WO2011158548A1

WO2011158548A1 - 太陽電池モジュール、および該太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置

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Publication number: WO2011158548A1
Application number: PCT/JP2011/059293
Authority: WO
Inventors: 前田　強
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2011-12-22
Also published as: US20130087183A1

Abstract

　太陽電池モジュール（１）は、太陽電池（２）、蛍光集光板（３）、および反射板（４）を備えている。蛍光集光板（３）が有する端面（採光面に交差する交差面）のうち、少なくともいずれかの少なくとも一部に太陽電池（２）が設けられている。太陽電池（２）が設けられていない箇所同士が対向し合う２つの箇所のうち、少なくともいずれかは屈曲した表面を有している。また、太陽電池（２）が設けられていない箇所の表面には、反射板（４）が設けられている。これによれば、太陽電池（２）が設置されていない平坦部およびジグザグ部のいずれかに向かって導光する光は、反射板（４）によって反射され、最終的には太陽電池（２）に到達する。

Description

太陽電池モジュール、および該太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置

　本発明は、太陽電池モジュール、および該太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置に関する。

　太陽電池は、クリーンなエネルギー源としての重要性が認められ、その需要が高まりつつある。太陽電池の利用分野は、大型機器類のパワーエネルギー源から、精密な電子機器類の小型電源まで多岐に渡っており、太陽電池を備えた様々な太陽光発電装置は広く普及しつつある。

　従来の太陽光発電装置の一使用例を図９に示す。図９に示すように、現在使用されている一般的な太陽光発電装置２０は、太陽電池パネル２１を太陽の方向に向けて一面に引き詰めた状態で使用される。これは、太陽エネルギーを効率的に利用するためである。このような太陽電池パネル２１は、通常不透明な半導体によって構成されているので、積層配置することができない。したがって、太陽光２６を十分に集光するためには、大面積の太陽電池パネル２１が必要となり、それに伴い太陽光発電装置２０の設置面積も大きくなる。

　そこで、太陽光発電装置を小面積化する工夫が、特許文献１ではされている。具体的には、本文献には、内部に蛍光体を分散させた透明な吸光－発光板の採光面と直角な側面に太陽電池を貼り付けた太陽光発電装置が開示されている。また、該太陽光発電装置の、太陽電池を貼り付けた側面を除く側面には、反射層が設けられている。これによれば、該吸光－発光板を建物の窓面として使用することによって、採光面から入射した太陽光は、吸光－発光板内を導光して、太陽電池に集光する。その結果、小面積の太陽光発電装置で効率良く太陽エネルギーを利用することが可能となる。

日本国公開特許公報「実開昭６１－１３６５５９号公報（１９８６年８月２５日公開）」

　しかしながら、特許文献１に開示されている太陽光発電装置のように、透明な蛍光板のエッジに太陽電池を配置した構成では、太陽光発電装置を小面積化することが可能になったが、太陽光の利用効率は低い。これについて、図１０を参照して説明する。図１０は、特許文献１に開示されている太陽光発電装置３０を採光面側から見た場合の概略図である。

　太陽光発電装置３０の採光面に入射した光のうち、図１０のように、太陽電池３２が配置されていない端面に対して垂直方向に導光した入射光３６は、反射板３４によって、該端面と相対する端面との間で反射を繰り返すだけであり、太陽電池３２に集光することができない。その結果、太陽電池３２が配置されていない端面に対して垂直方向に導光した光は、太陽電池３２に入射しないので、太陽光発電装置３０の光利用効率が低下してしまう。

　そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、外光を効率良く太陽電池に集光することによって、高効率で発電することが可能な太陽電池モジュール、および該太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置を提供することにある。

　本発明に係る太陽電池モジュールは、上記課題を解決するために、採光面と、上記採光面に交差する複数の交差面とを有し、蛍光材料を含有する集光板と、複数の上記交差面のうち、少なくともいずれかの上記交差面の少なくとも一部に設けられた太陽電池とを備えた太陽電池モジュールであって、複数の上記交差面のうち、上記太陽電池が設けられている箇所以外の部分は、反射板を備えており、なおかつ上記太陽電池が設けられていない箇所同士が対向し合う部分を少なくとも有し、上記太陽電池が設けられていない箇所同士が対向し合う部分から任意に選択される、対向し合う２つの箇所のうち、少なくともいずれかは、屈曲した表面を有していることを特徴としている。

