JP2014132601A - Solar cell module and photovoltaic generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池モジュール、太陽光発電装置に関するものである。 The present invention relates to a solar cell module and a solar power generation device.
入射した太陽光を太陽電池素子に導くための導光体を備えた太陽電池モジュールが提案されている(下記の特許文献1参照)。特許文献1に記載の太陽電池モジュールは、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体を備え、当該導光体の端面に太陽電池素子が取り付けられている。
A solar cell module including a light guide for guiding incident sunlight to a solar cell element has been proposed (see
特許文献1の太陽電池モジュールにおいては、製造過程や長期間の使用により導光体の汚染や劣化などの不具合が生じた場合であっても、不具合を検知できる構成とはなっていない。そのため、不具合が生じた状態で太陽電池モジュールを使用することがある。不具合が生じた状態で太陽電池モジュールを使用すると、太陽電池素子への入光効率が低下し、発電効率が低下してしまう。
The solar cell module of
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え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の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solar cell module capable of suppressing a decrease in power generation efficiency and a solar power generation device using the solar cell module.
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主面から入射した第1の光を第1端面に伝播させる導光体と、前記導光体の前記第1端面から射出された第1の光を受光して電流を生成する太陽電池素子と、前記導光体の内部を伝播させつつ前記第1端面に向けて第2の光を射出する光源と、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solar cell module of the present invention includes a light guide that propagates first light incident from a first main surface to a first end surface, and the first end surface of the light guide. A solar cell element that receives the emitted first light and generates a current; and a light source that emits the second light toward the first end face while propagating through the light guide. It is characterized by.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記導光体は、前記第1主面から入射した第1の光を第2主面に設けられた傾斜面で反射して伝播させて前記第1端面から射出する形状導光体であることを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light guide body reflects and propagates the first light incident from the first main surface by an inclined surface provided on the second main surface, and then exits from the first end surface. It is the shape light-guide which does, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記導光体は、内部に蛍光体が分散されてなる蛍光導光体であり、前記蛍光導光体は、前記第1主面から入射した第1の光の一部を前記蛍光体によって吸収し、前記蛍光体から放射された蛍光を伝播させて前記第1端面から射出することを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light guide is a fluorescent light guide having phosphors dispersed therein, and the fluorescent light guide is configured to transmit the first light incident from the first main surface. A part of the phosphor is absorbed by the phosphor, and the fluorescence emitted from the phosphor is propagated and emitted from the first end face.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記蛍光導光体の内部には、前記蛍光体として、吸収スペクトルのピーク波長が異なる複数の蛍光体が分散されていることを特徴とする。 The solar cell module of the present invention is characterized in that a plurality of phosphors having different peak wavelengths of absorption spectrum are dispersed as the phosphor in the fluorescent light guide.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光源は、前記蛍光体を励起させない波長の光を射出することを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light source emits light having a wavelength that does not excite the phosphor.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光源は、前記蛍光体を励起させる波長の光を射出することを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light source emits light having a wavelength that excites the phosphor.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光源は、前記導光体の前記第1端面と対向する第2端面に配置されていることを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light source is disposed on a second end surface facing the first end surface of the light guide.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光源は、前記第2の光としてレーザー光を射出するレーザー光源であり、前記レーザー光が前記第1端面に直接入射するように配置されていることを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light source is a laser light source that emits laser light as the second light, and is arranged so that the laser light is directly incident on the first end surface. To do.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光源は、前記第2の光としてレーザー光を射出するレーザー光源であり、前記レーザー光が前記第2主面に入射するように配置されており、前記導光体は、前記レーザー光源から射出されたレーザー光を前記第2主面で全反射させて伝播させて前記第1端面から射出することを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light source is a laser light source that emits laser light as the second light, and is arranged so that the laser light is incident on the second main surface, and the light guide The body is characterized in that the laser light emitted from the laser light source is totally reflected by the second main surface and propagated to be emitted from the first end surface.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光源は、前記第2の光として所定の拡散角を有する光を射出することを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light source emits light having a predetermined diffusion angle as the second light.
本発明の太陽電池モジュールは、前記導光体の第1主面を撮像する撮像素子を含むことを特徴とする。 The solar cell module of the present invention includes an image sensor that images the first main surface of the light guide.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記撮像素子は、前記導光体に対して着脱可能になっていることを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the imaging element is detachable from the light guide.
本発明の太陽電池モジュールは、複数の前記導光体を含み、前記複数の導光体は、互いの第1主面と第2主面とを対向させて積層されるとともに第1端面同士が同じ方向を向くように配置されており、前記複数の導光体には、前記第1主面から入射した第1の光を前記第1主面とは異なる第2主面に設けられた傾斜面で反射して伝播させて前記第1端面から射出する形状導光体と、前記第1主面から入射した第1の光の一部を内部に分散された蛍光体によって吸収し、前記蛍光体から放射された蛍光を伝播させて前記第1端面から射出する蛍光導光体と、が含まれていることを特徴とする。 The solar cell module of the present invention includes a plurality of the light guides, and the plurality of light guides are stacked with the first main surface and the second main surface facing each other, and the first end surfaces are disposed between each other. It is arrange | positioned so that it may face in the same direction, The inclination which was provided in the 2nd main surface different from the said 1st main surface to the said several light guide to the 1st light which injected from the said 1st main surface The shape light guide that is reflected and propagated by the surface and exits from the first end surface, and a part of the first light incident from the first main surface is absorbed by the phosphor dispersed therein, and the fluorescence And a fluorescent light guide that propagates fluorescence emitted from the body and emits the fluorescent light from the first end face.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記複数の導光体のうち外部から第1の光が入射する側から最も遠い位置に配置された導光体は、前記蛍光導光体であることを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light guide disposed at a position farthest from the side on which the first light is incident from the outside among the plurality of light guides is the fluorescent light guide. To do.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記蛍光導光体の第2主面並びに前記蛍光導光体の前記第1端面以外の端面には、前記蛍光体から放射された蛍光を反射する反射層が設けられていることを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, a reflective layer that reflects the fluorescence emitted from the phosphor is provided on the second main surface of the fluorescent light guide and on end surfaces other than the first end surface of the fluorescent light guide. It is characterized by being.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光源は、前記太陽電池素子によって発電された電流によって前記第2の光を射出することを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light source emits the second light by a current generated by the solar cell element.
本発明の太陽電池モジュールは、前記太陽電池素子によって発電された電流を蓄える蓄電池を含み、前記光源は、前記蓄電池に蓄えられた電流によって前記第2の光を射出することを特徴とする。 The solar cell module of the present invention includes a storage battery that stores a current generated by the solar cell element, and the light source emits the second light by the current stored in the storage battery.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光源は、前記導光体に対して着脱可能になっていることを特徴とする。 The solar cell module of the present invention is characterized in that the light source is detachable from the light guide.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光源は、前記導光体の第1端面以外の端面に複数配置されていることを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, a plurality of the light sources are arranged on an end face other than the first end face of the light guide.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記導光体には、前記光源から射出された第2の光を受光する受光素子が設けられていることを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light guide is provided with a light receiving element that receives the second light emitted from the light source.
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光源は、当該光源から射出される第2の光の前記導光体への入射角が変化するよう回転自在に設けられていることを特徴とする。 In the solar cell module of the present invention, the light source is provided to be rotatable so that an incident angle of the second light emitted from the light source to the light guide body is changed.
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ていることを特徴とする。 The solar power generation device of the present invention includes the above-described solar cell module of the present invention.
