JP5353442B2 - Solar cell panel, solar cell unit, solar cell unit assembly - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池パネル、太陽電池ユニット、太陽電池ユニット集合体に関するものである。 The present invention relates to a solar cell panel, a solar cell unit, and a solar cell unit assembly.
環境にやさしい技術として、太陽電池の開発が盛んである。太陽電池は、光起電力効果を得る半導体の種類によって、シリコン系のものと化合物半導体系のものとに大別され、さらに前者は結晶シリコン系のものとアモルファスシリコン系のものとに分類される。
結晶シリコンを用いた太陽電池は古くから開発されてきたものであって、例えばシリコンの単結晶もしくは多結晶にpn接合またはpin接合を形成したもの、ショットキー接合を形成したものなどがあり、これらは変換効率や信頼性に優れている。この反面、柔軟性がなく、平面的な構造であるために、入射した光の多くが、その表面で反射されてしまい、発電に寄与せずに、変換効率を充分に上げることができなかった。
As an environmentally friendly technology, solar cells have been actively developed. Solar cells are broadly classified into silicon and compound semiconductor types depending on the type of semiconductor that obtains the photovoltaic effect, and the former is classified into crystalline silicon and amorphous silicon types. .
Solar cells using crystalline silicon have been developed for a long time, and include, for example, silicon single crystals or polycrystals that have a pn junction or pin junction, and those that have a Schottky junction. Is excellent in conversion efficiency and reliability. On the other hand, since it is not flexible and has a planar structure, much of the incident light is reflected on the surface, and the conversion efficiency cannot be sufficiently increased without contributing to power generation. .
このような問題に対処するものとして、特許文献1には、ハニカムパネル上に、2つの側面を有する鋸歯反射板の列と、太陽電池の列とが交互に配置された太陽電池集光装置の構成が開示されている。この構成によれば、太陽電池表面に対して傾斜した入射角を有する放射太陽光を、鋸歯反射板で反射させて集光効率を向上できることが記載されている。
In order to deal with such a problem,
また、特許文献2には、四角錘および四角錘の連なる表面形状のガラス基板と、その表面に形成されたアモルファスシリコンと、電極とからなる太陽電池の構成が開示されている。この構成によれば、受光面積を増大し、四方から反射されてくる散乱光を有効に受光できることが記載されている。
Further,
特許文献3には、表面が凹凸状をなす、いわゆる逆ピラミッド形状の基板上に球状、棒状の半導体結晶を配置した太陽電池の構成が開示されており、半導体結晶に対して広い入射開口角が得られ、光の封じ込め効率が向上することが記載されている。
一方、化合物半導体を利用したものとしては、GaAsやCdTeなどのIII―V族やII−VI族の化合物半導体材料を用いたものや、有機系材料を用いる色素増感型のものが提案されている。
特許文献4には、可視光を透過する円筒型の透明セルの内部に色素増感型の半導体層を設けた太陽電池の構成が開示されている。この構成によれば、円筒形状で大きな表面積を有することから、集光効率が向上することが記載されている。
On the other hand, those using compound semiconductors have been proposed using III-V or II-VI group compound semiconductor materials such as GaAs and CdTe, and dye-sensitized types using organic materials. Yes.
Patent Document 4 discloses a configuration of a solar cell in which a dye-sensitized semiconductor layer is provided inside a cylindrical transparent cell that transmits visible light. According to this configuration, it is described that the light collection efficiency is improved because it has a cylindrical shape and a large surface area.
しかしながら、従来の太陽電池の多くは、半導体基板として単結晶シリコンウエハーを用いたり、ガラス基板上に単結晶もしくは多結晶シリコンを積層したりしている。このために、基板自体には柔軟性がなく、さらなる光の吸収効率や受光面積の向上を図ることができなかった。
これを解決するものとして、柔軟性を有するプラスチックフィルムなどの基板上にアモルファスシリコンを積層したものが提案されているが、結晶シリコン系のものに比べて、信頼性、寿命、光の変換効率に劣るという問題があった。
However, many of the conventional solar cells use a single crystal silicon wafer as a semiconductor substrate or laminate a single crystal or polycrystalline silicon on a glass substrate. For this reason, the substrate itself is not flexible, and it has not been possible to further improve the light absorption efficiency and the light receiving area.
As a solution to this problem, a material in which amorphous silicon is laminated on a flexible plastic film substrate has been proposed. However, it has higher reliability, longer life, and light conversion efficiency than crystalline silicon. There was a problem of being inferior.
