JP2023107850A

JP2023107850A - ガラス建材

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Publication number: JP2023107850A
Application number: JP2023092620A
Authority: JP
Inventors: 和彦梅田; Kazuhiko Umeda; 信郷小林; Shingo Kobayashi; 清一木下; Seiichi Kinoshita; 直樹門田; Naoki Kadota; 秀樹松尾; Hideki Matsuo; 司牧野; Tsukasa Makino; 信久太田; Nobuhisa Ota; 昭彦中島; Akihiko Nakajima
Original assignee: Taisei Corp; Kaneka Corp
Current assignee: Taisei Corp; Kaneka Corp
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2023-06-05
Publication date: 2023-08-03
Also published as: EP3771091A1; WO2019181688A1; KR20200132944A; KR102473890B1; EP3771091A4; JP2019165568A

Abstract

【課題】室内側の受光面での発電量を増加させる。
【解決手段】本開示に係るガラス建材は、第１の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第１の太陽電池と、前記第１の方向に交差する第２の方向に前記第１の太陽電池と並べて配置され、前記第１の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第２の太陽電池と、を含む太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイの第１の主面側を覆う第１のガラス基板と、前記太陽電池アレイの第２の主面側において少なくとも部分的に配置され、可視光領域において透過率が反射率よりも高く、近赤外領域において反射率が透過率よりも高い反射膜と、前記太陽電池アレイと、前記反射膜と、の間に介在する空気層と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス建材に関する。

下記非特許文献１には、地面に対して垂直に設置された両面受光型の太陽電池が開示されている。

上下利男等著「両面受光型太陽電池の基本応用技術の開発」電学論Ｂ、１２３巻８号、２００３年、ｐ．９４７－９５５

しかし、従来の両面受光型の太陽電池を建物の窓などに設置した場合、室内側の受光面における発電量が少なかった。即ち、室内側の受光面が、室外からの太陽光を効率よく受光することができないため、その結果として発電量が少なくなってしまっていた。

一方、従来の採光型太陽電池モジュールは、発電量増大を目的として日射透過率の高いガラスを用いる結果、建物の冷房負荷を増大させている課題がある。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池を含むガラス建材を建物の窓などに設置した場合における、室内側の受光面での発電量を増加させることにある。

さらに、冷房負荷を削減して建物の省エネを図ることと共に、圧迫感のない眺望の確保と採光性能の向上にある。

（１）本開示に係るガラス建材は、第１の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第１の太陽電池と、前記第１の方向に交差する第２の方向に前記第１の太陽電池と並べて配置され、前記第１の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第２の太陽電池と、を含む太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイの第１の主面側を覆う第１のガラス基板と、前記太陽電池アレイの第２の主面側において少なくとも部分的に配置され、可視光領域において透過率が反射率よりも高く、近赤外領域において反射率が透過率よりも高い反射膜と、前記太陽電池アレイと、前記反射膜と、の間に介在する空気層と、を含む。

（２）上記ガラス建材において、前記反射膜と前記第１の太陽電池との距離が、前記第１の方向に直交する方向における前記第１の太陽電池の長さの０．５倍以上であってもよい。

（３）上記ガラス建材において、前記第１の太陽電池の前記第２の主面に対向し、前記第１の方向に延伸する形状を有する第１の反射板を更に含む構成としてもよい。

（４）上記ガラス建材において、前記第１の方向に直交する方向における前記第１の反射板の長さは、前記第１の方向に直交する方向における前記第１の太陽電池の長さ以上であってもよい。

（５）上記ガラス建材において、前記第１の反射板は、前記反射膜における前記第１の太陽電池と対向しない面側に配置された構成としてもよい。

（６）上記ガラス建材において、前記第１の反射板と前記反射膜との間に配置された第２のガラス基板を更に含む構成としてもよい。

（７）上記ガラス建材において、前記第１の反射板と前記第２のガラス基板との間に配置された第４のガラス基板を更に含む構成としてもよい。

（８）上記ガラス建材において、前記空気層と前記反射膜との間に配置された第５のガラス基板を更に含む構成としてもよい。

（９）上記ガラス建材において、前記第５のガラス基板と前記反射膜との間に配置された第６のガラス基板を更に含む構成としてもよい。

（１０）上記ガラス建材において、前記太陽電池アレイと前記空気層との間に介在する第３のガラス基板を更に含む構成としてもよい。

（１１）上記ガラス建材において、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池との間に介在する封止材を更に含む構成としてもよい。