　上記の構成によれば、集光板が有する端面（採光面に交差する交差面）の少なくとも一部には太陽電池が設けられており、太陽電池２が設けられていない箇所同士が対向し合う２つの箇所のうち、少なくともいずれかは屈曲した表面を有している。これによれば、太陽電池が設置されていない箇所のいずれかに向かって導光する光は、反射板によって反射され、最終的に太陽電池に到達し、太陽電池の発電に利用される。特に、集光板の屈曲した表面に導光した光は、該表面によって、正反射方向とはずれて反射されるため、集光板を導光した光のほとんどすべてが、最終的に太陽電池に到達することになり、太陽電池モジュールの集光性が高まる。

　もし、太陽電池が設けられていない平坦な表面を有する端面同士が互いに平行になるように配置されていると、集光板への入射光のうち、平行に配置されている２つの端面のいずれかに対して垂直方向に導光された光は、平行に配置されている２つの端面の間で反射を繰り返すだけであり、太陽電池に入射することができない。しかしながら、本発明に係る集光板では、太陽電池が設けられていない箇所同士が対向し合う２つの箇所のうち、少なくともいずれかは屈曲した表面を有している。そのため、２つの端面の間で反射を繰り返す光は生じない。したがって、太陽電池モジュールに入射したほとんどの入射光を太陽電池に集光することが可能となるので、太陽電池モジュールの発電効率を高めることができる。

　さらに、太陽電池を集光板の端面に設けているので、太陽電池が小面積でありながら十分な発電効率が得られる。また、太陽電池モジュールの設計の自由度が高いので、太陽電池モジュールを建物または自動車の窓枠に取り付けて使用したり、屋根の上に取り付けて使用したりすることによって、高効率な太陽光発電システムを実現することができる。

　また、本発明に係る太陽光発電装置は、上記課題を解決するために、上述したいずれかの太陽電池モジュールを複数備えた太陽光発電装置であることを特徴としている。

　上記の構成によれば、小さい面積の太陽電池によって、太陽光エネルギーを効率良く電力に変換することが可能な太陽光発電装置を提供することができる。

　本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

　本発明によれば、太陽電池モジュールに入射したほとんどの外光を太陽電池に集光することが可能となるので、太陽電池モジュールの発電効率を高めることができる。さらに、太陽電池を集光板の端面に設けているので、太陽電池が小面積でありながら十分な発電効率が得られる。また、太陽電池モジュールの設計の自由度が高いので、太陽電池モジュールを建物または自動車の窓枠に取り付けて使用したり、屋根の上に取り付けて使用したりすることによって、高効率な太陽光発電システムを実現することができる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを採光面側から見た場合の図である。本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを採光面側から見た場合の図である。図中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る蛍光集光板の断面を示す概略図であり、図中の（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る蛍光集光板の断面を示す概略図であり、図中の（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る蛍光集光板の断面を示す概略図であり、（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る蛍光集光板の断面を示す概略図である。図中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る蛍光集光板のジグザグ部の断面を示す図であり、図中の（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る蛍光集光板のジグザグ部の断面を示す図であり、図中の（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る蛍光集光板のジグザグ部の断面を示す図であり、図中の（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る蛍光集光板のジグザグ部の断面を示す図である。ジグザグ部の屈曲部分の屈曲角度を９０度とした蛍光集光板を備えた太陽電池モジュールを示す図である。本発明の一実施形態に係る蛍光集光板の斜視図を示す図である。本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを採光面側から見た場合の図である。太陽電池が設置されている端面と、該端面に対向する端面とが、それぞれ互いに平行な平坦部である蛍光集光板を備えた太陽電池モジュールを示す図である。従来の太陽光発電装置の一使用例を示す図である。従来の太陽光発電装置を採光面側から見た場合の図である。

　本発明の一実施形態について図面を参照して、以下に詳しく説明する。

　〔第１の実施形態〕
　（太陽電池モジュール１の構成）
　まず、本発明に係る太陽電池モジュールの第１の実施形態について、図１を参照して説明する。図１は、太陽電池モジュール１を採光面側から見た場合の図である。

　図１に示すように、太陽電池モジュール１は、太陽電池２、蛍光集光板３（集光板）、および反射板４を備えている。蛍光集光板３は板状であり、太陽光または照明光等の外光が入射する採光面と、該採光面に交差する交差面（すなわち端面、あるいは側面）とを有している。蛍光集光板３が有する端面のうち、少なくともいずれかの端面の少なくとも一部に太陽電池２が設けられている。該太陽電池２が設けられていない箇所の表面は、平坦な表面を有する部分（以下、平坦部と言う）と、屈曲した表面を有する部分（以下、ジグザグ部と言う）とを有している。具体的には、太陽電池２が設けられていない箇所同士が対向し合う２つの箇所のうち、少なくともいずれかはジグザグ部を有していれば良い。換言すれば、太陽電池２が設けられていない箇所同士が対向し合う部分から任意に選択される、対向し合う２つの箇所のうち、少なくともいずれかは、ジグザグ部を有している。なお、該平坦部および該ジグザグ部には、反射板４がそれぞれ設けられている。本図では、蛍光集光板３の１つ端面の一部に太陽電池２を有しており、太陽電池２が設けられていない箇所はジグザグ部を有している構成を示している。また、残りの３つの端面のうち、２つの端面は平坦部で構成されており、１つの端面はジグザグ部で構成されている。なお、太陽電池２が設けられていない平坦部、およびジグザグ部には反射板４が設けられている。

