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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6053178
(24)【登録日】2016年12月9日
(45)【発行日】2016年12月27日
(54)【発明の名称】太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置
(51)【国際特許分類】
H01L 31/054 20140101AFI20161219BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 620
【請求項の数】6
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2013-510951(P2013-510951)
(86)(22)【出願日】2012年4月9日
(86)【国際出願番号】JP2012059694
(87)【国際公開番号】WO2012144368
(87)【国際公開日】20121026
【審査請求日】2015年4月1日
(31)【優先権主張番号】特願2011-95977(P2011-95977)
(32)【優先日】2011年4月22日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000005049
【氏名又は名称】シャープ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100129115
【弁理士】
【氏名又は名称】三木 雅夫
(74)【代理人】
【識別番号】100133569
【弁理士】
【氏名又は名称】野村 進
(74)【代理人】
【識別番号】100131473
【弁理士】
【氏名又は名称】覚田 功二
(72)【発明者】
【氏名】鎌田 豪
(72)【発明者】
【氏名】前田 強
(72)【発明者】
【氏名】内田 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】梅田 時由
(72)【発明者】
【氏名】由井 英臣
【審査官】
森江 健蔵
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭６１−１５０２８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１１−５０３９０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−０７７０８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２５８０３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−０４６００８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２１７３５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ３１／０５４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入射した光を伝播させる導光体と、
前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光体は、少なくとも一部に曲面を有し、内部が中空となった殻状の透光性基材の構造体からなり、
前記構造体が、中空の球体であり、
前記太陽電池素子が、前記球体の中心を通る平面と前記球体の表面とが交差してできる円の円周の１／２にあたる部分に配置された太陽電池モジュール。
前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光体は、少なくとも一部に曲面を有し、内部が中空となった殻状の透光性基材の構造体からなり、
前記構造体が、中空の球体であり、
前記太陽電池素子が、前記球体の中心を通る平面と前記球体の表面とが交差してできる円の円周の１／２にあたる部分に配置された太陽電池モジュール。
【請求項2】
入射した光を伝播させる導光体と、
前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光体は、少なくとも一部に曲面を有し、内部が中空となった殻状の透光性基材の構造体からなり、
前記構造体が、中空の楕円体である太陽電池モジュール。
前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光体は、少なくとも一部に曲面を有し、内部が中空となった殻状の透光性基材の構造体からなり、
前記構造体が、中空の楕円体である太陽電池モジュール。
【請求項3】
入射した光を伝播させる導光体と、
前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光体は、少なくとも一部に曲面を有し、内部が中空となった殻状の透光性基材の構造体からなり、
前記導光体の内部が密閉空間とされ、前記導光体に、前記密閉空間に気体を注入もしくは前記密閉空間から気体を排出するための気体出入口が設けられた太陽電池モジュール。
