JP5929578B2 - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュール集合体 - Google Patents

Description

この発明は、太陽電池の発電効率（変換効率）を改善することができる集光型太陽光発電装置である太陽電池モジュールと、その太陽電池モジュールを複数個備えた太陽電池モジュール集合体に関するものである。

従来、太陽電池の変換効率を上げる方法として、太陽電池の利用波長を広げる方法と、太陽光を集光する方法とが知られている。
前者の方法（波長変換方式）としては、波長変換板や蛍光色素をガラス基板に塗布し、波長変換によって変換効率の低い紫外光から変換効率の高い波長に変換して、太陽電池に入射する構造の太陽電池モジュールや、光学板の導波作用（全反射）によって、光学板の端面に貼り合わせた太陽電池に入射する構造の太陽電池モジュールが知られている。

また、後者の方法（集光方式）として、フレネルレンズや反射鏡によって太陽光を集めて、太陽電池に集光することによって、光子の量を増やして変換効率を上げる装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−１８１８１４号公報

ここで、前記波長変換方式と前記集光方式とを組み合わせて、更なる変換効率の向上を図ることが考えられるが、下記の問題があった。
具体的には、反射鏡を使用する場合には、波長変換層を太陽電池の前面に設置することが考えられるが、この場合には、風雨や塵により反射鏡が汚れてしまい、変換効率が低下するという問題がある。

この対策として、波長変換層を覆うようにフレネルレンズ等のレンズ（集光レンズ）を用いる場合には、風雨や塵の問題は無いものの、通常、装置の軽量化のためにアクリル等の樹脂製のレンズが用いられるので、紫外線がレンズを透過しにくく、よって、レンズの下方に波長変換層を設けても、変換効率の向上の効果は少ないという問題がある。

更に、レンズの内部や上面（受光面）に、波長変換層を設置する場合には、波長変換された光は方向が一定しない（拡散光の）ため、多くの光を太陽電池に集めることが難しいという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、集光レンズによって集光される光に加え、波長変換された光をも効率良く太陽電池に導くことができ、変換効率に優れた太陽電池モジュール及び太陽電池モジュール集合体を提供することである。

本発明は、集光レンズと、集光レンズよって光が集められる集光位置に配置された太陽電池と、を備えた太陽電池モジュールに関するものであり、特に、集光レンズの受光側の表面又は内部に、光の波長を変換する波長変換材を備えるとともに、集光レンズの外周部の側端部から太陽電池に光を導くことができる例えば光ファイバーや反射板等の光案内部を備えている。

従って、例えば太陽光が太陽電池モジュールに照射される場合には、太陽光の一部は集光レンズによって集光されて太陽電池に照射される。
それとともに、太陽光のうち、波長変換材に到達した光は、波長変換材によって（例えば紫外線を吸収して可視光に変換するように）太陽電池に好適に利用できる波長に変換されるが、その光は拡散光となって周囲に拡散する。この拡散光のうち、集光レンズの内部に拡散した光は、その多く（約７０％）は集光レンズの外周部の側端部に集まる。そこで、本発明では、光案内部によって、この側端部に集光した光を太陽電池に導くようにしている。

この様に、本発明では、集光レンズによって集光されて太陽電池に照射される光に加えて、波長変換されて拡散光となった光も太陽電池に導入できるので、光の有効利用ができ、変換効率が高いという顕著な効果を奏する。

（ａ）は実施例１の太陽電池モジュールを縦方向（（ｂ）のＡ−Ａ断面）に破断して示す説明図、（ｂ）は太陽電池モジュールの平面図である。 実施例２の太陽電池モジュールを縦方向に破断して示す説明図である。 実施例３の太陽電池モジュールを縦方向に破断して示す説明図である。 実施例４の太陽電池モジュールを縦方向に破断して示す説明図である。 実施例５の太陽電池モジュールを縦方向に破断し、太陽光の向きによる光の経路の変化を示す説明図である。 （ａ）は実施例５における太陽電池の集光状態を示す平面図、（ｂ）は太陽電池の種類（バンドギャップ）における集光比と変換効率との関係を示すグラフである。 実施例６の太陽電池モジュールを縦方向に破断し、太陽光の向きによる光の経路の変化を示す説明図である。 （ａ）は実施例７の太陽電池モジュールを縦方向に破断して示す説明図、（ｂ）は実施例８の太陽電池モジュールを縦方向に破断して示す説明図である。 実施例９の太陽電池モジュールを縦方向に破断して示す説明図である。 実施例１０の太陽電池モジュールを縦方向に破断して示す説明図である。

