JP2013157427A - Photovoltaic device - Google Patents

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祥三 柳田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit the generation efficiency deterioration caused by temperature rise and resulting from the deterioration of ultraviolet light, which is a disadvantage caused when a cylindrical film object is used as a photovoltaic module for reducing the weight and relaxing restrictions on the light incident direction.SOLUTION: A photovoltaic module 1 having a cylindrical film form is formed by integrating multiple photovoltaic elements with a cylindrical film substrate. When the cylindrical film photovoltaic module 1 is covered by a transparent outer tube 2 from the outer side thereof, the cylindrical film photovoltaic module 1 is supported on the transparent outer tube 2 using module supports 4 with a space 3 formed between an inner peripheral surface of the transparent outer tube 2 and an outer peripheral surface of the cylindrical film photovoltaic module 1. Further, a photovoltaic device includes a lead wire 5 for extracting power generated by the cylindrical film photovoltaic module 1 to the exterior of the transparent outer tube 2.

Description

本発明は、光を吸収し、吸収した光のエネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う光発電デバイスにかかわり、詳しくは、低コスト化・高耐久性技術をベースとし、光入射方向の制約を緩和しつつ、発電効率の改善を図るための技術に関する。本明細書において、光については、可視光に限定するものではなく、広く任意の波長の電磁波を意味するものとする。   The present invention relates to a photovoltaic device that generates light by absorbing light and converting the energy of the absorbed light into electrical energy. Specifically, the present invention is based on low-cost and high-durability technology, and restricts the light incident direction. The present invention relates to a technique for improving power generation efficiency while relaxing the problem. In the present specification, light is not limited to visible light, but widely means electromagnetic waves having an arbitrary wavelength.

フィルム状で筒状の基板に複数の光発電素子(Photovoltaic Cell)が集積化されたフィルム筒状の光発電モジュールは、通常の平板状の光発電モジュールと違って、ロール・ツー・ロール方式で作製することが可能である。フィルム状の光発電モジュールを長尺な連続シートに作製でき、そのシートを一定長さにカットした上で筒状に成形することが可能であるから、生産性や製造コストの観点で好ましいといえる。その他のメリットは、軽量性に非常に優れていることや有効な発電のための光の入射方向に関して制約が大幅に緩和されていて広い範囲から光を吸収させることができることから、発電効率の向上が望めることなどがある。特に、入射光を太陽光とする場合には、太陽が移動しても発電効率があまり変化しないという利点がある。あるいは、移動する太陽を追尾する必要がなく、設備が簡素化されるという利点がある。また、太陽光をはじめとする光源からの直接光だけでなく、反射光や散乱光も取り込んで発電に利用することができる。しかし、その一方で、すべての光発電モジュールの共通の課題であるが、光発電モジュールの心臓部である半導体は熱に弱く、温度上昇が激しいと、発電効率の低下が招来される。また、光発電モジュールは、一般に外気や水分、また紫外線(UV)に暴露されると劣化が進み、発電効率が低下するなどの耐久性の問題が懸念されている。   Unlike a normal flat panel photovoltaic module, a film cylindrical photovoltaic module in which multiple photovoltaic elements (Photovoltaic Cells) are integrated on a film-like cylindrical substrate is a roll-to-roll method. It is possible to produce. Since a film-like photovoltaic module can be produced into a long continuous sheet, and the sheet can be cut into a certain length and then formed into a cylindrical shape, it can be said that it is preferable in terms of productivity and manufacturing cost. . Other advantages are that it is extremely light weight and that the light incident direction for effective power generation is greatly relaxed and light can be absorbed from a wide range, thus improving power generation efficiency. There are things you can hope for. In particular, when the incident light is sunlight, there is an advantage that the power generation efficiency does not change much even if the sun moves. Alternatively, there is no need to track the moving sun, and there is an advantage that facilities are simplified. Moreover, not only direct light from sunlight and other light sources but also reflected light and scattered light can be taken in and used for power generation. However, on the other hand, although it is a common problem for all photovoltaic modules, the semiconductor, which is the heart of the photovoltaic module, is vulnerable to heat. If the temperature rises rapidly, the efficiency of power generation is reduced. In addition, there is a concern that the photovoltaic module is generally deteriorated when exposed to outside air, moisture, or ultraviolet rays (UV), and durability problems such as reduction in power generation efficiency are concerned.

そこで、光発電モジュールの外周部を透明外管で覆う考え方が生じる。その先行技術を見てみると、光発電モジュールが筒状ではあるがフィルム状ではないものとして、特許文献2〜8がある。透明外管の内周面に対して筒状の光発電モジュールの外周面を密着させているものとして、特許文献1,2,4〜6がある。特許文献3の場合は透明外管がない。光発電モジュールが筒状でフィルム状となっている従来技術として、特許文献1がある。しかし、透明外管に対しては筒状の光発電モジュールを密着させているし、筒状の光発電モジュールは全周にわたるものではない。透明外管と光発電モジュールとの密着はなくてスペースを介在しているものとしては、特許文献7,8があるが、光発電モジュールはフィルム状ではない。   Therefore, there is a concept of covering the outer peripheral portion of the photovoltaic module with a transparent outer tube. When the prior art is seen, there exists patent documents 2-8 as what a photovoltaic module is cylindrical, but it is not a film form. Patent Documents 1, 2, 4 to 6 are examples in which the outer peripheral surface of a tubular photovoltaic module is brought into close contact with the inner peripheral surface of the transparent outer tube. In the case of Patent Document 3, there is no transparent outer tube. As a prior art in which the photovoltaic module is cylindrical and film-shaped, there is Patent Document 1. However, the tubular photovoltaic module is in close contact with the transparent outer tube, and the tubular photovoltaic module does not extend all around. Patent Documents 7 and 8 are examples in which the transparent outer tube and the photovoltaic module are not in close contact but have a space, but the photovoltaic module is not in the form of a film.

特開2003−347574号公報JP 2003-347574 A 特開2006−80396号公報JP 2006-80396 A 特開2007−250858号公報JP 2007-250858 A 特開2009−530852号公報JP 2009-530852 A 特開2009−537985号公報JP 2009-537985 A 特開2010−526439号公報JP 2010-526439 A 特開2010−541205号公報JP 2010-541205 A 特開2010−541206号公報JP 2010-541206 A

光発電デバイスの低コスト化を図るには、できるだけ部品点数を抑えかつ例えばロール・ツー・ロール方式などの生産性に優れた製造方法で生産することが望ましい。しかし、低コスト化を図ると、発電効率や耐久性の低下を招く場合が多くある。ロール・ツー・ロール方式などで作製し、それをフィルム筒状にした光発電デバイスでは、低コストを図りつつ、発電効率や耐久性を高めることが期待できる。   In order to reduce the cost of the photovoltaic device, it is desirable to reduce the number of parts as much as possible and to produce the photovoltaic device by a manufacturing method having excellent productivity such as a roll-to-roll method. However, cost reduction often leads to a decrease in power generation efficiency and durability. Photovoltaic devices produced by a roll-to-roll method and formed into a film cylinder can be expected to improve power generation efficiency and durability while reducing costs.

筒状の光発電モジュールがフィルム状とはなっていないもの(特許文献2〜8)では、そもそも上記の課題がないか、あるいは課題が小さい。   In the case where the tubular photovoltaic module is not in the form of a film (Patent Documents 2 to 8), the above problem is not present in the first place or the problem is small.

筒状の光発電モジュールがフィルム状となっていて、さらにその外周部に透明な円筒型容器を配置したもの(特許文献1)では、その透明な円筒型容器をフィルム筒状の光発電モジュールに密着させて形成しており、透明な円筒型容器からの熱伝導が大きいために、光発電モジュールが昇温し、発電効率の低下が起こりやすく、上記の課題を解決するものとはなっていない。   In the case where the cylindrical photovoltaic module is in the form of a film and a transparent cylindrical container is disposed on the outer periphery thereof (Patent Document 1), the transparent cylindrical container is used as a film cylindrical photovoltaic module. It is formed in close contact, and because the heat conduction from the transparent cylindrical container is large, the photovoltaic module rises in temperature, and the power generation efficiency tends to decrease, and it does not solve the above problems .

