JP7412929B2 - 太陽電池群及び壁面構造 - Google Patents
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Description
バックコンタクト型の太陽電池セルは、裏面に電極が集約されるため、太陽電池の受光面を大きくでき、より多くの光を取り込むことが可能となっている。
また、バックコンタクト型の太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールは、各太陽電池間を接続する配線部材も裏面側に設けられるため、室内等では、視認者に見た目が均一な心証を与えることができる。
上記の課題は、単純に色要素が近い太陽電池セルのみを並べて使用することで色のバランスが良くなり、解決すると思われる。しかしながら、単純に色要素が近い太陽電池セルのみを使用すると、性能に異常がないにも関わらず、使用できない太陽電池セルが発生し、歩留まりが低下してしまう問題が生じる。そのため、歩留まりを維持するためには、できる限り多くの太陽電池セルを使用して太陽電池モジュールを製造することが好ましい。
そこで、本発明者は、この人間の目の錯覚を利用して、より多くの太陽電池セルを使用することを考えた。
(1)各太陽電池の明度L*の最大値と最小値の差が3.0以上であって、かつ隣接する太陽電池の明度L*の差が1.5以下である。
(2)各太陽電池の色度b*の最大値と最小値の差が5.0以上であり、かつ隣接する太陽電池の色度b*の差が2.5以下である。
本様相によれば、太陽電池全体の色要素にばらつきがあっても、隣接する太陽電池の明度L*、色度b*の少なくともいずれかの色要素の差が小さいため、全体としてまとまりのある均質性のあり、色要素の統一性が取れた太陽電池群となる。
(3)前記(1)の条件を満たし、かつ前記一の太陽電池と前記3つの太陽電池との明度L*の差が1.8以下である。
(4)前記(2)の条件を満たし、かつ前記一の太陽電池と前記3つの太陽電池との色度b*の差が2.0以下である。
(5)各太陽電池モジュールの明度L*の最大値と最小値の差が2.0以上であって、かつ隣接する太陽電池モジュールの明度L*の差が1.0以下である。
(6)各太陽電池モジュールの色度b*の最大値と最小値の差が4.0以上であり、かつ隣接する太陽電池モジュールの色度b*の差が1.5以下である。
本様相によれば、太陽電池モジュール全体の色要素にばらつきがあっても、隣接する太陽電池モジュールの明度L*、色度b*の少なくともいずれかの色要素の差が小さいため、全体としてまとまりのある均質性のあり、色要素の統一性が取れた壁面構造となる。
モジュール製造装置1は、図1のように、製造部2と、制御部3と、測定部5を備えている。
モジュール製造装置1は、制御部3に機械学習プログラムで動作するディープラーニング部20が設けられ、ディープラーニング部20によりあらかじめ機械学習された結果に基づいて太陽電池セル201の配置モデルが生成されるものである。そして、モジュール製造装置1は、生成された配置モデルに従って太陽電池セル201を配置して製造することを特徴の一つとする。
収容部11は、測定部5で測定された太陽電池セル201を一時的に収容する収容部材である。収容部11は、太陽電池セル201を収容可能な部屋が複数設けられている。
配置操作部12は、制御部3のディープラーニング部20で形成された配置モデルに基づいて収容部11から所定の太陽電池セル201を取り出して配置する部位である。なお、セル形成部10で形成された太陽電池セル201を直接配置してもよい。
配線接続部15は、配置操作部12で所定の配置に並べられた太陽電池セル201,201間に配線部材202を接続する部位である。
制御部3は、製造部2や測定部5と異なる建屋に設けられていてもよい。この場合、制御部3は、製造部2や測定部5とイントラネット等のネットワークを介して通信可能に相互接続されていることが好ましい。また、制御部3は、製造部2や測定部5とインターネット等を介して接続されていてもよい。こうすることで、建屋の異なる複数拠点で製造部2及び測定部5を一括管理することもできる。
ディープラーニング部20は、各太陽電池セル201の色要素及び配置と、人が太陽電池モジュール200の色のバランスを判定した結果を教師データとして自ら機械学習をする機能をもち、機械学習の結果に基づいて、測定結果取得部22で取得した各太陽電池セル201の色要素から人が色のバランスが良好と判定すると予想される太陽電池セル201の配置モデルを作成可能となっている。
ディープラーニング部20は、後述するニューラルネットワーク等のアルゴリズムに則して教師あり学習を行うことが可能となっている。