上記文献には、柔軟性のない基板であっても、基板を立体形状にすることで散乱光を有効に受光できること(特許文献2参照)や、受光面に凹凸形状を付与することで入射光を有効に封じ込められること(特許文献3参照)が開示されている。
しかしながら、その製造にあたっては、基板によって形作られる立体の各面毎に太陽電池セルを作成し、そのセル毎の上下の各配線を互いに接続するので、製造工程とコストが増加するという問題があった。
さらに、化合物半導体材料を用いたものや、上記特許文献4に記載された有機系材料を用いた色素増感型のものは、いずれも製造コストが高く、耐候性に問題があった。
In the above document, even if the substrate is not flexible, it is possible to effectively receive scattered light by making the substrate into a three-dimensional shape (see Patent Document 2), and incident light by providing an uneven shape on the light receiving surface. Is effectively contained (see Patent Document 3).
However, in the production thereof, solar cells are created for each of the three-dimensional surfaces formed by the substrate, and the upper and lower wirings of each cell are connected to each other, which increases the manufacturing process and cost. .
Furthermore, those using a compound semiconductor material and those using a dye-sensitized type using an organic material described in Patent Document 4 have a high manufacturing cost and have a problem in weather resistance.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、受光面積の増大が可能であり、従来、太陽電池表面で反射してしまい、有効に利用できなかった光を有効に利用でき、かつ信頼性、寿命、光の変換効率の高い太陽電池パネル、太陽電池ユニット、太陽電池ユニット集合体を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can increase the light receiving area, and can effectively use light that has been reflected on the surface of the solar cell and could not be used effectively. Another object of the present invention is to provide a solar cell panel, a solar cell unit, and a solar cell unit assembly that have high reliability, long life, and high light conversion efficiency.
上記の課題を解決するために、本発明の太陽電池パネルは、可撓性を有する薄膜光電変換層を一対の電極間に備えてなる太陽電池フィルムと、前記太陽電池フィルムを支持する支持体と、を備え、前記太陽電池フィルムが、該太陽電池フィルムの一辺に略平行な複数列の畝をなす屈曲状態で前記支持体上に配設されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a solar cell panel of the present invention includes a solar cell film comprising a flexible thin film photoelectric conversion layer between a pair of electrodes, and a support that supports the solar cell film. The solar cell film is arranged on the support in a bent state forming a plurality of rows of ridges substantially parallel to one side of the solar cell film.
可撓性を有する薄膜光電変換層を使用することで、太陽電池フィルムにも可撓性が付与される。この太陽電池フィルムを屈曲させて、太陽電池フィルムの一辺に平行な複数の畝が配列された波板状に成形して、この太陽電池フィルムを支持体上に配設することで立体構造を有する太陽電池パネルとなる。
このような構成にすることで、支持体の面積に対して、波板状に屈曲した太陽電池フィルムの面積は大幅に増大するので、限られた設置面積でより多くの光を受光できる。
また、太陽電池フィルムを屈曲させて、複数列の畝を有する波板状とすることで、各畝をなす面は支持体表面に対して傾斜した側面となるので、周囲からの散乱光のみならず、自らが反射してしまい、従来は有効に利用できなかった自己散乱光をも効率良く受光することができる。よって、光の変換効率の良い太陽電池パネルとなる。
By using a flexible thin film photoelectric conversion layer, flexibility is also imparted to the solar cell film. The solar cell film is bent, shaped into a corrugated plate in which a plurality of ridges parallel to one side of the solar cell film are arranged, and this solar cell film is disposed on a support to have a three-dimensional structure. It becomes a solar cell panel.
With such a configuration, the area of the solar cell film bent into a corrugated plate with respect to the area of the support is greatly increased, so that more light can be received with a limited installation area.
In addition, by bending the solar cell film into a corrugated plate shape having a plurality of rows of wrinkles, the surface forming each wrinkle becomes a side surface inclined with respect to the support surface, so that only scattered light from the surroundings can be obtained. In addition, it is possible to efficiently receive even the self-scattered light that is reflected by itself and cannot be effectively used in the past. Therefore, it becomes a solar cell panel with good light conversion efficiency.
また、従来の立体構造を有する太陽電池パネルはいずれも、立体を構成する各面毎に別個にパネルを予め作成した後に、これらのパネルを互いに接続したものであった。これに対して、本発明の太陽電池パネルは、太陽電池フィルムを屈曲させたものであり、単一部材の連続面で構成されるので、立体化に要する組み立てや配線等が必要なく、製造工程とコストが増加することがない。 Moreover, all the conventional solar cell panels having a three-dimensional structure are prepared by separately preparing panels for each surface constituting a solid, and then connecting these panels to each other. On the other hand, the solar cell panel of the present invention is formed by bending a solar cell film and is composed of a continuous surface of a single member. And the cost will not increase.
