JP2011003561A - 太陽光発電装置、その製造に用いられる太陽光パネル及び太陽光発電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】
エネルギー変換効率の高い太陽光発電装置、及びその装置で用いられる太陽光発電パネル及び発電モジュールを提供する。
【解決手段】
使用する発電セルの間に透光領域Ｚ_ｔを設け、その面積がモジュール面積の１０%以上、５０%以下と成るようにした、両面型発電モジュール、又は片面型発電モジュールを用いる。
両面型発電モジュールは、基板の表裏に発電セルを設けたものであり、これを用いるときはモジュールの後背部に反射部材を設ける。
片面型発電モジュールを使用する場合は、その後背部に光散乱層を介して従来公知の発電モジュールを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、飛躍的に発電効率が高められた太陽光発電装置、その発電装置で用いられる太陽光発電パネル、その太陽光発電パネルを製作するために用いられる太陽光発電モジュールに関するものである。

本明細書において用いられる技術用語の内、太陽光発電モジュール、太陽光発電パネル、太陽光発電装置については以下の定義によるものとする。
太陽光発電モジュールとは、複数の発電セル、即ち、各種の電極層、光電変換層等から成る光電変換素子を直列に接続し、封止材で封止、固定したものを言う。
太陽光発電パネルとは、上記太陽光発電モジュールの表面を保護材で被覆したものを言う。
太陽光発電装置とは、太陽光発電パネルを他の部材と組み合わせて実用的な発電装置としたものを言う。
更に以下の説明においては、煩を避けるため、これらを夫々発電モジュール、発電パネル及び発電装置と言うこととする。

従来公知の発電セルは、１枚の透明基板の一面に各種電極層、光電変換層などを積層して成る光電変換素子を具備するものであり、その光電変換素子が設けられた面のみを受光面とする片面受光型のものであった。
又、従来の発電モジュールは、多数のセルをできるだけ稠密に配置する必要があるため、相互に短絡が生じない程度の最小間隙を介して配置されていた。
又、セルの形も一般的には正方形であった。

発電素子に関しては、熾烈な変換効率改善競争が行われており、種々な原理、構成のものが提案されているが、セルの構成ではなく、その利用方法を改良して発電効率を高める提案はなされていない。

特開２００９−１１１２２

特開２００９‐１６５５６

本発明は、セルそのものの改良ではなく、その利用方法を改良して、発電装置の変換効率を総合的高めようとするものである。

本発明は、発電モジュール又はパネルを改良し、セルを基板の表裏両面に配置したり、２枚のセルを上下２枚の基板上に配置したりして、発電パネルの一方の表面、即ち受光面側からのみ太陽光を受ける場合でも、直接太陽に面するセルのみでなく、陰になるセルにも発電を行わせるように構成することにより、発電装置の効率を総合的に高めるものである。

上記の目的を達成するため、本発明においては、２層に配置されたセルを有する発電モジュール又は発電装置を用いる。
以下の説明においては、受光面側のセルをメインセル、陰側のセルをアシスタントセルと呼ぶこととする。一実施例において、発電モジュールには、一枚の基板の表裏両面にメインセルとアシスタントセルが、基板の中心面に対し鏡映対称の形に設けられる。
又、他の実施例においては、メインセルとアシスタントセルとは、互いに別の基盤に設けられる。この場合、アシスタントセルの配置は、公知の発電モジュールのそれと同一である。

そして、本発明において用いられる発電モジュールにおいて、少なくともメインセルは、その受光総面積がモジュールの受光面積の９０％以下、５０%以上、望ましくは、８５％以下、７０%以上と成るように、適宜の間隙を介して配置され、封止材により封止される。

即ち、本発明に係る発電モジュールでは、そのメインセルは、発電モジュールの受光面積の１０%以上、５０％以下、望ましくは、１５％以上、３０％以下の空隙、即ち、透光領域Ｚ_ｔが設けられる。
アシスタントセルの空隙は、このメインセルと同一か、若しくは公知の発電モジュールのものと同一である。

