JP2015201464A - 太陽電池モジュール及び太陽光発電装置 - Google Patents

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誠二 大橋
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Abstract

【課題】太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さによって制約されにくい太陽電池モジュール及び太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】第１の主面と、第１の主面と対向する第２の主面と、を有し、第１の主面または第２の主面から入射した外光を蛍光体により蛍光に変換して射出する導光板と、導光板から射出された蛍光を受光する太陽電池素子と、を備え、導光板の端部には、第１の主面から第２の主面側に屈曲する第１の面と、第２の主面から第１の主面とは反対側に屈曲する第２の面と、第１の面と第２の面とに接する第３の面と、が設けられ、第３の面に太陽電池素子が設置され、第３の面から射出された蛍光を太陽電池素子が受光する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール及び太陽光発電装置に関する。
導光板の端面に太陽電池素子を設置し、導光板の内部を伝播した光を太陽電池素子に入射させて発電を行う太陽光発電装置として、特許文献１に記載の太陽光エネルギー変換器が知られている。この太陽光エネルギー変換器は、透光性基板内に入射した太陽光によって蛍光体を発光させ、蛍光体から放射された蛍光を透光性基板の端面に設置された太陽電池に伝播させることで発電している。
特開昭５８−４９８６０号公報
ところで、太陽電池素子は、化合物半導体ウエハー等の一枚の大きな円盤状のウエハーから任意の大きさに切り出された部材を含んで形成される。導光板の厚みは用途によって様々であり、導光板の厚み（端面の高さ）が必ずしも太陽電池素子の受光面の高さに適したものであるとは限らない。特許文献１の太陽光エネルギー変換器では、導光板の端面に太陽電池素子が設置されているので、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さ（導光板の厚み）に制約されてしまい、設計の自由度が損なわれる惧れがある。
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、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さによって制約されにくい太陽電池モジュール及び太陽光発電装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
（１）すなわち、本発明の一態様における太陽電池モジュールは、第１の主面と、前記第１の主面と対向する第２の主面と、を有し、前記第１の主面または前記第２の主面から入射した外光を蛍光体により蛍光に変換して射出する導光板と、前記導光板から射出された前記蛍光を受光する太陽電池素子と、を備え、前記導光板の端部には、前記第１の主面から前記第２の主面側に屈曲する第１の面と、前記第２の主面から前記第１の主面とは反対側に屈曲する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とに接する第３の面と、が設けられ、前記第３の面に前記太陽電池素子が設置され、前記第３の面から射出された前記蛍光を前記太陽電池素子が受光する。
（２）上記（１）に記載の太陽電池モジュールでは、前記第１の面と前記第２の面との間隔は、前記第３の面に近付くにつれて小さくなっていてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の太陽電池モジュールでは、前記導光板は、前記第１の主面と、前記第２の主面と、前記第１の主面と前記第２の主面とに接する前記第１の面と、を有する導光板本体部と、前記第２の主面上に設けられ、前記第２の面と前記第３の面とを有する突起部と、を有していてもよい。
（４）上記（３）に記載の太陽電池モジュールでは、前記突起部は、前記第２の主面上に一定の幅で帯状に延在しており、前記突起部の延在方向と直交する線と前記第２の主面の法線とを含む平面で前記導光板を切った断面における前記第３の面の長さは、前記導光板本体部の厚みよりも短くてもよい。
（５）上記（３）または（４）に記載の太陽電池モジュールでは、前記突起部は、前記第２の主面上に一定の幅で帯状に延在しており、前記突起部の延在方向と直交する方向の前記突起部の幅は、前記導光板本体部の厚みの３倍以内であってもよい。
（６）上記（１）ないし（５）のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記第１の面は、前記第２の主面に対して傾斜角度θ１で傾斜した平面であり、前記第３の面は、前記第２の主面に対して傾斜角度θ３で傾斜した平面であり、前記θ１と前記θ３とが、３０°≦θ１≦６０°、且つ、５°≦θ３≦３０°という関係式を満たしていてもよい。
（７）上記（１）ないし（６）のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記導光板は、前記第１の主面と前記第２の主面とを有する第１の部材と、前記第１の面と前記第２の面と前記第３の面とを有する第２の部材と、が接着剤によって接着されることにより形成されていてもよい。
（８）上記（７）に記載の太陽電池モジュールでは、前記第２の部材は、互いに接着された複数の部材によって構成されていてもよい。
（９）上記（７）または（８）に記載の太陽電池モジュールでは、前記第１の部材と前記第２の部材には前記蛍光体が含まれていてもよい。
（１０）上記（７）または（８）に記載の太陽電池モジュールでは、前記第１の部材には前記蛍光体が含まれており、前記第２の部材には前記蛍光体が含まれていなくてもよい。
（１１）上記（１）ないし（１０）のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記第１の面および前記第２の面には、前記導光板の内部を伝播する前記蛍光を反射する反射層が設けられていてもよい。
（１２）本発明の一態様における太陽光発電装置は、上記（１）ないし（１１）のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールを備えている。
本発明の態様によれば、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さによって制約されにくい太陽電池モジュール及び太陽光発電装置を提供することができる。
第１の実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。 太陽電池モジュールの断面図である。 太陽電池モジュールの要部を拡大した断面図である。 太陽電池素子の概略構成を示す平面図である。 太陽電池モジュールの要部のサイズを説明するための図である。 （Ａ）、（Ｂ）シミュレーションにおける太陽電池モジュールの説明図である。 シミュレーションにおける光源の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）光源からの光の射出角度が異なる場合における導光板の内部を伝播する光の様子を示す図である。 光源からの光の射出角度と太陽電池素子の集光エネルギーとの関係を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）導光板の内部を伝播する光の伝播経路が異なる場合における太陽電池素子に入射する光の様子を示す図である。 太陽電池モジュールの作用を説明するための図である。 第２の面の傾斜角度及び第３の面の傾斜角度と集光エネルギーとの関係を示す図である。 第２の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 第３の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 第４の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 第５の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 第６の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 第７の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 第８の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 第９の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 導光板の分解図である。 第１０の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 導光板の分解図である。 第１１の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。 導光板の分解図である。 太陽光発電装置の概略構成図である。
