JP2017045741A - Solar panel and surface structure therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光を電力に変換することにより発電するソーラーパネル及びその表面構造に関する。 The present invention relates to a solar panel that generates electricity by converting sunlight into electric power and a surface structure thereof.
ソーラーパネルは、太陽電池(ソーラーセル)を複数集めてパネル状にしたものである。また、太陽電池は、光起電力効果を利用して、光エネルギーを電力に変換する電力機器である。太陽電池には、シリコン系や化合物系などの種類がある。太陽電池は、太陽が出ている日中に発電を行い、夜間や天気の悪い日には発電ができない。そのため、できるだけ太陽の出ているときに、効率良く太陽光を取り入れる必要がある。特許文献1に示すように、凹凸シートで入射光を偏向させ、発電層での吸収量を増大させる発明も公開されている。 A solar panel is a panel formed by collecting a plurality of solar cells (solar cells). A solar cell is a power device that converts light energy into electric power using the photovoltaic effect. Solar cells include silicon and compound types. Solar cells generate electricity during the day when the sun is out, and cannot generate electricity during the night or in bad weather. Therefore, it is necessary to take in sunlight efficiently when the sun is out as much as possible. As shown in Patent Document 1, an invention is also disclosed in which incident light is deflected by an uneven sheet to increase the amount of absorption in a power generation layer.
しかしながら、特許文献1に記載の発明は、表面の凹凸で太陽光を屈折又は反射させて、太陽光を効率良く取り込もうとするものであるが、凹凸形状の繰り返しが単調であり、太陽が低い位置にある場合など角度によっては、屈折させても光が取り込めないことがある。 However, the invention described in Patent Document 1 attempts to efficiently capture sunlight by refracting or reflecting sunlight with the unevenness of the surface, but the repetition of the uneven shape is monotonous and the sun is low Depending on the angle, the light may not be captured even if it is refracted.
そこで、本発明は、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the solar panel which has a surface structure which can irradiate a cell to sunlight efficiently.
上記の課題を解決するために、第1の発明であるソーラーパネルの表面構造は、光を電力に変換するセルと、前記光が透過して前記セルに到達するように前記セルの表面を覆うガラスと、前記セルを保持すると共に前記電力を出力する端子を備えたフレームと、を有し、前記ガラスの表面には、複数の大凸部が縦横に配列され、さらに、一の大凸部と、縦に隣接する大凸部と、横に隣接する大凸部と、斜めに隣接する大凸部との間に、小凸部が配置された、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the surface structure of the solar panel according to the first invention includes a cell that converts light into electric power and covers the surface of the cell so that the light is transmitted and reaches the cell. Glass, and a frame having a terminal for holding the cell and outputting the electric power, and a plurality of large convex portions are arranged vertically and horizontally on the surface of the glass. A small convex portion is disposed between the large convex portion adjacent vertically, the large convex portion adjacent laterally, and the large convex portion adjacent diagonally.
また、第1の発明は、前記大凸部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一であり、前記小凸部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一である、こととしても良い。 Further, in the first invention, the large convex portion is any one of a pyramid, a semi-ellipsoid, or a cone, and the small convex portion is any one of a pyramid, a semi-ellipsoid, or a cone. It's also good.
また、第1の発明は、前記ガラスの表面には、凸部に代えて、複数の大凹部が縦横に配列され、さらに、一の大凹部と、縦に隣接する大凹部と、横に隣接する大凹部と、斜めに隣接する大凹部との間に、小凹部が配置された、こととしても良い。 Further, in the first invention, a plurality of large concave portions are arranged vertically and horizontally on the surface of the glass instead of the convex portions, and further, one large concave portion, a large concave portion adjacent vertically, and a horizontal adjacent portion. It is good also as a small recessed part having been arrange | positioned between the large recessed part which carries out and the diagonally adjacent large recessed part.