ここで、「教師あり学習」とは、教師データ、すなわち、ある入力と結果のデータの組を大量にディープラーニング部20に与えることで、それらのデータセットにある特徴を学習し、入力から結果を推定するモデル(誤差モデル)、すなわち、入力と結果の関係性を帰納的に獲得するものである。
本実施形態のディープラーニング部20の詳細については、後述する。
発電特性測定部30は、太陽電池セル201の発電特性を測定する部位である。
色要素測定部31は、太陽電池セル201の色要素を測定する部位である。
太陽電池モジュール200は、板状であって、上記した配置モデルに基づいて太陽電池セル201が平面的に配置されたものであり、太陽電池セル201よりも裏面側にのみ配線部材202が設けられたものである。
図4に示される太陽電池モジュール200の縦方向及び横方向に隣接する太陽電池セル201,201間の最短距離Lは、それぞれ5mm以下であることが好ましい。
この範囲であれば、密に太陽電池セル201を敷き詰めることができ、設置面積当たりの発電効率を向上できる。
モジュール側識別部223は、太陽電池モジュール200ごとに固有のIDを割り当てる部位であり、具体的に一次元コード又は二次元コードである。すなわち、専用の読取装置によってモジュール側識別部223を識別することで少なくとも太陽電池モジュール200に割り当てられたIDを検出可能となっている。
具体的には、太陽電池セル201は、第1導電型半導体基板210の受光面220側に反射防止膜211(反射防止材)を備えている。一方、太陽電池セル201は、第1導電型半導体基板210の裏面221(受光面220とは反対側の主面)側に第1導電型半導体層212及び第1導電型側電極層213がこの順に積層されている。さらに太陽電池セル201は、第1導電型半導体基板210の裏面221側であって第1導電型半導体層212及び第1導電型側電極層213とは別の部位に第2導電型半導体層215及び第2導電型側電極層216が積層されている。そして、太陽電池セル201の色要素は、受光面220側に設けられた反射防止膜211で実質的に決定されている。
第1導電型半導体層212は、第1導電型半導体基板210と同一の導電型であって第2導電型半導体層215と逆の導電型となっている。すなわち、太陽電池セル201は、第1導電型半導体層212及び第1導電型半導体基板210がn型の場合、第2導電型半導体層215がp型となり、第1導電型半導体層212及び第1導電型半導体基板210がp型の場合、第2導電型半導体層215がn型となる。
セル側識別部217は、固有のIDを割り当てる部位であり、具体的に一次元コード又は二次元コードである。すなわち、専用の読取装置によってセル側識別部217を識別することで少なくとも太陽電池セル201に割り当てられたIDを検出可能となっている。
第2封止基材206は、太陽電池セル201を封止する封止部材であって、絶縁性を有する絶縁基板又は絶縁シートであり、例えば、ガラス製や樹脂製のものが使用できる。
具体的には、図5から読み取れるように、第1導電型半導体基板210の片面の一部に第1導電型半導体層212及び第1導電型側電極層213をこの順に積層し、同一面の他の部分に第2導電型半導体層215及び第2導電型側電極層216をこの順に積層する。そして、第1導電型半導体基板210の反対の面に反射防止膜211を製膜する。
本実施形態では、発電特性測定部30によってI-V特性や抵抗などを測定し、色要素測定部31によって各太陽電池セル201の明度を測定する。
このとき、収容部11への収容形態は特に限定されない。製造順に収容部11に入れても良いし、色要素ごとに分別し、色要素ごとに異なる収容部11に入れてもよい。
本実施形態では、ディープラーニング部20によって過去の太陽電池モジュール200で測定した各太陽電池セル201の色要素及び各太陽電池セル201の配置と、人が当該過去の太陽電池モジュール200の色のバランスの良否を判定した結果に基づいて、各太陽電池セル201の測定部5での測定結果から、形成する太陽電池モジュール200の色のバランスが良好であると人が判定するように各太陽電池セル201の配置モデルを生成し、太陽電池セル201の配置姿勢を踏まえて配置を決定する。
このとき、配線部材202は、図3から読み取れるように、隣接する太陽電池セル201の裏面221側で第1導電型側電極層213と第2導電型側電極層216を接続させる。すなわち、配線部材202は、太陽電池セル201の受光面220側では配線部材202が接続されない状態となっている。
すなわち、ニューロンは、図6(a)のように、m個の入力xi(iは正の整数)に対する出力yを出力するものであり、各xiには、この入力xiに対応する重みwiが掛けられ、下記式(1)により表現される出力yを出力する。なお、入力xi、出力y、及び重みwiは全てベクトルである。