前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光体は、少なくとも一部に曲面を有し、内部が中空となった殻状の透光性基材の構造体からなり、
前記導光体の内部が密閉空間とされ、前記導光体に、前記密閉空間に気体を注入もしくは前記密閉空間から気体を排出するための気体出入口が設けられた太陽電池モジュール。
【請求項4】
前記密閉空間に、空気よりも比重が軽い気体が封入された請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項5】
入射した光を伝播させる導光体と、
前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光体は、少なくとも一部に曲面を有し、内部が開放空間となった開口部を有する透光性基材の構造体からなり、
前記構造体が、半球体である太陽電池モジュール。
前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子と、を備え、
前記導光体は、少なくとも一部に曲面を有し、内部が開放空間となった開口部を有する透光性基材の構造体からなり、
前記構造体が、半球体である太陽電池モジュール。
【請求項6】
前記太陽電池素子が、前記開口部の縁にあたる前記構造体の端面に配置された請求項５に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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、２０１１年４月２２日に、日本に出願された特願２０１１−０９５９７７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
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、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。一方、屋根のような限られた場所に装置を設置しなければならないという制約がある。その結果、得られる電力量に限界があった。また、太陽電池パネルに付帯する保護ガラスや配線等で重量が重くなるため、強度の高い屋根にしか設置できない。【0003】
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。【0004】
また、入射した太陽光を太陽電池に導くための集光装置を備えた太陽電池が提案されている（下記の特許文献２参照）。特許文献２に記載された太陽電池の集光装置は、平面状の入射面と、入射面から漸次離間するように入射面と対向し、入射面から入射された光を散乱する散乱面と、を有する集光部材を備えている。集光部材の端面に太陽電池が設置されている。【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】実開昭６１−１３６５５９号公報
【特許文献2】特開平７−１２２７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１に記載された窓面太陽電池発電システムの場合、一般的な窓の平面形状である長方形は面積に対して辺の長さが長い。そのため、窓に入射した光が太陽電池に至るまでの反射回数が多くなる場合がある。そのため、反射時に光の吸収による損失が生じる。また、一般的に窓は地面に対して略垂直に設置されるものであり、太陽の向きに合わせて動くわけではない。したがって、このシステムは、窓が広い設置面積を持っていたとしても、太陽の位置に対して設置面積を十分に活用できていない。また、このシステムの大きさは建物の大きさに制限され、建物の大きさ以上に大きくすることができない。【0007】
特許文献２に記載された太陽電池の集光装置の場合、集光部材がいわゆる楔状の形状を有しているため、集光部材の一端側の厚みがかなり厚くなる。その結果、装置全体の重量が重くなる。【0008】
特許文献１，２に共通の現象として、太陽の動きに伴って集光部の投影面積が変化するため、１日の中で集光部の受光量が変化する。それに伴って発電量が大きく変動する。この現象は、集光部が太陽を追尾するシステムを併設すれば、改善することができる。しかしながら、その場合、システム全体が複雑で高価になり、保守が大規模になる。【0009】