　太陽電池モジュール１の採光面から入射した光は、蛍光集光板３の内部で導光され、最終的に太陽電池２に集光する。集光した光が太陽電池２による発電に利用されることとなる。ここで、本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、上述したように、蛍光集光板３が有する端面は、平坦部とジグザグ部とを有していることを特徴としている。ただし、太陽電池２が設けられていない平坦部同士は、互いに対向しあわないように配置されている。換言すれば、太陽電池２が設けられていない箇所同士が対向し合う２つの箇所のうち、少なくともいずれかはジグザグ部を有している。これによれば、太陽電池モジュール１に入射した光のほとんどは、太陽電池２に集光されることになり、太陽電池モジュール１は効率良く発電することができる。これについて、図２を参照して説明する。図２は、太陽電池モジュール１を採光面側から見た場合の図である。

　図２に示すように、太陽または照明等が太陽電池モジュール１の採光面を照射し、太陽光または照明光等の入射光６が採光面側から入射する。蛍光集光板３に入射した入射光６を吸収し、発光した光のうち、例えば、図に示す矢印Ａ方向に導光された光は、反射板４によって反射され、太陽電池２に入射する。一方、矢印ＢおよびＣ方向に導光された光は、それぞれ反射板４によって反射されるが、蛍光集光板３の端面のジグザグ部によって正反射方向とはずれて反射され、最終的に太陽電池２に入射する。もし、太陽電池２が設けられていない端面同士が平坦部で構成され、なおかつ互いに平行になるように配置されていると、蛍光集光板３への入射光６のうち、平行に配置されている２つの端面のいずれかに対して垂直方向に導光された光は、平行に配置されている２つの端面の間で反射を繰り返すだけであり、太陽電池２に入射することができない。しかしながら、本実施形態に係る蛍光集光板３では、太陽電池２が設けられていない箇所の表面は、平坦部およびジグザグ部を有している。さらに、該平坦部同士は、互いに対向しあわないように配置されている。そのため、２つの端面の間で反射を繰り返す光は生じない。したがって、太陽電池モジュール１に入射したほとんどの入射光６を太陽電池２に集光することが可能となるので、太陽電池モジュール１の発電効率を高めることができる。

　なお、本発明は、蛍光集光板３において、太陽電池２が設けられていない２つの端面の間で反射を繰り返す光の発生を防ぐためになされたものであり、本実施形態は、蛍光集光板３において、太陽電池２が設けられていない端面が複数ある場合に適用されることが言うまでもない。また、蛍光集光板３が有する複数の端面のうち、太陽電池２が設けられていない箇所同士が対向し合う部分を少なくとも有している場合に適用されることも自明である。

　（太陽電池モジュール１の各部材）
　以下では、太陽電池モジュール１の具体的な構成について説明する。

　蛍光集光板３は、該蛍光集光板３に入射した光を波長変換し、太陽電池２における光電変換に有効な波長領域とするものであるが、採光面から入射した光を導光させ、端面に設けられた太陽電池２に集光させるものであれば良い。このような蛍光集光板３として、導光板に蛍光材料を混入したもの、あるいは導光板に蛍光材料を塗布したもの等が挙げられる。具体的には、上記蛍光材料として、従来公知の蛍光材料を使用可能であり、例えば、クマリン蛍光色素、サマリウム、テルビウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ジスプロシウム等の希士類金属の塩酸塩または硫酸塩、モリブデン酸カルシウム、タングステン酸カルシウム等の遷移金属酸塩、ベンゼン、ナフタレン等の芳香族炭化水素、あるいはエオシン、フルオレセイン等のフタレイン系色素等が挙げられるが、これに限定されない。また、導光板としては、従来公知の導光板を使用可能であり、例えば、アクリル基板、ガラス基板、ポリカーボネート基板等が挙げられるが、これに限定されない。

　蛍光集光板３における蛍光材料の含有量は、特に限定されないが、１０重量％以下であることが好ましく、これにより、蛍光材料による多重散乱を抑制し、効率が良い蛍光発光を実現することができる。