また、第1の発明は、前記大凹部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一であり、前記小凹部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一である、こととしても良い。 In the first invention, the large concave portion is any one of a pyramid, a semi-ellipsoid, or a cone, and the small concave portion is any one of a pyramid, a semi-ellipsoid, or a cone. Also good.
また、第1の発明は、前記ガラスの表面は、複数の大凸部が縦横に配列された上層と、複数の大凹部が縦横に配列された下層とからなる、こととしても良い。 Moreover, 1st invention is good also as the surface of the said glass consisting of the upper layer in which the some large convex part was arranged in length and width, and the lower layer in which the some large recessed part was arranged in length and width.
また、第1の発明は、前記ガラスの表面は、複数の大凸部が縦横に配列された上層と、前記上層における一の大凸部と、縦に隣接する大凸部と、横に隣接する大凸部と、斜めに隣接する大凸部との間に相当する位置に、小凹部が配置された下層とからなる、こととしても良い。 In the first invention, the surface of the glass is adjacent to the upper layer in which a plurality of large convex portions are arranged vertically and horizontally, the one large convex portion in the upper layer, the large convex portion adjacent vertically, and the horizontal surface. It is good also as consisting of the lower layer by which the small recessed part is arrange | positioned in the position corresponded between the large convex part to perform and the large convex part which adjoins diagonally.
さらに、第2の発明であるソーラーパネルは、第1の発明であるソーラーパネルの表面構造を有する、ことを特徴とする。 Furthermore, the solar panel according to the second invention has a surface structure of the solar panel according to the first invention.
本発明によれば、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することができる。すなわち、本発明では、太陽が高い位置にあるときは勿論、太陽が昇り始めてから太陽が沈む寸前まで、太陽光を取り込んで発電することが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar panel which has the surface structure which can irradiate sunlight to a cell efficiently can be provided. That is, in the present invention, when the sun is at a high position, it is possible to generate power by taking in sunlight from the start of the sun rising to just before the sun sets.
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, what has the same function attaches | subjects the same code | symbol, and the repeated description may be abbreviate | omitted.
まず、本発明であるソーラーパネルの構成について説明する。図1は、本発明であるソーラーパネルの全体構造を示す分解斜視図である。 First, the structure of the solar panel which is this invention is demonstrated. FIG. 1 is an exploded perspective view showing the overall structure of a solar panel according to the present invention.
ソーラーパネル100は、太陽電池で発電を行う装置である。ソーラーパネル100は、図1に示すように、太陽電池の集合であるセル300と、セル300の表面を覆うガラス200と、セル300を保持するフレーム400とを有する。なお、セル300の表面は、太陽電池が光を取り込む側であり、裏面はその反対側である。
The
セル300は、光を電力に変換する太陽電池であるが、複数の太陽電池をまとめたものであっても良い。図1に示すように、シート状の各マス目に太陽電池が存在する。各太陽電池の起電力は小さいが、多数の太陽電池を直列に接続することにより、電圧を上げても良い。
The