本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、軽量化および光入射方向の制約緩和のためにフィルム筒状の光発電モジュールを用いることを前提とした低コスト、高耐久性の光発電モジュールを提供するもので、昇温による発電効率低下と外気や水分、また紫外線(UV)などによる劣化を抑制できるようにすることを目的としている。   The present invention was created in view of such circumstances, and is low in cost and highly durable on the premise that a film cylindrical photovoltaic module is used for weight reduction and light input direction constraint relaxation. An object of the present invention is to provide a photovoltaic module, which is intended to suppress a decrease in power generation efficiency due to temperature rise and deterioration due to outside air, moisture, ultraviolet rays (UV), and the like.

上記の課題を解決するため、本発明は次の手段を講じる。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following measures.

本発明による光発電デバイスは、その構成要素として、フィルム筒状の光発電モジュールと、このフィルム筒状の光発電モジュールをその外部から覆う透明外管と、透明外管の内周面とフィルム筒状の光発電モジュールの外周面との間に確保したスペースと、このスペースを確保する状態で透明外管にフィルム筒状の光発電モジュールを支持させるモジュールサポートと、フィルム筒状の光発電モジュールによる発電電力を透明外管の外部へ取り出すリード線とを備えたものとして構成されている。   The photovoltaic device according to the present invention includes, as its constituent elements, a film cylindrical photovoltaic module, a transparent outer tube that covers the film cylindrical photovoltaic module from the outside, an inner peripheral surface of the transparent outer tube, and a film cylinder. A space secured between the outer peripheral surface of the tubular photovoltaic module, a module support for supporting the tubular photovoltaic module on the transparent outer tube in a state in which this space is secured, and the tubular photovoltaic module And a lead wire for taking out the generated power to the outside of the transparent outer tube.

前記のフィルム筒状の光発電モジュールは、フィルム状の基板に複数の光発電素子が集積化されたものを筒状に構成したものである。その光発電素子は、いわゆる太陽電池のように、光を吸収し、吸収した光のエネルギーを光電変換により電気エネルギーに変換して発電を行うものであり、特にその種類・形態を問うものではない。光については、可視光に限定するものではなく、広く任意の波長の電磁波を意味するものとする。利用する光については、太陽光を原則とするが、太陽光のみに限定するのではなく、広く任意の光源からの光でよい。例えば、蛍光灯、白熱電球、LEDランプその他の照明装置からの光でもよい。光発電素子としては、いわゆる薄膜太陽電池、特にはフレキシブル太陽電池が好ましい。フレキシブル太陽電池の例としては、CIGS(銅‐インジウム‐ガリウム‐セレン)太陽電池、色素増感太陽電池(DSC)が好ましい。特に、フレキシブル太陽電池をロール・ツー・ロール方式で作製する場合は、フィルム状の光発電モジュールを長尺な連続シートに作成でき、そのシートを一定長さにカットした上で筒状に成形することが可能であるから、生産性向上の観点で好ましいといえる。   The above-mentioned film cylindrical photovoltaic module has a cylindrical configuration in which a plurality of photovoltaic elements are integrated on a film substrate. The photovoltaic device absorbs light and generates power by converting the energy of the absorbed light into electric energy by photoelectric conversion, as in the case of so-called solar cells, and is not particularly limited in type or form. . The light is not limited to visible light, but broadly means electromagnetic waves of any wavelength. The light to be used is basically sunlight, but is not limited to only sunlight, and may be light from a wide range of arbitrary light sources. For example, light from a fluorescent lamp, an incandescent lamp, an LED lamp, or other lighting devices may be used. As a photovoltaic device, what is called a thin film solar cell, especially a flexible solar cell are preferable. As an example of a flexible solar cell, a CIGS (copper-indium-gallium-selenium) solar cell and a dye-sensitized solar cell (DSC) are preferable. In particular, when a flexible solar cell is manufactured by a roll-to-roll method, a film-like photovoltaic module can be formed into a long continuous sheet, and the sheet is cut into a predetermined length and then formed into a cylindrical shape. Therefore, it can be said that it is preferable from the viewpoint of improving productivity.

なお、太陽電池については「電池」という言葉が使われてはいるが、ここでは、「電荷を蓄積する機能を有するもの」として扱うのではなく、一般的な解釈のとおり「発電する機能を有するもの」として扱うこととする。   In addition, although the word “battery” is used for solar cells, it is not treated here as “having a function of accumulating electric charges”, but “having a function of generating electricity” as a general interpretation. It will be treated as "thing".

フィルム筒状の光発電モジュールの「筒状」については、ある軸の周りにおいて実質的に全周(完全に全周またはほぼ完全に全周)にわたって連続的に展開され、断面形状が任意の二次元の規則的または不規則的な閉鎖形状となっている形態を言う(実質的に全周という点で特許文献1とは相違し、筒状という点で特許文献2〜8とは相違する)。その閉鎖の断面形状(内周面または外周面)は任意である。「筒状」とは、ある軸を中心として、その周囲に内周面と外周面とを有する状態で展開される立体である。中心から外周面までの距離に対する中心から内周面までの距離との比は、1よりは小さくかつ1に近い値をもつ。「フィルム筒状」とは、その比が充分に1に近い状態を言い、内周面から外周面へかけての厚み寸法が充分に小さいものを言う(この点において特許文献2〜8とは相違する)。ただし、フィルム状というときは、通常はフレキシブル性(可撓性)をもつものをいうが、必ずしもフレキシブル性をもつとは限らない。ある程度の弾力性、剛性をもつものであってもよい。シート状でフレキシブル性をもつものであっても筒状に形成すれば、弾力性や剛性が生じる場合があるからである。ロール・ツー・ロール方式で製作した長尺なシート状の光発電モジュールを一定寸法にカットした上で筒状に成形するのが生産性向上の観点から好ましい。さらに、製造方法に工夫をすれば、シート状に作られたフィルムを筒状に形成するのではなく、最初から筒状に製作された基板(筒状基板)の上に成膜して光発電素子を構成するのでもよい。   As for the “tubular” of the photovoltaic module in the form of a film, it is continuously developed around a certain axis over substantially the entire circumference (completely the entire circumference or almost completely the entire circumference), and the cross-sectional shape is arbitrary two. Dimensional regular or irregular closed shape (refers to substantially the whole circumference, which differs from Patent Document 1 and cylindrical shape, which differs from Patent Documents 2 to 8) . The closed cross-sectional shape (inner peripheral surface or outer peripheral surface) is arbitrary. The “cylindrical shape” is a solid developed with an inner peripheral surface and an outer peripheral surface around a certain axis. The ratio of the distance from the center to the inner peripheral surface with respect to the distance from the center to the outer peripheral surface is smaller than 1 and close to 1. “Film cylindrical” means that the ratio is sufficiently close to 1, and the thickness dimension from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface is sufficiently small (in this respect, Patent Documents 2 to 8 Is different). However, the term “film-like” generally refers to a film having flexibility (flexibility), but does not necessarily have flexibility. It may have some elasticity and rigidity. This is because even if it is a sheet and has flexibility, if it is formed into a cylinder, elasticity and rigidity may occur. From the viewpoint of improving productivity, it is preferable that a long sheet-like photovoltaic module manufactured by a roll-to-roll method is cut into a certain size and then formed into a cylindrical shape. Furthermore, if the manufacturing method is devised, the film made in the form of a sheet is not formed into a cylindrical shape, but is formed on a substrate (cylindrical substrate) that is manufactured from the beginning to form a photovoltaic power generation. An element may be configured.

フィルム筒状の光発電モジュールの外周を透明外管で覆う理由は、透明外管のフィルム筒状の光発電モジュールに対する外部環境の影響を透明外管によって保護することにある。保護性能については、外気に含まれる水分、各種の活性分子(酸素分子、水分子)、イオン、汚染物質などとの化学的・物理的反応(結合)の抑制や、防水性の確保が図られる。   The reason for covering the outer periphery of the film cylindrical photovoltaic module with the transparent outer tube is to protect the influence of the external environment on the film cylindrical photovoltaic module of the transparent outer tube with the transparent outer tube. With regard to protection performance, it is possible to suppress chemical and physical reactions (bonding) with moisture, various active molecules (oxygen molecules, water molecules), ions, pollutants, etc. in the outside air and to ensure waterproofness. .

また、透明外管で覆うことは、フィルム筒状の光発電モジュールにおける紫外線対策としても有効である。紫外線が直接に当たるのは透明外管であって、この透明外管によって紫外線の強力なエネルギーが吸収され、フィルム筒状の光発電モジュールに与える影響が緩和されるから、紫外線が直接にフィルム筒状の光発電モジュールに当たる場合に比べると、フィルム筒状の光発電モジュールの光劣化が抑制され、これも発電効率低下の抑制に効果がある。   Moreover, covering with a transparent outer tube is also effective as a measure against ultraviolet rays in a film cylindrical photovoltaic module. The UV light directly hits the transparent outer tube, and this transparent outer tube absorbs the powerful energy of the UV light and alleviates the impact on the film cylindrical photovoltaic module. Compared with the case of hitting the photovoltaic power generation module, light deterioration of the film-shaped photovoltaic power generation module is suppressed, which is also effective in suppressing reduction in power generation efficiency.