　蛍光集光板３の厚みは、特に限定されないが、１ｍｍ～１０ｍｍであることが好ましく、２ｍｍ～５ｍｍであることがさらに好ましい。これにより、軽量かつ強度のある蛍光集光板３を得ることができる。また、蛍光集光板３の１辺の長さは特に限定されず、蛍光集光板３の採光面側の面積についても、特に限定されない。

　太陽電池モジュール１を、建物の窓枠に取り付けて使用する場合、蛍光集光板３は、窓枠に取り付け可能であり、窓面として機能し得るような大きさおよび厚さのアクリル基板等によって構成される。また、太陽電池モジュール１を屋根の上に設けて使用する場合には、設置面積等の諸条件に応じて、蛍光集光板３の大きさおよび厚さを適宜設定すれば良い。

　蛍光集光板３を製造する方法として、以下の４つの方法が挙げられる。各製造方法について、図３を参照して説明する。図３中の（ａ）～（ｄ）は、蛍光集光板３ａ～３ｄの断面を示す概略図である。これらの図では、蛍光集光板３ａ～３ｄを分かりやすくするために、反射板４を省略している。

　まず、蛍光材料分散方式を示す。本方式では、図３中の（ａ）に示すように、導光板８中に蛍光材料９を分散することによって、蛍光集光板３ａを形成する。形成した蛍光集光板３ａの端面の一部分に太陽電池２を設け、該太陽電池２が設けられていない箇所に平坦部、およびジグザグ部を形成する。そして、太陽電池２が設けられていない平坦部、およびジグザグ部に反射板４を設けることによって、太陽電池モジュール１ａが完成する。

　次に、蛍光材料コート方式を示す。本方式では、図３中の（ｂ）に示すように、蛍光材料９を分散したコート剤１１を、導光板８の表面に塗布することによって、蛍光集光板３ｂを形成する。形成した蛍光集光板３ｂの端面の一部分に太陽電池２を設け、該太陽電池２が設けられていない箇所に平坦部、およびジグザグ部を形成する。そして、太陽電池２が設けられていない平坦部、およびジグザグ部に反射板４を設けることによって、太陽電池モジュール１ｂが完成する。

　続いて、蛍光シート貼合方式を示す。本方式では、図３中の（ｃ）に示すように、シート１２中に蛍光材料９を分散したものを、接着剤１３を介して導光板８に貼り合わせることによって、蛍光集光板３ｃを形成する。形成した蛍光集光板３ｃの端面の一部分に太陽電池２を設け、該太陽電池２が設けられていない箇所に平坦部、およびジグザグ部を形成する。そして、太陽電池２が設けられていない平坦部、およびジグザグ部に反射板４を設けることによって、太陽電池モジュール１ｃが完成する。

　次に、蛍光粘着剤貼合方式を示す。本方式では、図３中の（ｄ）に示すように、蛍光材料９を接着剤１３中に分散し、該接着剤１３を介して透明シート１４を導光板８に貼り合わせることによって、蛍光集光板３ｄを形成する。形成した蛍光集光板３ｄの端面の一部分に太陽電池２を設け、該太陽電池２が設けられていない箇所に平坦部、およびジグザグ部を形成する。そして、太陽電池２が設けられていない平坦部、およびジグザグ部に反射板４を設けることによって、太陽電池モジュール１ｄが完成する。

　本実施形態に係る蛍光集光板３は、上述したいかなる製造方法を用いても製造することができるが、必ずしもこれに限定されるわけではない。

　反射板４としては、公知の反射板を使用可能であり、例えば、アルミ反射板、銀（Ａｇ）反射板、または誘電体積層膜等が挙げられるが、これに限定されない。反射板４の大きさは、特に限定されないが、その接着面の幅が蛍光集光板３の厚みと同一であることが好ましい。これにより、蛍光集光板３を導光して反射板４が配置されている端面に到達する光を効率良く反射することができる。

　太陽電池２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。太陽電池２は、従来公知の透過性の接着剤等を用いて、蛍光集光板３の端面に取り付けられている。この際、太陽電池２の大きさは、特に限定されないが、その受光部の幅が蛍光集光板３の厚みと同一であることが好ましい。これにより、蛍光集光板３を導光して太陽電池２が配置されている端面に到達する光を効率良く受光することができる。

　ここで、図１に示すような太陽電池モジュール１を作製し、その発電効率を調べた。まず、太陽光で発光するクマリン蛍光色素をアクリル樹脂中に約３重量％分散させて、矩形形状の蛍光集光板３（厚み：１０ｍｍ，採光面側面積：１ｍ^２（１ｍ×１ｍ））を作製した。作製した蛍光集光板３の１つの端面の一部に、受光部が１０ｍｍ幅の太陽電池２を設けた。該太陽電池２を設けていない端面の一部には、ジグザグ部（屈曲角度：約１１０度，凹状の屈曲部分のピッチ：２ｃｍ）を形成した。すなわち、太陽電池２を設置した端面において該太陽電池２が設置されていない箇所、および太陽電池２を設置した端面に直交する端面（図１中の蛍光集光板３の左辺）にジグザグ部を形成した。そして、太陽電池２が設けられていない平坦部、およびジグザグ部には、アクリル接着剤を用いて、反射板４としてアルミ反射板を接着した。このように作製した太陽電池モジュール１を快晴の屋外に設置したときの発電量は約８Ｗであった。