本発明の太陽電池パネルにあっては、前記薄膜光電変換層を、単結晶半導体薄膜または多結晶半導体薄膜で構成することができる。
一般的には柔軟性を持たない単結晶半導体または多結晶半導体を薄膜化することで、可撓性を有する薄膜光電変換層とすることができる。これにより、信頼性、寿命、光電変換効率に優れた本発明の太陽電池パネルにおいて、更なる光の吸収効率の向上や受光面積の向上を図ることができる。
In the solar cell panel of the present invention, the thin film photoelectric conversion layer can be composed of a single crystal semiconductor thin film or a polycrystalline semiconductor thin film.
In general, a thin film photoelectric conversion layer having flexibility can be obtained by thinning a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor having no flexibility. Thereby, in the solar cell panel of the present invention excellent in reliability, life and photoelectric conversion efficiency, it is possible to further improve the light absorption efficiency and the light receiving area.
本発明の太陽電池パネルにあっては、前記薄膜光電変換層を、ガラス薄膜基板上に、単結晶半導体層または多結晶半導体層を積層したもので構成することができる。
ガラス基板を薄膜化して、可撓性を有する薄膜基板とし、この上に半導体層を形成することで、半導体薄膜だけで薄膜光電変換層を構成する場合よりも、半導体層の膜特性の制御、強度の増強、太陽電池パネルとした際の設計自由度等を向上させることができる。
In the solar cell panel of the present invention, the thin film photoelectric conversion layer can be formed by laminating a single crystal semiconductor layer or a polycrystalline semiconductor layer on a glass thin film substrate.
The glass substrate is thinned to form a flexible thin film substrate, and the semiconductor layer is formed thereon, thereby controlling the film characteristics of the semiconductor layer rather than forming the thin film photoelectric conversion layer only with the semiconductor thin film. It is possible to improve the strength, the degree of freedom in designing the solar cell panel, and the like.
本発明の太陽電池パネルにあっては、前記太陽電池フィルムと前記支持体とを、 少なくとも1層ずつ交互に積層してなることが好ましい。
可撓性を有する太陽電池フィルムを屈曲して波板状とし、これを支持体と交互に少なくとも一層ずつ積層することで、いわゆるハニカム構造となり、軽量で高強度の太陽電池パネルとなる。
In the solar cell panel of the present invention, it is preferable that the solar cell film and the support are alternately laminated at least one layer.
A flexible solar cell film is bent into a corrugated sheet, and this is laminated at least one layer alternately with a support to form a so-called honeycomb structure, and a light-weight and high-strength solar cell panel.
本発明の太陽電池ユニットは、上記本発明の太陽電池パネルを、内面が反射面とされた筐体内に収容してなり、前記太陽電池パネルの前記各畝の延在方向と前記筐体の内面とが平行とされていることを特徴とする。
このような構成にすると、屈曲された太陽電池フィルム表面と、支持体表面と、筐体の内面とによって囲まれた導光路が形成される。太陽電池ユニットに入射した光は、それぞれの入射角に従って、この導光路内で反射を繰り返すこととなり、 何度も太陽電池フィルムで受光することができる。このように、入射光を効率良く太陽電池ユニット内に封じ込めることができるので、高い変換効率での発電が可能となる。
また、太陽電池ユニットヘ入射した光はその入射角度にかかわらず、導光路内で 反射されることで、必然的に太陽電池フィルムに到達するので、筐体の開口面が限 られた面積であっても、より広い角度の入射光を利用できるようになる。また、太 陽電池ユニットの受光面を太陽光に対して好適な方向に姿勢制御する必要もない。
The solar cell unit of the present invention comprises the above-described solar cell panel of the present invention contained in a casing whose inner surface is a reflection surface, and the extending direction of each of the ridges of the solar cell panel and the inner surface of the casing Are parallel to each other.
With such a configuration, a light guide path surrounded by the bent solar cell film surface, the support surface, and the inner surface of the housing is formed. The light incident on the solar cell unit is repeatedly reflected in the light guide according to the respective incident angles, and can be received by the solar cell film many times. Thus, since incident light can be efficiently enclosed in the solar cell unit, power generation with high conversion efficiency is possible.
In addition, the light incident on the solar cell unit is reflected in the light guide regardless of the incident angle, and inevitably reaches the solar cell film, so that the opening surface of the housing has a limited area. However, it becomes possible to use incident light having a wider angle. Further, it is not necessary to control the attitude of the light receiving surface of the solar cell unit in a suitable direction with respect to sunlight.
