特許 5900867 ソーラーパネル及びその表面構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5900867

(24)【登録日】2016年3月18日

(45)【発行日】2016年4月6日

(54)【発明の名称】ソーラーパネル及びその表面構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0236 20060101AFI20160324BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 280

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-164407(P2015-164407)

(22)【出願日】2015年8月24日

【審査請求日】2015年8月24日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515231911

【氏名又は名称】株式会社高揚

(74)【代理人】

【識別番号】110001922

【氏名又は名称】特許業務法人 日峯国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 龍治

【審査官】 井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０２３２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２６０６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２２１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２３３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１５３１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／０２−３１／０７８、３１／１８−３１／２０、

５１／４２−５１／４８

Ｈ０２Ｓ １０／００−５０／１５

Ｇ０２Ｂ ５／００−５／１３６

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を電力に変換するセルと、
前記光が透過して前記セルに到達するように前記セルの表面を覆うガラスと、
前記セルを保持すると共に前記電力を出力する端子を備えたフレームと、を有し、
前記ガラスの表面は、テーパ状に上方に突出させた複数の大凸部が縦横に配列された上層と、下方に陥没させた複数の大凹部が縦横に配列された下層と、を上下に重ねた、
ことを特徴とするソーラーパネルの表面構造。

【請求項2】

前記大凸部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一であり、
前記大凹部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一である、
ことを特徴とする請求項１に記載のソーラーパネルの表面構造。

【請求項3】

光を電力に変換するセルと、
前記光が透過して前記セルに到達するように前記セルの表面を覆うガラスと、
前記セルを保持すると共に前記電力を出力する端子を備えたフレームと、を有し、
前記ガラスの表面は、テーパ状に上方に突出させた複数の大凸部が縦横に配列された上層と、前記上層における一の大凸部と、縦に隣接する大凸部と、横に隣接する大凸部と、斜めに隣接する大凸部との間に相当する位置に、下方に陥没させた小凹部が配置された下層と、を上下に重ねた、
ことを特徴とするソーラーパネルの表面構造。

【請求項4】

前記大凸部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一であり、
前記小凹部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一である、
ことを特徴とする請求項３に記載のソーラーパネルの表面構造。

【請求項5】

請求項１乃至４の何れか一に記載のソーラーパネルの表面構造を有する、
ことを特徴とするソーラーパネル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽光を電力に変換することにより発電するソーラーパネル及びその表面構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ソーラーパネルは、太陽電池（ソーラーセル）を複数集めてパネル状にしたものである。また、太陽電池は、光起電力効果を利用して、光エネルギーを電力に変換する電力機器である。太陽電池には、シリコン系や化合物系などの種類がある。太陽電池は、太陽が出ている日中に発電を行い、夜間や天気の悪い日には発電ができない。そのため、できるだけ太陽の出ているときに、効率良く太陽光を取り入れる必要がある。特許文献１に示すように、凹凸シートで入射光を偏向させ、発電層での吸収量を増大させる発明も公開されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５６４０９５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、表面の凹凸で太陽光を屈折又は反射させて、太陽光を効率良く取り込もうとするものであるが、凹凸形状の繰り返しが単調であり、太陽が低い位置にある場合など角度によっては、屈折させても光が取り込めないことがある。

【0005】

そこで、本発明は、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネル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】

【0006】

上記の課題を解決するために、第１の発明であるソーラーパネルの表面構造は、光を電力に変換するセルと、前記光が透過して前記セルに到達するように前記セルの表面を覆うガラスと、前記セルを保持すると共に前記電力を出力する端子を備えたフレームと、を有し、前記ガラスの表面には、複数の大凸部が縦横に配列され、さらに、一の大凸部と、縦に隣接する大凸部と、横に隣接する大凸部と、斜めに隣接する大凸部との間に、小凸部が配置された、ことを特徴とする。

【0007】

また、第１の発明は、前記大凸部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一であり、前記小凸部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一である、こととしても良い。

【0008】

また、第１の発明は、前記ガラスの表面には、凸部に代えて、複数の大凹部が縦横に配列され、さらに、一の大凹部と、縦に隣接する大凹部と、横に隣接する大凹部と、斜めに隣接する大凹部との間に、小凹部が配置された、こととしても良い。

【0009】

また、第１の発明は、前記大凹部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一であり、前記小凹部が、角錐、半楕円体、又は円錐の何れか一である、こととしても良い。

【0010】

また、第１の発明は、前記ガラスの表面は、複数の大凸部が縦横に配列された上層と、複数の大凹部が縦横に配列された下層とからなる、こととしても良い。

【0011】

また、第１の発明は、前記ガラスの表面は、複数の大凸部が縦横に配列された上層と、前記上層における一の大凸部と、縦に隣接する大凸部と、横に隣接する大凸部と、斜めに隣接する大凸部との間に相当する位置に、小凹部が配置された下層とからなる、こととしても良い。

