WO2011055446A1 - 太陽電池モジュール - Google Patents

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菅　義訓
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    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell module having a solar cell element.
  • a conventional solar cell module for example, as described in Patent Document 1, a plurality of solar cell elements are provided between a cover glass (front plate) and a V sheet having a plurality of V-groove light reflecting surfaces. An array is known.
  • An object of the present invention is to provide a solar cell module that can suppress light leakage from the front plate and improve light confinement.
  • the inventors of the present invention appropriately set the incident sunlight in the solar cell module by setting the inclination angle of the light reflection surface of the back plate to an appropriate range. And the fact that sunlight can be efficiently concentrated on the solar cell element has been found, and the present invention has been completed.
  • the present invention provides a plurality of solar cell elements, a front plate disposed on the front side of the solar cell element, and disposed on the back side of the solar cell element, and sunlight incident from the front plate is directed to the front plate side.
  • the solar cell module provided with a back plate having a light reflecting surface to be reflected toward, the light reflecting surface is inclined with respect to the arrangement direction of the solar cell elements so as to be concave, and the refractive index of the front plate is set.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflection surface at the concave pole side portion of the light reflection surface is larger than 0.5 ⁇ sin ⁇ 1 (1 / n) rad.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface is 0.5 ⁇ sin ⁇ 1 (1 / n) rad at a position corresponding to the vicinity of the side edge of each solar cell element.
  • the light reflecting surface is inclined with respect to the arrangement direction of the solar cell elements so as to be concave in the gap region of each solar cell element, and the solar cell element side in the gap region of each solar cell element Of the light reflecting surface is smaller than 0.5 ⁇ sin ⁇ 1 (1 / n) rad.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflection surface on the solar cell element side in the gap region of each solar cell element is smaller than the inclination angle ⁇ of the light reflection surface in the concave pole side portion of the light reflection surface.
  • Sunlight incident from the direction is easily confined in the solar cell module. Thereby, the confinement property of sunlight in the solar cell module can be further improved.
  • the condensing magnification with respect to the arrangement direction of the solar cell elements is a
  • the distance from the solar cell element to the surface of the front plate is t
  • the concave shape of the light reflecting surface The inclination angle ⁇ of the light reflecting surface at the pole side portion is It is.
  • the sunlight totally reflected on the surface of the front plate is uniformly incident on the front surface of the solar cell element, the local heat generation phenomenon (hot spot phenomenon) of the solar cell element is prevented. be able to. Further, it is possible to prevent the back plate from being thickened and to prevent the solar cell module from being thickened accordingly.
  • the present invention light leakage from the front plate can be suppressed and light confinement can be improved. Thereby, even if the width of the solar cell element is reduced, it is possible to efficiently collect sunlight in the solar cell element and improve the power generation efficiency. In addition, when the solar cell module is installed on the roof of a house or the roof of an automobile, glare is less likely to occur, so that the appearance can be improved.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for deriving a preferable inclination angle range of the light reflecting surface shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for deriving a preferable inclination angle range of the light reflecting surface shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for deriving a preferable inclination angle range of the light reflecting surface shown in FIG. 1.
  • It is a table
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a solar cell module according to the present invention.
  • a solar cell module 1 of the present embodiment includes a plurality of solar cell elements 2, a sealing resin portion 3 made of a sealing resin for fixing each solar cell element 2, and the sealing resin portion 3.
  • the solar cell element 2 has an n / p / p + junction structure in which an n layer and a p layer are formed on a p-type silicon wafer by phosphorus diffusion and boron diffusion, for example.
  • the solar cell element 2 is preferably a double-sided light receiving type capable of generating power on both sides. At this time, it is preferable that the bifaciality (power generation performance ratio of both surfaces) of the solar cell element 2 is 0.5 or more.
  • the solar cell elements 2 are arranged at a substantially equal pitch P.
  • the sealing resin forming the sealing resin portion 3 for example, ethylene vinyl acetate copolymer resin (EVA resin), polyvinyl butyral resin, polyethylene resin, or the like is used.
  • EVA resin ethylene vinyl acetate copolymer resin
  • the front plate 4 is formed of, for example, a white plate tempered glass substrate.
  • the back plate 5 is formed of a transparent substrate such as a heat-resistant glass substrate or a transparent resin.
  • the light reflecting surface 5a of the back plate 5 is formed in a planar uneven shape.
  • the light reflecting surface 5 a is a module in a line (cell interval center line) A passing through the center of the gap region of each solar cell element 2 and a line (cell center line) B passing through the center of the solar cell element 2. It is formed so as to be concave with respect to the back side. That is, the light reflecting surface 5a is formed to be a trough (concave pole) in the cell interval center line A and the cell center line B.
  • the thickness of the back plate 5 at the cell interval center line A is preferably smaller than the thickness of the back plate 5 at the cell center line B.
  • the inclination angle ⁇ (radian unit) of the light reflecting surface 5a is set as follows.
  • the cell vicinity line D is a line passing through a position corresponding to 20% of the width S of the solar cell element 2 from the cell end line C toward the cell interval center line A side.
