JP2012156445A - 太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率の低下を抑制することが可能な太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュール１は、第１導光体３と第２導光体５とを有する導光体ユニット２と、導光体ユニット２から射出された光を受光する太陽電池素子７と、を備え、第２導光体５は第１導光体３の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１導光体３と第２導光体５とは、第１導光体３の第２主面３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとが対向し、太陽電池素子７は、第１導光体３の第１端面３ｃから射出された光を受光し、第２導光体５の第２主面５ｂに、第２導光体５に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面が形成され、第１導光体３の厚みは、第１導光体３の第１端面３ｃの遠くから第１導光体３の第１端面３ｃに近づくにつれて徐々に厚くなっていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置に関するものである。

従来の太陽光発電装置は、複数の太陽電池パネルを太陽に向けて一面に敷き詰めた形態のものが一般的であった。一例として、建物の屋根に架台を設置し、架台上に複数の太陽電池パネルを敷き詰めた形態の太陽光発電装置が知られている。一般に、太陽電池パネルは不透明な半導体で構成されており、積層して配置することができない。そのため、太陽光発電装置において、電力量を確保するためには大面積の太陽電池パネルが必要となる。
ところが、屋根のような限られた場所に装置を設置しなければならないという制約があり、得られる電力量に限界があった。

そこで、入射した太陽光を太陽電池に導くための導光部材を備えた太陽電池が提案されている（下記の特許文献１参照）。特許文献１に記載の太陽電池は、複数のＶ字状溝が形成された、側面形状が略直角三角形の導光部材を備え、導光部材の端面に太陽電池が取り付けられている。

特開２００４−４７７５２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、導光部材のサイズを大きくした場合、入射光を導光部材の内部で伝播させて端面に集光させる過程において、入射光が複数のＶ字状溝の反射面で複数回反射される。これにより、入射光の反射面における反射角度が変わり、入射光が反射面において全反射条件を満たさなくなり外部へ抜けてしまう。その結果、太陽電池への入光効率が低下し、発電効率が低下してしまう。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、発電効率の低下を抑制することが可能な太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、第１導光体と第２導光体とを有する導光体ユニットと、前記導光体ユニットから射出された光を受光する太陽電池素子と、を備え、前記第１導光体は、第１主面と第２主面と前記第１主面および前記第２主面に接する第１端面とを有し、外部からの光を前記第１主面から入射させ内部を伝播させて前記第１端面から射出させ、前記第２導光体は、第１主面と第２主面を有し、且つ、前記第１導光体の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記第１導光体と前記第２導光体とは、前記第１導光体の第２主面と前記第２導光体の第１主面とが対向し、前記太陽電池素子は、前記第１導光体の第１端面から射出された光を受光し、前記第２導光体の第２主面に、前記第１導光体の第１主面から入射して前記第１導光体を透過し、前記第２導光体に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面が形成され、前記第１導光体の厚みは、当該第１導光体の第１端面の遠くから当該第１導光体の第１端面に近づくにつれて徐々に厚くなっていることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールは、前記第１導光体と前記第２導光体とは、直接接触し、もしくは前記第１導光体の屈折率と前記第２導光体の屈折率との間の屈折率を有する接着部材を挟んで接着されていてもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記第１導光体の第１主面は、前記第２導光体の反射面で反射して前記第１導光体に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能していてもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記第２導光体の第１主面と前記第２導光体の第２主面とは互いに平行であってもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記第２導光体の第２主面には複数の溝が形成されており、前記各溝は、前記第２導光体の第２主面に対して所定の傾斜角をなすように傾斜した傾斜面を有し、前記傾斜面が前記第２導光体の反射面として機能していてもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記第１導光体の第１主面は平坦面となっていてもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記第１導光体の第２主面は平坦面となっており、前記第２導光体の第１主面は、前記第１導光体の第２主面と平行な平坦面となっていてもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記導光体ユニットは、複数設けられており、前記各導光体ユニットは、互いの前記第１導光体の第１主面と前記第２導光体の第２主面とを対向させて積層されていてもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記各導光体ユニットは、互いの前記第１導光体の第１端面どうしが同じ方向を向くように配置されていてもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記各導光体ユニットは、互いの前記第１導光体の厚みが当該第１導光体の第１端面の遠くから当該第１導光体の第１端面に近づくにつれて徐々に厚くなっており、且つ、互いの前記第１導光体の第１端面どうしが反対の方向を向くように配置されていてもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記導光体ユニットの光が入射する側には第３導光体が設けられ、前記第３導光体は、第１主面と第２主面と前記第１主面および前記第２主面に接する第１端面とを有し、外部からの光を自身の第１主面から入射させ内部を伝播させて自身の第１端面から射出させ、前記導光体ユニットは、前記第３導光体を透過した光を前記第１導光体の第１主面から入射させ内部を伝播させて前記第１導光体の第１端面から射出させ、前記第３導光体の第１主面は、前記第２導光体の第２主面で反射して前記第１導光体を透過し、前記第３導光体に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能し、前記第３導光体の厚みは、当該第３導光体の第１端面から当該第３導光体の第１端面に近づくにつれて徐々に厚くなっていてもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記第１導光体の第１端面から射出された光を集光し、前記太陽電池素子に入射させる集光部材を備えていてもよい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記導光体ユニットを構成する前記第１導光体および前記第２導光体の双方の材料は、４００ｎｍ以下の波長に対して透過性を有していてもよい。

本発明の太陽光発電装置は、上記本発明の太陽電池モジュールを備えることを特徴とする。

本発明によれば、発電効率の低下を抑制することが可能な太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。 同、導光体ユニットの断面図である。 同、第２導光体の部分断面図である。 同、導光体ユニットの透過率特性を示す図である。 同、導光体ユニットにおける反射面の作用を説明するための図である。 同、導光体ユニットの第１の変形例を示す断面図である。 同、導光体ユニットの第２の変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の太陽電池モジュールを示す模式図である。 同、太陽電池モジュールの第１の変形例を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態の太陽電池モジュールを示す模式図である。 本発明の第４の実施形態の太陽電池モジュールを示す模式図である。 同、導光体ユニットにおける反射面の作用を説明するための図である。 同、太陽電池モジュールの第１の変形例を示す断面図である。 同、太陽電池モジュールの第２の変形例を示す断面図である。 太陽光発電装置の断面図である。 比較例の導光体を示す模式図である。

[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態の太陽電池モジュール１を示す斜視図である。
太陽電池モジュール１は、互いに対向して配置された第１導光体３と第２導光体５とを有する導光体ユニット２と、導光体ユニット２から射出された光を集光する集光部材６と、集光部材６で集光された光を受光する太陽電池素子７と、導光体ユニット２と集光部材６と太陽電池素子７とを一体に保持する枠体８と、を備えている。

第１導光体３は、光入射面である第１主面３ａと、第１主面３ａと対向する第２主面３ｂと、光射出面である第１端面３ｃと、を備えている。第２導光体５は、光入射面である第１主面５ａと、第１主面５ａと対向する第２主面５ｂと、光射出面である第１端面５ｃと、を備えている。第１導光体３と第２導光体５とは、第１導光体３の第２主面３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとが対向した状態で、第１導光体３の屈折率と第２導光体５の屈折率との間の屈折率を有する接着部材４を挟んで接着されている。

なお、第１導光体３と第２導光体５とは、第１導光体３の第２主面３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとが対向した状態で、直接接触していてもよい。また、第１導光体３と第２導光体５とは、空気層を介して固定されていてもよいし、板状部材を介して間接的に固定されていてもよい。

