JPWO2009075195A1 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、埃や塵の堆積を低減しつつ、太陽光を太陽電池に集光させることができる太陽電池モジュールを提供することである。本発明の太陽電池モジュールは、複数の両面受光型太陽電池を備えている。これらの太陽電池は、封止樹脂材料で形成された封止フィルムにより一括して被覆されている。封止フィルムの重力方向上面（表面）には表面側透明板が接合され、この表面側透明板の表面側には、太陽電池モジュールの表面側から入射された太陽光を屈折させて太陽電池に集光させるレンチキュラーレンズが配置されている。封止フィルムの重力方向下面（裏面）には裏面側透明板が接合され、この裏面側透明板の裏面側には、太陽電池モジュールの表面側から入射された太陽光を反射させて太陽電池に集光させる凹凸状の反射フィルムが設けられている。

Description

本発明は、太陽電池を有する太陽電池モジュールに関するものである。

従来の太陽電池モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されているように、フィルム状太陽電池上に、順に基材フィルム、レンチキュラーレンズ及び低反射フィルムを積層してなる太陽光線収束要素を設けたものが知られている。
特開平１０−１５０２１３号公報

上記従来技術の太陽電池モジュールにおいては、太陽光線収束要素の表面を凹凸形状としているため、太陽光が斜めに入射される朝夕でも、太陽光を太陽電池に集光させることができる。しかし、太陽電池モジュールの最上層に設けられた太陽光線収束要素の凹部に埃や塵が堆積され易くなるため、発電性能が低下してしまう。

本発明の目的は、埃や塵の堆積を低減しつつ、太陽光を太陽電池に集光させることができる太陽電池モジュールを提供することである。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池と、太陽電池の表面側及び裏面側に太陽電池を覆うように設けられた被覆部と、被覆部の裏面側に凹凸状に設けられ、太陽電池に太陽光を集光させる下側集光部とを備え、太陽電池は、少なくとも裏面で受光可能であり、間隔をもって複数配置されており、下側集光部は、太陽電池の中心部に対応する第１位置と各太陽電池間の間隙中心部に対応する第２位置とにおいて太陽電池側に対して凹状となるような凹凸形状を有していることを特徴とするものである。

このような太陽電池モジュールにおいては、表面側から入射された太陽光を下側集光部で反射させて太陽電池に集光させたり、裏面側から入射された太陽光を下側集光部で屈折させて太陽電池に集光させることができる。ここで、太陽光を反射または屈折させる下側集光部は凹凸状をなしているが、その下側集光部は被覆部の裏面側に設けられているので、下側集光部の凹部に埃や塵が溜まり込むことは殆ど無い。また、被覆部の表面側に凹凸状の上側集光部を設け、表面側から入射された太陽光を上側集光部で屈折させ、更に下側集光部で反射させて太陽電池に集光させることもできる。この場合には、凹凸状の下側集光部が存在しているので、例えば上側集光部の凹凸を少なくしたり、上側集光部の凹凸形状をほぼ平らに近い形状としても、太陽光を太陽電池に集光させることが可能となる。このため、凹凸状の集光部が被覆部の表面側のみに存在する場合に比べて、上側集光部の凹部に埃や塵が溜まり込みにくくなる。以上により、太陽電池モジュールの上面部への埃や塵の堆積を低減しつつ、太陽光を太陽電池に集光させることができる。

また、このような太陽電池モジュールにおいては、表面側から入射された太陽光を下側集光部で反射させて太陽電池の裏面に集光させることによって、太陽光を反射させる反射部材を別途用意すること無く、表面側からの太陽光を下側集光部により太陽電池に導くことができる。さらに、下側集光部は、太陽電池の中心部に対応する第１位置と各太陽電池間の間隙中心部に対応する第２位置とにおいて太陽電池側に対して凹状となるような凹凸形状を有しているため、表面側から入射された太陽光を下側集光部で反射させて太陽電池の裏面に効率良く集光させることができる。

下側集光部の凸状頂部は、第１位置と第２位置との中心部よりも第１位置側に偏心しているのが好ましい。

この場合には、太陽光が太陽電池モジュールに浅い角度で入射されたときに、太陽光が下側集光部の凸状頂部及びその近傍で反射されると、その太陽光が太陽電池の裏面に導かれやすくなる。これにより、広い角度範囲で入射される太陽光を下側集光部により更に効率良く太陽電池に集光させることができる。