本実施形態のニューラルネットワークは、入力層300からS個の入力X(X1~XS:Sは、正の整数)が入力され、中間層301を経て、出力層302からT個の結果Y(Y1~YT:Tは、正の整数)が出力される。
特徴ベクトルZ1は、中間層301の第2中間層D2の各ニューロンN2に対して、対応する重みW2がかけられて入力される。
第2中間層D2のニューロンN2は、それぞれ特徴ベクトルZ2を出力し、特徴ベクトルZ2は、中間層301の第3中間層D3の各ニューロンN3に対して、対応する重みW3がかけられて入力される。
中間層301の各中間層で上記の処理が繰り返されていき、末端の第P中間層DpのニューロンNpは、それぞれ特徴ベクトルZpを出力し、特徴ベクトルZpは、出力層302に出力される。その結果、ニューラルネットワークは、結果Y(Y1~YT)を出力する。
重みW1~Wpは、誤差逆伝搬法により学習可能なものである。誤差逆伝搬法は、各ニューロンについて、入力xが入力されたときの出力yと真の出力y(教師)との差分を小さくするように、それぞれの重みWを調整(学習)する手法である。
本実施形態では、図7のように、1000個の母集団太陽電池セル201aの各太陽電池セル201の明度の分布を算出する。
このとき、本実施形態では、人は、明度を判断基準とし、明度のバランスから色のバランスの良否を判定する。
したがって前述のように屋外での直射日光のように照度の大きい条件で特に顕著となる物体の見え方を数値化する目的では使用できない。
光源としてソーラシミュレータを用意し、放射強度1000W/m2のAM1.5の光を対象物に垂直照射する。測定装置としてカメラを用意し、対象物に向け正反射光が入らない条件でできるだけ正対する位置に設置する。
ニコン製デジタルカメラD5500に標準レンズNIKKOR 18-55mm 1:3.5-5.6 GIレンズを装着した状態で絞り8、フィルム感度ISO400、シャッタスピード1/100秒、ホワイトバランス「晴天」、ピクチャーコントロール「スタンダード」、色空間sRGB、アクティブD-ライティングOFF、ハイダイナミックレンジOFFとする。
(1)各太陽電池セル201の明度L*の最大値と最小値の差が3.0以上であって、かつ隣接する太陽電池セル201,201の明度L*の差が1.5以下である。
(2)各太陽電池セル201の色度b*の最大値と最小値の差が5.0以上であり、かつ隣接する太陽電池セル201,201の色度b*の差が2.5以下である。
太陽電池モジュール200は、一の太陽電池セル201を囲むように少なくとも3つの太陽電池セル201と隣接して配されており、一の太陽電池セル201と3つの太陽電池セル201の関係は、CIE1976(L*,a*,b*)表色系において、以下の(3)又は(4)の条件を満たすことが好ましい。
(3)(1)の条件を満たし、かつ一の太陽電池セル201と3つの太陽電池セル201との明度L*の差が1.8以下である。
(4)(2)の条件を満たし、かつ一の太陽電池セル201と3つの太陽電池セル201との色度b*の差が2.0以下である。
なお、明度L*及び色度b*の値は、一つの測定点での値であってもよいし、複数の測定点で測定した平均値であってもよい。
本実施形態のモジュール製造装置1によれば、人の主観による色のバランスの判断をディープラーニング部20で行い、ディープラーニング部20が、上記した太陽電池セル201間のわずかな色要素の乱れを踏まえて、人が太陽電池モジュール200の色のバランスが良好と判定すると予測される配置モデルを生成する。そのため、人の目の錯覚を踏まえた均質感のある太陽電池セル201の配置を設定でき、より多くの太陽電池セル201を太陽電池モジュール200の製造に使用できる。それ故に、単純に色分布が近い物を並べた場合に比べて歩留まりを向上できる。
また、本実施形態のモジュール製造装置1によれば、モジュール製造装置1内で人の感性に近い色のバランスの判定ができるため、太陽電池セル201の配置の自動化も可能である。
本実施形態の太陽電池モジュール200によれば、太陽電池セル201全体の色要素にばらつきがあっても、隣接する太陽電池セル201,201の明度L*、色度b*の少なくともいずれかの色要素の差が小さいため、全体としてまとまりのある均質性のあり、色要素の統一性が取れた太陽電池モジュールとなる。
壁面製造装置400も第1実施形態でのモジュール製造装置1と同様、ディープラーニング部20を備えており、ディープラーニング部20によりあらかじめ機械学習された結果に基づいて太陽電池モジュール200の配置モデルが生成されるものである。そして、モジュール製造装置1は、生成された配置モデルに従って太陽電池モジュール200を配置して製造することを特徴の一つとする。
すなわち、第1実施形態でのモジュール製造装置1は、ディープラーニング部20で各太陽電池セル201の配置モデルを形成し、太陽電池モジュール200の色のバランスを調整したのに対して、第2実施形態での壁面製造装置400は、ディープラーニング部20で各太陽電池モジュール200の配置を調整して壁面構造500の色のバランスを調整する。