次に、本発明の集光型太陽光発電装置である太陽電池モジュール及びそれらを複数個用いた太陽電池モジュール集合体の実施例について説明する。

ａ）まず、本実施例１の太陽電池モジュールの構成を説明する。
図１に示す様に、本実施例１の太陽電池モジュール１は、主として、平板状の集光レンズであるフレネルレンズ３と、フレネルレンズ３の上面（受光面）を覆うように形成された波長変換層５と、フレネルレンズ３の下方に所定距離離れて配置された太陽電池７と、フレネルレンズ３から太陽電池７に光を導入する光案内部９と、それらを所定位置に配置する筐体１１とを備えている。以下、各構成について説明する。

前記フレネルレンズ３は、例えばアクリルなどからなる透明な樹脂又はガラスから構成された平面形状が正方形のレンズであり、その上面は平坦であり、その下端はレンズ面となるように多くの凹凸が形成されている。

また、フレネルレンズ３の平面方向における外周部の側端部（図１（ｂ）の上下左右の４辺）１３は、上面に対して垂直であり、その外表面には、光案内部９の接続部分９ａを除いて、例えばアルミニウムの蒸着やスパッタ等によって、反射層１５が形成されている。

前記波長変換層５は、例えば、シリコーン樹脂中に、量子ドットであるナノ粒子が均一に分散されたフィルムであり、波長５００ｎｍ以上の光の９０％以上が透過可能な透光性を有している。

このナノ粒子は、直径がナノレベル（例えば１〜２０ｎｍ）で、その内部に発光中心となる元素（ドーパント）を含むものであり、紫外線を吸収して、それ以上の波長の光（可視光）を発光可能なものである。

ここでは、例えば直径３ｎｍの例えばセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）からなるナノ粒子を用いるとともに、その内部には、発光中心となるドーパントとして、例えばＭｎが含まれている（ＺｎＳｅ：Ｍｎ）。これにより、波長４００ｎｍ以下の紫外線等の光を吸収して、５８５ｎｍで発光することができる。

なお、この波長変換層５としては、上述した構成以外に、太陽電池７で有効利用され難い波長の光を、それより有効利用され易い光に変換する公知の各種の材料（例えば有機蛍光物質や無機蛍光物質）を利用できる。具体的には、例えば、蛍光ポリマー膜PVB:Rh6G、PVB:Acridin Orange、PVBEosinB、PVBCoumarin6等を利用できる。

なお、波長変換層５の上面には、透明な（樹脂又はガラスからなる）保護層６が形成されているが、この保護層６を省略してもよい。
前記太陽電池７は、平面形状が正方形であり、バンドギャップ１．１ｅＶのＳｉ単結晶太陽電池（Ｓｉ太陽電池）である。なお、その他の各種の太陽電池を用いてもよい。

この太陽電池７は、フレネルレンズ３の対角線の交点である中心（光軸）と太陽電池７の対角線の交点である中心とが一致するように配置されている。即ち、上面から見た場合、フレネルレンズ３の外周部の４辺と太陽電池７の外周部の４辺とが平行になるように配置されている。なお、太陽電池７の表面積は、フレネルレンズ３の表面積より小さく、例えば約１／１６である。

また、フレネルレンズ３と太陽電池７とは、フレネルレンズ３によって集光される光の領域が太陽電池の上面と重なる（一致する）ように、一定距離だけ離れて、平行に配置されている。即ち、太陽電池７は、フレネルレンズ３の焦点位置（或いはその近傍）である集光位置に配置されている。

前記光案内部９は、例えば光ファイバー又は光導波管であり、その上端が、フレネルレンズ３の外周部の側端部１３、詳しくは、図１（ｂ）に示す側端部１３の１辺の隅（頂点に隣接する部分）に接合されている。なお、フレネルレンズ３と光案内部９とは、その接合部分から光が漏れにくいように、例えば透明な接着剤によって接合されている。