本発明の太陽電池ユニットにあっては、前記筐体の内側底面に、前記筐体への入射光を拡散または集束させる光学部材を備えてなることが好ましい。
太陽電池ユニットに入射して筐体の内側底面に到達した光を光学部材もしくは光 学部材を通した内側底面で反射させることにより再度、導光路内で反射を繰り返す ようにでき、太陽電池フィルムでの受光回数が増加する。
特に、本発明の太陽電池ユニットヘの入射光のうち、発電に利用されることなく 内側底面に到達していた筐体開口面への直角入射光を、光学部材で拡散または集束 するように反射することで、薄膜光電変換層で受光できるようになるので、入射光 の利用効率がより一層向上し、より高い光変換効率を有する太陽電池ユニットとな る。
In the solar cell unit of the present invention, it is preferable that an optical member for diffusing or focusing light incident on the housing is provided on the inner bottom surface of the housing.
By reflecting the light that has entered the solar cell unit and reached the inner bottom surface of the housing from the inner bottom surface through the optical member or optical member, the reflection can be repeated in the light guide path again. The number of received light increases.
In particular, of the incident light to the solar cell unit of the present invention, the right-angle incident light to the casing opening surface that has reached the inner bottom surface without being used for power generation is reflected so as to be diffused or focused by the optical member. As a result, since light can be received by the thin film photoelectric conversion layer, the utilization efficiency of incident light is further improved, and a solar cell unit having higher light conversion efficiency is obtained.
本発明の太陽電池ユニット集合体は、本発明の太陽電池ユニットを複数個連結さ せてなることを特徴とする。
本発明の太陽電池ユニットは、いわゆるハニカム構造を有するものなので、その集合体は軽量で高強度のものとなる。また、光の変換効率に優れた太陽電池ユニットを連結することで、より多くの発電量を得ることができる。
The solar cell unit assembly of the present invention is characterized in that a plurality of the solar cell units of the present invention are connected.
Since the solar cell unit of the present invention has a so-called honeycomb structure, the aggregate is lightweight and has high strength. Further, a larger amount of power generation can be obtained by connecting solar cell units having excellent light conversion efficiency.
本発明について、以下に図面を用いて説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や部材毎に縮尺を適宜変更している。
[太陽電池パネル]
図1は本発明の太陽電池パネルの一実施形態を示した概略斜視図である。
符号1は太陽電池パネルであって、太陽電池フィルム2と支持体3とを一層ずつ交互に積層してなるものである。太陽電池フィルム2は、可撓性を有するフィルムであり、波板状に屈曲されている。すなわち、太陽電池フィルム2は、太陽電池フィルム2の一辺に平行な畝2aが連続的に並ぶように屈曲されている。太陽電池フィルム2と支持体3とは、畝2aの頂部もしくは底部の任意の位置を支持体3の表面に部分的に接着することで固定されている。
The present invention will be described below with reference to the drawings. In each of the following drawings, the scale is appropriately changed for each layer or member so that each layer or member can be recognized in the drawing.
[Solar panel]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of the solar cell panel of the present invention.
支持体3は、屈曲された太陽電池フィルム2の形状を保持するためのものであって、可撓性を有するものであっても、剛直なものであってもよい。また、支持体3は、光電変換層の受光波長領域において透明であっても良いし、表面が反射面であっても良く、太陽電池フィルム2であっても良い。
The
太陽電池フィルム2は、一対の電極間に可撓性を有する薄膜光電変換層を備えてなるものであって、必要に応じて、反射防止膜や保護フィルム等を備えていてもよい。薄膜光電変換層は、光エネルギーを電力に変換する光電変換材料を薄膜化してなるものであって、光電変換材料の薄膜の単一層あるいは積層である他、ガラスや半導体等の薄膜基板上に薄膜の光電変換材料層を積層したものであっても良い。
The
光電変換材料としてはシリコンの他、III−V族、II−VI族、I−III−VI族の化合物半導体材料、有機系材料など周知の材料を用いることができるが、光の変換効率、寿命、信頼性の観点からはシリコン、特に、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンが好適である。 As the photoelectric conversion material, well-known materials such as III-V, II-VI, and I-III-VI group compound semiconductor materials and organic materials can be used in addition to silicon. From the viewpoint of reliability, silicon, particularly single crystal silicon or polycrystalline silicon is preferable.
