JP2013038416A - 立体型の太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】積重ねができ、光の方向、障害物などに影響されにくい太陽電池モジュールを提供する。
【手段】樹脂・ガラスの光透過層と各種太陽電池による太陽電池層を、ｎ層、積層した内部構造を、光透過層で覆った立体で、形状に合せた組合せが可能。光透過層｛パネル２（２１〜２５）｝と太陽電池層（太陽電池シート１）を、交互に重ねて立体に積層し、太陽電池層を並列、直列に配線し、太陽電池層と積層断面の露出部分を光透過層で覆う。全てを樹脂で一体に成形し、全面に外部電極５を設ける。立方体（立体モジュール３）などは、前後左右上下に隙間なく組合せ、外部電極５で接続、樹脂で接着され、反射板などを伴い設置される。光が、内部の反射伝導で隅々まで行き渡り、内部反射光の折り重なりで増強され、太陽電池層に安定して受光される。本発明の「立体型の太陽電池モジュール」である。
【選択図】図１

Description

本発明は立体型の太陽電池モジュールに関する。

従来、太陽電池は、太陽電池をガラス板などで封入した、太陽電池パネル（太陽電池モジュール）という形で設置されることが主流で、常に、平面を太陽に向けて設置する必用があることから、特に、日当たりのよい一般住宅の屋根や工場の屋根、日差しの強い海辺の土地などで実施されてきた。

しかし、電力が、最も必要とされる都市部などの環境では、住宅の屋根、都心部のビルの屋上など、方角・障害物やスペース、地価など条件が厳しく設置が難しいという欠点がある。また、条件を満たす 地価の安い遠隔地では、送電時に電力ロスが起こるという欠点もある。

既存の技術のみでは市販の太陽電池モジュールの変換効率は、通常２５％程度である。

これらの改善策として、太陽光を追尾して受光角度を調整しながら最適な発電効率を得る方法や、太陽光をレンズで強めることにより発電効率を得る方法などがあるが、耐久性に問題がある

特開２０１１−０２９４８７号公報 特開２０１０−１３５６０８号公報

本発明は、積重ねができて、光の方向、障害物などに影響されにくい太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

樹脂・ガラスなどの光透過層と各種太陽電池による太陽電池層を、ｎ層、積層させた内部構造を持ち、その外部全体を、光透過層で覆った立体で、外形に合せた組合せが可能な「立体型の太陽電池モジュール」により、上記課題を解決する。

内部構造は光透過層を挟んで、太陽電池層を平面方向に、ｎ層、積重ねて得られる積層である。太陽電池層は発電面を、常に光透過層の平面側に向け、直列及び並列に配線する。積層の断面及び太陽電池層の露出した部分を、光透過層で覆い、内部配線に接続した外部電極を設け、全体を樹脂などで一体に成形する。外部電極にコード配線を接続し、電力を取出す。全ての立体に適用される。以上が、「立体型の太陽電池モジュール」の基本構成である。

内部構造は、光透過層が太陽電池層を挟んで、ｎ層、積重ねて得られる積層でもある。外形に適した形がよく、立体であることが望ましい。反射層や他の層を加えたり、光透過層・太陽電池層に、柔軟性のあるフィルムと太陽電池シートを使用して、双方を数層に重ねて、ロールまき状にした、巻型の積層構造なども考慮する。

「立体型の太陽電池モジュール」は、立体の形状に合せ、前後、左右、上下、他に組合せ、外部電極で各々が接続される。

（イ）光透過層は、樹脂・ガラスなどの材質で、透明などの光透過性で、パネル、フィルム、他の形状である。
（ロ）太陽電池層は、シリコン系、化合物半導体系、化学系、他を使用し、蒸着法、塗布法、接合法、他で施され、形状は、シート状、フィルム状、液状、他である。
シリコン系：単結晶・多結晶など結晶シリコン系、薄膜シリコン系、ハイブリッド系、他
化合物半導体系：ＩＩＩ−Ｖ族、ＣＩＧＳ系、ＣｄＴｅ系、他
化学系 ：色素増感系、有機半導体系、他
（ハ）接着（溶着）に使われる樹脂は、アクリル、エポキシ、ＥＶＡ、他で、光透過性