また、光案内部９の他端は、太陽電池７の受光面に向けて配置されており、これにより、フレネルレンズ３から導入された光は、太陽電池７の受光面に向けて照射されるように構成されている。

前記筐体１１としては、例えば（上方が開放された）直方体の箱状や、直方体の各辺に枠体が配置された形状等を採用できる。つまり、上述した各部材を所定の位置に配置できれば、特に限定はない。

ｂ）次に、本実施例１の太陽電池モジュール１の作用効果を説明する。
本実施例１では、太陽光が太陽電池モジュール１の上面に照射されると、太陽光の一部は、波長変換層５を通過し、フレネルレンズ３で集光されて太陽電池７に照射される。

同時に、太陽光の一部は、波長変換層５で波長が変換される（即ち紫外線等の短波長の光が、太陽電池７で効率的に利用できる長波長の光に変換される）とともに、周囲に分散する。この分散した光の一部は、フレネルレンズ３に入射し、フレネルレンズ３内でその光の多くが側端部１３に集光される。この側端部１３に集光された光は、反射層１５で反射され、最終的に多くの光が光案内部９の一端（接続部分９ａ）に導入されるので、その他端から太陽電池７に照射される。

この様に、本実施例１では、フレネルレンズ３の受光側の表面に波長変換層５を備えるとともに、フレネルレンズ３の側端部１３から太陽電池７に光を導くことができる光案内部９を備えているので、フレネルレンズ３で集光される光だけでなく、波長変換層５で波長変換されて拡散する光の多くも利用できる。よって、太陽光を有効利用でき、変換効率が高いという顕著な効果を奏する。

また、本実施例１では、波長変換層５の表面が保護層６で覆われているので、波長変換層５が劣化しにくいという利点がある。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図２に示す様に、本実施例２の太陽電池モジュール２１は、主として、外側に突出するように湾曲したフレネルレンズ２３と、フレネルレンズ２３の上面を覆うように形成された湾曲した波長変換層２５と、フレネルレンズ２３の下方に配置された太陽電池２７と、太陽電池２７の上部に配置されたホモジナイザー２９と、フレネルレンズ２３からホモジナイザー２９（従って太陽電池２７）に光を導入する光案内部３１と、それらを所定位置に配置する筐体３３とを備えている。なお、特に記載しない限り、各部材の材料や構造は、前記実施例１と同様である。

特に、本実施例２では、フレネルレンズ２３は、前記実施例１とは異なり、略半球状であり、その外周部の側端部３５は下方を向いており、その表面は（光が射出されやすいように）平坦な端面に加工されている。なお、このフレネルレンズ２３は、太陽光をホモジナイザー２９に集光するように構成されている。

また、フレネルレンズ２３の外周部の側端部３５には、前記実施例１と同様に、光案内部３１の一端が接続されており、その他端はホモジナイザー２９の上面に光を照射できるように構成されている。

なお、ホモジナイザー２９とは、周知の様に、入射した光を均一化するものであり、均一化された光が太陽電池２７に入射する。
本実施例２によっても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、受光面側が外側に突出するように湾曲しているので、太陽光の向きが変化しても、多くの光を集め易いという利点がある。

なお、本実施例の様に、フレネルレンズ２３の受光面側（外側）に波長変換層２５を設けた場合には、前記実施例１と同様に、その表面を覆うように、透明な保護層（図示せず）を設けてもよい（以下同様）。

次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例３の太陽電池モジュールの構成を説明する。
図３に示す様に、本実施例３の太陽電池モジュール４１は、主として、平板状のフレネルレンズ４３と、フレネルレンズ４３の上面を覆うように形成された波長変換層４５と、フレネルレンズ４３の下方に配置された太陽電池４７と、フレネルレンズ４３の外周部の側端部４９から太陽電池４７に光を導入する光反射部５１とを備えている。なお、特に記載しない限り、各部材の材料や構造は、前記実施例１と同様である。

特に、本実施例２では、フレネルレンズ４３の外周部（４辺）の側端部４９は、上部が内側に傾斜するように（上部が光軸側に傾くように）構成されている。つまり、フレネルレンズ４３内で集光されて側端部４９に到った光が下方（即ち太陽電池４７側）に反射するような斜面とされている。更に、この斜面（即ち側端部４９の外側）には、光を反射する反射層５３が形成されている。