（１２）上記ガラス建材において、前記第１の太陽電池は、少なくとも３００ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に分光感度を有する構成としてもよい。

（１３）上記ガラス建材において、前記第１の太陽電池は、ヘテロ接合型太陽電池であってもよい。

（１４）上記ガラス建材において、前記反射膜は、前記第１の太陽電池の前記第１の主面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外光を反射し、前記第１の太陽電池の前記第２の主面に入射させる構成としてもよい。

（１５）上記ガラス建材において、前記反射膜が、その表面に凹凸を有し、前記近赤外光を乱反射させて前記第１の太陽電池の前記第２の主面に入射させる構成としてもよい。

（１６）上記ガラス建材において、前記第１の反射板は、前記第１の太陽電池の前記第１の主面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外成分と可視光成分とを反射し、前記第１の太陽電池の前記第２の主面に入射させる構成としてもよい。

図１は本実施形態に係るガラス建材の概略を示す平面図である。図２は本実施形態に係るガラス建材の概略を示す断面図である。図３は本実施形態に係るガラス建材における第１の太陽電池の分光感度と反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。図４は本実施形態に係る第１の太陽電池と反射膜との間隔と、出力上昇率との関係を示す図である。図５は本実施形態に係るガラス建材の他の実施例を示す断面図である。図６は本実施形態に係るガラス建材の他の実施例を示す断面図である。図７は本実施形態に係るガラス建材の他の実施例を示す断面図である。

本開示の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。

図１は、本実施形態に係るガラス建材の概略を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ‐ＩＩ線における断面を示す断面図である。

図１に示すように、ガラス建材１００は、間隔を隔てて配置された複数の太陽電池１３からなる太陽電池アレイと、この太陽電池アレイの第１の主面側を覆うように設けられた第１のガラス基板２１とを有する。なお、複数の太陽電池１３としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、ヘテロ接合型太陽電池などを用いることができ、その種類は特に限定されない。本実施形態においては、複数の太陽電池１３として、ヘテロ接合型太陽電池を用いて説明する。

ここで、第１のガラス基板２１とは、例えば建物の窓として取り付けられるようなガラス基板であり、室内及び太陽電池の表面に太陽光を入射させるよう、透過率の高い材料により構成されている。

図１、図２に示すように、太陽電池アレイは、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２を含む。第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２は、複数の太陽電池セルを直線状に配置、接続することによって構成され、第１の方向に延伸する形状をしており、第１の太陽電池１１は、幅Ｗ１を有している。幅Ｗ１とは、第１の方向に直交する方向における、第１の太陽電池１１の長さを意味する。第２の太陽電池１２は、第１の方向に交差する第２の方向に、第１の太陽電池１１と並べて配置されており、第１の太陽電池１１と第２の太陽電池１２とは、第１の間隔Ｗ２をあけて配置されている。なお、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２の幅方向と、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２の延伸方向とは、直交する関係にある。なお、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２の延伸方向である第１の方向と、複数の太陽電池１３の並び方向である第２の方向とは、必ずしも直交関係にある必要は無く、交差する関係にあればよい。

第１の太陽電池１１の相対分光感度は、図３に示すように、およそ３００ｎｍ～１２００ｎｍに感度を有し、近赤外領域である１０００ｎｍ付近で高い値を有する。第１の太陽電池１１と、第２の太陽電池１２は両面受光型であり、室外側である第１の主面１１Ａ、１２Ａと、室内側である第２の主面１１Ｂ、１２Ｂから受光した光を発電に寄与させることができる。

図２に示すように、第１の太陽電池１１の第１の主面１１Ａと、第２の太陽電池１２の第１の主面１２Ａとは、室外からの太陽光４０を第１のガラス基板２１を介して受光する。

第１の太陽電池１１の第２の主面１１Ｂ側、及び第２の太陽電池１２の第２の主面１２Ｂ側には、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２と第２の間隔ｄをあけて配置された反射膜３１を有する。本実施の形態においては、反射膜３１は、第２のガラス基板２２の表面に設けられている。この反射膜３１は例えばＬｏｗ－Ｅ（ＬｏｗＥｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）膜であり、本実施形態においては、可視光線の多くを透過し、近赤外線の多くを反射する遮熱型Ｌｏｗ－Ｅ膜を用いて説明する。

