JP5173201B2 - SOLAR CELL DEVICE AND BUILDING WITH SAME - Google Patents
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Description
本発明は透光性を有する太陽電池装置及びその太陽電池装置を備えた建物に関する。 The present invention relates to a solar cell device having translucency and a building including the solar cell device.
近年、透光性を有する太陽電池が実用化されている。従来、このような透光型太陽電池としては、発電素子として半導体薄膜を用いた薄膜太陽電池が知られている。この薄膜太陽電池では、例えば次のような構成によって光を透過させている。一つは、複数の光電変換セルの間にスリットを形成し、そのスリットから光を透過させる構成である(特許文献1参照)。もう一つは、複数の単位セルを集積した太陽電池個別セグメント同士の間に隙間を形成し、その隙間から光を透過させる構成である(特許文献2参照)。これらはいずれも、発電素子同士の間に形成された隙間から光を漏れさせることで透光性を得ており、透光性能(照明度)を高めるには隙間の占有面積を大きくしなければならない。ところが、そうすると逆に発電素子の占有面積が小さくなって発電量が落ちてしまう。このため、薄膜太陽電池では、透光性能と発電量との両立が困難であるという問題がある。 In recent years, solar cells having translucency have been put into practical use. Conventionally, as such a translucent solar cell, a thin-film solar cell using a semiconductor thin film as a power generation element is known. In this thin film solar cell, light is transmitted by the following configuration, for example. One is a structure in which a slit is formed between a plurality of photoelectric conversion cells and light is transmitted through the slit (see Patent Document 1). The other is a configuration in which a gap is formed between solar cell individual segments in which a plurality of unit cells are integrated, and light is transmitted through the gap (see Patent Document 2). All of these have obtained translucency by leaking light from the gap formed between the power generation elements, and in order to improve the translucency performance (illumination degree), the occupied area of the gap must be increased. Don't be. However, if it does so, the occupation area of a power generation element will become small conversely, and electric power generation amount will fall. For this reason, in a thin film solar cell, there exists a problem that coexistence with translucency and power generation amount is difficult.
そこで、発電素子自身が透光性を有する太陽電池を用いれば、前述したような問題点は解消できる。現在、そのような太陽電池としては色素増感型太陽電池が実用化されつつある。この色素増感型太陽電池は、増感色素が太陽光や人工光等の光を吸収して励起状態となり電子を放出するという現象を利用して発電が行われる。
前述したように、発電素子自身が透光性を有する太陽電池を用いることで薄膜太陽電池が抱える問題点を解消できる。しかしながら、色素増感型太陽電池を用いた場合のように、入射した可視光の一部の波長領域が透過されるような太陽電池では、その太陽電池を透過した可視光は自然光と異なる。このため、透過光が照射された対象物は不自然な色味を帯びてしまうという問題がある。特に、住宅等の建物で利用しようとする場合には、建物内の対象物が不自然な色味を帯びることになり、利用者に違和感を与えてしまう。この問題は、上記太陽電池の建物への適用を普及させる上で、大きな阻害要因になると考えられる。 As described above, the problem of the thin-film solar cell can be solved by using a solar cell having a light transmitting property in the power generating element itself. However, in a solar cell that transmits a part of the wavelength region of incident visible light as in the case of using a dye-sensitized solar cell, the visible light transmitted through the solar cell is different from natural light. For this reason, there is a problem that an object irradiated with transmitted light has an unnatural color. In particular, when trying to use in a building such as a house, an object in the building has an unnatural color, which gives the user a feeling of strangeness. This problem is considered to be a major impediment to spreading the application of the solar cell to buildings.
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、入射した可視光の一部の波長領域が透過される透光性太陽電池を用いた場合であっても、自然光に近い透過光が得られる太陽電池装置、及びそれを備えた建物を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and even when a translucent solar cell that transmits a part of the wavelength region of incident visible light is used, transmitted light close to natural light is obtained. It is a main object to provide a solar cell device and a building including the solar cell device.
以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。 Hereinafter, effective means for solving the above-described problems will be described while showing effects and the like as necessary.
本発明の太陽電池装置は、入射した可視光の一部の波長領域が透過される光透過部が複数並設され、前記各光透過部は透過される波長領域が互いに異なる複数の種類からなり、前記各光透過部のうち少なくともいずれか一種の光透過部が透光性太陽電池によって構成されていることを特徴とする。 In the solar cell device of the present invention, a plurality of light transmission parts through which a part of the wavelength range of incident visible light is transmitted are arranged in parallel, and each of the light transmission parts is composed of a plurality of types having different wavelength ranges from each other. In addition, at least one of the light transmissive portions is constituted by a translucent solar cell.