［第１の実施形態］
以下、図１〜図１０を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
図１は、第１の実施形態の太陽電池モジュール１の概略構成を示す斜視図である。
図１に示すように、太陽電池モジュール１は、導光板２と、太陽電池素子３と、第１の反射層４と、第２の反射層５と、フレーム６と、を備えている。
なお、図１においては、説明の便宜上、導光板２の４つのコーナー部のうちの一つのコーナー部を切り欠いている。
導光板２は平面視正方形の板状部材である。導光板２は、第１の主面２ａと、第２の主面２ｂと、を有している。第１の主面２ａは、太陽光を入射させる光入射面である。第２の主面２ｂは、第１の主面２ａとは反対側の面である。
導光板２の端部には、第１の面２ｃ１と、第２の面２ｃ２と、第３の面２ｃ３と、が設けられている。第１の面２ｃ１は、第１の主面２ａから第２の主面２ｂ側に屈曲する面である。第２の面２ｃ２は、第２の主面２ｂから第１の主面２ａとは反対側に屈曲する面である。第３の面２ｃ３は、第１の面２ｃ１と第２の面２ｃ２とに接する面である。第３の面２ｃ３は、導光板２の内部を伝播した光を射出させる光射出面である。第１の面２ｃ１と第２の面２ｃ２との間隔は、第３の面２ｃ３に近付くにつれて小さくなっている。
導光板２は、導光板本体部２２と、突起部２３と、を有する。導光板本体部２２は、第１の主面２ａと、第２の主面２ｂと、第１の主面２ａと第２の主面２ｂとに接する第１の面２ｃ１と、を有する。突起部２３は、第２の主面２ｂ上に設けられ、第２の面２ｃ２と第３の面２ｃ３とを有する。突起部２３は、第２の主面２ｂ上に一定の幅で帯状に延在している。
導光板２は、第１の主面２ａから外光Ｌを入射させ、内部を伝播させた光を、第３の面２ｃ３から射出させる。なお、導光板２のサイズは、一例として、一辺の長さが１０００ｍｍ程度、厚みが２ｍｍ程度である。
図２は、太陽電池モジュール１の断面図である。図３は、太陽電池モジュール１の要部を拡大した断面図である。図２及び図３は、突起部２３の延在方向と直交する線と第２の主面２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール１を切った断面である。
図２においては、便宜上、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。
導光板２は、図２に示すように、透明基材２０中に、蛍光体２１を分散させた蛍光導光板である。透明基材２０は、ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの透明性の高い有機材料、もしくはガラスなどの透明性の無機材料からなる。本実施形態では、透明基材２０としてＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．４９）を用いる。導光板２は、このＰＭＭＡ樹脂中に蛍光体２１を分散させて形成されている。なお、この導光板２の屈折率は、分散させている蛍光体２１の量が少ないため、ＰＭＭＡ樹脂と同程度の１．５０となっている。
蛍光体２１は、紫外光または可視光を吸収して可視光または赤外光を発光し放射する光機能材料である。光機能材料としては、有機蛍光体が挙げられる。
このような有機蛍光体としては、クマリン系色素、ペリレン系色素、フタロシアニン系色素、スチルベン系色素、シアニン系色素、ポリフェニレン系色素，キサンテン系色素，ピリジン系色素、オキサジン系色素、クリセン系色素、チオフラビン系色素、ピレン系色素、アントラセン系色素、アクリドン系色素、アクリジン系色素、フルオレン系色素、ターフェニル系色素、エテン系色素、ブタジエン系色素、ヘキサトリエン系色素、オキサゾール系色素、ジ−およびトリフェニルメタン系色素、チアゾール系色素、チアジン系色素、ナフタルイミド系色素、アントラキノン系色素等が好適に使用され、具体的には、３−（２’−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２’−ベンゾイミダゾリル）−７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）、３−（２’−Ｎ−メチルベンゾイミダゾリル）−７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン３０）、２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフルオロメチルキノリジン（９，９ａ，１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）などのクマリン系色素や、クマリン色素系染料であるベーシックイエロー５１や、ソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６などのナフタルイミド系色素や、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン３Ｂ、ローダミン１０１、ローダミン１１０、スルホローダミン、ベーシックバイオレット１１、ベーシックレッド２などのローダミン系色素、１−エチル−２−〔４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル〕ピリジニウム−パークロレート（ピリジン１）などのピリジン系色素などが用いられる。
なお、蛍光体として無機蛍光体を用いることもできる。
さらに、各種染料（直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など）も、蛍光性があれば本発明の蛍光体として使用可能である。
本実施形態の場合、導光板２の内部には、１種類の蛍光体２１が分散されている。蛍光体２１は、橙色光を吸収して赤色の蛍光を放射する。本実施形態では、蛍光体２１としてBASF社製LumogenＲ３０５（商品名）を用いる。蛍光体２１は、概ね６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する。蛍光体２１の発光スペクトルは、６１０ｎｍにピーク波長を有する。
なお、１種類の蛍光体を用いる場合に限らず、複数種類（２種類もしくは３種類以上）の蛍光体を用いてもよい。
このような導光板２では、蛍光体２１が導光板２の内部に入射した外光Ｌの少なくとも一部を吸収して蛍光ＦＬに変換して放出する。放出された蛍光ＦＬは、導光板２の内部を伝播して、第３の面２ｃ３から射出され、太陽電池素子３に入射し発電に利用される。
各太陽電池素子３は、導光板２の各辺に沿って配置されている。太陽電池素子３の受光面は、導光板２の第３の面２ｃ３に対向している。なお、太陽電池素子３の幅は、一例として、２．０７ｍｍである。
太陽電池素子３としては、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、量子ドット太陽電池、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や量子ドット太陽電池は、高効率な発電が可能であることから、太陽電池素子３として好適である。特に、蛍光体２１の発光スペクトルのピーク波長（６１０ｎｍ）において高効率を示す化合物系太陽電池であるＧａＡｓ太陽電池が望ましい。他にも、化合物系太陽電池として、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２、ＣｕＩｎＳ２、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等を用いてもよい。また、量子ドット太陽電池として、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ等を用いてもよい。ただし、価格や用途に応じて、Ｓｉ系や有機系など他の種類の太陽電池を用いることもできる。
太陽電池素子３は、図３に示すように、導光板２の第３の面２ｃ３に透明接着層３ａにより接合されている。透明接着層３ａは、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、ポリイミド系接着剤等の熱硬化性接着剤が好適である。なお、透明接着層３ａの屈折率は、導光板２と同程度の１．５０となっている。