また、好ましくは、被覆部の表面側に凹凸状に設けられ、太陽電池に太陽光を集光させる上側集光部を更に備え、太陽電池は、表面及び裏面で受光可能である。

太陽電池を表面及び裏面で受光可能な構成とすることにより、上方から入射された太陽光の一部は太陽電池の表面に集光され、太陽光の他の一部は下側集光部で反射されて太陽電池の裏面に集光されるようになる。これにより、太陽電池に対する集光効率を向上させることができる。また、被覆部の裏面側に凹凸状の下側集光部が設けられているので、上述したように上側集光部の凹凸形状を下側集光部の凹凸形状に比べて平らに近いものにすることができる。従って、上側集光部の凹部に埃や塵を溜まり込みにくくすることが可能となる。

上側集光部は、各太陽電池間の間隙中心部に対応する位置において太陽電池側に対して凹状となるような凹凸形状を有しているのが好ましい。

この場合には、例えば下側集光部を、太陽電池の中心部に対応する位置と各太陽電池間の間隙中心部に対応する位置とにおいて太陽電池側に対して凹状となるような凹凸形状とすることとの協働によって、上方から入射された太陽光を下側集光部で反射させて太陽電池の裏面に一層効率良く集光させることができる。

さらに、好ましくは、下側集光部は、基材上に形成され、太陽光を太陽電池側に反射させる金属層を有し、下側集光部と他の部分とは、互いに積層された状態において真空吸着下で熱プレスすることにより接合されている。

この場合には、太陽電池の封止と金属層を有する下側集光部の形成とを一つの工程で実施可能となるので、生産性を向上させ、太陽電池モジュールにかかる製造コストを削減することができる。

本発明によれば、埃や塵の堆積を低減しつつ、太陽光を太陽電池に集光させることができる。これにより、太陽電池モジュールへの埃や塵の堆積に起因した発電性能の低下を抑えることが可能となる。

本発明に係わる太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの平面図である。 反射フィルムの正反射面の光反射特性を評価する方法を示す図である。 図１に示した反射フィルムの積層構造を示す断面図である。 図１に示した太陽電池に太陽光が集光される様子を示す概念図である。 図１に示した太陽電池モジュールが住宅等の屋根に好適に設置される状態を示す図である。 図６に示した太陽電池に太陽光が集光される様子を示す概念図である。 図６に示した太陽電池モジュールの拡大図である。 図１に示した太陽電池モジュールの変形例を示す断面図である。 図９に示した太陽電池に太陽光が集光される様子を示す概念図である。 図１に示した太陽電池モジュールの他の変形例を示す断面図である。 実施例で用いられる太陽電池モジュールを示す概略図である。 図１２に示した太陽電池モジュールの各形状パラメータ及び実施例のシミュレーション結果を示す表である。

符号の説明

１…太陽電池モジュール、２…太陽電池、４…封止フィルム（被覆部）、５…表面側透明板（被覆部）、７…レンチキュラーレンズ（上側集光部）、８…裏面側透明板（被覆部）、９…反射フィルム（下側集光部）、１２…基材フィルム（基材）、１４…高反射率金属層。

以下、本発明に係わる太陽電池モジュールの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図であり、図２は、図１に示した太陽電池モジュールの平面図である。各図において、本実施形態の太陽電池モジュール１は、例えば自動車のルーフや住宅の屋根等に設置される。

太陽電池モジュール１は、複数の両面受光型太陽電池（セル）２を備えている。これらの太陽電池２は、所定の間隔をもってマトリクス状に配置されている。互いに隣接する太陽電池２同士は、２本のインターコネクタ（リードフレーム）３を介して接続されている。太陽電池２は、例えば安価で且つ資源が豊富な結晶性シリコンで形成されている。

複数の太陽電池２及び複数のインターコネクタ３は、封止樹脂材料で形成された封止フィルム４により一括して被覆されている。封止樹脂材料としては、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂等が用いられる。封止フィルム４の重力方向上面（表面）には、表面側透明板５が接合されている。表面側透明板５は、例えば白板強化ガラス等で形成されている。

