JP2010263209A

JP2010263209A - 太陽エネルギーモジュール

Info

Publication number: JP2010263209A
Application number: JP2010103474A
Authority: JP
Inventors: Ruei-Tang Chen; 瑞堂陳; Gan-Lin Hwang; ▲カン▼麟黄; Ping Yuan Tsai; 坪芫蔡; Lik-Hang Chau; 力行周
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: JP5352526B2

Abstract

【課題】太陽エネルギーモジュールを提供する。
【解決手段】太陽エネルギーモジュールが提供され、少なくとも一つの光拡散層と、光拡散層に隣接する複数の導光層と、からなる基板と、基板の側面上に設置されるソーラーチップと、からなる。太陽光が基板に進入し、光拡散層により拡散し、拡散された太陽光は、光拡散層と導光層の界面により反射すると共に、ソーラーチップにより収集される。太陽光の一部は導光層に進入し、導光層の界面により反射し、反射した光はソーラーチップにより収集される。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽エネルギーモジュールに関するものであって、特に、太陽光の一部を通過させることができる太陽エネルギーモジュールに関するものである。

公知の太陽エネルギー技術中、公知の太陽エネルギーモジュールは、通常、家やビルの屋根、或いは、外壁に設置される。しかし、公知の太陽エネルギーモジュールは透明度が低いので、窓としての使用が妨げられる。

本発明は、太陽エネルギーモジュールを提供することを目的とする。

本発明の太陽エネルギーモジュールの具体例は、少なくとも一つの光拡散層と、光拡散層に隣接する複数の導光層と、からなる基板と、基板の側面上に設置されるソーラーチップと、からなる。太陽光が基板に進入し、光拡散層により拡散し、拡散された太陽光は、光拡散層と導光層の界面か、或いは、複合層により反射すると共に、ソーラーチップにより収集される。太陽光の一部は導光層に進入し、導光層の界面により反射し、反射した光はソーラーチップにより収集される。

導光層は、アクリル材料、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリイミド、シリコン樹脂、或いは、ガラスからなる。

光拡散層は、アクリル材料、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリイミド、或いは、シリコン樹脂からなる。

光拡散層は、光散乱粒子からなる。

光拡散層は、異なる屈折率の二材料の混合材料からなる。

光拡散層は、光複合構造である。

好ましくは、前記基板の表面のうち、太陽光が進入する面と反対側の面の表面に、熱絶縁層が形成されている。

熱絶縁層は太陽光に対し高い反射率を有する。

本発明の太陽エネルギーモジュールにより、太陽光の一部を通過させることができる。

本発明の太陽エネルギーモジュールを示す図である。本発明の太陽エネルギーモジュールの基板の光拡散層を示す図である。光拡散層と導光層により太陽光をソーラーチップに導引することを説明する図である。

図１を参照すると、太陽エネルギーモジュール１０００は、基板１００と、基板１００の側面上に位置するソーラーチップ７０と、からなる。基板１００は、光拡散層１０と導光層２０、３０、及び、４０、からなる。太陽光Ｌは、光拡散層１０に進入する。図２は、光拡散層１０の更に詳細な構造を示す。光散乱粒子１２は、光拡散層１０中に分布する。太陽光Ｌが光拡散層１０に進入する時、太陽光は光散乱粒子１２により散乱する。散乱した光は、光拡散層１０の界面により反射して、ソーラーチップ７０により収集される。粒子１２は、好ましくは透明であるが、光拡散層１０の材料と異なる屈折率を有してもよい。

図３で示されるように、太陽光Ｌの一部は光拡散層１０を通過して、導光層２０に進入する。光拡散層１０の屈折率は、導光層２０、３０、及び、４０と異なるため、太陽光が導光層２０に進入するとき、太陽光が屈折し、屈折した光は、導光層２０の界面により反射し、ソーラーチップ７０により収集される。

導光層２０、３０、及び、４０は、アクリル材料、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリイミド、シリコン樹脂、或いは、ガラスからなる。光拡散層は、アクリル材料、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリイミド、或いは、シリコン樹脂からなる。

熱絶縁層は、好ましくは、導光層４０上に形成される。熱絶縁層は、太陽光に対し高い反射率を有し、太陽光の一部を通過させる。導光層２０、３０、及び、４０を通過する太陽光は、熱絶縁層により反射することにより、ソーラーチップ７０により収集されるため、ソーラーチップ７０の効果が増大する。

一般に、基板１００は四個の側面を有する。ソーラーチップ７０は、基板１００の一つ、二つ、三つ、或いは、四つの側面上に設置される。ソーラーチップ７０が、基板１００の二つ、或いは、三つの側面上に設置される時、反射層が、基板１００の他の側面上に形成される。

ソーラーチップは、III−V族ソーラーチップ、単結晶シリコンソーラーチップ、多結晶シリコンソーラーチップ、或いは、CIGSソーラーチップで構成することができる。

基板１００の透明度は５〜８５％なので、太陽光は基板１００を通過することができる。本発明の太陽エネルギーモジュールは、ビルの窓に適用することができ、これにより、ビルの中から外の風景を見ることを可能とすることができる。