図４は、太陽電池素子３の概略構成を示す平面図である。
太陽電池素子３は、図４に示すように、４つの太陽電池セル３ｃを備えている。各太陽電池セル３ｃは直列接続されている。支持基板３ｂには、フレキシブル基板（Flexible printed circuits ;FPC）等の配線基板が設けられている。各太陽電池セル３ｃは、支持基板３ｂにハンダにより接続されている。支持基板３ｂの基材としては、ガラスエポキシ基板を用いることができる。
太陽電池セル３ｃの平面形状は、幅４９ｍｍ、高さ２．０７ｍｍの長方形である。支持基板３ｂの平面形状は、幅２００ｍｍ、高さ３ｍｍの長方形である。支持基板３ｂは、一つの第３の面２ｃ３につき５つ設けられる。言い換えると、一つの第３の面２ｃ３につき５個の太陽電池素子３が設けられる。一つの第３の面２ｃ３につき２０個の太陽電池セル３ｃが設けられる。
支持基板３ｂの太陽電池素子３が配置されていない領域は、接続配線が引き回される領域（配線領域）である。なお、配線領域は、第３の面２ｃ３の法線方向から見て、第３の面２ｃ３と重ならないよう第３の面２ｃ３からはみ出していることが好ましい。これにより、配線領域が第３の面２ｃ３の法線方向から見て第３の面２ｃ３と重なる場合に比べて、接続配線を引き回し易くなる。
図３に示すように、第１の反射層４は、導光板２の第１の面２ｃ１に設けられている。第１の反射層４の反射面は、導光板２の第１の面２ｃ１に対向している。第１の反射層４は導光板２の内部からその外部に向けて進行する光（蛍光体２１から放射された光）を導光板２の内部に向けて反射する。
第１の反射層４としては、銀やアルミニウムなどの金属膜からなる反射層や、ＥＳＲ（Enhanced Specular Reflector）反射フィルム（３Ｍ社製）などの誘電体多層膜からなる反射層などを用いることができる。なお、第１の反射層４は、これに限らない。第１の反射層４としては、蛍光体の発光波長における反射率が高いものが望ましい。
第２の反射層５は、導光板２の第２の面２ｃ２に設けられている。第２の反射層５の反射面は、導光板２の第２の面２ｃ２に対向している。第２の反射層５は導光板２の内部からその外部に向けて進行する光（蛍光体２１から放射された光）を導光板２の内部に向けて反射する。第２の反射層５としては、第１の反射層４と同様のものを用いることができる。
フレーム６は、図１に示すように、平面視矩形枠状である。フレーム６は、導光板２を保持するものである。フレーム６は、複数の太陽電池素子３を覆って形成されている。フレーム６の肉厚は２ｍｍ程度である。フレーム６の形成材料は、Ａｌ等の金属である。この他にも、フレーム６の形成材料としては種々の材料を用いることができる。特に、高強度かつ軽量な材料を用いることが好ましい。
図３に示すように、フレーム６は、天板部６ａと、底板部６ｂと、側壁部６ｃと、を備えている。
天板部６ａの第１の端部６ａ１は側壁部６ｃに接続されている。天板部６ａの第２の端部６ａ２は導光板２の第１の主面２ａの端部まで延在している。底板部６ｂは、導光板２を挟んで天板部６ａと対向して配置されている。底板部６ｂの第１の端部６ｂ１は側壁部６ｃに接続されている。底板部６ｂの第２の端部６ｂ２は導光板２の第２の主面２ｂの端部まで延在している。底板部６ｂの導光板２の主面に平行な方向の長さは、天板部６ａの導光板２の主面に平行な方向の長さと概ね等しくなっている。
フレーム６の天板部６ａの第２の端部６ａ２と導光板２の第１の主面２ａとの間には、透明接着層７ａ、反射層８ａ、及び緩衝層９ａが設けられている。
反射層８ａは、導光板２の第１の主面２ａに透明接着層７ａにより接合されている。透明接着層７ａとしては、透明接着層３ａと同様のものを用いることができる。
反射層８ａの反射面は、導光板２の第１の主面２ａに対向している。反射層８ａは導光板２の内部からその外部に向けて進行する光（蛍光体２１から放射された光）を導光板２の内部に向けて反射する。反射層８ａとしては、ＥＳＲ等の誘電体多層膜からなる反射層、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等の金属膜からなる反射層を用いることができる。
緩衝層９ａは、フレーム６の天板部６ａと導光板２の第１の主面２ａとの間に加わる応力を吸収する。緩衝層９ａとしては、シリコンゴムシート等のゴムシートを用いることができる。この他にも、緩衝層９ａの形成材料としては種々の材料を用いることができる。特に、高い防水性を兼ね備えた材料を用いることが好ましい。
なお、フレーム６の天板部６ａと導光板２の第１の主面２ａとの間の緩衝層９ａが配置されていない部分には空気層が介在している。
フレーム６の底板部６ｂの第２の端部６ｂ２と導光板２の第２の主面２ｂとの間には、透明接着層７ｂ、反射層８ｂ、及び緩衝層９ｂが設けられている。
反射層８ｂは、導光板２の第２の主面２ｂに透明接着層７ｂにより接合されている。透明接着層７ｂとしては、透明接着層７ａと同様のものを用いることができる。
反射層８ｂの反射面は、導光板２の第２の主面２ｂに対向している。反射層８ｂは導光板２の内部からその外部に向けて進行する光（蛍光体２１から放射された光）を導光板２の内部に向けて反射する。反射層８ｂとしては、反射層８ａと同様のものを用いることができる。
緩衝層９ｂは、フレーム６の底板部６ｂと導光板２の第２の主面２ｂとの間に加わる応力を吸収する。緩衝層９ｂとしては、緩衝層９ａと同様のものを用いることができる。
なお、フレーム６の底板部６ｂと導光板２の第２の主面２ｂとの間の緩衝層９ｂが配置されていない部分には空気層が介在している。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの要部のサイズを説明するための図である。図５は、突起部２３の延在方向と直交する線と第２の主面２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール１を切った断面である。なお、図５においては、便宜上、第１の反射層４、第２の反射層５、及びフレーム６等の図示を省略している。
図５に示すように、第１の面２ｃ１は、第２の主面２ｂに対して傾斜角度θ１で傾斜した平面である。第２の面２ｃ２は、第２の主面２ｂに対して傾斜角度θ２で傾斜した平面である。第３の面２ｃ３は、第２の主面２ｂに対して傾斜角度θ３で傾斜した平面である。
本実施形態において、傾斜角度θ１は４５°である。傾斜角度θ２は１５°である。傾斜角度θ３は１５°である。傾斜角度θ２及び傾斜角度θ３は互いに等しい。突起部２３の形状は断面視二等辺三角形である。
導光板本体部２２の厚み（断面視において第１の主面２ａと第２の主面２ｂとの間の距離）は２ｍｍである。突起部２３の高さ（断面視において第２の主面２ｂと頂点との間の距離）は２ｔａｎ１５°（０．５４ｍｍ）である。突起部２３の幅（断面視において第２の主面２ｂと対向する辺の長さ）は４ｍｍである。突起部２３の第３の面２ｃ３の長さ（断面視において斜辺の長さ）は２／ｃｏｓ１５°（２．０７ｍｍ）である。突起部２３の第３の面２ｃ３の長さは、導光板本体部２２の厚みよりも若干長い。
ところで、太陽電池素子は、化合物半導体ウエハー等の一枚の大きな円盤状のウエハーから任意の大きさに切り出された部材を含んで形成される。導光板の厚みは用途によって様々であり、導光板の厚み（端面の高さ）が必ずしも太陽電池素子の受光面の高さに適したものであるとは限らない。特許文献１の太陽光エネルギー変換器では、導光板の端面に太陽電池素子が設置されているので、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さ（導光板の厚み）に制約されてしまい、設計の自由度が損なわれる惧れがある。
一方、導光板の端面を斜めにカットする方法が考えられる。この方法によれば、導光板の端面に設置できる太陽電池素子の大きさをある程度確保することができる。しかし、その大きさにも限界がある。なお、導光板の端面を斜めにカットする方法は、太陽電池素子の大きさが大きい場合は有効な方法であるが、太陽電池素子の大きさが小さい場合には適用することができない。
このように、導光板の端面の大きさと太陽電池素子の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることは困難である。その結果、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さによって制約されてしまうという課題がある。
これに対し、本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、導光板２の端部に、太陽電池素子３の設置面である第３の面２ｃ３が設けられている。そのため、特許文献１のように導光板２の端部に設置できる太陽電池素子３の大きさがある一定の大きさに制約されることはない。本実施形態によれば、第３の面２ｃ３の長さを所望の長さに設定することで、導光板２における太陽電池素子３の配置面の大きさと太陽電池素子３の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子３の受光面の大きさが導光板２の端面の高さによって制約されにくくなる。