ガラス200は、セル300を保護するために、セル300の表面に被せるものである。なお、太陽光などの光をセル300に到達させるために、ガラス200は透明にして光を透過させる必要がある。ガラス200があることにより、ソーラーパネル100を屋外に設置しても、雨、雪、又は雹など天候による落下物だけでなく、石などその他の飛来物から、セル300が保護される。なお、ガラス200以外の材質、例えば、合成樹脂などを使用しても良いが、硬質のものが好ましい。
The
なお、ガラス200の表面には汚れなどが付着することもあり、セル300の発電効率を妨げる。そのため、ガラス200の表面に汚れ防止用の被膜をコーティングしても良い。ただし、被膜は経年劣化して剥がれると汚れが付着しやすくなる。数年ごとにコーティングし直すとメンテナンスに手間が掛かるため、凹凸を付けて汚れとの接触面を減らすなどその他の手段により汚れを付きにくくすることが好ましい。
Note that dirt or the like may adhere to the surface of the
フレーム400は、セル300を保持するために、セル300の裏面に当てられる板である。また、フレーム400は、セル300が発電した電力を出力するためのジャンクションボックス500を有する。
The
ジャンクションボックス500は、電線を結合、分岐、又は中継すると共に、その部分を保護するために箱である。ジャンクションボックス500は、電力を供給するために、端子510、511を備える。なお、端子510、511などの接続部分のある箱内に湿気が侵入しないように、ゴムパッキン等でシールしても良い。
The
次に、本発明であるソーラーパネルの表面構造について説明する。図2は、本発明であるソーラーパネルの表面構造の一例を示す拡大斜視図である。図3は、本発明であるソーラーパネルの表面構造による光の屈折を説明する拡大側面図である。図4〜7は、本発明であるソーラーパネルの表面構造の一例を示す拡大斜視図である。 Next, the surface structure of the solar panel according to the present invention will be described. FIG. 2 is an enlarged perspective view showing an example of the surface structure of the solar panel according to the present invention. FIG. 3 is an enlarged side view for explaining light refraction by the surface structure of the solar panel according to the present invention. 4 to 7 are enlarged perspective views showing examples of the surface structure of the solar panel according to the present invention.
ガラス200の表面には、複数の大凸部が縦横に配列され、さらに、一の大凸部と、縦に隣接する大凸部と、横に隣接する大凸部と、斜めに隣接する大凸部との間に、小凸部が配置される。大凸部は、同一の所定の形状で大きく突出させたもので、小凸部は、同一の所定の形状で小さく突出させたものである。なお、大凸部と小凸部とは、形状は異なっていても良い。
A plurality of large convex portions are arranged vertically and horizontally on the surface of the
図2に示す表面構造200aの例では、角錐の大凸部210と角錐の小凸部211とが配列される。具体的には、大凸部(角錐)210が縦方向及び横方向に繰り返され、その間に小凸部(角錐)211が介される。すなわち、一の大凸部(角錐)210に対して、縦方向に隣接する大凸部(角錐)210a、横方向に隣接する大凸部(角錐)210b、斜め方向に隣接する大凸部(角錐)210cとしたとき、それぞれの角が接触する中心の位置に小凸部(角錐)211が設けられる。なお、大凸部(角錐)210cは、大凸部(角錐)210aと大凸部(角錐)210bの両方に隣接する側のものとする。
In the example of the surface structure 200a shown in FIG. 2, a pyramid large
角錐は、四角錐に限られず、三角錐や六角錐などでも良い。また、四つの大凸部の中心だけでなく、二つの大凸部の間に、小凸部を設けても良い。すなわち、その場合、大凸部(角錐)210と大凸部(角錐)210aとが、辺で接触する位置に小凸部(角錐)211が設けられ、大凸部(角錐)210と大凸部(角錐)210bとが、辺で接触する位置にも小凸部(角錐)211が設けられる。 The pyramid is not limited to a quadrangular pyramid, but may be a triangular pyramid or a hexagonal pyramid. Moreover, you may provide a small convex part between not only the center of four large convex parts but two large convex parts. That is, in this case, a small convex portion (pyramid) 211 is provided at a position where the large convex portion (pyramid) 210 and the large convex portion (pyramid) 210 a contact at a side, and the large convex portion (pyramid) 210 and the large convex portion are provided. A small convex portion (pyramid) 211 is also provided at a position where the portion (pyramid) 210 b contacts with the side.