第１導光体３の第１主面３ａと第２導光体５の第１主面５ａは、互いに同じ方向（光入射側：＋Ｚ方向）を向いている。第１導光体３と第２導光体５とを光Ｌの入射方向に沿って積層することで、前段側（光Ｌが入射する側に近い側）の第１導光体３で取り込めなかった光を後段側（光Ｌが入射する側から遠い側）の第２導光体５の第２主面５ｂに形成された反射面で反射させ、太陽電池素子７で取り込むことが可能となる。

第１導光体３の第１端面３ｃと第２導光体５の第１端面５ｃは、互いに同じ向きを向いている。第１導光体３の第１端面３ｃと第２導光体５の第１端面５ｃは、ＸＺ平面と平行な同一平面上に配置されており、第１導光体３の第１端面３ｃから射出された光と第２導光体５の第１端面５ｃから射出された光とが共通の集光部材６で集光できるようになっている。

第１導光体３は、第１主面３ａ及び第２主面３ｂを有する側面視台形の部材である。第１導光体３の厚みは、当該第１導光体３の第１端面３ｃの遠くから当該第１導光体３の第１端面３ｃに近づくにつれて徐々に厚くなっている。ここで、第１導光体３の厚みとは、当該第１導光体３の第２主面３ｂと直交する方向から視たときの、第１導光体３の第１主面３ａと第１導光体３の第２主面３ｂとの間の距離である。言い換えると、第１導光体３の第１主面３ａは、当該第１導光体３の第２主面３ｂと直交する方向から視て、第１導光体３の第１主面３ａと第１導光体３の第２主面３ｂとの間の距離が第１導光体３の第１端面３ｃの遠くから第１導光体３の第１端面３ｃに近づくにつれて徐々に大きくなるよう傾斜している。第１導光体３の第１主面３ａ、第２主面３ｂは平坦面となっている。第１導光体３としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。

本実施形態において、第１導光体３は、一例としてポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）にジルコニア粒子を分散させた材料で形成されているものとする。ジルコニア粒子の平均粒径は２０ｎｍ程度であり、光の波長に比べて十分に小さい。

本実施形態において、第１導光体３の屈折率ｎ１は１．８である。第１導光体３の屈折率（１．８）は、ＰＭＭＡ樹脂にジルコニア粒子を成分比１：１で分散することにより得ることができる。

接着部材４は、第１導光体３の第２主面３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとを接着する部材である。接着部材４としては、例えば、アクリル系ＵＶ硬化型樹脂が用いられる。接着部材４の厚み（第１導光体３の第２主面３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとの間の距離）は２μｍ程度、接着部材４の屈折率は１．５である。

第２導光体５は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面５ａ及び第２主面５ｂを有する板状部材である。第２導光体５の第１主面５ａは、第１導光体３の第２主面３ｂと平行な平坦面となっている。第２導光体５の第２主面５ｂには、第１導光体３の第１主面３ａから入射して第１導光体３を透過し、第２導光体５に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面（緩傾斜面Ｔ２）が形成されている。第２導光体５としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。

第２導光体５の第２主面５ｂには、Ｘ方向に延びる複数の溝Ｔが設けられている。溝Ｔは、ＸＹ平面と平行な面に対して大きな角度で傾斜した急傾斜面Ｔ１と、ＸＹ平面と平行な面に対して小さな角度で傾斜した緩傾斜面Ｔ２と、を有するＶ字状の溝である。図１では、図面を簡略化するために、溝Ｔを数本しか記載していないが、実際には、幅１００μｍ程度の細かい溝Ｔが多数本形成されている。溝Ｔは、例えば、金型を用いて樹脂（例えばＰＭＭＡ）を射出成形することにより形成されている。なお、溝Ｔは、元々平坦な第２導光体５の第２主面５ｂを切削加工することによって形成することもできる。

本実施形態において、第２導光体５の屈折率ｎ２は１．３である。第２導光体５の屈折率（１．３）は、ＰＭＭＡ樹脂に中空ＰＭＭＡ粒子を所定の比率で分散させることにより得ることができる。

第２導光体５の第２主面５ｂには、このような溝Ｔが、急傾斜面Ｔ１と緩傾斜面Ｔ２とが互いに接するようにＹ方向に複数設けられている。第２主面５ｂに設けられた複数の溝Ｔの形状及び大きさは、全て同じである。

図４は、導光体ユニット２の透過率特性を示す図である。図４において、横軸は光の波長、縦軸は導光体ユニット２の透過率である。なお、図４では、導光体ユニット２を構成する第１導光体３および第２導光体５の双方の材料として三菱レイヨン社製の「ＸＹ−０１５９」を用いたときの導光体ユニット２の透過率特性を示している。

外光を有効に取り込めるように、導光体ユニット２を構成する第１導光体３および第２導光体５の双方の材料は、４００ｎｍ以上の波長に対して透過性を有するとともに、下限は４００ｎｍ以下の波長に対しても透過性を有することが望ましい。例えば、３６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長領域の光に対して９０％以上、より好ましくは９３％以上の透過率を有するものが好適である。例えば、シリコン樹脂基板や石英基板、或いは、ＰＭＭＡ樹脂基板においては三菱レイヨン社製の「アクリライト」（登録商標）のなかでＵＶ吸収材を含まないものは、広い波長領域に光に対して高い透明性を有することから、好適である。

図１に戻り、集光部材６は、例えば、第１導光体３の第１端面３ｃ、第２導光体５の第１端面５ｃから射出された光の強度分布を均一化して太陽電池素子７に射出するインテグレータ光学素子（ホモジナイザー）である。

集光部材６は、第１導光体３の第１端面３ｃおよび第２導光体５の第１端面５ｃと対向する光入射面６ａと、光入射面６ａから入射した光を射出する光射出面６ｂと、光入射面６ａから入射した光を反射させて光射出面６ｂに伝播させる反射面６ｃと、を備えている。集光部材６は、例えば、光入射面６ａを底面、光射出面６ｂを上面、反射面６ｃを側面とする四角錐台の形状を有する。

集光部材６は、例えば、ＰＭＭＡなどの樹脂を射出成形することにより形成されている。反射面６ｃは、全反射により光を反射するものとされるが、反射面６ｃに金属膜又は誘電体多層膜からなる反射層を形成し、該反射層によって光を反射するようにしてもよい。

太陽電池素子７は、受光面を集光部材６の光射出面６ｂと対向させて配置されている。
集光部材６の光入射面６ａに入射した導光体ユニット２からの光は、集光部材６の反射面６ｃで反射を繰り返すうちに照度分布が均一化される。そして、照度分布が均一化された光が太陽電池素子７に入射される。太陽電池素子７に入射する光の照度分布が均一化されることにより、太陽電池素子７の発電効率を高めることができる。

太陽電池素子７としては、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。中でも、ＧａＡｓ化合物半導体を用いた化合物系太陽電池は、高効率な発電が可能であることから、太陽電池素子７として好適である。化合物系太陽電池は、一般に高価であるが、導光体ユニット２及び集光部材６によって光Ｌを集光することができることから、太陽電池素子７の面積は小さく抑えられる。よって、部材コストの上昇は抑えられる。

枠体８は、第１導光体３の第１主面３ａと対向する面に光Ｌを透過する透過面８ａを備えている。透過面８ａは枠体８の開口部であってもよく、枠体８の開口部に嵌め込まれたガラス等の透明部材であってもよい。枠体８の透過面８ａとＺ方向から見て重なる部分の第１導光体３の第１主面３ａが、導光体ユニット２の光入射面である。また、第１導光体３の第１端面３ｃ、第２導光体５の第１端面５ｃが導光体ユニット２の第１光射出面である。

図２は、本実施形態の導光体ユニット２の断面図である。図３は、本実施形態の第２導光体５の部分断面図である。なお、図２においては、便宜上、接着部材４の図示を省略している。