また、導光板２が導光板本体部２２と突起部２３とにより構成されているため、導光板本体部２２のサイズ（厚み）に左右されることなく、第３の面２ｃ３の長さを所望の長さに設定することができる。例えば、導光板本体部２２の厚みを薄くしつつサイズの大きい太陽電池素子３を適用したい場合には、突起部２３の第３の面２ｃ３の長さを長くすればよい。また、導光板本体部２２の厚みを厚くしつつサイズの小さい太陽電池素子３を適用したい場合には、突起部２３の第３の面２ｃ３の長さを短くすればよい。
ところで、太陽電池モジュールの軽量化を図るためには、導光板の厚みを薄くすることが考えられる。この場合、太陽電池モジュールの構成としては、導光板の端部を斜めにカットしてカット面に反射層を設置し、導光板の端部の反射層と対向する面に太陽電池素子を設置する構成が考えられる。ただし、この構成では、十分な集光量を得るためには太陽電池素子の受光面の大きさを大きくしなければならない。しかしながら、太陽電池素子の受光面の大きさを大きくすると、太陽電池素子の単位面積当たりの集光エネルギーが小さくなる。
本願発明者は、太陽電池素子の受光面の大きさと集光エネルギーとの関係をシミュレーションにて確認した。以下、シミュレーションの結果について図６（Ａ）、（Ｂ）〜図１０（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、導光板は、平面視正方形であり、一辺の長さが１０００ｍｍ、厚みが２ｍｍのサイズのものを用いた。導光板の端部の傾斜角度θ０は４５°とした。導光板の板材料は、アクリル板（屈折率１．５）を用いた。
シミュレーションでは、蛍光体が太陽光を蛍光に変換して等方的に射出することに鑑み、導光板の中央部に光を等方的に射出する光源を配置した。光源は体積光源とした。具体的には、光源は、平面視正方形であり、導光板の端から２０ｍｍの部分を除くとともに導光板の上面から０．１ｍｍ、下面から０．１ｍｍの部分を除いたもの、つまり、一辺の長さが９８０ｍｍ、厚みが１．８ｍｍのサイズのものを用いた。光源から射出される光のエネルギーは１００Ｗ、光線数は１００万本とした。導光板の端部は斜めにカットし、カット面に反射層を設置した。導光板の端部の反射層と対向する面には太陽電池素子を設置した。太陽電池素子の受光面の幅は２ｍｍとした。
このような構成の太陽電池モジュールにおいて、どのような光線が太陽電池素子に集光されないかを調べるため、光源から射出される光の射出角度をある角度に固定して光線追跡シミュレーションを行った。図７に示すように、光源から射出される光の射出角度は、導光板の全反射条件を満たす角度として、４５°以上１３５°以下の角度範囲とした。
一例として、光源から射出される光の射出角度を４５°としたときの導光板の内部を伝播する光の様子を図８（Ａ）に示す。光源から射出される光の射出角度を９０°としたときの導光板の内部を伝播する光の様子を図８（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）に示すように、光源から射出される光の射出角度が９０°の場合、光源から射出される光は、すべて反射層で反射され、太陽電池素子に集光される。
図９は、光源からの光の射出角度と太陽電池素子の集光エネルギーとの関係を示す図である。図９において、横軸は光源からの光の射出角度である。縦軸は太陽電池素子の集光エネルギーである。
シミュレーションでは、平面視正方形の導光板の中央部に光を等方的に射出する光源を配置しているため、導光板の４つの端面には光が均等に導光する。光源から射出される光のエネルギーが１００Ｗの場合、導光板の１つの端面に導光される光の集光エネルギーは２５Ｗとなる。図９の縦軸において、集光エネルギーが２５Ｗとなる箇所を破線で示す。
図９の実線のグラフに示すように、光源からの光の射出角度が９０°の場合は、集光エネルギーが２５Ｗとなり、太陽電池素子には１００％の光が集光されることが分かる。しかし、光源からの光の射出角度が小さくなるにつれて、太陽電池素子に集光される光の集光エネルギーが低下する。光源からの光の射出角度が４５°の場合は、集光エネルギーが１２．５Ｗとなり、光源からの光の射出角度が９０°の場合の５０％となる。
光源からの光の射出角度が４５°の場合、集光エネルギーが光源からの光の射出角度が９０°の場合の５０％となるのは以下の理由によるものと考えられる。
図１０（Ａ）、（Ｂ）は、光源からの光の射出角度が４５°の場合、導光板の内部を伝播する光の伝播経路が異なる場合における太陽電池素子に入射する光の様子を示す図である。
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光源からの光の射出角度が４５°の場合、導光板の内部を伝播する光の伝播経路によっては太陽電池素子に光が入射したり入射しなかったりする。
例えば、図１０（Ａ）に示すように、光源からの光が導光板の第１の主面に入射し、この第１の主面で反射して太陽電池素子に向かう場合には、太陽電池素子に光が入射する。一方、図１０（Ｂ）に示すように、光源からの光が導光板のカット面に設置した反射層に入射し、この反射層で反射した場合には、入射方向とは反対向きに反射されるため、太陽電池素子には光が入射しない。
このような場合、太陽電池素子の幅を導光板の厚みの２倍にすれば、図１０（Ｂ）に示したように太陽電池素子（幅２ｍｍ）に入射しなかった光が太陽電池素子（幅４ｍｍ）に入射するようになると考えられる。しかし、太陽電池素子の幅を大きくすることは、高コストになったり、太陽電池素子の単位面積当たりの集光エネルギーが低下したりする。そのため、太陽電池素子の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくするためには、太陽電池素子の幅を短くする、すなわち太陽電池素子の受光面の大きさを小さくすることが重要である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、第１の面２ｃ１と第２の面２ｃ２との間隔が第３の面２ｃ３に近付くにつれて小さくなっているため、第３の面２ｃ３の長さを小さくすることができる。そのため、太陽電池素子の受光面の大きさを小さくすることができる。よって、太陽電池素子３の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくすることができる。
また、本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、図１０（Ｂ）に示したように太陽電池素子に集光できなかった光も、図１１に示すように太陽電池素子３に集光することができる。具体的には、導光板２を伝播する光が導光板２の第２の面２ｃ２に設置された第２の反射層５に入射し、この第２の反射層５で反射した光は導光板２の第１の面２ｃ１に設置された第１の反射層４に入射する。そして、この第１の反射層４で反射した光は導光板２の第３の面２ｃ３に設置された太陽電池素子３に向かい、太陽電池素子３に光が入射する。このように、本実施形態によれば、太陽電池素子３の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくすることができる。
また、本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、傾斜角度θ２及び傾斜角度θ３がそれぞれ１５°であるため、太陽電池素子３の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくすることができる。
本願発明者は、導光板２の第２の面２ｃ２の傾斜角度θ２及び第３の面２ｃ３の傾斜角度θ３と太陽電池素子３の集光エネルギーとの関係をシミュレーションにて確認した。以下、シミュレーションの結果について図１２及び表１を用いて説明する。
シミュレーションは、断面視二等辺三角形の突起部の長辺を４ｍｍに固定し、導光板２の第２の面２ｃ２の傾斜角度θ２及び第３の面２ｃ３の傾斜角度θ３をそれぞれ０°〜２０°の範囲で５°ずつ変化させて行った。なお、断面視における太陽電池素子の幅は、導光板２の第３の面に等しく、２／ｃｏｓθ３[ｍｍ]で表される。
図１２は、導光板２の第２の面２ｃ２の傾斜角度θ２及び第３の面２ｃ３の傾斜角度θ３と太陽電池素子３の集光エネルギーとの関係を示す図である。図１２において、横軸は導光板２の第２の面２ｃ２の傾斜角度θ２及び第３の面２ｃ３の傾斜角度θ３である。縦軸は太陽電池素子３の集光エネルギーである。◇は太陽電池素子全体の集光エネルギーを示す。□は単位面積当たりの集光エネルギーを示す。