  • the vicinity region Y of the cell edge line C ⁇ ⁇ 0.5 ⁇ sin ⁇ 1 (1 / n) It has a point.
  • the vicinity region Y is a region that occupies a length corresponding to ⁇ 20% of the width S of the solar cell element 2 with respect to the cell edge line C.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface 5a in the region X between the cell interval center line A and the cell vicinity line D is: Using the angle ⁇ , which is the solution of the equation given by 0.5 ⁇ sin ⁇ 1 (1 / n) rad ⁇ ⁇ + 8 ° It is particularly preferred that
  • the solar cell module 1 of this embodiment when sunlight enters the module from the front side of the module, the sunlight passes through the front plate 4 and the sealing resin portion 3 and is a light reflecting surface of the back plate 5. Reflected by 5a, the reflected light is directly incident on the back surface of the solar cell element 2, and the reflected light is totally reflected on the surface of the front plate 4 (contact interface between the front plate 4 and the atmosphere). Incident on the front of the.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a modification of the solar cell module 1 shown in FIG.
  • the solar cell module 1 shown in the figure is different from the solar cell module 1 described above only in the shape of the back plate 5.
  • the light reflecting surface 5a of the back plate 5 is formed in a curved irregular shape.
  • the light reflecting surface 5a is formed to be concave with respect to the module back side at the cell interval center line A and the cell center line B.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface 5a in the region X between the cell interval center line A and the cell vicinity line D and in the vicinity region Y of the cell end line C is the same as described above.
  • the inclination angle ⁇ at this time is an angle at a tangent to the light reflecting surface 5a.
  • an inflection point F of the curved light reflecting surface 5a exists near the position corresponding to the vicinity region Y on the light reflecting surface 5a.
  • the inclination angle ⁇ in the region X is defined by measuring the average inclination angle from the cell interval center line A to the inflection point F.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface 5a is given by the above formula.
  • solar rays drawn back to the solar cell element 2 by Snell total reflection conditions due to the refractive index difference between the front plate 4 and the air layer. See).
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface 5a is set to be larger than 0.5 ⁇ sin ⁇ 1 (1 / n) rad at the concave pole side portion of the light reflecting surface 5a in the gap region of each solar cell element 2.
  • the solar cell module since the solar cell module is thickened on the light reflection surface 5a where the inclination angle ⁇ is too steep, the solar cell module may increase in weight and cause a problem of installation space. Furthermore, depending on the season, sunlight may not be sufficiently concentrated on the solar cell element 2, and power generation fluctuations are large, which is not practically preferable.
  • the solar light flux incident on the gap region between the solar cell elements 2 is approximately equally divided, the sunlight is uniformly collected on the front surface of the solar cell element 2 and the conditions for suppressing the leak light are formulated.
  • the gap t between the light receiving surface of the solar cell element 2 and the surface of the front plate 4 is used. It becomes. Converting this, It becomes.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface 5a is determined with the angle ⁇ calculated from the above conditions as a reference.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface 5a suitable for minimizing the performance variation due to seasonal variation and the deterioration of the appearance due to the glare of the solar cell module while satisfying the total reflection condition on the front plate 4
  • the refractive index of the front plate 4 is n
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface 5a is expressed in radians.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface 5a is expressed in radians, and ⁇ ⁇ 0.5 ⁇ sin ⁇ 1 (1 / n).
  • the solar cell module 1 since the leakage of the light reflected by the light reflecting surface 5a to the outside of the solar cell module 1 is suppressed, the solar cell module 1 is glaring even when the solar cell module 1 is installed on the roof of a house or the roof of an automobile. Appearance can be prevented and excellent design can be achieved.
  • the solar cell module 1 excellent in practicality and reliability can be provided.
  • the thickening of the back plate 5 is prevented, the thickening of the solar cell module 1 can be prevented. Therefore, it is possible to avoid an increase in size and weight of the solar cell module 1.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the back plate 5 having the light reflecting surface 5a is formed of a heat-resistant glass substrate or the like.
  • the structure of the back plate 5 is not particularly limited, and for example, the back plate 5 is sealed with EVA resin or the like. It is also possible to form with the stop resin 3. In this case, the reflection loss at the interface is reduced and the power generation performance can be improved.
  • the roughened surface may be processed on the bonding interface between the front plate 4 and the resin sealing portion 3.
  • the arithmetic average roughness at the bonding interface between the front plate 4 and the resin sealing portion 3 is Ra
  • the average interval Sm of the unevenness at the bonding interface between the front plate 4 and the resin sealing portion 3 Ra / It is preferable to perform rough surface roughening so that Sm is 0.8 or less.
  • the light reflected by the light reflecting surface 5a is prevented from generating unnecessary light scattering at the bonding interface between the front plate 4 and the sealing resin portion 3, the light to the outside of the solar cell module 1 is suppressed. It is possible to further suppress the leakage.
  • a double-sided light-receiving solar cell element having a junction structure of n / p / p + in which an n layer and a p layer are formed by phosphorus diffusion and boron diffusion using a p-type silicon wafer as a substrate is prepared.
  • the solar cell element has a bi-faciality (ratio of power generation efficiency on both sides) of 0.85 and a surface conversion efficiency of 15%.