本発明によれば、発電効率の低下を抑え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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar cell module and solar power generation device which can suppress the fall of electric power generation efficiency can be provided.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の太陽電池モジュール1の概略斜視図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic perspective view of the
太陽電池モジュール1は、形状導光体3と蛍光導光体4とを積層してなる導光体ユニット2と、形状導光体3の第1端面3cから射出された光を受光する太陽電池素子5と、蛍光導光体4の第1端面4cから射出された光を受光する太陽電池素子6と、形状導光体3の内部を伝播させつつ第1端面3cに向けて光を射出する光源11と、蛍光導光体4の内部を伝播させつつ第1端面4cに向けて光を射出する光源12と、蛍光導光体4の第1主面4aを撮像する撮像素子13と、導光体ユニット2と太陽電池素子5と太陽電池素子6と光源11と光源12と撮像素子13とを一体に保持する枠体10と、を備えている。
The
形状導光体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。蛍光導光体4は、光入射面である第1主面4aと、第1主面4aと対向する第2主面4bと、光射出面である第1端面4cと、を備えている。形状導光体3と蛍光導光体4とは、形状導光体3の第1主面3aと蛍光導光体4の第2主面4bとが対向するように、形状導光体3及び蛍光導光体4よりも屈折率の小さい空気層K(低屈折率層)を介してZ方向に積層されている。
The
形状導光体3の第1主面3aと蛍光導光体4の第1主面4aは、互いに同じ方向(光入射側:−Z方向)を向いている。形状導光体3と蛍光導光体4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)の蛍光導光体4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)の形状導光体3で取り込むことが可能となる。
The first
形状導光体3の第1端面3cと蛍光導光体4の第1端面4cは、互いに同じ向きを向いている。形状導光体3の第1端面3cと蛍光導光体4の第1端面4cは、XZ平面と平行な同一平面上に配置されており、形状導光体3の第1端面3cから射出された光を受光する太陽電池素子5と蛍光導光体4の第1端面4cから射出された光を受光する太陽電池素子6とを一箇所に配置することができるようになっている。
The
形状導光体3は、Z軸に垂直な(XY平面と平行な)第1主面3a及び第2主面3bを有する略矩形の板状部材である。形状導光体3としては、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。形状導光体3の寸法は、一例として、第1主面3aとなる矩形の縦横(図1のx軸方向およびy軸方向)の寸法が100mm×100mmであり、厚み(図1のz軸方向の寸法)が10mmである。なお、縦横の寸法、厚みはこれに限定されない。
The shape
形状導光体3の第2主面3b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斜めに傾斜した傾斜面T1と、傾斜面T1と交差する面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(例えばポリメタクリル酸メチル樹脂:PMMA)を射出成形することにより導光体の本体と一体に形成されている。
A plurality of grooves T extending in the X direction are provided on the second
傾斜面T1は、第1主面3a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端面3cに向かう方向に変更する反射面である。第1主面3aに対して垂直に近い角度で入射した光Lは、傾斜面T1で反射して形状導光体3の内部を概ねY方向に伝播する。
The inclined surface T1 is a reflecting surface that totally reflects the light L (for example, sunlight) incident from the first
形状導光体3の第2主面3bには、このような溝Tが、傾斜面T1と面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3b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。
On the second
蛍光導光体4は、Z軸に垂直な(XY平面と平行な)第1主面4a及び第2主面4bを有する略矩形の板状部材である。蛍光導光体4の寸法は、一例として、第1主面4aとなる矩形の縦横(図1のx軸方向およびy軸方向)の寸法が100mm×100mmであり、厚み(図1のz軸方向の寸法)が5mmである。なお、縦横の寸法、厚みはこれに限定されない。
The fluorescent
蛍光導光体4は、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からなる基材の内部に、蛍光体を分散させたものである。蛍光体としては、例えば、紫外光又は可視光を吸収して可視光又は赤外光を放射する複数種類の蛍光体が含まれている。蛍光体から放射された光は、蛍光導光体4の内部を伝播して第1端面4cから射出され、太陽電池素子6で発電に利用される。
The fluorescent
なお、可視光は380nm以上750nm以下の波長領域の光であり、紫外光は380nm未満の波長領域の光であり、赤外光は750nmよりも大きい波長領域の光である。 Note that visible light is light in a wavelength region of 380 nm to 750 nm, ultraviolet light is light in a wavelength region less than 380 nm, and infrared light is light in a wavelength region larger than 750 nm.
外光を有効に取り込めるように、導光体ユニットを構成する導光体の材料は400nm以下の波長に対して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)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。 It is desirable that the material of the light guide constituting the light guide unit be transmissive to wavelengths of 400 nm or less so that external light can be taken in effectively. For example, a material having a transmittance of 90% or more, more preferably 93% or more with respect to light in a wavelength region of 360 nm to 800 nm is suitable. For example, in the case of a silicon resin substrate, a quartz substrate, or a PMMA resin substrate, “Acrylite” (registered trademark) manufactured by Mitsubishi Rayon is suitable because it has high transparency to light in a wide wavelength region. .
蛍光導光体4の第1主面4a及び第2主面4bは概ねXY平面と平行な平坦な面である。蛍光導光体4の第1端面4c以外の端面には、蛍光体から放射された光(蛍光)を反射する反射層9が設けられている。反射層9としては、銀フィルム、ESR(Enhanced Specular Reflector)フィルム、アルミニウムフィルムなどの反射フィルムを使用することができる。反射層9としては、例えば92%以上の反射率を有するものが好適である。
The first
形状導光体3の第2主面3bには、形状導光体3の第2主面3bを透過した光を形状導光体3の内部に反射する反射層7が設けられている。図示は省略するが、形状導光体3の第1端面3c以外の端面には、当該端面から形状導光体3の外部に漏れ出す光を形状導光体3の内部に反射する反射層が設けられていてもよい。
The second
太陽電池素子5は、受光面を形状導光体3の第1端面3cと対向させて配置されている。太陽電池素子6は、受光面を蛍光導光体4の第1端面4cと対向させて配置されている。
The
太陽電池素子5及び太陽電池素子6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、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5及び太陽電池素子6として好適である。本実施形態においては、太陽電池素子5としてGaAs3層接合型化合物太陽電池(変換効率:約40%)を用いた。また、太陽電池素子6としてGaAs化合物の単層型太陽電池(変換効率:約50%)を用いた。
As the
光源11は、形状導光体3の第1端面3cと対向する第2端面3dに配置されている。光源11は、第2の光としてレーザー光(発光強度のピーク:約633nm)を射出する第1の光源11aと、第2の光として所定の拡散角(広がり角)を有する光を射出する第2の光源11bと、を含んで構成されている。
The