なお、前記斜面の傾斜角θは、平面方向に対して９０°を上回り且つ１８０°を下回る範囲（９０°＜傾斜角θ＜１８０°）であり、特に、１２５°＜θ＜１４５°の範囲が一層好適である。

また、本実施例３では、光反射部５１は、板材の内側が例えばアルミニウムの蒸着やスパッタ等によって反射面とされた反射板から構成されている。この光反射部５１は、三角錐台の反射板を上下逆にして、四方から囲ったものである。つまり、光反射部５１は、フレネルレンズ４９の各辺とそれに対応する太陽電池４７の各辺とをつなぐように各反射板を組み付けたものである。これにより、光案内部４７は、フレネルレンズ４３の下面から太陽電池４７の上面に到る光経路（即ちフレネルレンズ４３による集光の経路）の周囲をピラミッド状に囲むように形成されている。

なお、前記斜面の反射層５３と反射板からなる光反射部５１によって、光案内部５５が構成されている。
ｂ）次に、本実施例３の太陽電池モジュール４１の作用効果を説明する。

本実施例３では、太陽光が太陽電池モジュール４１の上面に照射されると、太陽光の一部は、波長変換層４５を通過し、フレネルレンズ４３で集光されて太陽電池４７に照射される。

同時に、太陽光の一部は、波長変換層４５で波長が変換されるとともに、周囲に分散するが、その分散した光の一部は、フレネルレンズ４３に入射し、フレネルレンズ４３内でその光の多くが外周部の側端部４９に集光される。この側端部４９には反射層５３が形成されているので、集光された光は反射層５３で反射され、同図下方の太陽電池４７側に案内される。

ここで、反射層１５で反射した光などには、真っ直ぐに太陽電池４７に向かわない光もあるが、そのような光も光反射部５１の反射面で反射されるので、最終的に多くの光が太陽電池４７に案内される。

従って、本実施例３においても、フレネルレンズ４３で集光される光だけでなく、波長変換層４５で波長変換されて拡散する光の多くも利用できるので、変換効率が高いという顕著な効果を奏する。

次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例４の太陽電池モジュールの構成を説明する。
図４に示す様に、本実施例４の太陽電池モジュール６１は、主として、（実施例２と同様な）半球状のフレネルレンズ６３と、フレネルレンズ６３の上面を覆うように形成された（実施例２と同様な）湾曲した波長変換層６５と、フレネルレンズ６３の下方に配置された太陽電池６７と、太陽電池６７の上部に配置された（実施例２と同様な）ホモジナイザー６９と、フレネルレンズ６３の外周部の側端部７１からホモジナイザー６９に光を導入する反射板からなる光反射部７３とを備えている。なお、特に記載しない限り、各部材の材料や構造は、前記実施例１と同様である。

特に、本実施例４では、フレネルレンズ６３の外周部（４辺）の側端部７１の端面は下方に向いており、その端面は平坦に加工されている。
また、本実施例４では、前記実施例３と同様な反射板を用いて、側端部７１の端面を囲むように、フレネルレンズ６３の側端部７１からホモジナイザー６９に到る経路の外周を四方から囲っている。つまり、光反射部７３によって、フレネルレンズ６３の下面及び側端部７１からホモジナイザー６９の上面に到る光経路（即ちフレネルレンズ６３による集光の経路）の周囲を囲むように形成されている。

なお、ここでは、前記光反射部７３によって、光案内部が構成されている。
ｂ）次に、本実施例４の太陽電池モジュール６１の作用効果を説明する。
本実施例４では、太陽光が太陽電池モジュール６１の上面に照射されると、太陽光の一部は、波長変換層６５を通過し、フレネルレンズ６３で集光されてホモジナイザー６９（従って太陽電池６７）に照射される。

同時に、太陽光の一部は、波長変換層６５で波長が変換されるとともに、周囲に分散するが、その分散した光の一部は、フレネルレンズ６３に入射し、フレネルレンズ６３内でその光の多くが側端部７１に集光される。この側端部７１の端面は平坦とされているので、集光された光は、その端面から同図下方の太陽電池６７側に案内される。

