WO2012014539A1 - Solar cell module and solar power generation device - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solar cell module and a solar power generation device.
- This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-167208 filed in Japan on July 26, 2010, the contents of which are incorporated herein by reference.
- Conventional solar power generation apparatuses generally have a form in which a plurality of solar cell panels are spread over the entire surface facing the sun.
- a solar power generation apparatus in which a gantry is installed on the roof of a building and a plurality of solar battery panels are spread on the gantry is known.
- a solar cell panel is made of an opaque semiconductor and cannot be stacked. Therefore, in a solar power generation device, a large-area solar cell panel is required to ensure the amount of power.
- the photovoltaic power generation apparatus must be installed in a limited place such as a roof, and there is a limit to the amount of power that can be obtained.
- This window surface solar cell power generation system includes an absorption-light-emitting plate and a solar cell in which phosphors are dispersed, and the window frame is formed by attaching the solar cell to a side surface perpendicular to the light-receiving surface of the absorption-light-emitting plate. It is configured.
- the internal phosphor is excited by sunlight incident on the light absorption-light emitting plate, and the solar cell is irradiated with radiation light from the phosphor to generate power.
- the solar cell described in Patent Document 2 includes a wedge-shaped condensing member having an incident surface and a scattering surface inclined with respect to the incident surface, and the solar cell is attached to an end surface of the condensing member.
- the solar cell described in Patent Document 3 is also substantially the same as that described in Patent Document 2, and includes a translucent member having a substantially right-sided side shape, and the solar cell is attached to the end surface of the translucent member.
- the solar cell described in Patent Document 4 includes a light guide plate having a curved surface shape with continuous front and back surfaces and a mirror provided on the back surface of the light guide plate, and the solar cells are installed on two end surfaces of the light guide plate. ing. Patent Document 4 also describes that a Fresnel prism is provided in front of the light guide plate.
- the light collecting member has a wedge shape or a curved surface shape, so that it is not convenient to use as a window by attaching it to an existing window frame, for example. Further, the solar cells described in Patent Documents 2 and 4 cannot be used as a transparent window because one surface of the light collecting member is a scattering surface or a mirror. Further, in the solar cells described in Patent Documents 2 and 3, since light is guided to the solar cell on the end face using a wedge-shaped light collecting member, the light collecting efficiency is extremely reduced when the light collecting member is enlarged in area. It is difficult to cope with large area.
- the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can achieve both transparency and power generation efficiency, a solar cell module having an inexpensive and simple configuration, and a solar cell using the solar cell module.
- the purpose is to provide a photovoltaic device.
- a solar cell module includes a first main surface, a second main surface, the first main surface, and a first end surface in contact with the second main surface.
- a light guide that causes light from the outside to enter from at least the first main surface, propagate inside, and exit from a part of the first end surface, and a part of the first end surface of the light guide.
- a solar cell element that receives light emitted from the light guide body, reflects light incident from the first main surface to at least the second main surface side of the light guide, and changes a traveling direction of the light.
- a reflection surface to be changed and a transmission surface that transmits light incident from the first main surface and emits the light to the outside are provided.
- the light traveling direction is changed by reflecting light incident from the first main surface on a part of the light guide on the second main surface side.
- a light traveling direction changing portion is provided, and the light traveling direction changing portion is inclined so as to form a predetermined inclination angle with respect to the second main surface of the light guide, and is incident from the first main surface.
- a first inclined surface that constitutes the reflecting surface that reflects light, and the second main surface of the light guide so as to form an inclination angle smaller than an inclination angle of the first inclined surface;
- a second inclined surface that constitutes the transmission surface that transmits light incident from one main surface.
- the light travel direction changing unit is convex toward the far side from the solar cell element when viewed from the normal direction of the second main surface of the light guide. You may have the curved planar shape curved so that it may become.
- the light travel direction changing unit includes a plurality of structures including a plurality of structures having the first inclined surface and the second inclined surface.
- the other structure group may not be located between one structure group and the solar cell element.
- the light travel direction changing unit is provided in a light travel direction changing member separate from the light guide, and the light travel direction changing member is the light guide. It may be arranged on the second main surface side of the body.
- the light that reflects the light incident from the second main surface on the first main surface side of the light guide and changes the traveling direction of the light There may be provided a surface and a transmission surface that transmits light incident from the second main surface and emits the light to the outside.
- a protection member that protects the reflective surface via an air layer is provided on at least the second main surface side of the light guide provided with the reflective surface. May be.
- a plurality of the light guides may be stacked in a posture in which the first main surface and the second main surface of the light guide are substantially parallel. good.
- the two light guides provided with the reflection surface on the second main surface side are stacked in a direction in which the second main surfaces face each other. May be.
- the plurality of reflection surfaces of the plurality of light guides are viewed from a normal direction of the first main surface and the second main surface of the light guide. May be arranged at different positions.
- the light guide may have a function of absorbing or reflecting infrared light.
- a solar power generation device includes a first main surface, a second main surface, a first end surface in contact with the first main surface, and the second main surface.
- a light guide that makes light enter at least from the first main surface, propagates inside, and exits from a part of the first end surface, and receives light emitted from a part of the first end surface of the light guide
- a reflective surface that reflects light incident from the first main surface to at least the second main surface side of the light guide, and changes a traveling direction of the light
- a solar cell module provided with a transmission surface that transmits light incident from the first main surface and emits the light to the outside.
- the present invention it is possible to provide a solar cell module that can achieve both transparency and power generation efficiency at a low cost and has a simple configuration, and a solar power generation apparatus using the solar cell module.
- FIG. 1 It is a perspective view which shows the solar power generation device and solar cell module of the 1st Embodiment of this invention. It is a top view of the solar cell module of the 1st Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the solar cell module of the 1st Embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the effect
- FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the solar power generation device and the solar cell module of the present embodiment.
- FIG. 2 is a plan view showing a portion of the solar cell module taken out.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the solar cell module taken along line AA ′ of FIG.
- FIG. 4 is a diagram for explaining the action of the reflecting surface in the solar cell module. It should be noted that in all of the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of dimensions may be different depending on the component.
- the solar power generation device 1 of the present embodiment includes a solar cell module 2 and a window frame 3 as shown in FIG.
- a window frame 3 is attached so as to surround the four sides of the solar cell module 2 having a substantially rectangular planar shape.
- a solar power generation device installed on the roof of a building is conventionally known. In the case of this embodiment, for example, by incorporating this solar power generation device 1 into a window of a building, sunlight from the sun S is incorporated into the window. Photovoltaic power generation is performed when L is irradiated.
- the solar power generation device 1 may include, for example, a storage battery that stores electric power obtained from the solar cell module 2.
- the solar power generation device 1 is good also as a form which can be incorporated not only in the window of a building but in the window of a motor vehicle, for example.
- the solar cell module 2 includes a light guide plate 4 (light guide) and a solar cell element 6 as shown in FIG.
- a light guide plate 4 light guide
- the solar cell element 6 photoelectrically converted in the solar cell element 6, and taken out as electric energy.
- the light guide plate 4 is formed of a transparent plate having a rectangular shape in which the light traveling direction changing portion 7 is formed on one surface. As shown in FIG. 1, the light traveling direction is changed.
- the surface opposite to the surface on which the portion 7 is formed is a surface on which the light L is incident.
- the surface of the light guide plate 4 on which the light traveling direction changing unit 7 is formed is the indoor side, and the side opposite to the surface on which the light traveling direction changing unit 7 is formed. Install with the side facing the outdoor side.
- the light guide plate 4 As a constituent material of the light guide plate 4, for example, highly transparent organic materials or inorganic materials such as acrylic resin, polycarbonate resin, and glass can be used, but are not limited thereto.
- the light guide plate 4 has a function as a window in addition to a function of propagating incident light therein and guiding it to the solar cell element 6. Therefore, in order to reduce the loss of light propagating through the inside as much as possible and to ensure translucency as a window, the light guide plate 4 does not include a phosphor or the like and is made of a highly transparent material. desirable. However, if the phosphor is not intentionally dispersed for the purpose of wavelength conversion inside the light guide plate 4, it may be a light guide plate made of a material that contains some phosphor and is not completely transparent. It can be used in this embodiment.
- first main surface 4 a a surface on which light is incident (a surface parallel to the xy plane in FIG. 1) is referred to as a first main surface 4 a.
- the surface facing the first main surface 4a and provided with the light traveling direction changing portion 7 is referred to as a second main surface 4b.
- a surface intersecting the first main surface 4a and the second main surface 4b and emitting light is referred to as a first end surface 4c.
- the light guide plate 4 and the solar cell element 6 are disposed adjacent to each other so that a part of the first end surface 4 c of the light guide plate 4 and the light receiving surface 6 a of the solar cell element 6 face each other.
- the light guide plate 4 and the solar cell element 6 may be directly fixed by an optical adhesive or the like, or are not directly fixed, and the position is fixed by being accommodated in the window frame 3. Also good.
- the solar cell element 6 is installed at the approximate center of the first end surface 4 c of the light guide plate 4, that is, the approximate center of one side extending in the short direction of the light guide plate 4 (x-axis direction in FIG. 2). Yes.
- the installation position of the solar cell element 6 is not limited to this position, and may be the end of the first end face 4c of the light guide plate 4, for example.
- the solar cell element 6 may be installed on one side extending in the longitudinal direction of the light guide plate 4 (y-axis direction in FIG. 2).
- the planar shape of the ridge constituting the light traveling direction changing unit 7 described later is also changed accordingly.
- the light guide plate 4 is formed of acrylic resin as an example. Furthermore, it is desirable to disperse infrared absorbers such as aluminum nitride fine particles in the acrylic resin. Thereby, an infrared absorber can remove infrared light by absorbing the infrared light component of the sunlight taken in by the light-guide plate 4, and can suppress an indoor temperature rise.
- the dimensions of the light guide plate 4 are, for example, the dimension of one side of the rectangular short direction (the x-axis direction in FIG. 2) serving as the first main surface 4a and the second main surface 4b is 1 m, and the longitudinal direction ( The dimension of one side of the y-axis direction in FIG. 2 is 2 m, and the thickness (dimension in the z-axis direction in FIG. 2) is 10 mm.
- the second main surface 4 b of the light guide plate 4 reflects the light L 1, L 2, L 3, L 4 incident from the first main surface 4 a to change the traveling direction of the light to the first main surface 4 b.
- a light traveling direction changing unit 7 that changes in a direction toward the center of the end face 4c (lights L11, L12, and L13) is provided.
- the light traveling direction changing portion 7 is composed of a plurality of triangular prism-shaped ridges 10 formed on the second main surface 4 b of the light guide plate 4.
- Each ridge 10 has a curved planar shape that is curved so as to be convex from the first end surface 4c side to the second end surface 4d side when viewed from the normal direction of the second main surface 4b. ing.
- the planar shape of each ridge 10 is, for example, a part of a circumference having a certain curvature, and the center of curvature of each circumference is preferably located on the light receiving surface 6 a of the solar cell element 6. Since each protrusion 10 has such a planar shape, as shown in FIG. 2, the solar cell element 6 near the center of the first end face 4c is arranged for light incident from various places on the first main surface 4a. The light propagates through the light guide plate 4 so as to be focused on the spot.
- the light traveling direction changing unit 7 is formed integrally with the light guide plate 4 by processing the light guide plate 4 itself.
- the light traveling direction changing portion 7 can be formed, for example, by cutting the second main surface 4b of the originally flat light guide plate 4. Or you may form the light advancing direction change part 7 by methods, such as performing injection molding of resin using the metal mold
- the plurality of ridges 10 are formed apart from each other. Moreover, as shown in FIG. 3, among the 2nd main surface 4b of the light-guide plate 4, the area
- the shape and size of each ridge 10 and the interval (pitch) between adjacent ridges 10 are all drawn the same. Thus, the shape and size of each ridge 10 and the interval (pitch) between adjacent ridges 10 may all be the same or different.
- each protrusion 10 constituting the light traveling direction changing unit 7 has a first inclined surface T1 and a second inclined surface T2.
- the first inclined surface T1 forms a predetermined inclination angle ⁇ A (see FIG. 4) with respect to the second main surface 4b.
- the second inclined surface T2 forms an inclination angle ⁇ B (see FIG.
- the first inclined surface T1 functions as a reflecting surface that reflects (totally reflects) light incident from the first main surface 4a.
- the second inclined surface T2 functions as a transmission surface that transmits light incident from the first main surface 4a.
- the incident angle ⁇ 2 of the light on the first inclined surface T1 changes according to the inclination angle ⁇ A of the first inclined surface T1. Therefore, the inclination angle ⁇ A of the first inclined surface T1 is such that the incident angle ⁇ 2 of the light incident on the first inclined surface T1 is equal to or greater than the critical angle at the interface between the first inclined surface T1 and air and the light is totally reflected. Is set in advance. Further, the incident angle ⁇ 3 of the light to the second inclined surface T2 changes according to the inclined angle ⁇ B of the second inclined surface T2.