第１導光体３は、Ｙ軸に対して角度θＡをなす第１主面３ａを有する断面視台形の部材である。角度θＡは、太陽の日週運動等を考慮して、例えばθＡ＜４５°なる関係を満たすように設定されている。第１導光体３の寸法は、一例として、第２主面３ｂとなる矩形の縦横（図２のｘ軸方向およびｙ軸方向）の寸法が１００ｍｍ×１００ｍｍであり、厚みの小さい方の厚さｄＡ１（図２のｚ軸方向の寸法）が１ｍｍであり、厚みの大きい方の厚さｄＡ２（図２のｚ軸方向の寸法）が８ｍｍであり、角度θＡが５°である。なお、縦横の寸法、厚みの小さい方の厚さｄＡ１、厚みの大きい方の厚さｄＡ２、角度θＡはこれに限定されない。

第２導光体５は、互いに平行な第１主面５ａおよび第２主面５ｂを有する板状部材である。第２導光体５の第２主面５ｂには、第１主面５ａから入射した光を反射させて光の進行方向を第１端面５ｃに向かう方向に変更する複数の溝Ｔが設けられている。溝Ｔは、Ｙ軸に対して角度θＢ１をなす急傾斜面Ｔ１と、Ｙ軸に対して角度θＢ２をなす緩傾斜面Ｔ２と、が稜線Ｔ３において交差するＶ字状の溝である。角度θＢ１と角度θＢ２はθＢ１＞θＢ２なる関係を満たす。稜線Ｔ３を挟んで第１端面５ｃ側に緩傾斜面Ｔ２が配置され、第１端面５ｃとは反対側に急傾斜面Ｔ１が配置されている。

第２導光体５の第２主面５ｂにおいて、隣り合う２つの溝Ｔの間には、平坦部Ｓが設けられている。平坦部Ｓを設けることで、緩傾斜面Ｔ２で反射された光が隣の溝Ｔの急傾斜面Ｔ１に入射しにくくなる。つまり、第２導光体５の内部を伝播する光が急傾斜面Ｔ１の影響を受けて当該光の第１主面５ａまたは第２主面５ｂに対する入射角が小さくなり、導波条件が崩れ、光が外部に漏れてしまうことが抑制される。

第２導光体５の寸法は、一例として、第１主面５ａとなる矩形の縦横（図２のｘ軸方向およびｙ軸方向）の寸法が１００ｍｍ×１００ｍｍであり、第２導光体５の厚さｄＢ（図２のｚ軸方向の寸法）が１ｍｍであり、角度θＢ１が４５°であり、角度θＢ２が１５°であり、１本の溝ＴのＹ方向の幅Ｐ１が１００μｍであり、２本の溝Ｔの間の平坦部ＳのＹ方向の幅Ｐ２が５０μｍである。なお、縦横の寸法、厚さｄＢ、角度θＢ１、角度θＢ２、溝ＴのＹ方向の幅Ｐ１、及び平坦部ＳのＹ方向の幅Ｐ２はこれに限定されない。

図２に示すように、緩傾斜面Ｔ２は、第１主面５ａから入射した光Ｌ（例えば太陽光）を全反射して光の進行方向を第１導光体３の第１端面３ｃに向かう方向に変更する反射面として機能する。第１主面５ａに対して斜めに入射した光Ｌは、緩傾斜面Ｔ２で反射して第２導光体５の内部を概ねＹ方向に伝播する。一方、急傾斜面Ｔ１は、第１主面５ａに対して斜めに入射した光Ｌを透過し、当該光Ｌは第２主面５ｂから射出される。

ＸＹ平面と平行な面に対して小さな角度で入射する光Ｌは、第２導光体５内に入射することなく、第１導光体３内のみを伝播して第１端面３ｃに向かう。

図５は、本実施形態の導光体ユニット２における反射面の作用を説明するための図である。図５において、符号Ｌ１は第１導光体３の第１主面３ａに対して相対的に大きい入射角θ１ａで入射する光、符号Ｌ２は第１導光体３の第１主面３ａに対して相対的に小さい入射角θ２ａで入射する光を示している。なお、図５においては、便宜上、接着部材４の図示を省略している。

図５に示すように、第１導光体３の第１主面３ａに対して太陽光Ｌ１が入射角θ１ａで入射したとすると、太陽光Ｌ１は第１主面３ａにおいて屈折角θ１ｂで屈折して第１導光体３内に入射する。その後、第１導光体３の第２主面３ｂ（第１導光体３と図示しない接着部材との間の界面）に入射角θ１ｃで入射した光は、当該界面において反射角θ１ｃで全反射し、第１導光体３内を第１端面３ｃに向けて伝播する。

一方、第１導光体３の第１主面３ａに対して太陽光Ｌ２が入射角θ２ａで入射したとすると、太陽光Ｌ２は第１主面３ａにおいて屈折角θ２ｂで屈折して第１導光体３内に入射する。第１導光体３の第２主面３ｂ（第１導光体３と図示しない接着部材との間の界面）に入射角θ２ｃで入射した光は、当該界面において屈折角θ２ｄで屈折して第２導光体５内に入射する。緩傾斜面Ｔ２に対して入射角θ２ｅで入射した光は、当該緩傾斜面Ｔ２に対して反射角θ２ｅで全反射し、第２導光体５内を第１端面３ｃに向けて伝播する。第２導光体５の第１主面５ａ（第２導光体５と図示しない接着部材との間の界面）に入射角θ２ｆで入射した光は、当該界面において屈折角θ２ｇで屈折して第１導光体３内に入射する。第１導光体３の第１主面３ａに入射角θ２ｈで入射した光は、当該第１主面３ａに対して反射角θ２ｈで全反射し、第１導光体３内を伝播する。第１導光体３の第１主面３ａは、第２導光体５の反射面（緩傾斜面Ｔ２）で反射して第１導光体３に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能する。第１導光体３の第２主面３ｂ（第１導光体３と図示しない接着部材との間の界面）に入射角θ２ｉで入射した光は、当該第２主面３ｂに対して反射角θ２ｉで全反射し、第１導光体３内を第１端面３ｃに向けて伝播する。

具体的には、一例として、第１導光体３の角度θＡを２１度、第１導光体３の屈折率ｎ１を１．８、第２導光体５の緩傾斜角度θＢ２を１５度、第２導光体５の屈折率ｎ２を１．３、外部の空気の屈折率ｎ０を１．０とする。なお、説明の便宜上、図示しない接着部材の屈折率については考慮しないこととする。

この場合Ｓｎｅｌｌの法則より、第１導光体３と第２導光体５との界面における臨界角は５１度となる。ここで、第１導光体３の第１主面３ａへの太陽光Ｌ１の入射角θ１ａが７０度以上であったとすると、太陽光Ｌ１が第１導光体３内に入射する際の屈折角θ１ｂは３１度以上となる。すると、第１導光体３の第２主面３ｂへの光の入射角θ１ｃは５２度以上となり（θ１ｃ＝θ１ｂ＋θＡ）、入射角θ１ｃが臨界角以上であるため（θ１ｃ≧５１度）、光Ｌ１は第１導光体３の第２主面３ｂで全反射する。当該第２主面３ｂで全反射した光は、第１導光体３内を第１端面３ｃに向けて伝播する。

一方、第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２と外部の空気との界面における臨界角は５６度となり、第１導光体３の第１主面３ａと外部の空気との界面における臨界角は３７度となる。同様に、第１導光体３の第１主面３ａへの太陽光Ｌ２の入射角θ２ａが１５度以上３１度未満であったとすると、太陽光Ｌ２が第１導光体３内に入射する際の屈折角θ２ｂは８度以上１７度未満となる。すると、第１導光体３の第２主面３ｂへの光の入射角θ２ｃは２９度以上３８度未満となり（θ２ｃ＝θ２ｂ＋θＡ）、入射角θ２ｃが臨界角未満であるため（θ２ｃ＜５１度）、光Ｌ２は第１導光体３の第２主面３ｂを透過する。