この太陽電池装置では、光透過部に可視光が入射すると、光透過部ではその入射した可視光の一部の波長領域が透過される。光透過部は複数設けられている。各光透過部は透過される波長領域が互いに異なる、すなわち透光特性が互いに異なる複数の種類からなるため、太陽電池装置の透過光には互いに異なる波長領域の可視光が混在する。これにより、透過光は可視光領域において波長領域の偏りが緩和され、その結果、透過光を自然光に近づけることができる。 In this solar cell device, when visible light is incident on the light transmission part, a part of the wavelength region of the incident visible light is transmitted through the light transmission part. A plurality of light transmission parts are provided. Since each light transmissive part consists of a plurality of types having different wavelength regions to be transmitted, that is, having different light transmission characteristics, visible light in different wavelength regions is mixed in the transmitted light of the solar cell device. As a result, the transmitted light is less biased in the wavelength region in the visible light region, and as a result, the transmitted light can be made closer to natural light.
互いに異なる種類の光透過部が、短波長の波長領域が透過される短波長透過部と、長波長の波長領域が透過される長波長透過部とで構成されれば、短波長の波長領域と長波長の波長領域とが混在することになり、透過光をより自然光に近づけることができる。 If the different types of light transmitting parts are composed of a short wavelength transmitting part that transmits a short wavelength wavelength region and a long wavelength transmitting part that transmits a long wavelength wavelength region, A long wavelength region is mixed, and transmitted light can be made closer to natural light.
この場合、短波長透過部で透過される波長領域と長波長透過部で透過される波長領域とが重なるように、透過される波長領域を設定することが好ましい。これにより、入射した可視光は可視光領域の全域にわたって透過されるため、より一層自然光に近づけることができるようになる。 In this case, it is preferable to set the wavelength region to be transmitted so that the wavelength region transmitted by the short wavelength transmission unit and the wavelength region transmitted by the long wavelength transmission unit overlap. Thereby, the incident visible light is transmitted over the entire visible light region, so that it can be made closer to natural light.
前記各光透過部がいずれも前記透光性太陽電池によって構成されるならば、透光性太陽電池を備えた太陽電池装置として十分な発電量を確保することができる。 If each of the light transmissive parts is constituted by the translucent solar cell, it is possible to secure a sufficient amount of power generation as a solar cell device including the translucent solar cell.
前記各光透過部のうち少なくともいずれか一種の光透過部がフィルタ部によって構成されていてもよい。この構成によれば、用いられる透光性太陽電池の量が少なくなることで発電量の相対的な低下は避けられないが、コスト面では安価な太陽電池装置を提供することが可能となる。そのため、透光性を有する太陽電池装置の設置が要求されるものの、コストを安価に抑えたい場合に好適となる。 At least any one of the light transmissive portions may be constituted by a filter portion. According to this configuration, although the amount of the translucent solar cell to be used is reduced, a relative decrease in the power generation amount is inevitable, but it is possible to provide a solar cell device that is inexpensive in terms of cost. Therefore, although installation of a light-transmitting solar cell device is required, it is suitable when it is desired to keep costs low.
前記各光透過部を含む全体は、平板状のユニットとして構成されていることが好ましい。このように太陽電池装置を平板状に形成すれば、すべての光透過部はその入射面が同一方向を向いて設けられることになり、太陽電池装置の採光性が高められる。また、太陽電池装置のユニット化により、同装置を建物その他の設備に適用する際の扱いが容易となる。 It is preferable that the whole including each light transmission part is configured as a flat unit. Thus, if a solar cell apparatus is formed in flat form, all the light transmissive parts will be provided with the incident surface facing the same direction, and the lighting property of a solar cell apparatus is improved. Further, the unitization of the solar cell device facilitates handling when the device is applied to buildings and other facilities.
前記各光透過部は格子状に並べられ、隣り合う光透過部が異なる種類となるように配列されることが好ましい。このような配列構成を有することで、隣り合う光透過部を透過した可視光は、互いに異なる波長領域の可視光となる。これにより、異なる波長領域の可視光が混ざり合う度合いが高められ、太陽電池装置の透過光をより自然光に近づけることができる。 It is preferable that the light transmitting portions are arranged in a lattice shape and arranged so that adjacent light transmitting portions are of different types. By having such an arrangement configuration, visible light transmitted through adjacent light transmission portions becomes visible light in different wavelength regions. Thereby, the degree to which visible light in different wavelength regions is mixed is increased, and the transmitted light of the solar cell device can be made closer to natural light.