- the inclination angle ⁇ B of the second inclined surface T2 is set so that the incident angle ⁇ 3 of the light incident on the second inclined surface T2 is less than the critical angle at the interface between the second inclined surface T2 and air and the light is transmitted. Set in advance.
- the inclination angle ⁇ A of the first inclined surface T1 is 24 degrees
- the inclination angle ⁇ B of the second inclined surface T2 is 5 degrees
- the refractive index of the light guide plate 4 is 1.5
- the refractive index is 1.0.
- the critical angle at the interface between the first inclined surface T1 or the second inclined surface T2 and the air is 41 degrees.
- the incident angle ⁇ 0 of the sunlight L to the first main surface 4a of the light guide plate 4 is 27 degrees or more
- the refraction angle ⁇ 1 when the sunlight L enters the light guide plate 4 is 18 degrees or more. It becomes.
- the incident angle ⁇ 2 of the light on the first inclined surface T1 is 41 degrees or more, and the incident angle ⁇ 2 is not less than the critical angle, so that the light L is totally reflected by the first inclined surface T1.
- the incident angle ⁇ 3 of the light on the second inclined surface T2 is 13 degrees or more, and the incident angle ⁇ 3 is less than the critical angle, so that the light passes through the second inclined surface T2. Therefore, within the incident angle range of sunlight L that enters the light guide plate 4 when the solar power generation device 1 is installed on the window, the light is totally reflected by the first inclined surface T1, and the second inclined surface T2 is reflected.
- the inclination angle ⁇ A of the first inclined surface T1 and the inclination angle ⁇ B of the second inclined surface T2 may be set so as to satisfy the angle condition for transmission.
- the light L1 incident on the first inclined surface T1 of the ridge 10 out of the light L1, L2, L3, and L4 incident on each part of the light guide plate 4 is the first inclined surface.
- the light L3 that is totally reflected at T1 and enters the second inclined surface T2 of the ridge 10 passes through the second inclined surface T2.
- light L2 and L4 incident on the flat surface F between two adjacent ridges 10 are transmitted through the flat surface F. That is, in this embodiment, the 1st inclined surface T1 of the protruding item
- the flat surface F other than the second inclined surface T2 of the ridge 10 and the light traveling direction changing portion 7 is a transmission surface that transmits light to the outside. Therefore, a part of the light incident on the light guide plate 4 from the first main surface 4 a is guided to the solar cell element 6 and contributes to power generation, while the rest is emitted from the light guide plate 4.
- the light guide plate 4 appears to be substantially transparent and is on the first main surface 4a side (for example, outdoor side). Can be seen through.
- the term “transparent” is not limited to a state in which what is on the back side from the near side across the light guide plate 4 is completely seen through, but also includes a state in which what is on the back side can be recognized. It is a concept.
- the solar cell element 6 a known one can be used, and for example, an amorphous silicon solar cell, a polycrystalline silicon solar cell, a single crystal silicon solar cell, or the like can be used.
- the shape and size of the solar cell element 6 are not particularly limited as long as the shape and size are within the first end face 4 c of the light guide plate 4.
- a transparent plate that does not include a phosphor is used as the light guide plate 4 that receives sunlight L, and the light guide plate 4 reflects light to travel the light.
- a reflecting surface that changes the light intensity and a transmitting surface that transmits light Therefore, the transparency of the light guide plate 4 can be ensured, and it can be used as a transparent window by being incorporated in a window of a building or an automobile.
- the light collected from various parts of the light guide plate 4 is converged and guided to the solar cell element 6, the light can be sufficiently collected and the power generation efficiency can be improved.
- the solar cell element 6 having a size corresponding to a part of the first end face 4c of the light guide plate 4 may be used, and it is not necessary to prepare a large-sized solar cell element. Therefore, the manufacturing cost can be reduced and it is easy to cope with an increase in the size of the solar cell module.
- the present inventor performed a simulation of the power generation amount.
- the dimensions of the first main surface 4a and the second main surface 4b of the light guide plate 4 are 1 m ⁇ 2 m
- the thickness of the light guide plate 4 is 10 mm
- the inclination angle ⁇ A of the first inclined surface T1 of the light guide plate 4 is set.
- the inclination angle ⁇ B of the second inclined surface T2 was set to 5 degrees
- the projected area ratio of the first inclined surface T1 and the second inclined surface T2 of the light guide plate 4 to the first main surface 4a was set to 1/20 or less.
- the dimension of the solar cell element 6 was 10 mm ⁇ 10 mm
- the refractive index of the light guide plate 4 was 1.5
- the refractive index of air was 1.0.
- the amount of power generated when the solar cell module 2 was irradiated with sunlight from the first main surface 4a side of the light guide plate 4 was approximately 20W.
- the output condition of the solar cell element 6 is based on the air mass AM1.5 defined by JIS. At this time, the incident angle of sunlight on the first main surface 4a of the light guide plate 4 is approximately 42 degrees. Become. On the other hand, the power generation amount obtained when the solar cell element 6 was directly irradiated with sunlight without using the light guide plate 4 was about 2 W. Thus, according to the solar power generation device 1 of the present embodiment, even if a small solar cell element 6 is used, the power generation amount is sufficiently large, for example, about 10 times that when the light guide plate 4 is not used. It was found that
- infrared light having a wavelength of 800 nm can be removed by dispersing 1% by weight of aluminum nitride fine particles as an infrared absorber in the acrylic plate constituting the light guide plate 4.
- an infrared light reflection layer is provided on at least one of the first main surface 4a and the second main surface 4b of the light guide plate 4. It is good also as a structure provided.
- the infrared light reflection layer for example, a cholesteric liquid crystal layer or a dielectric multilayer film can be applied. By adopting this configuration, it is possible to suppress infrared light from passing through the light guide plate 4 and to suppress an increase in indoor temperature.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
- the same components as those in FIG. 3 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- a plurality of ridges 10 are formed on the second main surface 4 b of the light guide plate 4 so as to be separated from each other, and two adjacent ridges are formed.
- the area between 10 was a flat surface F.
- a plurality of ridges 10 are continuously formed on the second main surface 14 b of the light guide plate 14, and two adjacent There is no flat surface between the ridges 10.
- the inclination angles of the first inclined surface T1 and the second inclined surface T2 constituting each ridge 10 are the same as those in the above embodiment.
- the first inclined surface T1 of the ridge 10 constituting the light traveling direction changing unit 15 changes the traveling direction of the light L1 to the direction toward the first end surface 14c (lights L21, L22, L23) and Become.
- line 10 becomes a permeation
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
- the same components as those in FIG. 3 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- a plurality of ridges 10 are formed on the second main surface 4 b of the light guide plate 4 so as to be separated from each other, and two adjacent ridges are formed.
- the area between 10 was a flat surface F.
- the plurality of grooves 19 are formed on the second main surface 18 b of the light guide plate 18 at a predetermined interval.
- the region between two adjacent grooves 19 is a flat surface F.
- the cross-sectional shape of each groove 19 cut along the yz plane of FIG. 6 is an unequal triangle.
- the inclination angles of the first inclined surface T1 and the second inclined surface T2 constituting each groove 19 are the same as those in the above embodiment.
- the light L1 incident on the first inclined surface T1 of the groove 19 is totally reflected by the first inclined surface T1.
- Lights L2 and L4 incident on the second inclined surface T2 of the groove 19 are transmitted through the second inclined surface T2, and light L3 incident on the flat surface F is transmitted through the flat surface F.
- channel 19 which comprises the light advancing direction change part 20 turns into a reflective surface which changes the advancing direction of the light L1 to the direction (light L31, L32) which goes to the 1st end surface 18c.
- the second inclined surface T2 and the flat surface F of the groove 19 serve as a transmission surface that transmits the light L2, L3, and L4 to the outside.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
- the same components as those in FIG. 3 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
- each groove 19 is continuously formed on the second main surface 23 b of the light guide plate 23, and the flatness between two adjacent grooves 19 is flat. There are no faces.
- the cross-sectional shape of each groove 19 cut along the yz plane of FIG. 7 is an unequal triangle.
- the inclination angles of the first inclined surface T1 and the second inclined surface T2 constituting each groove 19 are the same as those in the above embodiment.
- the first inclined surface T1 of the groove 19 constituting the light traveling direction changing unit 24 becomes a reflecting surface that changes the traveling direction of the light L1 to the direction toward the first end surface 23c (lights L41 and L42).
- the second inclined surface T2 of the groove 19 serves as a transmission surface that transmits the light L2 and L3 to the outside.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
- the same components as those in FIG. 3 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- the cross-sectional shape along the light traveling direction is all triangular, but the cross-sectional shape is not necessarily triangular.
- the ridge 37 having a rounded shape at each corner of the triangle may be formed on the second main surface 38 b of the light guide plate 38.
- the first inclined surface T3 having a relatively large inclination angle with respect to the second main surface 38b and the second inclined surface T4 having a small inclination angle are both curved surfaces, but there is no particular functional problem even if they are curved surfaces.
- a 1st inclined surface and a 2nd inclined surface may be a curved surface.
- the first inclined surface T3 of the ridge 37 constituting the light traveling direction changing portion is a reflecting surface that changes the traveling direction of the light L1 to the direction toward the first end surface 38c (lights L51 and L52). .
- line 37 becomes a permeation
- the light L2 and L3 incident on the first main surface 38a facing the region where the protrusions 37 of the second main surface 38b of the light guide plate 38 are not formed are transmitted through the light guide plate 38 and the second main surface. The light is emitted from 38b.
- FIG. 9 is a plan view showing a solar cell module according to this modification.
- the same components as those in FIG. 2 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- each protrusion 28 constituting the light traveling direction changing portion 27 of the light guide plate 29 is divided at a plurality of locations.
- a portion where each projection 28 is divided is a flat surface F.
- FIG. 10 is a plan view showing the solar cell module of the present embodiment.
- the same components as those in FIG. 2 used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
- the light traveling direction changing unit 32 formed on the light guide plate 34 includes a ridge group 35 including a plurality of ridges 33 (structures). Have more than one. Further, no other ridge group 35 is located between one ridge group 35 and the solar cell element 6. Specifically, there is no other ridge group 35 in a region surrounded by a line segment connecting both ends in the longitudinal direction of each ridge 33 included in one ridge group 35 and the center of the solar cell element 6. .
- the cross-sectional shape and size of each ridge 33, the pitch between the ridges 33, the inclination angles of the first inclined surface T1 and the second inclined surface T2, and the like are the same as in the first embodiment.
- the amount of the reflected light is reduced by the amount of the ridge 33 on the second main surface 34b of the light guide plate 34, that is, the area occupied by the first inclined surface T1, and the proportion of the flat surface F increases. And the amount of transmitted light increases.
- the above-described solar cell module that can ensure both transparency and power generation efficiency, has a low-cost and simple configuration, and a solar power generation device using the solar cell module can be provided. The same effect as the embodiment can be obtained.
- the light taken into the light guide plate 34 on the side close to the second end surface 34d is reflected by the first inclined surface T1 of the ridge 33 to change the traveling direction, and then the center of the first end surface 34c. Propagates a long distance toward the solar cell element 6.
- the light enters the other ridge 33 and changes the traveling direction again, and the propagation angle in the light guide plate 34 changes. Then, before the light reaches the first end surface 34c side, the light leaks to the outside from the first main surface 34a or the second main surface 34b, and power generation efficiency may be reduced.
- the solar cell module 31 of the present embodiment since the other ridge group 35 does not exist between one ridge group 35 and the solar cell element 6, the amount of the above-described leakage light is reduced. Power generation efficiency can be improved.
- the present inventor performed a simulation of the power generation amount in order to verify the effect of the solar cell module 31 of the present embodiment.
- the dimensions of the first main surface 34a and the second main surface 34b of the light guide plate 34 were 1 m ⁇ 2 m, and the thickness of the light guide plate 34 was 3 mm.
- the inclination angle ⁇ A of the first inclined surface T1 of the light guide plate 34 is set to 24 degrees
- the inclination angle ⁇ B of the second inclined surface T2 is set to 5 degrees
- the projected area ratio with respect to the first major surface 34a was set to 1/20 or less.
- the dimension of the solar cell element 6 was 10 mm ⁇ 10 mm
- the refractive index of the light guide plate 34 was 1.5
- the refractive index of air was 1.0.
- the amount of power generated when the solar cell module 31 was irradiated with sunlight from the first main surface 34a side of the light guide plate 34 was approximately 14W.
- the output condition of the solar cell element 6 is based on the air mass AM1.5 defined by JIS.
- the incident angle of sunlight on the first main surface 34a of the light guide plate 34 is approximately 42 degrees.
- the power generation amount obtained when the solar cell element 6 was directly irradiated with sunlight without using the light guide plate 34 was approximately 2 W.
- the solar cell module 31 of the present embodiment even if the small solar cell element 6 is used, a sufficiently large power generation amount is obtained, for example, about 7 times that when the light guide plate 34 is not used. It turns out that it is obtained.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing the solar cell module of the present embodiment.