本発明の態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、設置面積に対する発電効率の高い太陽電池モジュールの提供を目的とする。また、太陽の動きに伴う発電量の変動が少ない太陽電池モジュールの提供を目的とする。また、軽量で設置が容易な太陽電池モジュールの提供を目的とする。また、コストの安い太陽電池モジュールの提供を目的とする。また、このような利点を有する太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置の提供を目的とする。【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様における太陽電池モジュールは、入射した光を伝播させる導光体と、前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子と、を備え、前記導光体が、透光性基材からなり、少なくとも一部に曲面を有している。【0011】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体が、内部が中空となった殻状の前記透光性基材の構造体からなっていてもよい。【0012】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記構造体が、中空の球体であってもよい。【0013】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記太陽電池素子が、前記球体の中心を通る平面と前記球体の表面とが交差してできる円の円周の１／２にあたる部分に配置されていてもよい。【0014】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記構造体が、中空の楕円体であってもよい。【0015】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体が、前記楕円体の回転対称軸を除く、前記楕円体の中心を通る軸を中心に回転可能とされていてもよい。【0016】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体の内部が密閉空間とされ、前記導光体に、前記密閉空間に気体を注入もしくは前記密閉空間から気体を排出するための気体出入口が設けられていてもよい。【0017】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記密閉空間に、前記導光体の外部の空気よりも比重が軽い気体が封入されていてもよい。【0018】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体が、内部が開放空間となった開口部を有する前記透光性基材の構造体からなっていてもよい。【0019】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記構造体が半球体であってもよい。【0020】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記太陽電池素子が、前記開口部の縁にあたる前記構造体の端面に配置されていてもよい。【0021】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体を構成する前記透光性基材が、可撓性を有していてもよい。【0022】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体が、前記入射した光により励起されて蛍光を発生する蛍光体を含み、前記太陽電池素子が、前記光の入射によって前記導光体の内部で発生し、前記導光体の内部を伝播する前記蛍光を受光してもよい。【0023】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体に含まれる前記蛍光体の密度が不均一であってもよい。【0024】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体の第１部分での前記蛍光体の密度が相対的に大きく、前記第１部分と反対側に位置する前記導光体の第２部分での前記蛍光体の密度が相対的に小さくてもよい。【0025】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体には、前記導光体の一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反射面を有する凹凸部が設けられ、前記太陽電池素子が、前記導光体に入射した後、前記反射面で反射して前記導光体の内部を伝播する前記外光を受光してもよい。【0026】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体に、前記導光体の内部を伝播する光を前記太陽電池素子に向けて反射させる反射部が設けられていてもよい。【0027】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記太陽電池素子が、前記導光体の内部に埋め込まれていてもよい。【0028】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記太陽電池素子が、前記導光体の表面に配置されていてもよい。【0029】
本発明の一態様における太陽電池モジュールは、前記導光体の外側に、前記導光体から離間して前記導光体を覆うように保護部材が設けられていてもよい。【0030】
本発明の他の態様における太陽光発電装置は、上記の太陽電池モジュールを備える。【0031】
本発明の他の態様における太陽光発電装置は、前記太陽電池モジュールを複数備え、前記複数の太陽電池モジュールが平面状に配列されていてもよい。【0032】