第1の光源11aは、当該第1の光源11aから射出されるレーザー光が第1端面3cに直接入射するように配置されている(図7(a)参照)。なお、第1の光源11aとして、633nm以外の波長のレーザー光を射出するレーザー光源を用いることもできる。
The first
一方、第2の光源11bは、当該光源から射出される光が第2主面3bに入射するように配置されている(図7(b)参照)。形状導光体3は、当該第2の光源11bから射出された光を第2主面3bで全反射させて伝播させて第1端面3cから射出する。例えば、第2の光源11bは、当該第2の光源11bから射出される光が水平方向(Y軸方向)から下方向(+Z軸方向)に20度だけ傾いて伝播するように配置することができる。なお、第2の光源11bとしては、拡散角が所定の拡散角の範囲内の角度(例えば20度以内)の指向性赤色LEDを用いることができる。
On the other hand, the 2nd
光源12は、蛍光導光体4の第1端面4cと対向する第2端面4dに配置されている。光源12は、蛍光体を励起させない波長の光(蛍光体を励起させる波長域以外の波長の光)を射出する第1の光源12aと、蛍光体を励起させる波長の光(蛍光体を励起させる波長域以内の波長の光)を射出する第2の光源12aと、を含んで構成されている。
The
第1の光源12aは、第2の光としてレーザー光(発光強度のピーク:約633nm)を射出するレーザー光源である。第1の光源12aは、当該第1の光源12aから射出されるレーザー光が第1端面4cに直接入射するように配置されている(図8(a)参照)。なお、第1の光源12aとして、633nm以外の波長のレーザー光を射出するレーザー光源を用いることもできる。
The first
一方、第2の光源12bは、第2の光として所定の拡散角(広がり角)を有する光を射出する光源である。第2の光源12bは、当該第2の光源12bから射出されるレーザー光が第1端面4cに直接入射するように配置されている(図8(b)参照)。なお、第2の光源12bとしては、拡散角が所定の拡散角の範囲内の角度(例えば20度以内)の指向性紫外線LEDを用いることができる。
On the other hand, the second
撮像素子13は、光源12の上側(−Z軸方向側)に配置されている。撮像素子13は、蛍光導光体4の第1主面4aを撮像する。なお、撮像素子13は、蛍光導光体4の第1主面4aの一部を撮像するように固定されていてもよいし、蛍光導光体4の第1主面4a全体を撮像するように移動可能に設けられていてもよい。
The
枠体10は、最も前段側に配置された蛍光導光体4の第1主面4aと対向する面に光Lを透過する透過面10aを備えている。透過面10aは枠体10の開口部であってもよく、枠体10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10の透過面10aとZ方向から見て重なる部分の蛍光導光体4の第1主面4aが、導光体ユニット2の光入射面である。また、形状導光体3の第1端面3cと蛍光導光体4の第1端面4cが導光体ユニット2の第1光射出面である。
The
図2(a)は、太陽電池モジュール1の断面図である。図2(b)は、形状導光体3の第2主面3bに設けられる溝Tの断面図である。
FIG. 2A is a cross-sectional view of the
図2に示すように、形状導光体3の第2主面3bには、第1主面3aから入射した光を反射させて光の進行方向を第1端面3c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θをなす傾斜面T1と、Y軸に対して垂直な面T2と、が稜線T3において交差するV字状の溝である。稜線T3を挟んで第1端面3c側に面T2が配置され、第1端面3cとは反対側に傾斜面T1が配置されている。
As shown in FIG. 2, the second
例えば、角度θは42°であり、1本の溝TのY方向の幅は100μmであり、溝TのZ方向の深さは90μmであり、形状導光体3の屈折率は1.5である。しかし、角度θ、溝TのY方向の幅、溝TのZ方向の深さ、及び形状導光体3の屈折率はこれに限定されない。
For example, the angle θ is 42 °, the width of one groove T in the Y direction is 100 μm, the depth of the groove T in the Z direction is 90 μm, and the refractive index of the shape
蛍光導光体4の内部には、互いに吸収波長域の異なる複数種類の蛍光体(図2では例えば第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8c)が分散されている。第1蛍光体8aは、紫外光を吸収して青色の蛍光を放射し、第2蛍光体8bは、青色光を吸収して緑色の蛍光を放射し、第3蛍光体8cは、緑色光を吸収して赤色の蛍光を放射する。第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cは、例えば、PMMA樹脂を成型する際に混入される。第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cの混合比率は以下の通りである。なお、第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cの混合比率はPMMA樹脂に対する体積比率で示している。
A plurality of types of phosphors having different absorption wavelength ranges (for example, the
第1蛍光体8a:BASF社製Lumogen F Blue(商品名) 0.02%
第2蛍光体8b:BASF社製Lumogen F Green(商品名) 0.02%
第3蛍光体8c:BASF社製Lumogen F Red(商品名) 0.02%
図3ないし図6は、第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cの発光特性及び吸収特性を示す図である。図3において、「第1蛍光体」は、第1蛍光体8aによって紫外光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示し、「第2蛍光体」は、第2蛍光体8bによって青色光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示し、「第3蛍光体」は、第3蛍光体8cによって緑色光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示す。図4において、「第1蛍光体+第2蛍光体+第3蛍光体」は、第1蛍光体8a、第2蛍光体及8b及び第3蛍光体8cによって紫外光、青色光及び緑色光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示す。図5において、「第1蛍光体」は、第1蛍光体8aの発光スペクトルであり、「第2蛍光体」は、第2蛍光体8bの発光スペクトルであり、「第3蛍光体」は、第3蛍光体8cの発光スペクトルである。図6において、「第1蛍光体+第2蛍光体+第3蛍光体」は、第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cを含む蛍光導光体4の第1端面4cから射出される光のスペクトルである。
3 to 6 are diagrams showing the emission characteristics and absorption characteristics of the
図3及び図4に示すように、第1蛍光体8aは、概ね420nm以下の波長の光を吸収し、第2蛍光体8bは、概ね420nm以上520nm以下の波長の光を吸収し、第3蛍光体8cは、概ね520nm以上620nm以下の波長の光を吸収する。第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cによって、第2導光体に入射した太陽光のうち620nm以下の波長の光が概ね全て吸収される。太陽光のスペクトルにおいて波長が620nm以下の光の割合は48%程度である。よって、導光体ユニット2の光入射面(蛍光導光体4の第1主面4a)に入射した光のうち48%は蛍光導光体4に含まれる第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cに吸収され、残りの52%は蛍光導光体4を透過して形状導光体3に入射する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cの蛍光量子収率はいずれも92%である。よって、第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cに吸収された光のうち92%は蛍光に変換される。蛍光は、蛍光導光体4の内部を伝播し、第1端面4cから射出される。このとき、蛍光導光体4と周囲の空気層との屈折率差により第1主面4a及び第2主面4bで全反射せずに蛍光導光体4の外部に漏れ出す光の割合は25%、蛍光導光体4の内部を伝播する際の光のロスは5%であるので、第1端面4cから射出される光の割合は第1主面4aに入射した光の30%となる。
The fluorescence quantum yields of the
図5に示すように、第1蛍光体8aの発光スペクトルは、430nmにピーク波長を有し、第2蛍光体8bの発光スペクトルは、520nmにピーク波長を有し、第3蛍光体8cの発光スペクトルは、630nmにピーク波長を有する。しかしながら、図6に示すように、第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cを含む第2導光体の第1端面から射出される光のスペクトルは、第3蛍光体8cの発光スペクトルのピーク波長(630nm)に対応する波長にのみピーク波長を有し、第1蛍光体8aの発光スペクトルのピーク波長(430nm)及び第2蛍光体8bの発光スペクトルのピーク波長(520nm)に対応する波長にはピーク波長を有しない。
As shown in FIG. 5, the emission spectrum of the