- the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- the light traveling direction changing unit 7 is formed integrally with the light guide plate 4, whereas in the solar cell module of the present embodiment, the light traveling direction changing unit is provided. It is a member different from the light guide plate. That is, as shown in FIG. 11, in the solar cell module 40 of the present embodiment, the light guide plate 41 includes a parallel plate-like transparent plate 42 and a film 44 (light travel direction changing member) including a light travel direction changing unit 43. ) And. On one surface of the film 44, a light traveling direction changing portion 43 composed of a plurality of ridges 45 similar to that of the first embodiment is formed. The shape and dimensions of the ridges 45 are as described in the first embodiment. The film 44 is bonded to one surface of the transparent plate 42 via an optical adhesive 46.
- the film 44 is made of a light-transmitting material, and for example, acrylic resin, polypropylene resin, cycloolefin resin, polycarbonate resin, triacetyl cellulose resin, polyethylene terephthalate resin, or the like is used.
- the refractive index of the transparent plate 42, the refractive index of the film 44, and the refractive index of the optical adhesive 46 are desirably matched as much as possible, but may not necessarily match.
- the first inclined surface T ⁇ b> 1 of the ridge 45 constituting the light traveling direction changing unit 43 is a reflecting surface that changes the traveling direction of the light L ⁇ b> 63 to the direction toward the first end surface (lights L ⁇ b> 61 and L ⁇ b> 62). .
- line 45 becomes a permeation
- the light L64 incident on the first main surface facing the region where the first inclined surface T1 of the light guide plate 41 is not formed is transmitted through the light guide plate 41 and emitted from the second main surface.
- the above-described solar cell module that can ensure both transparency and power generation efficiency, has a low-cost and simple configuration, and a solar power generation device using the solar cell module can be provided. The same effect as the embodiment can be obtained.
- the light guide plate 41 when the light guide plate 41 is manufactured, it is not necessary to cut the transparent plate 42 or perform injection molding using a mold, and the flat transparent plate 42 is prepared. What is necessary is just to bond the film 44 to the transparent plate 42. Alternatively, the film 44 may be attached to the window glass later. Further, the film 44 may be bonded to only a part of the window glass. Thus, according to this embodiment, a solar cell module with a high degree of freedom can be realized according to the usage pattern.
- FIG. 12 is a cross-sectional view showing the solar cell module of the present embodiment.
- the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- the light traveling direction changing portions 7 are formed on both the first main surface 49a and the second main surface 49b of the light guide plate 49, respectively. That is, on the second main surface 49 b of the light guide plate 49, the light traveling direction changing portion 7 composed of a plurality of triangular prismatic ridges 10 is formed.
- the ridges 10 extend from one end of the light guide plate 49 to the other end while curving in a direction orthogonal to the light traveling direction of the light guide plate 49 (x-axis direction in FIG. 12).
- the ridge 10 has a first inclined surface T1 having a relatively large inclination angle with respect to the second main surface 49b and a second inclined surface T2 having a relatively small inclination angle with respect to the second main surface 49b.
- the light L71 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 49a side of the light guide plate 49 is totally reflected by the first inclined surface T1 and changes its traveling direction to the first end surface 49c side (lights L72 and L73).
- the light L75 incident on the first inclined surface T1 from the second main surface 49b side of the light guide plate 49 is totally reflected by the first inclined surface T1 and changes its traveling direction to the first end surface 49c side (light L76, L77).
- the plurality of ridges 10 are formed so as to be separated so that the ridge lines of the triangular prisms of the ridges 10 extend in parallel to each other.
- a region between two adjacent ridges 10 in the second main surface 49b is a flat surface F, which functions as a transmission surface that transmits light incident from the first main surface 49a and emits the light to the outside. .
- the configuration on the second main surface 49b side is the same as that of the first embodiment.
- the first main surface 49a of the light guide plate 49 is also a light traveling direction changing portion 7 composed of a plurality of triangular prism-shaped ridges 10, and the second main surface 49b side and The same light traveling direction changing unit 7 is formed.
- each ridge 10 on the first main surface 49a side and each ridge 10 on the second main surface 49b side of the light guide plate 49 are the ridgeline of the ridge 10, the first inclined surface T1, and the second.
- the positions of the inclined surface T2 in the light traveling direction (y-axis direction in FIG. 12) of the light guide plate 49 are aligned.
- the light travel direction changing unit 7 on the first main surface 49 a side and the light travel direction changing unit 7 on the second main surface 49 b side of the light guide plate 49 are virtual planes X passing through the center of the light guide plate 49 in the thickness direction. It has a symmetric shape around the center.
- the light traveling direction changing unit 7 is formed integrally with the light guide plate 49 by processing the light guide plate 49 itself.
- the light traveling direction changing portion 7 is formed by cutting the first main surface 49a and the second main surface 49b of the light guide plate 49 that was originally flat, or a concave shape in which the shape of the ridge 10 is reversed.
- a resin injection molding may be performed using a mold having
- the shape and dimensions of the plurality of ridges 10 and the interval (pitch) between the adjacent ridges 10 are all drawn to be the same.
- the interval (pitch) between 10 may be different.
- the above-described solar cell module that can ensure both transparency and power generation efficiency, has a low-cost and simple configuration, and a solar power generation device using the solar cell module can be provided. The same effect as the embodiment can be obtained.
- the solar cell module 48 of the present embodiment is effective not only for use in a window frame or the like but also in a place where light enters from both sides, for example, outdoors.
- the amount of light to be transmitted can be ensured and the transparency can be increased. Can have enough.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
- the same components as those in FIG. 12 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- the light traveling direction changing portions 7 are formed on both the first main surface 52 a and the second main surface 52 b of the light guide plate 52.
- each ridge 10 on the first main surface 52a side of the light guide plate 52 and each ridge 10 on the second main surface 52b side are the ridgeline of the ridge 10, the first inclined surface T1, and the second inclined surface T2.
- each protrusion 10 on one main surface side proceeds with the light of the light guide plate 52 with respect to each protrusion 10 on the other main surface side.
- first inclined surface T1 on the first main surface 52a side of the light guide plate 52 and the first inclined surface T1 on the second main surface 52b side are normal lines of the first main surface 52a and the second main surface 52b. They are arranged at different positions as seen from the direction.
- Other configurations are the same as those of the fourth embodiment.
- the solar cell module 51 of the present modification it is possible to provide both a solar cell module having a low-cost and simple configuration, and a solar power generation device using the solar cell module, which can ensure both transparency and power generation efficiency.
- the same effect as the embodiment can be obtained.
- the point which can utilize the light which injected from both surfaces of the light-guide plate 52 for electric power generation is the same as that of the said embodiment.
- the light traveling direction changing portions 7 of the first main surface 52a and the second main surface 52b of the light guide plate 52 are formed at positions shifted from each other, for example, the first inclined surface on one main surface side. There is a position where T1 and the flat surface F on the other main surface side face each other. Therefore, compared with the said embodiment, the ratio which can take in light into the inside of the light-guide plate 52 increases, and electric power generation efficiency can be improved.
- FIG. 14 is a cross-sectional view showing the solar cell module of the present embodiment.
- the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- the solar cell module 66 of this embodiment includes a light guide plate 4, a solar cell element 6, and a protective plate 67 (protective member) as shown in FIG.
- the protection plate 67 is installed so as to face the second main surface 4b of the light guide plate 4 on which the light traveling direction changing unit 7 is formed, with an air layer 68 interposed therebetween.
- the protection plate 67 can be formed of a transparent plate such as an acrylic resin having flat surfaces that are parallel to each other. However, the material is not particularly limited to the acrylic resin, and various materials can be used.
- the protection plate 67 and the light guide plate 4 can be fixed by a window frame (not shown), for example.
- the above-described solar cell module that can ensure both transparency and power generation efficiency, has a low-cost and simple configuration, and a solar power generation device using the solar cell module can be provided. The same effect as the embodiment can be obtained.
- the protective plate 67 is installed so as to cover the light traveling direction changing portion 7 of the second main surface 4b of the light guide plate 4, and the light traveling direction changing portion 7 is not exposed to the outside. It can prevent that the protruding item
- FIG. 15 is a cross-sectional view showing the solar cell module of the present embodiment.
- the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- the solar cell module 70 of the present embodiment uses two sets of the solar cell modules 2 (FIGS. 2 and 3) of the first embodiment, and the two light guide plates 4 are the first ones.
- the main surface 4a and the second main surface 4b are stacked so as to be substantially parallel.
- the two light guide plates 4 are arranged via the air layer 68 so that the second main surfaces 4b on which the light traveling direction changing portions 7 including the plurality of ridges 10 are formed face each other.
- each convex strip 10 of one light guide plate 4 and each convex strip 10 of the other light guide plate 4 are guided by the ridgeline of the convex strip 10, the first inclined surface T1, and the second inclined surface T2.
- the positions of the light plates 4 in the light traveling direction (the y-axis direction in FIG. 15) are aligned.
- the solar cell module 70 of the present embodiment it is possible to provide a solar cell module having a simple and inexpensive structure, and a solar power generation device using the solar cell module, which can ensure both transparency and power generation efficiency. The same effect as the embodiment can be obtained.
- the two light guide plates 4 are arranged so that the first main surface 4a of each light guide plate 4 faces the outside, so that light incident from both sides of the solar cell module 70 is used for power generation. be able to. Further, the two light guide plates 4 are arranged so that the plurality of ridges 10 constituting the light traveling direction changing portion 7 are opposed to each other, and the ridges 10 are not exposed to the outside. , Can prevent the chipping. Furthermore, when this solar cell module 70 is used for a window, it is possible to realize a multi-layered window capable of photovoltaic power generation and having excellent heat insulation and the like. Furthermore, since the positions of the ridges 10 of each light guide plate 4 are aligned, the amount of light to be transmitted can be secured and the transparency can be sufficiently maintained.
- FIG. 16 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
- the same components as those in FIG. 15 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- each ridge 10 of one light guide plate 4 and each ridge 10 of the other light guide plate 4 are the ridgeline of the ridge 10, the first inclined surface T1, and the second inclined surface T2.
- the positions of the light guide plates 4 in the light traveling direction are not aligned.
- first inclined surface T1 of one light guide plate 4 and the first inclined surface T1 of the other light guide plate 4 are in the normal direction of the first main surface 4a and the second main surface 4b of each light guide plate 4. They are arranged at different positions as seen from the top. Other configurations are the same as those in the above embodiment.
- the light L111 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 4a side of the lower light guide plate 4 is totally reflected by the first inclined surface T1, and its traveling direction is directed to the first end surface 4c side. Change (light L112, L113). Further, the light L115 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 4a side of the upper light guide plate 4 is totally reflected by the first inclined surface T1 and changes its traveling direction to the first end surface 4c side (light L116, L117). Further, the light L114 incident on the second inclined surface T2 from the first main surface 4a side of the lower light guide plate 4 is transmitted through the second inclined surface T2. Further, the light L118 incident on the second inclined surface T2 from the first main surface 4a side of the upper light guide plate 4 is transmitted through the second inclined surface T2.
- the solar cell module 72 of the present embodiment it is possible to provide both a solar cell module having a low-cost and simple configuration, and a solar power generation device using the solar cell module that can ensure both transparency and power generation efficiency.
- the same effect as the embodiment can be obtained.
- achieve the window of a multilayer structure are the same as that of the said embodiment.
- the projections 10 of the two light guide plates 4 are formed at positions shifted from each other.
- the first inclined surface T1 of one light guide plate 4 and the other light guide plate 4 The flat surface F is opposed to the flat surface F. Therefore, the proportion of light that can be captured is increased compared to the above embodiment, and the power generation efficiency can be improved.
- FIG. 17 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
- the same components as those in FIG. 15 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- each ridge 10 of all the light guide plates 4 has the light traveling direction of the light guide plate 4 on the ridge line of the ridge 10, the first inclined surface T1 and the second inclined surface T2 (the y-axis direction in FIG. 17). ) Are aligned.
- the light L121 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 4a side of the first light guide plate 4 from the bottom is totally reflected by the first inclined surface T1, and its traveling direction is changed to the solar cell. It changes to the 1st end surface side in which the element 6 is provided (light L122, L123). Further, the light L124 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 4a side of the second light guide plate 4 from the bottom is totally reflected by the first inclined surface T1, and the traveling direction thereof is changed to the solar cell element 6. (The light L125, L126).
- the light L127 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 4a side of the third light guide plate 4 from the bottom is totally reflected by the first inclined surface T1, and the traveling direction thereof is changed to the solar cell element 6. Is changed to the first end face side where light is provided (lights L128 and L129).
- the light L130 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 4a side of the fourth light guide plate 4 from the bottom is totally reflected by the first inclined surface T1, and the traveling direction thereof is changed to the solar cell element 6. Is changed to the first end face side where light is provided (lights L131 and L132).
- the light L133 incident on the second inclined surface T2 from the first main surface 4a side of the first light guide plate 4 from the bottom passes through the second inclined surface T2.
- the solar cell module 74 of the present modification it is possible to provide both a solar cell module having a low-cost and simple configuration, and a solar power generation device using the solar cell module that can ensure both transparency and power generation efficiency. The same effect as the embodiment can be obtained.
