図面 (/)

技術 太陽電池用保護構造体

出願人 アステラテック株式会社
発明者 三好幸三
出願日 2014年9月19日 (6年3ヶ月経過) 出願番号 2014-190795
公開日 2016年4月25日 (4年8ヶ月経過) 公開番号 2016-063673
状態 未査定
技術分野 光起電力装置
主要キーワード 立体メッシュ 近隣住宅 保護構造体 立体的構造 実発電量 金属反射面 総発電量 散らし
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年4月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

太陽電池総発電量デザイン性を改善し、障害物等による発電量の低下を軽減し、飛散物から太陽電池を保護し、かつ反射光による光害をも防止できる保護構造体を提供する。

解決手段

太陽電池の入射光側に設置する立体的構造を有する保護構造体であって、太陽電池に対して物理的な保護機能をもち、入射光入射角を変更する機能を有し、かつ太陽電池表面で反射される光の反射角を変更する機能を有することを特徴とする保護構造体とする。

概要

背景

近年、太陽光発電環境保護と安全性の観点から普及が進んでおり、家庭用にも急速に広がってきている。太陽電池は主にシリコン材料ベースとしたシリコン型太陽電池が主流であるが、化合物半導体や、有機材料を用いた太陽電池も作られるようになり、それぞれ異なる特徴を持つ。一般的には、単純に変換効率と価格の兼ね合いで選定されるケースが多い。

一般家庭に太陽電池を設置する場合には、経済性以外にもデザイン性重要な要素を占める。新築の住宅においては、ある程度太陽電池を屋根デザインマッチした形での設置が可能であるが、後付けの形ではかなり困難である。

太陽電池の発電量に関しては、屋根の形状等の事情から必ずしも最適の設置はできず、近隣の住宅、電柱等の障害物により部分的に陰が生じて極端に発電量を落としてしまうケースもある。

特に太陽電池が単純に直列接続されている場合、光によって生じる電流値は、直列接続されているセルの中で最も低いものに引きずられてしまう。一般的に陰の部分の光量は直射光の10分の1程度であるから、一般的な100V出力を得るために200個のセルを直列つなぐと、この内たった1個のセルが陰になっただけで全体の出力が10分の1になってしまうということがおこる。

また、太陽電池表面はガラス材であることが多く、さらにその表面はフラットであるから太陽光を特定の方向に反射する。入射角が大きくなると際立って反射光強度が大きくなり、太陽電池の発電に使えないばかりか、近隣住宅に迷惑をかけるといった問題も起きている。

これらの課題の内、デザイン性と反射光抑制に関しては、セラミックス凸状膨隆部および表面彩色層を配設してデザイン性と反射光の抑制をする提案(特許文献1参照)がなされている。

また、太陽光の利用効率改善のためには、光の入射角を変えて、朝夕発電効率を上げる提案(特許文献2参照)や、マイクロレンズ等を用いて広範囲の角度で入射する光を集光する提案(特許文献3参照)がなされている。

概要

太陽電池の総発電量とデザイン性を改善し、障害物等による発電量の低下を軽減し、飛散物から太陽電池を保護し、かつ反射光による光害をも防止できる保護構造体を提供する。 太陽電池の入射光側に設置する立体的構造を有する保護構造体であって、太陽電池に対して物理的な保護機能をもち、入射光の入射角を変更する機能を有し、かつ太陽電池表面で反射される光の反射角を変更する機能を有することを特徴とする保護構造体とする。

目的

本発明は、これらの前述の問題に鑑みてなされたもので、太陽電池の発電量を落とすことなくデザイン性を改善し、飛散物から太陽電池を保護し、かつ反射光による光害をも防止できる保護構造体を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

太陽電池入射光側に設置する立体的構造を有する保護構造体であって、太陽電池に対して物理的な保護機能をもち、太陽電池への入射光入射角を変更する機能を有し、かつ太陽電池表面で反射される光の反射角を変更する機能を有することを特徴とする保護構造体。

請求項2

プラスチック材料金属材料酸化物材料の内から選ばれる少なくとも1種類以上の材料から構成されることを特徴とする請求項1記載の保護構造体。

請求項3

染料もしくは顔料を含むことを特徴とする請求項1および請求項2記載の保護構造体。

請求項4

光学計算を用いて設計されることを特徴とする請求項1から請求項3に記載の保護構造体。

技術分野

0001

本発明は、太陽電池モジュールの表面側に設置する光学機能を持った保護構造体に関する。

背景技術

0002

近年、太陽光発電環境保護と安全性の観点から普及が進んでおり、家庭用にも急速に広がってきている。太陽電池は主にシリコン材料ベースとしたシリコン型太陽電池が主流であるが、化合物半導体や、有機材料を用いた太陽電池も作られるようになり、それぞれ異なる特徴を持つ。一般的には、単純に変換効率と価格の兼ね合いで選定されるケースが多い。