本発明に係る発電装置において、メインセル側の受光面に入射する太陽光の一部はメインセルに入射して電力に変換されるが、透光領域Ｚ_ｔに入射、そこを透過した光は、メインセルの後背部に設けられた反射部材若しくは鏡、又は光散乱装置を介して、アシスタントセルに入射し、そこで電力に変換される。

アシスタントセルの有効面積は、透光領域Ｚ_ｔの面積より遥かに広いので、アシスタントセルにより産生される電力は、透光領域Ｚ_ｔを設けたことによる産生電力の減少量より遥かに大きく、そのため綜合発電能力は、公知の発電装置に比し、概ね３０〜５０％増加することになる。

好ましい一実施例において、アシスタントセルは、メインセルが搭載された基板の裏面に、鏡映対称に設けられ、その透光領域Ｚ_ｔは、メインセルのそれと重なるように設けられ、発電モジュールの後背には、乱反射部材が設けられる。
これらのセルの透光領域Ｚ_ｔを透過した光は、乱反射部材で反射され、アシスタントセルに投射される。
乱反射部材としてはアルミニウム製のルーバーなどを用いることが推奨される。

他の一実施例においては、アシスタントセルは、メインセルが搭載された基板とは別異の基板上に設けられ、その基板は、メインセルの基板の後背部に置かれ、両基板の間には、光散乱板が設けられ、メインセルの設けられたモジュールの透光領域Ｚ_ｔを通った光は、光散乱板により散乱され、アシスタントセルに照射され、電力に変換される。

本発明に係る発電装置によれば、気象条件にもよるが、同じ立地面積の従来公知の太陽熱発電装置に比し３０〜５０％増の電力が得られる。

図１は、本発明に係る両面型発電モジュールの構成を示す断面説明図である。 図２は、図1に示した発電モジュールを用いた両面型発電パネルの構成を示す断面説明図である。 図３は、本発明に係る片面型発電モジュールの構成を示す断面説明図である。 図４は、図3に示した発電モジュールを用いた片面型発電パネルの構成を示す断面説明図である。 図５は、本発明に係る発電モジュールに於ける発電セルの第一配置例を示す説明図である。 図６は、本発明に係る発電モジュールに於ける発電セルの第二配置例を示す説明図である。 図７は、本発明に係る発電装置の第一実施例の構成を示す平面図である。 図８は、図７に示した発電装置の断面説明図である。 図９は、本発明に係る発電装置の第二実施例の構成を示す断面説明図である。 図１０は、本発明に係る発電装置の第三実施例の構成を示す断面説明図である。

以下図面により本発明を実施するための好ましい実施例について説明する。

図１において、１０−１は、複数の両面型の発電セル１−１を直列に接続し、透明な封止材２−１で封止して成る両面型の発電モジュールである。
発電セル１−１は、基板１ｂの表裏両面に、メインセル１ｍと、アシスタントセル１ａを設けて成る。
メインセル１ｍ及びアシスタントセル１ａは公知の太陽電池である。これらのセルは例えばｐｎ接合型その他、如何なるタイプのものであっても良い。

全てのメインセル１ｍはワイヤ３ｍにより直列に接続され、アシスタントセル１ａはワイヤ３ａにより直列に接続される。
４ｍ及び５ｍは、メインセル列の出力端子であり、４ａ及び５ａはアシスタントセル列の出力端子である。
これらのセルでは、発電モジュールの表面のみならず、裏面からの入射光も電力に変換されるものである。

本発明に係る発電モジュール１０−１においては、各発電セルの間に間隙、即ち透光領域Ｚ_ｔが設けられており、例えば図の上方からメインセル１−１側に光が入射した場合、その一部は透光領域Ｚ_ｔを通って下方に抜け、後に詳細に説明するように、下方に設けられた反射部材により反射されてアシスタントセル１ａに入射し、電力に変換されるものである。
透光領域Ｚ_ｔの面積は、発電モジュール１０−１の有効面積の１０％以上５０%以下、望ましくは１５％以上３０％以下である。