透明外管については、通常はガラス管で構成するが、ガラス管のみに限定するものではなく、透明性があり耐熱性、耐紫外線性および強度に優れたものであればプラスチック(エンジニアリングプラスチック)であってもよい。   The transparent outer tube is usually composed of a glass tube, but it is not limited to a glass tube. It is made of plastic (engineering plastic) as long as it is transparent and has excellent heat resistance, ultraviolet resistance and strength. There may be.

透明外管の形状については、その内部にフィルム筒状の光発電モジュールを収納できるものであればどのような形状でも構わない。   The shape of the transparent outer tube may be any shape as long as a film cylindrical photovoltaic module can be accommodated therein.

フィルム筒状の光発電モジュールの外周を透明外管で覆うことに関し、本発明にあっては、単に透明外管でフィルム筒状の光発電モジュールを外部環境から保護するだけにとどまらず、透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導の防止のために、透明外管の内周面と光発電モジュールの外周面との間に適当なスペースを確保するものとする。この点が本発明のポイントの1つである。従来技術の場合には密着させており、スペースを確保するものではない。あるいは、スペースを考えていても、光発電モジュールはフィルム状でも筒状でもない。スペースは一般的には筒状(環状)を呈することになる。   With respect to covering the outer periphery of a film-shaped photovoltaic module with a transparent outer tube, the present invention is not limited to simply protecting the film-shaped photovoltaic module from the external environment with a transparent outer tube. In order to prevent heat conduction from the tube to the film cylindrical photovoltaic module, an appropriate space is secured between the inner peripheral surface of the transparent outer tube and the outer peripheral surface of the photovoltaic module. This is one of the points of the present invention. In the case of the prior art, they are in close contact, and do not secure a space. Or even if space is considered, the photovoltaic module is neither a film nor a cylinder. The space generally has a cylindrical shape (annular shape).

フィルム筒状の光発電モジュールを透明外管内に、透明外管との間に熱伝導防止のためのスペースを確保する状態で収納しておくには、透明外管にフィルム筒状の光発電モジュールを支持させるためのモジュールサポートが必要になる。この点も本発明のポイントである。従来技術で透明外管と光発電モジュールとの間にスペースを確保したものが想定されても、光発電モジュールの形態が筒状かつフィルム状ではないものであり、前提が異なっている。   To store a film-shaped photovoltaic module in a transparent outer tube with a space for preventing heat conduction between it and the transparent outer tube, the film-shaped photovoltaic module is placed in the transparent outer tube. A module support is required to support this. This point is also a point of the present invention. Even if it is assumed in the prior art that a space is secured between the transparent outer tube and the photovoltaic module, the photovoltaic module is not cylindrical and film-like, and the premise is different.

このモジュールサポートは、光を直接受けるために高温となりがちな透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導ができるだけ抑制されるように、透明外管との接触面積およびフィルム筒状の光発電モジュールとの接触面積ができるだけ小さいほうが好ましい。モジュールサポートをフィルム筒状の光発電モジュールの外周と透明外管の内周との間に配置する場合には、透明外管の仮想の管軸方向の複数箇所に配置することが、支持の安定性から好ましいと言える。ただし、1箇所で支持できるのであれば、モジュールサポートの配置はもちろん1箇所でもよい。モジュールサポートを透明外管とフィルム筒状の光発電モジュールとの間のスペースに配置する場合には、周方向で複数箇所に分かれた状態の小さな小片状のサポート部材の組み合わせとするのが、熱伝導抑制の観点から望ましいと言える。言うまでもないことであるが、このモジュールサポートは熱伝導率の低い断熱材で構成されていることが好ましい。熱伝導率が非常に低いモジュールサポートの場合は、周方向で連続した形態のものであっても構わない。   This module support has a contact area with the transparent outer tube and a film cylindrical shape so that heat conduction from the transparent outer tube that tends to be high temperature to receive light directly to the film cylindrical photovoltaic module is suppressed as much as possible. It is preferable that the contact area with the photovoltaic module is as small as possible. When the module support is placed between the outer periphery of the film-shaped photovoltaic module and the inner periphery of the transparent outer tube, it is necessary to place the module support at multiple locations in the virtual tube axis direction of the transparent outer tube. It can be said that it is preferable from the property. However, as long as it can be supported at one place, the module support may be arranged at one place. When placing the module support in the space between the transparent outer tube and the photovoltaic module in the form of a film, it is a combination of small pieces of support members that are divided into multiple locations in the circumferential direction. It can be said that it is desirable from the viewpoint of suppressing heat conduction. Needless to say, the module support is preferably made of a heat insulating material having low thermal conductivity. In the case of a module support having a very low thermal conductivity, it may have a continuous form in the circumferential direction.

モジュールサポートの配置箇所は、透明外管とフィルム筒状の光発電モジュールとの間のスペースとは限らない。透明外管の仮想の管軸方向の両端部においてモジュールサポートを配置してもよい。   The place where the module support is disposed is not necessarily a space between the transparent outer tube and the film-shaped photovoltaic power generation module. Module supports may be arranged at both ends of the transparent outer tube in the virtual tube axis direction.

本発明にあっては、上記のように、光発電モジュールとしてフィルム筒状のものを用いることから軽量性確保・光入射方向の制約緩和のメリットを享受しつつ、フィルム筒状の光発電モジュールの外周を透明外管で覆ってあること、フィルム筒状の光発電モジュールの外周面と透明外管の内周面との間にスペースを確保していること、および、スペースを確保するためのモジュールサポートを設けていることが相まって、外気に含まれる水分、各種の活性分子(酸素分子、水分子)、イオン、汚染物質など外部環境からフィルム筒状の光発電モジュールを保護し(透明外管での被覆による)、かつ透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導を確実に抑制する(スペースとモジュールサポートの協働による)ことを通じて、トータルとして、発電効率の著しい向上を達成することができる。   In the present invention, as described above, the film-shaped photovoltaic module uses a film-shaped photovoltaic module, while enjoying the advantages of securing light weight and relaxing restrictions on the light incident direction. The outer periphery is covered with a transparent outer tube, a space is secured between the outer peripheral surface of the film cylindrical photovoltaic module and the inner peripheral surface of the transparent outer tube, and the module for securing the space Together with the support, the film-shaped photovoltaic module is protected from the external environment such as moisture contained in the outside air, various active molecules (oxygen molecules, water molecules), ions, and pollutants (with a transparent outer tube) And by reliably suppressing heat conduction from the transparent outer tube to the film-shaped photovoltaic module (by cooperation of space and module support) As Le, it is possible to achieve a significant improvement in the power generation efficiency.

透明外管の形状はフィルム筒状の光発電モジュールに似ているのが好ましいと言えるが、必ずしも似ていなくてもよく、あるいはまったく似ていなくても構わない。要は、フィルム筒状の光発電モジュールの外周を透明外管で覆うことにより、フィルム筒状の光発電モジュールを外気などの外部環境から保護するのであれば、原則どのような形態でもよい。透明外管は、光をできるだけ多く取り込めるように、その透明度ができるだけ高いものが好ましいと言える。ただし、必ずしも無色透明である必要はなく、例えば琥珀色など有色透明であっても構わない。   It can be said that the shape of the transparent outer tube is preferably similar to that of the photovoltaic module having a film cylindrical shape, but it does not necessarily have to be similar or not at all. In short, as long as the film-shaped photovoltaic module is protected from the outside environment such as outside air by covering the outer periphery of the film-shaped photovoltaic module with a transparent outer tube, in principle, any form may be used. It can be said that the transparent outer tube is preferably as transparent as possible so as to capture as much light as possible. However, it does not necessarily need to be colorless and transparent, and may be colored and transparent, such as amber.