前記各光透過部の出射側に、透過した可視光を散乱させる散乱手段が設けられていることが好ましい。この散乱手段によって、光透過部を透過した可視光は出射する際に散乱されるため、透過した可視光は出射後直ちに混ざり合う。これにより、太陽電池装置に近づいた位置でも透過光を自然光に近づけることができる。 It is preferable that a scattering means for scattering the transmitted visible light is provided on the emission side of each of the light transmission portions. By this scattering means, visible light that has passed through the light transmitting portion is scattered when it is emitted, so that the transmitted visible light is mixed immediately after emission. Thereby, the transmitted light can be brought close to natural light even at a position approaching the solar cell device.
このように散乱手段を設けた構成では、前記散乱手段は凹凸形状により実現することが好ましい。これにより、光の散乱効果に加えて、光透過部の表面積が広くなることにより放熱効果を得ることもできるからである。この効果は、光透過部が透光性太陽電池によって構成された場合に特に顕著なものとなる。発電時に生じた熱を発散することが可能となるからである。 In the configuration in which the scattering means is provided as described above, the scattering means is preferably realized by an uneven shape. Thereby, in addition to the light scattering effect, the heat radiating effect can be obtained by increasing the surface area of the light transmitting portion. This effect is particularly remarkable when the light transmission part is formed of a translucent solar cell. This is because heat generated during power generation can be dissipated.
また、前記散乱手段は透光性太陽電池の出射面に別途設けられた構成でもよいし、出射面それ自体に散乱機能をもたせてもよい。後者によれば、散乱手段が設けられていない構成と同じ厚さを維持できる。 The scattering means may be provided separately on the exit surface of the translucent solar cell, or the exit surface itself may have a scattering function. According to the latter, it is possible to maintain the same thickness as the configuration in which the scattering means is not provided.
前記各光透過部はいずれも同一形状でかつ同一寸法を有するユニットとして構成されていることが好ましい。ユニット化された光透過部を適宜組み合わせることにより、適用箇所に合わせた形状とするなど、自由な形状の太陽電池装置が得られる。また、各光透過部の配列構成を適宜変更することも可能となる。そして、そのような配列構成の変更がなされれば、各光透過部を透過した、異なる波長領域を有する可視光の混ざり具合も変更されるため、太陽電池装置の透過光を自然光に近づけるだけでなく演色もできるようになる。これにより、適用箇所にあわせた所望の透過光が得られる。以上より、本構成によれば、太陽電池装置の設計の自由度を高めることができる。 It is preferable that each of the light transmitting portions is configured as a unit having the same shape and the same dimensions. By combining unitized light transmitting portions as appropriate, a solar cell device having a free shape can be obtained, for example, a shape suitable for an application location. In addition, it is possible to appropriately change the arrangement configuration of the light transmitting portions. And if such a change in arrangement is made, the mixing of visible light having different wavelength regions that have been transmitted through each light transmitting portion is also changed, so that only the transmitted light of the solar cell device is brought close to natural light. Color rendering is also possible. Thereby, the desired transmitted light according to the application location is obtained. As mentioned above, according to this structure, the freedom degree of design of a solar cell apparatus can be raised.
互いに異なる種類の光透過部によりサブモジュールが構成され、該サブモジュールが複数組み付けられて太陽電池装置が構成されるようにしてもよい。こうすることで、太陽電池装置の組み付け作業における負担を軽減できる。 A submodule may be constituted by different types of light transmission parts, and a plurality of submodules may be assembled to constitute a solar cell device. By carrying out like this, the burden in the assembly | attachment operation | work of a solar cell apparatus can be reduced.
前記透光性太陽電池は色素増感型太陽電池であることが好ましい。色素増感型太陽電池は用いられる増感色素によって透過する可視光の波長領域が異なるため、自然光に近い透過光を得るという効果が顕著に現れるからである。 The translucent solar cell is preferably a dye-sensitized solar cell. This is because the dye-sensitized solar cell has a remarkable effect of obtaining transmitted light close to natural light because the wavelength region of visible light transmitted differs depending on the sensitizing dye used.
以上のように構成された各太陽電池装置は、建物設備の一部として利用するのに適している。この場合、建物設備の一部には太陽光の当たる箇所だけでなく、建物内の仕切り部材も含まれる。例えば色素増感型太陽電池のように、透光性太陽電池は直接光でない反射光又は散乱光でも発電量の低下率が低いものもあり、太陽電池装置の設置箇所は太陽光が直接当たる箇所に限定されない。 Each solar cell device configured as described above is suitable for use as part of a building facility. In this case, a part of the building equipment includes not only a place where sunlight hits but also a partition member in the building. For example, like a dye-sensitized solar cell, a translucent solar cell has a low rate of power generation reduction even with reflected light or scattered light that is not direct light, and the solar cell device is installed at a location where sunlight is directly applied It is not limited to.