ここで、端面から射出された光などには、真っ直ぐにホモジナイザー６９に向かわない光もあるが、そのような光も光反射部７３の反射面で反射されるので、最終的に多くの光が太陽電池６７に案内される。

従って、本実施例４においても、フレネルレンズ６３で集光される光だけでなく、波長変換層６５で波長変換されて拡散する光の多くも利用できるので、変換効率が高いという顕著な効果を奏する。

次に、実施例５について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例５の太陽電池モジュールの構成を説明する。
図５（ａ）に示す様に、本実施例５の太陽電池モジュール８１は、主として、（実施例３と同様な）平板状のフレネルレンズ８３と、フレネルレンズ８３の上面を覆うように形成された波長変換層８５と、フレネルレンズ８３の下方に配置された太陽電池８７と、フレネルレンズ８３と太陽電池８７との間に配置された反射板からなる光反射部８９とを備えている。なお、特に記載しない限り、各部材の材料や構造は、前記実施例１と同様である。

特に、本実施例５では、太陽電池モジュール８１は略直方体形状であり、フレネルレンズ８３の光軸に沿った同図下方への投影領域の全体を覆うように、（同じ面積で同じ平面形状の）太陽電池８７が配置されている。

また、フレネルレンズ８３の側端部９１は、前記実施例３と同様な斜面とされており、その斜面には反射層９３が形成されている。
更に、フレネルレンズ８３から太陽電池８７に到る直方体の空間の周囲を囲むように、４枚の反射板が配置され、これによって、光反射部８９が構成されている。

なお、ここでは、前記反射層９３及び光反射部８９によって、光案内部９５が構成されている。
ｂ）次に、本実施例５の太陽電池モジュール８１の作用効果を説明する。

・図５（ａ）に示す様に、本実施例５では、太陽光が太陽電池モジュール８１の上面に照射されると、太陽光の一部は、波長変換層８５を通過し、フレネルレンズ８３で集光されて太陽電池８７に照射される。

同時に、太陽光の一部は、波長変換層８５で波長が変換されるとともに、周囲に分散するが、その分散した光の一部は、フレネルレンズ８３に入射する。このフレネルレンズ８３内で光の多くが側端部９１に集光され、更に反射層９３が反射して太陽電池８７側に案内される。

ここで、反射層９３で反射した光などには、真っ直ぐに太陽電池８７に向かわない光もあるが、そのような光も光反射部８９の反射面で反射されるので、最終的に多くの光が太陽電池８７に案内される。

従って、本実施例５においても、フレネルレンズ８３で集光される光だけでなく、波長変換層８５で波長変換されて拡散する光の多くも利用できるので、変換効率が高いという顕著な効果を奏する。

・また、本実施例５では、図５（ｂ）に示す様に太陽が移動すると、それに応じて太陽電池８７の主として集光される位置が移動する。太陽が、例えば図５（ａ）の位置から図５（ｂ）の位置に移動した場合を考えると、集光位置は、図５（ａ）の中央部分から図５（ｂ）の左側に移動する。

この集光位置の移動する領域を図６（ａ）に示すが、同図中央部分が集光位置（集光比Ｃが高い位置：例えばＣ＝１０００）であり、その両側が集光比Ｃが低い位置（例えばＣ＝１）である。

なお、図６（ｂ）に、太陽電池８７の各材料における変換効率とバンドギャップとの関係を示すが、集光比Ｃが高いほど、変換効率が高いことが分かる。
この様に、本実施例５では、太陽が移動した場合でも、太陽光は無駄なく太陽電池８７に照射されるので、太陽光を極めて有効に利用できるという顕著な効果を奏する。

具体的には、集光するだけで、１〜３割変換効率が上昇し、更に拡散光も利用することで、曇りでも発電できる。つまり、本実施例５では、稼働部を有しないにもかかららず、太陽が移動しても、太陽光を極めて有効に利用できるという顕著な効果を奏する。

・また、本実施例５では、既存の太陽電池パネルに後付することも可能である。つまり既存の太陽電池パネルを前記太陽電池８７とすると、その上に、波長変換層８５を備えたフレネルレンズ８３と光反射部８９とを設けるだけでよい。