フィルム筒状の光発電モジュールは、透明外管で覆われて保護されている一方、この光発電モジュールで発電した電力を透明外管の外部に取り出す必要がある。そこで、フィルム筒状の光発電モジュールの発電層を両側から挟み込む表面電極(上部電極)と裏面電極(下部電極)とから引き出されたリード線を透明外管に対してその内側から外側へと通線してある。リード線にはアノード側のリード線とカソード側のリード線とがあるが、これら2つのリード線の通線箇所は、透明外管の管軸方向の両側部分でもよいし、あるいはいずれか一側にまとめてもよい。   While the film-shaped photovoltaic power generation module is covered and protected by a transparent outer tube, it is necessary to take out the electric power generated by the photovoltaic module outside the transparent outer tube. Therefore, the lead wires drawn from the front electrode (upper electrode) and the back electrode (lower electrode) that sandwich the power generation layer of the film-shaped photovoltaic module from both sides are passed from the inside to the outside with respect to the transparent outer tube. There is a line. The lead wire includes an anode-side lead wire and a cathode-side lead wire, and these two lead wires may be connected to either side of the transparent outer tube in the tube axis direction or one of them. You may summarize.

以上をまとめると、本発明による光発電デバイスの構成は、フィルム状で筒状の基板に複数の光発電素子が集積化されたフィルム筒状の光発電モジュールと、このフィルム筒状の光発電モジュールをその外部から覆う透明外管と、この透明外管の内周面と前記フィルム筒状の光発電モジュールの外周面との間に確保したスペースと、前記スペースを確保する状態で前記透明外管に前記フィルム筒状の光発電モジュールを支持させるモジュールサポートと、前記フィルム筒状の光発電モジュールによる発電電力を前記透明外管の外部へ取り出すリード線とを備えているということになる。   In summary, the configuration of the photovoltaic device according to the present invention includes a film-shaped photovoltaic module in which a plurality of photovoltaic elements are integrated on a film-shaped cylindrical substrate, and the film-shaped photovoltaic module. A transparent outer tube covering the outside from the outside, a space secured between the inner peripheral surface of the transparent outer tube and the outer peripheral surface of the film-shaped photovoltaic power generation module, and the transparent outer tube in a state of securing the space A module support for supporting the film-shaped photovoltaic module, and a lead wire for taking out the electric power generated by the film-shaped photovoltaic module to the outside of the transparent outer tube.

本発明の上記構成による作用は次のとおりである。部品点数が少ないことや安価な製造コストで作製したフィルム筒状光発電モジュールが招来する不利益点(昇温による発電効率低下や低耐久性)を補償すべく、本発明では、フィルム筒状の光発電モジュールを透明外管で覆い、かつ透明外管との間にスペースをおくようにモジュールサポートでフィルム筒状の光発電モジュールを支持させている。   The effect | action by the said structure of this invention is as follows. In order to compensate for the disadvantages (decrease in power generation efficiency due to temperature rise and low durability) caused by a film cylindrical photovoltaic module produced with a small number of parts and an inexpensive manufacturing cost, in the present invention, The photovoltaic module is supported by a module support so that the photovoltaic module is covered with a transparent outer tube and a space is provided between the photovoltaic module and the transparent outer tube.

フィルム筒状の光発電モジュールを透明外管で覆っているので、入射光が直接当たる部材をフィルム筒状の光発電モジュールに代えて透明外管とすることができる。透明外管が直接の入射光で温度上昇しても、透明外管そのものは発電機能部材ではないので発電効率の低下にはつながらない。透明外管とフィルム筒状の光発電モジュールとはスペースで隔てられており、透明外管にフィルム筒状の光発電モジュールを支持させるモジュールサポートは局部的であるから、透明外管が直接の入射光のために温度上昇しても、透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導は充分に抑制されたものとなる。フィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導が小さいフィルム筒状の光発電モジュールの温度上昇は抑制されるから、発電効率の低下を抑えることができる。また、紫外線が直接に当たるのは透明外管であってフィルム筒状の光発電モジュールではないから、紫外線が直接にフィルム筒状の光発電モジュールに当たる場合に比べると、フィルム筒状の光発電モジュールの光劣化が抑制され、これも発電効率低下の抑制に効果がある。   Since the film cylindrical photovoltaic module is covered with the transparent outer tube, the member directly hit by the incident light can be replaced with the film cylindrical photovoltaic module to form a transparent outer tube. Even if the temperature of the transparent outer tube is increased by direct incident light, the transparent outer tube itself is not a power generation function member, so that the power generation efficiency is not lowered. The transparent outer tube and the film-shaped photovoltaic module are separated by a space, and the module support that supports the film-shaped photovoltaic module on the transparent outer tube is local. Even if the temperature rises due to light, the heat conduction from the transparent outer tube to the film-shaped photovoltaic power generation module is sufficiently suppressed. Since the temperature rise of the film-shaped photovoltaic power generation module with small heat conduction to the film-shaped photovoltaic module is suppressed, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency. In addition, since it is not a film tubular photovoltaic module that directly hits ultraviolet rays, it is not a film tubular photovoltaic module. Therefore, compared with the case where ultraviolet rays directly strike a film tubular photovoltaic module, Photodegradation is suppressed, and this is also effective in suppressing reduction in power generation efficiency.

上記の構成をより具体的レベルで考察すると、好ましい態様として、次のような構成を挙げることができる。   Considering the above configuration at a more specific level, the following configuration can be given as a preferred embodiment.

前記の透明外管は、その内部空間が真空状態にされて、外気に対し密封してあること、あるいは、その内部空間が高度な減圧状態にされて外気に対し密封してあることが好ましい。後者の場合には、さらに、透明外管の内部に窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入されていることが好ましい。真空状態あるいは高度な減圧状態では透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導が充分に抑えられる。不活性ガスを封入しておけば、フィルム筒状の光発電モジュールの化学的劣化が抑制され、長寿命が期待される。   It is preferable that the transparent outer tube is sealed with respect to the outside air with its inner space being evacuated or sealed against the outside air with its inner space being highly decompressed. In the latter case, it is preferable that an inert gas such as nitrogen, helium or argon is further sealed in the transparent outer tube. In a vacuum state or a highly reduced pressure state, heat conduction from the transparent outer tube to the film-shaped photovoltaic module is sufficiently suppressed. If an inert gas is enclosed, chemical degradation of the photovoltaic module in the form of a film is suppressed, and a long life is expected.

透明外管については、ガラス管以外のものとして、機械部品や構造材料などの工業用途で用いられるエンジニアリングプラスチック(エンプラ)で構成してもよい。透明なエンジニアリングプラスチックとしては、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAR)、ポリスルホン(PSU)、ポリエーテルスルホン(PESU)、ポリエーテルイミド(PEI)などがある。   The transparent outer tube may be made of an engineering plastic (engineering plastic) used for industrial applications such as mechanical parts and structural materials, other than glass tubes. Transparent engineering plastics include polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), polysulfone (PSU), polyethersulfone (PESU), and polyetherimide (PEI).

あるいは、透明外管については、新しい形態の柔軟透明フィルムであって、スメクタイト、バーミキュライト、膨潤性マイカなどを含有する粘土に対して、その層間に存在する陽イオンをリチウムイオンと交換した透明性と耐熱性があるリチウム交換粘土膜で構成してもよい。   Or, for the transparent outer tube, it is a new type of flexible transparent film, which is a clay containing smectite, vermiculite, swellable mica, etc. You may comprise a lithium exchanged clay film with heat resistance.

前記のフィルム筒状の光発電モジュールの形状としては、円筒状以外に、楕円形、正多角形(正十六角形、正十二角形、正八角形、正六角形、正四角形など)、正三角形、菱形、平行四辺形、角丸四角形、半円形、半楕円形、半正多角形、半角丸四角形、あるいは不等辺の多角形・三角形などがある。   In addition to the cylindrical shape, the film cylindrical photovoltaic module has an oval, regular polygon (regular dodecagon, regular dodecagon, regular octagon, regular hexagon, regular square, etc.), regular triangle, There are a rhombus, a parallelogram, a rounded quadrangle, a semicircular, a semi-elliptical, a semi-regular polygon, a half-rounded quadrilateral, or an unequal side polygon / triangle.

また、前記のフィルム筒状の光発電モジュールと透明外管との相対的位置関係については、同軸状に配置されているのが好ましいが、それのみに限定する必要はなく、非同軸状に配置しても構わない。   In addition, the relative positional relationship between the film-shaped photovoltaic power generation module and the transparent outer tube is preferably arranged coaxially, but it is not necessary to be limited to this, and it is arranged non-coaxially. It doesn't matter.

