めることができる。

更には第１Ｒ加工部５ａが上記のＲ値とされているため、図１２に示す如く、セルをまたいでモジュール外に逃げる損失光や、図１３に示す如く全反射条件を満たせずにモジュール外に逃げる損失光も最小限に留められる。

また、本実施例１の太陽電池１によれば、太陽電池１がバイフェリシャリティの高い両面受光型のものであって、セル３ａの配列方向における中心線Ｂの真下つまり背面側に、ミラー５の山部を位置させ、背面板４の正面方向の厚みが最も薄い部分を位置させているので、太陽電池１を外部から視認した場合に、ミラー５にセル３ａの背面が裏映りする効果によって黒色の外観を視認させることを導いて、太陽電池１を外部から視認する者がぎらついた感覚を知覚することを防止して、太陽電池１の外観を良好なものとし高級感を具備させることができる。

なお、第一Ｒ加工部５ａを構成する第一半径Ｒ１の数値限定は、上述した０．０５ｍｍより大きくピッチＰの１／５未満とすることに換えて、０．１０ｍｍより大きくピッチＰの１／８未満とすることが好ましい。さらに、０．１５ｍｍより大きくピッチＰの１／１５未満とすることが好ましい。このことにより第一Ｒ加工部５ａを蛇腹状の波面形状を有するミラー５に加工するにあたっての加工性を高めることができる。

上述した実施例１においては、中央線Ａに位置する山部と谷部との配列方向の離隔距離である中央線山谷ピッチと、中心線Ｂに位置する山部と谷部との配列方向の離隔距離である中心線山谷ピッチを、ともに１／４Ｐとして等しくしたが、実施例１においては、以下の問題が残る。以下この問題について図を用いて説明する。図４は本発明に係わる太陽電池の一実施形態を示す模式図である。

図４に示すように、セル３ａの中心線Ｂに山部を位置させた場合に、この山部の右側に隣接する谷部との間に形成される右上に指向する反射面に太陽光が入射された場合、つまり、入射光束が前面板２、背面板４を透過しては浅い角度で入射した場合には、反射面が右上又は左上に指向しており、この反射面がセル３ａの中心線Ｂから両側端を越える範囲にわたって延在されていることから、反射光束はセル３ａの背面には誘導されずに、背面板４、前面板２を透過して、外部に出て漏れることとなり、損失光となる。そこで、中央線山谷ピッチと中心線山谷ピッチとの寸法関係を変更することにより、損失光を削減して集光性能を高めることができる。以下それについての実施例２について述べる。

図５は、本発明に係わる太陽電池の一実施形態を示す模式図であり、図６は、本発明に係わる太陽電池の一実施形態を示す模式図である。図７は、本発明に係わる太陽電池の一実施形態による作用効果を示す模式図であり、図８は、本発明に係わる太陽電池の一実施形態による作用効果を示す模式図である。

図５に示す太陽電池（モジュール）２１は、前面板２と、セルストリングス３と、封止材４と、背面板４と、ミラー５とを含んで構成される。各構成要素の基本的構成は実施例１に示したものと同等であるため、重複する説明は割愛し、実施例１との相違点のみ詳細に説明する。

図５に示すように、ミラー５の形成する山部は、隣接するセル３ａの配列方向における中央線Ａと、セル３ａの配列方向における中心線Ｂに一致するように形成され、谷部は隣接する山部の間に位置するように配列される。さらに、中心線Ｂに位置する山部と谷部との配列方向の離隔距離である中心線山谷ピッチＱ１＝５．０ｍｍを、中央線Ａに位置する山部と谷部との配列方向の離隔距離である中央線山谷ピッチＱ２＝１０．０ｍｍよりも大きくして、谷部を中央線Ａよりも中心線Ｂに近接するように、中央線Ａと中心線Ｂとの中間点から偏心させる。

さらに、図５に示すように、ミラー５の形成する谷部は、第二Ｒ加工部５ｂを備えており、第二Ｒ加工部５ｂを構成する第二半径Ｒ２＝１．７ｍｍは、第一Ｒ加工部５ａを構成する第一半径Ｒ１＝１．０ｍｍよりも大きくする。