光透過層内の内部反射を利用し、太陽電池の積重ねを可能にした。立方体などは、前後、左右、上下、他に自由に組合せて設置条件に適応でき、小面積で、大規模な発電設備を構築できる。光透過層内の内部反射光の折り重なりによる光の増強と、伝導による細部までの充填により、入射方向を問わない安定した受光が太陽電池層に対して可能。

立方体形状の「立体型の太陽電池モジュール」を立体モジュール３と呼ぶことにする。
（立体モジュール３は立体型の太陽電池モジュールの１例である。）
本発明の立体モジュール３の斜視図（実施例１） 本発明の立体モジュール３の光軌道を表した断面図 本発明の立体モジュール３の光軌道を表した断面図の部分拡大図 本発明の立体モジュール３の組合せ構成（実施例２）

以後、立体の中で、最も使用頻度の高いと考えられる立方体を例に説明する。
図１は、本発明の立体モジュール３の斜視図
例えば、光透過層にガラス製パネル２（２１〜２５、側面パネル）を、太陽電池層に片面で電力変換するタイプのアモルファスシリコン型の太陽電池シート１を、接着（溶着）にはエポキシ樹脂を用いて、図１の立方体の構成例を説明する。
四角形のアモルファスシリコン型の太陽電池シート１の２枚の発電面を表にして、背合わせにした物を４組造り太陽電池層とし、四角形のガラス製の内部パネル２５ ３枚と交互に重ね、全てをエポキシ樹脂で一体に成形し、太陽電池層４層と内部パネル２５ ３層（側面パネルを兼ねる場合は５層）からなる、内部構造の６面体の積層を構成する。露出した積層の断面と太陽電池層を、四角及び長方形のガラス製の正面パネル２１、裏面パネル２２、上面パネル２３、底面パネル２４で覆い、側面は側面パネルか内部パネル２５で兼ね、複数の太陽電池シート１は並列又は直列に配線され、外部電極５に接続して全面に配置され、全体を樹脂で接着（溶着）して一体に成形し、立体モジュール３を得る。光をボディー全体で受け、パネル２内部の反射伝導により、全ての太陽電池層で電力に変換される。立体モジュール３は、前後、左右、上下、他に組合せ、最底面部他に反射板などの補助装置を伴って設置され、小面積で大規模な発電設備となる。

以下に、光の経路と利用について記述する。
図２は、本発明の立体モジュール３の光軌道を表した断面図・図３は、図２の部分拡大図
光が上面パネル２３より入射して、Ａのように内部パネル２５の内部表面にあたり、例えば２０％が太陽電池シート１に取り込まれ、残りが反射されてＢとなり、反対側の内部表面で残りの２０％あたりが取り込まれて反射されＣ、同様に，Ｄ，Ｅと反射伝導され底面パネルに到達し、一部はＧの様に内部反射で戻り最終的に太陽電池シート１に取り込まれ、一部は、Ｆの様に外部に抜る。組合せたものも同様である。
光は、追随しながら際限なく入射し、パネル２内部で縦横無尽に反射伝導が繰り返され、図２、図３のようなパターンの光が、数万倍の規模であらゆる方向から折り重なり、一時的に滞留（貯留）した状態となり、増強される特徴を持つ。例えば、半地下に設置する場合、反射板などで囲い地中設置する部分と地上設置部分をつなげ、地上部分に光が照射されると、全体に充填・増強され、全体の太陽電池層で発電する。

