JP6510037B2 - 蛍光集光型太陽電池 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図6に基づいて説明すれば以下のとおりである。
まず、一般的な蛍光集光型太陽電池の概要について簡単に説明する。図24は、蛍光集光型太陽電池の概略的な構成を示す斜視図である。以下、図24に示す蛍光集光型太陽電池を、蛍光集光型太陽電池100と称する。
図1は、本実施形態に係る蛍光集光型太陽電池11を示す斜視図であり、図2は、図1に示される蛍光集光型太陽電池11を示す正面図である。この蛍光集光型太陽電池11は、例えば商業施設内において、商品等を宣伝するポップ広告として利用される。また、蛍光集光型太陽電池11が発電した電力は、蛍光集光型太陽電池11に接続されるビーコン発振器等の電気機器に供給され、電気機器の駆動に利用される。
蛍光集光板2は板状であり、太陽光または照明光等の外光を取り入れる受光面である表面21および裏面(対向面)22と、表面21および裏面22に交差する複数の端面(あるいは側面)とを有している。蛍光集光板2の表面21および裏面22から入射した光は、蛍光集光板2に含有される蛍光体によって蛍光に波長変換される。蛍光集光板2の内部で導光した光は、一部が蛍光集光板2の外部へ出射され、残りの一部が太陽電池アレイ5に集光される。太陽電池アレイ5に集光された光は、太陽電池アレイ5での発電に利用される。
表示部3は、蛍光集光板2の一部が、所定の文字、図形または記号等の任意の形状に成形されたものであり、ポップ広告として機能する。本実施形態では、蛍光集光板2は、表示部3として、「S」,「A」,「L」,「E」の形状に成形された4つの文字を含む。「S」,「A」,「L」,「E」の4つの文字は、各文字の底部がベース部4に一体的に結合している。
ベース部4は、表示部3を構成する各文字を支持する土台として機能する。本実施形態では、ベース部4は、蛍光集光板2の一部が、表示部3を構成する4つの文字の配置方向に長辺を有する矩形形状に成形されている。
太陽電池アレイ5は、蛍光集光板2によって集光された光を電力に変換するものである。太陽電池アレイ5は、複数の太陽電池セル51を有する太陽電池モジュールが、直列または並列に接続されている。太陽電池アレイ5としては、公知の太陽電池を使用可能であり、例えば、アモルファスシリコン(a−Si)太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、または単結晶シリコン太陽電池、化合物太陽電池等が挙げられるが、これに限定されない。
上述のとおり、表示部3の周端面31は、表示部3を導光した光の一部が蛍光集光板2の外部へ出射可能なように加工されている。具体的には、表示部3の周端面31は、光学研磨されていない荒れた面になっている。
このように、本実施形態に係る蛍光集光型太陽電池11は、受光した光の波長を変換する蛍光体を含有し、当該光を導光する蛍光集光板2と、蛍光集光板2が導光した光を受光する複数の太陽電池セル51を有する太陽電池アレイ5とを備える。
本発明の他の実施形態について、図7〜図9に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光集光型太陽電池12は、蛍光集光板2の表示部3の一部に反射層6が設けられている点において、実施形態1に係る蛍光集光型太陽電池11と異なっている。
反射層6は、表示部3の周端面31から出射される光を周端面31へ反射する反射部材である。本実施形態では、反射層6は、「S」,「A」,「L」,「E」の4つの文字から構成される表示部3のうち、両端に位置する「S」および「E」の表示部3の周端面31に設けられている。
図8は、本実施形態に係る蛍光集光型太陽電池12の導光作用を説明するための正面図である。図8に示すように、ベース部4の両端部E1・E2に結合する「S」および「E」の表示部3の周端面31に反射層6を設けることにより、「S」および「E」の表示部3の周端面31からの光の出射が抑制される。このため、「S」および「E」の表示部3からベース部4の両端部E1・E2へ伝播する光量が、「A」および「L」の表示部3からベース部4の中央部C1・C2へ伝播する光量に比べて相対的に大きくなる。
本発明の他の実施形態について、図10〜図13に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光集光型太陽電池13は、蛍光集光板2の表示部3の周端面31aが、蛍光集光板2の厚み方向に対して傾斜している点において、実施形態1に係る蛍光集光型太陽電池11と異なっている。
図11は、表示部3の周端面31aを示す上面図である。図11に示すように、表示部3の周端面31aは、蛍光集光板2の厚み方向に対して斜めにカットされている。具体的には、蛍光集光板2の表面21に略平行な平面で蛍光集光板2を切断したときの断面積が、表面21から裏面22に向かって徐々に大きくなるように、周端面31aが傾斜している。
図12の(a)は、蛍光集光板2の厚み方向に対して傾斜した周端面31aの発光状態を示す上面図であり、図12の(b)は、蛍光集光板2の厚み方向に対して平行な周端面31の発光状態を示す上面図である。
図13は、図12の(b)に示される表示部3の周端面31の変形例を示す上面図である。図13に示すように、表示部3の周端面31bには、その表面が荒らされることによって微小な凹凸が形成されていてもよい。