　これに対して、上記太陽電池モジュール１と同様の材料を用いて、１ｍ角の正方形形状の蛍光集光アクリル板（厚み：１０ｍｍ）を作製した。作製した蛍光集光アクリル板の１つの端面の一部（約３０ｃｍ）に、受光部が１０ｍｍ幅の太陽電池を設け、太陽電池を設置した端面において該太陽電池が設置されていない箇所、およびその他の端面には、アクリル接着剤を用いてアルミ反射板を接着した。このように作製した太陽電池モジュールを快晴の屋外に設置したときの発電量は約６Ｗであった。

　このように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、従来の太陽電池モジュールと比べて、その発電効率が高い。これは、太陽電池モジュール１の集光率が、従来の太陽電池モジュールと比較して高いためである。具体的には、太陽電池モジュール１に太陽光を照射すると、太陽光のうち、一部の波長域の光はアクリル樹脂中の蛍光体によって吸収され、黄緑色の波長の光を発光する。この光のうち、約７５％の光が蛍光集光板３中を導光し、太陽電池２が設置された端面において該太陽電池２が設置された箇所に直接導光する光は、太陽電池２の発電に利用される。一方、太陽電池２が設置された端面において該太陽電池２が設置されていない箇所、および太陽電池２が設置されていない３つの端面のいずれかに向かって導光する光は、反射板４によって反射され、最終的に太陽電池２に到達し、太陽電池２の発電に利用される。特に、蛍光集光板３のジグザグ部に導光した光は、該ジグザグ部によって、正反射方向とはずれて反射されるため、蛍光集光板３を導光した光のほとんどすべてが、最終的に太陽電池２に到達することになり、太陽電池モジュール１の集光性が高まる。

　さらに、本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、太陽電池２を蛍光集光板３の端面に設けているので、太陽電池２が小面積でありながら十分な発電効率が得られる。また、太陽電池モジュール１の設計の自由度が高いので、太陽電池モジュール１を建物または自動車の窓枠に取り付けて使用したり、屋根の上に取り付けて使用したりすることによって、高効率な太陽光発電システムを実現することができる。

　（ジグザグ部の形状例）
　蛍光集光板３の端面が有するジグザグ部の形状は、特に限定されるものではなく、種々の形状のジグザグ部が適用可能である。例えば、ジグザグ部は、蛍光集光板３の面方向における断面形状がジグザグ形状、すなわちジグザグ部の屈曲部分が尖った形状をしていても良いし、断面形状が波線状、すなわちジグザグ部の屈曲部分が曲面状を呈していても良い。図４に蛍光集光板３の端面が有するジグザグ部の形状例を示す。図４中の（ａ）～（ｄ）は、蛍光集光板３のジグザグ部の断面形状を示す図である。

　図４中の（ａ）および（ｂ）に示すように、ジグザグ部における凹状の屈曲部分のピッチＰが狭い蛍光集光板３にしても良いし、ピッチＰが広い蛍光集光板３にしても良い。本実施形態に係る蛍光集光板３では、ジグザグ部における凹状の屈曲部分のピッチＰは、特に限定されないが、１μｍ以上であることが好ましい。これにより、ジグザグ部に入射した光の進行方向を変えて反射させることができる。ここで、凹状の屈曲部分のピッチＰが、蛍光集光板３中を導光する光の波長よりも短い場合には、ジグザグ部において光を反射させることができない。したがって、本実施形態に係る蛍光集光板３のジグザグ部における凹状の屈曲部分のピッチＰは、少なくとも該蛍光集光板３中を導光する光の波長よりも長くする。