0003

一般家庭に太陽電池を設置する場合には、経済性以外にもデザイン性重要な要素を占める。新築の住宅においては、ある程度太陽電池を屋根デザインマッチした形での設置が可能であるが、後付けの形ではかなり困難である。

0004

太陽電池の発電量に関しては、屋根の形状等の事情から必ずしも最適の設置はできず、近隣の住宅、電柱等の障害物により部分的に陰が生じて極端に発電量を落としてしまうケースもある。

0005

特に太陽電池が単純に直列接続されている場合、光によって生じる電流値は、直列接続されているセルの中で最も低いものに引きずられてしまう。一般的に陰の部分の光量は直射光の10分の1程度であるから、一般的な100V出力を得るために200個のセルを直列つなぐと、この内たった1個のセルが陰になっただけで全体の出力が10分の1になってしまうということがおこる。

0006

また、太陽電池表面はガラス材であることが多く、さらにその表面はフラットであるから太陽光を特定の方向に反射する。入射角が大きくなると際立って反射光強度が大きくなり、太陽電池の発電に使えないばかりか、近隣住宅に迷惑をかけるといった問題も起きている。

0007

これらの課題の内、デザイン性と反射光抑制に関しては、セラミックス凸状膨隆部および表面彩色層を配設してデザイン性と反射光の抑制をする提案(特許文献1参照)がなされている。

0008

また、太陽光の利用効率改善のためには、光の入射角を変えて、朝夕発電効率を上げる提案(特許文献2参照)や、マイクロレンズ等を用いて広範囲の角度で入射する光を集光する提案(特許文献3参照)がなされている。

先行技術

0009

特開2012−134546号公報
特開平8−162658号公報
特開2009−139418号公報

発明が解決しようとする課題

0010

しかしながら、特許文献1の太陽電池では、太陽電池表面での散乱を用いているため、障害物の陰の影響による発電量の低下に関しては全く効果がない。また、飛散物衝突などによる物理的な保護に関しても無力である。

0011

また、特許文献2の太陽電池では、太陽電池が南中方向を向いて設置できることを前提としており、障害物の陰の影響による発電量の低下に関しては全く効果がない。また、デザイン性に関しても大きく制限を受け、建築物としての意匠性は著しく低い。

0012

特許文献3の集光装置でも、障害物の陰の影響による発電量の低下に関しては効果がないし、デザイン性に関してもほとんどバリエーションが持てず、建築物としての意匠性は著しく低い。

0013

本発明は、これらの前述の問題に鑑みてなされたもので、太陽電池の発電量を落とすことなくデザイン性を改善し、飛散物から太陽電池を保護し、かつ反射光による光害をも防止できる保護構造体を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0014

上記課題を解決するために、本発明は、太陽電池の入射光側に設置する立体的構造を有する保護構造体であって、太陽電池に対して物理的な保護機能をもち、入射光の入射角を変更する機能を有し、かつ太陽電池表面で反射される光の反射角を変更する機能を有することを特徴とする保護構造体を提供するものである。

0015

このような立体的構造を有する保護構造体であれば、個々の太陽電池の状況に合わせて、光学設計が可能であるため、障害物の陰が生じる場合にはその部分へ構造体からの屈折・反射等を用いて光を供給することができるし、反射光が直接外部に出ないので光害の防止もできる。

0016

さらに、周辺環境の変化で障害物等の状況が変わった場合には、保護構造体のみを再度最適なものに変更すれば発電量を回復できる。

0017

光学的機能を持つために、これら保護構造体は、プラスチック材料金属材料酸化物材料の内から選ばれる少なくとも1種類以上の材料から構成されることが望ましい。

0018

また、デザイン性が特別重要な場合には、保護構造体は染料もしくは顔料を含むことが望ましい。

0019

また、上記保護構造体の材料及び形状決定に際しては、光学計算を用いて設計されることが望ましい。

発明の効果

0020

本発明では、太陽電池の入射光側に設置する立体的構造を有する保護構造体であって、太陽電池に対して物理的な保護機能をもち、入射光の入射角を変更する機能を有し、かつ太陽電池表面で反射される光の反射角を変更する機能を有する。

0021

このため、障害物の陰が生じる場合にはその部分へ構造体からの屈折・反射等を用いて光を供給することができる。また、反射光が直接外部に出ないので光害の防止にもなる。

0022

また、保護構造体には光学的機能があれば、様々な材料が使え、彩色も可能であるので、デザイン性が著しく向上する。

0023

物理的な保護機能は、太陽電池そのものの強度を補完できるため、その分太陽電池の物理的強度を減少させることが可能となり、太陽電池の重量の低減にも効果的である。

図面の簡単な説明

0024

本発明の保護構造体の模式断面図である。
本発明の保護構造体の模式断面図である。
本発明の保護構造体の模式断面図である。
本発明の保護構造体の実施例を示す模式図である。
本発明の保護構造体の模式図である。
本発明の保護構造体の模式図である。
本発明の保護構造体の模式図である。
本発明の保護構造体の模式図である。

