JP3778695B2

JP3778695B2 - 太陽電池装置

Info

Publication number: JP3778695B2
Application number: JP14679998A
Authority: JP
Inventors: 茂樹小松; 孝慶安田; 晋行辻野; 昭司堺谷; 浩井上; 宏清水; 信行西; 多彦坂; 昌史森実; 聡生柳浦; 幸継秋信; 健治邑田; 征夫生嶋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: JPH11340491A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池装置に関し、特に両面入射型太陽電池素子を用いた太陽電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池は、無尽蔵な太陽光をエネルギー源としているため、環境問題等から脚光を浴びている。
【０００３】
ところで、昨今太陽電池素子の光の有効利用を図るべく、光入射側の電極のみならず裏面側の電極まで透明電極の構成にし、太陽電池素子の表裏から光を入射させるように構成した太陽電池が提案されている。
【０００４】
図１８に、表裏から光を入射させるように構成した太陽電池素子の一例を示す。この太陽電池素子は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコンを挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した構造（以下、ＨＩＴ構造という。）において、表裏面から光が入射可能にした太陽電池素子である。
【０００５】
図１８の模式的断面図に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１００上に、真性な非晶質シリコン層１０１が形成され、その上にｐ型非晶質シリコン層１０２が形成されている。そして、ｐ型非晶質シリコン層１０２上の全面にＩＴＯなどからなる受光面側の透明電極１０３が設けられ、この受光面側透明電極１０３上に銀（Ａｇ）等からなる櫛形集電極１０４が形成されている。また、基板１００の裏面には基板の裏面に内部電界を導入したいわゆるＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｌｄ）型構造になっている。即ち、裏面側の基板１００側に真性非晶質シリコン層１０５を介してハイドープｎ型非晶質シリコン層１０６が設けられている。このハイドープｎ型非晶質シリコン層１０６上にＩＴＯなどからなる裏面側透明電極１０７が形成され、この上に銀（Ａｇ）等からなる櫛形集電極１０８が形成されている。このように、裏面側も結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコンを挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善したＢＳＦ構造になっている。
【０００６】
上記したような表裏面を同じ透明電極と集電極とからなる電極構成にした太陽電池素子（以下、両面入射型太陽電池素子という。）の場合、表裏面に同じ光量で光が入射した場合、出力電力が最大２倍程度増加する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の陸置型太陽電池装置や屋根設置型太陽電池装置においては、裏面側からの光の入射については何等考慮されておらず、太陽電池パネルとして両面入射型太陽電池素子を用いても裏面側からの光を有効に利用することができないという問題があった。
【０００８】
この発明は、裏面側にも光を有効に入射させ、光の有効利用を図った太陽電池装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の太陽電池装置は、表裏面からの光により発電可能な太陽電池素子を備えた太陽電池パネルが複数個互いに付き合わせた状態で支持架台に取り付けられてなるモジュールを備え、複数の前記モジュールを互いに光開口部となる間隔を設けて設置すると共に、前記支持架台における、前記モジュールの裏面と対向する面に、反射部が設けられ、前記光開口部又は光開口部と対向する箇所に、光を両隣の前記モジュールの裏面側へ振り分けて案内する導光反射部が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