第1蛍光体8aに対応する発光スペクトルのピーク及び第2蛍光体8bに対応する発光スペクトルのピークが消失した原因は、フォトルミネッセンス(Photoluminescence ;PL)による蛍光体間のエネルギー移動や、フェルスター機構(蛍光共鳴エネルギー移動)による蛍光体間のエネルギー移動などが挙げられる。フォトルミネッセンスによるエネルギー移動は、一の蛍光体から放射された蛍光が他の蛍光体の励起エネルギーとして利用されることにより生じるものである。フェルスター機構は、このような光の発光及び吸収のプロセスを経ずに、近接した2つの蛍光体の間で励起エネルギーが電子の共鳴により直接移動するものである。フェルスター機構による蛍光体間のエネルギー移動は、光の発光及び吸収のプロセスを介さずに行われるため、エネルギーのロスが小さい。よって、太陽電池モジュールの発電効率の向上に寄与する。
The cause of the disappearance of the peak of the emission spectrum corresponding to the
図7は、光源11からの第2の光が形状導光体3を伝播する様子を示す図である。図7(a)は、光源11を構成する第1の光源11aからの第2の光が形状導光体3を伝播する様子を示す図であり、図7(b)は、光源11を構成する第2の光源11bからの第2の光が形状導光体3を伝播する様子を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the second light from the
図7(a)に示すように、第1の光源11aは、当該第1の光源11aから射出されるレーザー光が第1端面3cに直接入射するように配置されている。第1の光源11aから射出されたレーザー光は、形状導光体3の内部を伝播し、太陽電池素子5に直接入射する。当該レーザー光の照射による太陽電池素子5の発電量を測定し、発電量の測定結果をモニタリングすることで、太陽電池素子5の不良や劣化などの不具合が生じているか否かを検知することができる。
As shown to Fig.7 (a), the 1st
図7(b)に示すように、第2の光源11bは、当該第2の光源11bから射出される所定の拡散角を有する光が第2主面3bに入射するように配置されている。第2の光源11bから射出された光は、第2主面3bでの全反射と第1主面3aでの全反射とを繰り返しながら形状導光体3の内部を伝播し、太陽電池素子5に入射する。当該光の照射による太陽電池素子5の発電量を測定し、発電量の測定結果をモニタリングすることで、形状導光体3の導光の状態を確認することができる。つまり、形状導光体3に不良や劣化などの不具合が生じているか否かを検知することができる。
As shown in FIG. 7B, the second
なお、第2の光源11bから射出される光の拡散角の大きさ(光の広がり度合い)を変更することによって、当該光が形状導光体3の内部を伝播する経路を変更することができる。
In addition, the path | route through which the said light propagates the inside of the shape
例えば、第2の光源11bから射出される光の拡散角を大きくすると(光の拡がり度合いを大きくすると)、第2の光源11bからは互いに形状導光体3の内部を伝播する角度(伝播角度)が異なる複数の光線束が射出されることとなる。この場合、各光線束の第2主面3bにおける全反射角や第1主面3aにおける全反射角が変わる。このため、複数の光線束が形状導光体3の内部を広範囲で伝播することとなる。
For example, when the diffusion angle of light emitted from the second
これに対し、第2の光源11bから射出される光の拡散角を小さくすると(光の拡がり度合いを小さくすると)、第2の光源11bからはレーザー光のような指向性の高い光が射出されることとなる。この場合、指向性の高い光の第2主面3bにおける全反射角や第1主面3aにおける全反射角が略一定の角度となる。このため、指向性の高い光が形状導光体3の内部に所定の軌跡を形成することとなる。
On the other hand, when the diffusion angle of light emitted from the second
図8は、光源12からの第2の光が蛍光導光体4を伝播する様子を示す図である。図8(a)は、光源12を構成する、蛍光体を励起させない波長の光を射出する第1の光源12aからの第2の光が蛍光導光体4を伝播する様子を示す図であり、図8(b)は、光源12を構成する、蛍光体を励起させる波長の光を射出する第2の光源12bからの第2の光が蛍光導光体4を伝播する様子を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which the second light from the
図8(a)に示すように、第1の光源12aは、当該第1の光源12aから射出される光が第1端面4cに直接入射するように配置されている。第1の光源12aは、蛍光体を励起させない波長の光(蛍光体を励起させる波長域以外の波長の光)を射出する。第1の光源12aは、第2の光としてレーザー光(発光強度のピーク:約633nm)を射出するレーザー光源である。
As shown to Fig.8 (a), the 1st
蛍光導光体4の内部の蛍光体は、発光強度のピークが約633nmのレーザー光では励起されない。このため、第1の光源12aから射出されたレーザー光は、蛍光導光体4の内部を伝播し、太陽電池素子6に直接入射する。当該レーザー光の照射による太陽電池素子6の発電量を測定し、発電量の測定結果をモニタリングすることで、太陽電池素子6の不良や劣化などの不具合が生じているか否かを検知することができる。
The phosphor inside the fluorescent
図8(b)に示すように、第2の光源12bは、当該第2の光源12bから射出される光が第1端面4cに直接入射するように配置されている。第2の光源12bは、蛍光体を励起させる波長の光(蛍光体を励起させる波長域以内の波長の光、例えば620nm以下の波長の光)を射出する。第2の光源12bは、拡散角が所定の拡散角の範囲内の角度(例えば20度以内)の指向性紫外線LEDである。
As shown in FIG. 8B, the second
第2の光源12bから射出された光は、蛍光導光体4の内部を伝播する過程で一部が蛍光体によって吸収される。蛍光体から放射された蛍光は蛍光導光体4の内部を伝播し、太陽電池素子6に入射する。当該蛍光の照射による太陽電池素子6の発電量を測定し、発電量の測定結果をモニタリングすることで、蛍光導光体4(内部に分散された蛍光体)の不良や劣化などの不具合が生じているか否かを検知することができる。
A part of the light emitted from the second
本実施形態の太陽電池モジュール1では、光源11,12から射出されて導光体3,4を伝播する光をリファレンス光として用い、太陽電池素子5,6で生成される発電量をモニタリングすることで、当該太陽電池モジュール1の製造過程や長期間の使用による導光体3,4の汚染や劣化などの不具合を検知することができる。例えば、導光体3,4などの構成部品のどの部位に不良や劣化が生じているかを検知することができる。これにより、不具合が生じている部位を修理したり新たな部材に交換したりすることが可能となり、不具合が生じた状態で太陽電池モジュール1を使用することがなくなる。このため、太陽電池素子5,6への入光効率の低下が抑えられる。よって、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。
In the
また、形状導光体3が含まれているので、光源11から射出されて当該形状導光体3を伝播する光をリファレンス光として用い、太陽電池素子5で生成される発電量をモニタリングすることで、形状導光体3の導光の状態(形状導光体3に不良や劣化などの不具合が生じているか否か)を確認することができる。よって、必要に応じて形状導光体3の不具合が生じている部位を修理したり新たな形状導光体3に交換したりすることができる。
Moreover, since the shape
また、蛍光導光体4が含まれているので、光源12から射出されて当該蛍光導光体4を伝播する光をリファレンス光として用い、太陽電池素子6で生成される発電量をモニタリングすることで、蛍光導光体4の導光の状態(内部に分散された蛍光体に不良や劣化などの不具合が生じているか否か)を確認することができる。よって、必要に応じて蛍光導光体4の不具合が生じている部位を修理したり新たな蛍光導光体4に交換したりすることができる。
Further, since the fluorescent
また、蛍光導光体4の内部には吸収スペクトルのピーク波長が異なる複数の蛍光体(例えば第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8c)が分散されているので、外部からの光を効率よく吸収することができる。このため、蛍光導光体4に入射した光の大部分を蛍光体の発光に寄与させることができる。
In addition, a plurality of phosphors having different absorption spectrum peak wavelengths (for example, the
また、光源12(第1の光源12a)が蛍光体を励起させない波長の光を射出するので、当該光源12から射出された光は、蛍光体を励起させずに蛍光導光体4の内部を伝播し、太陽電池素子6に入射する。つまり、当該光源12から射出された光が蛍光導光体4の内部を伝播する過程で、蛍光体からは蛍光が放射されない。このため、光源12から射出された光をリファレンス光として用い、太陽電池素子6で生成される発電量をモニタリングすることで、太陽電池素子6のみの不具合を検知することができる。よって、必要に応じて太陽電池素子6の不具合が生じている部位を修理したり新たな太陽電池素子6に交換したりすることができる。
Further, since the light source 12 (the first
また、光源12(第2の光源12b)が蛍光体を励起させる波長の光を射出するので、当該光源12から射出された光は、蛍光導光体4の内部を伝播する過程で一部が蛍光体によって吸収される。蛍光体から放射された蛍光は蛍光導光体4の内部を伝播し、太陽電池素子6に入射する。このため、光源12から射出された光をリファレンス光として用い、太陽電池素子6で生成される発電量をモニタリングすることで、蛍光導光体4(内部に分散された蛍光体)の不良や劣化などの不具合が生じているか否かを検知することができる。よって、必要に応じて蛍光導光体4の不具合が生じている部位を修理したり新たな蛍光導光体4に交換したりすることができる。