次に、実施例６について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例６の太陽電池モジュールの構成を説明する。
図７（ａ）に示す様に、本実施例６の太陽電池モジュール１０１は、主として、（実施例４と同様な）半球状のフレネルレンズ１０３と、フレネルレンズ１０３の上面を覆うように形成された湾曲した波長変換層１０５と、フレネルレンズ１０３の下方に配置された太陽電池１０７と、フレネルレンズ１０３と太陽電池１０７との間に配置された（実施例５と同様な）反射板からなる光反射部１０９とを備えている。なお、特に記載しない限り、各部材の材料や構造は、前記実施例１と同様である。

特に、本実施例６では、太陽電池モジュール１０１は（上部のフレネルレンズ１０３、波長変換層１０５を除いて）略直方体形状であり、フレネルレンズ８３の光軸に沿った同図下方への投影領域の全体を覆うように、（同じ面積で同じ平面形状の）太陽電池１０７が配置されている。

また、フレネルレンズ１０３の側端部１１１の端面は、前記実施例４と同様に、下方に向いた平坦な端面とされている。
更に、フレネルレンズ１０３から太陽電池１０７に到る直方体の空間の周囲を囲むように、前記実施例５と同様に、４枚の反射板からなる光反射部１０９が構成されている。

なお、ここでは、前記光反射部１０９によって、光案内部が構成されている。
ｂ）次に、本実施例６の太陽電池モジュール１０１の作用効果を説明する。
・図７（ａ）に示す様に、本実施例６では、前記実施例４と同様に、フレネルレンズ１０３で集光される光だけでなく、波長変換層１０５で波長変換されて拡散する光の多くも利用できるので、変換効率が高いという顕著な効果を奏する。

・また、本実施例６では、図７（ｂ）に示す様に、太陽が移動すると、それに応じて集光位置も移動するが、太陽電池１０７は下面全体に形成されているので、太陽光は無駄なく太陽電池１０７に照射される。よって、太陽光を極めて有効に利用できるという顕著な効果を奏する。

・その他、例えば既存の太陽電池パネルに適用できるなど、前記実施例５と同様な効果を奏する。

次に、実施例７について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図８（ａ）に示す様に、本実施例７の太陽電池モジュール集合体１２１は、前記実施例５とほぼ同様な直方体形状の太陽電池モジュール１２３、１２５を、受光面を揃えて複数個（例えば２個）を隣接した配置したような構造を有している。なお、特に記載しない限り、各部材の材料や構造は、前記実施例１と同様である。

詳しくは、太陽電池モジュール集合体１２１は、平板状の基板１２５と、その基板１２５上に配置された一対の太陽電池１２９、１３１と、各太陽電池１２９、１３１を覆う透明な保護シート１３３、１３５と、各保護シート１３３、１３５の上方に配置された（前記実施例３と同様な）フレネルレンズ１３７、１３９と、各フレネルレンズ１３７、１３９の上面を覆う波長変換層１４１、１４３と、太陽電池モジュール集合体１２１の外周壁を構成する（内側に反射面を有する）光反射部１４５と、左右の太陽電池モジュール１２３、１２５を区分する（同図左右の両側に反射面を有する）隔壁１４７とを備えている。

なお、保護シート１３３、１３５は、透明な防水シートであり、フッ化ビニルシートやエチレンビニールアセテート（ＥＶＡ）等を利用できる。
本実施例７は、前記実施例５と同様な効果を奏する。

次に、実施例８について説明するが、前記実施例７と同様な内容の説明は省略する。
図８（ｂ）に示す様に、本実施例８の太陽電池モジュール集合体１５１は、基本的には、前記実施例７と同様に、前記実施例５とほぼ同様な直方体形状の太陽電池モジュール１５３、１５５を、受光面を揃えて複数個（例えば２個）を隣接して配置したような構造を有している。なお、特に記載しない限り、各部材の材料や構造は、前記実施例７と同様である。

特に、本実施例８では、フレネルレンズ１５７及び（その上の）波長変換層１５９は一層であり、隔壁１６１は透明である。
本実施例８においても、前記実施例７と同様な効果を奏する。