図３は本実施形態に係るガラス建材における第１の太陽電池１１、及び第２の太陽電池１２の分光感度と反射膜３１（反射膜３１Ａ、反射膜３１Ｂ、反射膜３１Ｃ）の反射率の波長依存性を示す図である。本実施形態においては、第１の太陽電池１１及び第２の太陽電池１２には同種のヘテロ接合型太陽電池を用いているため、同じ分光感度特性を有しており、図３において「ヘテロ分光感度」として表示している。また、図３に示すように、反射膜３１Ａ、反射膜３１Ｂ、反射膜３１Ｃのそれぞれは、７５０～２５００ｎｍといった近赤外領域に高い反射率を有しており、この近赤外領域においては、透過率よりも反射率が高くなっている。一方、反射膜３１Ａ、反射膜３１Ｂ、反射膜３１Ｃのそれぞれは、３８０～７５０ｎｍといった可視光領域においては低い反射率を有しており、この可視光領域においては、透過率が反射率よりも高くなっている。

このような反射膜３１を第１の太陽電池１１の第２の主面１１Ｂ側に設けているため、室外から入射する太陽光における近赤外成分４１の一部は、この反射膜３１により反射され、第１の太陽電池１１の第２の主面１１Ｂ、及び第２の太陽電池１２の第２の主面１２Ｂにおいて受光される。図３を用いて上述したとおり、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２は、近赤外領域において高い分光感度特性を有しており、反射膜３１により反射された近赤外成分４１を効率よく発電に寄与させることができる。

一方、室外から入射する太陽光における可視光成分４２の一部は、この可視光領域においては低い反射率を有する反射膜３１を通過して、室内へと入射する。そのため、このガラス建材１００を介して、眺望と採光性を確保することができる。

また、日射の近赤外成分を反射膜３１で削減するため、冷房負荷が削減し建物の省エネ化が可能になる。

このような構成により、眺望と採光性を確保することができるガラス建材１００としての機能を失わずに、室内側の受光面における発電量を増加させることと建物の冷房負荷削減が可能になる。

なお、第１の太陽電池１１と反射膜３１との間隔である第２の間隔ｄは、第１の太陽電池１１が有する幅Ｗ１の０．１倍以上であることが望ましく、更には、第２の間隔ｄが、幅Ｗ１の０．５倍以上であることが望ましい。図４は、各開口率おける、第２の間隔ｄと、第１の太陽電池１１の出力上昇率との関係を示している。ここで、開口率とは、第１の太陽電池１１と第２の太陽電池１２との間隔である第１の間隔Ｗ２を、第１の太陽電池１１の幅Ｗ１と第１の間隔Ｗ２の和で割った値である。横軸は、第２の間隔ｄを、第１の太陽電池の幅Ｗ１で割った値を示している。縦軸は、室外側の受光面のみの発電量を１００％として、室内側の受光面での発電による出力上昇が全体の発電量の何％であるのかを示している。

この図４が示すように、横軸が０．１より小さくなると、急激に出力上昇率が低下することがわかる。これは、第２の間隔ｄが非常に小さくなると、反射膜３１からの反射光を効果的に第１の太陽電池１１の第２の主面１１Ｂに受光させることが難しくなっていることを示している。従って、第１の太陽電池１１と反射膜３１との間隔である第２の間隔ｄは、第１の太陽電池１１が有する幅Ｗ１の０．１倍以上であることが望ましい。

更に、図４に示すように、この横軸の値が０．５以上になると、高い出力上昇率を得ることができることがわかる。これは、例えば、図２に示すように、複数の太陽電池１３間に、垂直に近い角度で近赤外成分４１が入射したような場合においても、第２の間隔ｄを大きくしておくことにより、複数の太陽電池１３の第２の主面側に入射させることが可能となるためである。より具体的には、複数の太陽電池１３が配置された層内における、近赤外成分４１の入射位置と、その反射光の入射位置との差は、第２の間隔ｄが大きくなればなるほど大きくなる。従って、例えば、第１の太陽電池１１から離れた位置において、垂直に近い角度で近赤外成分４１が入射したような場合においても、第２の間隔ｄを大きくすることにより、第１の太陽電池１１に入射させる可能性を向上させることができるのである。

本実施形態においては、図２に示すように、太陽電池アレイと、反射膜３１との間に空気層７１を介在させている。空気層７１を介在させることにより、第２の間隔ｄを大きくすることが可能となり、第２の間隔ｄが、第１の太陽電池１１が有する幅Ｗ１の０．５倍以上である構成を実現している。