本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールを設置する方法は、入射した光を伝播させる導光体と、前記導光体の内部を伝播する光を受光する太陽電池素子と、を備え、前記導光体は、透光性基材からなり、少なくとも一部に曲面を有しており、前記導光体は、前記入射した光により励起されて蛍光を発生する蛍光体を含み、前記太陽電池素子は、前記光の入射によって前記導光体の内部で発生し、前記導光体の内部を伝播する前記蛍光を受光する、太陽電池モジュールを設置する方法であって、前記導光体の太陽に近い部分での前記蛍光体の密度が相対的に大きい前記導光体の第１の部分が太陽に近く、前記第１部分と反対側に位置すると共に前記蛍光体の密度が相対的に小さい第２の部分が太陽から遠くなるように前記太陽電池モジュールを設置する。【発明の効果】
【0033】
本発明の態様によれば、設置面積に対する発電効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。太陽の動きに伴う発電量の変動が少ない太陽電池モジュールを提供することができる。軽量で設置が容易な太陽電池モジュールを提供することができる。コストの安い太陽電池モジュールを提供することができる。このような種々の利点を有する太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置を提供することができる。【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図2】本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図4】本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールの第１変形例を示す断面図である。
【図5】本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールの第２変形例を示す断面図である。
【図6】本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールの第３変形例を示す断面図である。
【図7】本発明の第２実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図8】本発明の第２実施形態の太陽電池モジュールの第１変形例を示す断面図である。
【図9】本発明の第３実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図10】本発明の第３実施形態の太陽電池モジュールの第１変形例を示す断面図である。
【図11】本発明の第３実施形態の太陽電池モジュールの第２変形例を示す断面図である。
【図12】本発明の第４実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図13】本発明の第５実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図14A】本発明の第５実施形態の太陽電池モジュールの使用形態を示す図である。
【図14B】本発明の第５実施形態の太陽電池モジュールの使用形態を示す図である。
【図15】本発明の第６実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図16】本発明の第６実施形態の太陽電池モジュールの一部の断面図である。
【図17】本発明の第６実施形態の太陽電池モジュールの第１変形例を示す斜視図である。
【図18】比較例の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図19】本発明の第７実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図20】本発明の第７実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図22】本発明の第７実施形態の太陽電池モジュールの第１変形例を示す断面図である。
【図23】本発明の第７実施形態の太陽電池モジュールの第２変形例を示す断面図である。
【図24】本発明の第７実施形態の太陽電池モジュールの第３変形例を示す断面図である。
【図25】本発明の第８実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図26】本発明の第９実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図27】本発明の第１０実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図28】本発明の第１０実施形態の太陽電池モジュールの使用形態を示す図である。
【図29】本発明の第１１実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図30】本発明の太陽光発電装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
［第１実施形態］以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