以下、本発明を具体化した一実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は太陽電池装置の平面図、図2は図1におけるA−A線、B−B線断面図である。A−A線、B−B線いずれの断面構造も同一であるため、図2は両者共通の断面図として図示されている。また、図2では図示をわかり易くするために、後述する光電極24及び対向電極25の層を実際よりも厚くした状態で図示している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a plan view of the solar cell device, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA and BB in FIG. Since the cross-sectional structures of both the AA line and the BB line are the same, FIG. 2 is shown as a common cross-sectional view. Further, in FIG. 2, in order to make the illustration easy to understand, layers of a
図1に示すように、太陽電池装置10は複数の太陽電池ユニット11と、各太陽電池ユニット11が格子状に組み付けられる本体枠12とを有する。
As shown in FIG. 1, the
そこで、まず光透過部としての太陽電池ユニット11について説明する。本実施形態では、各太陽電池ユニット11は色素増感型太陽電池である。図2に示すように、各太陽電池ユニット11は同一構造を有し、同一形状かつ同一寸法となっている。そして、各太陽電池ユニット11は、一対の透明基板21,22と、両基板21,22の間に介在された封止部23とを備えている。
Therefore, first, the
一対の透明基板21,22は、いずれも同じ大きさの四角形状をなすように形成されている。本実施形態では、透明基板21,22として透明なガラス板が用いられている。両透明基板のうち一方の透明基板(図2における上側の透明基板)21には、他方の透明基板22と相対向する面に光電極(アノード)24が形成されている。この光電極24が形成された側を入射側とする。光電極24は透明基板21上に形成された透明電極と、透明基板21上に形成された半導体電極層とで構成されている(図示略)。半導体電極層は増感色素を担持する酸化チタン(TiO2)よりなる。
The pair of
他方の透明基板(図2における下側の透明基板)22には、入射側の透明基板21と相対向する面に対向電極(カソード)25が形成されている。この対向電極25が形成された側を出射側とする。対向電極25は透明基板22上に形成された透明電極と、該透明電極上に形成された白金層とで構成されている(図示略)。
On the other transparent substrate (lower transparent substrate in FIG. 2) 22, a counter electrode (cathode) 25 is formed on a surface opposite to the incident-side
前記封止部23は平面視において透明基板21,22より小さい四角形状をなす枠体である。この封止部23が一対の透明基板21,22により挟持されることで、封止部23の内周側空間(枠体の内周側空間)が密封されている。封止部23の内周側空間には電解質26が封入されている。また、封止部23の枠は透明基板21,22よりも小さく形成されているため、図2に示すように、透明基板21,22同士の間であって封止部23の外周側全域には圧入空間27が形成されている。
The sealing
なお、増感色素としては、可視光領域の光により励起されて電子を放出する増感色素であれば特に限定されるものではない。例えば、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、鉄(Fe)、レニウム(Re)、銅(Cu)、白金(Pt)等の各種金属を用いた金属錯体色素、又はメチン色素、マーキュロクロム色素、キサンテン系色素等の有機色素が適宜用いられる。電解質としては、ヨウ素の酸化還元対(I3 -/3I-)を含有する電解液等の液体電解質、高分子ゲル電解質、固体電解質等、適宜の素材が用いられる。 The sensitizing dye is not particularly limited as long as it is excited by light in the visible light region and emits electrons. For example, metal complex dyes using various metals such as ruthenium (Ru), osmium (Os), iron (Fe), rhenium (Re), copper (Cu), platinum (Pt), methine dyes, mercurochrome dyes, xanthenes Organic dyes such as system dyes are appropriately used. As the electrolyte, an appropriate material such as a liquid electrolyte such as an electrolytic solution containing a redox couple (I 3 − / 3I − ) of iodine, a polymer gel electrolyte, a solid electrolyte, or the like is used.