大凸部だけの繰り返しの場合、ガラス200の表面に縦方向に等間隔で切り込みを入れ、同様に、横方向に等間隔で切り込みを入れることにより、容易に突起状の形状に加工することが可能である。しかしながら、間に小凸部が存在するように加工することは、非常に困難である。そのため、精密に形状を計算した上で3Dプリンター又はその他の手段を用いて表面構造200aを成形する。
In the case of repeating only the large convex portions, it is possible to easily process the surface of the
表面構造200aを有するガラス200に太陽光が入射した場合、垂直に近い方向からであれば、ガラス200内で屈折又は反射したとしても、多くの光はセル300に取り込まれる。しかし、水平に近い方向からの場合、大きく屈折しないと反対側に抜けてしまうこともあり、あまり光をセル300に取り込ませることができない。
When sunlight is incident on the
そこで、大凸部210aと隣接する大凸部210bの間に小凸部211を介すことにより、光の屈折回数を多くする。なお、ガラス200の屈折率は、光の波長によっても異なるが、真空を1としたとき、約1.4〜2.1である。図3に示すように、角錐などテーパ状の形状に対して複数回通すことにより、光の方向を徐々に曲げていく。
Therefore, the number of light refractions is increased by interposing the small
例えば、水平に近い光(高い位置)600の場合、大凸部210aへの入射時と出射時、さらに大凸部210bへの入射時と出射時に、それぞれ屈折することで下方に向けられる。また、水平に近い光(低い位置)601の場合、大凸部210aへの入射時と出射時、さらに小凸部211への入射時と出射時に、それぞれ屈折することで下方に向けられる。これにより、ガラス200の下方にあるセル300に光600、601が取り込まれやすくなる。
For example, in the case of light (high position) 600 that is nearly horizontal, the light is directed downward by being refracted when entering and exiting the large
ガラス200の表面構造、すなわち大凸部と小凸部の形状の組合せには、様々なものが考えられる。図4に示す表面構造200bは、角錐の大凸部210と半楕円体(楕円半球)の小凸部212を組み合わせたものである。なお、角錐は、例として四角錐を示したが、三角錐などであっても良い。また、角錐の頂部を切り取った角錐台であっても良い。さらに、半楕円体は、球や楕円体を半分に切ったものだけでなく、球や楕円体の一部を切り取ったものも含む。
Various things can be considered for the surface structure of the
図5に示す表面構造200cは、角錐の大凸部210と円錐の小凸部213を組み合わせたものである。なお、円錐については円錐台も含む。図6に示す表面構造200dは、半楕円体(楕円半球)の大凸部220と角錐の小凸部221を組み合わせたものである。図7に示す表面構造200eは、円錐の大凸部230と角錐の小凸部231を組み合わせたものである。
A
表面構造を大凸部と小凸部を組み合わせた形状とすることで、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することができる。すなわち、太陽が高い位置にあるときは勿論、太陽が昇り始めてから太陽が沈む寸前まで、太陽光を取り込んで発電することが可能である。 A solar panel having a surface structure capable of efficiently irradiating a cell with sunlight can be provided by forming the surface structure into a shape combining large convex portions and small convex portions. In other words, when the sun is at a high position, it is possible to generate power by taking in sunlight until the sun just rises and before the sun sets.
さらに、一の大凸部と隣接する大凸部との間に凹みがあると、そこに汚れ等の異物が溜まりやすくなるが、小凸部を介すことで凹みを減らすことができ、被膜等をコーティングすることなく、半永久的に汚れを抑制することができる。 Furthermore, if there is a dent between one large convex part and the adjacent large convex part, foreign substances such as dirt are likely to accumulate there, but the dent can be reduced through the small convex part, and the coating Dirt can be suppressed semi-permanently without coating with the like.
次に、本発明であるソーラーパネルの別の表面構造について説明する。図8は、本発明であるソーラーパネルの表面構造を凹状にした場合の一例を示す拡大斜視図である。 Next, another surface structure of the solar panel according to the present invention will be described. FIG. 8 is an enlarged perspective view showing an example in which the surface structure of the solar panel according to the present invention is concave.