In addition, since the light source 12 (second
また、光源11が形状導光体3の第2端面3dに配置されている(光源12が蛍光導光体4の第2端面4dに配置されている。)つまり、光源11が形状導光体3の第1端面3cから最も遠い部分に配置されている。このため、光源11から射出される光を形状導光体3の内部に広範囲で伝播させることができる。よって、形状導光体3の導光の状態(形状導光体3に不良や劣化などの不具合が生じているか否か)を広範囲で確認することができる。これに対して、光源11が形状導光体3の第1端面3cに近い部分に配置された構成であると、光源11から射出される光が形状導光体3の内部を伝播する範囲が狭くなり、形状導光体3の導光の状態を確認できる範囲も狭くなる。
The
また、光源11を構成する第1の光源11aがレーザー光源であり、レーザー光が第1端面3cに直接入射する構成であるので、当該レーザー光は太陽電池素子5に直接入射することとなる。よって、当該レーザー光の照射による太陽電池素子5の発電量をモニタリングすることで、太陽電池素子5に不具合が生じているか否かを確認することができる。
In addition, since the first
また、光源11を構成する第2の光源11bは、当該第2の光源11bから射出される光が第2主面3bに入射するように配置され、形状導光体3は、第2の光源11bから射出された光を第2主面3bで全反射させて伝播させて第1端面3cから射出する。よって、当該光の照射による太陽電池素子5の発電量をモニタリングすることで、形状導光体3に不具合が生じているか否かを確認することができる。
The second
また、光源11を構成する第2の光源11bは所定の拡散角を有する光を射出するので、第2の光源11bから射出される光を形状導光体3の内部に広範囲で伝播させることができる。よって、形状導光体3の導光の状態(形状導光体3に不良や劣化などの不具合が生じているか否か)を広範囲で確認することができる。
Further, since the second
また、蛍光導光体4の第1主面4aを撮像する撮像素子13を含むので、蛍光導光体4の第1主面4aの汚れ具合をモニタリングすることができる。よって、蛍光導光体4の第1主面4aの汚れ具合が蛍光導光体4の不具合の要因になっているか否かを確認することができる。
Moreover, since the
また、形状導光体3および蛍光導光体4を含む複数の導光体が積層配置されているので、一方の導光体で取り込めなかった光を他方の導光体で取り込むことが可能となる。よって、導光体に入射した光の大部分を太陽電池素子の発電に寄与させることができる。
Further, since a plurality of light guides including the shape
なお、本実施形態では、光の入射側から蛍光導光体4と形状導光体3をこの順に積層した例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、光の入射側から形状導光体3と蛍光導光体4をこの順に積層してもよい。
In the present embodiment, an example in which the fluorescent
複数の導光体のうち外部から第1の光が入射する側から最も遠い位置に蛍光導光体4を配置することにより、蛍光導光体4に強い外光が直接入射することを抑えることができる。よって、蛍光導光体4に含まれる蛍光体が強い外光によって劣化することが抑えられ、長期にわたって安定した発電量を得ることができる。
By arranging the fluorescent
また、この場合、蛍光導光体4の第2端面4d並びに蛍光導光体4の第1端面4c以外の端面に蛍光体から放射された蛍光を反射する反射層を設けることが望ましい。これにより、蛍光導光体4に入射した光を当該蛍光導光体4で漏れなく取り込むことができる。よって、蛍光導光体4に入射した光の大部分を蛍光体の発光に寄与させることができる。
In this case, it is desirable to provide a reflective layer for reflecting the fluorescence emitted from the phosphor on the end face other than the
また、本実施形態では、太陽電池モジュールが蛍光導光体と形状導光体の双方を含む、いわゆるタンデム構造の例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、太陽電池モジュールが蛍光導光体のみを含んでいてもよいし形状導光体のみを含んでいてもよい。すなわち、必ずしもタンデム構造にしなくてもよい。 Moreover, although this embodiment gave and demonstrated the example of what is called a tandem structure in which a solar cell module contains both a fluorescence light guide and a shape light guide, it is not restricted to this. For example, the solar cell module may include only the fluorescent light guide or only the shape light guide. That is, the tandem structure is not necessarily required.
図9ないし図11は、形状導光体3及び蛍光導光体4における光の取り出し効率のシミュレーション結果を示す図である。
9 to 11 are diagrams showing simulation results of the light extraction efficiency in the shape
図9(a)は、蛍光導光体4の光の取り出し効率を示す図である。
FIG. 9A is a diagram showing the light extraction efficiency of the fluorescent
蛍光導光体4の第1主面4aに入射する光の光量を100%とすると、第1主面4aに入射した光のうち620nm以下の波長の光は、蛍光導光体4に含まれる第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cによって概ね全て吸収される。太陽光のスペクトルにおいて波長が620nm以下の光の割合は48%である。よって、第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cに吸収される光の割合は、第1主面4aに入射した光の48%である。第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cに吸収されなかった52%の光は第2主面4bを透過して蛍光導光体4の外部に射出される。
Assuming that the amount of light incident on the first
第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cの蛍光量子収率はいずれも92%である。よって、第1蛍光体8a、第2蛍光体8b及び第3蛍光体8cに吸収された光のうち92%は蛍光に変換される。蛍光は、蛍光導光体4の内部を伝播し、第1端面4cから射出される。このとき、蛍光導光体4と周囲の空気層との屈折率差により第1主面4a及び第2主面4bで全反射せずに蛍光導光体4の外部に漏れ出す光の割合は25%、蛍光導光体4の内部を伝播する際の光のロスは5%であるので、第1端面4cから射出される光の割合は第1主面4aに入射した光の30%となる。
The fluorescence quantum yields of the
図9(b)は、形状導光体3の光の取り出し効率を示す図である。
FIG. 9B is a diagram showing the light extraction efficiency of the shape
形状導光体3の第1主面3aに垂直に入射した光の一部は、第2主面3bに設けられた溝Tの傾斜面によって反射され、形状導光体3の内部を第1端面3cに向けて伝播する。溝Tの傾斜面で反射される光の割合は、第1主面3aに入射した光の40%である。残りの60%の光は第2主面3bを透過して形状導光体3の外部に射出される。形状導光体3の内部を伝播する光の一部は、途中で溝Tの傾斜面で屈折し、全反射条件から外れて形状導光体3の外部に漏れ出す。そのため、第1端面3cから射出される光の割合は、第1主面3aに入射した光の12%となる。
A part of the light incident perpendicularly to the first
図10は、光の入射側から蛍光導光体4と形状導光体3をこの順に積層した場合の光の取り出し効率を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the light extraction efficiency when the fluorescent
蛍光導光体4は、第1主面4aに入射した光の30%を蛍光に変換して第1端面4cから射出し、第1主面4aに入射した光の52%を第2主面4bから射出する。形状導光体3は、第1主面3aに垂直に入射した光の12%を第1端面3cから射出する。よって、蛍光導光体4の第1端面4cから射出される光の割合は、蛍光導光体4の第1主面4aに入射した光の30%となり、形状導光体3の第1端面3cから射出される光の割合は、蛍光導光体4の第1主面4aに入射した光の6%となる。そして、蛍光導光体4の第1主面4aに入射した光のうち30%が蛍光導光体4の第1端面4cに到達し、変換効率が50%の太陽電池素子6で発電されるので、その発電効率は15%となる。また、蛍光導光体4の第1主面4aに入射した光のうち6%が形状導光体3の第1端面3cに到達し、変換効率が40%の太陽電池素子5で発電されるので、その発電効率は2.4%となる。ここまでの発電効率を足し合わせると17.4%である。さらに、反射層7,9によって反射された光を再利用でき、これによって1〜2%の発電効率が向上するので、結果的に約19%の発電効率が得られる。
The fluorescent