具体例の光拡散層は、本具体例中、太陽光Ｌの照射を受ける第一層１０中にあるが、光拡散層は第二層２０、第三層３０、或いは、第四層４０中に位置してもよく、或いは、基板１００が複数の光拡散層を有してもよい。

太陽エネルギーモジュールの二つのテスト例が記述される。

テスト例Ａは、厚さ１４ｍｍ、長さ１７０ｍｍ、ヘイズ８１、透明度４５％の正方形の光拡散板からなる。効率１４％のソーラーチップが、光拡散板の側面の７２ｃｍ^２の領域に装着される。ソーラーモジュールの収集効率は１．６６％である。

テスト例Ｂは、厚さ３ｍｍ、長さ１７０ｍｍ、ヘイズ２３、透明度８３％の正方形の光拡散板からなる。光拡散板は、厚さ５ｍｍの二枚のガラス板により挟まれる。効率１４％のソーラーチップが、光拡散板の側面の７２ｃｍ^２の領域に装着される。ソーラーモジュールの収集効率は１．３６％である。

いくつかの例が以下に示される。本例中のパラメータを変化させて、ソーラーセルの効率がパラメータによりどのように影響されるかを示す。

実施例１：
基板は、一つの光拡散層のみからなり、導光層を有さないものとする。光拡散層は、長さ８１ｍｍ、幅８１ｍｍ、厚さ１４ｍｍ、及び、ヘイズ５．７のアクリル板である。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例１と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例２：
基板は、一つの光拡散層のみからなり、導光層を有さないものとする。光拡散層は、長さ８１ｍｍ、幅８１ｍｍ、厚さ１４ｍｍ、及び、ヘイズ１１．３８のアクリル板である。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例２と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例３：
基板は、一つの光拡散層のみからなり、導光層を有さないものとする。光拡散層は、長さ８１ｍｍ、幅８１ｍｍ、厚さ１４ｍｍ、及び、ヘイズ３８．７のアクリル板である。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例３と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例４：
基板は、一つの光拡散層のみからなり、導光層を有さないものとする。光拡散層は、長さ８１ｍｍ、幅８１ｍｍ、厚さ１４ｍｍ、及び、ヘイズ７８．７７のアクリル板である。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例４と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例５：
基板は、一つの光拡散層のみからなり、導光層を有さないものとする。光拡散層は、長さ１６８ｍｍ、幅１６８ｍｍ、厚さ１４ｍｍ、及び、ヘイズ３６．５６のアクリル板である。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例５と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例６：
基板は、一つの光拡散層のみからなり、導光層を有さないものとする。光拡散層は、長さ１６８ｍｍ、幅１６８ｍｍ、厚さ１４ｍｍ、及び、ヘイズ８１．８８のアクリル板である。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例６と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例１〜６で、基板は一つの光拡散層のみ有し、導光層を有さない。以下の実施例では、導光層を有する。

実施例７：
基板は、一つの光拡散層（ポリカーボネート層）と、光拡散層上に位置する一つの導光層（アクリル板）からなる。光拡散層は、長さ８１ｍｍ、幅８１ｍｍ、厚さ３ｍｍ、及び、ヘイズ５０．２６である。導光層は、厚さ１４ｍｍである。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例７と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例８：
基板は、一つの光拡散層（ポリカーボネート層）と、光拡散層上に位置する一つの導光層（ガラス板）からなる。光拡散層は、長さ１６８ｍｍ、幅１６８ｍｍ、厚さ３ｍｍ、及び、ヘイズ３６．０５である。導光層は、厚さ１０ｍｍである。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例８と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例９：
基板は、一つの光拡散層（ポリカーボネート層）と、光拡散層上に位置する一つの導光層（ガラス板）からなる。光拡散層は、長さ１６８ｍｍ、幅１６８ｍｍ、厚さ３ｍｍ、及び、ヘイズ５０．２６である。導光層は、厚さ１０ｍｍである。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例９と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例９ａ：
基板は、一つの光拡散層（ポリカーボネート層）と、光拡散層上に位置する一つの導光層（ガラス板）からなる。光拡散層は、長さ１６８ｍｍ、幅１６８ｍｍ、厚さ３ｍｍ、及び、ヘイズ５０．２６である。導光層は、厚さ１０ｍｍである。ホワイトスクリーンが光拡散層の真下に配置され、窓ガラス後方にカーテンをする効果をシミュレートする。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。