単結晶シリコン、多結晶シリコンはいずれも剛直であるが、その膜厚が100μm程度となると、曲げに対する柔軟性を有するようになる。これら結晶性のシリコンの薄膜を得るには、例えば、本出願人による特開2005-266754号公報に記載された研磨方法が利用できる。この研磨方法は、研磨装置の定盤上に、薄膜化すべき板材をワックスで固定して、研磨を行って所望厚さにまで薄膜化した後に、ワックスを溶融除去するものである。この方法によれば、クラックの発生がなく、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンで膜厚25μm以下の薄膜化が可能である。 Single crystal silicon and polycrystalline silicon are both rigid, but when their film thickness is about 100 μm, they have flexibility for bending. In order to obtain these crystalline silicon thin films, for example, a polishing method described in JP-A-2005-266754 by the present applicant can be used. In this polishing method, a plate material to be thinned is fixed with a wax on a surface plate of a polishing apparatus, and after polishing to a desired thickness, the wax is melted and removed. According to this method, there is no generation of cracks, and it is possible to reduce the film thickness to 25 μm or less with single crystal silicon or polycrystalline silicon.
より具体的には、以下の方法による。
まず、厚さ0.5mm程度の単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの板材を用意し、これを定盤上にワックスで固定する。定盤上の板材と対向するように研磨用ヘッドを配置し、そこで研磨用ヘッドを軸線周りに回転させる一方で、研磨用ヘッドとは異なる速度で定盤も回転させる。この状態で研磨用ヘッドと板材との間に砥粒を含む懸濁液を供給しつつ、研磨用ヘッドと板材との間に荷重をかけながら研磨することで、板材を膜厚25μmにまで薄膜化することができる。さらに、必要に応じて、研磨用ヘッドに研磨布を取り付けて、再度、上記と同様の研磨を行うことで、薄膜化された板材の表面を平滑化することができる。薄膜化された板材を洗浄した後に、定盤を加熱すると、ワックスが溶融するので、薄膜化された板材に余分な応力をかけることなく、板材を容易に研磨装置から取り外すことができる。
More specifically, the following method is used.
First, a single crystal silicon or polycrystalline silicon plate having a thickness of about 0.5 mm is prepared, and this is fixed on a surface plate with wax. The polishing head is arranged so as to face the plate material on the surface plate, where the polishing head is rotated around the axis, while the surface plate is also rotated at a speed different from that of the polishing head. In this state, while supplying a suspension containing abrasive grains between the polishing head and the plate material, polishing is performed while applying a load between the polishing head and the plate material, thereby thinning the plate material to a film thickness of 25 μm. Can be Furthermore, if necessary, a polishing cloth is attached to the polishing head, and the same polishing as described above is performed again, whereby the surface of the thinned plate material can be smoothed. When the surface plate is heated after washing the thinned plate material, the wax melts, so that the plate material can be easily removed from the polishing apparatus without applying excessive stress to the thinned plate material.
本実施形態の太陽電池パネル1にあっては、この薄膜化された単結晶シリコンまたは多結晶シリコンをそのままの状態で用いる他、ガラス薄膜基板と貼り合わせて用いても良く、ガラス薄膜基板上に、半導体薄膜や有機材料からなる光電変換材料層を積層したものであってもよい。このガラス薄膜基板は、上記研磨方法で膜厚が100μm以下とされたものであって、薄膜化によって曲げに対する柔軟性を持たせたものである。
このようなガラス薄膜基板を用いることで、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの薄膜のみで薄膜光電変換層を構成する場合よりも、半導体層の膜特性の制御が容易になる他、強度の増強を図ることができるので、太陽電池パネルとした際の設計自由度が上がる。
本実施形態の太陽電池パネル1にあっては、信頼性、寿命、光電変換効率に優れているものの、柔軟性がなかった単結晶シリコン、多結晶シリコン、ガラス基板を薄膜化によって屈曲可能とすることで、受光面積の向上と、更なる光の吸収効率の増大とが可能となる。
In the
By using such a glass thin film substrate, the film characteristics of the semiconductor layer can be controlled more easily than when the thin film photoelectric conversion layer is composed of only a single crystal silicon or polycrystalline silicon thin film, and the strength is increased. As a result, the degree of freedom in designing a solar panel increases.