本実施形態では、内部が中空の球状の導光体を備えた太陽電池モジュールの例を挙げる。
図１は、本実施形態の太陽電池モジュールの構成を示す斜視図である。図２は、太陽電池モジュールの断面図である。図３は、図２の一部の拡大図である。
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。
【0036】
本実施形態の太陽電池モジュール１は、図１に示すように、導光体２と、太陽電池素子３と、を備えている。導光体２は、透光性を有する基材からなり、内部が密閉空間となった殻状の球体（構造体）で構成されている。本実施形態の例では、球体の内部が密閉された空間であるとしたが、必ずしも密閉された空間でなくても良い。例えば球体の一部が開口しており、球体の内部が開放された空間であっても良い。透光性を有する基材として、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂等の透明性の高い有機材料を用いることができる。あるいは、ガラスなどの透明性の高い無機材料を用いることもできる。ただし、透光性を有する基材は、これらに限定されるものではない。導光体２の寸法の一例として、球体の半径が例えば２５０ｍｍ程度、導光体２の厚さが例えば１ｍｍ程度、である。なお、図１に示すように、球体の中心を通り、互いに直交する３つの軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸として以下、説明する。【0037】
導光体２は、外光Ｌ０（太陽光）により励起されて蛍光Ｌ１を発光する蛍光体を内部に含んでいる。導光体２は、入射した外光Ｌ０が励起光となって蛍光体から発せられた蛍光Ｌ１を太陽電池素子３に導く機能を果たす。太陽電池素子３は、外光Ｌ０の入射によって蛍光体から発せられ、導光体２の内部を伝播する蛍光Ｌ１を受光して電力を発生する機能を果たす。本実施形態の場合、導光体２は、図２に示すように、蛍光体を含む蛍光体層４を両側から上記の透光性基材５、例えばアクリル樹脂で挟んだ構成を有している。すなわち、導光体２は、透光性基材５／蛍光体層４／透光性基材５の３層構造を有している。【0038】
上記構成の導光体２を作製する際には、例えばアクリル樹脂で内側の球体を作製した後、球体に太陽電池素子３を固定した状態でその外側に蛍光体材料、アクリル樹脂を順次コーティングし、蛍光体層４、外側の球体を形成すれば良い。以下の説明では、導光体２の内部空間に面する面を「内面」と称し、導光体２の外部空間に面する面を「外面」と称する。【0039】
蛍光体層４は、例えば可視光や赤外光を吸収して可視光や赤外光を放出する蛍光体、あるいは、紫外光を吸収して可視光を放出する蛍光体を含んでいる。一例として、ＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｖｉｏｌｅｔ ５７０（商品名）を０．０２％、ＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ ０８３（商品名）を０．０２％、ＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｏｒａｎｇｅ ２４０（商品名）を０．０２％、ＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｒｅｄ ３０５（商品名）を０．０２％、ＮＩＬＥ ＢＬＵＥ Ａ（ＣＡＳ登録番号３６２５−５７−８）を０．５％、Ｉｒ-１４０（ＣＡＳ登録番号５３６５５−１７−７）を０．５％、Ｉｒ-１４４（ＣＡＳ登録番号５４８４９−６９−３）を０．５％、量子ドットＰｂＳ（硫化鉛）を３％からなる複数種の蛍光体を含有したものを用いることができる。上記複数種の蛍光体を含む蛍光体層４からは、４００ｎｍ〜１５００ｎｍ程度の広い波長領域を持つ蛍光が放射される。【0040】
太陽電池素子３は、図１に示すように、導光体２を構成する球体の中心Ｏを通る平面（ｘｙ平面）と球体の表面とが交差してできる円の円周の１／２にあたる部分に配置されている。すなわち、太陽電池素子３は、円環を半分に割った形状を有している。太陽電池素子３は、図２に示すように、球体の中心を通る平面（ｘｙ平面）上において導光体２の内部に埋め込まれている。太陽電池素子３は、導光体２に接する２つの面３ａ，３ｂ（図２における上面３ａおよび下面３ｂ）がともに受光面となっている。したがって、実際には、太陽電池素子３として、２つの太陽電池素子を受光面と反対側の面を背中合わせにして貼り合わせたものを用いるのが好ましい。ただし、本実施形態ではこれを１つの太陽電池素子とみなして説明する。太陽電池素子３には、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を用いることができる。【0041】