表１は、導光板２の第２の面２ｃ２の傾斜角度θ２及び第３の面２ｃ３の傾斜角度θ３をそれぞれ０°〜２０°の範囲で５°ずつ変化させたときの太陽電池素子３全体の集光エネルギーと太陽電池素子３の単位面積当たり（幅２ｍｍ当たり）の集光エネルギーを数値化した表である。
Figure 2015201464
図１２及び表１に示すように、太陽電池素子３全体の集光エネルギーは、導光板２の第２の面２ｃ２の傾斜角度θ２及び第３の面２ｃ３の傾斜角度θ３を大きくするにつれて増加している。一方、太陽電池素子３の単位面積当たりの集光エネルギーは、導光板２の第２の面２ｃ２の傾斜角度θ２及び第３の面２ｃ３の傾斜角度θ３が１５°のときに最大となる。このように、傾斜角度θ２及び傾斜角度θ３をそれぞれ１５°にすることで、太陽電池素子３の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくできることが分かった。
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について、図１３を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール１０１の基本構成は第１の実施形態と同一であり、導光板１０２の突起部１２３の形状、突起部１２３に設置される太陽電池素子１０３の形状及び第２の反射層１０５の形状が第１の実施形態と異なる。
図１３は、太陽電池モジュール１０１の要部を拡大した断面図である。図１３は、突起部１２３の延在方向と直交する線と第２の主面２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール１０１を切った断面である。
図１３においては、便宜上、フレーム６、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。図１３において、第１の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図１３に示すように、第２の面１０２ｃ２は、第２の主面２ｂに対して傾斜角度θ２で傾斜した平面である。第３の面１０２ｃ３は、第２の主面２ｂに対して傾斜角度θ３で傾斜した平面である。
本実施形態において、傾斜角度θ１は４５°である。傾斜角度θ２は１５°である。傾斜角度θ３は７５°である。傾斜角度θ２及び傾斜角度θ３は互いに異なる。突起部１２３の形状は断面視直角三角形である。
本実施形態において、突起部１２３の幅（断面視において第２の主面２ｂと対向する辺の長さ）は４ｍｍである。突起部１２３の第３の面１０２ｃ３の長さ（断面視において斜辺の長さ）は４ｓｉｎ１５°（１．０３ｍｍ）である。突起部１２３の第３の面１０２ｃ３の長さは、導光板本体部２２の厚み（２ｍｍ）よりも短い。
本実施形態に係る太陽電池モジュール１０１では、突起部１２３の第３の面１０２ｃ３の長さが導光板本体部２２の厚み（２ｍｍ）よりも短いため、第３の面１０２ｃ３の長さを第１実施形態に係るものよりも小さくすることができる。そのため、太陽電池素子１０３の受光面の大きさを小さくすることができる。よって、太陽電池素子１０３の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくすることができる。
本願発明者は、本実施形態に係る導光板１０２の構造について太陽電池素子１０３の集光エネルギーをシミュレーションにて確認した。以下、シミュレーションの結果につい表２を用いて説明する。
断面視直角三角形の突起部の長辺の長さを４ｍｍとした。導光板１０２の第２の面２ｃ２の傾斜角度θ２を１５°とした。第３の面１０２ｃ３の傾斜角度θ３を７５°とした。なお、断面視における太陽電池素子１０３の幅を１．０３ｍｍとした。
表２は、本実施形態に係る導光板１０２を適用したときの太陽電池素子１０３全体の集光エネルギーと太陽電池素子１０３の単位面積当たり（幅２ｍｍ当たり）の集光エネルギーを数値化した表である。
Figure 2015201464
表２に示すように、太陽電池素子１０３全体の集光エネルギー（１０．６Ｗ）は、第１実施形態に係る値（１６．２２２Ｗ）よりも小さくなった。一方、太陽電池素子１０３の単位面積当たりの集光エネルギー（２０．５Ｗ）は、第１実施形態に係る値（１５．６６９Ｗ）よりも大きくなった。このように、突起部１２３の第３の面１０２ｃ３の長さを導光板本体部２２の厚み（２ｍｍ）よりも短くすることで、太陽電池素子１０３の単位面積あたりの集光エネルギーを第１実施形態に係る値よりも大きくできることが分かった。
［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態について、図１４を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール２０１の基本構成は第１の実施形態と同一であり、導光板２０２の突起部２２３の形状、突起部２２３に設置される太陽電池素子２０３の形状及び第２の反射層２０５ａの形状が第１の実施形態と異なる。さらに本実施形態おいては、突起部２２３に第３の反射層２０５ｂが設置されている。
図１４は、太陽電池モジュール２０１の要部を拡大した断面図である。図１４は、突起部２２３の延在方向と直交する線と第２の主面２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール２０１を切った断面である。
図１４においては、便宜上、フレーム６、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。図１４において、第１の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図１４に示すように、突起部２２３は、互いに隣接する３つの面を有する。具体的には、突起部２２３は、第２の面２０２ｃ２と、第３の面２０２ｃ３と、第２の面２０２ｃ２及び第３の面２０２ｃ３に接する第４の面２０２ｃ４と、を有する。本実施形態に係る突起部２２３は、第１実施形態に係る突起部２３の先端を、第２の主面２ｂから０．４ｍｍ離れた距離でカットした形状に相当する。
第３の反射層２０５ｂは、突起部２２３の第４の面２０２ｃ４に設けられている。第３の反射層２０５ｂの反射面は、突起部２２３の第４の面２０２ｃ４に対向している。第３の反射層２０５ｂは導光板２０２の内部からその外部に向けて進行する光を導光板２０２の内部に向けて反射する。第３の反射層２０５ｂとしては、第１の反射層４と同様のものを用いることができる。
第２の面２０２ｃ２は、第２の主面２ｂに対して傾斜角度θ２で傾斜した平面である。第３の面２０２ｃ３は、第２の主面２ｂに対して傾斜角度θ３で傾斜した平面である。
本実施形態において、傾斜角度θ１は４５°である。傾斜角度θ２は１５°である。傾斜角度θ３は１５°である。傾斜角度θ２及び傾斜角度θ３は互いに等しい。突起部２２３の形状は断面視台形である。
本実施形態において、突起部２２３の幅（断面視において第２の主面２ｂと対向する辺の長さ）は４ｍｍである。突起部２２３の高さ（断面視において第２の主面２ｂと第４の面２０２ｃ４との間の距離）は０．４ｍｍである。突起部２２３の第３の面２０２ｃ３の長さ（断面視において斜辺の長さ）は０．４／ｓｉｎ１５°（１．５５ｍｍ）である。突起部２２３の第３の面２０２ｃ３の長さは、導光板本体部２２の厚み（２ｍｍ）よりも短い。
本実施形態に係る太陽電池モジュール２０１では、突起部２２３の第３の面２０２ｃ３の長さが導光板本体部２２の厚み（２ｍｍ）よりも短いため、第３の面２０２ｃ３の長さを第１実施形態に係るものよりも小さくすることができる。そのため、太陽電池素子２０３の受光面の大きさを小さくすることができる。よって、太陽電池素子２０３の単位面積あたりの集光エネルギーを大きくすることができる。
本願発明者は、本実施形態に係る導光板２０２の構造について太陽電池素子２０３の集光エネルギーをシミュレーションにて確認した。以下、シミュレーションの結果について表２を用いて説明する。
断面視台形の突起部の底辺の長さを４ｍｍとした。導光板２０２の第２の面２０２ｃ２の傾斜角度θ２を１５°とした。第３の面２０２ｃ３の傾斜角度θ３を１５°とした。なお、断面視における太陽電池素子２０３の幅を１．５５ｍｍとした。
表３は、本実施形態に係る導光板２０２を適用したときの太陽電池素子２０３全体の集光エネルギーと太陽電池素子２０３の単位面積当たり（幅２ｍｍ当たり）の集光エネルギーを数値化した表である。
Figure 2015201464
表３に示すように、太陽電池素子２０３全体の集光エネルギー（１３．３Ｗ）は、第１実施形態に係る値（１６．２２２Ｗ）よりも小さくなった。一方、太陽電池素子２０３の単位面積当たりの集光エネルギー（１７．３Ｗ）は、第１実施形態に係る値（１５．６６９Ｗ）よりも大きくなった。このように、突起部２２３の第３の面２０２ｃ３の長さを導光板本体部２２の厚み（２ｍｍ）よりも短くすることで、太陽電池素子２０３の単位面積あたりの集光エネルギーを第１実施形態に係る値よりも大きくできることが分かった。