次に、実施例９について説明するが、前記実施例７と同様な内容の説明は省略する。
図９に示す様に、本実施例９の太陽電池モジュール集合体１７１は、基本的には、前記実施例７と同様に、前記実施例６とほぼ同様な（上部が湾曲した）直方体形状の太陽電池モジュール１７３、１７５を、受光面を揃えて複数個（例えば２個）を隣接して配置したような構造を有している。なお、特に記載しない限り、各部材の材料や構造は、前記実施例７と同様である。

特に、本実施例９では、左右のフレネルレンズ１７７、１７９及び（その上の）波長変換層１８１、１８３は半球状であり、隔壁１８５は透明である。
本実施例９においても、前記実施例７と同様な効果を奏する。

次に、実施例１０について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図１０に示す様に、本実施例１０の太陽電池モジュール１９１は、前記実施例１と同様に、フレネルレンズ１９３、太陽電池１９５、光案内部１９７、筐体１９９等を備えている。

特に本実施例１０では、フレネルレンズ１９３の内部に、波長変換材料であるナノ粒子（波長変換ナノ粒子）を含んでいる。このナノ粒子は、実施例１と同様に、その内部に発光中心となるドーパントを含むものであり、紫外線を吸収して、それ以上の波長の光（可視光）を発光可能なものである。

従って、本実施例１０では、太陽光が太陽電池モジュール１９１の上面に照射されると、太陽光の一部は、フレネルレンズ１９３で集光されて太陽電池１９５に照射される。
同時に、太陽光の一部は、フレネルレンズ１９３の内部のナノ粒子で波長が変換されるとともに、周囲に分散するが、その分散した光の多くは、フレネルレンズ１９３の側端部１９９に集光される。そして、集光された光は、この側端部１９９から光案内部１９７に導入されて、太陽電池１９５に照射される。よって、太陽光を有効利用でき、変換効率が高いという顕著な効果を奏する。

なお、本実施例１０では、波長変換層ではなく、フレネルレンズ１９５の内部に波長変換材料を含む場合について説明したが、それ以外にも、前記実施例２〜９において、波長変換層を省略し、各フレネルレンズの内部に波長変換材料を含ませてもよい。

なお、以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の具体的な実施例に限定されず、本発明の範囲内でこの他にも種々の形態で実施することができる。
（１）例えば太陽光以外の光も利用可能である。

（２）集光レンズとしては、フレネルレンズ以外に、凸レンズ、ホログラムレンズを利用できる。
（３）反射層や反射板としては、鏡面にように光を反射できればよく、各種の材料を利用できる。例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属、反射テープ、又は、金属がめっきや蒸着されたガラス板やプラスチック板等が利用できる。

（４）前記実施例１０の様に、波長変換材料は、ナノ粒子のようにフレネルレンズ内に分散させてよいが、フレネルレンズ内にシート状に配置してもよい。つまり、フレネルレンズ内に、波長変換フィルムを配置してもよい。

（５）前記太陽電池としては、例えば薄膜Ｓｉ、ＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、色素増感型、有機色素型などを、周知の各種の材料を用いることができる。
（６）前記波長変換層としては、波長変換フィルムを用いることができる。この波長変換フィルムには、波長変換を行う物質が添加されるが、フィルムの基材（ベース）となる材料としては、例えば透光性を有する例えばシリコーン樹脂等の樹脂が挙げられる。

また、フィルム以外には、ガラスや樹脂製の板材や、（波長変換材料を塗布してなる）塗布層を採用できる。例えば、ガラスとしては、例えばシリカ、酸化ホウ素系ガラスを採用でき、樹脂としては、例えばアクリル、ポリカーボネイトを採用できる。

（７）前記ナノ粒子としては、前記セレン化亜鉛以外に、セレン化カドニウム、硫化カドニウム、セレン化亜鉛カドニウム、硫化亜鉛などを採用できる。 また、発光中心となる元素としては、Ｍｎ以外に、発光波長に応じて、Ｅｕ（発光波長６９０ｎｍ）、Ｃｕ（発光波長５５０ｎｍ）、Ｙｂ（発光波長９００ｎｍ）などを採用できる。

（８）波長変換を行う有機蛍光物質としては、例えばペリレン、ナフタルイミド、Ａｌｑ３等が挙げられ、無機蛍光物質としては、例えばＹ₂Ｏ₃：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＳｅ：Ｍｎ等が挙げられる。