  • the cell size of the solar cell element is 15 mm ⁇ 125 mm ⁇ thickness 200 ⁇ m.
  • the surface of the solar cell element is subjected to antireflection processing and texturing processing using an optical thin film. That is, the solar cell element has a structure that reduces power generation loss due to surface reflection loss.
  • a 2 mm wide nickel-plated copper interconnector is soldered to a solar cell element with a tin-silver-copper lead-free solder to form three series cell strings.
  • a gap is formed between the solar cell elements, and the arrangement pitch P of the solar cell elements is set to 30 mm.
  • a white plate tempered glass substrate having a refractive index of 1.49 and a thickness of 5 mm is used as the front plate. And the external dimension of a front plate is processed into 150 mm x 150 mm.
  • the back plate As the back plate, a heat-resistant glass substrate having a size of 150 mm ⁇ 150 mm and a thickness of 10 mm is used. This heat-resistant glass substrate is cut out by end milling using a diamond tool, and further polished by buffing so that the surface roughness Rz is 0.5 ⁇ m or less to form an optical element-shaped back plate.
  • the bottom of the back plate (thin wall portion) is subjected to R processing of 0.8 mm by milling using a diamond single crystal R bite. As a result, cracks are generated in the thin portion of the back plate and moisture is infiltrated into the module, thereby preventing deterioration in reliability and deterioration in appearance quality due to glare.
  • the surface roughness Rz of the light reflecting surface forming the optical element shape is extremely important in obtaining high power generation efficiency, more preferably 0.4 ⁇ m or less, and further preferably 0.3 ⁇ m or less. . That is, the light reflection surface of the back plate has high smoothness, so that sunlight is diffusely reflected by the light reflection surface. For this reason, since the optical conditions determined by the total reflection conditions on the surface of the front plate are not satisfied, it is possible to prevent sunlight from leaking outside the solar cell module, thereby avoiding a phenomenon that causes power generation loss. .
  • the shape of the back plate is determined as follows in order to enhance the sunlight condensing performance, suppress the performance degradation due to seasonal fluctuations, and prevent the design from deteriorating due to the flickering reflected reflected light. That is, the cell interval center line A and the cell center line B (see FIG. 1) substantially match the thin portion of the back plate. Further, the profile of the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface in the region from the cell interval center line A to the cell end line C (see FIG. 1) follows the following changes.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface is determined as at least ⁇ > 21 °, preferably 21 ° ⁇ ⁇ 40 °.
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface is within the above range.
  • the inclination angle ⁇ decreases.
  • the solar rays incident from all directions can be transmitted to the sun. Even if the installation orientation of the solar cell module is not oriented toward the south, the solar light can be efficiently converged on the cell.
  • the cells are laminated by using a sealing resin film for sealing the cells to form a module.
  • a sealing resin film for sealing the cell two sheets of an ethylene-vinyl acetate copolymer resin film (EVA film: manufactured by Mitsui Chemicals Fabro) having a thickness of 600 ⁇ m are prepared.
  • EVA film ethylene-vinyl acetate copolymer resin film
  • the front plate, the sealing resin film, the cell strings, and the back plate are laid up, and vacuum dry laminating is performed under a hot press condition at 140 ° C. for 17 minutes by a conventional diaphragm type vacuum dry laminator.
  • a concentrating solar cell module is manufactured by performing aluminum vapor deposition processing on the back plate side by a vacuum vapor deposition method.
  • the solar cell module thus obtained was placed at an angle of 60 °, and the power generation performance by the solar simulator was evaluated under irradiation conditions simulating winter morning and evening. Compared to the case where no gradual decrease is provided, an improvement of about 13% is seen as shown in FIG.
  • the power generation performance ratio when the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface is kept constant at 34 ° is 100% (reference value).
  • the inclination angle ⁇ of the light reflecting surface in the region from the cell interval center line A to the cell end line C is constant at 20 ° ⁇ 0.5 ⁇ sin ⁇ 1 (1 / n). In other words, even on the side close to the cell interval center line A, the region where ⁇ > 0.5 ⁇ sin ⁇ 1 (1 / n) is not provided.
  • the power generation capacity was reduced by 30% at the installation angle simulating the winter season. Further, it has been found that the efficiency decreases by 47% or more under the condition where the solar cell module is irradiated with straight light from substantially the front. Therefore, the back plate here leaks most of the sunlight, does not contribute to the concentration of light on the cell, and can be said to have poor practicality.
  • the present invention provides a solar cell module capable of suppressing light leakage from the front plate and improving light confinement.