製造部402は、主要構成要素として、モジュール製造装置1と、配置操作部412を備えている。
本実施形態のディープラーニング部20は、各太陽電池モジュール200の色要素及び配置と、人が壁面構造500の色のバランスを判定した結果を教師データとして自ら機械学習をする機能をもち、機械学習の結果に基づいて、測定結果取得部422で取得した各太陽電池モジュール200の色要素から人が色のバランスが良好と判定すると予想される太陽電池モジュール200の配置モデルを作成可能となっている。
ディープラーニング部20での機械学習の手順については、第1実施形態の太陽電池セル201が第2実施形態の太陽電池モジュール200となり、第1実施形態の太陽電池モジュール200が第2実施形態の壁面構造500になったこと以外は同様であるため、説明は省略する。
この範囲であれば、密に太陽電池モジュール200を敷き詰めることができ、設置面積当たりの発電効率を向上できる。
このとき、受光面220側の封止基材205の外側面に第2反射防止膜501を形成する。
具体的には、第1実施形態と同様、ディープラーニング部20によって過去の壁面構造500で測定した各太陽電池モジュール200の色要素及び各太陽電池モジュール200の配置と、人が当該過去の壁面構造500の色のバランスの良否を判定した結果に基づいて、各太陽電池モジュール200の測定部5での測定結果から、形成する壁面構造500の色のバランスが良好であると人が判定するように各太陽電池モジュール200の配置モデルを生成し、配置を決定する。
本実施形態の壁面製造装置400によれば、人の主観による色のバランスの判断をディープラーニング部20で行い、ディープラーニング部20が、上記した太陽電池モジュール200間のわずかな色要素の乱れを踏まえて、人が壁面構造500の色のバランスが良好と判定すると予測される配置モデルを生成する。そのため、人の目の錯覚を踏まえた均質感のある太陽電池モジュール200の配置を設定でき、より多くの太陽電池モジュール200を壁面構造500の製造に使用できる。それ故に、単純に色分布が近い物を並べた場合に比べて歩留まりを向上できる。
また、本実施形態の壁面製造装置400によれば、壁面製造装置400内で人の感性に近い色のバランスの判定ができるため、太陽電池モジュール200の配置の自動化も可能である。
本実施形態の壁面構造500によれば、太陽電池モジュール200全体の色要素にばらつきがあっても、隣接する太陽電池モジュール200,200の明度L*、色度b*の少なくともいずれかの色要素の差が小さいため、全体としてまとまりのある均質性のあり、色要素の統一性が取れた壁面構造となる。
すなわち、製造装置600の制御部603は、図13のように、主要構成要素として、ディープラーニング部20(機械学習部)と、記憶部21と、測定結果取得部22と、入出力部23に加えて、第2ディープラーニング部605(第2機械学習部)を備えており、太陽電池セル201の配置モデルを第2ディープラーニング部605が生成する。
第2ディープラーニング部605は、太陽電池モジュール200における各太陽電池セル201の配置を入れ替えて、入れ替えたときの各太陽電池セル201の色要素の情報をディープラーニング部20に与えて太陽電池モジュール200の色のバランスを判定させ、複数の太陽電池セル201の配置とディープラーニング部20が判定した判定結果との相関関係を教師データとして機械学習するものである。
第2ディープラーニング部605は、ディープラーニング部20が太陽電池モジュール200の色のバランスがより良好と判定すると予測される太陽電池セル201の配置モデルを生成可能となっている。
第2ディープラーニング部605の入力層300に、各太陽電池セル201の配置と各太陽電池セル201の色要素を入力し、出力層302から色のバランスの良否の判定結果を取得する。また、ディープラーニング部20でこの太陽電池モジュール200について良否判定をする。
そして、第2ディープラーニング部605の出力層302から取得した良否判定結果と、ディープラーニング部20が判定した良否判定結果を比較し、良否判定結果の差が一致するように重みを調整し、太陽電池セル201の配置を入れ替えていき、機械学習する。
本実施形態の製造装置600によれば、人の主観に近いディープラーニング部20による色のバランスの判定を元に第2ディープラーニング部605で機械学習し、人が太陽電池モジュール200の色のバランスが良好と判定すると予測される配置モデルを第2ディープラーニング部605が生成する。そのため、人の目の錯覚を踏まえた配置を設定でき、より多くの太陽電池セル201を太陽電池モジュール200の製造に使用できる。それ故に、単純に色分布が近い物を並べた場合に比べて歩留まりを向上できる。