In the
太陽電池フィルム2の屈曲形状は、特に限定されるものではないが、図1に示したような複数の畝2aが均等幅で配列された波板形状であることが好ましい。この形状は、太陽電池フィルム2の面積が縮小するように、フィルムの対向する2辺からその中心へ向かって均等に応力を付与することで容易に成形できるからである。
従来、立体構造を有する太陽電池パネルは、立体を構成する各面毎に太陽電池パネルを予め作成した後に、これらのパネルを互いに接続したものであったために、製造工程が煩雑になり、コストの増大が問題であった。これに対して、本実施形態の太陽電池パネル1にあっては、太陽電池フィルム2の連続面から上記方法により、非常に容易に立体構造を得ることができ、製造工程とコストが増加することがない。よって、光の変換効率、信頼性、寿命に優れた太陽電池パネル1を安価で提供可能となる。
The bent shape of the
Conventionally, a solar cell panel having a three-dimensional structure has been prepared in advance for each surface constituting the solid, and then these panels are connected to each other. The increase was a problem. On the other hand, in the
畝2aの頂部および底部の屈曲角度は小さい方が受光面積の増大率を大きくできるが、過度の屈曲は割れなどの不良の発生原因になるので、直角以上の鈍角であることが好ましい。
例えば、図1中に示したように、一つの畝2aの頂部Aと、それに隣接する2つ
の底部B、Cの屈曲角度をいずれも直角にすると、畝2aの幅B−Cの中点Dを頂
点とした三角形D−A−Bと三角形D−A−Cは直角二等辺三角形になるので、辺
A−Bおよび辺A−Cの長さは、辺B−Dおよび辺C−Dの長さの√2倍になる。よって、√2倍の表面積を有する太陽電池フィルム2が支持体3に固定されることになり、受光面積が増大されるので、限られた設置面積でより多くの光を受光できる。
A smaller bend angle at the top and bottom of the
For example, as shown in FIG. 1, when the bending angle of the apex A of one
また、太陽電池フィルム2は支持体3に対して傾斜面となるので、周囲からの散乱光のみならず、自らが反射してしまい、従来は有効に利用できなかった自己散乱光をも効率良く受光することができる。よって、より一層光の変換効率の良いものとなる。
Moreover, since the
なお、本実施形態に係る太陽電池パネル1においては、畝2aの形状および配列数、配列幅は、本実施形態に限定されるものではなく、畝2aが異なる幅で不規則に配列されていてもよい。また、太陽電池フィルム2と支持体3との積層数もこれに限定されるものではなく、最上層と最下層とが支持体3であり、太陽電池フィルム2が支持体3に挟持されたサンドイッチ構造であってもよい。
In the
[太陽電池ユニット]
(第1実施形態)
図2は本発明の太陽電池ユニット5の第1実施形態を示した概略斜視図である。
本実施形態の太陽電池ユニット5は、内面が反射面(鏡面)とされた筐体4内に、上記実施形態の太陽電池パネル1を収容してなるものである。太陽電池パネル1は、各畝2aの延在方向が筐体4の側面4bと平行になり、かつ、概略波形をなす側面が筐体4の開口面4aに露出するように、筐体4内に収容されている。
[Solar cell unit]
(First embodiment)
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the first embodiment of the
The
また、本実施形態の太陽電池ユニット5にあっては、3枚の支持体3の上下面に、波板状に屈曲した4枚の太陽電池フィルム2を交互に一枚ずつ積層した構造となっており、各太陽電池フィルム2と各支持体3とからなる太陽電池パネル層50を4層、積層した構造となっている。各太陽電池パネル層50において、太陽電池フィルム2と支持体3とで囲まれた部分で、断面形状が概略三角形の導光路51が構成される。各太陽電池パネル層50の周縁部と、最上層および最下層の太陽電池パネル層50においては、筐体4の鏡面化された内側面が導光路51の一側面となる。
この太陽電池ユニット5では、筐体4の開口面4aが受光面5aとされ、図2中に矢印で示したように、開口面4aから筐体底面へ向かって光が入射されて発電に利用される。
Moreover, in the
In this
以下、図3を参照して、本実施形態の太陽電池ユニット5における入射光の振る舞いを説明する。図3は、本実施形態の太陽電池ユニット5を支持体3に平行な平面で切断した概略部分断面図である。
以下の説明において、同一の太陽電池パネル層50で隣接した3本の導光路51、52、53を例にとり、各導光路への入射光を光1、光2、光3と称するが、これらは便宜的なものであって、受光面5aの入射光が実際に光1〜光3に分離されるものではなく、その入射角度も光1〜光3のものに限定されるものでもない。
Hereinafter, the behavior of incident light in the
In the following description, three
導光路51において、光が受光面5aに対して鋭角で入射する場合を例にとって説明する。
図3に示したように、光1は、導光路51の一方の側面22である太陽電池フィルム2に直接入射して光電変換される一方で、側面22で反射され、導光路51のもう一方の側面21に入射する。しかし、この側面21もまた、太陽電池フィルム2であるので、ここで光1は再度、光電変換される。さらに側面21で反射された光1は、もとの側面22に入射され、光電変換される一方で反射される。
A case where light enters the
As shown in FIG. 3, the
このように、光1は導光路51の側面21、22間で光電変換と反射とを繰り返して太陽電池ユニット5の底部へ向かって導光され、筐体4の内側底面4cに達する。この内側底面4cもまた反射面(鏡面)であるので、光1は進行方向を変え、受光面5aへ向かって反射される。これにより、光1は導光路51で、さらに光電変換と反射とを繰り返す。