前記の光発電素子の発電方式については、CIGS(銅‐インジウム‐ガリウム‐セレン)型、色素増感型以外で、アモルファス型、微結晶シリコン型、CIS(銅‐インジウム‐セレン)型、CdTe(テルル化カドミウム)型、HIT(Heterojunction with Intrinsic thin layer)型(両面入射型を含む)、有機薄膜型、量子ドット型、化合物薄膜型、球状型、タンデム型などがある。   Regarding the power generation method of the photovoltaic device, other than CIGS (copper-indium-gallium-selenium) type and dye-sensitized type, amorphous type, microcrystalline silicon type, CIS (copper-indium-selenium) type, CdTe ( There are a cadmium telluride type, a HIT (Heterojunction with Intrinsic thin layer) type (including a double-sided incident type), an organic thin film type, a quantum dot type, a compound thin film type, a spherical type, and a tandem type.

また、前記のモジュールサポートとしては断熱性のものが好ましい。   The module support is preferably heat insulating.

前記のリード線を透明外管に支持する構造としては、透明外管に一体的にステムを形成し、そのステムにリード線を保持させる構造が好ましい。この場合に、透明外管とステムとは同一のガラス材とし、両者をともに溶融し一体化すればよい。   As a structure for supporting the lead wire on the transparent outer tube, a structure in which a stem is integrally formed on the transparent outer tube and the lead wire is held on the stem is preferable. In this case, the transparent outer tube and the stem may be made of the same glass material, and both may be melted and integrated together.

フィルム筒状の光発電モジュールが存在する透明外管の内部空間において、残留する、あるいは発生してくる活性分子(酸素分子、水分子)、イオンなどの不純物粒子を吸収し捕捉するためのゲッタを内在させているのが好ましい。ゲッタの活性化により、透明外管の真空排気後に残留したり、使用中に発生してくるH2O、O2 、H2 、N2 、CO等のガスを吸着、除去するため、これらの不純物粒子との反応によって光発電モジュールが劣化するのを抑制し、その寿命の長期化が期待できる。ゲッタの種類は蒸発型、非常蒸発型を問わない。ゲッタの材料としては、ジルコニウムやチタン等を主成分とする合金がある。具体的には、Zr−Al合金、Zr−Fe合金、Zr−Ni合金、Zr−Nb−Fe合金、Zr−Ti−Fe合金、Zr−V−Fe合金などがある。 In the inner space of the transparent outer tube where the film-shaped photovoltaic module is located, there is a getter for absorbing and capturing the impurity particles such as active molecules (oxygen molecules, water molecules) and ions remaining or generated. It is preferable to make it inherent. Due to the activation of the getter, the gas such as H 2 O, O 2 , H 2 , N 2 , CO, etc. remaining after evacuation of the transparent outer tube or generated during use is adsorbed and removed. It is possible to suppress the deterioration of the photovoltaic module due to the reaction with the impurity particles and to prolong its life. The type of getter does not matter whether it is an evaporation type or an emergency evaporation type. As a material of the getter, there is an alloy mainly composed of zirconium, titanium or the like. Specifically, there are a Zr—Al alloy, a Zr—Fe alloy, a Zr—Ni alloy, a Zr—Nb—Fe alloy, a Zr—Ti—Fe alloy, a Zr—V—Fe alloy, and the like.

本発明によれば、光発電モジュールをフィルム筒状として軽量性確保・光入射方向の制約緩和を享受しつつ、モジュールサポートを伴うスペースを介してフィルム筒状の光発電モジュールの外周を透明外管で覆ってあるので、水分、活性分子(酸素分子、水分子)、イオン、汚染物質など外部環境からフィルム筒状の光発電モジュールを保護し、かつ透明外管からフィルム筒状の光発電モジュールへの熱伝導を確実に抑制することを通じて、トータルとして発電効率の著しい向上を達成することができる。   According to the present invention, the photovoltaic module is formed into a film cylinder so that the outer periphery of the film cylinder photovoltaic module is surrounded by a transparent outer tube through a space with a module support while ensuring lightness and relaxing restrictions on the light incident direction. Protects the film cylindrical photovoltaic module from the external environment such as moisture, active molecules (oxygen molecules, water molecules), ions, and pollutants, and from the transparent outer tube to the film cylindrical photovoltaic module By reliably suppressing the heat conduction, it is possible to achieve a significant improvement in power generation efficiency as a whole.

本発明の実施の形態における光発電デバイスの構成を示す概略の正面断面図Schematic front sectional view showing a configuration of a photovoltaic device in an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態におけるフィルム状の基板の展開図(その1)Development view of a film-like substrate in an embodiment of the present invention (part 1) 本発明の実施の形態における筒状の光発電モジュールの斜視図(その1)The perspective view of the cylindrical photovoltaic module in embodiment of this invention (the 1) 本発明の実施の形態におけるフィルム状の基板の展開図(その2)Development view of the film-like substrate in the embodiment of the present invention (part 2) 本発明の実施の形態におけるフィルム状の基板の展開図(その3)Development view of the film-like substrate in the embodiment of the present invention (part 3) 本発明の実施の形態における筒状の光発電モジュールの斜視図(その2)The perspective view of the cylindrical photovoltaic module in embodiment of this invention (the 2) 本発明の実施の形態におけるフィルム状の基板の展開図(その4)Development view of the film-like substrate in the embodiment of the present invention (Part 4) 本発明の実施の形態における光発電デバイスの側面断面図Side surface sectional drawing of the photovoltaic device in embodiment of this invention 本発明の実施の形態における光発電ユニットの構成を示す概略の正面断面図Schematic front sectional view showing the configuration of the photovoltaic unit in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態における光発電パネルの構成を示す概略の上面図Schematic top view showing a configuration of a photovoltaic panel in an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態における光発電パネルの構成を示す概略の側面断面図Schematic side sectional view showing a configuration of a photovoltaic panel in an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態における蛍光灯の構成を示す概略の底面図Schematic bottom view showing the configuration of a fluorescent lamp in an embodiment of the present invention

以下、本発明にかかわる光発電デバイスの実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a photovoltaic device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態における光発電デバイスAの構成を示す概略の断面図である。図1において、1はフィルム筒状の光発電モジュール、2はフィルム筒状の光発電モジュール1をその外部から覆う透明外管(ガラス管)、3は透明外管2の内周面とフィルム筒状の光発電モジュール1の外周面との間に確保したスペース、4はスペース3を確保する状態で透明外管2にフィルム筒状の光発電モジュール1を支持させるモジュールサポート、5はフィルム筒状の光発電モジュール1による発電電力を透明外管2の外部へ取り出すリード線である。また、2aはリード線5を透明外管2に支持させるために透明外管2と一体的に形成されたステム、6は微量ガス吸着性をもつゲッタである。なお、平行な鎖線は、全体が長くて紙面に表現できないため途中部分を省略していることを意味している(図3、図6、図9においても同様)。透明外管2の寸法関係については、直径は5mm〜10cm程度、長さは10cm〜20m程度である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a photovoltaic device A according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a film cylindrical photovoltaic module, 2 is a transparent outer tube (glass tube) that covers the film cylindrical photovoltaic module 1 from the outside, and 3 is an inner peripheral surface of the transparent outer tube 2 and a film cylinder. Space secured between the outer peripheral surface of the photovoltaic module 1 in the form of a module, 4 is a module support for supporting the photovoltaic module 1 in the form of a film on the transparent outer tube 2 while securing the space 3, and 5 is a tubular film This is a lead wire for taking out the power generated by the photovoltaic module 1 to the outside of the transparent outer tube 2. Further, 2a is a stem formed integrally with the transparent outer tube 2 in order to support the lead wire 5 on the transparent outer tube 2, and 6 is a getter having a trace gas adsorption property. The parallel chain lines mean that the whole part is long and cannot be expressed on the paper surface, so that the middle part is omitted (the same applies to FIGS. 3, 6, and 9). Regarding the dimensional relationship of the transparent outer tube 2, the diameter is about 5 mm to 10 cm, and the length is about 10 cm to 20 m.

フィルム筒状の光発電モジュール1の発電態様は上記のようにCIGS(銅‐インジウム‐ガリウム‐セレン)型や色素増感型など任意であり、それぞれの態様に応じた集積構造、配線構造をもつが、概して、図2に示すフィルム状の基板1aに複数の光発電素子1bが集積化したものを図3のように筒状に成形したものである。なお、図2において破線は、繰り返しのパターンの一部を省略していることを意味している(図4、図5、図7、図11においても同様)。   As described above, the power generation mode of the film-shaped photovoltaic power generation module 1 is arbitrary such as CIGS (copper-indium-gallium-selenium) type and dye-sensitized type, and has an integrated structure and a wiring structure according to each mode. However, generally, a plurality of photovoltaic elements 1b integrated on a film-like substrate 1a shown in FIG. 2 is formed into a cylindrical shape as shown in FIG. Note that the broken lines in FIG. 2 mean that some of the repeated patterns are omitted (the same applies to FIGS. 4, 5, 7, and 11).