表面側透明板５の重力方向上面側（表面側）には、低屈折率ハードコート層６を介してレンチキュラーレンズ７が配置されている。レンチキュラーレンズ７は、太陽電池モジュール１の表面側から入射された太陽光を屈折させて太陽電池２に集光させる上側集光部を構成している。表面側透明板５及び屈折率ハードコート層６の表面は、レンチキュラーレンズ７に対応した凹凸形状をなしている。

封止フィルム４の重力方向下面（裏面）には、裏面側透明板８が接合されている。裏面側透明板８は、表面側透明板５と同様に白板強化ガラス等で形成されている。裏面側透明板８の下面は、凹凸形状をなしている。

裏面側透明板８の重力方向下面側（裏面側）には、正反射面（鏡面）９ａを有する反射フィルム９が設けられている。反射フィルム９は、太陽電池モジュール１の表面側から入射された太陽光を反射させて太陽電池２に集光させる下側集光部を構成している。

反射フィルム９の正反射面９ａの光反射特性としては、例えば図３（ａ）に示すように、レーザー光源１０からのレーザー光を正反射面９ａに対して４５度の角度に入射させ、その時の反射光の輝度を輝度測定装置１１で測定したときに、図３（ｂ）に示すようなピーク輝度Ｌの１／２となる角度分布（半値幅）が６０度以下であるのが好ましく、３０度以下であるのが特に好ましい。

反射フィルム９の具体的構造を図４に示す。同図において、反射フィルム９は、例えば熱可塑性樹脂からなる基材フィルム１２と、この基材フィルム１２上に表面官能基化処理層（若しくはアンカーコート層）１３を介して積層され、太陽電池２に向けて太陽光を反射させる高反射率金属層１４とを有している。高反射率金属層１４は、上記の正反射面９ａを形成するものであり、好ましくは波長６００ｎｍにおける光線反射率が８０％以上の金属、例えば銀合金（銀−パラジウム合金、銀−金合金、銀−白金合金等）やアルミニウムで形成されている。

高反射率金属層１４上には、例えば屈折率が１．１〜１．９の透明セラミック蒸着層１５が積層され、この透明セラミック層１５上には、例えば屈折率が２．０〜３．０の透明セラミック蒸着層１６が積層されている。低屈折率の透明セラミック蒸着層１５を形成するセラミック材料としては、シリカ等が用いられ、高屈折率の透明セラミック蒸着層１６を形成するセラミック材料としては、チタニア等が用いられる。

透明セラミック蒸着層１６上には、例えば波長６００ｎｍにおける光線透過率が９２％以上の透明樹脂からなる透明樹脂コート層１７が積層されている。透明樹脂コート層１７は、上記の裏面側透明板８（図１参照）と接着される。

このような反射フィルム９では、正反射面９ａを形成する高反射率金属層１４が透明セラミック蒸着層１５，１６で強固に保護される。また、高反射率金属層１４上に低屈折率の透明セラミック蒸着層１５及び高屈折率の透明セラミック蒸着層１６を順に積層してなる構造は、薄膜光学に基づく光反射作用によって高反射率金属層１４の光反射率を高めることになる。このため、長期間（例えば２０年間程度）の屋外使用時にも、反射フィルム９の光反射特性を劣化させることは殆ど無い。

図１に戻り、以上のような太陽電池モジュール１において、反射フィルム９は、太陽電池２の幅方向中心部に対応する位置（変曲点Ｘ）と各太陽電池２の接続方向に沿って隣り合う太陽電池２間の間隙中心部に対応する位置（変曲点Ｚ）とにおいて重力方向上側（太陽電池２側、表面側）に対して凹状となると共に、変曲点Ｘ，Ｚ間の領域で重力方向下側に対して凸状となるような凹凸形状をなしている。つまり、反射フィルム９における裏面側透明板８の薄肉部位に対応する変曲点Ｘ，Ｚは、太陽電池２の幅方向中心線（以下、セル中心線）Ｃ１及び隣り合う太陽電池２間の間隙中心線（以下、セル間隙中心線）Ｃ２にそれぞれ略一致している。このとき、裏面側透明板８の変曲点Ｘ部分の厚みは、裏面側透明板８の変曲点Ｚ部分の厚みよりも大きくなっているのが望ましい。