【0012】

さらに、第２の発明であるソーラーパネルは、第１の発明であるソーラーパネルの表面構造を有する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することができる。すなわち、本発明では、太陽が高い位置にあるときは勿論、太陽が昇り始めてから太陽が沈む寸前まで、太陽光を取り込んで発電することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明であるソーラーパネルの全体構造を示す分解斜視図である。

【図2】本発明であるソーラーパネルの表面構造の一例を示す拡大斜視図である。

【図3】本発明であるソーラーパネルの表面構造による光の屈折を説明する拡大側面図である。

【図4】本発明であるソーラーパネルの表面構造の一例を示す拡大斜視図である。

【図5】本発明であるソーラーパネルの表面構造の一例を示す拡大斜視図である。

【図6】本発明であるソーラーパネルの表面構造の一例を示す拡大斜視図である。

【図7】本発明であるソーラーパネルの表面構造の一例を示す拡大斜視図である。

【図8】本発明であるソーラーパネルの表面構造を凹状にした場合の一例を示す拡大斜視図である。

【図9】本発明であるソーラーパネルの表面構造を二層にした場合の一例を示す拡大斜視図である。

【図10】本発明であるソーラーパネルの表面構造を二層にした場合の一例を示す拡大斜視図である。

【図11】本発明であるソーラーパネルの表面構造を二層にした場合の一例を示す拡大斜視図である。

【図12】本発明であるソーラーパネルの表面構造を二層にした場合の一例を示す拡大側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【実施例1】

【0016】

まず、本発明であるソーラーパネルの構成について説明する。図１は、本発明であるソーラーパネルの全体構造を示す分解斜視図である。

【0017】

ソーラーパネル１００は、太陽電池で発電を行う装置である。ソーラーパネル１００は、図１に示すように、太陽電池の集合であるセル３００と、セル３００の表面を覆うガラス２００と、セル３００を保持するフレーム４００とを有する。なお、セル３００の表面は、太陽電池が光を取り込む側であり、裏面はその反対側である。

【0018】

セル３００は、光を電力に変換する太陽電池であるが、複数の太陽電池をまとめたものであっても良い。図１に示すように、シート状の各マス目に太陽電池が存在する。各太陽電池の起電力は小さいが、多数の太陽電池を直列に接続することにより、電圧を上げても良い。

【0019】

ガラス２００は、セル３００を保護するために、セル３００の表面に被せるものである。なお、太陽光などの光をセル３００に到達させるために、ガラス２００は透明にして光を透過させる必要がある。ガラス２００があることにより、ソーラーパネル１００を屋外に設置しても、雨、雪、又は雹など天候による落下物だけでなく、石などその他の飛来物から、セル３００が保護される。なお、ガラス２００以外の材質、例えば、合成樹脂などを使用しても良いが、硬質のものが好ましい。

【0020】

なお、ガラス２００の表面には汚れなどが付着することもあり、セル３００の発電効率を妨げる。そのため、ガラス２００の表面に汚れ防止用の被膜をコーティングしても良い。ただし、被膜は経年劣化して剥がれると汚れが付着しやすくなる。数年ごとにコーティングし直すとメンテナンスに手間が掛かるため、凹凸を付けて汚れとの接触面を減らすなどその他の手段により汚れを付きにくくすることが好ましい。

【0021】

フレーム４００は、セル３００を保持するために、セル３００の裏面に当てられる板である。また、フレーム４００は、セル３００が発電した電力を出力するためのジャンクションボックス５００を有する。

【0022】

ジャンクションボックス５００は、電線を結合、分岐、又は中継すると共に、その部分を保護するために箱である。ジャンクションボックス５００は、電力を供給するために、端子５１０、５１１を備える。なお、端子５１０、５１１などの接続部分のある箱内に湿気が侵入しないように、ゴムパッキン等でシールしても良い。

【0023】

次に、本発明であるソーラーパネルの表面構造について説明する。図２は、本発明であるソーラーパネルの表面構造の一例を示す拡大斜視図である。図３は、本発明であるソーラーパネルの表面構造による光の屈折を説明する拡大側面図である。図４〜７は、本発明であるソーラーパネルの表面構造の一例を示す拡大斜視図である。

【0024】

ガラス２００の表面には、複数の大凸部が縦横に配列され、さらに、一の大凸部と、縦に隣接する大凸部と、横に隣接する大凸部と、斜めに隣接する大凸部との間に、小凸部が配置される。大凸部は、同一の所定の形状で大きく突出させたもので、小凸部は、同一の所定の形状で小さく突出させたものである。なお、大凸部と小凸部とは、形状は異なっていても良い。