上記した構成によれば、モジュールの裏面側に光を効率よく案内できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。この発明の第１参考の形態について、図１ないし図３に従い説明する。第１の参考の形態は、この発明を陸置型太陽電池装置に適用したものであり、図１は斜視図、図２は正面図、図３は概略側面図である。
【００１８】
平地又はビルの屋上などの平坦地に、この参考の形態における太陽電池装置１０が複数組設置される。１つの太陽電池装置１０は、図１に示すように、上記した両面入射型太陽電池素子を複数個備えた太陽電池パネル１…が支持架台２に取り付けられている。互いの太陽電池パネル１…は電気的に接続されている。
【００１９】
ところで、従来の太陽電池装置においては、片面入射型太陽電池素子を備えた太陽電池パネルが用いられており、架台に太陽電池パネルを隙間なく突き合わせて取り付け、太陽電池パネルの光入射面が南側に向くように架台を設置している。
【００２０】
これに対して、この第１の参考の形態においては、太陽電池パネル１…間に照射される光を裏面側へ案内するための開口部３を設けて太陽電池パネル１…が支持架台２に取り付けられている。
【００２１】
また、支持架台２の太陽電池パネル１…が取り付けられる取り付け部が３０〜６０度程度の所定の角度になるように、前側脚部２ａと後側脚部２ｂとの長さが決められている。従って、支持架台２の取り付け部に太陽電池パネル１…を取り付けると、太陽電池パネル１…は地面に対して３０〜６０度の角度を有して設置される。
【００２２】
図３に示すように、太陽光は、太陽電池パネル１…の表面側に与えられると共に、開口部３を通り地面により反射され、太陽電池パネル１…の裏面側へ与えられる。
【００２３】
このように、太陽電池パネル１…の表面側には太陽からの直接光が照射される。また、開口部３を透過した太陽光は、設置面で反射し、太陽電池パネル１…の裏面側に与えられる。
【００２４】
この結果、太陽電池パネル１…の表裏面に光が与えられることになり、両面光入射型太陽電池素子の出力電力の増大を図ることができる。
【００２５】
上記した参考の形態においては、支持架台２の上下方向に平行に開口部３を設けているが、支持架台３の左右方向に平行に開口部を設けてもよい。
【００２６】
図４に示す参考の形態は、太陽電池パネル１…の裏面側へ散乱光を効率よく入射させるために、支持架台２の下方部に反射板４を設けたものである。この反射板４を設けることにより、開口部３から透過した光の反射が増大し、反射光を太陽電池パネル１…の裏面側へ効率よく与えることができる。また、この参考の形態における反射板４は光を案内するために反射板４の後方部４ａが太陽電池パネル１…方向に向かって曲げられている。
【００２７】
上記した図１ないし図３に示す第１の参考の形態においては、左右の太陽電池パネル１…を間隔を設けて支持架台２に取り付けることにより開口部３を設けているが、図５及び図６に示す実施の形態は、太陽電池パネル１…は突き合わせた状態で架台に取り付けモジュール化し、モジュール１Ｍを互いに間隔を設けて設置し、そのモジュール１Ｍ間の間隔を光開口部３ａとし、この光開口部３ａから太陽電池パネル１…の裏面側へ光を案内するものである。
【００２８】
図５はこの発明の実施の形態を示す斜視図、図６は要部拡大断面図である。
【００２９】
図５及び図６に示すように、図示しない架台に第１の参考の形態と同様に複数の両面入射型太陽電池素子を有する太陽電池パネル１…を突き合わせた状態で取り付けて太陽電池モジュール１Ｍを形成する。この太陽電池モジュール１Ｍ間に裏面に光を案内するための光開口部３ａを有した状態で複数の太陽電池モジュール１Ｍを配置する。
【００３０】
そして、この実施の形態においては、太陽電池モジュール１Ｍ…間の光開口部３に、この部分に照射される光を図中左右の太陽電池パネル１…側へ案内するための断面形状が砲弾状の導光反射部５が設けられている。更に、太陽電池パネル１…の裏面側には、太陽電池パネル１…の裏面に光を反射させるための反射板４０が設けられている。この反射板４０は、光開口部３ａ及び導光反射部５にて案内された光を効率よく太陽電池パネル１…の裏面側へ案内させるために、光を散乱させる散乱部４１が設けられている。
【００３１】
図６に示すように、太陽電池モジュール１Ｍ…間に与えられる光は導光反射部５で振り分けられ、反射板４０に与えられる。そして、光は反射板４０の散乱部４１で散乱され、太陽電池モジュール１Ｍの裏面側に効率よく与えられることになる。このため、両面入射型太陽電池素子を有する太陽電池パネル１…の表裏面に光を与えることができるので、出力電力を増加させることができる。
【００３２】