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Abstract

　本発明は、前面板からの光のリークを抑制し、光の閉じ込め性を向上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を目的とする。太陽電池モジュール１は、複数の両面受光型の太陽電池素子２と、太陽電池素子２の前面側に配置された前面板４と、太陽電池素子２の背面側に配置され、モジュール前面側からモジュール内に入射された太陽光を反射させる光反射面５ａを有する背面板５とを備えている。前面板４の屈折率をｎとしたときに、セル間隔中心線Ａとセル端線Ｃとの間において、太陽電池素子２の配列方向に対する光反射面５ａの傾斜角度Φ（ラジアン単位）は、以下のように設定されている。即ち、セル間隔中心線Ａとセル近傍線Ｄとの間の領域Ｘでは、Φ＞０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）である。セル端線Ｃの近傍領域Ｙでは、Φ＜０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）である。

Description

太陽電池モジュール
　本発明は、太陽電池素子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、カバーガラス（前面板）と複数のＶ溝状の光反射面を有するＶシートとの間に複数の太陽電池素子を配列してなるものが知られている。
特開２００２－２６３６４号公報
　しかしながら、上記従来技術においては、太陽電池素子から離れた部分に入射した太陽光が光反射面で反射したときに、その反射光が前面板の表面で全反射せずに太陽電池モジュール外部へリークすることがある。この場合には、太陽電池モジュール内への光の閉じ込め性が悪化するため、発電効率の低下につながる。
　本発明の目的は、前面板からの光のリークを抑制し、光の閉じ込め性を向上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。
　本発明者等は、太陽電池モジュールの性能等につき鋭意検討を重ねた結果、背面板の光反射面の傾斜角度を適切な範囲とすることにより、入射された太陽光を太陽電池モジュール内に適切に閉じ込め、太陽光を効率良く太陽電池素子に集光することができるという事実を見出し、本発明を完成させるに至った。
　即ち、本発明は、複数の太陽電池素子と、太陽電池素子の前面側に配置された前面板と、太陽電池素子の背面側に配置され、前面板から入射された太陽光を前面板側に向けて反射させる光反射面を有する背面板とを備えた太陽電池モジュールにおいて、光反射面は、凹状となるように太陽電池素子の配列方向に対して傾斜しており、前面板の屈折率をｎとしたときに、光反射面の凹状極点側の部分における光反射面の傾斜角度Φは、０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄよりも大きい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、前面板から入射された太陽光は背面板の光反射面で反射し、その反射光が前面板の表面（前面板と空気層との界面）で反射して太陽電池素子の前面に集光される。このとき、光反射面の凹状極点側の部分における光反射面の傾斜角度Φを０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄよりも大きくすることにより、太陽電池素子から離れた部分に太陽光が入射されたときでも、前面板の表面での光全反射条件を満たし、前面板から太陽電池モジュール外部への太陽光のリークが抑制されるようになる。これにより、太陽電池モジュール内への太陽光の閉じ込め性を向上させることができる。
　好ましくは、各太陽電池素子の側端近傍に対応する位置には、光反射面の傾斜角度Φが０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄとなる点が存在している。
　また、好ましくは、光反射面は、各太陽電池素子の間隙領域において凹状となるように、太陽電池素子の配列方向に対して傾斜しており、各太陽電池素子の間隙領域における太陽電池素子側の光反射面の傾斜角度Φは、０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄよりも小さい。
　この場合には、各太陽電池素子の間隙領域における太陽電池素子側の光反射面の傾斜角度Φが光反射面の凹状極点側の部分における光反射面の傾斜角度Φよりも小さくなるので、あらゆる方向から入射される太陽光が太陽電池モジュール内に閉じ込められ易くなる。これにより、太陽電池モジュール内への太陽光の閉じ込め性を一層向上させることができる。
　また、好ましくは、太陽電池素子の配列ピッチをＰ、太陽電池素子の配列方向に対する集光倍率をａ、太陽電池素子から前面板の表面までの距離をｔとしたときに、光反射面の凹状極点側の部分における光反射面の傾斜角度Φは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 である。
　この場合には、前面板の表面で全反射した太陽光が太陽電池素子の前面に満遍なく入射されるようになるため、太陽電池素子の局所的な発熱現象（ホットスポット現象）の発生を防止することができる。また、背面板の厚肉化を防止し、これに伴い太陽電池モジュールの厚肉化を防ぐこともできる。
　本発明によれば、前面板からの光のリークを抑制し、光の閉じ込め性を向上させることができる。これにより、太陽電池素子の幅を小さくしても、太陽電池素子に太陽光を効率良く集め、発電効率を向上させることが可能となる。また、太陽電池モジュールを住宅の屋根や自動車のルーフに設置した際に、ぎらつきが生じにくくなるため、外観性の向上を図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変形例を示す断面図である。 図１に示した光反射面の好適な傾斜角度範囲を導くための概念図である。 図１に示した光反射面の好適な傾斜角度範囲を導くための概念図である。 図１に示した光反射面の好適な傾斜角度範囲を導くための概念図である。 光反射面の傾斜角度に変化点を設けた場合とそうでない場合とで、光反射面の傾斜角度を種々変えたときの発電性能比を示すグラフである。 光反射面の傾斜角度を種々変えたときの太陽電池モジュールの外観品質を示す表である。