［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施形態について、図１５を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール３０１の基本構成は第１の実施形態と同一であり、導光板３０２の導光板本体部３２２の形状、突起部３２３の形状、導光板本体部３２２に設置される第１の反射層３０４の形状、突起部３２３に設置される太陽電池素子３０３の形状及び第２の反射層３０５の形状が第１の実施形態と異なる。
図１５は、太陽電池モジュール３０１の要部を拡大した断面図である。図１５は、突起部３２３の延在方向と直交する線と第２の主面３０２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール３０１を切った断面である。
図１５においては、便宜上、フレーム６、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。図１５において、第１の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図１５に示すように、第１の面３０２ｃ１は、第２の主面３０２ｂに対して傾斜角度θ１で傾斜した平面である。第２の面３０２ｃ２は、第２の主面３０２ｂに対して傾斜角度θ２で傾斜した平面である。第３の面３０２ｃ３は、第２の主面３０２ｂに対して傾斜角度θ３で傾斜した平面である。
本実施形態において、傾斜角度θ１は３０°である。傾斜角度θ２は１０°である。傾斜角度θ３は１０°である。傾斜角度θ２及び傾斜角度θ３は互いに等しい。突起部３２３の形状は断面視二等辺三角形である。本実施形態に係る導光板３０２においては、傾斜角度θ１、傾斜角度θ２、及び傾斜角度θ３がそれぞれ第１実施形態に係る値よりも小さい。
本実施形態において、突起部３２３の幅（断面視において第２の主面３０２ｂと対向する辺の長さ）は４ｍｍである。突起部３２３の第３の面３０２ｃ３の長さ（断面しにおいて斜辺の長さ）は２／ｃｏｓ１０°（２．０３ｍｍ）である。突起部３２３の第３の面３０２ｃ３の長さは、導光板本体部３２２の厚み（２ｍｍ）よりも若干長い。
本実施形態に係る太陽電池モジュール３０１においても、第３の面３０２ｃ３の長さを所望の長さに設定することで、導光板３０２における太陽電池素子３０３の配置面の大きさと太陽電池素子３０３の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子３０３の受光面の大きさが導光板３０２の端面の高さによって制約されにくい、といった第１の実施形態と同様の効果を奏する。
［第５の実施形態］
以下、本発明の第５の実施形態について、図１６を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール４０１の基本構成は第４の実施形態と同一であり、導光板４０２の導光板本体部４２２の形状及び導光板本体部４２２に設置される第１の反射層４０４の形状が第４の実施形態と異なる。
図１６は、太陽電池モジュール４０１の要部を拡大した断面図である。図１６は、突起部３２３の延在方向と直交する線と第２の主面４０２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール４０１を切った断面である。
図１６においては、便宜上、フレーム６、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。図１６において、第４の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図１６に示すように、第１の面４０２ｃ１は、第２の主面４０２ｂに対して傾斜角度θ１で傾斜した平面である。本実施形態において、傾斜角度θ１は６０°である。本実施形態に係る導光板４０２においては、傾斜角度θ１が第４実施形態に係る値よりも大きい。
本実施形態に係る太陽電池モジュール４０１においても、第３の面３０２ｃ３の長さを所望の長さに設定することで、導光板４０２における太陽電池素子３０３の配置面の大きさと太陽電池素子３０３の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子３０３の受光面の大きさが導光板４０２の端面の高さによって制約されにくい、といった第４の実施形態と同様の効果を奏する。
［第６の実施形態］
以下、本発明の第６の実施形態について、図１７を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール５０１の基本構成は第１の実施形態と同一であり、導光板５０２の導光板本体部５２２の形状及び導光板本体部５２２に設置される第１の反射層５０４の形状が第１の実施形態と異なる。
図１７は、太陽電池モジュール５０１の要部を拡大した断面図である。図１７は、突起部２３の延在方向と直交する線と第２の主面５０２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール５０１を切った断面である。
図１７においては、便宜上、フレーム６、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。図１７において、第１の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図１７に示すように、第１の面５０２ｃ１は、第２の主面５０２ｂに対して湾曲した曲面である。第１の面５０２ｃ１は、導光板５０２の外部に向けて突出した凸面である。第１の反射層５０４は、第１の面５０２ｃ１に沿って湾曲している。
本実施形態に係る太陽電池モジュール５０１においても、第３の面２ｃ３の長さを所望の長さに設定することで、導光板５０２における太陽電池素子３の配置面の大きさと太陽電池素子３の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子３の受光面の大きさが導光板５０２の端面の高さによって制約されにくい、といった第１の実施形態と同様の効果を奏する。
［第７の実施形態］
以下、本発明の第７の実施形態について、図１８を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール６０１の基本構成は第１の実施形態と同一であり、導光板６０２の導光板本体部６２２の形状及び導光板本体部６２２に設置される第１の反射層６０４の形状が第１の実施形態と異なる。
図１８は、太陽電池モジュール６０１の要部を拡大した断面図である。図１８は、突起部２３の延在方向と直交する線と第２の主面６０２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール６０１を切った断面である。
図１８においては、便宜上、フレーム６、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。図１８において、第１の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図１８に示すように、第１の面６０２ｃ１は、第２の主面６０２ｂに対して湾曲した曲面である。第１の面６０２ｃ１は、導光板６０２の内部に凹んだ凹面である。第１の反射層６０４は、第１の面６０２ｃ１に沿って湾曲している。
本実施形態に係る太陽電池モジュール６０１においても、第３の面２ｃ３の長さを所望の長さに設定することで、導光板５０２における太陽電池素子３の配置面の大きさと太陽電池素子３の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子３の受光面の大きさが導光板５０２の端面の高さによって制約されにくい、といった第１の実施形態と同様の効果を奏する。
［第８の実施形態］
以下、本発明の第８の実施形態について、図１９を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール７０１の基本構成は第６の実施形態と同一であり、導光板７０２の突起部７２３の形状及び突起部７２３に設置される第２の反射層７０５の形状が第６の実施形態と異なる。
図１９は、太陽電池モジュール７０１の要部を拡大した断面図である。図１９は、突起部７２３の延在方向と直交する線と第２の主面５０２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール７０１を切った断面である。