上記した第１の参考の形態及び実施の形態は、陸置型太陽電池装置についてこの発明を適用した場合について説明したが、図７に示す第２の参考の形態は、屋根設置型太陽電池装置にこの発明を適用した場合を示す模式図である。
【００３３】
屋根に太陽電池装置を設置する場合、従来は、南側の屋根に太陽電池装置を架台等を用いて設置している。この第２の参考の形態では、屋根の一方の面に複数の両面入射型太陽電池素子を有する太陽電池パネル１…を複数個支持架台に取り付けた太陽電池装置１０が設置する。例えば、切妻屋根の南側の屋根６０上に太陽電池装置１０が設置される。そして、住宅６の南側の屋根６０の太陽電池装置１０が設置されている野地面６０ａは強化ガラス屋根材などの透明板で天窓風に構成されている。
【００３４】
また、北側の屋根６０には、太陽電池装置１０の裏面側へ光を与えるために強化ガラス屋根材などを用いて天窓風に光開口部６０ｂを設けている。更に、住宅６の天井裏には、光反射板６０ｃが設けられている。
【００３５】
このように構成することにより、北面の光が光開口部６０ｂから入り、光反射板６０ｃで反射され、透明な野地面６０ａから太陽電池装置１０の裏面側へ与えることができる。この結果、太陽電池装置１０の表裏面に光を与えることができるので、出力電力を増加させることができる。
【００３６】
図８に示す第３の参考の形態は、アーケードなどにこの発明を適用した参考の形態を示すもので、図８の模式図に示すように、強化ガラス、アクリルなどからなる透明三角状の透明屋根部７が複数連接して設けられ、この屋根部７の一方の側に両面入射型太陽電池素子を有する太陽電池パネルからなる太陽電池装置１０が設けられる。設置する側としては、南側若しくは東側に位置する屋根部７ｂが好ましい。屋根部７の他方の屋根７ａは太陽電池装置１０の裏面側に光を案内するため光開口部として機能し、アーケードの上部には光反射板７ｃが設けられている。
【００３７】
このように構成することで、太陽電池装置１０の表面側には、直接、太陽光が与えられ、太陽電池装置１０の裏面側には光開口部７ａから入射した光及び光反射板７ｃを介して反射した光が与えられることになり、太陽電池装置１０の表裏面に光が入射することになる。この結果、太陽電池装置１０の出力電力を増大させることができる。尚、この参考の形態においては、三角状の屋根部を有するアーケードについて説明したが、半円状の屋根部を有するアーケードについても同様に構成することができる。
【００３８】
図９及び図１０に示す第４参考の形態は、電話ボックスなどにこの発明を適用したものである。図９は斜視図、図１０は要部拡大断面図である。
【００３９】
図９及び図１０に示すように、三角形状の強化ガラスやアクリル基板からなる透明基板８上に両面入射型太陽電池素子１ａを複数個取り付けて太陽電池パネル１１が形成される。このように形成した太陽電池パネル１１を４枚用いて４角錐状に固定して、ボックス９の屋根を構成する。そして、ボックス９の天井部には光反射板９ａを設ける。
【００４０】
このように構成することにより、太陽電池素子１ａ間の光開口部を通過した光が光反射板９ａにより反射され、太陽電池素子１ａの裏面側へ入射する。従って、太陽電池素子１ａの表面側には、直接の太陽光が与えられ、太陽電池素子１ａの裏面側には光開口部から入射した光及び光反射板９ａを介して反射された光が与えられることになり、太陽電池素子１ａの表裏面に光が入射することになる。この結果、太陽電池パネル１１の発電量が増加する。このように構成した太陽電池装置を電話ボックスの屋根部に設置することで、ＰＨＳ等の電源として用いることができる。
【００４１】
図１１及び図１２に示す第５の参考の形態は建材一体型太陽電池装置にこの発明を適用したものである。図１１は建材一体型太陽電池装置を示す斜視図、図１２は建材一体型太陽電池装置を敷設した状態を示す説明図である。
【００４２】
この建材一体型太陽電池装置は、耐火性支持板２１、太陽電池パネル２２及び中間枠部材２３とで構成されている。耐火性支持板２１は、例えば、アルミ板やトタン板などの金属板から成り、底板部２１ａの両側を折り曲げて側壁部２１ｂを形成し、図示はしないがその側壁部２１ｂの上部が折り曲げられ、フランジ部が形成されている。また、底部２１ａは光を反射する反射部として機能する。
【００４３】
太陽電池パネル２２は、太陽電池部２２ａとその周囲を覆ってこれを支持する周囲枠体２２ｂとから成っている。太陽電池部２２ａは、上記した両面入射型太陽電池素子が複数個電気的に接続されて構成されている。周囲枠体２２ｂは例えばアルミから成り、図示しないネジ孔を介して中間枠部材２３と固定される。この周囲枠体２２ｂの上面側であって、太陽電池２２ａの奥側（棟側）には、断面凹状の受け部２２ｄが横方向に条設されている。