第１導光体３の第２主面３ｂへの光の入射角θ２ｃが２９度以上３８度未満であったとすると、光Ｌ２が第２導光体５内に入射する際の屈折角θ２ｄは４５度以上５７度未満となる。すると、第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２への光の入射角θ２ｅは５７度以上７２度未満となり（θ２ｅ＝θ２ｄ＋θＢ２）、入射角θ２ｅが臨界角以上であるため（θ２ｅ≧５６度）、光Ｌ２は第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で全反射する。

第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２での光の反射角θ２ｅが５７度以上７２度未満であったとすると、第２導光体５の第１主面５ａへの光の入射角θ２ｆは７２度以上８７度未満となる（θ２ｄ＝θ２ｅ＋θＢ２）。すると、光が第１導光体３内に入射する際の屈折角θ２ｇは４３度以上４６度未満となる。すると、第１導光体３の第１主面３ａへの光の入射角θ２ｈは６４度以上６７度未満となり（θ２ｆ＝θ２ｇ＋θＡ）、入射角θ２ｈが臨界角以上であるため（θ２ｆ≧３７度）、光Ｌ２は第１導光体３の第１主面３ａで全反射する。

第１導光体３の第１主面３ａでの反射角θ２ｈが６４度以上６７度未満であったとすると、第１導光体３の第２主面３ｂへの光の入射角θ２ｉは８５度以上８８度未満となる（θ２ｉ＝θ２ｈ＋θＡ）。すると、入射角θ２ｉが臨界角以上であるため（θ２ｉ≧５１度）、光Ｌ２は第１導光体３の第２主面３ｂで全反射する。第２主面３ｂで全反射した光は、第１導光体３内を第１端面３ｃに向けて伝播する。

本実施形態では、第１導光体３の反射面は、第１導光体３の第２主面３ｂと直交する方向から視たときの当該反射面と第１導光体３の第２主面３ｂとの間の距離が第１端面３ｃに近づくにつれて徐々に大きくなるよう傾斜している。そのため、第１導光体３内に入射する際の屈折角θ１ｂよりも第１導光体３の第２主面３ｂに入射する際の入射角θ１ｃのほうが大きくなる。したがって、第１導光体３内に入射した光は、第１導光体３の第２主面３ｂで全反射条件を満たし、第１導光体３の第１端面３ｃに向けて反射されやすくなる。

また、第１導光体３の屈折率ｎ１よりも第２導光体５の屈折率ｎ２のほうが小さい（ｎ１＞ｎ２）。そのため、第１導光体３の第２主面３ｂに入射する際の入射角θ２ｃよりも第２導光体５に入射する際の屈折角θ２ｄのほうが大きくなる。したがって、第２導光体５内に入射した光は、第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で全反射条件を満たし、第１導光体３の第１端面３ｃに向けて反射されやすくなる。仮に、第２導光体５の屈折率ｎ２が第１導光体３の屈折率ｎ１よりも大きいとすると、第２導光体５内に入射した光は第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で全反射条件を満たさず、第２導光体５を透過して外部に漏れてしまいやすくなる。

第２導光体５内に入射した光は第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で全反射をすることにより第２導光体５内を伝播する角度（ＸＹ平面と平行な面と光の伝播方向とのなす角度）が浅くなる。そのため、第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で全反射した光が第１導光体３内に入射する際の屈折角θ２ｇは、光が最初に第１導光体３の第２主面３ｂに入射する際の入射角θ２ｃよりも大きくなる。したがって、第１導光体３内に入射した光は、第１導光体３の第１主面３ａで全反射条件を満たし、第１導光体３の第１端面３ｃに向けて反射されやすくなる。

第１導光体３内に入射した光は第１導光体３の第１主面３ａで全反射をすることにより第１導光体３内を伝播する角度（ＸＹ平面と平行な面と光の伝播方向とのなす角度）が浅くなる。そのため、第１導光体３の第１主面３ａで全反射した光が第１導光体３の第２主面３ｂに入射する際の入射角θ２ｉは、最初に第１導光体３内に入射した光が第１導光体３の第２主面３ｂに入射する際の入射角θ２ｃよりも大きくなる。したがって、第１導光体３の第１主面３ａで全反射した光は、第１導光体３の第２主面３ｂで全反射条件を満たし、第１導光体３の第１端面３ｃに向けて反射されやすくなる。第１導光体３の第２主面３ｂで全反射条件を満たした光は、もはや第２導光体５内に入射することなく、第１導光体３内のみを伝播して第１端面３ｃに向かうこととなる。

すなわち、本実施形態においては、第２導光体５の第２主面５ｂに形成された溝Ｔの緩傾斜面Ｔ２が第２導光体５内に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面となり、第１導光体３の第１主面３ａが第２導光体５の反射面で反射して第１導光体３内に入射した光を反射させて当該光の進行方向を第１端面３ｃに向かう方向に変更する反射面となる。

本実施形態の太陽電池モジュール１においては、第１導光体３および第２導光体５を備えているので、外部からの光を第１導光体３の内部で伝播させて太陽電池素子７に導くことができ、さらに第１導光体３を透過した光を第２導光体５の内部で伝播させて太陽電池素子７に導くことができる。また、第１導光体３の反射面は、第１導光体３の第２主面３ｂと直交する方向から視たときの当該反射面と第１導光体３の第２主面３ｂとの間の距離が第１端面３ｃに近づくにつれて徐々に大きくなるよう傾斜しており、第１導光体３内に入射する際の屈折角θ２ｈよりも第１導光体３の第２主面３ｂに入射する際の入射角θ２ｉのほうが大きくなる。このため、第１導光体３内に入射した光は、第１導光体３の第２主面３ｂで全反射条件を満たし、太陽電池素子７に導かれやすくなる。また、第１導光体３の屈折率ｎ１よりも第２導光体５の屈折率ｎ２のほうが小さいので（ｎ１＞ｎ２）、第１導光体３の第２主面３ｂに入射する際の入射角θ２ｃよりも第２導光体５に入射する際の屈折角θ２ｄのほうが大きくなる。このため、第２導光体５内に入射した光は、第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で全反射条件を満たし、太陽電池素子７に導かれやすくなる。また、第２導光体５の緩傾斜面Ｔ２で反射されて第１導光体３内に入射した光は、第１導光体３の第１主面３ａで全反射をすることにより第１導光体３内を伝播する角度（ＸＹ平面と平行な面と光の伝播方向とのなす角度）が浅くなる。このため、第１導光体３の第１主面３ａで全反射した光は、第１導光体３の第２主面３ｂで全反射条件を満たし、太陽電池素子７に導かれやすくなる。したがって、発電効率の低下を抑制することが可能な太陽電池モジュール１を提供することができる。

また、第２導光体５の第１主面５ａと第２導光体５の第２主面５ｂとが互いに平行であるので、第２導光体５に反射面を形成することが容易となる。例えば、導光体本体として板状部材を用意し、当該板状部材の一方の面を切削加工等して反射面を形成することができる。これに対して、第２導光体５の第１主面５ａと第２導光体５の第２主面５ｂとが互いに非平行であると、導光体本体を金型成形等により作製して新たに用意する必要があり手間がかかる。

また、第２導光体５の第２主面５ｂに複数の溝Ｔが形成され、溝Ｔの緩傾斜面Ｔ２が反射面として機能するので、光が当該反射面で反射して第１導光体３に入射する際の入射角θ２ｆを調整することが容易となる。例えば、緩傾斜面Ｔ２の傾斜角θＢ２を大きくすれば第１導光体３に入射する際の入射角θ２ｆは大きくなり、緩傾斜面Ｔ２の傾斜角θＢ２を小さくすれば第１導光体３に入射する際の入射角θ２ｆは小さくなる。