図１９においては、便宜上、フレーム６、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。図１９において、第６の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図１９に示すように、第２の面７０２ｃ２は、第２の主面５０２ｂに対して湾曲した曲面である。第２の面７０２ｃ２は、導光板７０２の外部に突出した凸面である。第２の反射層７０５は、第２の面７０２ｃ２に沿って湾曲している。
本実施形態に係る太陽電池モジュール７０１においても、第３の面７０２ｃ３の長さを所望の長さに設定することで、導光板７０２における太陽電池素子３の配置面の大きさと太陽電池素子３の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることができる。その結果、太陽電池素子３の受光面の大きさが導光板７０２の端面の高さによって制約されにくい、といった第６の実施形態と同様の効果を奏する。
［第９の実施形態］
以下、本発明の第９の実施形態について、図２０及び図２１を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール８０１の基本構成は第１の実施形態と同一であり、導光板８０２が複数の部材により構成されている点が第１の実施形態と異なる。
図２０は、太陽電池モジュール８０１の要部を拡大した断面図である。図２０は、突起部８２５の延在方向と直交する線と第２の主面８０２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール８０１を切った断面である。
図２０においては、便宜上、フレーム６、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。図２０において、第１の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図２０に示すように、導光板８０２は、第１の部材８２２と第２の部材８２３とにより構成されている。第１の部材８２２は、第１の主面８０２ａと第２の主面８０２ｂとを有する。第２の部材８２３は、第１の面８０２ｃ１と第２の面８０２ｃ２と第３の面８０２ｃ３とを有する。導光板８０２は、第１の部材８２２と第２の部材８２３とが接着剤により接着されることにより形成されている。なお、接着剤としては、第１の実施形態で説明した透明接着層３ａと同様のものを用いることができる。
図示はしないが、第１の部材８２２と第２の部材８２３には蛍光体が含まれている。なお、蛍光体としては、第１の実施形態で説明した蛍光体２１と同様のものを用いることができる。
第２の部材８２３は、互いに接着された複数の部材により構成されている。第２の部材８２３は、先端部８２４と突起部８２５とにより構成されている。先端部８２４は、第１の面８０２ｃ１を有する。突起部８２５は、第２の面８０２ｃ２と第３の面８０２ｃ３とを有する。第２の部材８２３は、先端部８２４と突起部８２５とが接着剤により接着されることにより形成されている。なお、接着剤としては、第１の実施形態で説明した透明接着層３ａと同様のものを用いることができる。
図２１は、導光板８０２の分解図である。図２１に示すように、第１の部材８２２は断面視長方形である。先端部８２４は断面視直角二等辺三角形である。突起部８２５は断面視二等辺三角形である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール８０１においては、導光板８０２が複数の部材により構成されているため、第３の面８０２ｃ３の長さを所望の長さに設定しやすくなる。例えば、突起部８２５を予め複数種類用意しておけば、導光板８０２における太陽電池素子３の配置面の大きさと太陽電池素子３の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることが容易となる。したがって、太陽電池素子３の受光面の大きさが導光板８０２の端面の高さによってより制約されにくい。
［第１０の実施形態］
以下、本発明の第１０の実施形態について、図２２及び図２３を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール９０１の基本構成は第９の実施形態と同一であり、導光板９０２を構成する第２の部材に蛍光体が含まれていない点が第９の実施形態と異なる。
図２２は、太陽電池モジュール９０１の要部を拡大した断面図である。図２２は、突起部９２５の延在方向と直交する線と第２の主面８０２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール９０１を切った断面である。
図２２においては、便宜上、フレーム６、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。図２２において、第９の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図２２に示すように、導光板９０２は、第１の部材８２２と第２の部材９２３とにより構成されている。第２の部材９２３は、第１の面９０２ｃ１と第２の面９０２ｃ２と第３の面９０２ｃ３とを有する。導光板９０２は、第１の部材８２２と第２の部材９２３とが接着剤により接着されることにより形成されている。
図示はしないが、第１の部材８２２には蛍光体が含まれている。一方、第２の部材９２３には蛍光体が含まれていない。
第２の部材９２３は、互いに接着された複数の部材により構成されている。第２の部材９２３は、先端部９２４と突起部９２５とにより構成されている。先端部９２４は、第１の面９０２ｃ１を有する。突起部９２５は、第２の面９０２ｃ２と第３の面９０２ｃ３とを有する。第２の部材９２３は、先端部９２４と突起部９２５とが接着剤により接着されることにより形成されている。
図２３は、導光板９０２の分解図である。図２３に示すように、第１の部材９２２は断面視長方形である。先端部９２４は断面視直角二等辺三角形である。突起部９２５は断面視二等辺三角形である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール９０１においても、導光板９０２が複数の部材により構成されているため、第３の面９０２ｃ３の長さを所望の長さに設定しやすくなる。したがって、太陽電池素子３の受光面の大きさが導光板９０２の端面の高さによってより制約されにくい、といった第９の実施形態と同様の効果を奏する。
［第１１の実施形態］
以下、本発明の第１１の実施形態について、図２４及び図２５を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール９５１の基本構成は第１の実施形態と同一であり、導光板９５２が複数の部材により構成されている点が第１の実施形態と異なる。
図２４は、太陽電池モジュール９５１の要部を拡大した断面図である。図２４は、突起部９７５の延在方向と直交する線と第２の主面９５２ｂの法線とを含む平面で太陽電池モジュール９５１を切った断面である。
図２４においては、便宜上、フレーム６、透明接着層３ａ、支持基板３ｂ、透明接着層７ａ，７ｂ、反射層８ａ，８ｂ、緩衝層９ａ，９ｂの図示を省略している。図２４において、第１の実施形態で用いた図と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図２４に示すように、導光板９５２は、第１の部材９７２と第２の部材９７３とにより構成されている。第１の部材９７２は、第１の主面９５２ａと第２の主面９５２ｂとを有する。第２の部材９７３は、第１の面９５２ｃ１と第２の面９５２ｃ２と第３の面９５２ｃ３とを有する。導光板９５２は、第１の部材９７２と第２の部材９７３とが接着剤により接着されることにより形成されている。なお、接着剤としては、第１の実施形態で説明した透明接着層３ａと同様のものを用いることができる。
図示はしないが、第１の部材９７２と第２の部材９７３には蛍光体が含まれている。蛍光体としては、第１の実施形態で説明した蛍光体２１と同様のものを用いることができる。なお、第２の部材９７３には蛍光体が含まれていなくてもよい。
第２の部材９７３は、先端部９７４と突起部９７５とにより構成されている。先端部９７４は、第１の面９５２ｃ１を有する。突起部９７５は、第２の面９５２ｃ２と第３の面９５２ｃ３とを有する。
図２５は、導光板９５２の分解図である。図２５に示すように、第１の部材９７２は断面視長方形である。第２の部材９７３は断面視五角形である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール９５１においては、導光板９５２が複数の部材により構成されているため、第３の面９５２ｃ３の長さを所望の長さに設定しやすくなる。例えば、第２の部材９７５を予め複数種類用意しておけば、導光板９５２における太陽電池素子３の配置面の大きさと太陽電池素子３の受光面の大きさとを互いに同じ大きさにすることが容易となる。したがって、太陽電池素子３の受光面の大きさが導光板９５２の端面の高さによってより制約されにくくなる。