本実施形態の製造装置600によれば、ディープラーニング部20が第2ディープラーニング部605に教師データを与えるので、人が判定しなくても、第2ディープラーニング部605に教師データを与えることができる。
同様に、第2実施形態では、人が壁面構造500の色のバランスを判定する際に、明度を基準として色のバランスを判定していたが、本発明はこれに限定されるものではない。人が壁面構造500の色のバランスを判定する際に、色度を基準として色のバランスを判定してもよい。また、太陽電池モジュール200間で形成される図柄や模様等を基準に色のバランスを判定してもよい。
201 太陽電池セル
202 配線部材
205 第1封止基材
206 第2封止基材
207,208 封止材
211 反射防止膜
217 セル側識別部
220 受光面
221 裏面
223 モジュール側識別部
500 壁面構造(太陽電池群)
501 第2反射防止膜
502 コネクター部材
Claims (8)
- 総数が20個以上の太陽電池が平面的に配置された太陽電池群であって、
前記太陽電池は、受光面を有し、前記受光面の一部又は全部に反射防止膜が形成されており、
前記太陽電池の中には、前記反射防止膜の厚み又は前記反射防止膜の屈折率が相違することで、色要素にばらつきが生じるものがあり、
直射日光の照射下における前記太陽電池を写真撮影した画像から計算したCIE1976(L*,a*,b*)表色系において、以下の(1)又は(2)の条件を満たす、太陽電池群。
(1)前記太陽電池群における各太陽電池の明度L*の最大値と最小値の差が3.0以上であって、かつ隣接する太陽電池の明度L*の差が1.5度以下である。
(2)前記太陽電池群における各太陽電池の色度b*の最大値と最小値の差が5.0以上であり、かつ隣接する太陽電池の色度b*の差が2.5以下である。 - 一の太陽電池は、少なくとも3つの太陽電池と隣接して配されており、
直射日光の照射下における前記太陽電池を写真撮影した画像から計算したCIE1976(L*,a*,b*)表色系において、以下の(3)又は(4)の条件を満たす、請求項1に記載の太陽電池群。
(3)前記(1)の条件を満たし、かつ前記一の太陽電池と前記3つの太陽電池との明度L*の差が1.8以下である。
(4)前記(2)の条件を満たし、かつ前記一の太陽電池と前記3つの太陽電池との色度b*の差が2.0以下である。 - 前記太陽電池の明度L*及び色度b*は、それぞれ前記太陽電池において複数の測定点で測定した平均値である、請求項1又は2に記載の太陽電池群。
- 前記太陽電池は、碁盤状に並べられており、
隣接する太陽電池の最短距離は、5mm以下である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の太陽電池群。 - 前記隣接する太陽電池は、一部が重なっている、請求項4に記載の太陽電池群。
- 前記太陽電池が配線部材によって電気的に接続された太陽電池モジュールであり、
各太陽電池は、前記受光面とは反対側の面が前記配線部材で接続されている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の太陽電池群。 - 前記太陽電池は、2つの封止部材に挟まれた複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールである、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の太陽電池群。
- 総数が20個以上の太陽電池モジュールが平面的に配置された壁面構造であって、
前記太陽電池モジュールは、受光面を有し、2つの封止部材の間に太陽電池セルが挟まれたものであり、
前記太陽電池モジュールは、前記受光面側の前記封止部材と前記太陽電池セルの間に反射防止材が介在しており、
前記受光面側の前記封止部材は、透光性を有しており、
前記太陽電池モジュールの中には、前記反射防止材の厚み又は前記反射防止材の屈折率が相違することで、色要素にばらつきが生じるものがあり、
直射日光の照射下における前記太陽電池モジュールを写真撮影した画像から計算したCIE1976(L*,a*,b*)表色系において、以下の(5)又は(6)の条件を満たす、壁面構造。
(5)前記壁面構造における各太陽電池モジュールの明度L*の最大値と最小値の差が2.0以上であって、かつ隣接する太陽電池モジュールの明度L*の差が1.0度以下である。
(6)前記壁面構造における各太陽電池モジュールの色度b*の最大値と最小値の差が4.0以上であり、かつ隣接する太陽電池モジュールの色度b*の差が1.5以下である。
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