　１…太陽電池モジュール、２…太陽電池素子、３…封止樹脂部、４…前面板、５…背面板、５ａ…光反射面。
　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る。同図において、本実施形態の太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池素子２と、各太陽電池素子２を固定するための封止樹脂からなる封止樹脂部３と、この封止樹脂部３の前面側に配置された前面板４と、封止樹脂部３の背面側に配置され、モジュール前面側からモジュール内に入射された太陽光を反射させる光反射面５ａを有する背面板５とを備えている。
　太陽電池素子２は、例えばｐ型シリコンウェハー上にリン拡散及びボロン拡散によりｎ層及びｐ層を形成したｎ／ｐ／ｐ＋なる接合構造を有している。太陽電池素子２は、両面で発電可能な両面受光型であることが好ましい。このとき、太陽電池素子２のバイフェイシャリティ（両面の発電性能比率）は、０．５以上であることが好ましい。各太陽電池素子２は、略等間隔のピッチＰで配列されている。
　封止樹脂部３を形成する封止樹脂としては、例えばエチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ樹脂）、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエチレン樹脂等が用いられる。前面板４は、例えば白板強化ガラス基板で形成されている。
　背面板５は、例えば耐熱ガラス基板、透明樹脂等の透明基板で形成されている。背面板５の光反射面５ａは、平面的な凹凸状に形成されている。具体的には、光反射面５ａは、各太陽電池素子２の間隙領域の中心を通る線（セル間隔中心線）Ａと太陽電池素子２の中心を通る線（セル中心線）Ｂとにおいてモジュール背面側に対して凹状となるように形成されている。つまり、光反射面５ａは、セル間隔中心線Ａ及びセル中心線Ｂにおいて谷溝部（凹状極点）となるように形成されている。セル間隔中心線Ａにおける背面板５の厚みは、セル中心線Ｂにおける背面板５の厚みよりも薄くなっていることが好ましい。
　ここで、前面板４の屈折率をｎとしたときに、セル間隔中心線Ａと太陽電池素子２の端を通る線（セル端線）Ｃとの間において、太陽電池素子２の配列方向に対する光反射面５ａの傾斜角度Φ（ラジアン単位）は、以下のように設定されている。
　即ち、セル間隔中心線Ａと太陽電池素子２の近傍線（セル近傍線）Ｄとの間の領域Ｘでは、
　　　Φ＞０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）
である。ここで、セル近傍線Ｄは、セル端線Ｃからセル間隔中心線Ａ側に向けて太陽電池素子２の幅Ｓの２０％に相当する長さの位置を通る線である。
　また、セル端線Ｃの近傍領域Ｙでは、
　　　Φ＜０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）
となる点を有する。ここで、近傍領域Ｙは、セル端線Ｃに対して太陽電池素子２の幅Ｓの±２０％に相当する長さを占める領域である。
　このとき、太陽電池素子２の配列方向に対する集光倍率をａ、太陽電池素子２から前面板４の表面までの距離（ギャップ）をｔとしたときに、セル間隔中心線Ａとセル近傍線Ｄとの間の領域Ｘにおける光反射面５ａの傾斜角度Φ（ラジアン単位）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 であることが好ましい。
　さらに、セル間隔中心線Ａとセル近傍線Ｄとの間の領域Ｘにおける光反射面５ａの傾斜角度Φは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 により与えられる式の解である角度θを用いて、
　　　０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄ＜Φ＜θ＋８°
であることが特に好ましい。
　このような本実施形態の太陽電池モジュール１において、モジュール前面側からモジュール内に太陽光が入射されると、太陽光は前面板４及び封止樹脂部３を通って背面板５の光反射面５ａで反射し、その反射光が太陽電池素子２の背面に直接入射されると共に、反射光が前面板４の表面（前面板４と大気との接触界面）で全反射して太陽電池素子２の前面に入射される。
　図２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。同図に示す太陽電池モジュール１は、背面板５の形状のみが上述した太陽電池モジュール１と異なっている。
　具体的には、背面板５の光反射面５ａは、曲面的な凹凸状に形成されている。このとき、光反射面５ａは、セル間隔中心線Ａとセル中心線Ｂとにおいてモジュール背面側に対して凹状となるように形成されている。セル間隔中心線Ａとセル近傍線Ｄとの間の領域Ｘ、セル端線Ｃの近傍領域Ｙにおける光反射面５ａの傾斜角度Φは、それぞれ上記と同様である。この時の傾斜角度Φは、光反射面５ａの接線での角度とされる。また、光反射面５ａにおける近傍領域Ｙに対応する位置付近は、曲面状の光反射面５ａの変曲点Ｆが存在することが好ましい。
　また、本態様のような曲面状の光反射面５ａについては、セル間隔中心線Ａから変曲点Ｆまでの平均傾斜角度を計測することで、領域Ｘでの傾斜角度Φが定義される。