レンチキュラーレンズ７は、各太陽電池２の接続方向に沿って隣り合う太陽電池２間の間隙中心部に対応する位置（変曲点Ｗ）において重力方向下側に対して凹状となると共に、隣り合う各変曲点Ｗ間の領域で重力方向上側に対して凸状となるような凹凸形状をなしている。つまり、レンチキュラーレンズ７における表面側透明板５の薄肉部位に対応する変曲点Ｗは、上記のセル間隙中心線Ｃ２に略一致している。

従って、レンチキュラーレンズ７の凹凸ピッチをＰ１、反射フィルム９の凹凸ピッチをＰ２とすると、両者の間には以下の関係が存在することになる。
Ｐ１＝Ｐ２×２

レンチキュラーレンズ７及び反射フィルム９を上記のように構成することにより、図５に示すように、太陽電池モジュール１に斜め方向から入射した太陽光がレンチキュラーレンズ７により略法線方向に変換（屈折）されて進行するようになる。このとき、太陽光の一部は、太陽電池２の上面に集光され、太陽光の他の一部は、反射フィルム９で反射されて太陽電池２の下面に集光される。このため、広い角度範囲の太陽光を直接的に又は１回の反射過程で太陽電池２に集光させることができる。

これにより、朝方や夕暮れ時など、太陽電池モジュール１に太陽光が浅い角度でしか入射されない状況でも、太陽光が多数の反射の繰り返しにより太陽電池２に集光することが無くなるため、太陽光の集光時のエネルギー減衰が低減される。また、太陽電池２に集光されないで無駄になる太陽光が低減されるため、太陽電池２の使用量を抑えることができる。

また、反射フィルム９は正反射性の反射面９ａを有しているため、太陽電池２の下面から放射される熱線（赤外線）が反射フィルム９で上方に反射されるようになる。このため、太陽電池２からの熱線が効率良く外部に逃げるようになるため、太陽電池２の温度上昇を抑えることができる。このため、熱による発電効率の低下により用いることが困難であった結晶性シリコンを太陽電池２として使用することが可能となる。従って、ガリウム砒素等の高価な半導体化合物を太陽電池２として用いる必要が無くなるため、コストや量産性の観点から有利となる。

また、太陽電池２が封止フィルム４で覆われており、モジュール内部に空気層が存在しないため、反射フィルム９の反射面９ａが劣化することが殆ど無い。このため、長期使用時の耐久性が向上し、しかも強風等に対する力学強度も高くなる。

以上のような太陽電池モジュール１を製造する場合には、反射フィルム９を形成する各部、裏面側透明板８、封止フィルム４、太陽電池２、封止フィルム４、表面側透明板５及びレンチキュラーレンズ７を順に積層する。そして、その状態で、例えば３０ｋＰａ以下の真空吸引下で同時に熱プレスすることにより、図１に示す太陽電池モジュール１が得られる。

このように太陽電池２の封止工程と反射フィルム９の形成工程とを一つの工程で同時に行うので、例えば大型のスパッタリング装置を用いた後工程によって反射フィルム９の形成を行う必要が無い。また、反射フィルム９を形成する高反射率金属層１４及び透明セラミック蒸着層１５，１６等のコーティング工程を、ロールトウロールプロセスで行うことができるので、蒸着工程の生産性を飛躍的に向上させ、製造コストを十分削減することが可能となる。

ところで、例えば太陽電池２を上面受光型とし、太陽電池モジュールの重力方向下面部に凹凸形状の反射フィルム９を設けない構造とした場合には、上方から入射された太陽光を太陽電池２の上面に十分に集光させるためには、レンチキュラーレンズ７の焦点距離を短くせざるを得ない。この場合には、レンチキュラーレンズ７の凹凸が大きくなり、レンチキュラーレンズ７の凹部が深くなるため、その凹部に埃や塵が溜まり込みやすくなる。その結果、太陽電池モジュールの発電効率が低下してしまう。

これに対し本実施形態では、両面受光型の太陽電池２を用い、太陽電池モジュール１の重力方向下面部に凹凸形状の反射フィルム９を設け、上方から入射された太陽光の一部をレンチキュラーレンズ７により反射フィルム９に向かわせ、その太陽光を反射フィルム９で反射させて太陽電池２の下面に集光させるようにしたので、レンチキュラーレンズ７の焦点距離を長くすることができる。従って、レンチキュラーレンズ７の凹凸を小さくし、レンチキュラーレンズ７の凹部を十分浅くすることができる。これにより、レンチキュラーレンズ７の凹部に埃や塵が溜まり込みにくくなるため、太陽電池モジュール１の清掃頻度を少なくすることができる。