　また、図４中の（ｃ）および（ｄ）に示すように、ジグザグ部における屈曲部分の形状は、曲面状にしても良い。ジグザグ部における屈曲部分が尖った形状をしていると、太陽電池モジュール１に入射した光のうち、ジグザグ部における屈曲部分へと導光された光は、当該部分に吸収されてしまう可能性がある。その結果、太陽電池モジュール１の光利用効率が低減してしまう。そこで、蛍光集光板３のジグザグ部における屈曲部分を曲面状にすれば、太陽電池モジュール１に入射した光のうち、蛍光集光板３のジグザグ部における屈曲部分へと導光された光は、該部分が有する曲面によって反射される。したがって、ジグザグ部の屈曲部分へと導光された光が、該部分に吸収されてしまうのを防ぐことができる。その結果、太陽電池モジュール１では、より高い集光性を実現でき、光利用効率をより高めることができる。ここで、蛍光集光板３では、ジグザグ部における屈曲部分の曲率半径は、特に限定されないが、０．０１ｃｍ～３．０ｃｍであることが好ましく、０．１ｃｍ～０．５ｃｍであることがさらに好ましい。これにより、採光面積を確保しつつ、反射板の貼合がしやすいという効果を奏する。

　ここで、ジグザグ部の屈曲部分だけでなく、蛍光集光板３の端面同士が交わる箇所（太陽電池モジュール１の角）も、曲面状にしても良い。蛍光集光板３の端面同士が、互いに角を成すようにして配置されている、すなわち太陽電池モジュール１の角が角ばった形状をしている場合においても、上記と同様の理由から、太陽電池モジュール１に入射した光が太陽電池モジュール１の角に吸収されてしまう可能性がある。

　そこで、太陽電池モジュール１の角を曲面状にすると、太陽電池モジュール１に入射した光のうち、太陽電池モジュール１の角へと導光された光は、当該角が有する曲面によって反射される。したがって、太陽電池モジュール１の角へと導光された光が、当該角に吸収されてしまうのを防ぐことができる。その結果、太陽電池モジュール１では、より高い集光性を実現でき、光利用効率をより高めることができる。

　この場合、蛍光集光板３に接着する反射板４は、蛍光集光板３の各端面に接着するのではなく、帯状の反射板４を蛍光集光板３の側面に連続して貼り合わせることで接着可能である。このように、蛍光集光板３が有する端面のうち、反射板４を接着する端面同士が交わる箇所が曲面状になっていたり、ジグザグ部における屈曲部分が曲面状になっていたりする方が、反射板４を当該端面に接着しやすい。さらには、太陽電池モジュール１の運送時等に当該太陽電池モジュール１が割れてしまったり、欠けてしまったりするのを防ぐことができ、太陽電池モジュール１の取り扱いをより容易にすることが可能となる。

　ところで、蛍光集光板３のジグザグ部における屈曲部分の屈曲角度についても、図４中の（ａ）～（ｄ）に示すように、頂角が小さい蛍光集光板３にしても良いし、頂角が大きい蛍光集光板３にしても良い。本実施形態に係る蛍光集光板３では、ジグザグ部における屈曲部分の屈曲角度は、特に限定はないが、１００度～１２０度であることが好ましい。これにより、蛍光集光板３の端面に対して、広角に入射した光を太陽電池２の設置方向へ反射させることができる。ただし、ジグザグ部における屈曲部分の屈曲角度が９０度であると、太陽電池モジュール１に入射した光を効率良く太陽電池２に導光することができない。これについて、図５を参照して説明する。図５は、ジグザグ部の屈曲部分の屈曲角度を９０度とした蛍光集光板１３ａを備えた太陽電池モジュール１１ａを示す図である。

　図５に示すように、蛍光集光板１３ａのジグザグ部における屈曲部分の屈曲角度が９０度であると、図に示す矢印Ｄ方向に入射した光は、反射板１４ａによって反射されるが、蛍光集光板１３ａのジグザグ部での２度の反射によって、矢印Ｄと相対する方向へと反射される。したがって、ジグザグ部の屈曲部分の屈曲角度を９０度にすると、矢印Ｄ方向に入射した光は、反射板１４ａによって、矢印Ｄ方向と相対する方向へと反射されるだけであり、その進行方向を矢印Ｄ方向、およびそれに相対する方向以外に変更することができない。そのため、ジグザグの屈曲部分の屈曲角度が９０度以外の角度であれば、矢印Ｄ方向に入射した光もその進行方向を変えることができ、効率良く太陽電池２に導光することができる。すなわち、ジグザグの屈曲部分の屈曲角度は、０度よりも大きく、かつ９０度よりも小さい、あるいは９０度よりも大きく、かつ１８０度よりも小さければ良い。

　（蛍光集光板３の形状例）
　さて、蛍光集光板３は上述したように、板状であり、太陽光または照明光等の外光が入射する採光面と、該採光面に交差する交差面（すなわち端面、あるいは側面）とを有している。ここで、図６に示すように、採光面および該採光面とは反対側の面を略平行に配置し、蛍光集光板３の端面が採光面に対して垂直になるように配置することが好ましい。すなわち、蛍光集光板３の端面が有する平坦部を構成する面、およびジグザグ部を構成する面が、採光面に対して直交していることが好ましい。