ガラス200の表面構造は、テーパ状に上方に突出させるだけでなく、逆に下方に陥没させても良い。図8に示す表面構造200fは、平板状の下層ガラス250に、複数の角錐の大凹部260が縦方向及び横方向に配列されるように陥没させたものである。図8に示すように、下層ガラス250の上に記載した大凸部260の配列を、そのまま反対側である下層ガラス250に向かって凹ました形状となる。
The surface structure of the
さらに、図2等と同様に、表面構造200fの場合についても、複数の大凹部が縦横に配列され、さらに、一の大凹部と、縦に隣接する大凹部と、横に隣接する大凹部と、斜めに隣接する大凹部との間に、小凹部が配置されるようにしても良い。なお、大凹部及び小凹部の形状については、角錐だけでなく、半楕円体や円錐などの形状であっても良い。
Further, similarly to FIG. 2 and the like, also in the case of the
表面構造を凸部に代えて大凹部と小凹部を組み合わせた形状としても、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することができる。 Even if the surface structure is replaced with a convex portion and the shape is a combination of a large concave portion and a small concave portion, it is possible to provide a solar panel having a surface structure capable of efficiently irradiating cells with sunlight.
さらに、本発明であるソーラーパネルの別の表面構造について説明する。図9、10は、本発明であるソーラーパネルの表面構造を二層にした場合の一例を示す拡大図である。 Furthermore, another surface structure of the solar panel according to the present invention will be described. 9 and 10 are enlarged views showing an example when the surface structure of the solar panel according to the present invention is made into two layers.
ガラス200の表面構造は、テーパ状に上方に突出させると共に、下方に陥没させても良い。図9に示す表面構造200gは、上層ガラスである大凸部(角錐)260の配列と、下層ガラス250に形成した半楕円体の大凹部270の配列とを、図10に示すように、上下に重ねたものである。すなわち、表面構造200gは、複数の大凸部が縦横に配列された上層ガラスと、複数の大凹部が縦横に配列された下層ガラス250とからなる。
The surface structure of the
表面構造を上層ガラスの大凹部と下層ガラス250の大凹部を組み合わせた形状としても、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することができる。
Even if the surface structure is a shape in which the large concave portion of the upper glass layer and the large concave portion of the
さらに、本発明であるソーラーパネルの別の表面構造について説明する。図11、12は、本発明であるソーラーパネルの表面構造を二層にした場合の一例を示す拡大図である。 Furthermore, another surface structure of the solar panel according to the present invention will be described. 11 and 12 are enlarged views showing an example in which the surface structure of the solar panel according to the present invention is made into two layers.
図11に示す表面構造200hは、上層ガラスである大凸部(半楕円体)220の配列と、下層ガラス250に形成した半楕円体の小凹部271の配列とを、上下に重ねたものである。なお、上層ガラスにおける一の大凸部(半楕円体)220と、縦に隣接する大凸部(半楕円体)220aと、横に隣接する大凸部(半楕円体)220bと、斜めに隣接する大凸部(半楕円体)220cとの間に相当する位置に、下層ガラス250における小凹部271が配置される。すなわち、図2における小凸部211を上方に突出させるのではなく、図12に示すように、下方に陥没させた状態に相当する。なお、上層ガラスに小凸部とし、下層ガラス250に大凹部としても良い。
The
表面構造を上層ガラスの大凹部と下層ガラスの小凹部を組み合わせた形状としても、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することができる。 Even if the surface structure is a shape in which large concave portions of the upper glass and small concave portions of the lower glass are combined, a solar panel having a surface structure capable of efficiently irradiating the cells with sunlight can be provided.
これらの表面構造を採用することにより、ソーラーパネル100の方角が南向きに限定されず、北以外の方向であれば効率良く光を取り込んで発電することが可能となる。また、時間帯においても、正午前後だけでなく、早朝又は夕方の太陽の角度が低い時間から発電することが可能となる。
By adopting these surface structures, the direction of the
以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、屈折率の異なる材質や形状を組み合わせても良い。また、同じ屈折率でも大きさの異なるものを組み合わせても良い。これにより集光率が変わり、より広い角度範囲から光を取り込むことが可能となる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, it is not limited to these. For example, materials and shapes having different refractive indexes may be combined. Also, those having the same refractive index but different sizes may be combined. As a result, the light collection rate is changed, and light can be captured from a wider angle range.