以下の実施例では、一光拡散層の他に、光拡散層の上下両面に、それぞれ、一導光層を設置する。

実施例１０：
基板は、一つの光拡散層（ポリカーボネート層）と、光拡散層を挟む二つの導光層（ガラス板）からなる。光拡散層は、長さ１６８ｍｍ、幅１６８ｍｍ、厚さ３ｍｍ、及び、ヘイズ１５．１８である。導光層は、厚さ５ｍｍである。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例１０と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例１１：
基板は、一つの光拡散層（ポリカーボネート層）と、光拡散層上を挟む二つの導光層（ガラス板）からなる。光拡散層は、長さ１６８ｍｍ、幅１６８ｍｍ、厚さ３ｍｍ、及び、ヘイズ３６．０５である。導光層は、厚さ５ｍｍである。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例１１と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例１２：
基板は、一つの光拡散層（ポリカーボネート層）と、光拡散層を挟む二つの導光層（ガラス板）からなる。光拡散層は、長さ１６８ｍｍ、幅１６８ｍｍ、厚さ３ｍｍ、及び、ヘイズ５０．２６である。導光層は、厚さ５ｍｍである。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例１２と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例１３：
基板は、一つの光拡散層（ポリカーボネート層）と、光拡散層を挟む二つの導光層（ガラス板）からなる。光拡散層は、長さ１６８ｍｍ、幅１６８ｍｍ、厚さ３ｍｍ、及び、ヘイズ４３．７７である。導光層は、厚さ５ｍｍである。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。実施例１３と同じ寸法を有し、完全に透明な公知の市販のアクリル板を対照例とした。効率は以下の通りである。

実施例１４：
基板は、一つの光拡散層（ポリカーボネート層）と、光拡散層を挟む二つの導光層（ガラス板）からなる。光拡散層は、長さ２７５ｍｍ、幅２２０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、及び、ヘイズ２０．１３である。導光層は、厚さ５ｍｍである。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。効率は以下の通りである。

実施例１４ａ：
基板は、一つの光拡散層（ポリカーボネート層）と、光拡散層を挟む二つの導光層（ガラス板）からなる。光拡散層は、長さ２７５ｍｍ、幅２２０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、及び、ヘイズ２０．１３である。導光層は、厚さ５ｍｍである。ホワイトスクリーンが光拡散層の真下に配置され、窓ガラス後方にカーテンをする効果をシミュレートする。ソーラーセルは基板の４つの側面に装着される。効率は以下の通りである。

実施例１〜４で、効率はヘイズの増加により増加する。実施例３と５で、基板面積が大きいと、効率は低い。実施例５と実施例８で、多層構造は、ヘイズが近似で、単層構造より更に効率がよい。

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を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、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色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。

１０光拡散層
１２光散乱粒子
２０，３０，４０導光層
７０ソーラーチップ
１００基板
１０００太陽エネルギーモジュール
Ｌ太陽光

Claims

太陽エネルギーモジュールであって、
少なくとも一つの光拡散層と、光拡散層に隣接する複数の導光層と、からなり、透明度が５％〜８５％である基板と、
前記基板の側面上に設置されるソーラーチップと、
からなり、
太陽光が前記基板に進入し、前記光拡散層により拡散し、拡散された太陽光は、前記光拡散層と前記導光層の界面により反射すると共に、前記ソーラーチップにより収集され、太陽光の一部は前記導光層に進入し、前記導光層の界面により反射し、反射した光は前記ソーラーチップにより収集されることを特徴とする太陽エネルギーモジュール。
前記導光層は、アクリル材料、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリイミド、シリコン樹脂、或いは、ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギーモジュール。
前記光拡散層は、アクリル材料、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリイミド、或いは、シリコン樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽エネルギーモジュール。
前記光拡散層は、光散乱粒子からなることを特徴とする請求項３に記載の太陽エネルギーモジュール。
前記光拡散層は、異なる屈折率の二材料の混合材料からなることを特徴とする請求項３に記載の太陽エネルギーモジュール。
前記光拡散層は、光複合構造であることを特徴とする請求項３に記載の太陽エネルギーモジュール。
前記基板の表面のうち、太陽光が進入する面と反対側の面の表面に、熱絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の太陽エネルギーモジュール。
前記熱絶縁層は太陽光に対し高い反射率を有することを特徴とする請求項７に記載の太陽エネルギーモジュール。
前記ソーラーチップは、III−V族ソーラーチップ、単結晶シリコンソーラーチップ、多結晶シリコンソーラーチップ、或いは、CIGSソーラーチップであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の太陽エネルギーモジュール。
前記ソーラーチップは前記基板の四個の側面上に設置されることを特徴とする請求項９に記載の太陽エネルギーモジュール。
前記ソーラーチップは前記基板の三個の側面上に設置されることを特徴とする請求項９に記載の太陽エネルギーモジュール。
前記ソーラーチップは前記基板の二個の側面上に設置されることを特徴とする請求項９に記載の太陽エネルギーモジュール。
前記ソーラーチップは前記基板の一個の側面上に設置されることを特徴とする請求項９に記載の太陽エネルギーモジュール。
前記基板の、前記ソーラーチップが設置されていない側面上には、反射層が形成されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の太陽エネルギーモジュール。