フィルム状の基板1aに複数の光発電素子1bが集積化したものは、ロール・ツー・ロール方式によって非常に長尺なものが作製され、それを一定寸法ごとの単位に切り分けたものが図2に示す平板なフィルム状のものとなる。さらに、円筒状に成形したのが図3に示すフィルム筒状の光発電モジュール1である。光発電素子1bの複数個が軸方向に整列され互いに並列接続されたものを光発電素子列1Bとすると、この光発電素子列1Bが周方向に並列配置され、周方向で隣接する光発電素子列1B,1Bどうしが直列接続線1cを介して互いに接続されている。そして、これらの光発電素子1bの直並列接続回路における高電位側接続線1dの軸方向一側でフィルム状の基板1aの端縁にリード端子1eが形成され、同じく光発電素子1bの直並列接続回路における低電位側接続線1fの軸方向他側でフィルム状の基板1aの端縁にリード端子1gが形成され、各リード端子1e,1gにリード線5,5が接続される。なお、図3では個々の光発電素子1bについては図示を省略している。フィルム状の光発電モジュールを円筒状に固定化する手段は任意であり、端縁突き合わせ接合、端縁辺重ね合わせ接合、突起・孔嵌合構造のほか、別途用意した円筒基体の外周面への貼り付けなどでもよい。   FIG. 2 shows an example in which a plurality of photovoltaic elements 1b are integrated on a film-like substrate 1a, and a very long one is produced by a roll-to-roll method. It becomes a flat film-like thing shown in. Further, the cylindrical photovoltaic module 1 shown in FIG. 3 is formed into a cylindrical shape. When a plurality of photovoltaic elements 1b are aligned in the axial direction and connected in parallel to each other, a photovoltaic element array 1B is formed. The photovoltaic element arrays 1B are arranged in parallel in the circumferential direction and are adjacent in the circumferential direction. The columns 1B and 1B are connected to each other via a serial connection line 1c. A lead terminal 1e is formed on the edge of the film-like substrate 1a on one side in the axial direction of the high potential side connection line 1d in the series-parallel connection circuit of these photovoltaic elements 1b. A lead terminal 1g is formed on the edge of the film-like substrate 1a on the other side in the axial direction of the low potential side connection line 1f in the connection circuit, and the lead wires 5 and 5 are connected to the lead terminals 1e and 1g. In FIG. 3, the illustration of the individual photovoltaic elements 1b is omitted. The means for fixing the film-like photovoltaic module in a cylindrical shape is arbitrary. In addition to end-to-end joining, end-to-end joint joining, protrusion / hole fitting structure, affixing to the outer peripheral surface of a separately prepared cylindrical substrate It may be attached.

図4に示すように、高電位側のリード端子1eをフィルム状の基板1aにおいて低電位側のリード端子1gの存在側と同じ側に配置してもよい。この場合に、高電位側のリード線5は低電位側のリード線5と同じステム2aから外部へ引き出されることになる。   As shown in FIG. 4, the high potential side lead terminal 1e may be arranged on the same side as the low potential side lead terminal 1g on the film-like substrate 1a. In this case, the lead wire 5 on the high potential side is drawn out from the same stem 2a as the lead wire 5 on the low potential side.

光発電素子列1Bについては、図2、図4のタイプに代えて図5のように構成してもよい。図5では、光発電素子列1Bにおいて、隣接する光発電素子1b,1bどうしは正極が負極と接続された直列接続構造となっている。そして、周方向で隣接する光発電素子列1B,1Bどうしは図6に示すようなC形リング状のリード端子1h,1kによって並列接続されている。リード線5,5はC形リング状のリード端子1h,1kの端部における突起部に接続されている。   The photovoltaic element array 1B may be configured as shown in FIG. 5 instead of the types shown in FIGS. In FIG. 5, in the photovoltaic element array 1 </ b> B, adjacent photovoltaic elements 1 b and 1 b have a series connection structure in which the positive electrode is connected to the negative electrode. The photovoltaic element rows 1B and 1B adjacent in the circumferential direction are connected in parallel by C-shaped lead terminals 1h and 1k as shown in FIG. The lead wires 5 and 5 are connected to protrusions at the ends of the C-shaped ring-shaped lead terminals 1h and 1k.

図5では低電位側のリード端子1hと高電位側のリード端子1kとはフィルム状の基板1aの両側に配置されているが、これに代えて図7に示すように、フィルム状の基板1aの一側に低電位側のリード端子1hと高電位側のリード端子1nをまとめて配置してもよい。この場合は、両側を結ぶライン1mとリード端子1nを追加している。   In FIG. 5, the low potential side lead terminal 1h and the high potential side lead terminal 1k are arranged on both sides of the film-like substrate 1a, but instead of this, as shown in FIG. 7, the film-like substrate 1a. The low potential side lead terminal 1h and the high potential side lead terminal 1n may be arranged together on one side. In this case, a line 1m connecting both sides and a lead terminal 1n are added.

図1に戻って説明を続けると、フィルム筒状の光発電モジュール1を透明外管2に対して内装するのに、光発電モジュール1の外周面と透明外管2の内周面との間にスペース3が確保されるようにして内装している。ここでは、軸方向の複数箇所において、光発電モジュール1の外周面と透明外管2の内周面との間にモジュールサポート4を介在させることでスペース3を確保するようにしている。この場合に、図8に示すように、周方向で複数に分かれた状態の小片状の断熱性に優れたサポート部材4aの組み合わせとするのが好ましい。図8では、サポート部材4aの個数は4つとなっているが、3つや5つその他でも構わない。また、図1では、モジュールサポート4の個数は軸方向両端にある2個となっているが、フィルム筒状の光発電モジュール1の長さに応じて、その個数は調整されるものとする。   Returning to FIG. 1, the description will be continued. In order to install the film-shaped photovoltaic module 1 with respect to the transparent outer tube 2, the gap between the outer peripheral surface of the photovoltaic module 1 and the inner circumferential surface of the transparent outer tube 2. The interior is designed to secure space 3. Here, the space 3 is secured by interposing the module support 4 between the outer peripheral surface of the photovoltaic module 1 and the inner peripheral surface of the transparent outer tube 2 at a plurality of locations in the axial direction. In this case, as shown in FIG. 8, it is preferable to use a combination of support members 4a having excellent heat insulation in the form of small pieces that are divided into a plurality in the circumferential direction. In FIG. 8, the number of support members 4a is four, but may be three, five, or the like. In FIG. 1, the number of module supports 4 is two at both ends in the axial direction, but the number is adjusted according to the length of the film-shaped photovoltaic module 1.

モジュールサポート4は、透明外管2に対してフィルム筒状の光発電モジュール1を同軸状に支持し、両者間に円環筒状のスペース3を確保する。そして、スペース3を真空引きして高度な減圧状態にする。   The module support 4 coaxially supports the film-shaped photovoltaic power generation module 1 with respect to the transparent outer tube 2 and secures an annular cylindrical space 3 therebetween. Then, the space 3 is evacuated to a highly decompressed state.

フィルム筒状の光発電モジュール1の外周を透明外管2で覆ってあるので、フィルム筒状の光発電モジュール1が水分、活性分子(酸素分子、水分子)、イオン、汚染物質など外部環境に直接に晒されることがなく、フィルム筒状の光発電モジュール1を外部環境から保護できるので、発電効率を高く維持することができる。   Since the outer periphery of the film cylindrical photovoltaic module 1 is covered with the transparent outer tube 2, the film cylindrical photovoltaic module 1 is exposed to the external environment such as moisture, active molecules (oxygen molecules, water molecules), ions, and pollutants. Since the film-shaped photovoltaic power generation module 1 can be protected from the external environment without being directly exposed, the power generation efficiency can be kept high.