　次に、光反射面５ａの傾斜角度Φが上記式で与えられる理由について説明する。本実施形態のような集光型太陽電池モジュールでは、図３に示すように、前面板４と空気層との屈折率差によるスネルの全反射条件によって太陽電池素子２に引き戻される太陽光線（破線参照）を積極的に活用している。このため、集光性能を保つためには光反射面５ａの傾斜角度Φを大きくとり、全反射現象を誘起し易いように太陽光線を方向変換することが重要である。そこで、各太陽電池素子２の間隙領域における光反射面５ａの凹状極点側の部分では、光反射面５ａの傾斜角度Φを０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄよりも大きくする。
　しかし、太陽電池モジュールの信頼性を保ちながら、太陽電池素子２の使用量を最小限にとどめるためには、急峻すぎる傾斜角度Φをもった光反射面５ａでは、実用上の問題が発生する。具体的には、光反射面５ａの傾斜角度Φが急峻すぎると、図４に示すように、前面板４での全反射現象によって集光する太陽光が太陽電池素子２の前面側（太陽電池モジュールの光入射面に向いた側）に狭い焦点で収束し過ぎる現象が発生するため、光入射エネルギーが元来大きい太陽電池素子２の前面側で大きなエネルギーが局所的に高まりすぎるホットスポット現象が発生することになる。このため、ホットスポット現象に起因する封止樹脂の劣化や太陽電池素子２の接合不良に伴う信頼性低下の問題を引き起こすことになってしまう。しかも、傾斜角度Φが急峻すぎる光反射面５ａでは、太陽電池モジュールが厚肉化することになるため、太陽電池モジュールの重量増加や設置スペースの問題も引き起こすことになってしまう。さらに、季節によっては太陽光が太陽電池素子２に十分集光されない場合もあり、発電変動が大きく、実用上好ましくない。
　言い換えると、長期間の実用的な信頼性を保ちつつ、太陽電池素子２の使用量を最小限にとどめ、低コストな集光型太陽電池モジュールを実現するためには、図３に示すように、太陽光が太陽電池素子２の前面に満遍なく照射され、なお且つ各太陽電池素子２の間隙に入射される太陽光束が略等分され、太陽電池素子２の前面と背面に分配されることが重要であることに気づいた。
　しかも、こうした条件を満足させることで、図５に示すように、太陽光が太陽電池素子２を跨いで光反射面５ａに再入射して、太陽電池モジュールの外部にリークしてしまうことで、太陽電池モジュールの外観がぎらついて品質を低下させるという問題も発生しなくなることが判明した。また、季節変動等に伴う発電量の変動を抑制し、実用性に極めて優れた太陽電池モジュールの提供が可能であることも判明した。
　上記の各太陽電池素子２の間隙領域に入射される太陽光束が略等分され、太陽電池素子２の前面に太陽光が満遍なく集光し、リーク光を抑制する条件を定式化すると、図３に示すように、太陽電池素子２の一端を座標系においてＳ＝０として、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 における入射光束がスネルの全反射条件を満たしつつ、入射光束が前面板４により太陽電池素子２内に閉じ込められ、太陽電池素子２の端位置に照射されることが必要となる。
　これを式で表すと、太陽電池素子２の受光面と前面板４の表面とのギャップｔを用いて、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 となる。これを変換すると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 となる。
　さらに、θの上限の目安としては上記のθに関する３次のテイラー展開を用いて、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 である条件より算出される角度θを基準として、光反射面５ａの傾斜角度Φが定められることになる。
　各種検討の結果、前面板４における全反射条件を満たしつつ、季節変動による性能バラツキ、太陽電池モジュールのぎらつきによる外観の悪化を最小限に抑えるのに適切な光反射面５ａの傾斜角度Φとしては、前面板４の屈折率をｎとすると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 であるのが望ましい。さらに、上記（Ａ）式の解として与えられる角度θを基準として、　　　０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄ＜Φ＜θ＋８°
であるのが極めて適切である。
　以上のように本実施形態にあっては、セル間隔中心線Ａとセル近傍線Ｄとの間の領域Ｘでは、光反射面５ａの傾斜角度Φをラジアン単位で表して、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 とし、セル端線Ｃの近傍領域Ｙでは、光反射面５ａの傾斜角度Φをラジアン単位で表して、Φ＜０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）としたので、太陽電池モジュール１における太陽電池素子２から遠く離れた箇所に太陽光線が入射されても、太陽光線を太陽電池モジュール１内に効率良く閉じ込めておくことができる。このため、太陽電池素子２の幅Ｓを小さくすることで、太陽電池素子２の使用量を少なくしても、高い発電効率を保つことができる。これにより、低コストの太陽電池モジュール１を提供することができる。
　また、季節変動に伴う発電量の低下を十分抑えることが可能であり、冬場等に大幅に発電量が低下してしまう問題を解決することができる。
　また、光反射面５ａで反射した光の太陽電池モジュール１外部へのリークが抑えられるため、太陽電池モジュール１を住宅の屋根や自動車のルーフに設置した場合でも、太陽電池モジュール１のぎらついた外観を防止し、優れた意匠性を実現することができる。
　さらに、季節変動によって冬場等の太陽光が太陽電池モジュール１に浅い角度で入射する場合でも、太陽光の集光効率が低下することが殆ど無く、太陽電池素子２に太陽光が満遍なく当たるようになるため、局所的な太陽電池素子２の発熱現象（ホットスポット現象）が発生することは殆ど無い。このため、砂漠地帯等の苛酷な環境下で長期間にわたって太陽電池モジュール１を使用しても、封止樹脂部３を形成する封止樹脂の熱劣化トラブルやハンダの接合不良トラブルを発生させることが殆ど無い。これにより、実用性と信頼性に優れた太陽電池モジュール１を提供することができる。