図４は、本発明の立体モジュール３の組合せ構成
立体モジュール３ ４個を四角形に組合せ、２段に重ね立方体にする。８個の積層の平面を、平行に揃え、樹脂で接着（溶着）する。各々は、外部電極５で接続し、電力は同じく接続された、コード配線４で取出される。積層の平面を、光の入射方向に平行に向け、最下部（底）、他に反射板などの補助装置を伴って設置することが望ましい。立体モジュール３における最も望ましいと思われる組合せ方法と、設置方法の１例である。

立体型の太陽電池モジュールは実用・オブジェなど設置用途により外形・素材・構成などを変化させ、無限に改良が可能であり、今後、大きな拡張性があると思われる。

１ 太陽電池シート
２ パネル
２１ 正面パネル
２２ 裏面パネル
２３ 上面パネル
２４ 底面パネル
２５ 内部パネル
３ 立体モジュール
４ コード配線
５ 外部電極
６ 光軌道
Ａ 初期入射光
Ｂ １次反射光
Ｃ ２次反射光
Ｄ ３次反射光
Ｅ ４次反射光
Ｆ 外部流出光
Ｇ 底面反射光

樹脂・ガラスなどの光透過層と各種太陽電池による太陽電池層を、ｎ層、積層させた内部構造を持ち、その外部全体を、光透過層で覆った立体で、外形に合せた組合せが可能な「立体型の体湯電池モジュール」により、上記課題を解決する。（ｎは整数）

内部構造は、太陽電池層が光透過層を挟んで、平面方向に、ｎ層、積み重ねて得られる積層である。太陽電池層は発電面を、常に光透過層の平面側に向け、直列及び並列に配線する。積層の断面及び太陽電池層の露出した部分を、光透過層で覆い、内部配線に接続した外部電極を設け、全体を樹脂などで一体に成形する。外部電極にコード配線を接続し、電力を取り出す。全ての立体に適用される。以上が、「立体型の太陽電池モジュール」の基本構成である。

Claims (7)

1. 樹脂・ガラスなどの光透過層と各種太陽電池による太陽電池層を、ｎ層、積層させた内部構造を持ち、その外部全体を、光透過層で覆った立体であり、外形に合せた組合せが可能な「立体型の太陽電池モジュール」である。
2. 内部構造は光透過層を挟んで、太陽電池層を平面方向に、ｎ層、積重ねて得られる積層である。太陽電池層は発電面を、常に光透過層の平面側に向け、直列及び並列に配線する。積層の断面及び太陽電池層の露出した部分を、光透過層で覆い、内部配線に接続した外部電極を設け、全体を樹脂などで一体に成形する。外部電極にコード配線を接続し、電力を取出す。全ての立体に適用される。以上が、「立体型の太陽電池モジュール」の基本構成である。
3. 内部構造は、光透過層に太陽電池層が挟まれ、ｎ層、積重ねて得られる積層でもあり、外形に適した形がよく、立体であることが望ましい。反射層や他の層を加えたり、光透過層・太陽電池層に、柔軟性のあるフィルムと太陽電池シートを使用して、双方を数層に重ねて、ロールまき状にした、巻型の積層構造なども考慮する。
4. 「立体型の太陽電池モジュール」は、立体の形状に合せ、前後、左右、上下、他に組合せ、外部電極で各々が接続される。
5. 光透過層は、樹脂・ガラスなどの材質で、透明などの光透過性で、パネル・フィルム・他の形状である。
6. 太陽電池層は、シリコン系、化合物半導体系、化学系、他を使用し、蒸着法、塗布法、接合法、他で施され、形状は、シート状、フィルム状、液状、他である。
   シリコン系：単結晶・多結晶など結晶シリコン系、薄膜シリコン系、ハイブリッド系、他
   化合物半導体系：ＩＩＩ−Ｖ族、ＣＩＧＳ系、ＣｄＴｅ系、他
   化学系 ：色素増感系、有機半導体系、他
7. 接着（溶着）に使われる樹脂は、アクリル、エポキシ、ＥＶＡ、他で、光透過性である

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