また、第１導光体３の第１主面３ａは平坦面となっているので、光が第１導光体３内に入射して第２主面３ｂに入射する際の入射角θ１ｃを調整することが容易となる。例えば、第１主面３ａの傾斜角度θＡを大きくすれば第２主面３ｂに入射する際の入射角θ１ｃは大きくなり、傾斜角度θＡを小さくすれば第２主面３ｂに入射する際の入射角θ１ｃは小さくなる。

また、第１導光体３の第２主面３ｂは平坦面となっており、第２導光体５の第１主面５ａは第１導光体３の第２主面３ｂと平行な平坦面となっているので、第１導光体３と第２導光体５とを、直接接触させ、もしくは接着部材４を挟んで接着させやすくなる。

また、集光部材６によって太陽電池素子７には照度分布が均一化した光が入射する。そのため、太陽電池素子７における発電効率が高まる。すなわち、太陽電池素子７では、入射する光の照度によって発電効率が変化する。照度が小さすぎると発電効率が低下し、照度が高すぎると発電効率が飽和する。集光部材６によって照度分布を均一化すると、太陽電池素子７の受光面全体で概ね高い発電効率が実現することができる。よって、集光部材６で照度分布を均一化しない場合に比べて、発電効率が高まる。

また、導光体ユニット２を構成する第１導光体３および第２導光体５の双方の材料は４００ｎｍ以下の波長に対して透過性を有するので、広い波長領域の光を透過することとなる。よって、外光を有効に取り込むことができる。

ここで、本発明者は、本実施形態の太陽電池モジュール１の効果を実証するために、光の端面到達率のシミュレーションを行った。ここで、光の端面到達率とは、導光体ユニット２の第１主面３ａに入射する太陽光の照射量の割合を１００％としたときに導光体ユニット２の射出端面（第１導光体３の第１端面３ｃおよび第２導光体５の第１端面５ｃ）に到達する光量の割合（％）である。シミュレーションの条件として、光Ｌは導光体ユニット２の第１主面３ａに対して斜めに入射するものとする（ＸＹ平面に対する入射角３５度）。また、導光体ユニット２の第１主面３ａに入射する光Ｌの光量は１Ｓｕｎ（１ｋＷ／ｃｍ^２）とする。

実施例１の導光体ユニット２は、Ｚ方向から視た形状を１０ｃｍ×１０ｃｍの四角形（１０ｃｍ角）、３０ｃｍ×３０ｃｍの四角形（３０ｃｍ角）、１００ｃｍ×１００ｃｍの四角形（１００ｃｍ角）、とした３種類の形状を用いた。
第１導光体３は、ＰＭＭＡ樹脂にジルコニア粒子を分散させた材料を用いて形成し、屈折率（ｎ１）を１．８とした。第１導光体３の厚みの小さい方の厚さ（ｄＡ１）を１ｍｍとし、第１主面３ａの傾斜角θＡを５度とした。厚みの大きい方の厚さ（ｄＡ２）はｄＡ１とθＡとの関係で決まり、１０ｃｍ角（導波距離１０ｃｍ）で８ｍｍ、３０ｃｍ角（導波距離３０ｃｍ）で３０ｍｍ、１００ｃｍ角（導波距離１００ｃｍ）で８７ｍｍとした。
接着部材４は、アクリル系ＵＶ硬化型樹脂を用い、屈折率を１．５とした。接着部材４の厚み（第１導光体３の第２主面３ｂと第２導光体５の第１主面５ａとの間の距離）は２μｍ程度、接着部材４の屈折率は１．５である。
第２導光体５は、ＰＭＭＡ樹脂に中空ＰＭＭＡ粒子を分散させた材料を用いて形成、屈折率（ｎ２）を１．３とした。第２導光体５の厚さ（ｄＢ）を１ｍｍとし、急傾斜面Ｔ２の角度θＢ１を４５度とし、緩傾斜面の角度θＢ２を１５度とし、１本の溝ＴのＹ方向の幅Ｐ１を１００μｍとし、２本の溝Ｔの間の平坦部ＳのＹ方向の幅Ｐ２を５０μｍとした。
実施例１の導光体ユニット２に対して第１導光体３の第１主面３ａ側から太陽光を照射したときの端面到達率は、導波距離１０ｃｍ、導波距離３０ｃｍ、導波距離１００ｃｍにおいてそれぞれ６５％であった（表１参照）。

図１６は、比較例の導光体を示す模式図である。図１６（ａ）は比較例１の導光体１０３を示す図であり、図１６（ｂ）は比較例２の導光体２０３を示す図である。なお、比較例１の導光体１０３および比較例２の導光体２０３をＺ方向から視た形状は、それぞれ実施例１と同様の寸法とした。また、比較例１の導光体１０３および比較例２の導光体２０３の溝の形状（急傾斜面の角度、緩傾斜面の角度、溝幅、平坦部幅）についても、それぞれ実施例１と同様の寸法とした。

図１６（ａ）に示すように、比較例１の導光体１０３は、平板の一方面（光入射面と反対側の面）に複数の溝が形成された構成となっている。比較例１の導光体１０３に対して光入射面側から太陽光を照射したときの端面到達率は、導波距離１０ｃｍにおいて１１％であり、導波距離３０ｃｍにおいて５％であり、導波距離１００ｃｍにおいて０．１％であった（表１参照）。

図１６（ｂ）に示すように、比較例２の導光体２０３は、側面視台形の部材の一方面（光入射面と反対側の面）に複数の溝が形成された構成となっている。比較例２の導光体２０３に対して光入射面側から太陽光を照射したときの端面到達率は、導波距離１０ｃｍにおいて４５％であり、導波距離３０ｃｍにおいて４０％であり、導波距離１００ｃｍにおいて３６％であった（表１参照）。

このように、本実施形態の導光体ユニット２によれば、導波距離によらず、比較例１の導光体１０３および比較例２の導光体２０３よりも高い端面到達率を得ることができることが判った。

以上のように、第１導光体３と第２導光体５とを積層した導光体ユニット２を用いることで、導波距離によらず６５％の光を太陽電池素子７に入射させることができる。太陽電池素子７として発電効率が４０％の化合物系太陽電池を用いると、１００ｃｍ角の領域当たり発電量は２６０Ｗである。１００ｃｍ角の領域に、一般に用いられている結晶シリコン太陽電池を敷き詰めた場合、その発電量は１２０〜１３０ｍＷである。よって、第１導光体３と第２導光体５とを積層した導光体ユニット２を用いて化合物系太陽電池で発電を行うと、結晶シリコン太陽電池を敷き詰めた場合に比べて２倍以上の発電量を得ることができる。

[第１の実施形態の第１の変形例]
以下、本実施形態の第１の変形例について、図６を用いて説明する。
本変形例の導光体ユニット１２の基本構成は上記実施形態と同様であり、溝ＴＡの形状が上記実施形態と異なるのみである。
図６は、本変形例の導光体ユニット１２を示す断面図である。
なお、図６において、上記実施形態で用いた図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２導光体１５は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面１５ａ及び第２主面１５ｂを有する板状部材である。第２導光体１５の第１主面１５ａは、第１導光体３の第２主面３ｂと平行な平坦面となっている。第２導光体１５の第２主面１５ｂには、第１導光体３の第１主面３ａから入射して第１導光体３を透過し、第２導光体１５に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面（緩傾斜面ＴＡ２）が形成されている。第２導光体１５としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。