なお、前記実施形態においては、突起部の幅が４ｍｍである例を挙げて説明したが、これに限らない。突起部の幅としては、これ以外の幅を採用することができる。ただし、太陽電池素子の受光面の大きさを小さくする観点からは、突起部の幅は導光板本体部の厚みの３倍以内であることが好ましい。
また、前記実施形態においては、傾斜角度θ１を４５°とし傾斜角度θ３を１５°とした例、傾斜角度θ１を４５°とし傾斜角度θ３を７５°とした例、傾斜角度θ１を３０°とし傾斜角度θ３を１０°とした例、傾斜角度θ１を６０°とし傾斜角度θ３を１０°とした例、を挙げて説明したが、これに限らない。傾斜角度θ１及び傾斜角度θ３としては、これ以外の角度を採用することができる。ただし、太陽電池素子の集光効率を高める観点からは、傾斜角度θ１と傾斜角度θ３とが、３０°≦θ１≦６０°、且つ、５°≦θ３≦３０°という関係式を満たしていることが好ましい。
また、前記実施形態では、導光板が複数の部材により構成されている例として、２つの部材により構成されている例、３つの部材により構成されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、導光板が４つ以上の部材により構成されていてもよい。
[変形形態]
前記実施形態では、導光板の第１の面及び第２の面に導光板の内部を伝播する蛍光を反射する反射層が設けられた例を挙げて説明したが、これに限らない。導光板としては、第１の面及び第２の面に入射した光を全反射によって伝播させ、第３の面から射出させるものを用いてもよい。すなわち、導光板の第１の面と第２の面のうち少なくとも一方の面には反射層が設けられていなくてもよい。
［太陽光発電装置］
図２６は、太陽光発電装置１０００の概略構成図である。
太陽光発電装置１０００は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池モジュール１００１と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ（直流／交流変換器）１００４と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を蓄える蓄電池１００５と、を備えている。
太陽電池モジュール１００１は、太陽光を集光する導光体１００２と、導光体１００２によって集光された太陽光によって発電を行う太陽電池素子１００３と、を備えている。
太陽電池モジュール１００１としては、例えば、第１実施形態ないし第１１実施形態若しくはその変形形態で説明した太陽電池モジュールが用いられる。
太陽光発電装置１０００は外部の電子機器１００６に対して電力を供給する。電子機器１００６には、必要に応じて補助電力源１００７から電力が供給される。
太陽光発電装置１０００は、上述した本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールを備えているため、太陽電池素子の受光面の大きさが導光板の端面の高さによって制約されにくい。
以上、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。上記の実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
その他、太陽電池モジュールの各構成要素の形状、数、配置、材料、形成方法等に関する具体的な記載は、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
本発明は、太陽電池モジュール及び太陽光発電装置に利用可能である。
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，９５１…太陽電池モジュール、２，１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７０２，８０２，９０２，９５２…導光板、２ａ，３０２ａ，４０２ａ，５０２ａ，６０２ａ，８０２ａ，９５２ａ…第１の主面、２ｂ，３０２ｂ，４０２ｂ，５０２ｂ，６０２ｂ，８０２ｂ，９５２ｂ…第２の主面、２ｃ１，３０２ｃ１，４０２ｃ１，５０２ｃ１，６０２ｃ１，８０２ｃ１，９０２ｃ１，９５２ｃ１…第１の面、２ｃ２，１０２ｃ２，２０２ｃ２，３０２ｃ２，７０２ｃ２，８０２ｃ２，９０２ｃ２，９５２ｃ２…第２の面、２ｃ３，１０２ｃ３，２０２ｃ３，３０２ｃ３，７０２ｃ３，８０２ｃ３，９０２ｃ３，９５２ｃ３…第３の面、３，１０３，２０３，３０３…太陽電池素子、４，３０４，４０４，５０４，６０４…第１の反射層、５，１０５，２０５ａ，３０５，７０５…第２の反射層、２１…蛍光体、２２，３２２，４２２，５２２，６２２…導光体本体部、２３，１２３，２２３，３２３，７２３，８２５，９２５，９７５…突起部、８２２，９７２…第１の部材、８２３，９２３，９７３…第２の部材、１０００…太陽光発電装置、Ｌ…外光

Claims (12)

  1. 第１の主面と、前記第１の主面と対向する第２の主面と、を有し、前記第１の主面または前記第２の主面から入射した外光を蛍光体により蛍光に変換して射出する導光板と、
    前記導光板から射出された前記蛍光を受光する太陽電池素子と、を備え、
    前記導光板の端部には、前記第１の主面から前記第２の主面側に屈曲する第１の面と、前記第２の主面から前記第１の主面とは反対側に屈曲する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とに接する第３の面と、が設けられ、
    前記第３の面に前記太陽電池素子が設置され、前記第３の面から射出された前記蛍光を前記太陽電池素子が受光する太陽電池モジュール。
  2. 前記第１の面と前記第２の面との間隔は、前記第３の面に近付くにつれて小さくなっている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記導光板は、
    前記第１の主面と、前記第２の主面と、前記第１の主面と前記第２の主面とに接する前記第１の面と、を有する導光板本体部と、
    前記第２の主面上に設けられ、前記第２の面と前記第３の面とを有する突起部と、を有する請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記突起部は、前記第２の主面上に一定の幅で帯状に延在しており、
    前記突起部の延在方向と直交する線と前記第２の主面の法線とを含む平面で前記導光板を切った断面における前記第３の面の長さは、前記導光板本体部の厚みよりも短い請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記突起部は、前記第２の主面上に一定の幅で帯状に延在しており、
    前記突起部の延在方向と直交する方向の前記突起部の幅は、前記導光板本体部の厚みの３倍以内である請求項３または４に記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記第１の面は、前記第２の主面に対して傾斜角度θ１で傾斜した平面であり、
    前記第３の面は、前記第２の主面に対して傾斜角度θ３で傾斜した平面であり、
    前記θ１と前記θ３とが、３０°≦θ１≦６０°、且つ、５°≦θ３≦３０°という関係式を満たしている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記導光板は、前記第１の主面と前記第２の主面とを有する第１の部材と、前記第１の面と前記第２の面と前記第３の面とを有する第２の部材と、が接着剤によって接着されることにより形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記第２の部材は、互いに接着された複数の部材によって構成されている請求項７に記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記第１の部材と前記第２の部材には前記蛍光体が含まれている請求項７または８に記載の太陽電池モジュール。
  10. 前記第１の部材には前記蛍光体が含まれており、前記第２の部材には前記蛍光体が含まれていない請求項７または８に記載の太陽電池モジュール。
  11. 前記第１の面および前記第２の面には、前記導光板の内部を伝播する前記蛍光を反射する反射層が設けられている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールを備えている太陽光発電装置。






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