　また、背面板５の厚肉化が防止されるので、太陽電池モジュール１の厚肉化を防ぐことができる。従って、太陽電池モジュール１の大型化や重量の増大を避けることが可能となる。
　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、光反射面５ａを有する背面板５を耐熱ガラス基板等で形成したが、背面板５の構造としては、特にそれには限られず、例えば背面板５をＥＶＡ樹脂等の封止樹脂３により形成することも可能である。この場合には、界面での反射ロスが減って発電性能を高めることができる。
　また、前面板４と樹脂封止部３との接合界面に凹凸粗面加工を施しても良い。このとき、前面板４と樹脂封止部３との接合界面における算術平均粗さをＲａ、前面板４と樹脂封止部３との接合界面における凹凸の平均間隔Ｓｍとしたときに、Ｒａ／Ｓｍが０．８以下となるような凹凸粗面加工を施すことが好ましい。この場合には、光反射面５ａで反射した光が前面板４と封止樹脂部３との接合界面で不要な光散乱を発生させることが抑制されるため、太陽電池モジュール１外部への光のリークを一層抑制することが可能となる。
　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］
　まず、ｐ型シリコンウェハーを基板とし、リン拡散及びボロン拡散によりｎ層及びｐ層を形成したｎ／ｐ／ｐ＋なる接合構造を有する両面受光型の太陽電池素子（セル）を用意する。この太陽電池素子のバイフェイシャリティー（両面の発電効率の比率）は０．８５であり、表面変換効率は１５％である。太陽電池素子のセルサイズは、１５ｍｍ×１２５ｍｍ×厚み２００μｍである。太陽電池素子の表面には、光学薄膜による反射防止加工及びテクスチャーリング加工が施されている。つまり、太陽電池素子は、表面反射ロスによる発電量損失を減らす構造とされている。
　そして、幅２ｍｍのニッケルめっきを施した銅インターコネクタを、スズ－銀－銅系の鉛フリー半田により太陽電池素子に半田付けすることにより、３直列のセルストリングスを作成する。このとき、各太陽電池素子間に間隙を空け、各太陽電池素子の配列ピッチＰを３０ｍｍとする。
　次いで、前面板を用意する。前面板としては、屈折率１．４９、厚み５ｍｍの白板強化ガラス基板を用いる。そして、前面板の外形寸法を１５０ｍｍ×１５０ｍｍに加工する。
　次に、背面板を用意する。背面板としては、サイズ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み１０ｍｍの耐熱ガラス基板を使用する。この耐熱ガラス基板を、ダイヤモンドバイトを用いたエンドミル加工によって削り出し、更にバフ研磨加工によって表面粗さＲｚが０．５μｍ以下となるように研磨して、光学素子形状の背面板を形成する。背面板の谷底部（薄肉部）には、ダイヤモンド単結晶Ｒバイトを用いたフライス加工によって０．８ｍｍのＲ加工が施されている。これにより、背面板の薄肉部分にクラックが生成されてモジュール内部に水分が浸透することによる信頼性の低下と、ぎらつきによる外観品質の悪化とを防止している。
　ここで、光学素子形状を形成する光反射面の表面粗さＲｚは、高い発電効率を得る上で極めて重要であり、より好ましくは０．４μｍ以下、更に好ましくは０．３μｍ以下とされている。つまり、背面板の光反射面が高い平滑度を有することで、太陽光が光反射面で拡散反射されるようになる。このため、前面板の表面での全反射条件によって定まる光学条件を満足しなくなることで太陽光が太陽電池モジュール外部へリークすることが防止されるため、発電損失を招く現象を回避することができる。
　背面板の形状は、太陽光の集光性を高め、季節変動による性能低下を抑え、更にリークした反射光がぎらついて見えることによる意匠性の悪化を防止するため、次のように定められる。即ち、セル間隔中心線Ａ及びセル中心線Ｂ（図１参照）は、背面板の薄肉部分に略合致している。また、セル間隔中心線Ａからセル端線Ｃ（図１参照）に至る領域における光反射面の傾斜角度Φのプロファイルは、次のような変化をたどっている。
　セル間隔中心線Ａに近い領域では、前面板の屈折率をｎとすると、
　　　Φ＞０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）＝２１°
であり、好ましくは、
　　　０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）＜Φ＜θ
とされる。ここで、θは、上述したように、太陽電池素子の配列方向に対する集光倍率をａ、太陽電池素子から前面板の表面までのギャップをｔとしたときに、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 により表される関係式である。光反射面を多重反射して太陽電池モジュール外部へリークする損失光を抑え、季節変動による発電性能の低下を最小限に抑えるためには、上記の条件を満たすことが好ましい。
　具体的には、集光倍率ａは２であり、太陽電池素子と前面板の表面とのギャップｔは５．５ｍｍであるため、θ＝４０°である。これより、セル間隔中心線Ａに近い領域では、少なくともΦ＞２１°、好ましくは２１°＜Φ＜４０°として光反射面の傾斜角度Φが定められる。
　特に信頼性を高め、太陽電池素子に集光された太陽光の光ムラを抑えて長期の耐久性能を確保し、更に住宅の屋根や自動車の屋根等に適用して見苦しくない外観を得るためには、光反射面の傾斜角度Φは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 により与えられる角度θを用いて、
　　　０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄ＜Φ＜θ＋８°
から定められる。具体的には、本実施例ではθ＝２８°であり、特に好ましくは２１°＜Φ＜３６°、更に好ましくは２５°＜Φ＜３４°、極めて好ましくは２７°＜Φ＜３２°とされる。