また、レンチキュラーレンズ７の凹凸ピッチＰ１を反射フィルム９の凹凸ピッチＰ２の２倍とし、反射フィルム９における裏面側透明板８の薄肉部位に対応する変曲点Ｘ，Ｚを、セル中心線Ｃ１及びセル間隙中心線Ｃ２にそれぞれ略一致させ、レンチキュラーレンズ７における表面側透明板５の薄肉部位に対応する変曲点Ｗをセル間隙中心線Ｃ２に略一致させる構成としたので、モジュール内に入射された太陽光が太陽電池２に効率良く集光される。

さらに、上記のようにレンチキュラーレンズ７の焦点距離が長くなるため、レンチキュラーレンズ７の色収差や非点収差等が表れにくくなる。従って、より多くの太陽光が太陽電池２に集められるため、光学的集光効率を更に高めることができる。

このように太陽電池モジュール１の上面への埃や塵の付着・堆積を低減しつつ、太陽光を太陽電池２に効率良く集光させることができる。その結果、太陽電池モジュール１の発電効率を向上させることが可能となる。

また、レンチキュラーレンズ７の凹凸が小さくて済むようになるため、表面側透明板５の成型時における離型性（型離れ性）が高くなる。従って、成型不良が起こりにくくなるため、太陽電池モジュール１の生産性を向上させることができる。

上記の太陽電池モジュール１が住宅やビル等の屋根に設置される場合には、図６に示すように、レンチキュラーレンズ７の稜線７ａが東西方向に沿うように太陽電池モジュール１を配置するのが好ましい。これにより、図７に示すように、東西方向に変動の大きい太陽光に対して、日の出や日の入り時に太陽電池モジュール１に浅い角度で入射された太陽光が効率良く太陽電池２に捕捉されるため、一日を通じて集光効率の低下が抑制されるようになる。また、冬季から夏期に至る太陽角度の変化に追随して、季節による変動を少なくしつつ太陽光を太陽電池２に集光させることができる。

また、太陽電池モジュール１は、図８に示すように、所定間隔でレンチキュラーレンズ７及び表面側透明板５の一部が切り欠かれてなる溝状部１８を有しているのが好ましい。溝状部１８は、レンチキュラーレンズ７の稜線方向に垂直な方向に延在している。この場合には、レンチキュラーレンズ７の凹部に堆積した塵や埃が雨水によって溝状部１８を通って速やかに洗い流される。これにより、特に定期的な清掃を行わなくても、塵や埃による発電効率の低下を確実に防止することができる。

図９は、図１に示した太陽電池モジュール１の変形例を示す断面図である。以下の説明における図中、上述した実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

同図において、本変形例の太陽電池モジュール１では、レンチキュラーレンズ７及び反射フィルム９の凹凸形状が図１に示したものと異なっている。具体的には、反射フィルム９における裏面側透明板８の最厚肉部位に対応する凸状頂部（変曲点Ｙ）は、反射フィルム９の凸部中心線（上記のセル中心線Ｃ１とセル間隙中心線Ｃ２との中心を通る線）Ｃ３よりもセル中心線Ｃ１側に偏心している。

そのような構成とすることにより、図１０に示すように、朝方や夕暮れ時に、太陽電池モジュール１に浅い角度で入射されて、反射フィルム９の変曲点Ｙの近傍で反射された太陽光は、確実に太陽電池２の下面に向かうようになる。従って、その分だけレンチキュラーレンズ７の焦点距離を長くできるため、レンチキュラーレンズ７の凹凸を更に小さくし、レンチキュラーレンズ７の凹部をより浅くすることができる。これにより、太陽電池モジュール１の上面への埃や塵の付着・堆積を一層低減しつつ、太陽光を太陽電池２に効率良く集光させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、反射フィルム９における裏面側透明板８の薄肉部位に対応する変曲点Ｘ，Ｚは、セル中心線Ｃ１及びセル間隙中心線Ｃ２にそれぞれ略一致し、レンチキュラーレンズ７における表面側透明板５の薄肉部位に対応する変曲点Ｗは、セル間隙中心線Ｃ２に略一致しているが、変曲点Ｘはセル中心線Ｃ１から多少ずれていても良いし、変曲点Ｚ，Ｗはセル中心線Ｃ２から多少ずれていても良い。