第２導光体１５の第２主面１５ｂには、Ｘ方向に延びる複数の溝ＴＡが設けられている。溝ＴＡは、ＸＹ平面と平行な面に対して垂直な角度で形成された垂直面ＴＡ１と、ＸＹ平面と平行な面に対して所定の角度で傾斜した傾斜面ＴＡ２と、を有する直角三角形状の溝である。溝ＴＡは、例えば、金型を用いて樹脂（例えばＰＭＭＡ）を射出成形することにより形成されている。なお、溝ＴＡは、元々平坦な第２導光体１５の第２主面１５ｂを切削加工することによって形成することもできる。

第２導光体１５の第２主面１５ｂには、このような溝ＴＡが、垂直面ＴＡ１と傾斜面ＴＡ２とが互いに接するようにＹ方向に複数設けられている。第２主面１５ｂに設けられた複数の溝ＴＡの形状及び大きさは、全て同じである。

第２導光体１５の寸法は、一例として、第１主面１５ａとなる矩形の縦横（図６のｘ軸方向およびｙ軸方向）の寸法が１００ｍｍ×１００ｍｍであり、第２導光体１５の厚さ（図２のｚ軸方向の寸法）が１ｍｍであり、角度θＢ１が９０°であり、角度θＢ２が４２°であり、１本の溝ＴＡのＹ方向の幅が１００μｍである。なお、縦横の寸法、厚さ、角度θＢ１、角度θＢ２、及び溝ＴのＹ方向の幅はこれに限定されない。

本変形例の導光体ユニット１２においても、発電効率の低下を抑制することができる。

[第１の実施形態の第２の変形例]
以下、本実施形態の第２の変形例について、図７を用いて説明する。
本変形例の導光体ユニット２２の基本構成は上記実施形態と同様であり、第１導光体２３の第１主面２３ａが第２主面２３ｂに対して所定の角度θＣ１だけ傾斜していることに加えて第２導光体２５の第１主面２５ａも第２主面２５ｂに対して所定の角度θＣ２だけ傾斜している点が上記実施形態と異なるのみである。
図７は、本変形例の導光体ユニット２２を示す断面図である。
なお、図７において、上記実施形態で用いた図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第１導光体２３は、第１主面２３ａ及び第２主面２３ｂを有する側面視台形の部材である。第１導光体２３の第１主面２３ａは、当該第１導光体２３の第２主面２３ｂと直交する方向から視て、第１導光体２３の第１主面２３ａと第１導光体２３の第２主面２３ｂとの間の距離が第１導光体２３の第１端面２３ｃの遠くから第１導光体２３の第１端面２３ｃに近づくにつれて徐々に大きくなるよう傾斜している。

第２導光体２５は、第１主面２５ａ及び第２主面２５ｂを有する側面視台形の部材である。第２導光体２５の第１主面２５ａは、当該第２導光体２５の第２主面２５ｂと直交する方向から視て、第２導光体２５の第１主面２５ａと第１導光体２５の第２主面２５ｂとの間の距離が第２導光体２５の第１端面２５ｃの遠くから第１導光体２５の第１端面２５ｃに近づくにつれて徐々に大きくなるよう傾斜している。第２導光体２５の第２主面２５ｂには、Ｘ方向に延びる複数の溝Ｔが設けられている。

本変形例の導光体ユニット２２においても、発電効率の低下を抑制することができる。

[第２の実施形態]
以下、本発明の第２の実施形態について、図８を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール３０の基本構成は第１の実施形態と同様であり、導光体ユニットの設置数が第１の実施形態と異なるのみである。
図８は、本実施形態の太陽電池モジュール３０を示す模式図である。
なお、図８において、第１の実施形態で用いた図１および図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

太陽電池モジュール３０は、互いに対向して配置された導光体ユニット２，１２と、導光体ユニット２から射出された光を受光する太陽電池素子３７と、導光体ユニット１２から射出された光を受光する太陽電池素子３７と、導光体ユニット２と導光体ユニット１２と太陽電池素子３７とを一体に保持する枠体３８と、を備えている。

本実施形態の太陽電池モジュール３０においては、図８に示すように、導光体ユニットが複数（ここでは導光体ユニット２を１つ、導光体ユニット１２を１つの計２つ）設けられている。このように、導光体ユニットは２つ設けられていてもよいし、３つ以上設けられていてもよい。

各導光体ユニットは、互いの第１導光体の第１主面と第２導光体の第２主面とを対向させて積層されている。具体的には、導光体ユニット２と導光体ユニット１２とは、導光体ユニット２の第２導光体５の第２主面５ｂと導光体ユニット１２の第１導光体３の第１主面３ａとが対向した状態で、積層されている。

各導光体ユニットは、互いの第１導光体の第１端面どうしが同じ方向を向くように配置されている。具体的には、導光体ユニット２と導光体ユニット１２とは、導光体ユニット２の第１導光体３の第１端面３ｃと導光体ユニット１２の第１導光体３の第１端面３ｃとが同じ方向を向いた状態で、配置されている。

図８に示すように、導光体ユニット２に入射した光の一部は、導光体ユニット２内部を伝播して太陽電池素子３７に導かれて発電に寄与する。一方、残りの一部は、導光体ユニット２から射出された後、導光体ユニット１２内部を伝播して太陽電池素子３７に導かれて発電に寄与する。

本実施形態の太陽電池モジュール３０においては、外部からの光を導光体ユニット２の内部で伝播させて太陽電池素子３７に導くことができ、さらに、導光体ユニット２を透過した光を導光体ユニット１２の内部で伝播させて太陽電池素子３７に導くことができる。したがって、発電効率の低下を確実に抑制することが可能となる。

また、各導光体ユニット２，１２の第１導光体３の第１端面３ｃどうしが同じ方向を向くように配置されているので、太陽電池素子３７で取り出した電力を利用するための配線や装置の配置が簡素なものとなる。例えば、各導光体ユニット２，１２の太陽電池素子３７の設置位置が近くにあると、各太陽電池素子３７で取り出した電力を利用するための配線の引き回しや装置の接続が容易になり、装置構成を簡素化することができる。

[第２の実施形態の第１の変形例]
以下、本実施形態の第１の変形例について、図９を用いて説明する。
本変形例の太陽電池モジュール３０Ａの基本構成は上記実施形態と同様であり、集光部材３６を備え、太陽電池素子３７を１つのみ備えている点が上記実施形態と異なるのみである。
図９は、本変形例の太陽電池モジュール３０Ａを示す模式図である。
なお、図９において、上記実施形態で用いた図８と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

太陽電池モジュール３０Ａは、互いに対向して配置された導光体ユニット２，１２と、各導光体ユニット２，１２から射出された光を集光する集光部材３６と、集光部材３６で集光された光を受光する太陽電池素子３７と、導光体ユニット２と導光体ユニット１２と太陽電池素子３７とを一体に保持する枠体３８Ａと、を備えている。

集光部材３６は、導光体ユニット２の第１導光体３の第１端面３ｃおよび第２導光体５の第１端面５ｃ、導光体ユニット１２の第１導光体３の第１端面３ｃおよび第２導光体１５の第１端面１５ｃのそれぞれと対向する光入射面３６ａと、光入射面３６ａから入射した光を射出する光射出面３６ｂと、光入射面３６ａから入射した光を反射させて光射出面３６ｂに伝播させる反射面３６ｃと、を備えている。集光部材３６は、例えば、光入射面３６ａを底面、光射出面３６ｂを上面、反射面３６ｃを側面とする四角錐台の形状を有する。