そして、太陽電池ユニット11の入射側に射し込んだ太陽光や人工光が光電極24の半導体電極層を透過すると、増感色素が可視光領域の一部の波長を吸収して励起状態となり、電子を放出する。この電子が半導体電極層に注入された後、電気回路を通って対向電極25に移動する。対向電極25に移動した電子は、電解質26中のホール又はイオンによって運ばれ、半導体電極層の増感色素に戻る。このような過程が繰り返されて、各太陽電池ユニット11において光電変換がなされる。
Then, when sunlight or artificial light incident on the incident side of the
ここで、本実施形態では、透光特性の異なる二種類の太陽電池ユニット11がそれぞれ同じ数だけ用いられている。ここで、「透光特性が異なる」とは、増感色素が吸収する可視光の波長領域が異なること、逆にいえば太陽電池ユニット11を透過する可視光の波長領域が異なることをいう。一方は可視光領域のうち短波長領域の光を透過するという特性を有し、他方は長波長領域の光を透過するという特性を有する。そして、その短波長領域と長波長領域とが重なるように、透過される波長領域が設定されている。この特性の相違は用いられる増感色素の違いによって生じる。
Here, in the present embodiment, the same number of two types of
用いられる増感色素としては、上記特性を有するものであれば特に限定されない。また、これ以降、二種類の太陽電池ユニット11を区別して説明する場合には、短波長領域の光を透過する太陽電池ユニット11を短波長透過部としての「短波長透過ユニット13」とし、長波長領域の光を透過する太陽電池ユニット11を長波長透過部としての「長波長透過ユニット14」と区別して説明する。図1では、この透光特性の相違をハッチング間隔の違いによって示しており、間隔の狭い方が短波長透過ユニット13であり、広い方が長波長透過ユニット14である。
The sensitizing dye to be used is not particularly limited as long as it has the above characteristics. In the following description, when the two types of
次に、本体枠12の構成と、いかなる構成によって本体枠12に上記各太陽電池ユニット11が組み付けられているかを説明する。
Next, the configuration of the
本体枠12は光透過性を有する素材よりなる。本実施形態では透明なアクリル樹脂が用いられている。図1に示すように、本体枠12は四角枠状をなす外枠31と、外枠31の内側に設けられた縦桟32及び横桟33とを有し、縦桟32と横桟33とで外枠31内が格子状に区画されている。本実施形態では、縦桟32及び横桟33はそれぞれ三本づつ設けられ、計16個の開口部分34が形成されている。外枠31、縦桟32及び横桟33には、各開口部分34を形成する内周面に、同内周面から突出するようにして被圧入部35が形成されている。この被圧入部35により、外枠31はその横断面が略T字形状となり、縦桟32及び横桟33はその横断面が略十字形状となっている。
The
そして、外枠31、縦桟32及び横桟33の被圧入部35が、各太陽電池ユニット11に形成された前記圧入空間27に圧入されることで、各開口部分34に太陽電池ユニット11が組み付けられる。
Then, the press-
なお、詳細な図示は省略しているが、外枠31、縦桟32及び横桟33はもともと複数の部材に分割されており、その複数の部材が各太陽電池ユニット11を組み付けながら連結されることで、本体枠12が形成されるようになっている。
Although detailed illustration is omitted, the
本実施形態では、短波長透過ユニット13と長波長透過ユニット14とがそれぞれ8個ずつ用意されている。そして、この両ユニット13,14が縦横一列に並び、縦横それぞれにおいて交互に(格子状に)配列されている。隣り合う両ユニット13,14を一組としてこれを混成ユニット部15とみれば、太陽電池装置10には複数(本実施形態では8個)の混成ユニット部15が設けられていることになる。
In the present embodiment, eight short
以上のように、太陽電池装置10は、その全体が平板状のユニットとして構成されている。なお、各太陽電池ユニット11の透明電極は本体枠12内において電気的に接続されており(図示略)、各太陽電池ユニット11で生起された電流が太陽電池装置10の外部に取り出されるようになっている。
As described above, the entire
次に、太陽電池装置10の作用について図3を参照しつつ説明する。なお、図3は透光特性を示したグラフであり、縦軸は透光率を示し、横軸は透過光の波長を示している。
Next, the effect | action of the
太陽電池装置10の入射側に太陽光や人工光が差し込むと、本体枠12ではその差し込んだ光がそのまま透過する。一方、各太陽電池ユニット11では、差し込んだ光を利用して光電交換が行われる。このとき、増感色素によって可視光の一部の波長領域が吸収されるが、それ以外の領域の可視光は太陽電池ユニット11を透過していく。このように一部の波長領域の可視光が透過されるという透光特性について、本実施形態では二種類の太陽電池ユニット11が用いられているため、それぞれの太陽電池ユニット11で異なる特性を有する。
When sunlight or artificial light is inserted into the incident side of the