以上述べた本実施例２の太陽電池２１によれば、実施例１に示したものと同様に、第一Ｒ加工部５ａを備えることにより、図７に示すように、山部による反射光が散乱することを防止して、図８に示すように、縞状輝線が発生することを極力防止することができる。これに加えて、本実施例２の太陽電池２１によれば、さらに以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、入射された太陽光が第一半径Ｒ１より大きい第二半径Ｒ２により構成される第二Ｒ加工部５ｂを備える谷部に到達した場合に谷部により散乱反射されることを防止して、反射された太陽光の指向方向がセル３ａの背面に指向する方向により効果的に変換されることとすることができる。

さらに、図４に示した実施例１におけるミラー５の、セル３ａの中心線Ｂに位置する谷部と隣接する山部との間に形成される第二の反射面５ｄが右上又は左上に指向する反射面を形成して、その延在範囲がセル３ａの中心線Ｂの両側からセル３ａの両側端を越えていることに起因して、浅い角度で入射した太陽光が反射されてセル３ａの背面に誘導されずに、背面板４及び前面板２を透過して外部に出てしまうことを、本実施例２においては第二の反射面５ｄの延在範囲の両端を、中心線山谷ピッチＱ１＜中央線山谷ピッチＱ２とすることにより、セル３ａの両側端より中心線Ｂに近接させて位置させることにより、図４に示したような浅い角度で入射された太陽光、つまり図６に示すような光束Ｂに示すように、セル３ａの背面により効果的に誘導することができる。

加えて、中央線Ａに一致する山部と隣接する谷部との間に形成される第一の反射面５ｃの配列方向に対してなす角度が図４に示した第一の反射面５ｃよりも浅い角度とすることができるので、図６に示すような中央線Ａに隣接する第一の反射面５ｃに入射した光束Ａを、中心線Ｂに隣接する反射面に誘導して、中心線Ｂに隣接する第二の反射面５ｄにより反射して、二重反射構成によりセル３ａの背面に誘導し導くことができる。

このことにより、本実施例２の太陽電池２１を外部から斜めに視認した場合に、太陽電池２１を外部から視認する者にぎらついた感覚を付与することを回避して、太陽電池２１の外観を良好なものとし高級感を具備させることができる。

つまり、本実施例２の太陽電池２１によれば、朝方や夕暮れ時、冬場等の浅い角度で入射される太陽光をより効果的にセル３ａの背面に集光することができるため、一日及び四季を通じてより高い集光性能と発電効率を維持して確保することを可能とすることができる。さらに、太陽電池２１における発電量の時間推移、季節推移における積分強度を高めて、エネルギー効率を高めることができる。

さらに、本実施例２の太陽電池２１によれば、配列方向にピッチＰにおいて配列される複数のセル３ａの間隔すなわちピッチＰを実施例１に比較してより大きくすることとしても、入射された太陽光が山部により散乱反射されることを防止し、谷部や第二の反射面５ｄにより反射されてセル３ａの背面に集光されずに外部に漏れて出てしまうことを防止することができる。これにより、損失光を発生することを極力防止して、集光倍率及び集光性能をともに高めて、太陽電池２１を正面から見た場合のセル３ａの投影面積の太陽電池２１全体の投影面積に対して占有する割合を低減して、太陽電池２１そのものの低コスト化を図ることもできる。

上述した実施例２においては、中央線Ａに隣接する第一の反射面５ｃの配列方向に対する傾斜角度について規定していないが、この傾斜角度を数値限定することとしてもよい。以下それについての実施例３について述べる。

図９は、本発明に係わる太陽電池の一実施形態を示す模式図であり、図１０は、本発明に係わる太陽電池の一実施形態を示す模式図である。

図９に示す太陽電池（モジュール）３１は、前面板２と、セルストリングス３と、封止材４と、背面板４と、ミラー５とを含んで構成される。各構成要素の基本的構成は実施例２に示したものと同等であるため、重複する説明は割愛し、実施例２との相違点のみ詳細に説明する。