なお、図２に示した反射膜３１の表面に凹凸を設けることにより、近赤外成分４１を乱反射させ、太陽光の入射角によらず、第１の太陽電池１１の第２の主面１１Ｂ、第２の太陽電池１２の第２の主面１２Ｂに近赤外成分４１を受光させる構成としてもよい。

なお、本実施形態においては、図２に示すように、太陽電池アレイと、空気層７１との間に、第３のガラス基板２３を配置し、第１のガラス基板２１と第３のガラス基板２３との間に、太陽電池アレイに含まれる第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２を配置している。更に、第１のガラス基板２１と第３のガラス基板２３との間において、第１の太陽電池１１と、第２の太陽電池１２との間に封止材６１を介在させることにより、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２の位置を固定している。封止材６１は、例えばＥＶＡ（ＥｔｈｙｌｅｎｅＶｉｎｙｌＡｃｅｔａｔｅＣｏｐｏｌｙｍｅｒ）樹脂などの熱硬化性樹脂であり、複数の太陽電池１３を保護するとともに、ガラス建材１００における複数の太陽電池１３の位置を固定している。

なお、本実施形態においては、図２に示すように、反射膜３１における第１の太陽電池１１との対向しない面側、即ち反射膜３１よりも室内側に、第１の太陽電池１１の第２の主面１１Ｂに対向する第１の反射板５１と、第２の太陽電池１２の第２の主面１２Ｂに対向する第２の反射板５２とを設けている。

この第１の反射板５１、第２の反射板５２は、例えば金属板や白色反射板であり、室外から入射した近赤外成分４１と可視光成分４２を、第１の太陽電池１１の第２の主面１１Ｂ、及び第２の太陽電池１２の第２の主面１２Ｂに受光させることができる。

本実施形態においては、第１の反射板５１、第２の反射板５２は、第２のガラス基板２２の室内側に貼り付けられており、第１の反射板５１、第２の反射板５２と、反射膜３１との間に、第２のガラス基板２２が介在するよう配置される構成となっている。

第１の反射板５１、第２の反射板５２は、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２と同様に、第１の方向に延伸する形状を有している。そのため、第１の太陽電池１１と第２の太陽電池１２との間に入射してきた太陽光における可視光成分４２の一部は、この第１の反射板５１と第２の反射板５２との間を通過して上述した反射膜３１に入射する。従って、室内にいる人が、このガラス建材１００を介して、室外の景色を見ることができる。

なお、第１の反射板５１の幅Ｗ３を、第１の太陽電池の幅Ｗ１よりも大きい構成とすることにより、第１の反射板５１に入射した近赤外成分４１と可視光成分４２を、より効率よく第１の太陽電池１１の第２の主面１１Ｂに受光させることができ、また、ガラス建材１００の遮光性を高めることができる。更に、第１の太陽電池１１の第２の主面１１Ｂ側を第１の反射板５１で隠すことができ、室内側から見たデザイン上のメリットがある。なお、第１の反射板５１の幅Ｗ３とは、第１の方向に直交する方向における、第１の反射板５１の長さを意味する。

また、第１の反射板５１、第２の反射板５２を、第２のガラス基板２２における第１の太陽電池１１と対向しない面側、即ち室内側に配置する構成とすることにより、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２に対する、第１の反射板５１と第２の反射板５２の相対的な位置関係を、精度よく合わせることができる。即ち、第１のガラス基板２１と第２のガラス基板２２との位置が、封止材６１により固定された後に、第１の太陽電池１１、第２の太陽電池１２の位置を確認しながら第１の反射板５１、第２の反射板５２を配置することができるため、精度よく所望の位置に配置することができる。

なお、図５に示すように、第１の反射板５１と第２のガラス基板２２との間、及び第２の反射板５２と第２のガラス基板２２との間に介在する第４のガラス基板２４を、更に設ける構成としてもよい。

また、図６に示すように、空気層７１と、反射膜３１との間に介在する、第５のガラス基板２５を更に設ける構成としてもよい。このような構成とすることにより、第５のガラス基板２５の膜厚を制御することによって、第２の間隔ｄを制御することができる。

更には、図７に示すように、第５のガラス基板２５と反射膜３１との間に、第６のガラス基板２６を更に設ける構成としてもよい。このような構成とすることにより、第５のガラス基板２５、及び第６のガラス基板２６の膜厚を制御することによって、第２の間隔ｄを制御することができる。なお、この図７に示す例においては、反射膜３１における第１の太陽電池１１と対向しない面側、即ち室内側に、第２のガラス基板２２、及び、第１の反射板５１、第２の反射板５２を設けない構成としているが、図２、５、６を用いて上述した構成と同様に、反射膜３１の室内側に第２のガラス基板２２、及び、第１の反射板５１、第２の反射板５２を設ける構成としてもよい。