図3(a)は短波長透過ユニット13の透光特性を示している。この短波長透過ユニット13は長波長領域に増感色素の吸収ピークがあるという特性を有し、可視光領域のうち長波長領域の波長が増感色素によって吸収される。これにより、短波長透過ユニット13を透過した光は短波長領域で透過率Tが高い透過率スペクトルとなり、その透過光は青みがかった色味を呈する。
FIG. 3A shows the light transmission characteristics of the short
図3(b)は長波長透過ユニット14の透光特性を示している。この長波長透過ユニット14は短波長領域に増感色素の吸収ピークがあるという特性を有し、可視光領域のうち短波長領域の波長が増感色素によって吸収される。これにより、長波長透過ユニット14を透過した光は長波長領域で透過率Tが高い透過率スペクトルとなり、その透過光は赤みがかった色味を呈する。
FIG. 3B shows the light transmission characteristics of the long
そして、この両ユニットからなる混成ユニット部15の透光特性を図3(c)に示す。この混成ユニット部15では、短波長透過ユニット13及び長波長透過ユニット14の透光特性が合成される。すなわち、混成ユニット部15全体での透過率T3は、特定の波長λにおける短波長透過ユニット13の透過率T1と長波長透過ユニット14の透過率T2との和(T1+T2)の1/2となる。これにより、混成ユニット部15を透過した可視光は、その透過率スペクトルが短波長領域又は長波長領域のいずれかに偏ることなく平坦化され、透過光は自然光に近くなる。
And the light transmission characteristic of the
以上詳述したように、本実施の形態によれば、以下の優れた効果を有する。 As described above in detail, the present embodiment has the following excellent effects.
短波長透過ユニット13と長波長透過ユニット14という二種類の透光特性を有する太陽電池ユニット11が複数並設されている。各ユニット13,14に可視光が入射すると、その入射した可視光の一部の波長領域が透過される。各ユニット13,14では透過される波長領域が互いに異なるため、太陽電池装置10を透過した可視光は互いに異なる波長領域の可視光が混在する。これにより、太陽電池装置10を透過した可視光は波長領域の偏りが緩和され、その結果、透過光を自然光に近づけることができる。
A plurality of
短波長透過ユニット13及び長波長透過ユニット14は、縦横に一列に並び、縦横それぞれ交互に配列されている。このため、隣り合う太陽電池ユニット11を透過した可視光は、互いに異なる波長領域の可視光となる。これにより、異なる波長領域の可視光が混ざり合う度合いが高められ、太陽電池装置10の透過光をより自然光に近づけることができる。
The short
太陽電池装置10はその全体が平板状のユニットとして構成されているため、すべての太陽電池ユニット11は入射側の透明基板21が同一方向を向いて設けられることになり、太陽電池装置10の採光性が高められる。これにより、太陽電池装置10の発電量確保に寄与できる。また、太陽電池装置10のユニット化により、後述するように太陽電池装置10を建物51及びその周辺設備に適用する際の扱いが容易となる。
Since the entire
なお、上記実施形態は次のように変更して実施してもよい。 The embodiment described above may be modified as follows.
(1)透明基板21,22としては、前述したガラス板の他にも、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の光透過性を有する合成樹脂材を用いることもできる。
(1) As the
(2)本体枠12としては、前述したアクリル樹脂の他にも、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、エポキシ樹脂等の透光性を有する合成樹脂材、ガラス等を用いることもできる。合成樹脂材を用いた場合には、グラスファイバーによる補強を施してもよい。また、透明基板21,22及び本体枠12のいずれも合成樹脂材を用いた場合には、その合成樹脂材に可撓性をもたせれば、可撓性を有する太陽電池装置10が得られる。なお、本体枠12については、光透過性を有することが必ずしも要求されるわけではない。
(2) As the
(3)半導体電極層としては、半導体として機能する金属酸化物であれば特に限定されるものではなく、前述した酸化チタン以外にも、例えば酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)等であってもよい。 (3) The semiconductor electrode layer is not particularly limited as long as it is a metal oxide that functions as a semiconductor. In addition to the above-described titanium oxide, for example, zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO2), zirconium oxide (ZrO2) or the like may be used.