　これによれば、蛍光集光板３内を導光した光が、該蛍光集光板３の端面（平坦部およびジグザグ部）において、全反射するための条件が崩されない。したがって、太陽電池モジュール１に入射した光は、蛍光集光板３の端面に設けられた反射板４で反射する際に、効率良く太陽電池２に導光することができる。

　（ジグザグ部の配置例）
　図１に示した蛍光集光板３の形状は一例であり、特にこれに限定されるわけではない。例えば、蛍光集光板３の１つの端面上に、平坦部とジグザグ部との両方を設けることも可能である。図７に、蛍光集光板３の１つの端面上に平坦部とジグザグ部とを備えた蛍光集光板３の一形状例を示す。

　図７に示すように、太陽電池モジュール１ｅでは、太陽電池２が設けられている端面に対向する端面のうち、少なくとも太陽電池２に対向する箇所は平坦部としている。図７の場合では、太陽電池２に対向する箇所が平坦部となっており、該平坦部以外の平坦部に対向する箇所は、ジグザグ部となっている。

　これによれば、図に示す矢印Ｅ方向（太陽電池２が設置されている端面に対して垂直な方向）に入射した光は、太陽電池２に対向する平坦部によって垂直反射され、効率良く太陽電池２に集光する。具体的には、太陽電池２に対向する平坦部によって垂直反射された光は、そのまま太陽電池２に到達する。すなわち、最小導光距離で太陽電池２に導光されることになるので、導光中の吸収ロスを最小限に抑えることが可能となる。

　ただし、太陽電池２が設置されている箇所と、該太陽電池２に対向する箇所との組み合わせ以外に、互いに対向しあう平行な２つの平坦部があると、太陽電池モジュール１ｅに入射した光を効率良く太陽電池２に導光することができない。これについて、図８を参照して説明する。図８は、太陽電池１２ａが設置されている端面と、該端面に対向する端面とが、それぞれ互いに平行な平坦部である蛍光集光板１３ｂを備えた太陽電池モジュール１１ｂを示す図である。

　図８に示すように、矢印Ｆ方向（太陽電池１２ｂが設置されている端面に対して垂直な方向）に入射した光は、太陽電池１２ｂが設置されている端面に対向する端面の反射板１４ｂによって、太陽電池１２ｂが設置されている端面と、該端面に相対する端面との間で反射を繰り返すだけであり、太陽電池１２ｂに集光することができない。その結果、太陽電池１２ｂが配置されている端面に対向する端面に対して垂直方向に導光した光は、太陽電池１２ｂに入射しないので、太陽電池モジュール１１ｂの光利用効率が低下してしまう。

　そのため、図８に示したように、太陽電池２が設置されている箇所に対向する箇所は平坦部とし、該平坦部以外の平坦部については、他の平坦部と対向しあわないようにする。これによって、太陽電池モジュール１ｅに入射した光を効率良く太陽電池２に導光することができる。

　（太陽光発電装置）
　本実施形態に係る太陽光発電装置は、上述した太陽電池モジュール１を備えている。本実施形態に係る太陽光発電装置は、例えば、複数の太陽電池モジュール１と、太陽電池モジュール１からの出力を蓄える蓄電池とを備えていても良い。該太陽光発電装置は、太陽電池モジュール１を備えているので、建物の窓または屋根、自動車の窓等に設置可能であり、小さい面積の太陽電池２によって、太陽光エネルギーを効率良く電力に変換することが可能である。

　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。

　〔実施形態の総括〕
　以上のように、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記太陽電池が設けられている箇所と対向する箇所は、上記太陽電池が設けられた箇所と平行であり、かつ平坦な表面を有していること特徴としている。

　上記の構成によれば、太陽電池が設置されている端面に対して垂直な方向に入射した光は、太陽電池に対向する平坦な表面を有する箇所によって垂直反射され、そのまま太陽電池に到達する。すなわち、最小導光距離で太陽電池に導光されることになるので、導光中の吸収ロスを最小限に抑えることが可能となる。

　また、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記屈曲した表面は、上記集光板の面方向における断面形状がジグザグ形状であることを特徴としている。

　上記の構成によれば、集光板の屈曲した表面に導光した光は、該表面によって、正反射方向とはずれて反射されるため、集光板を導光した光のほとんどすべてが、最終的に太陽電池に到達することになり、太陽電池モジュールの集光性が高まる。

　また、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記集光板において、隣り合う上記交差面が交わる箇所、および上記屈曲した表面における屈曲部分は、曲面状を呈していること特徴としている。