図２において、２０−１は、図１に示した発電モジュール１０−１の表裏に、透明な保護層６−１及び７−１を設けて成る発電パネルである。
保護層としては、強化ガラスやアクリル樹脂が推奨される。
この発電パネル２０−１は、後に説明するように、反射部材と合わせて、発電装置を構成するため用いられる。

図３に示したものは、複数の片面型発電セル１−２をワイヤ３により直列に接続し、透明な封止材２−２を用いて封止して成る発電モジュール１０−２であり、４、５はその出力端子である。
この発電セル１−２も公知の発電セルであり、如何なる形式のものであっても良い。
この場合も、発電セル１−２の間には、透光領域Ｚ_ｔが設けられる。
透光領域Ｚ_ｔの面積は、発電モジュール１０−２の表面積の１０％以上５０%以下、望ましくは1５%以上３０％以下である。

図４に示された発電パネル２０−２は、図３に示した発電モジュール１０−２の表裏両面に、透明な保護層６−２、７−２を設けたものである。
この発電パネル２０−２は、後に述べるように、光散乱板を介して公知の発電パネルと組合せ、発電装置を構成するものである。
即ち、発電パネル２０−２の透光領域Ｚ_ｔを透過した光は、光散乱板により散乱せしめられ、公知の発電パネルの上に均一に投射され、電気エネルギーに変換されるものである。

図５及び図６は、発電モジュールにおけるセルの望ましい配置方法を示す説明図である。
図５において、発電モジュール１０_Ｑは、多数の方形の発電セル１_Ｑを方形格子状に配列して成るものであり、図６に示されているのは、多数の円形の発電セル１_Ｄを亀甲格子状に配列して成る発電モジュール１０_Ｄである。
いずれの場合も、セルの間には透光領域Ｚ_ｔが設けられ、その全面積は、発電モジュールの表面積の１０％以上５０%以下、望ましくは1５%以上３０％以下とされる。
透光領域Ｚ_ｔの面積が１０%以下であったり、５０％以上であったりすると、発電効率が従来公知の発電装置以下となる。

尚、これらの放電セルの形状は、方形又は円形に限定されるものではなく、長方形や六角形などであっても良く、又大きさの点でも大小のものを組み合わせても良いこと勿論である。
特に、これら方形又は円形セルの中心部に丸孔等の透光孔を空けておくことが推奨される。

図７及び８において、３０は、上記発電パネル２０−１を用いた発電装置である。
図７は平面図、図８は断面図であり、図中、３２は架台、３４はアルミ製などの反射部材である。
発電パネル２０−１の透光領域に入射した光は凹凸に富んだ反射部材３４により乱反射され、放電セル１−１の裏面に投射され、ここで電力に変換される。
又更に、上記の反射部材３４と共に発電セル１−１と保護板７−１との間に光散乱層を設けることも推奨される。

図９に示したものは、屋根裏設置型の発電装置４０である。
図中、２０−１は前記の両面型発電パネル、４２は建物の屋根、４４は天窓、４６はルーバー型の反射部材である。
このルーバー型の反射部材４６は、その角度の調整が可能であり、その角度を太陽の高度に応じて常に極大電力が得られるよう自動調節することにより、効率の良い発電が可能となる。

図１０に示したものは、本発明に係る片面型の発電モジュールと、従来公知の発電モジュールを組み合わせて用いる発電装置の一実施例である。
而して、図中、５０は発電装置、５２は公知の発電モジュール若しくは発電パネルであり、１０−２は図３に示した片面型の発電モジュール、１−２は発電セル、２−２は封止材、３はワイヤ、４、５は出力端子、６−２は保護層である。
而して、５４は、発電モジュール１０−２の保護板兼用の光散乱板である。これは例えば、透明な媒体中に屈折率が媒体とは異なった微粒子を分散させたものであり、入射した光を微粒子により反射又は屈折させ、光を散乱させるものである。
このため、透過領域Ｚ_ｔを透過した光は、この光散乱板５４により散乱せしめられ、公知の発電パネル５２に照射され、効率良く電力に変換される。