- the power generation efficiency can be improved without increasing the installation area by stacking the four light guide plates 4.
- the inventor performed a simulation of the power generation amount in this configuration.
- the dimensions of the first main surface 4a and the second main surface 4b of the light guide plate 4 are 1 m ⁇ 2 m, the thickness of the light guide plate 4 is 10 mm, and the inclination angle of the first inclined surface T1 of the light guide plate 4 is 24 degrees. .
- the inclination angle of the second inclined surface T2 is set to 5 degrees, and the projected area ratio of the first inclined surface T1 and the second inclined surface T2 of the light guide plate 4 to the first main surface 4a is set to 1/20 or less.
- One side of the solar cell element 6 was 10 mm, the refractive index of the light guide plate 4 was 1.5, and the refractive index of air was 1.0.
- the amount of power generated when the solar cell module 74 was irradiated with sunlight from the first main surface 4a side of the light guide plate 4 was approximately 65W.
- FIG. 18 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
- the same components as those in FIG. 17 used in the description of the second modification are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- each ridge 10 of each light guide plate 4 has a ridgeline of the ridge 10, the light guide plate of the first inclined surface T1, and the second inclined surface T2. 4 are not aligned in the light traveling direction (y-axis direction in FIG. 18). That is, each protrusion 10 of one light guide plate 4 is formed at a position shifted in the light traveling direction of the light guide plate 4 with respect to each protrusion 10 of the remaining light guide plate 4.
- the first inclined surface T1 of one light guide plate 4 and the first inclined surfaces T1 of the remaining light guide plates 4 are normal to the first main surface 4a and the second main surface 4b of each light guide plate 4. They are arranged at different positions as seen from the direction.
- Other configurations are the same as those in the above embodiment.
- the light L141 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 4a side of the first light guide plate 4 from the bottom is totally reflected by the first inclined surface T1, and the traveling direction thereof is changed to the solar cell. It changes to the 1st end surface side in which the element 6 is provided (light L142, L143). Further, the light L144 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 4a side of the second light guide plate 4 from the bottom is totally reflected by the first inclined surface T1, and the traveling direction thereof is changed to the solar cell element 6. Is changed to the first end face side where light is provided (lights L145 and L146).
- the light L147 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 4a side of the third light guide plate 4 from the bottom is totally reflected by the first inclined surface T1, and the traveling direction thereof is changed to the solar cell element 6. Is changed to the first end face side where light is provided (lights L148 and L149).
- the light L150 incident on the first inclined surface T1 from the first main surface 4a side of the fourth light guide plate 4 from the bottom is totally reflected by the first inclined surface T1, and the traveling direction thereof is changed to the solar cell element 6. Is changed to the first end face side where light is provided (lights L151 and L152).
- the light L153 incident on the second inclined surface T2 from the first main surface 4a side of the first light guide plate 4 from the bottom passes through the second inclined surface T2.
- the solar cell module 76 of this modification example it is possible to provide a solar cell module having a simple structure at low cost and a solar power generation device using the solar cell module that can ensure both transparency and power generation efficiency. The same effect as the embodiment can be obtained.
- the configuration of the second modified example described above is preferable in terms of ensuring the transparency of the light guide plate 4.
- the convex strips 10 of the four light guide plates 4 are formed at positions shifted, the proportion of light that can be taken into the light guide plate 4 is increased compared to the second modification, Power generation efficiency can be improved.
- the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
- the shape of a light guide is not limited to a plate-shaped body,
- a rod-shaped body may be sufficient and can be changed suitably.
- the shape, size, number, arrangement, constituent material, manufacturing method, and the like of various components in the above embodiment are not limited to those illustrated in the above embodiment, and can be changed as appropriate.
- the present invention can be used for a solar cell module, a solar power generation device, or the like.
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置に関する。
本願は、2010年7月26日に、日本に出願された特願2010-167208号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a solar cell module and a solar power generation device.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-167208 filed in Japan on July 26, 2010, the contents of which are incorporated herein by reference.
従来の太陽光発電装置は、複数の太陽電池パネルを太陽に向けて一面に敷き詰めた形態のものが一般的であった。一例として、建物の屋根に架台を設置し、架台上に複数の太陽電池パネルを敷き詰めた形態の太陽光発電装置が知られている。一般に、太陽電池パネルは不透明な半導体で構成されており、積層して配置することができない。そのため、太陽光発電装置において、電力量を確保するためには大面積の太陽電池パネルが必要となる。
ところが、屋根のような限られた場所に太陽光発電装置を設置しなければならないという制約があり、得られる電力量に限界があった。
Conventional solar power generation apparatuses generally have a form in which a plurality of solar cell panels are spread over the entire surface facing the sun. As an example, a solar power generation apparatus in which a gantry is installed on the roof of a building and a plurality of solar battery panels are spread on the gantry is known. In general, a solar cell panel is made of an opaque semiconductor and cannot be stacked. Therefore, in a solar power generation device, a large-area solar cell panel is required to ensure the amount of power.
However, there is a restriction that the photovoltaic power generation apparatus must be installed in a limited place such as a roof, and there is a limit to the amount of power that can be obtained.
そこで、建物で広い面積を占める窓の部分に太陽電池を設置する「窓面太陽電池発電システム」が提案されている(下記の特許文献1参照)。この窓面太陽電池発電システムは、内部に蛍光体を分散させた吸光-発光板と太陽電池とを備え、吸光-発光板の採光面と垂直な側面に太陽電池を貼付することで窓枠が構成されている。この窓面太陽電池発電システムでは、吸光-発光板に入射した太陽光によって内部の蛍光体が励起され、蛍光体からの放射光が太陽電池に照射されて発電が行われる。
Therefore, a “window surface solar cell power generation system” in which a solar cell is installed in a window portion that occupies a large area in a building has been proposed (see
また、入射した太陽光を太陽電池に導くための集光部材を備えた太陽電池が提案されている(下記の特許文献2~4参照)。
特許文献2に記載の太陽電池は、入射面と、入射面に対して傾斜した散乱面とを有する楔形の集光部材を備え、集光部材の端面に太陽電池が取り付けられている。
特許文献3に記載の太陽電池も、特許文献2に記載のものと略同様であり、側面形状が略直角三角形の透光部材を備え、透光部材の端面に太陽電池が取り付けられている。
特許文献4に記載の太陽電池は、表面および裏面が連続的な曲面形状を有する導光板と、導光板の裏面に設けられたミラーとを備え、導光板の2つの端面に太陽電池が設置されている。また、特許文献4には、導光板の前方にフレネルプリズムが設けられた点も記載されている。
In addition, a solar cell provided with a condensing member for guiding incident sunlight to the solar cell has been proposed (see
The solar cell described in
The solar cell described in
The solar cell described in
しかしながら、特許文献1に記載の窓面太陽電池発電システムの場合、蛍光体を分散させた吸光-発光板を用いているため、製造コストが増大することに加え、吸光-発光板が着色し、透明な窓としての機能が低下するという問題がある。また、吸光-発光板の内部で光が全反射を繰り返すと、光が蛍光体に多数回照射されるため、発電効率が低下するという問題がある。
However, in the case of the window solar cell power generation system described in
また、特許文献2~4に記載の太陽電池は、集光部材が楔形もしくは曲面形状であるため、例えば既存の窓枠に取り付けて窓として使用するには使い勝手が悪い。また、特許文献2および4に記載の太陽電池は、集光部材の一面が散乱面もしくはミラーとなっているため、透明な窓として使用することができない。また、特許文献2および3に記載の太陽電池では、楔形の集光部材を用いて光を端面の太陽電池に導いているため、集光部材を大面積化すると集光効率が極端に低下し、大面積化への対応が難しい。
Further, in the solar cells described in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can achieve both transparency and power generation efficiency, a solar cell module having an inexpensive and simple configuration, and a solar cell using the solar cell module. The purpose is to provide a photovoltaic device.
(1) 上記の目的を達成するために、本発明の一態様による太陽電池モジュールは、第1主面と第2主面と前記第1主面および前記第2主面に接する第1端面とを有し、外部からの光を少なくとも前記第1主面から入射させ内部を伝播させて前記第1端面の一部から射出させる導光体と、前記導光体の前記第1端面の一部から射出された光を受光する太陽電池素子と、を備え、前記導光体の少なくとも前記第2主面側に、前記第1主面から入射した光を反射させて、その光の進行方向を変更する反射面と、前記第1主面から入射した光を透過させて外部に射出させる透過面と、が設けられる。 (1) In order to achieve the above object, a solar cell module according to an aspect of the present invention includes a first main surface, a second main surface, the first main surface, and a first end surface in contact with the second main surface. A light guide that causes light from the outside to enter from at least the first main surface, propagate inside, and exit from a part of the first end surface, and a part of the first end surface of the light guide A solar cell element that receives light emitted from the light guide body, reflects light incident from the first main surface to at least the second main surface side of the light guide, and changes a traveling direction of the light. A reflection surface to be changed and a transmission surface that transmits light incident from the first main surface and emits the light to the outside are provided.
(2) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記導光体の前記第2主面側の一部に、前記第1主面から入射した光を反射させて前記光の進行方向を変更する光進行方向変更部が設けられ、前記光進行方向変更部は、前記導光体の前記第2主面に対して所定の傾斜角をなすように傾斜し、前記第1主面から入射した光を反射させる前記反射面を構成する第1傾斜面と、前記導光体の前記第2主面に対して前記第1傾斜面の傾斜角より小さい傾斜角をなすように傾斜し、前記第1主面から入射した光を透過させる前記透過面を構成する第2傾斜面と、を有していても良い。 (2) In the solar cell module according to one aspect of the present invention, the light traveling direction is changed by reflecting light incident from the first main surface on a part of the light guide on the second main surface side. A light traveling direction changing portion is provided, and the light traveling direction changing portion is inclined so as to form a predetermined inclination angle with respect to the second main surface of the light guide, and is incident from the first main surface. A first inclined surface that constitutes the reflecting surface that reflects light, and the second main surface of the light guide so as to form an inclination angle smaller than an inclination angle of the first inclined surface; And a second inclined surface that constitutes the transmission surface that transmits light incident from one main surface.
(3) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記光進行方向変更部は、前記導光体の前記第2主面の法線方向から見て前記太陽電池素子から遠い側に向けて凸となるように湾曲した曲線状の平面形状を有していても良い。 (3) In the solar cell module according to one aspect of the present invention, the light travel direction changing unit is convex toward the far side from the solar cell element when viewed from the normal direction of the second main surface of the light guide. You may have the curved planar shape curved so that it may become.
(4) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記光進行方向変更部は、前記第1傾斜面と前記第2傾斜面とを有する複数の構造体からなる構造体群を複数含み、一つの前記構造体群と前記太陽電池素子との間に他の前記構造体群が位置していなくても良い。 (4) In the solar cell module according to one aspect of the present invention, the light travel direction changing unit includes a plurality of structures including a plurality of structures having the first inclined surface and the second inclined surface. The other structure group may not be located between one structure group and the solar cell element.
(5) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記光進行方向変更部は、前記導光体とは別体の光進行方向変更部材に設けられ、前記光進行方向変更部材が前記導光体の前記第2主面側に配置されていても良い。 (5) In the solar cell module according to one aspect of the present invention, the light travel direction changing unit is provided in a light travel direction changing member separate from the light guide, and the light travel direction changing member is the light guide. It may be arranged on the second main surface side of the body.
(6) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記導光体の前記第1主面側に、前記第2主面から入射した光を反射させて、その光の進行方向を変更する反射面と、前記第2主面から入射した光を透過させて外部に射出させる透過面と、が設けられていても良い。 (6) In the solar cell module according to an aspect of the present invention, the light that reflects the light incident from the second main surface on the first main surface side of the light guide and changes the traveling direction of the light. There may be provided a surface and a transmission surface that transmits light incident from the second main surface and emits the light to the outside.
(7) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記導光体の前記第1主面側の前記反射面と前記第2主面側の前記反射面とが、前記導光体の前記第1主面および前記第2主面の法線方向から見て異なる位置に配置されていても良い。 (7) In the solar cell module according to one aspect of the present invention, the reflection surface on the first main surface side of the light guide and the reflection surface on the second main surface side of the light guide You may arrange | position in a different position seeing from the normal line direction of 1 main surface and the said 2nd main surface.
(8) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記反射面が設けられた前記導光体の少なくとも前記第2主面側に、空気層を介して前記反射面を保護する保護部材を備えていても良い。 (8) In the solar cell module according to one aspect of the present invention, a protection member that protects the reflective surface via an air layer is provided on at least the second main surface side of the light guide provided with the reflective surface. May be.
(9) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記導光体が、前記導光体の前記第1主面および前記第2主面が略平行になる姿勢で複数、積層されていても良い。 (9) In the solar cell module according to one aspect of the present invention, a plurality of the light guides may be stacked in a posture in which the first main surface and the second main surface of the light guide are substantially parallel. good.