【0025】

図２に示す表面構造２００ａの例では、角錐の大凸部２１０と角錐の小凸部２１１とが配列される。具体的には、大凸部（角錐）２１０が縦方向及び横方向に繰り返され、その間に小凸部（角錐）２１１が介される。すなわち、一の大凸部（角錐）２１０に対して、縦方向に隣接する大凸部（角錐）２１０ａ、横方向に隣接する大凸部（角錐）２１０ｂ、斜め方向に隣接する大凸部（角錐）２１０ｃとしたとき、それぞれの角が接触する中心の位置に小凸部（角錐）２１１が設けられる。なお、大凸部（角錐）２１０ｃは、大凸部（角錐）２１０ａと大凸部（角錐）２１０ｂの両方に隣接する側のものとする。

【0026】

角錐は、四角錐に限られず、三角錐や六角錐などでも良い。また、四つの大凸部の中心だけでなく、二つの大凸部の間に、小凸部を設けても良い。すなわち、その場合、大凸部（角錐）２１０と大凸部（角錐）２１０ａとが、辺で接触する位置に小凸部（角錐）２１１が設けられ、大凸部（角錐）２１０と大凸部（角錐）２１０ｂとが、辺で接触する位置にも小凸部（角錐）２１１が設けられる。

【0027】

大凸部だけの繰り返しの場合、ガラス２００の表面に縦方向に等間隔で切り込みを入れ、同様に、横方向に等間隔で切り込みを入れることにより、容易に突起状の形状に加工することが可能である。しかしながら、間に小凸部が存在するように加工することは、非常に困難である。そのため、精密に形状を計算した上で３Ｄプリンター又はその他の手段を用いて表面構造２００ａを成形する。

【0028】

表面構造２００ａを有するガラス２００に太陽光が入射した場合、垂直に近い方向からであれば、ガラス２００内で屈折又は反射したとしても、多くの光はセル３００に取り込まれる。しかし、水平に近い方向からの場合、大きく屈折しないと反対側に抜けてしまうこともあり、あまり光をセル３００に取り込ませることができない。

【0029】

そこで、大凸部２１０ａと隣接する大凸部２１０ｂの間に小凸部２１１を介すことにより、光の屈折回数を多くする。なお、ガラス２００の屈折率は、光の波長によっても異なるが、真空を１としたとき、約１．４〜２．１である。図３に示すように、角錐などテーパ状の形状に対して複数回通すことにより、光の方向を徐々に曲げていく。

【0030】

例えば、水平に近い光（高い位置）６００の場合、大凸部２１０ａへの入射時と出射時、さらに大凸部２１０ｂへの入射時と出射時に、それぞれ屈折することで下方に向けられる。また、水平に近い光（低い位置）６０１の場合、大凸部２１０ａへの入射時と出射時、さらに小凸部２１１への入射時と出射時に、それぞれ屈折することで下方に向けられる。これにより、ガラス２００の下方にあるセル３００に光６００、６０１が取り込まれやすくなる。

【0031】

ガラス２００の表面構造、すなわち大凸部と小凸部の形状の組合せには、様々なものが考えられる。図４に示す表面構造２００ｂは、角錐の大凸部２１０と半楕円体（楕円半球）の小凸部２１２を組み合わせたものである。なお、角錐は、例として四角錐を示したが、三角錐などであっても良い。また、角錐の頂部を切り取った角錐台であっても良い。さらに、半楕円体は、球や楕円体を半分に切ったものだけでなく、球や楕円体の一部を切り取ったものも含む。

【0032】

図５に示す表面構造２００ｃは、角錐の大凸部２１０と円錐の小凸部２１３を組み合わせたものである。なお、円錐については円錐台も含む。図６に示す表面構造２００ｄは、半楕円体（楕円半球）の大凸部２２０と角錐の小凸部２２１を組み合わせたものである。図７に示す表面構造２００ｅは、円錐の大凸部２３０と角錐の小凸部２３１を組み合わせたものである。

【0033】

表面構造を大凸部と小凸部を組み合わせた形状とすることで、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することができる。すなわち、太陽が高い位置にあるときは勿論、太陽が昇り始めてから太陽が沈む寸前まで、太陽光を取り込んで発電することが可能である。

【0034】

さらに、一の大凸部と隣接する大凸部との間に凹みがあると、そこに汚れ等の異物が溜まりやすくなるが、小凸部を介すことで凹みを減らすことができ、被膜等をコーティングすることなく、半永久的に汚れを抑制することができる。