また、透明外管2は光を直接受けるために高温となりがちであるが、高度減圧状態のスペース3が存在することと、スペース3内に存在するモジュールサポート4が断熱性で周方向で複数に分かれた小片状のサポート部材4aの組み合わせであることとから、透明外管2からフィルム筒状の光発電モジュール1への熱伝導が抑制される。光発電モジュール1がフィルム筒状でごく薄く、昇温しやすいものであるとしても、透明外管2からの熱伝導を抑制するので、その昇温を抑え、高い発電効率の確保を実現する。   In addition, the transparent outer tube 2 tends to be high temperature because it receives light directly, but there is a space 3 in a highly decompressed state, and the module support 4 existing in the space 3 is adiabatic and has a plurality of circumferential directions. Because of the combination of the separated small support members 4a, heat conduction from the transparent outer tube 2 to the film-shaped photovoltaic module 1 is suppressed. Even if the photovoltaic module 1 is a thin film cylinder and is easy to raise the temperature, the heat conduction from the transparent outer tube 2 is suppressed, so that the temperature increase is suppressed and high power generation efficiency is ensured.

モジュールサポート4によってスペース3を確保する状態で透明外管2に対してフィルム筒状の光発電モジュール1を内装し、次いで、透明外管2の所定の箇所にゲッタ6を配置し、接着等により固定する。このゲッタ6は、透明外管2の内部空間においてフィルム筒状の光発電モジュール1から使用中に析出してくる活性分子(酸素分子、水分子)、イオンなどの不純物粒子を吸収し捕捉するものである。次いで、透明外管2の管軸方向両端部からリード線5,5を外部へ引き出した状態で、透明外管2を構成するガラス管の一部溶融によりステム2a,2aを透明外管2に一体的に形成し、このステム2a,2aをもってリード線5,5を保持させる。   A film cylindrical photovoltaic module 1 is mounted on the transparent outer tube 2 in a state where the space 3 is secured by the module support 4, and then a getter 6 is disposed at a predetermined position of the transparent outer tube 2 by bonding or the like. Fix it. The getter 6 absorbs and captures impurity particles such as active molecules (oxygen molecules, water molecules) and ions that are precipitated during use from the film-shaped photovoltaic module 1 in the inner space of the transparent outer tube 2. It is. Next, in a state where the lead wires 5 and 5 are pulled out from both ends in the tube axis direction of the transparent outer tube 2, the stems 2 a and 2 a are made into the transparent outer tube 2 by partially melting the glass tube constituting the transparent outer tube 2. The lead wires 5 and 5 are held by the stems 2a and 2a.

上記のように構成された本実施の形態の光発電デバイスAには次のような利点がある。すなわち、フィルム筒状の光発電モジュール1を透明外管2で覆って外気などの外部環境から保護し、さらに、紫外線が直接にフィルム筒状の光発電モジュール1に当たって光劣化するのを透明外管2が抑制するので、長期間にわたって本来の発電効率を持続する。また、透明外管2が直接の入射光のために温度上昇しても、スペース3と断熱性のモジュールサポート4の存在により、透明外管2からフィルム筒状の光発電モジュール1への熱伝導は充分に抑制され、これも発電効率低下を抑制する。   The photovoltaic device A of the present embodiment configured as described above has the following advantages. That is, the film-shaped photovoltaic power generation module 1 is covered with a transparent outer tube 2 to protect it from the outside environment such as outside air, and further, the transparent outer tube prevents ultraviolet rays from directly hitting the film-shaped photovoltaic module 1. Since 2 suppresses, the original power generation efficiency is maintained over a long period of time. Further, even when the temperature of the transparent outer tube 2 rises due to direct incident light, heat conduction from the transparent outer tube 2 to the film-shaped photovoltaic power generation module 1 due to the presence of the space 3 and the heat insulating module support 4 Is sufficiently suppressed, and this also suppresses a decrease in power generation efficiency.

上記において、透明外管2をガラス製とするときは、その構成素材として、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、ガラスセラミック、珪酸塩/溶融シリカガラス、ゲルマニウム/半導体ガラス、フッ化物ガラス、フリントガラス、ダイクロイックガラス、カルコゲニド/硫化物ガラス、セリーテドガラスなどをあげることができる。透明外管2をガラス管とする場合に、炭酸ナトリウムを添加すればUV保護性(紫外線安定性)を増すことが可能となる。   In the above, when the transparent outer tube 2 is made of glass, as its constituent materials, quartz glass, soda-lime glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, glass ceramic, silicate / fused silica glass, germanium / semiconductor glass, Examples thereof include fluoride glass, flint glass, dichroic glass, chalcogenide / sulfide glass, and serrated glass. When the transparent outer tube 2 is a glass tube, it is possible to increase UV protection (ultraviolet light stability) by adding sodium carbonate.

あるいは、透明外管2の構成素材としては、ウレタンポリマー、アクリルポリマー、フルオロポリマー、シリコーン、シリコーンゲル、エポキシ、ポリアミド、ポリオレフィンなどでもよい。   Alternatively, the constituent material of the transparent outer tube 2 may be urethane polymer, acrylic polymer, fluoropolymer, silicone, silicone gel, epoxy, polyamide, polyolefin, or the like.

あるいは、透明外管2の構成素材としては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、エチレン酢酸ビニル(EVA)、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、架橋ポリエチレン(PEX)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレートグリコール(PETG)、ペルフルオロアルコキシフルオロカーボン(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ナイロンなどでもよい。   Alternatively, the constituent material of the transparent outer tube 2 is polymethyl methacrylate (PMMA), ethylene vinyl acetate (EVA), polydimethylsiloxane (PDMS), cross-linked polyethylene (PEX), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate glycol (PETG). Perfluoroalkoxyfluorocarbon (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), nylon and the like may be used.

図9は光発電デバイスAを取り扱いやすくするために、光発電デバイスAの両端部にソケット7,7を被着した光発電ユニットBである。この光発電ユニットBにおいては、ステム2aから延出されたリード線5がソケット7に通線され、さらにソケット7の外端部に形成した電極8に接続されている。電極8を有するソケット7を光発電デバイスAの両端に取り付けて光発電ユニットBを構成したことにより、光発電デバイスAをフレームに取り付けるなどの取り扱いが容易になる。   FIG. 9 shows a photovoltaic unit B in which sockets 7 and 7 are attached to both ends of the photovoltaic device A in order to make the photovoltaic device A easier to handle. In this photovoltaic unit B, a lead wire 5 extending from the stem 2 a is passed through a socket 7 and further connected to an electrode 8 formed at the outer end of the socket 7. By attaching the socket 7 having the electrode 8 to both ends of the photovoltaic device A to constitute the photovoltaic unit B, handling such as attaching the photovoltaic device A to the frame becomes easy.

さらに、図10、図11は複数の光発電ユニットB…を光発電パネルCとして組み立てた状態を示す。複数の光発電ユニットB…を矩形のフレーム9に連結固定して光発電パネルCを構成する。横方向に沿って平行に対向する横フレーム9a,9aと縦方向に沿って平行に対向する縦フレーム9b,9bとを結合して矩形のフレーム9が形成され、その矩形のフレーム9の縦フレーム9b,9b間にわたって複数の光発電ユニットB…が互いに適当間隔を隔てる状態で架け渡されている。各光発電ユニットBのソケット7,7は縦フレーム9b,9bに固定されている。各ソケット7,7における電極8,8は縦フレーム9b,9bに取り付けた細長い電極板10,10に電気的に接続されている。図11に示すように、矩形のフレーム9の底面には、光発電ユニットB…の最低部から下方に離間する状態で反射板11が架設されている。反射板11は矩形のフレーム9の全面にわたる広さをもっている。   Furthermore, FIG. 10, FIG. 11 shows the state which assembled the some photovoltaic unit B ... as the photovoltaic panel C. FIG. A plurality of photovoltaic units B are connected and fixed to a rectangular frame 9 to constitute a photovoltaic panel C. A rectangular frame 9 is formed by combining horizontal frames 9a, 9a facing in parallel along the horizontal direction and vertical frames 9b, 9b facing in parallel along the vertical direction, and the vertical frame of the rectangular frame 9 is formed. A plurality of photovoltaic power generation units B... Are spanned between 9b and 9b with an appropriate interval between them. The sockets 7 and 7 of each photovoltaic unit B are fixed to the vertical frames 9b and 9b. The electrodes 8 and 8 in each socket 7 and 7 are electrically connected to elongated electrode plates 10 and 10 attached to the vertical frames 9b and 9b. As shown in FIG. 11, on the bottom surface of the rectangular frame 9, a reflecting plate 11 is installed in a state of being spaced downward from the lowest part of the photovoltaic units B. The reflector 11 has a width over the entire surface of the rectangular frame 9.