(10) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記第2主面側に前記反射面が設けられた2つの前記導光体が、前記第2主面同士が対向する向きに積層されていても良い。 (10) In the solar cell module according to one aspect of the present invention, the two light guides provided with the reflection surface on the second main surface side are stacked in a direction in which the second main surfaces face each other. May be.
(11) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記複数の導光体における前記複数の反射面が、前記導光体の前記第1主面および前記第2主面の法線方向から見て異なる位置に配置されていても良い。 (11) In the solar cell module according to one aspect of the present invention, the plurality of reflection surfaces of the plurality of light guides are viewed from a normal direction of the first main surface and the second main surface of the light guide. May be arranged at different positions.
(12) 本発明の一態様による太陽電池モジュールにおいて、前記導光体が、赤外光を吸収もしくは反射する機能を有していても良い。 (12) In the solar cell module according to one embodiment of the present invention, the light guide may have a function of absorbing or reflecting infrared light.
(13) 本発明の他の態様による太陽光発電装置は、第1主面と第2主面と前記第1主面および前記第2主面に接する第1端面とを有し、外部からの光を少なくとも前記第1主面から入射させ内部を伝播させて前記第1端面の一部から射出させる導光体と、前記導光体の前記第1端面の一部から射出された光を受光する太陽電池素子と、を備え、前記導光体の少なくとも前記第2主面側に、前記第1主面から入射した光を反射させて、その光の進行方向を変更する反射面と、前記第1主面から入射した光を透過させて外部に射出させる透過面と、が設けられた太陽電池モジュールを備える。 (13) A solar power generation device according to another aspect of the present invention includes a first main surface, a second main surface, a first end surface in contact with the first main surface, and the second main surface. A light guide that makes light enter at least from the first main surface, propagates inside, and exits from a part of the first end surface, and receives light emitted from a part of the first end surface of the light guide A reflective surface that reflects light incident from the first main surface to at least the second main surface side of the light guide, and changes a traveling direction of the light, and A solar cell module provided with a transmission surface that transmits light incident from the first main surface and emits the light to the outside.
本発明によれば、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a solar cell module that can achieve both transparency and power generation efficiency at a low cost and has a simple configuration, and a solar power generation apparatus using the solar cell module.
[第1の実施形態]
以下、本発明の第1の実施形態について、図1~図4を用いて説明する。
本実施形態では、太陽電池モジュールを窓枠に組み込んだ太陽光発電装置の例を挙げる。
図1は、本実施形態の太陽光発電装置および太陽電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。図2は、太陽電池モジュールの部分を取り出して示す平面図である。図3は、図2のA-A’線に沿う太陽電池モジュールの断面図である。図4は、太陽電池モジュールにおける反射面の作用を説明するための図である。
なお、以下の全ての図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, an example of a solar power generation apparatus in which a solar cell module is incorporated in a window frame will be given.
FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the solar power generation device and the solar cell module of the present embodiment. FIG. 2 is a plan view showing a portion of the solar cell module taken out. FIG. 3 is a cross-sectional view of the solar cell module taken along line AA ′ of FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the action of the reflecting surface in the solar cell module.
It should be noted that in all of the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of dimensions may be different depending on the component.
本実施形態の太陽光発電装置1は、図1に示すように、太陽電池モジュール2と、窓枠3と、から構成されている。平面形状が略矩形状の太陽電池モジュール2の四辺を取り囲むように窓枠3が取り付けられている。建物の屋根等に設置する太陽光発電装置が従来から知られているが、本実施形態の場合、例えば建物の窓にこの太陽光発電装置1を組み込むことによって、窓に太陽Sからの太陽光Lが照射された際に太陽光発電が行われる。太陽光発電装置1は、太陽電池モジュール2や窓枠3の他に、例えば、太陽電池モジュール2から得られる電力を蓄える蓄電池などを備えていても良い。また、太陽光発電装置1は、建物の窓に限らず、例えば自動車の窓に組み込めるような形態としても良い。
The solar
太陽電池モジュール2は、図2に示すように、導光板4(導光体)と、太陽電池素子6と、を備えている。この太陽電池モジュール2においては、導光板4から採り入れた光を太陽電池素子6に導き、太陽電池素子6において光電変換し、電気エネルギーとして取り出す。導光板4は、後述するように、一面に光進行方向変更部7が形成された平面形状が長方形状の透明な板状体で構成されており、図1に示すように、光進行方向変更部7が形成された面と反対側の面が、光Lを入射させる面となる。したがって、太陽光発電装置1を例えば建物の窓に設置する場合、導光板4の光進行方向変更部7が形成された面が屋内側、光進行方向変更部7が形成された面と反対側の面が屋外側に向くように設置する。
The
導光板4の構成材料としては、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料を用いることができるが、これらに限定されるものではない。導光板4は、入射した光をその内部で伝播させ、太陽電池素子6に導く機能に加えて、窓としての機能も有する。したがって、内部を伝播する光の損失を極力少なくし、窓としての透光性を確保するためには、導光板4は、蛍光体等を含まず、透明性の高い材料で構成されることが望ましい。ただし、導光板4の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で製造された導光板であっても本実施形態に使用可能である。
As a constituent material of the
以下、説明の便宜上、導光板4の6つの面のうち、光を入射させる面(図1におけるxy平面に平行な面)を、第1主面4aと称する。また、第1主面4aと対向する面であって光進行方向変更部7が設けられた面を、第2主面4bと称する。また、第1主面4aおよび第2主面4bと交差する面であって光を射出させる面(図1におけるxz平面に平行な面)を、第1端面4cと称する。
Hereinafter, for convenience of explanation, among the six surfaces of the
導光板4と太陽電池素子6とは、図2に示すように、導光板4の第1端面4cの一部と太陽電池素子6の受光面6aとが対向するように隣接して配置されている。導光板4と太陽電池素子6とは、光学接着剤等により直接固定されていても良いし、直接固定されておらず、窓枠3に収容されることで位置が固定される構成であっても良い。図2の例では、太陽電池素子6は、導光板4の第1端面4cの略中央、すなわち導光板4の短手方向(図2のx軸方向)に延びる一辺の略中央に設置されている。太陽電池素子6の設置位置は、この位置に限らず、例えば導光板4の第1端面4cの端部であっても良い。もしくは、太陽電池素子6が、導光板4の長手方向(図2のy軸方向)に延びる一辺に設置されていても良い。ただし、太陽電池素子6の設置位置が変わった場合、それに応じて後述する光進行方向変更部7を構成する凸条の平面形状も変わる。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態の場合、導光板4は、一例としてアクリル樹脂で形成される。さらに、アクリル樹脂中に窒化アルミニウム微粒子等の赤外線吸収剤を分散させることが望ましい。これにより、赤外線吸収剤が、導光板4に取り込まれる太陽光のうちの赤外光成分を吸収することにより赤外光を除去し、屋内の温度上昇を抑えることができる。また、導光板4の寸法は、一例として、第1主面4aおよび第2主面4bとなる長方形の短手方向(図2のx軸方向)の一辺の寸法が1mであり、長手方向(図2のy軸方向)の一辺の寸法が2mであり、厚さ(図2のz軸方向の寸法)が10mmである。
In the case of this embodiment, the
図2、図3に示すように、導光板4の第2主面4bには、第1主面4aから入射した光L1、L2、L3、L4を反射させて光の進行方向を、第1端面4cの中央に向かう方向(光L11、L12、L13)に変更する光進行方向変更部7が設けられている。光進行方向変更部7は、導光板4の第2主面4bに形成された複数の三角柱状の凸条10から構成されている。各凸条10は、第2主面4bの法線方向から見たときに、第1端面4c側から第2端面4d側に向けて凸となるように湾曲した曲線状の平面形状を有している。各凸条10の平面形状は、例えば一定の曲率を有する円周の一部であり、各円周の曲率中心は太陽電池素子6の受光面6a上に位置していることが望ましい。各凸条10がこのような平面形状を有することにより、図2に示すように、第1主面4aの各所から入射した光は、第1端面4cの中央付近の太陽電池素子6が配置された箇所に集束するように導光板4内を伝播する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the second
本実施形態の場合、光進行方向変更部7は、導光板4自体が加工され、導光板4と一体に形成されている。光進行方向変更部7は、例えば元々平坦な導光板4の第2主面4bを切削加工することによって形成することができる。あるいは、凸条10の形状を反転させた凹形状を有する金型を用いて樹脂の射出成形を行うなどの方法によって光進行方向変更部7を形成しても良い。
In the case of the present embodiment, the light traveling
複数の凸条10は、互いに離間して形成されている。また、図3に示すように、導光板4の第2主面4bのうち、隣接する2つの凸条の間の領域は平坦面F、すなわち第1主面4aと平行な面となっている。換言すると、隣接する2つの凸条の間の平坦面Fの部分は、光進行方向変更部7以外の領域であり、第1主面4aから入射した光を透過させて外部に射出させる透過面として機能する。なお、図1~図3では、各凸条10の形状や寸法、隣接する凸条10間の間隔(ピッチ)を全て同じに描いている。このように、各凸条10の形状や寸法、隣接する凸条10間の間隔(ピッチ)は全て同じであっても良いし、異なっていても良い。
The plurality of
各凸条10は三角柱状であると説明したが、図3に示すように、導光板4をその長手方向であるyz平面に沿った平面で切断したときの各凸条10の断面形状は、正三角形や二等辺三角形ではなく、不等辺三角形である。すなわち、光進行方向変更部7を構成する各凸条10は、第1傾斜面T1と第2傾斜面T2とを有している。第1傾斜面T1は、第2主面4bに対して所定の傾斜角θA(図4参照)をなしている。第2傾斜面T2は、第2主面4bに対して第1傾斜面T1の傾斜角θAより小さい傾斜角θB(図4参照)をなしている。これら2つの傾斜面T1,T2のうち、第1傾斜面T1は、第1主面4aから入射した光を反射(全反射)させる反射面として機能する。また、第2傾斜面T2は、第1主面4aから入射した光を透過させる透過面として機能する。
Each
図4に示すように、導光板4の第1主面4aに対して太陽光Lが入射角θ0で入射したとすると、太陽光Lは、第1主面4aにおいて屈折角θ1で屈折して導光板4内に入射する。その後、第1傾斜面T1に入射角θ2で入射した光は、反射角θ2で全反射し、第1主面4aに平行な仮想平面Xに対する角度θ4で導光板4内を伝播し、太陽電池素子6に向けて射出される。一方、第2傾斜面T2に入射角θ3で入射した光は、第2傾斜面T2において屈折して導光板4の外部に射出される。ここで、第1傾斜面T1への光の入射角θ2は、第1傾斜面T1の傾斜角θAに応じて変化する。そのため、第1傾斜面T1に入射する光の入射角θ2が第1傾斜面T1と空気との界面における臨界角以上となって光が全反射するように、第1傾斜面T1の傾斜角θAを予め設定しておく。また、第2傾斜面T2への光の入射角θ3は、第2傾斜面T2の傾斜角θBに応じて変化する。そのため、第2傾斜面T2に入射する光の入射角θ3が第2傾斜面T2と空気との界面における臨界角未満となって光が透過するように、第2傾斜面T2の傾斜角θBを予め設定しておく。
As shown in FIG. 4, if sunlight L is incident on the first
具体的には、一例として、第1傾斜面T1の傾斜角θAを24度とし、第2傾斜面T2の傾斜角θBを5度とし、導光板4の屈折率を1.5とし、空気の屈折率を1.0とする。この場合、スネル(Snell)の法則より、第1傾斜面T1もしくは第2傾斜面T2と空気との界面における臨界角は41度となる。ここで、導光板4の第1主面4aへの太陽光Lの入射角θ0が27度以上であったとすると、太陽光Lが導光板4内に入射する際の屈折角θ1は18度以上となる。すると、第1傾斜面T1への光の入射角θ2は41度以上となり、入射角θ2が臨界角以上であるため、光Lは第1傾斜面T1で全反射する。一方、第2傾斜面T2への光の入射角θ3は13度以上となり、入射角θ3が臨界角未満であるため、光は第2傾斜面T2を透過する。したがって、太陽光発電装置1を窓に設置した際に導光板4に入射する太陽光Lの入射角範囲内において、光が第1傾斜面T1で全反射し、かつ、第2傾斜面T2を透過する角度条件を満たすように、第1傾斜面T1の傾斜角θAおよび第2傾斜面T2の傾斜角θBを設定すれば良い。
Specifically, as an example, the inclination angle θA of the first inclined surface T1 is 24 degrees, the inclination angle θB of the second inclined surface T2 is 5 degrees, the refractive index of the
以上をまとめると、図3に示すように、導光板4の各部に入射する光L1、L2、L3、L4のうち、凸条10の第1傾斜面T1に入射する光L1は第1傾斜面T1で全反射し、凸条10の第2傾斜面T2に入射する光L3は第2傾斜面T2を透過することは上述した通りである。また、隣接する2つの凸条10間の平坦面Fに入射する光L2,L4は平坦面Fを透過する。すなわち、本実施形態においては、光進行方向変更部7を構成する凸条10の第1傾斜面T1が、光の進行方向を第1端面4cに向かう方向に変更する反射面となる。また、凸条10の第2傾斜面T2および光進行方向変更部7以外の平坦面Fが、光を外部に透過させる透過面となる。したがって、第1主面4aから導光板4に入射した光の一部が太陽電池素子6に導かれて発電に寄与する一方、残りが導光板4から射出される。これにより、例えば使用者が導光板4を第2主面4b側(例えば屋内側)から見た場合、導光板4が概ね透明に見え、第1主面4a側(例えば屋外側)にあるものを透かして見ることができる。なお、本明細書において、透明とは、導光板4を挟んで手前側から奥側にあるものが完全に透けて見える状態に限られず、奥側にあるものが認識できる程度に見える状態も含む概念である。
In summary, as shown in FIG. 3, the light L1 incident on the first inclined surface T1 of the
太陽電池素子6としては、公知のものを使用することができ、例えばアモルファスシリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、単結晶シリコン太陽電池等を用いることができる。太陽電池素子6の形状および寸法は、導光板4の第1端面4c内に収まる形状および寸法であれば特に限定されることはない。
As the
本実施形態の太陽光発電装置1においては、太陽光Lを受光する導光板4として蛍光体を含まない透明な板体を用いており、導光板4が、光を反射させて光の進行方向を変更する反射面と光を透過する透過面とを有している。そのため、導光板4の透明性を確保することができ、建物や自動車等の窓に組み込んで透明な窓として利用できる。また、導光板4の各所から採り入れた光を集束させて太陽電池素子6に導く構成のため、光を十分に集められ、発電効率を高めることができる。また、導光板4として平行な板体を用いることができ、従来のように楔状の板体を用いることがないため、窓として使用し易い。また、導光板4の第1端面4cの一部に相当する大きさの太陽電池素子6を用いれば良く、大型の太陽電池素子を準備する必要がない。そのため、製造コストを低減でき、太陽電池モジュールの大型化に対応し易い。