(4)太陽電池装置10の出射側に光散乱手段を設けてもよい。ここで、上記実施形態の特徴は、混成ユニット部15において、短波長透過ユニット13を透過した光と長波長透過ユニット14を透過した光とが混ざり合って自然光に近くなるという点にある。このように光が混ざり合うという作用は、太陽電池装置10から遠ざかれば得られ易くなる一方、太陽電池装置10に近づけば得られにくくなる。この点、光散乱手段を設けることにより、各ユニット13,14を透過した光は散乱されて出射され、出射後直ちに混ざり合う。このため、太陽電池装置10に近づいても自然光に近い透過光を得ることができる。
(4) Light scattering means may be provided on the exit side of the
光散乱手段としては、透過する光を散乱させるものであれば特に限定されないが、例えば図4に示すように、出射側の透明基板22の出射面(対向電極25が形成されていない面)に凹凸形状を有する散乱板41を設けることが考えられる。また、出射側の透明基板22の出射面を、凹凸形状をなすように形成してもよい。なお、このような凹凸形状とすれば表面積が広くなるため、電極24,25及び電解質26からなる電池部で生じた熱の放熱効果を高めることもできる。さらに、形状を加工して散乱機能をもたせるのではなく、透明基板22自身の特性として光散乱作用を有するものとしてもよい。
The light scattering means is not particularly limited as long as it can scatter transmitted light. For example, as shown in FIG. 4, the light scattering means is provided on the emission surface of the emission-side transparent substrate 22 (the surface on which the
以上の点は、ガラス板ではなく合成樹脂材を用いた場合でも同様であり、形状を加工したり、樹脂層中に樹脂粒子を分散させたりする等により、光を散乱させるようにしてもよい。 The above points are the same even when a synthetic resin material is used instead of a glass plate. Light may be scattered by processing the shape or dispersing resin particles in the resin layer. .
(5)上記実施形態では、透過される波長領域が異なる二種類の光透過部として、いずれも太陽電池ユニット11を用いたが、太陽電池ユニット11とフィルタ部との組み合わせによっても同じ効果が得られる。すなわち、図5に示すように、一方の太陽電池ユニット11と同じ透光特性を有する光透過部としてのフィルタ部42を用いて、混成ユニット部43を構成する。確かに、発電機能を有しないフィルタ部42を用いることで発電量は相対的に減少する。ただ、自然光に近い透過光を得ることができる点では変わりはないし、コスト面では太陽電池ユニット11の数が少なくなることで安価となる。そのため、透光性を有する太陽電池装置10の設置が要求されるものの、コストを安価に抑えたい場合に好適となる。なお、図5は長波長透過ユニット14と、可視光のうち長波長領域に吸収ピークがあるフィルタ部42とによって混成ユニット部43を構成した例を示している。
(5) In the above embodiment, the
(6)上記実施形態では、二種類の透光特性を有する太陽電池ユニット11を用いて混成ユニット部15を構成したが、より多くの種類の透光特性を有する太陽電池ユニット11を用いて混成ユニット部を構成してもよい。このように種類を増やせば、より一層自然光に近い透過光を得ることが可能になる。
(6) In the above embodiment, the
(7)上記実施形態では、個々の太陽電池ユニット11を本体枠12に組み付けることで太陽電池装置10を構成したが、複数の太陽電池ユニット11によって一つのサブモジュールを構成し、このサブモジュールを複数組み合わせることによって太陽電池装置10を構成してもよい。例えば、混成ユニット部15,43をサブモジュールとして構成することが考えられる。こうすることで、太陽電池装置10の組み付け作業における負担を軽減できる。
(7) In the above embodiment, the
(8)各太陽電池ユニット11はいずれも同一構造を有し、同一形状でかつ同一寸法を有するユニットとして構成されているため、太陽電池ユニット11の数を変更して形状の異なる太陽電池装置10としてもよい。また、各太陽電池ユニット11の配列構成を適宜変更してもよい。そのような変更がなされれば、異なる波長領域を有する可視光の混ざり具合も変更されるため、透過光の演色もできるようになる。これにより、適用箇所にあわせた所望の透過光が得られる。
(8) Since each
次に、上記太陽電池装置10の適用例を、図6を参照しつつ説明する。図6は建物及びその周辺設備の概略構成を示している。
Next, an application example of the
(a)トップライトへの適用例
建物51の屋根52の一部にはトップライト53が設けられている。このトップライト53として上記太陽電池装置10が用いられている。この場合、太陽電池装置10は、入射側が屋外側、出射側が屋内側となるように取り付けられている。
(A) Application example to top light A
このように構成されたトップライト53は、太陽光が差し込む環境下にあることから、太陽電池装置10の設置環境に適しているといえる。そもそもトップライト53は、太陽からの自然光を屋内に取り込むことを目的として設置される。このため、透過光を自然光に近づけることができる本実施形態の太陽電池装置10を用いれば、その目的を損なうことなく設置することができる。
The
(b)ガラス窓への適用例
建物51の外壁54の一部にはガラス窓55が設けられている。このガラス窓55に上記太陽電池装置10が用いられている。この場合、一部を拡大して図示したように、ガラス窓55は一対のガラス板56と、両ガラス板56の間に保持された太陽電池装置10とで構成されている。そして、ガラス窓55は太陽電池装置10の入射側が屋外側、出射側が屋内側となるように取り付けられている。