太陽電池素子３７は、受光面を集光部材３６の光射出面３６ｂと対向させて配置されている。

本変形例の太陽電池モジュール３０Ａにおいては、集光部材３６によって太陽電池素子３７には照度分布が均一化した光が入射する。そのため、太陽電池素子３７における発電効率が高まる。すなわち、太陽電池素子３７では、入射する光の照度によって発電効率が変化する。照度が小さすぎると発電効率が低下し、照度が高すぎると発電効率が飽和する。集光部材３６によって照度分布を均一化すると、太陽電池素子３７の受光面全体で概ね高い発電効率が実現することができる。よって、集光部材３６で照度分布を均一化しない場合に比べて、発電効率が高まる。また、集光部材３６によって光を集光することができることから、太陽電池素子３７を１つだけ設ければよく、太陽電池素子３７の面積は小さく抑えられる。よって、部材コストの上昇は抑えられる。

[第３の実施形態]
以下、本発明の第３の実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール４０の基本構成は第２の実施形態と同様であり、導光体ユニットの配置向きが第２の実施形態と異なるのみである。
図１０は、本実施形態の太陽電池モジュール４０を示す模式図である。
なお、図１０において、第２の実施形態で用いた図８と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

太陽電池モジュール４０は、互いに対向して配置された導光体ユニット２，１２と、導光体ユニット２から射出された光を受光する太陽電池素子３７と、導光体ユニット１２から射出された光を受光する太陽電池素子３７と、導光体ユニット２と導光体ユニット１２と太陽電池素子３７とを一体に保持する枠体４８と、を備えている。

各導光体ユニットは、互いの第１導光体の第１端面どうしが反対の方向を向くように配置されている。具体的には、導光体ユニット２と導光体ユニット１２とは、導光体ユニット２の第１導光体３の第１端面３ｃと導光体ユニット１２の第１導光体３の第１端面３ｃとが反対の方向を向いた状態で、配置されている。

本実施形態の太陽電池モジュール４０においては、各導光体ユニットの互いの第１導光体の第１端面どうしが同じ方向を向くように配置された構成に比べて、導光体ユニット２と導光体ユニット１２との間の隙間を小さくすることができる。このため、太陽電池モジュール４０の厚み（導光体ユニット２の第１導光体３の第１主面３ａと導光体ユニット１２の第２導光体１５の第２主面１５ｂとの間の距離）を小さくすることができる。よって、太陽電池モジュール４０の輸送コスト、設置コストを低くすることができる。

[第４の実施形態]
以下、本発明の第４の実施形態について、図１１を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール５０の基本構成は第２の実施形態と同様であり、導光体ユニット２に替えて屈折率が均一な第３導光体５３が設置されている点が第２の実施形態と異なるのみである。
図１１は、本実施形態の太陽電池モジュール５０を示す模式図である。
なお、図１１において、第２の実施形態で用いた図８と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

太陽電池モジュール５０は、互いに対向して配置された第３導光体５３、導光体ユニット１２と、第３導光体５３から射出された光を受光する太陽電池素子３７と、導光体ユニット１２から射出された光を受光する太陽電池素子３７と、第３導光体５３と導光体ユニット１２と太陽電池素子３７とを一体に保持する枠体５８と、を備えている。

第３導光体５３は、導光体ユニット１２の光が入射する側に配置されている。第３導光体５３は、光入射面である第１主面５３ａと、第１主面５３ａと対向する第２主面５３ｂと、光射出面である第１端面５３ｃと、を備えている。第３導光体５３は、第１主面５３ａ及び第２主面５３ｂを有する側面視台形の部材である。第１導光体３３の第１主面５３ａは、当該第１導光体３３の第２主面３３ｂと直交する方向から視て、第１導光体３３の第１主面３３ａと第１導光体３３の第２主面３３ｂとの間の距離が第１導光体３３の第１端面３３ｃの遠くから第１導光体３３の第１端面３３ｃに近づくにつれて徐々に大きくなるよう傾斜している。第１導光体３３の角度θＤは、導光体ユニット１２の第１導光鯛の角度θＡよりも大きい（θＤ＞θＡ）。第３導光体５３の第２主面５３ｂには、Ｘ方向に延びる複数の溝Ｔが設けられている。

図１２は、本実施形態の太陽電池モジュール５０の第３導光体５３および導光体ユニット１２における反射面の作用を説明するための図である。なお、図１２においては、便宜上、第３導光体５３および導光体ユニット１２のみを図示している。

図１２に示すように、第３導光体５３の第１主面５３ａに入射した光の大部分は第３導光体５３を透過する。第３導光体５３を透過した光は、導光体ユニット１２内を第１端面３ｃ、第１端面１５ｃに向けて伝播する。

一方、導光体ユニット１２内を伝播する光のうち、導光体ユニット１２の第１導光体３の第１主面３ａで全反射条件を満たさずに、第３導光体５３の第２主面５３ｂに入射する光がある。導光体ユニット１２の第１導光体３の第１主面３ａで全反射条件を満たさずに第３導光体５３の第２主面５３ｂに入射した光は、第３導光体５３の第１主面５３ａで全反射して第３導光体５３内を第３導光体５３の第１端面５３ｃに向けて伝播する。

本実施形態では、第３導光体５３の角度θＤは、導光体ユニット１２の第１導光体３の角度θＡよりも大きくなっている（θＤ＞θＡ）。そのため、第３導光体５３の第２主面５３ｂに入射する際の屈折角θ３ａよりも第３導光体５３の第１主面５３ａに入射する際の入射角θ３ｂのほうが大きくなる。したがって、導光体ユニット１２の第１導光体３の第１主面３ａで全反射条件を満たさずに第３導光体５３内に入射した光は、第３導光体５３の第１主面５３ａで全反射条件を満たし、第３導光体５３の第１端面５３ｃに向けて反射されやすくなる。

本実施形態の太陽電池モジュール５０においては、導光体ユニット２に替えて屈折率が均一な第３導光体５３が設置されているので、互いに異なる屈折率を有する導光体を有する導光体ユニットを複数設けた構成（導光体ユニット２と導光体ユニット１２とを備えた構成）に比べて、低コスト化を図ることができる。

[第４の実施形態の第１の変形例]
以下、本実施形態の第１の変形例について、図１３を用いて説明する。
本変形例の太陽電池モジュール５０Ａの基本構成は上記実施形態と同様であり、集光部材３６を備え、太陽電池素子３７を１つのみ備えている点が上記実施形態と異なるのみである。
図１３は、本変形例の太陽電池モジュール５０Ａを示す模式図である。
なお、図１３において、上記実施形態で用いた図１１と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

太陽電池モジュール５０Ａは、互いに対向して配置された第３導光体５３、導光体ユニット１２と、第３導光体５３と導光体ユニット１２とから射出された光を集光する集光部材５６と、集光部材５６で集光された光を受光する太陽電池素子３７と、第３導光体５３と導光体ユニット１２と太陽電池素子３７とを一体に保持する枠体５８Ａと、を備えている。

集光部材５６は、第３導光体５３の第１端面５３ｃ、導光体ユニット１２の第１導光体３の第１端面３ｃおよび第２導光体１５の第１端面１５ｃのそれぞれと対向する光入射面５６ａと、光入射面５６ａから入射した光を射出する光射出面５６ｂと、光入射面５６ａから入射した光を反射させて光射出面５６ｂに伝播させる反射面５６ｃと、を備えている。集光部材５６は、例えば、光入射面５６ａを底面、光射出面５６ｂを上面、反射面５６ｃを側面とする四角錐台の形状を有する。

太陽電池素子３７は、受光面を集光部材５６の光射出面５６ｂと対向させて配置されている。

本変形例の太陽電池モジュール５０Ａにおいては、集光部材５６によって太陽電池素子３７には照度分布が均一化した光が入射する。そのため、太陽電池素子３７における発電効率が高まる。すなわち、太陽電池素子３７では、入射する光の照度によって発電効率が変化する。照度が小さすぎると発電効率が低下し、照度が高すぎると発電効率が飽和する。集光部材５６によって照度分布を均一化すると、太陽電池素子３７の受光面全体で概ね高い発電効率が実現することができる。よって、集光部材５６で照度分布を均一化しない場合に比べて、発電効率が高まる。また、集光部材５６によって光を集光することができることから、太陽電池素子３７を１つだけ設ければよく、太陽電池素子３７の面積は小さく抑えられる。よって、部材コストの上昇は抑えられる。