また、上記実施形態では、太陽電池モジュール１の重力方向上面部にレンチキュラーレンズ７を設け、太陽電池モジュール１の重力方向下面部に凹凸状の反射フィルム９を設けたが、特にそのような構造には限定されない。例えば太陽電池２を下面受光型とすると共に、太陽電池モジュール１の重力方向下面部に反射フィルム９またはレンチキュラーレンズ７を設け、太陽電池モジュールの重力方向上面部には、太陽光を太陽電池２に集光させる集光部を設けないようにすることも可能である。

また、上記実施形態では、裏面側透明板８の下面及び反射フィルム９の凹凸形状が曲面により形成される場合について説明したが（図１参照）、この凹凸形状は、曲面以外の面により形成されていてもよく、例えば図１１に示す裏面側透明板８及び反射フィルム９のように平面により形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、太陽電池モジュール１は自動車のルーフや住宅の屋根等、重力のある場所に設置される場合について説明したが、本発明は、重力のない場合にも適用できることは言うまでもない。

以下、上記実施形態に相当する実施例について説明する。

［実施例１］
射出成型グレードのポリカーボネート樹脂（旭硝子製のレキサン）を用い、外形寸法１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、薄肉部位の最低厚み３ｍｍ、レンチキュラーの配列ピッチ（凹凸ピッチ）Ｐ１が３０ｍｍのレンチキュラーレンズ付き表面側透明板をインジェクションコンプレッション成型機（東芝機械製）によりインジェクション成型した。レンチキュラーレンズの焦点距離ｆは５０ｍｍとしている。レンチキュラーレンズの表面には、フッ素系コート膜（旭硝子製のサイトップ）をディッピング法によってコーティングしており、防汚性を高めると同時に反射防止性能を高めている。

また、同様にポリカーボネート樹脂の射出成型によって、外形寸法１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、薄肉部位の最低厚み７ｍｍ、凸面アレー部の配列ピッチ（凹凸ピッチ）Ｐ２が１５ｍｍの裏面側透明板を成型した。正反射面からなる凸面アレー部の断面形状としては、図１２に示すような各形状パラメータが図１３に示すような値となっている。

続いて、凸面アレー部にコロナ放電加工によって表面官能基化処理（易接着処理）を施し、スパッタリング法によって膜厚２００ｎｍの銀−パラジウム合金（パラジウム濃度５重量％）を堆積させ、正反射面（鏡面）を形成した。そして、銀−パラジウム合金スパッタリング膜上に膜厚５μｍのアクリレート系光重合樹脂をフローコーティングし、紫外線照射して銀−パラジウム合金保護膜を設けた。このとき、同一条件での平滑なポリカーボネート基板へのスパッタリング膜の正反射性は、半値幅７°であった。

次に、ｎ＋／ｐ／ｐ＋なる接合構造を有し、表面に反射防止加工とテクスチャー加工とが施された単結晶シリコン系両面受光型太陽電池（サイズ１０ｍｍ×１２５ｍｍ、厚み２００μｍ）を用意する。そして、図１及び図２に示すように、太陽電池（セル）間ピッチをレンチキュラーレンズの凹凸ピッチＰ１と同一の３０ｍｍとし、幅２ｍｍのリードフレームを用いて、リフローハンダによって直列接続のセルストリングスを作成した。

続いて、両面受光型太陽電池からなるセルストリングスを、図１に示すように、セル中心線Ｃ１がレンチキュラーレンズの焦点軸上となり、裏面側透明板の薄肉部位の変曲点Ｚがセル間隔中心線Ｃ２に一致し、レンチキュラーレンズの薄肉部位の変曲点Ｗがセル間隔中心線Ｃ２と一致するように、セルストリングスの位置決めを高精度に行った。

続いて、セルストリングスを２枚の厚み６００μｍなるエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂からなる封止フィルム（ＥＶＡフィルム、三井化学ファブロ製）で挟み込み、更にこれらを上記の表面側透明板及び裏面側透明板で挟み込み、裏面側透明板の下部（正反射面が形成された側）に、Ａ−ＰＥＴ／アルミニウム箔／Ａ−ＰＥＴからなるラミネート構造を有する太陽電池モジュール用バックシート（エヌケーパッケージング製）を設けた。そして、ダイヤフラム型真空ドライラミネーター（エヌピーシー製）によって１３５℃、１５分の熱プレス条件で真空ドライラミネートを行い、太陽電池モジュールを作成した。