本発明の他の実施形態について、図14に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光集光型太陽電池14は、蛍光集光板2の表示部3aを構成する文字のサイズが変化している点において、実施形態1に係る蛍光集光型太陽電池11と異なっている。
「S」,「A」,「L」,「E」の4つの文字から構成される表示部3aのうち、ベース部4の両端部E1・E2に結合する「S」および「E」のサイズが、ベース部4の中央部C1・C2に結合する「A」および「L」のサイズに比べて相対的に大きくなっている。換言すれば、ベース部4の両端部E1・E2に結合する「S」および「E」の表示部3aの表面21および裏面22の表面積が、ベース部4の中央部C1・C2に結合する「A」および「L」の表示部3aの表面21および裏面22の表面積に比べて相対的に大きくなっている。
このように、蛍光集光型太陽電池14では、表示部3aからベース部4の両端部E1・E2へ伝播する光量を、表示部3aからベース部4の中央部C1・C2へ伝播する光量に比べて相対的に大きくすることができる。
本発明の他の実施形態について、図15〜図16に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光集光型太陽電池15は、蛍光集光板2のベース部4aの高さが変化している点において、実施形態1に係る蛍光集光型太陽電池11と異なっている。
ベース部4aは、両端部E1・E2におけるベース部4aの高さ(幅)が、中央部C1・C2におけるベース部4aの高さ(幅)に比べて相対的に大きくなっている。換言すれば、ベース部4aは、両端部E1・E2における上端面41と下端面42との間隔が、中央部C1・C2における上端面41と下端面42との間隔に比べて相対的に大きくなっている。
このように、蛍光集光型太陽電池15では、ベース部4aの両端部E1・E2の受光量が、ベース部4aの中央部C1・C2の受光量に比べて相対的に大きくなるので、ベース部4aの両端部E1・E2に配置された太陽電池セル51に相対的に多くの光を集光することが可能となる。
図16は、図15に示されるベース部4aの変形例を示す正面図である。図16に示すベース部4bのように、両端部E1・E2における下端面42を傾斜させることによって、ベース部4bの両端部E1・E2の高さを、ベース部4bの中央部C1・C2の高さに比べて相対的に大きくしてもよい。
本発明の他の実施形態について、図17および図18に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光集光型太陽電池16は、ベース部4cの高さに応じて、ベース部4cに支持される表示部3bのサイズが変化している点において、実施形態1に係る蛍光集光型太陽電池11と異なっている。
「S」,「A」,「L」,「E」の4つの文字から構成される表示部3bは、ベース部4cの端部E1に結合する「S」、ベース部4cの中央部C1に結合する「A」、ベース部4cの中央部C2に結合する「L」、ベース部4cの端部E2に結合する「E」の順番でサイズが徐々に大きくなっている。換言すれば、「S」,「A」,「L」,「E」の順番で、表面21および裏面22の表面積が相対的に大きくなっている。
ベース部4cは、「S」の表示部3bが結合される端部E1(一方の端部)から「E」の表示部3bが結合される端部E2(他方の端部)へ向かって高さ(幅)が減少している。換言すれば、ベース部4cは、端部E1、中央部C1、中央部C2、端部E2へ向かって、上端面41と下端面42との間隔が徐々に小さくなるように上端面41が傾斜した直角三角形の形状である。
図18の(a)は、表示部3bからベース部4cの上端面41へ伝播する光の光量分布を示すグラフであり、図18の(b)は、ベース部4cが表面21および裏面22から下端面42および側端面43へ導光する光の光量分布を示すグラフであり、図18の(c)は、太陽電池アレイ5が受光する光の光量分布を示すグラフである。
本発明の他の実施形態について、図19〜図21に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光集光型太陽電池17は、表示部3の裏面22の一部に裏面反射層7が設けられている点において、実施形態1に係る蛍光集光型太陽電池11と異なっている。
裏面反射層7は、蛍光集光板2の裏面22に設けられ、裏面22から出射した光を当該裏面22へ反射する反射部材である。本実施形態では、裏面反射層7は、「S」,「A」,「L」,「E」の4つの文字から構成される表示部3のうち、両端に位置する「S」および「E」の表示部3の裏面22に設けられている。換言すれば、裏面反射層7は、ベース部4の両端部E1・E2に結合する「S」および「E」の表示部3の裏面22に設けられている。
このように、ベース部4の両端部E1・E2に結合する「S」および「E」の表示部3の裏面22に裏面反射層7を設けることにより、裏面22から出射する光を表示部3に戻して再利用することができる。このため、「S」および「E」の表示部3からベース部4の両端部E1・E2へ伝播する光量を、「A」および「L」の表示部3からベース部4の中央部C1・C2へ伝播する光量に比べて相対的に大きくすることができる。