図11は、光の入射側から形状導光体3と蛍光導光体4をこの順に積層した場合の光の取り出し効率を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the light extraction efficiency when the shape
上述のように、形状導光体3は、第1主面3aに垂直に入射した光の12%を第1端面3cから射出し、第1主面3aに垂直に入射した光の60%を第2主面3bから射出する。蛍光導光体4は、第1主面4aに入射した光の30%を蛍光に変換し、第1端面4cから射出する。よって、形状導光体3の第1端面3cから射出される光の割合は、形状導光体3の第1主面3aに入射した光の12%となり、蛍光導光体4の第1端面4cから射出される光の割合は、形状導光体3の第1主面3aに入射した光の18%となる。そして、形状導光体3の第1主面3aに入射した光のうち12%が形状導光体3の第1端面3cに到達し、変換効率が40%の太陽電池素子5で発電されるので、その発電効率は4.8%となる。また、形状導光体3の第1主面3aに入射した光のうち18%が蛍光導光体4の第1端面4cに到達し、変換効率が50%の太陽電池素子6で発電されるので、その発電効率は9%となる。ここまでの発電効率を足し合わせると13.8%である。さらに、反射層7,9によって反射された光を再利用でき、これによって1〜2%の発電効率が向上するので、結果的に約15%の発電効率が得られる。
As described above, the shape
このシミュレーション結果から、本実施形態に係る太陽電池モジュール1について形状導光体3と蛍光導光体4の配置位置をいずれの順序で積層した場合でも、現行の結晶シリコン太陽電池の発電効率(10〜12%)に比べて、高い発電効率が得られることが判った。
From this simulation result, even when the arrangement positions of the shape
[第2実施形態]
図12は、第2実施形態の太陽光発電装置120の概略構成図である。なお、図12においては、便宜上、蛍光導光体4、太陽電池素子6、光源12、撮像素子13、及び枠体10の図示を省略している。
[Second Embodiment]
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of the solar
図12に示すように、太陽光発電装置120は、太陽電池モジュール20と、電力制御装置21(パワーコンディショナー)と、電力分配器22と、を含んで構成されている。電力分配器22は、外部の電子機器(使用機器)23および光源11に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 12, the solar
本実施形態の太陽電池モジュール20の基本構成は第1実施形態の太陽電池モジュール1と同様であり、光源11が太陽電池素子5によって発電された電流によって第2の光を射出する点が第1実施形態の太陽電池モジュール1と異なるのみである。図12において、第1実施形態で用いた図1〜11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。
The basic configuration of the
電力制御装置21は、太陽電池素子5に電気的に接続されている。電力制御装置21は、太陽電池素子5によって発電された直流を交流に変換し、さらに電圧、電流、周波数などを調整する機能を有する。電力制御装置21は、太陽電池素子5によって発電された電流を外部の電子機器23で使用可能な状態に調整する。
The
電力分配器22は、電力制御装置21と光源11と電子機器23とに電気的に接続されている。電力分配器22は、電力制御装置21によって調整された電流を分配する機能を有する。電力分配器22は、電力制御装置21によって調整された電流の一部を電子機器23に送るとともに、残りの一部を光源11に送る。光源11に使用される電流は太陽電池素子5で生成される電流に比べて非常に小さい。このため、太陽電池素子5の発電量のわずかな部分を光源11に分配することで光源11から第2の光としてのリファレンス光を射出させて太陽電池モジュール20のモニタリングを行うことが可能となる。
The
本実施形態の太陽電池モジュール20では、光源11が太陽電池素子5によって発電された電流によって第2の光を射出するので、外部から電源を供給する必要がなく、別個に独立して電源装置を設ける必要がない。そのため、使用コストおよび製造コストを低減することができる。
In the
太陽光発電装置120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。
Since the solar
[第3実施形態]
図13は、第3実施形態の太陽光発電装置130の概略構成図である。なお、図13においては、便宜上、蛍光導光体4、太陽電池素子6、光源12、撮像素子13、及び枠体10の図示を省略している。
[Third embodiment]
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the solar
図13に示すように、太陽光発電装置130は、太陽電池モジュール30と、電力制御装置21(パワーコンディショナー)と、電力分配器22と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 13, the solar
本実施形態の太陽電池モジュール30の基本構成は第2実施形態の太陽電池モジュール20と同様であり、太陽電池素子5によって発電された電流を蓄える蓄電池31を含む点が第2実施形態の太陽電池モジュール20と異なるのみである。図13において、第2実施形態で用いた図12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。
The basic configuration of the
電力分配器22は、電力制御装置21と光源11と蓄電池31と電子機器23とに電気的に接続されている。電力分配器22は、電力制御装置21によって調整された電流の一部を電子機器23に送るとともに、残りの一部を光源11および蓄電池31に送る。
The
蓄電池31は、電力分配器22および光源11に電気的に接続されている。蓄電池31は、太陽電池素子5によって発電された電流を蓄える機能を有する。光源11は、蓄電池31に蓄えられた電流によって第2の光を射出する。
The
本実施形態の太陽電池モジュール30では、蓄電池31を備えているので、常に光源11から第2の光を射出させることができる。例えば、夜間および晴天以外等、形状導光体3に入射する光が極端に少ない場合、太陽電池素子5で生成される電流が微小なものとなり、光源11に十分な量の電流を分配できないおそれがある。しかしながら、本実施形態においては、蓄電池31を備えているので、形状導光体3に入射する光が極端に少ない場合であっても、当該蓄電池31に蓄えられた電流によって光源11から第2の光を射出させることができる。よって、必要なときに天候に関係なく太陽電池モジュール30のモニタリングを行うことが可能となる。
In the
[第4実施形態]
図14は、第4実施形態の太陽電池モジュール40の断面図である。
[Fourth embodiment]
FIG. 14 is a cross-sectional view of the
本実施形態の太陽電池モジュール40の基本構成は第1実施形態の太陽電池モジュール1と同様であり、光源41,42および撮像素子43が導光体ユニット2に対して着脱可能になっている点が第1実施形態の太陽電池モジュール1と異なるのみである。図14において、第1実施形態で用いた図1〜11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。
The basic configuration of the
図14に示すように、太陽電池モジュール40は、形状導光体3と蛍光導光体4とを積層してなる導光体ユニット2と、太陽電池素子5と、太陽電池素子6と、光源ユニット45と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 14, the
光源ユニット45は、光源41と光源42と撮像素子43とを含んで構成されている。光源ユニット45は、導光体ユニット2に対して着脱可能になっている。つまり、光源ユニット45を導光体ユニット2に取り付けることで、光源41が形状導光体3の内部を伝播させつつ第1端面3cに向けて第2の光を射出するように配置され、光源42が蛍光導光体4の内部を伝播させつつ第1端面4cに向けて第2の光を射出するように配置され、撮像素子43が形状導光体3の第1主面3aを撮像するように配置される。
The
本実施形態の太陽電池モジュール40では、光源ユニット45(光源41,42および撮像素子43)が導光体ユニット2に対して着脱可能になっているので、必要に応じて太陽電池モジュール40のモニタリングを行うことができる。また、各導光体ユニット2に光源ユニット45を設置する必要がないので、製造コストを低減することができる。
In the
[第5実施形態]
図15は、第5実施形態の太陽電池モジュール50の概略平面図である。なお、図15においては、便宜上、形状導光体3、太陽電池素子5、光源11、撮像素子13、及び枠体10の図示を省略している。
[Fifth Embodiment]
FIG. 15 is a schematic plan view of the
本実施形態の太陽電池モジュール50の基本構成は第1実施形態の太陽電池モジュール1と同様であり、光源52が複数配置されている点が第1実施形態の太陽電池モジュール1と異なるのみである。図15において、第1実施形態で用いた図1〜11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。
The basic configuration of the
図15に示すように、太陽電池モジュール50は、蛍光導光体4と、複数の光源52と、太陽電池素子6と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 15, the
複数の光源52は、蛍光導光体4の第1端面4c以外の端面に配置されている。本実施形態において、光源52は、第1端面4cと対向する第2端面4dに3個、当該第2端面4dと隣接する第3端面4eに3個、当該第3端面4eと対向する第4端面4fに3個、の計9個配置されている。なお、光源52の配置数は9個に限らず、2〜8個であってもよいし、10個以上であってもよい。