図11において、平行光線をなす太陽光は、各光発電ユニットBの外周である透明外管2の上面部に入射し、また、隣接する光発電ユニットB,B間の隙間から反射板11に入射した上で反射して透明外管2の下面部に入射する。透明外管2においてその表面上に対する入射範囲は透明外管2の半周領域となっている。すなわち、各光発電ユニットBは、あらゆる方向からの入射光を発電に用いることができる。   In FIG. 11, sunlight that forms parallel rays is incident on the upper surface of the transparent outer tube 2 that is the outer periphery of each photovoltaic unit B, and enters the reflector 11 from the gap between the neighboring photovoltaic units B and B. The incident light is reflected and incident on the lower surface of the transparent outer tube 2. In the transparent outer tube 2, the incident range on the surface thereof is a half-circumferential region of the transparent outer tube 2. That is, each photovoltaic unit B can use incident light from any direction for power generation.

時間の経過に伴って太陽が移動し、光発電パネルCに対する入射角が変化しても、透明外管2の表面上に対する入射範囲(透明外管2の半周領域)は変わらない。反射板11で反射して透明外管2の下面部に入射する光の量は入射角に応じて変化するが、反射板11の反射面に散乱性を持たせれば、入射光量の変化は抑制される。透明外管2に入射した光は屈折してフィルム筒状の光発電モジュール1に達し、発電に供される。いずれにしても、光発電パネルCに対して入射してくる光のエネルギーを太陽移動に伴う入射角の変化に関係なく、ほぼ一定に保つことができる。   Even if the sun moves with time and the incident angle with respect to the photovoltaic panel C changes, the incident range on the surface of the transparent outer tube 2 (the half-circumferential region of the transparent outer tube 2) does not change. The amount of light reflected by the reflecting plate 11 and incident on the lower surface of the transparent outer tube 2 changes according to the incident angle. However, if the reflecting surface of the reflecting plate 11 is made scattering, the change in the amount of incident light is suppressed. Is done. The light incident on the transparent outer tube 2 is refracted and reaches the film-shaped photovoltaic power generation module 1 for power generation. In any case, the energy of light incident on the photovoltaic panel C can be kept substantially constant regardless of the change in the incident angle accompanying the movement of the sun.

なお、反射板11の複数箇所に通孔を形成しておけば、雨水の排出に役立つとともに、反射板11にかかる風圧を緩和することにも役立つ。   Note that if through holes are formed at a plurality of locations on the reflector 11, it is useful for draining rainwater and also for reducing the wind pressure applied to the reflector 11.

図12は蛍光灯照明装置Dへの展開を示す。図12は底面図(下面図)である。蛍光灯本体12に装着された蛍光灯管13,13の中間位置において、蛍光灯本体12に光発電ユニットBを装着したものである。蛍光灯管13,13からの光が光発電ユニットBに入射し、その入射光によって光発電ユニットBは発電を行う。蛍光灯照明装置に代えて、LED照明装置に適用してもよい。   FIG. 12 shows the development of the fluorescent lamp illumination device D. FIG. 12 is a bottom view (bottom view). The photovoltaic power generation unit B is attached to the fluorescent lamp body 12 at an intermediate position between the fluorescent lamp tubes 13 and 13 attached to the fluorescent lamp body 12. Light from the fluorescent lamp tubes 13 and 13 enters the photovoltaic unit B, and the photovoltaic unit B generates power by the incident light. Instead of the fluorescent lamp illumination device, the present invention may be applied to an LED illumination device.

本発明は、太陽電池などの光発電デバイスにおいて、光発電モジュールをフィルム筒状として軽量性確保・光入射方向の制約緩和を享受しつつ低コスト化を実現し、水分、活性分子(酸素分子、水分子)、イオン、汚染物質など外部環境からの保護と、温度上昇による発電効率低下の抑制を図る技術として有用である。   In photovoltaic devices such as solar cells, the present invention realizes cost reduction while enjoying light weight securing and relaxation of restrictions in the light incident direction by using photovoltaic modules as film cylinders, and moisture, active molecules (oxygen molecules, It is useful as a technology for protecting the external environment such as water molecules), ions, and pollutants, and suppressing the decrease in power generation efficiency due to temperature rise.

A 光発電デバイス
1 フィルム筒状の光発電モジュール
1a フィルム状の基板
1b 光発電素子
2 透明外管
2a ステム
3 スペース
4 モジュールサポート
5 リード線
6 ゲッタ
7 ソケット
A Photovoltaic device 1 Film-shaped photovoltaic module 1a Film-like substrate 1b Photovoltaic element 2 Transparent outer tube 2a Stem 3 Space 4 Module support 5 Lead wire 6 Getter 7 Socket

Claims (14)

フィルム状で筒状の基板に複数の光発電素子が集積化されたフィルム筒状の光発電モジュールと、
このフィルム筒状の光発電モジュールをその外部から覆う透明外管と、
この透明外管の内周面と前記フィルム筒状の光発電モジュールの外周面との間に確保したスペースと、
前記スペースを確保する状態で前記透明外管に前記フィルム筒状の光発電モジュールを支持させるモジュールサポートと、
前記フィルム筒状の光発電モジュールによる発電電力を前記透明外管の外部へ取り出すリード線とを備えた光発電デバイス。
A film-shaped photovoltaic module in which a plurality of photovoltaic elements are integrated on a film-shaped cylindrical substrate;
A transparent outer tube covering the film-shaped photovoltaic power generation module from the outside;
Space secured between the inner peripheral surface of the transparent outer tube and the outer peripheral surface of the film-shaped photovoltaic module,
A module support for supporting the film cylindrical photovoltaic module on the transparent outer tube in a state of securing the space;
The photovoltaic device provided with the lead wire which takes out the electric power generated by the said film cylindrical photovoltaic power generation module to the exterior of the said transparent outer tube | pipe.
前記透明外管は、その内部空間が真空状態にされて外気に対し密封されている請求項1に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device according to claim 1, wherein the transparent outer tube is hermetically sealed with respect to the outside air in an internal space. 前記透明外管は、その内部空間が高度な減圧状態にされて外気に対し密封されている請求項1に記載の光発電デバイス。   2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the transparent outer tube is hermetically sealed with respect to the outside air in a highly decompressed state. 前記透明外管は、その内部に不活性ガスが封入されている請求項1に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device according to claim 1, wherein an inert gas is sealed in the transparent outer tube. 前記透明外管は、ガラス管で構成されている請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the transparent outer tube is formed of a glass tube. 前記透明外管は、プラスチックまたはエンジニアリングプラスチックで構成されている請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the transparent outer tube is made of plastic or engineering plastic. 前記透明外管は、リチウム交換粘土膜で構成されている請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the transparent outer tube is composed of a lithium-exchanged clay film. 前記フィルム筒状の光発電モジュールは、その形状が円筒状に構成されている請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 7, wherein the tubular photovoltaic module is configured in a cylindrical shape. 前記フィルム筒状の光発電モジュールと前記透明外管とは、同軸状に配置されている請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 8, wherein the tubular photovoltaic module and the transparent outer tube are arranged coaxially. 前記光発電素子は、その発電方式としてCIGS(銅‐インジウム‐ガリウム‐セレン)太陽電池、有機薄膜太陽電池(OPV)、色素増感太陽電池(DSC)、量子ドット太陽電池、化合物薄膜太陽電池、球状太陽電池、タンデム型太陽電池のいずれかで構成されている請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device has a CIGS (copper-indium-gallium-selenium) solar cell, an organic thin film solar cell (OPV), a dye-sensitized solar cell (DSC), a quantum dot solar cell, a compound thin film solar cell, The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 9, wherein the photovoltaic device is configured by either a spherical solar cell or a tandem solar cell. 前記モジュールサポートは、断熱性のサポートである請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 10, wherein the module support is a heat insulating support. 前記透明外管は、前記リード線を保持するステムを一体的に有している請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 11, wherein the transparent outer tube integrally includes a stem that holds the lead wire. 前記透明外管は、その内部空間の不純物粒子を捕捉するゲッタを内在させている請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載の光発電デバイス。   The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 12, wherein the transparent outer tube includes a getter that traps impurity particles in an inner space thereof. 請求項1から請求項13までのいずれか1項に記載の光発電デバイスの両端部にソケットを被着している光発電ユニット。   The photovoltaic unit which has attached the socket to the both ends of the photovoltaic device of any one of Claim 1- Claim 13.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019537283A (en) * 2016-11-29 2019-12-19 バーンズ,クリストファー,ドゥワイト Improved solar panel system

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