In the solar
ここで、本発明者は、本実施形態の太陽光発電装置1の効果を実証するために、発電量のシミュレーションを行った。上述した通り、導光板4の第1主面4aおよび第2主面4bの寸法を1m×2mとし、導光板4の厚さを10mmとし、導光板4の第1傾斜面T1の傾斜角θAを24度とした。また、第2傾斜面T2の傾斜角θBを5度とし、導光板4の第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の第1主面4aに対する投影面積比を1/20以下とした。また、太陽電池素子6の寸法を10mm×10mmとし、導光板4の屈折率を1.5とし、空気の屈折率を1.0とした。この太陽電池モジュール2に対して導光板4の第1主面4a側から太陽光を照射したときに得られる発電量は、略20Wであった。
Here, in order to verify the effect of the photovoltaic
なお、太陽電池素子6の出力条件は、JISで規定されたエアマスAM1.5を基準としており、このとき、導光板4の第1主面4aへの太陽光の入射角は、略42度となる。一方、導光板4を用いることなく、上記の太陽電池素子6に太陽光を直接照射したときに得られる発電量は、略2Wであった。このように、本実施形態の太陽光発電装置1によれば、小型の太陽電池素子6を使用しても、例えば導光板4を用いない場合の約10倍というように、十分に大きな発電量を得られることが判った。
The output condition of the
また、導光板4を構成するアクリル板中に赤外線吸収剤として窒化アルミニウム微粒子を1重量%分散させておくことによって波長800nmの赤外光を約80%除去できることが判った。
Further, it was found that about 80% of infrared light having a wavelength of 800 nm can be removed by dispersing 1% by weight of aluminum nitride fine particles as an infrared absorber in the acrylic plate constituting the
なお、導光板4の構成材料中に赤外光吸収剤を分散させることに代えて、例えば赤外光反射層を、導光板4の第1主面4aと第2主面4bの少なくとも一方に設ける構成としても良い。赤外光反射層としては、例えばコレステリック液晶層や誘電体多層膜を適用することができる。この構成を採用することによって、赤外光が導光板4を透過するのを抑制でき、室内の温度上昇を抑えることができる。
In place of dispersing the infrared light absorbent in the constituent material of the
[第1の実施形態の第1の変形例]
以下、本実施形態の第1の変形例について、図5を用いて説明する。
図5は本変形例の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図5において、上記実施形態で用いた図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[First Modification of First Embodiment]
Hereinafter, a first modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
In FIG. 5, the same components as those in FIG. 3 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
上述した本実施形態の太陽電池モジュール2においては、図3に示したように、導光板4の第2主面4bに複数の凸条10が互いに離間して形成され、隣接する2つの凸条10の間の領域は平坦面Fとなっていた。これに対して、本変形例の太陽電池モジュール13においては、図5に示したように、導光板14の第2主面14bに複数の凸条10が連続して形成され、隣接する2つの凸条10の間の平坦面が存在しない。各凸条10を構成する第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の傾斜角は、上記実施形態と同一である。
In the
本変形例の場合、導光板14の各部に入射する光のうち、凸条10の第1傾斜面T1に入射する光L1は第1傾斜面T1で全反射し、凸条10の第2傾斜面T2に入射する光L2,L3は第2傾斜面T2を透過する。すなわち、光進行方向変更部15を構成する凸条10の第1傾斜面T1が、光L1の進行方向を、第1端面14cに向かう方向(光L21、L22、L23)に変更する反射面となる。また、凸条10の第2傾斜面T2が、光L2、L3を外部に透過させる透過面となる。
In the case of this modification, among the light incident on each part of the
[第1の実施形態の第2の変形例]
以下、本実施形態の第2の変形例について、図6を用いて説明する。
図6は本変形例の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図6において、上記実施形態で用いた図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Second Modification of First Embodiment]
Hereinafter, a second modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
In FIG. 6, the same components as those in FIG. 3 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
上述した本実施形態の太陽電池モジュール2においては、図3に示したように、導光板4の第2主面4bに複数の凸条10が互いに離間して形成され、隣接する2つの凸条10の間の領域は平坦面Fとなっていた。これに対して、本変形例の太陽電池モジュール17においては、図6に示したように、導光板18の第2主面18bに複数の溝19が所定の間隔をおいて離間して形成され、隣接する2つの溝19の間の領域は平坦面Fとなっている。図6のyz平面に沿って切断した各溝19の断面形状は不等辺三角形である。各溝19を構成する第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の傾斜角は、上記実施形態と同一である。
In the
本変形例の場合、導光板18の各部に入射する光L1、L2、L3、L4のうち、溝19の第1傾斜面T1に入射する光L1は、第1傾斜面T1で全反射する。また、溝19の第2傾斜面T2に入射する光L2,L4は第2傾斜面T2を透過し、平坦面Fに入射する光L3は平坦面Fを透過する。すなわち、光進行方向変更部20を構成する溝19の第1傾斜面T1が、光L1の進行方向を、第1端面18cに向かう方向(光L31、L32)に変更する反射面となる。また、溝19の第2傾斜面T2および平坦面Fが、光L2、L3、L4を外部に透過させる透過面となる。
In the case of this modification, among the light L1, L2, L3, and L4 incident on each part of the
[第1の実施形態の第3の変形例]
以下、本実施形態の第3の変形例について、図7を用いて説明する。
図7は本変形例の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図7において、上記実施形態で用いた図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Third Modification of First Embodiment]
Hereinafter, a third modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
In FIG. 7, the same components as those in FIG. 3 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本変形例の太陽電池モジュール22においては、図7に示したように、導光板23の第2主面23bに複数の溝19が連続して形成され、隣接する2つの溝19の間の平坦面が存在しない。図7のyz平面に沿って切断した各溝19の断面形状は不等辺三角形である。各溝19を構成する第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の傾斜角は、上記実施形態と同一である。
In the
本変形例の場合、導光板23の各部に入射する光L1、L2、L3のうち、溝19の第1傾斜面T1に入射する光L1は、第1傾斜面T1で全反射する。また、溝19の第2傾斜面T2に入射する光L2,L3は第2傾斜面T2を透過する。すなわち、光進行方向変更部24を構成する溝19の第1傾斜面T1が、光L1の進行方向を、第1端面23cに向かう方向(光L41、L42)に変更する反射面となる。また、溝19の第2傾斜面T2が、光L2、L3を外部に透過させる透過面となる。
In the case of this modification, among the light L1, L2, and L3 incident on each part of the
[第1の実施形態の第4の変形例]
以下、本実施形態の第4の変形例について、図8を用いて説明する。
図8は本変形例の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図8において、上記実施形態で用いた図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Fourth Modification of First Embodiment]
Hereinafter, a fourth modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
In FIG. 8, the same components as those in FIG. 3 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
上述した凸条10は、光の進行方向に沿う断面形状が全て三角形状であったが、必ずしも断面形状が全て三角形状でなくても良い。例えば図8に示す太陽電池モジュール36のように、三角形の各角部が丸みを帯びた形状の凸条37が導光板38の第2主面38bに形成されていても良い。この場合、第2主面38bに対する傾斜角が相対的に大きい第1傾斜面T3と小さい第2傾斜面T4は、ともに曲面となるが、曲面であっても特に機能上の支障はない。また、上述した溝19についても、第1傾斜面および第2傾斜面が曲面であっても良い。
In the above-described
図8では、光進行方向変更部を構成する凸条37の第1傾斜面T3が、光L1の進行方向を、第1端面38cに向かう方向(光L51、L52)に変更する反射面となる。また、凸条37の第2傾斜面T4が、光を外部に透過させる透過面となる。また、導光板38の第2主面38bの凸条37が形成されていない領域に対向する第1主面38aに入射した光L2、L3は、導光板38を透過して、第2主面38bから出射する。
In FIG. 8, the first inclined surface T3 of the
[第1の実施形態の第5の変形例]
以下、本実施形態の第5の変形例について、図9を用いて説明する。
図9は本変形例の太陽電池モジュールを示す平面図である。
なお、図9において、上記実施形態で用いた図2と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Fifth Modification of First Embodiment]
Hereinafter, a fifth modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a plan view showing a solar cell module according to this modification.
In FIG. 9, the same components as those in FIG. 2 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図2で示した凸条10は、導光板4の短手方向の一端から他端まで連続して形成されていた。これに対して、本変形例の太陽電池モジュール26は、図9に示すように、導光板29の光進行方向変更部27を構成する各凸条28が複数の箇所で分断されている。各凸条28が分断された箇所は平坦面Fとなっている。
The
上記第1~第5の変形例においても、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供できるといった上記実施形態と同様の効果が得られる。 Also in the first to fifth modifications, it is possible to provide a solar cell module having a simple structure at low cost and a solar power generation apparatus using the solar cell module that can ensure both transparency and power generation efficiency. The same effect as the above embodiment can be obtained.
[第2の実施形態]
以下、本発明の第2の実施形態について、図10を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第1の実施形態と同様であり、光進行方向変更部の形態が第1の実施形態と異なるのみである。
図10は本実施形態の太陽電池モジュールを示す平面図である。
なお、図10において、第1の実施形態で用いた図2と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the solar cell module of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and only the form of the light traveling direction changing unit is different from that of the first embodiment.
FIG. 10 is a plan view showing the solar cell module of the present embodiment.
In FIG. 10, the same components as those in FIG. 2 used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本実施形態の太陽電池モジュール31においては、図10に示すように、導光板34上に形成された光進行方向変更部32は、複数の凸条33(構造体)からなる凸条群35を複数有している。また、一つの凸条群35と太陽電池素子6との間には他の凸条群35が位置していない。詳細には、一つの凸条群35に含まれる各凸条33の長手方向の両端と太陽電池素子6の中心とを結んだ線分で囲まれる領域内に他の凸条群35が存在しない。
その他、各凸条33の断面形状や寸法、凸条33間のピッチ、第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の傾斜角等については、第1の実施形態と同様である。第1の実施形態に比べて、導光板34の第2主面34bにおける凸条33、すなわち第1傾斜面T1の占める面積が減り、平坦面Fの割合が多くなる分、反射光の量が減り、透過光の量が多くなる。
In the
In addition, the cross-sectional shape and size of each
本実施形態の太陽電池モジュール31においても、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供できるといった上記実施形態と同様の効果が得られる。
Also in the
図10において、例えば第2端面34dに近い側で導光板34に取り込まれた光は、凸条33の第1傾斜面T1で反射して進行方向を変えた後、第1端面34cの中央の太陽電池素子6に向けて長い距離を伝播する。その際、反射光の光路上に他の凸条33が存在したとすると、光が他の凸条33に入射して再度、進行方向を変え、導光板34内での伝播角度が変わる。すると、その光は第1端面34c側に到達する前に、第1主面34aもしくは第2主面34bから外部に漏れ出てしまい、発電効率が低下する虞がある。これに対して、本実施形態の太陽電池モジュール31では、一つの凸条群35と太陽電池素子6との間に他の凸条群35が存在しないため、上述の漏れ光が少なくなる分、発電効率を向上させることができる。
In FIG. 10, for example, the light taken into the
ここで、本発明者は、本実施形態の太陽電池モジュール31の効果を実証するために、発電量のシミュレーションを行った。導光板34の第1主面34aおよび第2主面34bの寸法を1m×2mとし、導光板34の厚さを3mmとした。また、導光板34の第1傾斜面T1の傾斜角θAを24度とし、第2傾斜面T2の傾斜角θBを5度とし、導光板34の第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の第1主面34aに対する投影面積比を1/20以下とした。また、太陽電池素子6の寸法を10mm×10mmとし、導光板34の屈折率を1.5とし、空気の屈折率を1.0とした。この太陽電池モジュール31に対して導光板34の第1主面34a側から太陽光を照射したときに得られる発電量は、略14Wであった。
Here, the present inventor performed a simulation of the power generation amount in order to verify the effect of the
なお、太陽電池素子6の出力条件は、JISで規定されたエアマスAM1.5を基準としており、このとき、導光板34の第1主面34aへの太陽光の入射角は、略42度となる。一方、導光板34を用いることなく、上記の太陽電池素子6に太陽光を直接照射したときに得られる発電量は、略2Wであった。このように、本実施形態の太陽電池モジュール31によれば、小型の太陽電池素子6を使用しても、例えば導光板34を用いない場合の約7倍というように、十分に大きな発電量を得られることが判った。
Note that the output condition of the
[第3の実施形態]
以下、本発明の第3の実施形態について、図11を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第1の実施形態と同様であり、光進行方向変更部の構成が第1の実施形態と異なるのみである。
図11は本実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図11において、第1の実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the solar cell module of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and only the configuration of the light traveling direction changing unit is different from that of the first embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the solar cell module of the present embodiment.