100:ソーラーパネル
200:ガラス
200a〜200h:表面構造
210、210a〜210c:大凸部(角錐)
211、221、231:小凸部(角錐)
212:小凸部(半楕円体)
213:小凸部(円錐)
220、220a〜220c:大凸部(半楕円体)
230:大凸部(円錐)
250:下層ガラス
260:大凹部(角錐)
270:大凹部(半楕円体)
271:小凹部(半楕円体)
300:セル
400:フレーム
500:ジャンクションボックス
510、511:端子
600、601:光
100: Solar panel 200: Glass 200a-200h:
211, 221, 231: Small convex part (pyramid)
212: Small convex part (semi-ellipsoid)
213: Small convex part (cone)
220, 220a-220c: Large convex part (semi-ellipsoid)
230: Large convex part (cone)
250: Lower glass 260: Large recess (pyramid)
270: Large recess (semi-ellipsoid)
271: Small recess (semi-ellipsoid)
300: Cell 400: Frame 500:
Claims (7)
前記光が透過して前記セルに到達するように前記セルの表面を覆うガラスと、
前記セルを保持すると共に前記電力を出力する端子を備えたフレームと、を有し、
前記ガラスの表面には、複数の大凸部が縦横に配列され、さらに、一の大凸部と、縦に隣接する大凸部と、横に隣接する大凸部と、斜めに隣接する大凸部との間に、小凸部が配置された、
ことを特徴とするソーラーパネルの表面構造。 A cell that converts light into electrical power;
Glass that covers the surface of the cell so that the light is transmitted and reaches the cell;
A frame having a terminal for holding the cell and outputting the power,
A plurality of large convex portions are arranged vertically and horizontally on the surface of the glass. A small convex part is arranged between the convex part,
The surface structure of the solar panel.
前記小凸部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一である、
ことを特徴とする請求項1に記載のソーラーパネルの表面構造。 The large convex portion is any one of a pyramid, a semi-ellipsoid, or a cone;
The small convex portion is any one of a pyramid, a semi-ellipsoid, or a cone;
The surface structure of the solar panel according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載のソーラーパネルの表面構造。 On the surface of the glass, a plurality of large concave portions are arranged vertically and horizontally in place of the convex portions, and further, one large concave portion, a vertically adjacent large concave portion, and a horizontally adjacent large concave portion are obliquely adjacent to each other. A small recess is placed between the large recess and the
The surface structure of the solar panel according to claim 1.
前記小凹部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一である、
ことを特徴とする請求項3に記載のソーラーパネルの表面構造。 The large recess is any one of a pyramid, a semi-ellipsoid, or a cone;
The small recess is any one of a pyramid, a semi-ellipsoid, or a cone;
The surface structure of the solar panel according to claim 3.
ことを特徴とする請求項1に記載のソーラーパネルの表面構造。 The surface of the glass consists of an upper layer in which a plurality of large convex portions are arranged vertically and horizontally and a lower layer in which a plurality of large concave portions are arranged vertically and horizontally.
The surface structure of the solar panel according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載のソーラーパネルの表面構造。 The surface of the glass has an upper layer in which a plurality of large convex portions are arranged vertically and horizontally, one large convex portion in the upper layer, a large convex portion adjacent vertically, a large convex portion adjacent horizontally, and a diagonal It consists of a lower layer in which small concave portions are arranged at positions corresponding to adjacent large convex portions,
The surface structure of the solar panel according to claim 1.
ことを特徴とするソーラーパネル。 It has the surface structure of the solar panel as described in any one of Claims 1 thru | or 6.
A solar panel characterized by that.
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