The plurality of
光源52は、蛍光体を励起させる波長の光(蛍光体を励起させる波長域以内の波長の光、例えば620nm以下の波長の光)を射出する。光源52は、拡散角が所定の拡散角の範囲内の角度(例えば20度以内)の指向性紫外線LEDである。
The
光源52から射出された光は、蛍光導光体4の内部を伝播する過程で一部が蛍光体によって吸収される。蛍光体から放射された蛍光は蛍光導光体4の内部を伝播し、太陽電池素子6に入射する。
A part of the light emitted from the
本実施形態の太陽電池モジュール50では、複数の光源52を備えているので、蛍光導光体4の導光の状態(蛍光体に不良や劣化などの不具合が生じているか否か)を広範囲で確認することができる。よって、蛍光導光体4のモニタリングの精度を高めることができる。これに対して、光源52を1個だけ用いた場合は、紫外光が蛍光導光体4の内部を伝播する過程で蛍光体によって吸収され、紫外光の強度が減衰し、蛍光導光体4の導光の状態を広範囲で確認することが困難となる。
In the
なお、本実施形態では、複数の光源52が蛍光導光体4の第1端面4c以外の端面に配置された例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、複数の光源が形状導光体3の第1端面3c以外の端面に配置してもよい。これにより、形状導光体3の導光の状態を広範囲で確認することができる。
In addition, although this embodiment gave and demonstrated the example in which the some
[第6実施形態]
図16は、第6実施形態の太陽電池モジュール60の断面図である。なお、図16においては、便宜上、形状導光体3、太陽電池素子5、光源11、撮像素子13、及び枠体10の図示を省略している。
[Sixth Embodiment]
FIG. 16 is a cross-sectional view of the
本実施形態の太陽電池モジュール60の基本構成は第1実施形態の太陽電池モジュール1と同様であり、蛍光導光体4に光源12から射出された第2の光を受光する受光素子61が設けられている点が第1実施形態の太陽電池モジュール1と異なるのみである。図16において、第1実施形態で用いた図1〜11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。
The basic configuration of the
図16に示すように、太陽電池モジュール60は、蛍光導光体4と、光源12と、受光素子61と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 16, the
蛍光導光体4の導光の状態(蛍光体に不良や劣化などの不具合が生じているか否か)をモニタリングするためには太陽電池素子6の特性が正常であることが必須の条件である。本実施形態では、太陽電池素子6とは別個に蛍光導光体4の導光の状態をモニタリングするための機構として受光素子61を備えている。
In order to monitor the state of the light guide of the fluorescent light guide 4 (whether the phosphor is defective or deteriorated), it is an essential condition that the characteristics of the
図17は、蛍光導光体4の透過特性を示す図である。図17は、複数の蛍光体が分散された蛍光導光体4の第1端面から射出される光のスペクトル(以下、単に発光スペクトルということがある)の変化の様子を示している。図17において、矢印は蛍光体の劣化の進み具合(矢印の先端に近づくにつれて蛍光体の劣化が進んでいる状態)を示している。図17(a)は発光スペクトルの形状がほとんど変化しない場合の図であり、図17(b)は発光スペクトルの形状が大きく変化する場合の図である。
FIG. 17 is a diagram showing the transmission characteristics of the fluorescent
図17に示すように、蛍光導光体4は、内部に分散された蛍光体の劣化が進むにつれて蛍光体の光(蛍光体を励起させる波長の光)の吸収度合いが小さくなるため、光の透過率が増加する。図17(a)に示すように、蛍光体の劣化が進んでも発光スペクトルの形状はほとんど変化しないものの、各波長域で光の透過率は増加している。図17(b)に示すように、蛍光体の劣化が進むと発光スペクトルの形状が大きく変化する場合があるが、ピーク波長域では光の透過率は増加している。発光スペクトルの形状がほとんど変化しない場合と発光スペクトルの形状が大きく変化する場合とのいずれの場合であっても、蛍光体の劣化が進むにつれて蛍光体の光の吸収度合いが小さくなる。すなわち、発光スペクトルの形状がほとんど変化しない場合と発光スペクトルの形状が大きく変化する場合とのいずれの場合であっても、蛍光導光体4において光の透過率が増加することは共通している。
As shown in FIG. 17, the
図16に戻り、受光素子61は、蛍光導光体4の第2主面4bにおける第2端面4dと隣接する部分に配置されている。受光素子61は、例えばフォトセンサーであり、受光面を第2主面4bに対向させて配置されている。
Returning to FIG. 16, the
光源12は、RGB各蛍光体の吸収率の高い波長の光(RGB各蛍光体の代表的な吸収波長:約580nm、450nm、380nm)を射出するLEDである。光源12は、当該光源12から射出される光が受光素子61に直接入射するように配置されている。
The
受光素子61の受光面には、光源12から射出された光のみを透過するフィルター(図示略)が設けられている。これにより、受光素子61は光源12から射出された光のみを感知する。受光素子61は、蛍光体の発光ではなく、蛍光体の光の吸収度合いをモニタリングする。受光素子61により、蛍光導光体4における光の透過率の変化をモニタリングすることで蛍光体の劣化の様子を確認することができる。
A light receiving surface of the
本実施形態の太陽電池モジュール60では、受光素子61を備えているので、太陽電池素子6の特性が正常でない場合であっても、蛍光導光体4の導光の状態(蛍光体に不良や劣化などの不具合が生じているか否か)を確実に確認することができる。よって、蛍光導光体4のモニタリングの信頼性を向上させることができる。
Since the
[第6実施形態の第1変形例]
図18は、第6実施形態の第1変形例に係る太陽電池モジュール60Aの断面図である。なお、図18においては、便宜上、形状導光体3、太陽電池素子5、光源11、撮像素子13、及び枠体10の図示を省略している。
[First Modification of Sixth Embodiment]
FIG. 18 is a cross-sectional view of a
本実施形態の太陽電池モジュール60Aの基本構成は第6実施形態の太陽電池モジュール60と同様であり、受光素子61Aの配置位置が第6実施形態の太陽電池モジュール60と異なるのみである。図18において、第6実施形態で用いた図16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。
The basic configuration of the
図18に示すように、太陽電池モジュール60Aは、蛍光導光体4と、光源12と、受光素子61Aと、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 18, the
受光素子61Aは、太陽電池素子6の設置部の一部(蛍光導光体4の第1端面4cにおける第2主面4bと隣接する部分)に配置されている。受光素子61Aは、例えばフォトセンサーであり、受光面を第1端面4cに対向させて配置されている。
The
光源12は、RGB各蛍光体の吸収率の高い波長の光(RGB各蛍光体の代表的な吸収波長:約580nm、450nm、380nm)を射出するLEDである。光源12は、当該光源12から射出される光が第2主面4bに入射するように配置されている。光源12から射出された光は、第2主面4bでの全反射と第1主面4aでの全反射とを繰り返しながら蛍光導光体4の内部を伝播し、受光素子61Aに入射する。
The
受光素子61Aの受光面には、光源12から射出された光のみを透過するフィルター(図示略)が設けられている。これにより、受光素子61Aは光源12から射出された光のみを感知する。受光素子61Aは、蛍光体の発光ではなく、蛍光体の光の吸収度合いをモニタリングする。受光素子61Aにより、蛍光導光体4における光の透過率の変化をモニタリングすることで蛍光体の劣化の様子を確認することができる。
On the light receiving surface of the
本変形例の太陽電池モジュール60Aにおいても、受光素子61Aを備えているので、太陽電池素子6の特性が正常でない場合であっても、蛍光導光体4の導光の状態(蛍光体に不良や劣化などの不具合が生じているか否か)を確実に確認することができる。よって、蛍光導光体4のモニタリングの信頼性を向上させることができる。
Since the
[第7実施形態]
図19は、第7実施形態の太陽電池モジュール70の断面図である。なお、図19においては、便宜上、蛍光導光体4、太陽電池素子6、光源12、撮像素子13、及び枠体10の図示を省略している。
[Seventh embodiment]
FIG. 19 is a cross-sectional view of the
本実施形態の太陽電池モジュール70の基本構成は第1実施形態の太陽電池モジュール1と同様であり、光源71が回転自在に設けられている点が第1実施形態の太陽電池モジュール1と異なるのみである。図19において、第1実施形態で用いた図1〜11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。
The basic configuration of the
図19に示すように、太陽電池モジュール70は、形状導光体3と、光源71と、太陽電池素子5と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 19, the