上述の太陽電池の中でも、化合物半導体を用いた化合物系太陽電池は、高効率の発電が可能であることから本実施形態に好適に用いられる。化合物系太陽電池の一例としては、半導体基板上にＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とＩｎＧａＰ層とを積層したものが用いられる。この化合物系太陽電池は、例えば４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長領域で８０％以上、５００ｎｍ〜９５０ｎｍの波長領域で９５％以上といった高い発電効率を持っている。そのため、上記の蛍光体と上記の化合物系太陽電池とを組み合わせることにより、幅広い波長領域で効率の高い発電が可能となる。
【0042】
上記構成の太陽電池モジュール１においては、外光Ｌ０（太陽光）が導光体２に照射されると、外光Ｌ０が励起光となって蛍光体層４中の蛍光体が発光する。発せられた蛍光Ｌ１の多くは、図３に示すように、導光体２の内面２ａと外面２ｂとの間で全反射を繰り返しながら導光体２の内部に閉じこめられた状態で導光する。導光体２の球体がある程度の曲率半径を有していれば、吸収損失がない限り、導光を続けることができる。発せられた蛍光Ｌ１は、あらゆる方向に導光するが、常に外光Ｌ０の入射点と球体の中心とを通る任意の平面と球体の表面とが交差してできる円の円周に沿って導光する。したがって、太陽電池素子３が、球体の中心を通る平面と球体の表面とが交差した円の円周の１／２にあたる部分に配置されていれば、図１に示すように、蛍光体層４から発せられた蛍光Ｌ１のほとんど全てが１周以下の経路で確実に太陽電池素子３に到達する。【0043】
本実施形態の導光体２は球体であるから、球体を任意の方向からその方向に垂直な平面上に投影した図形である円の面積が導光体２の受光面積に相当する。この受光面積（円の面積）に対して照射された光を、円周×１／２×導光体２の厚さに相当する面積の太陽電池素子３に集光することができる。面積に対して周囲の長さが最も短い図形は円であるから、原理的に最も集光効率が高い太陽電池モジュール１を実現することができる。先の寸法の例で言えば、導光体２の受光面積が２５０×２５０×π（ｍｍ２）、太陽電池素子３の面積が２５０×２×π×１／２×１（ｍｍ２）であるから、太陽電池素子３の面積に対する導光体２の受光面積の比は２５０となる。この値は、例えば長方形状の導光体では得られない値である。【0044】
また、いずれの方向においても球体を平面上に射影した図形は常に円であり、円の面積は変わらない。したがって、球体状の導光体２を備えた本実施形態の太陽電池モジュール１の場合、時間変動や季節変動により太陽の位置が変わっても、太陽光の強度自体が大きく変わらない限り、発電量が大きく変動することはない。さらに、球体状の導光体２は、太陽から直接到達する光だけでなく、雲、地面、建築物等で反射、散乱され、あらゆる方向から到達する光を受光することができる。その観点からも、本実施形態の太陽電池モジュール１は高い発電効率を得ることができる。【0045】
蛍光体層４を用いる場合、蛍光体層４が導光体２の外面に露出していたとすると、蛍光体層４から発せられた蛍光Ｌ１の一部が外部空間に放出され、導光体２の内部を導光する成分が少なくなる。これに対して、本実施形態の導光体２の場合、蛍光体層４の両側を透光性基材５で挟んだ構成であるから、蛍光体層４から発せられた蛍光Ｌ１のほとんど全てが導光体２の内部を導光する。その結果、集光効率が高い太陽電池モジュール１を実現することができる。【0046】
また、導光体２が所定の体積を有していても、導光体２の内部が中空であるため、太陽電池モジュール１を軽量化することができる。また、導光体２の体積に対して太陽電池モジュール１の設置面積が小さくて済む。これらの効果により、土台の強度がそれ程高くない場所、もしくは面積が限られた場所に本実施形態の太陽電池モジュール１を設置することができ、設置場所の自由度が向上する。さらに、太陽電池モジュール１のコストの低減を図ることができる。【0047】
［第１実施形態の第１変形例］第１実施形態では、蛍光体層４の両側を透光性基材５で挟んだ構成の導光体２を用いた。この導光体２に代えて、本変形例の太陽電池モジュール７では、図４に示すように、透光性を有する基材８の内部に粒子状の蛍光体９を分散させた導光体１０を用いている。この導光体１０を作製する際には、例えば予め蛍光体９を分散させたアクリル樹脂を準備しておき、このアクリル樹脂を射出成型して球体を形成し、導光体１０とすれば良い。
【0048】
［第１実施形態の第２変形例］第１実施形態では、太陽電池素子３は導光体２の内部に埋め込まれていた。この構成に代えて、本変形例の太陽電池モジュール１２では、図５に示すように、太陽電池素子１３が導光体２の外面２ｂに貼り付けられている。この構成においては、太陽電池素子１３の受光面１３ａを導光体２に向けて配置する。上述したように、蛍光体層４から発せられた蛍光Ｌ１は、導光体２の内部で全反射を繰り返しながら導光する。したがって、導光体２の厚さが極端に厚くない限り、太陽電池素子１３が導光体２の外面２ｂに配置されていても、太陽電池素子１３は蛍光Ｌ１を十分に受光することができる。この太陽電池モジュール１２は、太陽電池素子１３を導光体２の内部に埋め込むよりも構造が簡単であり、製造も容易である。図５では、太陽電池素子１３を導光体２の外面２ｂに貼り付けた例を示したが、この他、太陽電池素子１３を導光体２の内面２ａに貼り付けても良いし、導光体２の外面２ｂと内面２ａの両方に貼り付けても良い。
【0049】