In this way, the
太陽電池フィルム2での光の変換効率は、光電変換材料の種類やパネルの構成によって異なるが、単結晶シリコンでは15〜19%、多結晶シリコンでは12〜17%、アモルファスシリコンでは10〜12%であり、反射率はいずれも20〜50%である。
光1は光電変換されるよりも反射される割合の方が多い訳であるが、本実施形態の太陽電池ユニット5によれば、光を導光路51内で繰り返し反射させて、その都度、太陽電池フィルム2面に入射させるような構成となっているので、光1を導光路51内に封じ込めて、有効に発電に利用することができる。
Although the light conversion efficiency in the
Although the
導光路52において、光2は受光面5aに対して略直角に入射する。この光2も光1と同様に、導光路52内において光電変換と反射とを繰り返すが、導光路52を形成する一方の側面23の太陽電池フィルム2への入射角が非常に浅くなるので、導光路52内での反射回数が少なくなる。それでも、多数回の光電変換を行うことができるので、従来よりも高い変換効率での発電が可能である。
導光路53においては、光3は受光面5aに対して直角に入射するので、導光路53を形成する2つの側面23、24に入射することなく、筐体4の内側底面4cに達して反射されるので、ほとんど発電に利用することができない。
In the
In the
このように、本実施形態の太陽電池ユニット5に入射した光は、それぞれの入射角に従って、各導光路51〜53内で反射を繰り返すこととなり、何度も太陽電池フィルム2で受光することができる。このように、入射光を効率良く太陽電池ユニット5内に封じ込めることができるので、高い変換効率での発電が可能となる。
Thus, the light incident on the
(第2実施形態)
以下、本発明の太陽電池ユニットの第2実施形態について、図4を参照して説明するが、上記第1実施形態と異なるところについてのみ説明し、その他の構成の同一の部材には同一の符号を付して、説明を省略する。
図4は、本実施形態の太陽電池ユニット55を支持体3に平行な平面で切断した概略部分断面図である。
本実施形態の太陽電池ユニット55が上記第1実施形態と異なるのは、筐体4の内側底面4cに凸面鏡6を配し、筐体4の底部に到達した入射光を凸面鏡6で拡散させるようにしたところである。
受光面5aに対して鋭角で入射した光1は、第1実施形態においても、導光路51内での反射回数が多く、充分に光電変換に利用可能であるが、凸面鏡6によって拡散されることにより、側面21、22に対して深い入射角を持つようになるので、さらに反射回数が増加する。光1と同様に、光2も凸面鏡6によって、導光路52内での反射回数が増加する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment of the solar cell unit of the present invention will be described with reference to FIG. 4, but only the differences from the first embodiment will be described, and the same reference numerals are given to the same members of other configurations The description is omitted.
FIG. 4 is a schematic partial sectional view of the
The
Even in the first embodiment, the
特に、受光面5aに対して直角に入射する光3は、第1実施形態の太陽電池ユニット5では、ほとんど発電に利用することができなかったが、本実施形態の太陽電池ユニット55にあっては、凸面鏡6で拡散され、導光路53の2つの側面23、24で反射されて、光電変換に利用可能となる。加えて、光1、光2と同様に、側面23、24へ対して深い入射角度を持つようになるので、導光路53内での反射回数も多くなる。このように、太陽電池ユニット55への入射光はその入射角度にかかわらず、各導光路内51、52、53で複数回、反射を繰り返し、その都度、光電変換が行われるので、光電変換効率をより一層向上させることができる。
In particular, the
また、本実施形態の太陽電池ユニット55にあっては、受光面5aへの入射角度を問わないので、開口面5aの面積が限られたものであっても、より広い範囲の光を利用できるようになるので、入射光に対して受光面5aが好適な角度になるように姿勢制御する必要がない。
本実施形態においては、内側底面4cに凸面鏡6を配したが、本実施形態の太陽電池ユニット55はこれに限定されるものではなく、内側底面4cに入射した光を拡散または集束させて反射できる部材であればよく、凹面鏡、凹レンズ、凸レンズ、フレネルレンズ等の各種の光学部材を利用することができる。なお、レンズを用いた場合には、入射光はレンズを通した内側底部4cで反射されることになるが、本実施形態と同様の作用、効果が得られる。
Moreover, in the
In the present embodiment, the
[太陽電池ユニット集合体]
図5は、本発明の太陽電池ユニット集合体7を示した概略構成図である。
この太陽電池ユニット集合体7は、本発明の太陽電池ユニット5を複数積層してなり、その各受光面5aが同一平面となるように連結されている。本実施形態の太陽電池ユニット集合体7は中空構造の所謂ハニカム構造であり、軽量で高強度であるので、このような多数の集合体とした際にも、自重が大きくなり過ぎて、機械的強度が不足する心配がない。よって、変換効率に優れた多数の太陽電池ユニット5を連結することができるので、より多くの発電量を得ることができる。
[Solar cell unit assembly]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the solar cell unit assembly 7 of the present invention.