図21の(a)および(b)は、蛍光集光型太陽電池17の変形例を示す正面図である。図21の(a)に示す蛍光集光型太陽電池17aのように、裏面反射層7は、ベース部4の両端部E1・E2に結合する「S」および「E」の表示部3の裏面22に加えて、ベース部4の両端部E1・E2の裏面22にさらに設けられていてもよい。
本発明の他の実施形態について、図22〜図23に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光集光型太陽電池18は、表示部3の表面21の一部にカラーフィルタ8が設けられている点において、実施形態1に係る蛍光集光型太陽電池11と異なっている。
カラーフィルタ8は、蛍光集光板2の一部の表面21に設けられ、所定の波長領域の光を選択的に透過する選択透過性を有するフィルタである。本実施形態では、カラーフィルタ8は、「S」,「A」,「L」,「E」の4つの文字から構成される表示部3のうち、両端に位置する「S」および「E」に挟まれた「A」および「L」の表面21に設けられている。換言すれば、カラーフィルタ8は、ベース部4の中央部C1・C2に結合する「A」および「L」の表示部3の表面21に設けられている。
このように、「A」および「L」の表示部3の表面21にカラーフィルタ8を設けることにより、「S」,「A」,「L」,「E」の4つの文字から構成される表示部3のうち、「S」および「E」と、「A」および「L」とを異なる色で表示することができる。したがって、表示部3による視覚的効果を向上させることができる。
図23の(a)および(b)は、蛍光集光型太陽電池18の変形例を示す正面図である。図23の(a)に示す蛍光集光型太陽電池18aのように、カラーフィルタ8は、ベース部4の中央部C1・C2に結合する「A」および「L」の表示部3の表面21に代えて、ベース部4の中央部C1・C2の表面21に設けられていてもよい。
本発明の態様1に係る蛍光集光型太陽電池は、受光した光の波長を変換する蛍光体を含有し、前記光を導光する蛍光集光板と、前記蛍光集光板が導光した前記光を受光する複数の太陽電池セルを有する太陽電池(太陽電池アレイ5)とを備え、前記蛍光集光板は、導光した前記光の一部を外部へ出射することにより発光する第1端面(周端面31)を含む、任意の形状に成形された表示部と、前記表示部を支持する第2端面(上端面41)、および前記太陽電池が配置される第3端面(下端面42,側端面43・44)を含むベース部とを有することを特徴としている。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
なお、本発明は以下のように表現することも可能である。すなわち、本発明に係る蛍光集光型太陽電池は、蛍光集光型太陽電池において、蛍光集光板が文字やロゴの形状に加工され、太陽電池が設置されていない表示部と、太陽電池が設置されている土台部とに領域として分けられており、表示部の側面は、蛍光集光板で集光した光が外部に出射する様に加工されていることを特徴としている。
3,3a,3b 表示部
4,4a,4b,4c ベース部
6 反射層(第1反射部材)
7 裏面反射層(第2反射部材)
11〜18,17a,17b,18a,18b 蛍光集光型太陽電池
21 表面(受光面)
22 裏面(受光面・対向面)
31,31a,31b 周端面(第1端面)
41 上端面(第2端面)
42 下端面(第3端面)
43,44 側端面(第3端面)
H0 高さ(間隔)
H1 高さ(幅)
Claims (4)
- 受光した光の波長を変換する蛍光体を含有し、前記光を導光する蛍光集光板と、
前記蛍光集光板が導光した前記光を受光する複数の太陽電池セルを有する太陽電池とを備え、
前記蛍光集光板は、
導光した前記光の一部を外部へ出射することにより発光する第1端面を含む、任意の形状に成形された表示部と、
前記表示部を支持する第2端面、および前記太陽電池が配置される第3端面を含むベース部と、を備え、
前記表示部が前記第2端面へ導光する前記光の光量分布と、前記ベース部が前記第2端面から前記第3端面へ導光する前記光の光量分布とが互いに補完し合って前記表示部から前記ベース部へ伝播して前記太陽電池セルに集光される前記光の前記太陽電池セル間での受光量が平均化されるように、前記表示部および前記ベース部の各形状が設定されており、
前記ベース部は、前記第3端面として下端面と側端面とを含み、該下端面と側端面とのなす角度が90°以上であることを特徴とする蛍光集光型太陽電池。 - 前記第1端面の表面積の総和は、前記第3端面の表面積の総和に比べて大きいことを特徴とする請求項1に記載の蛍光集光型太陽電池。
- 前記蛍光集光板の厚み方向から見た場合、
前記第2端面と前記第3端面とは略平行であり、
前記第2端面の垂線方向に対する前記表示部の幅をH1、前記第2端面と前記第3端面との間隔をH0と定義したとき、
1≦H1/H0≦4の関係式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の蛍光集光型太陽電池。 - 前記第1端面は、前記蛍光集光板の厚み方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に記載の蛍光集光型太陽電池。
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