［第１実施形態の第３変形例］第２変形例においても、太陽電池素子１３は蛍光Ｌ１を十分に受光できるが、蛍光Ｌ１が太陽電池素子１３の設置された位置を通り抜け、導光体２をさらに１周導光すると、光損失が生じる虞があり、無駄である。そこで、本変形例の太陽電池モジュール１５では、図６に示すように、太陽電池素子１３の設置位置に略対向する位置にあたる導光体２の内面２ａに、凹凸部２ｄが設けられ、凹凸部２ｄの表面に反射層１６が設けられている。凹凸部２ｄは、導光体２の内面が凹凸加工されたものである。反射層１６は、凹凸部２ｄの表面に金属膜や誘電体多層膜が形成されたものである。図６では凹凸部２ｄの断面形状を三角形状に示したが、入射した光を散乱させる作用を持つものであれば、必ずしも断面形状が三角形状である必要はない。
【0050】
導光体２の内面２ａに凹凸部２ｄが設けられていなかったとすると、太陽電池素子１３の設置位置に比較的近い導光体２の内面２ａで反射する蛍光Ｌ１は、図６に破線の矢印Ｌ２で示すように、太陽電池素子１３の位置を通り抜ける場合がある。これに対して、導光体２の内面２ａに凹凸部２ｄと反射層１６とが設けられている場合、凹凸部２ｄおよび反射層１６に入射した蛍光Ｌ１は反射、散乱し、蛍光Ｌ１の一部が太陽電池素子１３に入射する。すなわち、太陽電池素子１３の位置を通り抜けていた蛍光Ｌ１の一部を凹凸部２ｄと反射層１６とによって太陽電池素子１３に導くことができる。これにより、太陽電池素子１３を導光体２の外面２ｂに貼り付けた構成において、発電効率を高めることができる。【0051】
なお、導光体２の内面に太陽電池素子１３を設置した場合には、導光体２の外面２ｂに凹凸部２ｄを設ければよい。また、凹凸部２ｄと反射層１６とを設けることに代えて、太陽電池素子１３を設置する箇所もしくはその近傍の箇所の導光体２の厚さを部分的に薄くしても良い。その場合、導光体２の厚さを薄くした箇所ではそれ以外の箇所に比べて光が全反射する回数が増える。その結果、太陽電池素子１３に入射する光の割合が増え、発電効率を高めることができる。【0052】
［第２実施形態］以下、本発明の第２実施形態について、図７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実施形態と同様であり、導光体の構成が第１実施形態と異なる。
図７は、本実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【0053】
第１実施形態では、導光体２の全体が一体となった継ぎ目のない構成を想定した。ところが、導光体２の全ての表面が滑らかな球面となるように導光体２を成型するのは困難である。導光体２の球体の表面が滑らかでない場合、光の全反射が阻害されるため、光の損失が生じて太陽電池素子３への集光効率が低下する。【0054】
そこで、本実施形態の太陽電池モジュール１８は、図７に示すように、内部が中空の半球体１９ａ，１９ｂを２つ貼り合わせた構成の導光体２０を有している。球体を成型する場合に比べれば、半球体を成型する方が表面を滑らかに形成し易い。ただし、２つの半球体１９ａ，１９ｂの接合面は導光時に光の損失が生じやすい。その観点から、発光点から太陽電池素子に至る光の経路が半球体１９ａ，１９ｂの接合面を跨がないようにすることが望ましい。したがって、一方の半球体１９ａの縁にあたる端面の全周に太陽電池素子２１を配置し、この太陽電池素子２１を挟み込むようにして他方の半球体１９ｂを貼り合わせれば良い。【0055】
したがって、本実施形態の場合、太陽電池素子２１は、導光体２０の中心を通る平面と導光体２０の表面とが交差してできる円の全周にわたって配置されている。したがって、蛍光体層（図示略）から発せられた蛍光は、いずれの方向に導光した光についても１／２周以下の経路で太陽電池素子２１に到達する。本実施形態の場合、光が太陽電池素子２１に至る経路の途中に半球体１９ａ，１９ｂ接合面が存在しないため、接合面での光の損失が生じにくく、太陽電池素子２１への集光効率を確保することができる。【0056】
本実施形態においても、集光効率が高い太陽電池モジュールを実現できる、発電量の変動を抑えられる、太陽電池モジュールの軽量化、低コスト化が図れる、設置場所の自由度が向上する、等の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。【0057】
［第２実施形態の第１変形例］第２実施形態では、半球状の導光体の端面の全周に太陽電池素子を配置した。この構成に代えて、半球状の導光体の端面の一部に太陽電池素子を配置しても良い。例えば図８に示す太陽電池モジュール２３では、導光体２０を構成する半球体１９ａ，１９ｂの端面のうち、１／２に相当する部分に太陽電池素子２４が配置され、残りの１／２に相当する部分には反射部２５が形成されている。反射部２５は、半球体１９ａ，１９ｂの端面に光反射率の高い金属膜等が形成されたものである。具体的には、反射部２５は、半球体１９ａ，１９ｂの端面に蒸着法等によりアルミニウム、銀等の金属膜を成膜したものでも良いし、酸化シリコン／酸化チタン等からなる誘電体多層膜を成膜したものでも良い。また、反射部２５の表面は滑らかな面であっても良いし、凹凸がある面であっても良い。ただし、反射部２５に凹凸がある場合、導光体２０から光が漏れ出さないように、導光体２０の内面および外面と平行な方向に沿って延在する凹凸はない方が望ましい。