This solar cell unit assembly 7 is formed by laminating a plurality of the
以上説明したように、本発明の太陽電池パネルは、信頼性、寿命、変換効率が高いが、柔軟性を持たなかった光電変換材料を薄膜化して、可撓性を有する薄膜光電変換層とすることで、立体構造を実現したものである。よって、受光面積が増大されると共に、周囲からの散乱光のみならず、自己散乱光をも効率良く受光でき、光の変換効率の高い太陽電池パネルとなる。
また、本発明の太陽電池パネルにおける立体構造は、太陽電池フィルムを屈曲した単一部材の連続面から構成されるので、立体化に際しての製造工程と製造コストの増加がなく、光電変換効率の高い太陽電池パネルを安価で提供できる。
As described above, the solar cell panel of the present invention has high reliability, life, and conversion efficiency, but the photoelectric conversion material that does not have flexibility is thinned to form a flexible thin film photoelectric conversion layer. Thus, a three-dimensional structure is realized. Therefore, the light receiving area is increased, and not only scattered light from the surroundings but also self-scattered light can be received efficiently, and a solar cell panel with high light conversion efficiency is obtained.
Moreover, since the three-dimensional structure in the solar cell panel of the present invention is composed of a continuous surface of a single member obtained by bending a solar cell film, there is no increase in manufacturing steps and manufacturing costs during three-dimensionalization, and high photoelectric conversion efficiency. A solar battery panel can be provided at low cost.
本発明の太陽電池ユニットは、このような太陽電池パネルを備えたものであるので、信頼性、寿命、光の変換効率の高いものとなる。また、入射光の入射角度を問わず、広い範囲の光を利用可能であるので、限られた受光面積であっても効率の高い発電が可能であるばかりでなく、その受光面を常に入射光に対して好適な方向へ姿勢制御することなく、高い変換効率での発電が可能となる。
また、本発明の太陽電池ユニット集合体は、光の変換効率の高い太陽電池ユニットを連結したものであるので、軽量かつ高強度であり、大出力の電力を得ることができる。
Since the solar cell unit of the present invention includes such a solar cell panel, the solar cell unit has high reliability, long life, and high light conversion efficiency. In addition, since a wide range of light can be used regardless of the incident angle of incident light, not only is it possible to generate power efficiently even with a limited light receiving area, but the light receiving surface is always made incident light. In contrast, power generation with high conversion efficiency is possible without controlling the attitude in a suitable direction.
Moreover, since the solar cell unit aggregate of the present invention is obtained by connecting solar cell units having high light conversion efficiency, it is lightweight and high in strength, and can obtain a large output power.
1…太陽電池パネル、2…太陽電池フィルム、2a…畝、3…支持体、4…筐体、4a…開口面、4b…側面、4c…内側底面、5、55…太陽電池ユニット、6…凹面鏡、7…太陽電池ユニット集合体。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記太陽電池フィルムを支持する支持体と、を備え、
前記太陽電池フィルムが、該太陽電池フィルムの一辺に略平行な複数列の畝をなす屈曲状態で前記支持体上に配設され、
前記太陽電池フィルムと前記支持体とが、少なくとも1層ずつ交互に積層されていることを特徴とする太陽電池パネル。 A solar cell film comprising a flexible thin-film photoelectric conversion layer between a pair of electrodes;
A support for supporting the solar cell film,
The solar cell film is disposed on the support in a bent state that forms a plurality of rows of ridges substantially parallel to one side of the solar cell film,
The solar cell panel, wherein the solar cell film and the support are alternately laminated at least one layer at a time .
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