0025

本発明の実施の形態を、以下図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

0026

従来、集光型の太陽電池以外では太陽電池の入射光側に部材を設置するという発想はなかった。これは、太陽電池の発電効率を落とさないためには当然のことである。このため、特殊な評価環境における変換効率のみを重視し、この変換効率が独り歩きするため、実際の現場での実発電量に対する認識が不十分であった。また、住宅用途では、デザイン性が非常に重要であるにもかかわらず、これまでは十分に考慮されていないということがあった。

0027

以上の点に鑑み鋭意精査した結果、実際の設置環境で発電量を増加させる、もしくは、若干の総発電量の低下があっても、デザイン性が著しく向上し商業的に十分な優位性がある保護構造体の発明に至った。

0028

図1は、本発明による保護構造体の一例を示す模式断面図である。保護構造体構成部材2aは金属反射面を有している。また、図1では入射光(実線矢印)が太陽電池モジュール1に到達する様子を示してある。

0029

図1から容易にわかるように、入射光は直接太陽電池モジュール1に入射するものと一旦保護構造体構成部材2aに反射してから入射するものに分けられる。保護構造体構成部材2aの設計の仕方によって、特定の入射角での入射光強度を高めたり、特定の太陽電池セルへの入射光量を増やしたりできる。

0030

図2は、図1の本発明による保護構造体で反射光(破線矢印)が太陽電池モジュール1から外部に出る様子を示している。直接角度を変えずに出ていくものと保護構造体構成部材2aに反射してから異なる方向へでていくものがあることが分かる。

0031

図1および図2の保護構造体構成部材2aは太陽電池モジュール1の対向面では概略平行に並んでいるように描かれているが、実際には僅かな角度の違いを持たせることによって、光をバラバラに反射できる。これによって、一方向に全ての光が反射されること起因する光害を防ぐことができる。

0032

図3は保護構造体構成部材2bとして透光性のプラスチック材料と保護構造体構成部材2a組み合わせて用いた場合である。入射光(実線矢印)および反射光(破線矢印)を保護構造体構成部材2b内で屈折させることにより角度が変えている。

0033

保護構造体は太陽電池の保護と光の光路を変えること、さらにデザイン性を向上させることが目的であるから、特定の形状に限られるものではない。例えば、図5に示すように棒状の保護構造体構成部材2cを用いてもよいし、図6に示すように立体メッシュ状の保護構造体構成部材2dを用いてもよい。また、必ずしも直線形状である必要もなく、図7に示すように曲線状の保護構造体構成部材2dを用いてもよいし、図8に示すように円錐状の保護構造体構成部材2eを用いてもよい。そして、これらは均質に並んでいなくてもよい。

0034

また、これら保護構造体の作成には同じ種類の構成部材を組み合わせる必要はなく、必要に応じて様々な形状の構成部材を組み合わせればよい。

0035

さらにいえば、本発明の保護構造体は全てが光学的機能を持つ必要はなく、必要とする特定の部分のみに光学的機能があればよい。それ以外の部分は主にデザイン性を考慮し、例えば単純に光を散乱させるだけでもよい。太陽光が均質に当たる設置がなされている場合には、屈折光、反射光を散らして光強度が均質になる光学設計とし、デザイン性に注力すればよい。

0036

つぎに、本発明の実施例を説明する。

0037

(実施例1)
まず、125ミクロンの厚さを持つPET(ポリエチレンテレフタレートフィルムスパッタリング法によりアルミニウム成膜した。この時のアルミニウムの膜厚は140nmとし、90%以上の反射率を得た。

0038

そののち、このアルミニウム付きPETフィルムを2mm幅裁断し、図1に示すような配置で太陽電池モジュール1上に設置した。このときのアルミニウム付きPETフィルムの設置間隔は3mmとした。

0039

その後、30度の角度でソーラーシミュレーターを用いて太陽電池モジュール1に白色光照射し、保護構造体の有無による発電量を比較した。

0040

この結果、本発明による保護構造体を設置した場合の方が設置なしに比べて1.22倍の発電量が得られた。

0041

また、太陽電池モジュール1からの反射光も著しく低減できた。

0042

(実施例2)
図4ではこの保護構造体を用いて障害物3の陰4の影響による発電量の低下を改善した例である。障害物3の陰4は必ず、太陽を背にして障害物3から伸びてくるので、反射機能を持つ保護構造体構成部材2aを障害物3に対向して設置すればよい。

実施例

0043

例えば、全体の5%に陰が生じるとすれば、残りの95%の領域から5%分の光量を陰の部分に回してやればよい。全面に太陽光が当たる場合に比べれば発電量は低下するが、部分的な陰による著しい発電量の低下を防ぐことができる。

0044

本発明は、住宅用太陽電池だけでなく、景観を守る観点からメガソーラーへの適応も有効である。

0045

1太陽電池モジュール、
2a,2b,2c,2d,2e,2f保護構造体構成部材
3障害物、 4 陰

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