　上記の構成によれば、太陽電池モジュールに入射した光のうち、太陽電池モジュールの角（集光板の端面同士が交わる箇所）、または集光板が有する屈曲した表面の屈曲部分へと導光された光は、該角または該屈曲部分が有する曲面によって反射される。したがって、太陽電池モジュールの角、または屈曲した表面の屈曲部分へと導光された光が、該角または該屈曲部分に吸収されてしまうのを防ぐことができる。その結果、太陽電池モジュールでは、より高い集光性を実現でき、光利用効率をより高めることができる。

　また、太陽電池モジュールの角、または集光板の屈曲した表面の屈曲部分が曲面状になっている方が、反射板を集光板の端面に接着しやすい。さらには、太陽電池モジュールの運送時等に該太陽電池モジュールが割れてしまったり、欠けてしまったりするのを防ぐことができ、太陽電池モジュールの取り扱いをより容易にすることが可能となる。

　また、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記屈曲した表面を有する箇所を備えた上記交差面は、上記採光面に対して概ね直交していること特徴としている。

　上記の構成によれば、集光板内を導光した光が、該集光板の屈曲した表面において、全反射するための条件が崩されない。したがって、太陽電池モジュールに入射した光は、集光板の端面に設けられた反射板で反射する際に、効率良く太陽電池に導光することができる。

　また、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記屈曲した表面における屈曲部分は、９０度に屈曲していないこと特徴としている。

　上記の構成によれば、集光板の屈曲した表面に入射した光もその進行方向を変えることができる。もし、集光板の屈曲した表面における屈曲部分の屈曲角度が９０度であると、該表面に入射した光は、反射板によって反射されるが、集光板の屈曲した表面での２度の反射によって、入射方向と相対する方向へと反射される。したがって、屈曲した表面における屈曲部分の屈曲角度を９０度にすると、該表面に入射した光は、その進行方向を入射方向に相対する方向以外に変更することができない。そのため、屈曲した表面の屈曲部分が９０度に屈曲していなければ、該表面に入射した光もその進行方向を変えることができ、効率良く太陽電池に導光することができる。

　また、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記屈曲した表面において、凹状に屈曲している部分のピッチは、１μｍ以上であること特徴としている。

　上記の構成によれば、集光板の屈曲した表面に入射した光の進行方向を変えて反射させることができる。ここで、凹状の屈曲部分のピッチが、集光板中を導光する光の波長よりも短い場合には、該表面において光を反射させることができない。したがって、本発明に係る集光板の屈曲した表面における凹状の屈曲部分のピッチは、１μｍ以上にすることによって、反射時の光の進行方向を変えることができる。

　発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。

　本発明は、設計の自由度が高く、集光効率の高い太陽電池モジュールを提供することができるので、建物または自動車の窓、あるいは建物の屋根等における太陽光発電システムとして好適に利用することができる。

１，１ａ～１ｅ，１１ａ，１１ｂ　太陽電池モジュール
２，１２ａ，１２ｂ，３２　太陽電池
３，３ａ～３ｄ，１３ａ，１３ｂ，３３　蛍光集光板
４，４ａ，１４ａ，１４ｂ，３４　反射板
６，３６　入射光
８　導光板
９　蛍光材料
２０，３０　太陽光発電装置
１１　コート剤
１２　シート
１３　接着剤
１４　透明シート
２１　太陽電池パネル
２６　太陽光

Claims

　採光面と、上記採光面に交差する複数の交差面とを有し、蛍光材料を含有する集光板と、
　複数の上記交差面のうち、少なくともいずれかの上記交差面の少なくとも一部に設けられた太陽電池とを備えた太陽電池モジュールであって、
　複数の上記交差面のうち、上記太陽電池が設けられている箇所以外の部分は、反射板を備えており、なおかつ上記太陽電池が設けられていない箇所同士が対向し合う部分を少なくとも有し、
　上記太陽電池が設けられていない箇所同士が対向し合う部分から任意に選択される、対向し合う２つの箇所のうち、少なくともいずれかは、屈曲した表面を有していることを特徴とする太陽電池モジュール。
　上記太陽電池が設けられている箇所と対向する箇所は、上記太陽電池が設けられた箇所と平行であり、かつ平坦な表面を有してい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。
　上記屈曲した表面は、上記集光板の面方向における断面形状がジグザグ形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
　上記集光板において、隣り合う上記交差面が交わる箇所、および上記屈曲した表面における屈曲部分は、曲面状を呈していることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
　上記屈曲した表面を有する箇所を備えた上記交差面は、上記採光面に対して概ね直交している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。
　上記屈曲した表面における屈曲部分は、９０度に屈曲していないことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
　上記屈曲した表面において、凹状に屈曲している部分のピッチは、１μｍ以上である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。
　請求項１～７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールを複数備えていることを特徴とする太陽光発電装置。