【実施例2】

【0035】

次に、本発明であるソーラーパネルの別の表面構造について説明する。図８は、本発明であるソーラーパネルの表面構造を凹状にした場合の一例を示す拡大斜視図である。

【0036】

ガラス２００の表面構造は、テーパ状に上方に突出させるだけでなく、逆に下方に陥没させても良い。図８に示す表面構造２００ｆは、平板状の下層ガラス２５０に、複数の角錐の大凹部２６０が縦方向及び横方向に配列されるように陥没させたものである。図８に示すように、下層ガラス２５０の上に記載した大凸部２６０の配列を、そのまま反対側である下層ガラス２５０に向かって凹ました形状となる。

【0037】

さらに、図２等と同様に、表面構造２００ｆの場合についても、複数の大凹部が縦横に配列され、さらに、一の大凹部と、縦に隣接する大凹部と、横に隣接する大凹部と、斜めに隣接する大凹部との間に、小凹部が配置されるようにしても良い。なお、大凹部及び小凹部の形状については、角錐だけでなく、半楕円体や円錐などの形状であっても良い。

【0038】

表面構造を凸部に代えて大凹部と小凹部を組み合わせた形状としても、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することができる。

【実施例3】

【0039】

さらに、本発明であるソーラーパネルの別の表面構造について説明する。図９、１０は、本発明であるソーラーパネルの表面構造を二層にした場合の一例を示す拡大図である。

【0040】

ガラス２００の表面構造は、テーパ状に上方に突出させると共に、下方に陥没させても良い。図９に示す表面構造２００ｇは、上層ガラスである大凸部（角錐）２６０の配列と、下層ガラス２５０に形成した半楕円体の大凹部２７０の配列とを、図１０に示すように、上下に重ねたものである。すなわち、表面構造２００ｇは、複数の大凸部が縦横に配列された上層ガラスと、複数の大凹部が縦横に配列された下層ガラス２５０とからなる。

【0041】

表面構造を上層ガラスの大凹部と下層ガラス２５０の大凹部を組み合わせた形状としても、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することができる。

【実施例4】

【0042】

さらに、本発明であるソーラーパネルの別の表面構造について説明する。図１１、１２は、本発明であるソーラーパネルの表面構造を二層にした場合の一例を示す拡大図である。

【0043】

図１１に示す表面構造２００ｈは、上層ガラスである大凸部（半楕円体）２２０の配列と、下層ガラス２５０に形成した半楕円体の小凹部２７１の配列とを、上下に重ねたものである。なお、上層ガラスにおける一の大凸部（半楕円体）２２０と、縦に隣接する大凸部（半楕円体）２２０ａと、横に隣接する大凸部（半楕円体）２２０ｂと、斜めに隣接する大凸部（半楕円体）２２０ｃとの間に相当する位置に、下層ガラス２５０における小凹部２７１が配置される。すなわち、図２における小凸部２１１を上方に突出させるのではなく、図１２に示すように、下方に陥没させた状態に相当する。なお、上層ガラスに小凸部とし、下層ガラス２５０に大凹部としても良い。

【0044】

表面構造を上層ガラスの大凹部と下層ガラスの小凹部を組み合わせた形状としても、太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供することができる。

【0045】

これらの表面構造を採用することにより、ソーラーパネル１００の方角が南向きに限定されず、北以外の方向であれば効率良く光を取り込んで発電することが可能となる。また、時間帯においても、正午前後だけでなく、早朝又は夕方の太陽の角度が低い時間から発電することが可能となる。

【0046】

以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、屈折率の異なる材質や形状を組み合わせても良い。また、同じ屈折率でも大きさの異なるものを組み合わせても良い。これにより集光率が変わり、より広い角度範囲から光を取り込むことが可能となる。

【符号の説明】

【0047】

１００：ソーラーパネル
２００：ガラス
２００ａ〜２００ｈ：表面構造
２１０、２１０ａ〜２１０ｃ：大凸部（角錐）
２１１、２２１、２３１：小凸部（角錐）
２１２：小凸部（半楕円体）
２１３：小凸部（円錐）
２２０、２２０ａ〜２２０ｃ：大凸部（半楕円体）
２３０：大凸部（円錐）
２５０：下層ガラス
２６０：大凹部（角錐）
２７０：大凹部（半楕円体）
２７１：小凹部（半楕円体）
３００：セル
４００：フレーム
５００：ジャンクションボックス
５１０、５１１：端子
６００、６０１：光

【要約】

【課題】太陽光を効率良くセルに照射することができる表面構造を有するソーラーパネルを提供する。
【解決手段】ソーラーパネルの表面構造は、光を電力に変換するセルと、前記光が透過して前記セルに到達するように前記セルの表面を覆うガラスと、前記セルを保持すると共に前記電力を出力する端子を備えたフレームと、を有し、前記ガラスの表面には、複数の大凸部が縦横に配列され、さらに、一の大凸部と、縦に隣接する大凸部と、横に隣接する大凸部と、斜めに隣接する大凸部との間に、小凸部が配置された、ことを特徴とする。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】