【００４４】
中間枠部材２３は、太陽電池パネル２２の周囲より外側に庇状に張り出す形状を有する。この庇状に張り出す部分のうち、図面の手前側（軒側）部分には、下向きに湾曲形成された曲げ部２３ａが形成されている。この曲げ部２３ａは、下側に隣接配置される他の建材一体型太陽電池装置における受け部２２ｄに係合する。また、庇状に張り出した部分のうち、図面の右側部分の端には、上向きに湾曲形成された曲げ部２３ｂが形成されており、図面の左側部分の端には、下向きに湾曲形成された曲げ部２３ｃが形成されている。そして、左右に隣接配置される一対の建材一体型太陽電池装置おいて、一方の太陽電池装置の前記曲げ部２３ｃは、他方の曲げ部２３ｂに対して上側から係合する。また、庇状に張り出した部分のうち、図面の右側部分及び左側部分は、耐火性支持板２１のフランジ部とネジなどにより固定される。
【００４５】
上記した中間枠部材２３の曲げ部２３ａとそれに続く部分２３ｅ並びに太陽電池部２２ａが載置される部分をこの参考の形態においては、透明部材で構成するか或いは光が透過するような開口部を設けて、光開口部としている。この部分から光が耐火性支持板２１の底板部２１ａに案内され、光が底板部２１ａで反射し、太陽電池部２２ａの裏面側へも光が入射するように構成されている。
【００４６】
次に、上記した建材一体型太陽電池装置の設置方法の一例を図１２に基づいて説明するが、以下に示す設置方法に限るものではない。まず、耐火性支持板２１上に中間枠部材２３を載せ、ネジ等により耐火性支持板２１と中間枠部材２３とを固定し、耐火性支持板２１と中間枠部材２３との結合体を得ておく。そして、この結合体を野地板２７上に配置し、スクリューネイル２６を用いて耐火性支持板２１を野地板２６に固定する。尚、野地板２６の上には防水用のアスファルトルーフィングが敷かれている。
【００４７】
太陽電池パネル２２を中間枠部材２３上に載せてネジ等を用いて固定する。次に、その上側（棟側）に別の建材一体型太陽電池パネルを同様の手順で配置する。そして、両太陽電池パネル２２、２２間は図示しない配線により接続されている。以下、順次この作業を行っていけば、図に示す如く、複数枚の建材一体型太陽電池装置を野地板２６上に瓦状に配置し、且つ太陽電池を直列に接続することができる。尚、横方向に隣り合う建材一体型太陽電池装置については、一方のパネルの前記曲げ部２３ｃを他方のパネルの曲げ部２３ｂに対して上側から係合させておく。
【００４８】
このようにして、屋根上に配置された建材一体型太陽電池装置においては、太陽電池部２２ａの表面に太陽光が照射されると共に、太陽電池部２２ａの裏面には、中間枠部材２３の透明部分などから成る光開口部から入射した光が耐火性支持板２１の底板部２１ａで反射し、その反射光が入射する。このため、太陽電池部２２の出力電力を増加させることができる。この結果、モジュール全体の出力は維持しつつ、太陽電池装置の設置数を削減することができ、低コスト化が図れる。
【００４９】
図１３に示す第６の参考の形態は、既設屋根上にこの発明の太陽電池装置を設置したものである。
【００５０】
図１３に示すように、前述した参考の形態と同様に上記した両面入射型太陽電池素子を複数個備えた太陽電池パネル１…が複数個架台３２上に設置される。太陽電池素子は互いに電気的に接続されるとともに、太陽電池パネル１…間も電気的に接続されている。
【００５１】
屋根上の太陽電池装置１０が設置される領域には、太陽光を反射させるための鏡面部３１が形成されている。この鏡面部３１は、例えば、白塗装されたシート状の部材を敷設したり、白塗装した屋根材などを用いて構成することができる。
【００５２】
この鏡面部３１上に架台３２を介して鏡面部３１から所定の距離を隔てて太陽電池パネル１…が配置される。すなわち、鏡面部３１と太陽電池パネル１…の裏面との間に空間部を設け、この空間部を光開口部として、この空間部から太陽光を太陽電池パネル１の裏面側に位置する鏡面部３１に案内する。そして、鏡面部３１で光を反射させ、太陽電池パネル１…の裏面側へ光を入射させる。
【００５３】
また、太陽電池パネル１…間も所定の空間（光開口部）を設けている。この光開口部からも鏡面部３１に光が与えられ、反射光が太陽電池パネル１…の裏面側へ入射する。
【００５４】
このようにして、屋根上に配置された太陽電池装置１０においては、太陽電池パネル１の表面に太陽光が照射されると共に、太陽電池パネル１の裏面には、光開口部から入射した光が鏡面部３１で反射し、その反射光が入射する。このため、太陽電池パネル１の出力電力を増加させることができる。この結果、モジュール全体の出力は維持しつつ、太陽電池装置の設置数を削減することができ、低コスト化が図れる。