　セル間隔中心線Ａからセル端線Ｃに至る領域におけるセル間隔中心線Ａに近い側では、光反射面の傾斜角度Φは上記の範囲とされるが、セル端線Ｃに近づくに従って光反射面の傾斜角度Φが減少する。そして、セル端線Ｃの近傍領域では、光反射面の傾斜角度Φは、　　　Φ＜０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）＝２１°
とされる。このようにセル間隔中心線Ａからセル端線Ｃに至る領域において、Φ＝０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）を跨ぐ変化点を設けることにより、あらゆる方向から入射する太陽光線を太陽電池モジュール内部に閉じ込め、太陽電池モジュールの設置方位がたとえ真南向きでなくとも、太陽光を効率良くセルに収束させることが可能となる。
　次に、セルを封止する封止樹脂フィルムを用いてセルをラミネートし、モジュール化する。セルを封止する封止樹脂フィルムとしては、２枚の厚み６００μｍなるエチレン－酢酸ビニル共重合体樹脂フィルム（ＥＶＡフィルム：三井化学ファブロ製）を用意する。そして、上記の前面板、封止樹脂フィルム、セルストリングス及び背面板をレイアップし、定法のダイヤフラム型真空ドライラミネーターにより１４０℃、１７分間の熱プレス条件で真空ドライラミネートを行う。さらに、真空蒸着法によりアルミ蒸着加工を背面板側に施すことで、集光型太陽電池モジュールを製造する。
　このようにして得られた太陽電池モジュールを６０°傾けて配置し、冬場の朝晩を模擬した照射条件下においてソーラーシミュレータによる発電性能を評価したところ、背面板の光反射面に何らの傾斜角度Φの漸減を設けなかった場合に比較し、図６に示すように、１３％程度の改善が見られる。なお、図６において、特性Ｐは、Φ＝０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）の変化点がある場合のものであり、特性Ｑは、Φ＝０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）の変化点が無く、傾斜角度Φが一定の場合のものである。ここでは、光反射面の傾斜角度Φを３４°と一定にしたときの発電性能比を１００％（基準値）としている。
　また、光反射面の傾斜角度ΦにΦ＝０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）の変化点を設けることで、図７に示すように、朝晩等、太陽光が浅い角度で入射する場合に、太陽電池モジュールがぎらつき外観的に好ましくない状態となる問題が解決され、傾斜屋根を有する家屋に設置しても、何ら問題の無い意匠性に優れた太陽電池モジュールを得ることができる。また、太陽電池モジュールを設置する方位を、真南向きでは無く東向きや西向き等の状態にしても、真南向きに比べた効率低下が２０％以内に抑えられ、実用性に優れた太陽電池モジュールを得ることができる。
　［比較例］
　上記実施例に記載の背面板について、セル間隔中心線Ａからセル端線Ｃに至る領域における光反射面の傾斜角度Φが２０°＜０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）で一定であり、セル間隔中心線Ａに近い側であっても、Φ＞０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）なる領域を設けない形状とした。
　この場合、上記実施例に比較して、冬場を模擬した設置角度では発電能力が３０％低下した。また、太陽電池モジュールに略正面から直進光が照射される条件では、４７％以上効率が低下してしまうことが判明した。よって、ここでの背面板は、大部分の太陽光をリークさせてしまい、セルへの集光に寄与せず、実用性に乏しいと言える。
　本発明は、前面板からの光のリークを抑制し、光の閉じ込め性を向上させることができる太陽電池モジュールを提供するものである。

Claims (4)

  1. 　複数の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の前面側に配置された前面板と、前記太陽電池素子の背面側に配置され、前記前面板から入射された太陽光を前記前面板側に向けて反射させる光反射面を有する背面板とを備えた太陽電池モジュールにおいて、
    　前記光反射面は、凹状となるように前記太陽電池素子の配列方向に対して傾斜しており、
    　前記前面板の屈折率をｎとしたときに、前記光反射面の凹状極点側の部分における前記光反射面の傾斜角度Φは、０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄよりも大きいことを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 　前記各太陽電池素子の側端近傍に対応する位置には、前記光反射面の傾斜角度Φが０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄとなる点が存在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. 　前記光反射面は、前記各太陽電池素子の間隙領域において凹状となるように、前記太陽電池素子の配列方向に対して傾斜しており、
    　前記各太陽電池素子の間隙領域における前記太陽電池素子側の前記光反射面の傾斜角度Φは、０．５×ｓｉｎ－１（１／ｎ）ｒａｄよりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュール。
  4. 　前記太陽電池素子の配列ピッチをＰ、前記太陽電池素子の配列方向に対する集光倍率をａ、前記太陽電池素子から前記前面板の表面までの距離をｔとしたときに、前記光反射面の凹状極点側の部分における前記光反射面の傾斜角度Φは、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項記載の太陽電池モジュール。
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