In FIG. 11, the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第1の実施形態の太陽電池モジュール2においては、光進行方向変更部7が導光板4と一体に形成されていたのに対し、本実施形態の太陽電池モジュールにおいては、光進行方向変更部が導光板とは別の部材となっている。すなわち、図11に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール40において、導光板41は、平行平板状の透明板42と、光進行方向変更部43を備えたフィルム44(光進行方向変更部材)と、から構成されている。
フィルム44の一面には、第1の実施形態と同様の複数の凸条45からなる光進行方向変更部43が形成されている。凸条45の形状や寸法については第1の実施形態で説明した通りである。フィルム44は、透明板42の一面に光学接着剤46を介して貼り合わされている。
In the
On one surface of the
フィルム44は光透過性を有する材料から形成されており、例えばアクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、トリアセチルセルロース樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等が用いられる。透明板42の屈折率と、フィルム44の屈折率と、光学接着剤46の屈折率とは極力一致していることが望ましいが、必ずしも一致していなくても良い。
The
図11では、光進行方向変更部43を構成する凸条45の第1傾斜面T1が、光L63の進行方向を、第1端面に向かう方向(光L61、L62)に変更する反射面となる。また、凸条45の第2傾斜面T2が、光を外部に透過させる透過面となる。また、導光板41の第1傾斜面T1が形成されていない領域に対向する第1主面に入射した光L64は、導光板41を透過して、第2主面から出射する。
In FIG. 11, the first inclined surface T <b> 1 of the
本実施形態の太陽電池モジュール40においても、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供できるといった上記実施形態と同様の効果が得られる。
Also in the
また、本実施形態の場合、導光板41を作製する際、透明板42に切削加工を施したり、金型を用いた射出成形を行ったりする必要がなく、平板状の透明板42を用意すれば良く、その透明板42にフィルム44を貼り合わせれば良い。あるいは、窓ガラスに後からフィルム44を貼り合わせても良い。さらに、窓ガラスの一部のみにフィルム44を貼り合わせるなどしても良い。このように、本実施形態によれば、使用形態に合わせて自由度の高い太陽電池モジュールを実現できる。
In the case of the present embodiment, when the
[第4の実施形態]
以下、本発明の第4の実施形態について、図12を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第1の実施形態と同様であり、光進行方向変更部を導光板の両面に設けた点が第1の実施形態と異なるのみである。
図12は本実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図12において、第1の実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the solar cell module of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and is different from the first embodiment only in that the light traveling direction changing portions are provided on both surfaces of the light guide plate.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the solar cell module of the present embodiment.
In FIG. 12, the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本実施形態の太陽電池モジュール48においては、図12に示すように、導光板49の第1主面49a、第2主面49bの両面に光進行方向変更部7がそれぞれ形成されている。すなわち、導光板49の第2主面49bには、複数の三角柱状の凸条10からなる光進行方向変更部7が形成されている。凸条10は、導光板49の光進行方向と直交する方向(図12のx軸方向)に湾曲しながら導光板49の一端から他端まで延在している。凸条10は、第2主面49bに対する傾斜角が相対的に大きい第1傾斜面T1と、第2主面49bに対する傾斜角が相対的に小さい第2傾斜面T2とを有している。導光板49の第1主面49a側から第1傾斜面T1に入射する光L71は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を第1端面49c側に変える(光L72、L73)。また、導光板49の第2主面49b側から第1傾斜面T1に入射する光L75は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を第1端面49c側に変える(光L76、L77)。また、導光板49の第1主面49a側から第2傾斜面T2に入射する光L74は、第2傾斜面T2を透過する。また、導光板49の第2主面49b側から第2傾斜面T2に入射する光L78は、第2傾斜面T2を透過する。複数の凸条10は、各凸条10の三角柱の稜線が互いに平行に延在するように、離間して形成されている。第2主面49bのうち、隣接する2つの凸条10の間の領域は平坦面Fとなっており、第1主面49aから入射した光を透過させて外部に射出させる透過面として機能する。
In the
以上説明したように、第2主面49b側の構成は第1の実施形態と同様である。本実施形態の場合、これに加えて、導光板49の第1主面49aにも、複数の三角柱状の凸条10からなる光進行方向変更部7であって、第2主面49b側と同一の光進行方向変更部7が形成されている。本実施形態の場合、導光板49の第1主面49a側の各凸条10と第2主面49b側の各凸条10とは、凸条10の稜線、第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の導光板49の光進行方向(図12のy軸方向)における位置が揃っている。すなわち、導光板49の第1主面49a側の光進行方向変更部7と第2主面49b側の光進行方向変更部7とは、導光板49の厚さ方向の中心を通る仮想平面Xを中心として対称な形状を有している。
As described above, the configuration on the second
本実施形態の場合も第1の実施形態と同様、光進行方向変更部7は、導光板49自体が加工され、導光板49と一体に形成されている。光進行方向変更部7は、例えば元々平坦であった導光板49の第1主面49aおよび第2主面49bを切削加工することによって形成したり、凸条10の形状を反転させた凹形状を有する金型を用いて樹脂の射出成形を行ったりしても良い。その他、第3の実施形態のように、光進行方向変更部43が形成されたフィルム44を透明板42の両面に貼り合わせる方法で導光板を構成しても良い。また、図12では、複数の凸条10の形状や寸法、隣接する凸条10間の間隔(ピッチ)を全て同じに描いているが、複数の凸条10の形状や寸法、隣接する凸条10間の間隔(ピッチ)は異なっていても良い。
In the case of the present embodiment as well, as in the first embodiment, the light traveling
本実施形態の太陽電池モジュール48においても、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供できるといった上記実施形態と同様の効果が得られる。
Also in the
また、第1の実施形態の場合、導光板4の第2主面4bのみに光進行方向変更部7が形成されていたため、第1主面4aから入射する光しか発電に利用できなかった。これに対して、本実施形態の場合、導光板49の第1主面49a、第2主面49bの両面に光進行方向変更部7が形成されているため、導光板49のいずれの主面から入射した光も発電に利用することができる。したがって、本実施形態の太陽電池モジュール48は、窓枠等に用いるのみならず、両側から光が入射するような場所、例えば屋外等に設置しても有効である。さらに、導光板49の第1主面49a側の各凸条10と、第2主面49b側の各凸条10の位置が揃っているため、透過する光の量を確保でき、透明性を十分に持たせることができる。
Further, in the case of the first embodiment, since the light traveling
[第4の実施形態の変形例]
以下、本実施形態の変形例について、図13を用いて説明する。
図13は本変形例の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図13において、上記実施形態で用いた図12と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Modification of Fourth Embodiment]
Hereinafter, a modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
In FIG. 13, the same components as those in FIG. 12 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本変形例の太陽電池モジュール51においては、図13に示したように、導光板52の第1主面52a、第2主面52bの両面に光進行方向変更部7が形成されている点は、第4の実施形態と共通である。ところが、導光板52の第1主面52a側の各凸条10と、第2主面52b側の各凸条10とは、凸条10の稜線、第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の位置が揃っていない。すなわち、導光板52の第1主面52a、第2主面52bのうち、一方の主面側の各凸条10が他方の主面側の各凸条10に対して導光板52の光進行方向にずれた位置に形成されている。言い換えると、導光板52の第1主面52a側の第1傾斜面T1と、第2主面52b側の第1傾斜面T1とが、第1主面52aおよび第2主面52bの法線方向から見て異なる位置に配置されている。その他の構成は、第4の実施形態と同一である。
In the
図13において、導光板52の第1主面52a側から第1傾斜面T1に入射する光L81は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を第1端面52c側に変える(光L82、L83)。また、導光板52の第2主面52b側から第1傾斜面T1に入射する光L85は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を第1端面52c側に変える(光L86、L87)。また、導光板52の第1主面52a側から第2傾斜面T2に入射する光L84は、第2傾斜面T2を透過する。また、導光板52の第2主面52b側から第2傾斜面T2に入射する光L88は、第2傾斜面T2を透過する。
In FIG. 13, light L81 incident on the first inclined surface T1 from the first
本変形例の太陽電池モジュール51においても、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供できるといった上記実施形態と同様の効果が得られる。導光板52の両面から入射した光を発電に利用することができる点も上記実施形態と同様である。
Also in the
本実施形態の場合、導光板52の第1主面52a、第2主面52bの光進行方向変更部7が互いにずれた位置に形成されており、例えば一方の主面側の第1傾斜面T1と他方の主面側の平坦面Fとが対向する位置にある。そのため、上記実施形態に比べて導光板52内部に光を取り込める割合が増え、発電効率を向上させることができる。
In the case of the present embodiment, the light traveling
[第5の実施形態]
以下、本発明の第5の実施形態について、図14を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第1の実施形態と同様であり、保護板が追加された点のみが第1の実施形態と異なっている。
図14は、本実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図14において、第1の実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the solar cell module of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and only the point that a protective plate is added is different from the first embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the solar cell module of the present embodiment.
In FIG. 14, the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本実施形態の太陽電池モジュール66は、図14に示すように、導光板4と、太陽電池素子6と、保護板67(保護部材)と、を備えている。保護板67は、光進行方向変更部7が形成された導光板4の第2主面4bに空気層68を介して対向するように設置されている。保護板67としては、例えば両面が互いに平行な平坦面を有するアクリル樹脂等の透明板で構成することができる。ただし、特にアクリル樹脂に限定されず、種々の材料を用いることができる。保護板67と導光板4とは、例えば図示しない窓枠によって固定することができる。
The
図14において、導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L91は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を第1端面4c側に変える(光L92、L93)。また、導光板4の第1主面4a側から第2傾斜面T2に入射する光L94は、第2傾斜面T2を透過する。また、導光板4の第2主面4b側から第2傾斜面T2に入射する光L95は、第2傾斜面T2を透過する。
In FIG. 14, light L91 incident on the first inclined surface T1 from the first
本実施形態の太陽電池モジュール66においても、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供できるといった上記実施形態と同様の効果が得られる。
Also in the
また、本実施形態の場合、導光板4の第2主面4bの光進行方向変更部7を覆うように保護板67が設置され、光進行方向変更部7が外部に露出していないので、光進行方向変更部7を構成する凸条10が傷ついたり、欠けたりするのを防止できる。さらに、本実施形態の太陽電池モジュール66を窓に用いた場合、太陽光発電が可能で、かつ、断熱性等に優れた複層構造の窓を実現することができる。
Further, in the case of this embodiment, the
[第6の実施形態]
以下、本発明の第6の実施形態について、図15を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュールの基本構成は第1の実施形態と同様であり、第1の実施形態の太陽電池モジュールを2組用いた点が第1の実施形態と異なっている。
図15は、本実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図15において、第1の実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Sixth Embodiment]
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the solar cell module of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and is different from the first embodiment in that two sets of solar cell modules of the first embodiment are used.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the solar cell module of the present embodiment.