そして、太陽電池モジュールに対して光を９０°及び４５°で入射させた場合のモジュール出力電力をそれぞれシミュレーションした。また、太陽電池モジュールを水平面に対して３０°で傾斜するように設置した場合におけるレンチキュラーレンズへの埃の溜まり具合をシミュレーションした。

そのシミュレーション結果は、図１３に示す通りである。セル中心線Ｃ１をレンチキュラーレンズの焦点軸上に一致させ、裏面側透明板の変曲点Ｚ及びレンチキュラーレンズの変曲点Ｗをセル間隔中心線Ｃ２に一致させることにより、太陽電池に対して効率の良い集光が行われ、所望のモジュール出力電力が確保された。また、比較的小さな凹凸を有するレンチキュラーレンズを用いることにより、レンチキュラーレンズの表面部への埃の堆積が少なかった。

［実施例２］
上記実施例１と同様の外形寸法及び凹凸ピッチを有するレンチキュラーレンズ付き表面側透明板をインジェクション成型した。レンチキュラーレンズの焦点距離ｆは１２０ｍｍとしている。レンチキュラーレンズの表面には、フッ素系コート膜（旭硝子製のサイトップ）をディッピング法によってコーティングしており、防汚性を高めると同時に反射防止性能を高めている。

裏面側透明板については、上記実施例１と同様の外形寸法を有する透明板をインジェクション成型によって成型し、凹凸ピッチＰ２は上記実施例１と同様とした。また、裏面側透明板の断面形状は、図９に示すように、厚肉部位の変曲点Ｙがセル中心線Ｃ１側に偏った形状とした。また、裏面側透明板に設ける銀合金スパッタリング膜の正反射性は、上記実施例１と同様に半値幅７°とした。

セルストリングスについては、上記実施例１と同様とし、裏面側透明板の薄肉部位の変曲点Ｚがセル間隔中心線Ｃ２に一致し、レンチキュラーレンズの薄肉部位の変曲点Ｗがセル間隔中心線Ｃ２と一致するように、セルストリングスの位置決めを高精度に行った。

そして、上記実施例１と同様のシミュレーションを行ったところ、裏面側透明板の変曲点Ｙの偏心の効果によって十分効率の良い集光が行われ、モジュール出力電力が更に高くなった。また、焦点距離が十分長いレンチキュラーレンズを用いることにより、レンチキュラーレンズの表面部への埃の堆積が一層抑制された。

［実施例３］
上記実施例２の表面側透明板について、図８に示すように、レンチキュラーレンズの稜線に沿って３０ｍｍピッチで幅２ｍｍの溝状部を設けた。その他については、上記実施例２と同様である。

そして、上記と同様のシミュレーションを行ったところ、溝状部を設けることで、雨水によって埃が洗い流されやすくなるため、レンチキュラーレンズの表面部への埃の堆積は極めて少なかった。

［実施例４］
上記実施例１において、裏面側透明板に銀合金スパッタリング膜を成膜する代わりに、図４に示すように、正反射層を有する反射フィルムを形成した。反射フィルムの基材としては、Ｔダイ押し出し成型によって成型した厚み１７５μｍのＡ−ＰＥＴフィルムを用い、このフィルム上にコロナ放電処理を施して表面官能基化処理を行い、更にその片面にロールコーターによってアクリル系光重合モノマーを１０μｍコーティングし、紫外線照射を行って光重合モノマーを硬化させた。

そして、当該フィルムを十分に熱乾燥させてアウトガスを除去した後、当該フィルムをロールトウロール型の真空蒸着装置に投入し、光重合モノマーをコーティングした面に銀９７％、パラジウム３％なる銀／パラジウム合金を膜厚５５０ｎｍで蒸着して銀合金蒸着層を形成した。そして、ロールトウロール型のマグネトロンスパッタリング装置によって、シリカを酸素雰囲気下で３００ｎｍスパッタリングし、更にその上にチタンを酸素雰囲気下で２００ｎｍスパッタリングし、酸化チタンの光学薄膜を形成した。