光源11は、第2の光としてレーザー光(発光強度のピーク:約633nm)を射出するレーザー光源である。光源11は、当該光源11から射出されるレーザー光の形状導光体3への入射角θが変化するように回転自在に設けられている。
The
例えば、入射角θが小さく設定されると(例えば概ね0度)、光源11から射出されるレーザー光が第1端面3cに直接入射するようになる。
For example, when the incident angle θ is set small (for example, approximately 0 degrees), the laser light emitted from the
一方、入射角θが大きく設定されると(例えば概ね20度)、光源11から射出されるレーザー光が第2主面3bに入射するようになる。光源11から射出された光は、第2主面3bでの全反射と第1主面3aでの全反射とを繰り返しながら形状導光体3の内部を伝播し、太陽電池素子5に入射する。
On the other hand, when the incident angle θ is set large (for example, approximately 20 degrees), the laser light emitted from the
本実施形態の太陽電池モジュール70では、光源71が回転自在に設けられているので、形状導光体3の導光の状態をモニタリングする際に入射角θを細かく振って行うことができる。よって、形状導光体3において不具合のある部位を精度よく分析することが可能となる。
In the
本発明は、太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置に利用することができる。 The present invention can be used for a solar cell module and a solar power generation device.
1,20,30,40,50,60,60A,70…太陽電池モジュール、3…形状導光体、3a…第1主面、3b…第2主面、3c…第1端面、3d…第2端面、4…蛍光導光体、4a…第1主面、4b…第2主面、4c…第1端面、4b…第2端面、5,6…太陽電池素子、7,9…反射層、8a,8b,8c…蛍光体、11,12,41,42,52,71…光源、13,43…撮像素子、31…蓄電池、61,61A…受光素子,120,130…太陽光発電装置,T1…傾斜面
1, 20, 30, 40, 50, 60, 60A, 70 ... solar cell module, 3 ... shape light guide, 3a ... first main surface, 3b ... second main surface, 3c ... first end surface, 3d ... first 2 end surfaces, 4 ... fluorescent light guide, 4a ... first main surface, 4b ... second main surface, 4c ... first end surface, 4b ... second end surface, 5, 6 ... solar cell element, 7, 9 ...
Claims (22)
前記導光体の前記第1端面から射出された第1の光を受光して電流を生成する太陽電池素子と、
前記導光体の内部を伝播させつつ前記第1端面に向けて第2の光を射出する光源と、
を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。 A light guide that propagates the first light incident from the first main surface to the first end surface;
A solar cell element that receives the first light emitted from the first end face of the light guide and generates a current;
A light source that emits second light toward the first end face while propagating through the light guide;
A solar cell module comprising:
前記蛍光導光体は、前記第1主面から入射した第1の光の一部を前記蛍光体によって吸収し、前記蛍光体から放射された蛍光を伝播させて前記第1端面から射出す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。 The light guide is a fluorescent light guide having phosphors dispersed therein,
The fluorescent light guide body absorbs a part of the first light incident from the first main surface by the fluorescent material, propagates the fluorescent light emitted from the fluorescent material, and emits the fluorescent light from the first end surface. The solar cell module according to claim 1.
前記導光体は、前記レーザー光源から射出されたレーザー光を前記第2主面で全反射させて伝播させて前記第1端面から射出することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。 The light source is a laser light source that emits laser light as the second light, and is disposed so that the laser light is incident on the second main surface,
8. The light guide body according to claim 1, wherein the laser light emitted from the laser light source is totally reflected by the second main surface and propagated to be emitted from the first end surface. 9. The solar cell module according to item.
前記複数の導光体は、互いの第1主面と第2主面とを対向させて積層されるとともに第1端面同士が同じ方向を向くように配置されており、
前記複数の導光体には、前記第1主面から入射した第1の光を前記第1主面とは異なる第2主面に設けられた傾斜面で反射して伝播させて前記第1端面から射出する形状導光体と、前記第1主面から入射した第1の光の一部を内部に分散された蛍光体によって吸収し、前記蛍光体から放射された蛍光を伝播させて前記第1端面から射出する蛍光導光体と、が含まれていることを特徴とする請求項1ないし12のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。 Including a plurality of the light guides,
The plurality of light guides are stacked so that the first main surface and the second main surface face each other and are arranged so that the first end surfaces face the same direction.
In the plurality of light guides, the first light incident from the first main surface is reflected and propagated by an inclined surface provided on a second main surface different from the first main surface, and the first light is transmitted. The shape light guide emitted from the end face and the part of the first light incident from the first main surface are absorbed by the phosphor dispersed inside, and the fluorescence emitted from the phosphor is propagated to propagate the fluorescence The solar cell module according to claim 1, further comprising a fluorescent light guide that is emitted from the first end face.
前記光源は、前記蓄電池に蓄えられた電流によって前記第2の光を射出することを特徴とする請求項1ないし16のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。 A storage battery for storing a current generated by the solar cell element;
The solar cell module according to any one of claims 1 to 16, wherein the light source emits the second light according to a current stored in the storage battery.
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