図９に示すように、ミラー５は、太陽光の波長が５５０ｎｍにおける全光線反射率がｒであり、セル３ａの配列方向のセル幅がｘであり、ピッチＰをセル幅ｘで除した集光倍率がａ＝Ｐ／ｘであり、前面板の正面からミラー５の山部までの正面方向の厚みがｔであるものとする。さらに、図１０に示すように、ミラー５の中央線Ａに隣接する第一の反射面５ｃの、破線で示す配列方向に対する傾斜角度をφとし、この傾斜角度φをθとして所定関数Ωを数６で示すように定義する。

この数６で定義される所定関数Ωが、θを０度から９０度に変化させた場合に上に凸の変極点を有して最大値Ωｍａｘをとる場合に、この最大値Ωｍａｘを用いて、φを数７に示すように、数値限定することとする。

すなわち、傾斜角度φを最大値Ωｍａｘから１５度を減じた値以上で、最大値Ωｍａｘ
に１５度を加えた値以下とする。なお、１５度という値はより好ましくは１０度とし、更に好ましくは７度とする。

本実施例３に示した太陽電池３１によれば、実施例２に示したものと同様の作用効果を得ることに加えて、さらに以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、ミラー５を介して反射された太陽光がセル３ａの背面に均一に照射されることを導いて、セル３ａの背面に照射される太陽光の強度が背面内の部位によりばらついて強度のむらが発生することを防止して、照射される太陽光の強度の偏りに起因するセル３ａひいては太陽電池３１全体の発電効率の低下を招くことを予め回避することができる。

さらに、前面板２の表面でのスネル側による全反射光も効率よく利用可能となるため、太陽電池３１のセル３ａの背面に集光されずに、太陽電池３１の外部に漏れて出ることとなる太陽光が、太陽電池３１が適用される住宅の屋根上又は自動車のルーフ等における設置方位に依らずに小さく留められ、一年を通じて発電効率を高く保つことができる。

加えて、太陽電池３１によれば、セル３ａの背面での背面内の位置毎の太陽光の強度の偏りを小さくすることができるので、集光性を高めることつまり集光化による封止材を構成する樹脂の熱劣化が生じることを極力防止することができる。

このため、封止材とセル３ａとの間に剥離が発生することや、クラックが発生することを防止して、太陽電池３１内部における不具合が発生することを未然に防止することができる。このことにより、太陽電池３１を構成するモジュールの耐久寿命を、集光化が図られていない従前のモジュールの耐久寿命と同等なものとし、集光化をより有利に実行することができる。

以下に上述した実施例１〜２と従来技術である比較例１〜３の相互間を比較して、太陽光照射下における正面及び斜めからの太陽電池を構成するモジュールの外観と、有効な発電エリアである９０ｍｍ×１２５ｍｍにおける、ソーラーシミュレータにより見積もった発電効率を図１１の表に示す。

なお、比較例１〜３については、以下に述べる諸元を有する。比較例１は、実施例１と同一のセルストリングス３を用いて、セル３ａの中心線Ｂに対して背面板４の山部の配列方向におけるずれ量が７ｍｍとしたものである。

比較例２は、実施例１と同一のセルストリングス３を用いて、第一Ｒ加工部５ａの第一半径Ｒ１をピッチＰ＝３０ｍｍの１／５である６ｍｍを超える８．０ｍｍとし、谷部に第二Ｒ加工部５ｂを設けて第二Ｒ加工部５ｂを構成する第二半径Ｒ２を８．０ｍｍとして、Ｒ２＞Ｒ１の条件が成立しないものとしている。

比較例３は、実施例２と同一のセルストリングス３を用いて、背面板４の最も厚みが厚くなる点が、セル３ａの中心線Ｂではなく、隣接するセル３ａの中央線Ａに接近するように偏在させて、中央線山谷ピッチＱ１＝５．０ｍｍ、中心線山谷ピッチＱ２＝１０．０ｍｍとして、中央線山谷ピッチＱ１＞中心線山谷ピッチＱ２の条件が成立しないものとしている。