続いて、ロールコーターによって酸化チタン蒸着面上にアクリル系光重合モノマーを１０μｍコーティングし、紫外線照射を行って光重合モノマーを硬化させた。最後に、熱ロールにより厚み２０μｍのシンジオタクティックポリプロピレン系ヒートシーラントを溶着させ、反射フィルムを得た。

このようにして得られた反射フィルム上に裏面側透明板、ＥＶＡフィルム、セルストリングス、ＥＶＡフィルム、表面側透明板の順序でレイアップした後、ダイヤフラム型真空ドライラミネーター（エヌピーシー製）によって上記と同様の熱プレス条件で真空ドライラミネートを行い、太陽電池モジュールを作成した。

そして、上記と同様のシミュレーションを行ったところ、ロールトウロールプロセスにより高反射率の正反射面を効率良く形成できるため、発電性能が向上するだけでなく、品質も安定し、生産性を高めることができた。

［実施例５，６］
上記実施例１と同様の外形寸法を有する表面側透明板及び裏面側透明板について、セル間隔中心線Ｃ２に対するレンチキュラーレンズの薄肉部位の変曲点Ｗの位置シフト量Ｌ１、セル間隔中心線Ｃ２に対する裏面側透明板の薄肉部位の変曲点Ｚの位置シフト量Ｌ２を変えて（図１２（ｂ）参照）なる太陽電池モジュールを作成した。

そして、上記と同様のシミュレーションを行ったところ、モジュール出力電力については、いずれの場合にも、上記実施例１に比べて低下したものの、最低限のレベルは確保することができた。また、レンチキュラーレンズへの埃の溜まり具合については、いずれの場合にも、上記実施例１と同程度であった。

［実施例７］
上記実施例２と同様の外形寸法を有する表面側透明板及び裏面側透明板について、裏面側透明板の厚肉部位の変曲点Ｙの位置をセル中心線Ｃ１から離れる側に偏心させてなる太陽電池モジュールを作成した。

そして、上記と同様のシミュレーションを行ったところ、モジュール出力電力については、上記実施例１に比べて低下したものの、最低限のレベルは確保することができた。また、レンチキュラーレンズへの埃の溜まり具合については、上記実施例１と同程度であった。

［実施例８］
上記実施例２と同様の外形寸法を有する表面側透明板及び裏面側透明板について、レンチキュラーレンズの凹凸ピッチＰ１と裏面側透明板の凹凸ピッチＰ２との関係がＰ１≠２×Ｐ２となるような太陽電池モジュールを作成した。

そして、上記と同様のシミュレーションを行ったところ、モジュール出力電力については、上記実施例１に比べて低下したものの、最低限のレベルは確保することができた。また、レンチキュラーレンズへの埃の溜まり具合については、上記実施例１と同程度であった。

本発明によれば、埃や塵の堆積を低減しつつ、太陽光を太陽電池に集光させることができる。これにより、太陽電池モジュールへの埃や塵の堆積に起因した発電性能の低下を抑えることが可能となる。

Claims (5)

1. 太陽電池と、
   前記太陽電池の表面側及び裏面側に前記太陽電池を覆うように設けられた被覆部と、
   前記被覆部の裏面側に凹凸状に設けられ、前記太陽電池に太陽光を集光させる下側集光部とを備え、
   前記太陽電池は、少なくとも裏面で受光可能であり、間隔をもって複数配置されており、
   前記下側集光部は、前記太陽電池の中心部に対応する第１位置と前記各太陽電池間の間隙中心部に対応する第２位置とにおいて前記太陽電池側に対して凹状となるような凹凸形状を有していることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記下側集光部の凸状頂部は、前記第１位置と前記第２位置との中心部よりも前記第１位置側に偏心していることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記被覆部の表面側に凹凸状に設けられ、前記太陽電池に前記太陽光を集光させる上側集光部を更に備え、
   前記太陽電池は、表面及び裏面で受光可能であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
4. 前記上側集光部は、前記各太陽電池間の間隙中心部に対応する位置において前記太陽電池側に対して凹状となるような凹凸形状を有していることを特徴とする請求項３記載の太陽電池モジュール。
5. 前記下側集光部は、基材上に形成され、前記太陽光を前記太陽電池側に反射させる金属層を有し、
   前記下側集光部と他の部分とは、互いに積層された状態において真空吸着下で熱プレスすることにより接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の太陽電池モジュール。

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