[第４の実施形態の第２の変形例]
以下、本実施形態の第２の変形例について、図１４を用いて説明する。
本変形例の太陽電池モジュール５０Ｂの基本構成は第４の実施形態と同様であり、第３導光体５３と導光体ユニット１２との配置向きが第４の実施形態と異なるのみである。
図１４は、本変形例の太陽電池モジュール５０Ｂを示す模式図である。
なお、図１４において、第４の実施形態で用いた図１１と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

太陽電池モジュール５０Ｂは、互いに対向して配置された第３導光体５３、導光体ユニット１２と、第３導光体５３から射出された光を受光する太陽電池素子３７と、導光体ユニット１２から射出された光を受光する太陽電池素子３７と、第３導光体５３と導光体ユニット１２と太陽電池素子３７とを一体に保持する枠体５８Ｂと、を備えている。

第３導光体５３と導光体ユニット１２とは、第３導光体５３の第１端面５３ｃと導光体ユニット１２の第１導光体３の第１端面３ｃとが反対の方向を向いた状態で、配置されている。

本実施形態の太陽電池モジュール５０Ｂにおいては、第３導光体５３の第１端面５３ｃと導光体ユニット１２の第１導光体３の第１端面３ｃとが同じ方向を向くように配置された構成に比べて、第３導光体５３と導光体ユニット１２との間の隙間を小さくすることができる。このため、太陽電池モジュール５０Ｂの厚み（第３導光体５３の第１主面５３ａと導光体ユニット１２の第２導光体１５の第２主面１５ｂとの間の距離）を小さくすることができる。よって、太陽電池モジュール５０Ｂの輸送コスト、設置コストを低くすることができる。

[太陽光発電装置]
図１５は、太陽光発電装置１０００の概略構成図である。

太陽光発電装置１０００は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池モジュール１００１と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ（直流／交流変換器）１００４と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を蓄える蓄電池１００５と、を備えている。

太陽電池モジュール１００１は、太陽光を集光する導光体１００２と、導光体１００２によって集光された太陽光によって発電を行う太陽電池素子１００３と、を備えている。
太陽電池モジュール１００１としては、例えば、第１実施形態ないし第４実施形態で説明した太陽電池モジュールが用いられる。

太陽光発電装置１０００は外部の電子機器１００６に対して電力を供給する。電子機器１００６には、必要に応じて補助電力源１００７から電力が供給される。

太陽光発電装置１０００は、上述した本発明に係る太陽電池モジュールを備えているため、発電効率の高い太陽光発電装置となる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、導光体として板状体を用いたが、導光体の形状は板状体に限定されることなく、例えば棒状体であっても良く、適宜変更が可能である。その他、上記実施形態における各種構成要素の形状、寸法、数、配置、構成材料、製造方法等については、上記実施形態で例示したものに限らず、適宜変更が可能である。

本発明は、太陽電池モジュール、もしくは太陽光発電装置に利用可能である。

１，３０，３０Ａ，４０，５０，５０Ａ，５０Ｂ…太陽電池モジュール、２，１２，２２…導光体ユニット、３，２３…第１導光体、３ａ，２３ａ…第１導光体の第１主面、３ｂ，２３ｂ…第１導光体の第２主面、３ｃ，２３ｃ…第１導光体の第１端面、４…接着部材、５，１５，２５…第２導光体、５ａ，１５ａ，２５ａ…第２導光体の第１主面、５ｂ，１５ｂ，２５ｂ…第２導光体の第２主面、６，３６，５６…集光部材、７，３７…太陽電池素子、５３…第３導光体、５３ａ…第５導光体の第１主面、５３ｂ…第３導光体の第２主面、５３ｃ…第３導光体の第１端面、１０００…太陽光発電装置、ｎ１…第１導光体の屈折率、ｎ２…第２導光体の屈折率、Ｔ２…緩傾斜面（第２導光体の反射面）、θＢ２…緩傾斜面の傾斜角度

Claims (14)

1. 第１導光体と第２導光体とを有する導光体ユニットと、
   前記導光体ユニットから射出された光を受光する太陽電池素子と、を備え、
   前記第１導光体は、第１主面と第２主面と前記第１主面および前記第２主面に接する第１端面とを有し、外部からの光を前記第１主面から入射させ内部を伝播させて前記第１端面から射出させ、
   前記第２導光体は、第１主面と第２主面とを有し、且つ、前記第１導光体の屈折率よりも低い屈折率を有し、
   前記第１導光体と前記第２導光体とは、前記第１導光体の第２主面と前記第２導光体の第１主面とが対向し、
   前記太陽電池素子は、前記第１導光体の第１端面から射出された光を受光し、
   前記第２導光体の第２主面に、前記第１導光体の第１主面から入射して前記第１導光体を透過し、前記第２導光体に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面が形成され、
   前記第１導光体の厚みは、当該第１導光体の第１端面の遠くから当該第１導光体の第１端面に近づくにつれて徐々に厚くなっていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記第１導光体と前記第２導光体とは、直接接触し、もしくは前記第１導光体の屈折率と前記第２導光体の屈折率との間の屈折率を有する接着部材を挟んで接着されてい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。
3. 前記第１導光体の第１主面は、前記第２導光体の反射面で反射して前記第１導光体に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記第２導光体の第１主面と前記第２導光体の第２主面とは互いに平行であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記第２導光体の第２主面には複数の溝が形成されており、
   前記各溝は、前記第２導光体の第２主面に対して所定の傾斜角をなすように傾斜した傾斜面を有し、
   前記傾斜面が前記第２導光体の反射面として機能することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記第１導光体の第１主面は平坦面となっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記第１導光体の第２主面は平坦面となっており、
   前記第２導光体の第１主面は、前記第１導光体の第２主面と平行な平坦面となっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記導光体ユニットは、複数設けられており、
   前記各導光体ユニットは、互いの前記第１導光体の第１主面と前記第２導光体の第２主面とを対向させて積層されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記各導光体ユニットは、互いの前記第１導光体の第１端面どうしが同じ方向を向くように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記各導光体ユニットは、互いの前記第１導光体の厚みが当該第１導光体の第１端面の遠くから当該第１導光体の第１端面に近づくにつれて徐々に厚くなっており、且つ、互いの前記第１導光体の第１端面どうしが反対の方向を向くように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュール。
11. 前記導光体ユニットの光が入射する側には第３導光体が設けられ、
    前記第３導光体は、第１主面と第２主面と前記第１主面および前記第２主面に接する第１端面とを有し、外部からの光を自身の第１主面から入射させ内部を伝播させて自身の第１端面から射出させ、
    前記導光体ユニットは、前記第３導光体を透過した光を前記第１導光体の第１主面から入射させ内部を伝播させて前記第１導光体の第１端面から射出させ、
    前記第３導光体の第１主面は、前記第２導光体の第２主面で反射して前記第１導光体を透過し、前記第３導光体に入射した光を反射させて当該光の進行方向を変更する反射面として機能し、
    前記第３導光体の厚みは、当該第３導光体の第１端面の遠くから当該第３導光体の第１端面に近づくにつれて徐々に厚くなっていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
12. 前記第１導光体の第１端面から射出された光を集光し、前記太陽電池素子に入射させる集光部材を備えていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
13. 前記導光体ユニットを構成する前記第１導光体および前記第２導光体の双方の材料は、４００ｎｍ以下の波長に対して透過性を有することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
14. 請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールを備えることを特徴とする太陽光発電装置。

Images