１、２１、４１、６１、８１、１０１、１２３、１２５、１７３、１７５、１９１…太陽電池モジュール
３、２３、４３、６３、８３、１０３、１３７、１３９、１７７、１７９、１９３…フレネルレンズ
５、２５、４５、６５、８５、１０５、１４１、１４３、１８１、１８３…波長変換層
７、２７、４７、６７、８７、１０７、１２９、１３１、１９５…太陽電池
９、５５、９５、１９７…光案内部
６…保護層
１３、３５、４９、７１、９１、１１１…側端部
５３、９３…反射層
５１、７３、８９、１０９、１４５…光反射部
２９、６９…ホモジナイザー
１２１、１５１…太陽電池モジュール集合体

Claims (13)

1. 集光レンズ（３、２３、１９３）と、該集光レンズ（３、２３、１９３）によって光が集められる集光位置に配置された太陽電池（７、２７、１９５）と、を備えた太陽電池モジュール（１、２１、１９１）において、
   前記集光レンズ（３、２３、１９３）の受光側の表面又は内部に、光の波長を変換する波長変換材（５、２５）を備えるとともに、
   前記集光レンズ（３、２３、１９３）の外周部の側端部（１３、３５、１９９）から前記太陽電池（７、２７、１９５）に光を導く光案内部（９、３１、１９７）を備え、
   前記光案内部（９、３１、１９７）は、前記集光レンズ（３、２３、１９３）の外周部の側端部（１３、３５、１９９）から前記太陽電池（７、２７、１９５）の表面側に至るように配置された光ファイバー又は導波管であることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記波長変換材（５、２５）は、前記集光レンズ（３、２３）の受光側を覆うように形成された波長変換層（５、２５）であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記波長変換層（５、２５）の受光側に、透光性の保護層（６）を備えたことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記波長変換材は、前記集光レンズ（１９３）の内部に配置された粒子状の波長変換材であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記集光レンズの光軸に対して垂直に太陽電池を配置するとともに、該集光レンズの投影領域の全体に前記太陽電池を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記集光レンズ（３、２３、１９３）は、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記太陽電池（２７）の受光側に、ホモジナイザー（２９）を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
8. 集光レンズ（６３、１０３）と、該集光レンズ（６３、１０３）によって光が集められる集光位置に配置された太陽電池（６７、１０７）と、を備えた太陽電池モジュール（６１、１０１）において、
   前記集光レンズ（６３、１０３）の受光側の表面又は内部に、光の波長を変換する波長変換材（６５、１０５）を備えるとともに、
   前記集光レンズ（６３、１０３）の外周部の側端部（７１、１１１）から前記太陽電池（６７、１０７）に光を導く光案内部（７３、１０９）を備え、
   前記光案内部（７３、１０９）は、前記集光レンズ（６３、１０３）から前記太陽電池（６７、１０７）に到る光の経路の周囲を囲むように配置されて、光を反射する反射板を有し、
   且つ、前記集光レンズ（６３、１０３）が外側に突出する湾曲した形状である場合に、該集光レンズ（６３、１０３）の外周部の側端部（７１、１１１）を、該集光レンズ（６３、１０３）内の光を前記太陽電池（６７、１０７）側に出光可能な平坦な端面としたことを特徴とする太陽電池モジュール。
9. 前記集光レンズ（１０３）の光軸に対して垂直に太陽電池（１０７）を配置するとともに、該集光レンズ（１０３）の投影領域の全体に前記太陽電池（１０７）を配置したことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記集光レンズ（６３、１０３）は、フレネルレンズであることを特徴とする請求項８又は９に記載の太陽電池モジュール。
11. 前記太陽電池（６７）の受光側に、ホモジナイザー（６９）を備えたことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
12. 前記請求項８〜１１のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール（１７３、１７５）を、受光面が同じ向きとなるように揃えて並列に複数個配置したことを特徴とする太陽電池モジュール集合体（１７１）。
13. 前記太陽電池モジュール（１７３、１７５）が隣接する壁面（１８５）を、光の透過が可能な壁面としたことを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池モジュール集合体（１７１）。