図１１の表に示すように、モジュール外観において、正面の外観においては実施例１及び実施例２はともに、比較例１〜３に較べて極めて良好な結果を示し、斜め外観においても、比較例１〜３に較べて概ね良好な結果を示しており、特に実施例２においてぎらつき間を抑制する効果が高いことを示している。縞状輝線の発生においても、実施例１及び実施例２はともに、比較例１〜３に較べて縞状輝線の発生を抑制することができており、特に、実施例２において縞状輝線を抑制する効果が高いことを示している。

ソーターシミュレータによる発電効率すなわち変換効率においても、実施例１及び実施例２はともに、比較例１〜３に較べて良好な発電効率を実現することができており、特に実施例２においては、より高い発電効率を実現することができている。

以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。

例えばピッチＰ方向にだけすき間を設け、一次元的に集光する態様だけでなく、ピッチＰと垂直な方向（図１における紙面の法線方向）に対してもピッチＰ２ですき間を設け、二次元的に集光を行いセルの利用効率を高める態様であっても良い。

本発明は、太陽電池に関するものであり、比較的軽微な変更により、より適切に太陽光を反射することができる太陽電池を提供して、太陽電池の発電効率を向上するとともに、太陽電池及び太陽電池が搭載される住宅や自動車の商品性を高めることができるので、産業上様々な分野に用いられる太陽電池に適用して有益なものである。

１ 太陽電池（モジュール）
２ 前面板
３ セルストリングス
３ａ セル（太陽光発電手段）
４ 背面板
５ ミラー（反射板、４＋５：反射手段）
５ａ 第一Ｒ加工部
２１ 太陽電池（モジュール）
５ｂ 第二Ｒ加工部
３１ 太陽電池（モジュール）

さらに、前記太陽電池において、
前記ピッチと、
前記垂直方向から見て前記反射板が前記配列方向となす傾斜角度と、
前記前面板の正面と前記反射板の前記中央線に一致する山部との正面方向における厚みと、
前記ピッチを前記太陽光発電手段の前記配列方向の長さで除した集光倍率と、
前記反射板の全光線反射率と、により定められる所定関数が、前記傾斜角度が０度から９０度まで変化させた場合にとる最大値における前記傾斜角度の値から１５度を減じた値を下限値とし、前記最大値における前記傾斜角度の値に１５度を加えた値を上限値として、
前記傾斜角度が前記下限値より大きく前記上限値より小さいこと、
を特徴とすることが好ましい。

数３に従うと、日中に太陽光から降り注ぎ前記セルに到達する光エネルギーの全積分強度Ｉｔｏｔは、以下に示す数４に示す関係式で表される。

また、集光素子すなわち前記反射板が存在しない標準的な太陽電池モジュールにおいて同一モジュール面積あたりに前記セルに到達する光エネルギーの全積分強度Ｉｎｏｃは、以下に示す数５に示す関係式で表される。

この数６に示す関係式を、前記所定関数として用いることができる。この効率Ω（θ）が最大値を与える傾斜角度θの値φｍａｘを前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度φとして選択することで集光効率を最も高められることが解る。実用的には前記太陽電池の住宅や車に対する設置角度や設置方位の制約、外観的な制約も勘案しつつ前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度は定められるため、本発明の前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度φは、上記Ω（θ）が０度から９０度の間で与える最大値Ωｍａｘにおける傾斜角度θ＝値φｍａｘを規準として、以下に示す数７を満足することが好ましい。

なお、数７における１５度の角度は、直達光が多い地域での変換効率を向上させるため、好ましくは１０度とする。さらに、拡散光束を含めた高い変換効率を実現するために最も好ましくは７度とする。また、前記反射板の全光線反射率は、例えば波長が５５０ｎｍにおいての値を用いる。

この数６で定義される所定関数Ωが、θを０度から９０度に変化させた場合に上に凸の変極点を有して最大値Ωｍａｘをとる場合に、この時の傾斜角度θ＝値φｍａｘを用いて、φを数７に示すように、数値限定することとする。

すなわち、傾斜角度φを値φｍａｘから１５度を減じた値以上で、値φｍａｘに１５度を加えた値以下とする。なお、１５度という値はより好ましくは１０度とし、更に好ましくは７度とする。