尚、上記には、屋上載置型、屋根裏設置型を示したが、これは外壁設置型、屋外自立型、車載型など，様々な形態とし得るものである。

本発明によれば非常に効率の高い太陽光発電装置を提供できる。

１−１ 両面型発電セル
１ａ アシスタントセル
１ｂ 基板
１ｍ メインセル
１０−１ 両面型発電モジュール
１０−２ 片面型発電モジュール
２−１ 封止材
２−２ 封止材
２０−１ 両面型発電パネル
２０−２ 片面型発電パネル
３０ 発電装置
３２ 反射部材
３ ワイヤ
３ａ ワイヤ
３ｍ ワイヤ
４０ 発電装置
４２ ルーバー型反射部材
４ａ 出力端子
４ｍ 出力端子
５ａ 出力端子
５ｍ 出力端子
５０ 発電装置
５２ 公知の発電パネル
５４ 保護板兼光散乱板
６−１ 保護板
６−２ 保護板
７−１ 保護板
７−２ 保護板

Claims (12)

1. 直列に接続した複数の発電セル（１−１、１−２）を、面積比で１０％以上５０%以下の隙間（以下、透光領域Ｚ_ｔと言う。）を介して配列し、透明な封止材（２−１、２−２）で封止して成る太陽光発電モジュール（１０−１、１０−２）。
2. 透光領域Ｚ_ｔの面積比が、1５%以上30%以下である、請求項1に記載の太陽光発電モジュール（１０−１、１０−２）。
3. 発電セル（１−１）が、基板（１ｂ）の表裏に夫々メインセル（１ｍ）及びアシスタントセル（１ａ）を有する両面発電セル（１−１）である、請求項１又は２に記載の太陽光発電モジュール（１０−１）。
4. 発電セル（１−２）が、基板の一表面にのみ発電セルを有する片面発電セルである、請求項１又は２に記載の太陽光発電モジュール（１０−２）。
5. 発電セル（１−１、１−２）が、方形板状発電セル（１Ｑ）である、請求項１又は２に記載の太陽光発電モジュール（１０Ｑ)。
6. 発電セル（１−１、１−２）が、円板状発電セル（１D）である、請求項１又は２に記載の太陽光発電モジュール（１０Ｄ）。
7. 請求項１ないし４の何れか一に記載の太陽光発電モジュール（１０−１、１０−２、１０Ｑ、１０Ｄ）の表裏両面に夫々透明な表面保護板（１２）を接着して成る太陽光発電パネル（２０−１、２０−２）。
8. 請求項１ないし４の何れか一に記載の太陽光発電モジュール（１０−１、１０−２、１０Ｑ、１０Ｄ）を複数個整列させ、並列に接続し、その表裏両面に夫々透明な表面保護板（６−１、６−２、７−１、７−２）を接着して成る太陽光発電パネル（２０−１、２０−２）。
9. 請求項５又は６に記載の両面発電型太陽光発電パネル（２０−１）の受光面とは反対側に、反射部材（３４、4２）を設けて成る、太陽光発電装置（３０、４０）。
10. 反射部材が凹凸反射面を有する乱反射部材（３４）である、請求項７に記載の太陽光発電装置（３０）。
11. 反射部材が、ルーバー型反射部材（４２）である、請求項７に記載の太陽光発電装置（４０）。
12. 請求項４に記載の片面型発電モジュール（１０−２）と、その受光面側に設けられる透明な保護板（６−２）と、片面型発電モジュール（１０−２）の受光面とは反対側に、光散乱層（５４）を介して設けられる従来公知の発電モジュール（５２）と、から成る太陽光発電装置（５０）。

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