In FIG. 15, the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本実施形態の太陽電池モジュール70は、図15に示すように、第1の実施形態の太陽電池モジュール2(図2、図3)を2組用いており、2枚の導光板4は第1主面4aおよび第2主面4bが略平行になる姿勢で積層されている。また、2枚の導光板4は、複数の凸条10からなる光進行方向変更部7が形成された第2主面4b同士が対向するように、空気層68を介して配置されている。本実施形態の場合、一方の導光板4の各凸条10と、他方の導光板4の各凸条10とは、凸条10の稜線、第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の導光板4の光進行方向(図15のy軸方向)における位置が揃っている。
As shown in FIG. 15, the
図15において、下側の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L101は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を第1端面4c側に変える(光L102、L103)。また、上側の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L105は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を第1端面4c側に変える(光L106、L107)。また、下側の導光板4の第1主面4a側から第2傾斜面T2に入射する光L104は、第2傾斜面T2を透過する。また、上側の導光板4の第1主面4a側から第2傾斜面T2に入射する光L108は、第2傾斜面T2を透過する。
In FIG. 15, light L101 incident on the first inclined surface T1 from the first
本実施形態の太陽電池モジュール70においても、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供できるといった上記実施形態と同様の効果が得られる。
Also in the
本実施形態の場合、2枚の導光板4は各導光板4の第1主面4aが外側を向くように配置されているため、太陽電池モジュール70の両側から入射した光を発電に利用することができる。また、2枚の導光板4は光進行方向変更部7を構成する複数の凸条10同士が対向するように配置され、凸条10が外部に露出していないので、凸条10が傷ついたり、欠けたりするのを防止できる。さらに、この太陽電池モジュール70を窓に用いた場合、太陽光発電が可能で、かつ、断熱性等に優れた複層構造の窓を実現できる。さらに、各導光板4の各凸条10同士の位置が揃っているため、透過する光の量を確保でき、透明性を十分に維持することができる。
In the case of the present embodiment, the two
[第6の実施形態の第1の変形例]
以下、本実施形態の第1の変形例について、図16を用いて説明する。
図16は本変形例の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図16において、上記実施形態で用いた図15と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[First Modification of Sixth Embodiment]
Hereinafter, a first modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
In FIG. 16, the same components as those in FIG. 15 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本変形例の太陽電池モジュール72においては、図16に示したように、第1の実施形態の太陽電池モジュール2(図2、図3)を2組用いている。2枚の導光板4は、太陽電池素子6が設置された第1端面4cと第2端面4dとが互いに逆向きになるように配置されている。その配置を採用したことにより、一方の導光板4の各凸条10と、他方の導光板4の各凸条10とは、凸条10の稜線、第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の導光板4の光進行方向(図16のy軸方向)における位置が揃っていない。言い換えると、一方の導光板4の第1傾斜面T1と、他方の導光板4の第1傾斜面T1とが、各導光板4の第1主面4aおよび第2主面4bの法線方向から見て異なる位置に配置されている。その他の構成は上記実施形態と同一である。
In the
図16において、下側の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L111は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を第1端面4c側に変える(光L112、L113)。また、上側の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L115は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を第1端面4c側に変える(光L116、L117)。また、下側の導光板4の第1主面4a側から第2傾斜面T2に入射する光L114は、第2傾斜面T2を透過する。また、上側の導光板4の第1主面4a側から第2傾斜面T2に入射する光L118は、第2傾斜面T2を透過する。
In FIG. 16, the light L111 incident on the first inclined surface T1 from the first
本実施形態の太陽電池モジュール72においても、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供できるといった上記実施形態と同様の効果が得られる。導光板4の両面から入射した光を発電に利用できる点、凸条10の傷や欠けを防止できる点、複層構造の窓を実現できる点も上記実施形態と同様である。
Also in the
これに対して、本変形例の場合、2枚の導光板4の凸条10がずれた位置に形成されており、例えば一方の導光板4の第1傾斜面T1と他方の導光板4の平坦面Fとが対向する形となる。そのため、上記実施形態に比べて光を取り込める割合が増え、発電効率を向上させることができる。
On the other hand, in the case of this modified example, the
[第6の実施形態の第2の変形例]
以下、本実施形態の第2の変形例について、図17を用いて説明する。
図17は本変形例の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図17において、上記実施形態で用いた図15と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Modification of Sixth Embodiment]
Hereinafter, a second modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
In FIG. 17, the same components as those in FIG. 15 used in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本変形例の太陽電池モジュール74においては、図17に示したように、第1の実施形態の太陽電池モジュール2(図2、図3)を4組用いている。4枚の導光板4は、第1主面4aおよび第2主面4bが略平行になる姿勢で積層されている。また、4枚の導光板4は、複数の凸条10からなる光進行方向変更部7が形成された第2主面4bが同じ側に向くように、空気層68を介して積層されている。本実施形態の場合、全ての導光板4の各凸条10は、凸条10の稜線、第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の導光板4の光進行方向(図17のy軸方向)における位置が揃っている。
In the
図17において、下から1つ目の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L121は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を、太陽電池素子6が設けられている第1端面側に変える(光L122、L123)。
また、下から2つ目の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L124は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を、太陽電池素子6が設けられている第1端面側に変える(光L125、L126)。
また、下から3つ目の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L127は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を、太陽電池素子6が設けられている第1端面側に変える(光L128、L129)。
また、下から4つ目の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L130は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を、太陽電池素子6が設けられている第1端面側に変える(光L131、L132)。
なお、下から1つ目の導光板4の第1主面4a側から第2傾斜面T2に入射する光L133は、第2傾斜面T2を透過する。
In FIG. 17, the light L121 incident on the first inclined surface T1 from the first
Further, the light L124 incident on the first inclined surface T1 from the first
In addition, the light L127 incident on the first inclined surface T1 from the first
Further, the light L130 incident on the first inclined surface T1 from the first
The light L133 incident on the second inclined surface T2 from the first
本変形例の太陽電池モジュール74においても、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供できるといった上記実施形態と同様の効果が得られる。
Also in the
本変形例の場合、4枚の導光板4を積層したことで設置面積を増やすことなく、発電効率を向上させることができる。本発明者は、本構成における発電量のシミュレーションを行った。導光板4の第1主面4aおよび第2主面4bの寸法を1m×2mとし、導光板4の厚さを10mmとし、導光板4の第1傾斜面T1の傾斜角を24度とした。また、第2傾斜面T2の傾斜角を5度とし、導光板4の第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の第1主面4aに対する投影面積比を1/20以下とした。太陽電池素子6の一辺を10mmとし、導光板4の屈折率を1.5とし、空気の屈折率を1.0とした。この太陽電池モジュール74に対して導光板4の第1主面4a側から太陽光を照射したときに得られる発電量は、略65Wであった。このように、本変形例の太陽電池モジュール74によれば、十分に大きな発電量を得られることが判った。
In the case of this modification, the power generation efficiency can be improved without increasing the installation area by stacking the four
[第6の実施形態の第3の変形例]
以下、本実施形態の第3の変形例について、図18を用いて説明する。
図18は本変形例の太陽電池モジュールを示す断面図である。
なお、図18において、上記第2の変形例の説明で用いた図17と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Third Modification of Sixth Embodiment]
Hereinafter, a third modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to this modification.
In FIG. 18, the same components as those in FIG. 17 used in the description of the second modification are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本変形例の太陽電池モジュール76においては、図18に示したように、各導光板4の各凸条10は、凸条10の稜線、第1傾斜面T1および第2傾斜面T2の導光板4の光進行方向(図18のy軸方向)における位置が揃っていない。すなわち、1枚の導光板4の各凸条10が残りの導光板4の各凸条10に対して導光板4の光進行方向にずれた位置に形成されている。言い換えると、1枚の導光板4の第1傾斜面T1と、残りの導光板4の第1傾斜面T1とが、各導光板4の第1主面4aおよび第2主面4bの法線方向から見て異なる位置に配置されている。その他の構成は上記実施形態と同一である。
In the
図18において、下から1つ目の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L141は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を、太陽電池素子6が設けられている第1端面側に変える(光L142、L143)。
また、下から2つ目の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L144は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を、太陽電池素子6が設けられている第1端面側に変える(光L145、L146)。
また、下から3つ目の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L147は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を、太陽電池素子6が設けられている第1端面側に変える(光L148、L149)。
また、下から4つ目の導光板4の第1主面4a側から第1傾斜面T1に入射する光L150は、第1傾斜面T1で全反射してその進行方向を、太陽電池素子6が設けられている第1端面側に変える(光L151、L152)。
なお、下から1つ目の導光板4の第1主面4a側から第2傾斜面T2に入射する光L153は、第2傾斜面T2を透過する。
In FIG. 18, the light L141 incident on the first inclined surface T1 from the first
Further, the light L144 incident on the first inclined surface T1 from the first
Moreover, the light L147 incident on the first inclined surface T1 from the first
In addition, the light L150 incident on the first inclined surface T1 from the first
Note that the light L153 incident on the second inclined surface T2 from the first
本変形例の太陽電池モジュール76においても、透明性の確保と発電効率の確保とを両立でき、安価で簡単な構成を有する太陽電池モジュール、およびこれを用いた太陽光発電装置を提供できるといった上記実施形態と同様の効果が得られる。
Also in the
導光板4の透明性を確保する点では上述の第2の変形例の構成が好ましい。ところが、本変形例の場合、4枚の導光板4の凸条10がずれた位置に形成されているため、上記第2の変形例に比べて導光板4内に光を取り込める割合が増え、発電効率を向上させることができる。
The configuration of the second modified example described above is preferable in terms of ensuring the transparency of the
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、導光体として板状体を用いたが、導光体の形状は板状体に限定されることなく、例えば棒状体であっても良く、適宜変更が可能である。その他、上記実施形態における各種構成要素の形状、寸法、数、配置、構成材料、製造方法等については、上記実施形態で例示したものに限らず、適宜変更が可能である。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the said embodiment, although the plate-shaped body was used as a light guide, the shape of a light guide is not limited to a plate-shaped body, For example, a rod-shaped body may be sufficient and can be changed suitably. In addition, the shape, size, number, arrangement, constituent material, manufacturing method, and the like of various components in the above embodiment are not limited to those illustrated in the above embodiment, and can be changed as appropriate.
本発明は、太陽電池モジュール、もしくは太陽光発電装置などに利用可能である。 The present invention can be used for a solar cell module, a solar power generation device, or the like.
1 太陽光発電装置
2,13,17,22,26,31,36,40,48,51,66,70,72,74,76 太陽電池モジュール
4,14,18,23,29,34,38,41,49,52 導光板(導光体)
6 太陽電池素子
7,15,20,24,27,32,43 光進行方向変更部
44 フィルム(光進行方向変更部材)
67 保護板(保護部材)
68 空気層
T1,T3 第1傾斜面(反射面)
T2,T4 第2傾斜面(透過面)
F 平坦面(透過面)
DESCRIPTION OF
6
67 Protection plate (protection member)
68 Air layer T1, T3 First inclined surface (reflection surface)
T2, T4 Second inclined surface (transmission surface)
F Flat surface (transmission surface)
Claims (13)
前記導光体の前記第1端面の一部から射出された光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光体の少なくとも前記第2主面側に、前記第1主面から入射した光を反射させて、その光の進行方向を変更する反射面と、前記第1主面から入射した光を透過させて外部に射出させる透過面と、が設けられた太陽電池モジュール。 A first main surface, a second main surface, and a first end surface in contact with the first main surface and the second main surface, wherein light from the outside is incident from at least the first main surface and propagated inside the first main surface; A light guide that is emitted from a part of the first end surface;
A solar cell element that receives light emitted from a part of the first end face of the light guide, and
Reflecting the light incident from the first main surface to at least the second main surface side of the light guide, and changing the traveling direction of the light, and the light incident from the first main surface A solar cell module provided with a transmission surface that transmits the light to the outside.
前記光進行方向変更部は、
前記導光体の前記第2主面に対して所定の傾斜角をなすように傾斜し、前記第1主面から入射した光を反射させる前記反射面を構成する第1傾斜面と、
前記導光体の前記第2主面に対して前記第1傾斜面の傾斜角より小さい傾斜角をなすように傾斜し、前記第1主面から入射した光を透過させる前記透過面を構成する第2傾斜面と、
を有する請求項1に記載の太陽電池モジュール。 A light traveling direction changing unit that changes the traveling direction of the light by reflecting the light incident from the first major surface is provided on a part of the second light guide side of the light guide,
The light traveling direction changing unit is
A first inclined surface that constitutes the reflecting surface that is inclined so as to form a predetermined inclination angle with respect to the second main surface of the light guide and reflects light incident from the first main surface;
The transmission surface is inclined so as to form an inclination angle smaller than the inclination angle of the first inclined surface with respect to the second main surface of the light guide, and transmits the light incident from the first main surface. A second inclined surface;
The solar cell module according to claim 1.
前記導光体の前記第1端面の一部から射出された光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光体の少なくとも前記第2主面側に、前記第1主面から入射した光を反射させて、その光の進行方向を変更する反射面と、前記第1主面から入射した光を透過させて外部に射出させる透過面と、が設けられた太陽電池モジュールを備える太陽光発電装置。 A first main surface, a second main surface, and a first end surface in contact with the first main surface and the second main surface, wherein light from the outside is incident from at least the first main surface and propagated inside the first main surface; A light guide that is emitted from a part of the first end surface;
A solar cell element that receives light emitted from a part of the first end face of the light guide, and
Reflecting the light incident from the first main surface to at least the second main surface side of the light guide, and changing the traveling direction of the light, and the light incident from the first main surface A solar power generation apparatus provided with the solar cell module provided with the permeation | transmission surface which permeate | transmits and inject | emits outside.
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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