ソーラーシミュレータによる発電効率すなわち変換効率においても、実施例１及び実施例２はともに、比較例１〜３に較べて良好な発電効率を実現することができており、特に実施例２においては、より高い発電効率を実現することができている。

さらに、前記太陽電池において、
前記ピッチと、
前記垂直方向から見て前記反射板が前記配列方向となす傾斜角度と、
前記前面板の正面と前記反射板の前記中央線に一致する山部との正面方向における厚みと、
前記ピッチを前記太陽光発電手段の前記配列方向の長さで除した集光倍率と、
前記反射板の全光線反射率と、により定められる数６に示す所定関数が、前記傾斜角度が０度から９０度まで変化させた場合にとる最大値における前記傾斜角度の値から１５度を減じた値を下限値とし、前記最大値における前記傾斜角度の値に１５度を加えた値を上限値として、
前記傾斜角度が前記下限値より大きく前記上限値より小さいこと、
を特徴とすることが好ましい。

数３に従うと、日中に太陽光から降り注ぎ前記セルに到達する光エネルギーの全積分強度Ｉｔｏｔは、以下に示す数４に示す関係式で表される。

また、集光素子すなわち前記反射板が存在しない標準的な太陽電池モジュールにおいて同一モジュール面積あたりに前記セルに到達する光エネルギーの全積分強度Ｉｎｏｃは、以下に示す数５に示す関係式で表される。

この数６に示す関係式が、前記所定関数である。この効率Ω（θ）が最大値を与える傾斜角度θの値φｍａｘを前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度φとして選択することで集光効率を最も高められることが解る。実用的には前記太陽電池の住宅や車に対する設置角度や設置方位の制約、外観的な制約も勘案しつつ前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度は定められるため、本発明の前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度φは、上記Ω（θ）が０度から９０度の間で与える最大値Ωｍａｘにおける傾斜角度θ＝値φｍａｘを規準として、以下に示す数７を満足することが好ましい。

この数６で定義される所定関数Ωが、θを０度から９０度に変化させた場合に上に凸の変極点を有して最大値Ωｍａｘをとる場合に、この時の傾斜角度θ＝値φｍａｘを用いて、φを数７に示すように、数値限定することとする。

Claims (4)

1. 前面板と、前記前面板の背面側に位置して所定のピッチで配列方向に配列された太陽光発電手段と、前記太陽光発電手段の背面に太陽光を反射する反射手段とを含み、前記反射手段が反射板と背面板を含み、前記反射板が、前記太陽光発電手段の正面方向と前記配列方向に垂直な垂直方向から見て、前記ピッチの半分の半ピッチを一周期として前記正面側に突出する山部と前記背面側に窪む谷部を構成し、前記太陽光発電手段の前記配列方向における中心線の位置及び隣接する前記太陽光発電手段間の中央線の前記配列方向における位置を前記山部の前記配列方向における位置と一致させて、前記中央線に一致する前記山部に第一Ｒ加工部を形成して、前記第一Ｒ加工部を構成する第一半径が０．０５ｍｍより大きく前記ピッチの１／５より小さいことを特徴とする太陽電池。
2. 前記垂直方向から見て、前記中心線と一致する前記山部と隣接する前記谷部との前記配列方向における間隔である中心線山谷ピッチに比べて、前記中央線と一致する前記山部と隣接する前記谷部との前記配列方向における間隔である中央線山谷ピッチが大きいことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記中心線に一致する前記山部と隣接する前記谷部に第二Ｒ加工部を形成するとともに、前記第二Ｒ加工部を構成する第二半径が前記第一半径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
4. 前記ピッチと、前記垂直方向から見て前記反射板が前記配列方向となす傾斜角度と、前記前面板の正面と前記反射板の前記中央線に一致する山部との正面方向における厚みと、前記ピッチを前記太陽光発電手段の前記配列方向の長さで除した集光倍率と、前記反射板の全光線反射率とにより定められる所定関数が、前記傾斜角度が０度から９０度まで変化させた場合にとる最大値から１５度を減じた値を下限値とし、前記最大値に１５度を加えた値を上限値として、前記傾斜角度が前記下限値より大きく前記上限値より小さいことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の太陽電池。