(B) Application Example to Glass Window
このように構成されたガラス窓55も太陽光が差し込む環境下にあることから、太陽電池装置10の設置環境に適している。そして、太陽電池装置10はその透過光が自然光に近づけられているため、屋内の床や家具等の対象物に透過光が当たった際の不自然さが緩和され、利用者に与える違和感を低減できる。このため、建物51に対する色素増感型太陽電池の適用の普及に寄与できる。
The thus configured
なお、色素増感型太陽電池は直接光に限らず、反射光又は散乱光でも発電効率が低下する程度は低いため、太陽電池装置10を用いたガラス窓55の設置箇所は、太陽光が直接差し込む環境に限定されるものではない。
In addition, since the dye-sensitized solar cell is not limited to direct light, and the degree to which power generation efficiency decreases even with reflected light or scattered light, the installation location of the
(c)仕切り部材への適用例
建物51の屋内には、部屋同士を仕切る仕切り壁、ドア及び障子等の仕切り部材57が設けられている。この仕切り部材57に屋内窓58を設けた場合、その屋内窓58に上記太陽電池装置10が用いられている。この場合、屋内窓58も上記ガラス窓55への適用と同様、太陽電池装置10は一対のガラス板56の間に保持される。室内窓58に適用される場合、太陽電池装置10の入射側は仕切り部材57で仕切られた部屋のうち、いずれの室内に向けて設けてよい。色素増感型太陽電池は間接光でも発電量の低下率が低く、直射光を透過させることは必須でないからである。
(C) Application example to partition member In the
このように構成された室内窓58でも、太陽電池装置10はその透過光が自然光に近づけられているため、屋内の床や家具等の対象物に透過光が当たった際の不自然さを緩和できる。
Even in the
(d)バルコニへの適用例
建物51の上階部分の外壁54には、バルコニ59が設けられている。このバルコニ59の面材60として太陽電池装置10が用いられている。この場合も、上記ガラス窓55への適用と同様、太陽電池装置10は一対のガラス板56の間に保持される。そして、太陽電池装置10の入射側がバルコニ59の外側、出射側がバルコニ59の内側となるように取り付けられる。
(D) Application example to
バルコニ59は太陽光が差し込む環境に設置されることが多いため、それらに適用することは太陽電池装置10の設置環境に適している。そして、太陽電池装置10はその透過光が自然光に近づけられているため、バルコニ59の内側に透過した光の不自然さを緩和できる。
Since the balconi 59 is often installed in an environment where sunlight is inserted, application to them is suitable for the installation environment of the
(e)他の適用例
上記各適用例の他、ガラスカーテンウォール(帳壁)、屋根瓦、床タイル、ガラスルーバ等に適用することも可能である。また、建物51の屋外に設けられたカーポート61の屋根61aや外溝フェンス62の面材62a等、建物51の周辺設備に適用することも可能である。さらに、自動車等の車両のサンルーフ等に適用することも可能である。
(E) Other application examples In addition to the application examples described above, the present invention can also be applied to glass curtain walls (book walls), roof tiles, floor tiles, glass louvers, and the like. Moreover, it is also possible to apply to peripheral equipment of the
10…太陽電池装置、11…光透過部としての太陽電池ユニット、12…本体枠、13…短波長透過部としての短波長透過ユニット、14…長波長透過部としての長波長透過ユニット、41…散乱手段としての散乱板、42…光透過部としてのフィルタ部、51…建物、53…トップライト、55…ガラス窓、58…室内窓、57…仕切り部材、59a…バルコニの面材。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記各光透過部は透過される波長領域が互いに異なる複数の種類からなり、
前記各光透過部のうち、少なくともいずれか一種の光透過部が透光性太陽電池によって構成され、且つ少なくともいずれか一種の光透過部がフィルタ部によって構成されていることを特徴とする太陽電池装置。 A plurality of light transmission parts through which a part of the wavelength region of the incident visible light is transmitted are arranged in parallel,
Each of the light transmission parts is composed of a plurality of types having different wavelength regions to be transmitted,
Among the light transmissive parts, at least one kind of light transmissive part is constituted by a translucent solar battery , and at least one kind of light transmissive part is constituted by a filter part. apparatus.
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