なお、本実施形態においては、反射膜３１の例としてＬｏｗ－Ｅ膜を挙げたが、可視光領域の透過率が反射率よりも高く、近赤外領域の反射率が透過率よりも高い膜であれば他の膜でもよい。例えば、反射膜３１は、酸化スズ成分の調整で近赤外域の反射率を高める工夫を施された透明導電膜ＴＣＯでもよい。また反射膜３１を波長別に反射ピークが異なる複数の反射膜により構成してもかまわない。

１１第１の太陽電池
１１Ａ第１の主面
１１Ｂ第２の主面
１２第２の太陽電池
１２Ａ第１の主面
１２Ｂ第２の主面
１３複数の太陽電池
２１第１のガラス基板
２２第２のガラス基板
２３第３のガラス基板
２４第４のガラス基板
２５第５のガラス基板
２６第６のガラス基板
３１反射膜
４０太陽光
４１近赤外成分
４２可視光成分
５１第１の反射板
５２第２の反射板
６１封止材
７１空気層
１００ガラス建材
Ｗ１幅
Ｗ２第１の間隔
Ｗ３幅
ｄ第２の間隔

Claims

第１の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第１の太陽電池と、前記第１の方向に交差する第２の方向に前記第１の太陽電池と並べて配置され、前記第１の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第２の太陽電池と、を含む太陽電池アレイと、
前記太陽電池アレイの第１の主面側を覆う第１のガラス基板と、
前記太陽電池アレイの第２の主面側において少なくとも部分的に配置され、可視光領域において透過率が反射率よりも高く、近赤外領域において反射率が透過率よりも高い反射膜と、
前記太陽電池アレイと、前記反射膜と、の間に介在する空気層と、を含む、
ガラス建材。
前記反射膜と前記第１の太陽電池との距離が、前記第１の方向に直交する方向における前記第１の太陽電池の長さの０．５倍以上である、
請求項１に記載のガラス建材。
前記第１の太陽電池の前記第２の主面に対向し、前記第１の方向に延伸する形状を有する第１の反射板を更に含む、
請求項１又は２に記載のガラス建材。
前記第１の方向に直交する方向における前記第１の反射板の長さは、前記第１の方向に直交する方向における前記第１の太陽電池の長さ以上である、
請求項３に記載のガラス建材。
前記第１の反射板は、前記反射膜における前記第１の太陽電池と対向しない面側に配置された、
請求項３に記載のガラス建材。
前記第１の反射板と前記反射膜との間に配置された第２のガラス基板を更に含む、
請求項５に記載のガラス建材。
前記第１の反射板と前記第２のガラス基板との間に配置された第４のガラス基板を更に含む、
請求項６に記載のガラス建材。
前記空気層と前記反射膜との間に配置された第５のガラス基板を更に含む、
請求項６に記載のガラス建材。
前記第５のガラス基板と前記反射膜との間に配置された第６のガラス基板を更に含む、
請求項８に記載のガラス建材。
前記太陽電池アレイと前記空気層との間に介在する第３のガラス基板を更に含む、
請求項１乃至９のいずれかに記載のガラス建材。
前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池との間に介在する封止材を更に含む、
請求項１乃至１０のいずれかに記載のガラス建材。
前記第１の太陽電池は、少なくとも３００ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に分光感度を有する、
請求項１乃至１１のいずれか一つに記載のガラス建材。
前記第１の太陽電池は、ヘテロ接合型太陽電池である、
請求項１２に記載のガラス建材。
前記反射膜は、前記第１の太陽電池の前記第１の主面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外光を反射し、前記第１の太陽電池の前記第２の主面に入射させる、
請求項１乃至１３のいずれか一つに記載のガラス建材。
前記反射膜が、その表面に凹凸を有し、前記近赤外光を乱反射させて前記第１の太陽電池の前記第２の主面に入射させる、
請求項１４に記載のガラス建材。
前記第１の反射板は、前記第１の太陽電池の前記第１の主面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外成分と可視光成分とを反射し、前記第１の太陽電池の前記第２の主面に入射させる、
請求項３乃至７のいずれか一つに記載のガラス建材。