【００５５】
図１４ないし図１６に示す第７の参考の形態は、ビルなどの壁面に取り付ける太陽電池装置にこの発明を適用したものである。
【００５６】
図１４及び図１５に示す参考の形態は、上記した両面入射型太陽電池素子１ａを所定の空間を開けて透明支持板に挟み込んで取り付けて成る太陽電池パネル１２…をビルの壁面４０に取り付けボルト４１にて所定の空隙を有して取り付けている。
【００５７】
また、ビルの壁面４０の太陽電池パネル１２と面している側は白い塗装などを施して鏡面加工がなされている。
【００５８】
而して、太陽電池素子１ａ…間を通過した光は、ビル４０の壁面で反射され、太陽電池素子１ａの裏面側へ光が入射する。
【００５９】
このようにして、ビルの壁面４０に配置された太陽電池パネル１２においては、太陽電池パネル１２の表面に太陽光が照射されると共に、太陽電池パネル１２の裏面には、太陽電池素子１ａ間から入射した光が壁面４０で反射し、その反射光が入射する。このため、太陽電池パネル１２の出力電力を増加させることができる。
【００６０】
図１６及び図１７に示す参考の形態は、太陽電池パネル１２をビルの壁面４０に取り付けたフレーム４３で支持するものである。
【００６１】
ビル４０の壁面にハット型のフレーム４３をビスで固定する。このフレームには太陽電池パネルを支持するための嵌合部４３ａが設けられており、この嵌合部４３ａに太陽電池パネル１２…をはめ込んで、太陽電池パネル１２をフレーム４３で支持する。このビルの壁面４０にも鏡面加工を施している。
【００６２】
而して、太陽電池素子１ａ間を通過した光は、ビルの壁面４０で反射され、太陽電池素子１ａの裏面側へ光が入射する。
【００６３】
この結果、太陽電池パネル１２…の表裏面に光が与えられることになり、両面光入射型太陽電池素子の出力増大を図ることができる。
【００６４】
上記では両面入射型太陽電池素子として、ＨＩＴ構造の太陽電池素子を例に挙げたが、他の結晶系太陽電池素子、非晶質系太陽電池素子で両面入射型太陽電池装置を構成してもこの発明は適用できる。
【００６５】
【発明の効果】
上記したように、この発明によれば、モジュールの裏面側にも光を有効に入射させることができるので、光の有効利用を図った両面入射型太陽電池素子を備えた太陽電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の参考の形態を示す斜視図である。
【図２】この発明の第１の参考の形態を示す正面図である。
【図３】この発明の第１の参考の形態を示す概略側面図である。
【図４】第１の参考の形態に反射板を設けた太陽電池装置を示す概略側面図である。
【図５】この発明の実施の形態を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態を示す要部拡大断面図である。
【図７】この発明の第２の参考の形態を示し、屋根設置型太陽電池装置にこの発明を適用した場合を示す模式図である。
【図８】この発明の第３の参考の形態を示す概略側面である。
【図９】この発明の第４の参考の形態を示す斜視図である。
【図１０】この発明の第４の参考の形態を示す要部拡大断面図である。
【図１１】この発明の第５の参考の形態にかかる建材一体型太陽電池パネルを示す斜視図である。
【図１２】図１１の建材一体型太陽電池パネルを敷設した状態を示す説明図である。
【図１３】この発明の第６の参考の形態にかかる太陽電池装置を示す斜視図である。
【図１４】この発明の第７の参考の形態にかかる太陽電池装置を示す斜視図である。
【図１５】この発明の第７の参考の形態にかかる太陽電池装置を示す要部断面図である。
【図１６】この発明の第７の参考の形態にかかる太陽電池装置を示す斜視図である。
【図１７】この発明の第７の参考の形態にかかる太陽電池装置を示す要部断面図である。
【図１８】両面入射型太陽電池素子の一例を示す模式的断面図である。

Claims

表裏面からの光により発電可能な太陽電池素子を備えた太陽電池パネルが複数個互いに付き合わせた状態で支持架台に取り付けられてなるモジュールを備え、
複数の前記モジュールを互いに光開口部となる間隔を設けて設置すると共に、
前記支持架台における、前記モジュールの裏面と対向する面に、反射部が設けられ、
前記光開口部又は光開口部と対向する箇所に、光を両隣の前記モジュールの裏面側へ振り分けて案内する導光反射部が設けられていることを特徴とする太陽電池装置。