【0058】
本変形例の太陽電池モジュール２３においては、蛍光体層（図示略）から発せられた蛍光Ｌ１のうち、発光点Ｔから太陽電池素子２４の方向に向けて伝播した蛍光Ｌ１は、そのまま太陽電池素子２４に受光される。一方、発光点Ｔから反射部２５の方向に向けて伝播した蛍光Ｌ３は、反射部２５で反射した後、太陽電池素子２４の方向に向けて進行し、太陽電池素子２４に受光される。このようにして、発光点Ｔからいずれの方向に進行した蛍光Ｌ１，Ｌ３も、最終的には略全てが太陽電池素子２４に受光される。本変形例の太陽電池モジュール２３によれば、太陽電池素子２４の使用量が少なくて済み、コストの低減を図ることができる。【0059】
［第３実施形態］以下、本発明の第３実施形態について、図９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実施形態と同様であり、導光体の形状が第１実施形態と異なるのみである。
図９は、本実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【0060】
本実施形態の太陽電池モジュール２６は、図９に示すように、内部が中空の半球状の導光体２７と、太陽電池素子２８と、を備えている。導光体２７は、ｘｙ平面側が開口部２７ａとなっており、内部が開放空間となった半球状の透光性基材で構成されている。太陽電池素子２８は、半球状の導光体２７の端面の全周にわたって設置されている。すなわち、本実施形態の太陽電池モジュール２６は、図７に示した第２実施形態の太陽電池モジュール１８を構成する２つの導光体１９ａ，１９ｂのうち、上半分の導光体１９ａと太陽電池素子２１とで構成されたものと言える。【0061】
本実施形態の太陽電池モジュール２６は、太陽電池素子２８が配置された導光体２７の端面側（開口部２７ａ側）を下方に向けた姿勢で、例えば建築物の屋上や地上等の水平面に設置される。この太陽電池モジュール２６を水平面上に設置した場合、導光体２７が半球状であるから、鉛直方向上方から導光体２７を水平面上に射影した図形は円であるが、任意の方向から平面上に射影した図形が常に円になるわけではない。例えば、斜め上方から導光体２７を射影した図形は円がつぶれたような形状となる。したがって、本実施形態の導光体２７は、見る方向によって射影した図形の形状が変化し、それに伴って図形の面積が変化する。すなわち、本実施形態の導光体２７は、太陽の位置によって受光面積が変化する。【0062】
そのため、本実施形態の太陽電池モジュール２６は、球状の導光体を備えた第１、第２実施形態の太陽電池モジュールに比べて、太陽の位置による発電量の変動が大きくなる。例えば朝や夕方など、太陽の傾きが大きいときに導光体２７の受光面積が減り、発電量が低下する傾向にある。しかしながら、平面状の導光体を備えた従来の太陽電池モジュールに比べれば、発電量の変動を抑えることができる。また、本実施形態の太陽電池モジュール２６は、第２実施形態の太陽電池モジュール１８のように２つの導光体を接合する工程が不要であるため、製造が容易である。また、本実施形態の太陽電池モジュール２６は、導光体２７の端面側（開口部２７ａ側）を下方に向けた姿勢で設置されるため、設置後の安定性に優れたものとなる。
【0063】
本実施形態においても、集光効率が高い太陽電池モジュールを実現できる、発電量の変動を抑えられる、太陽電池モジュールの軽量化、低コスト化が図れる、設置場所の自由度が向上する、等の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、導光体２７の形状は必ずしも完全な半球状でなくても良く、球体を任意の平面で分割した形状としても良い。【0064】
［第３実施形態の第１変形例］第３実施形態では、半球状の導光体２７の端面の全周に太陽電池素子２８を配置した。
この構成に代えて、半球状の導光体の端面の一部に太陽電池素子を配置しても良い。例えば図１０に示す太陽電池モジュール３０では、半球状の導光体２７の端面のうち、１／２に相当する部分に太陽電池素子３１が配置され、残りの１／２に相当する部分には反射部３２が形成されている。反射部３２は、導光体２７の端面に光反射率の高い金属膜等が形成されたものである。具体的には、反射部３２は、導光体２７の端面に蒸着法等によりアルミニウム、銀等の金属膜を成膜したものでも良いし、酸化シリコン／酸化チタン等からなる誘電体多層膜を成膜したものでも良い。また、反射部３２の表面は滑らかな面であっても良いし、凹凸がある面であっても良い。ただし、反射部３２に凹凸がある場合、導光体２７から光が漏れ出さないように、導光体２７の内面および外面と平行な方向に沿って延在する凹凸はない方が望ましい。
【0065】
本変形例の太陽電池モジュール３０においては、蛍光体層（図示略）から発せられた蛍光のうち、発光点Ｔから太陽電池素子３１の方向に向けて伝播した蛍光Ｌ１は、そのまま太陽電池素子３１に受光される。一方、発光点Ｔから反射部３２の方向に向けて伝播した蛍光Ｌ３は、反射部３２で反射した後、太陽電池素子３１の方向に向けて進行し、太陽電池素子３１に受光される。このようにして、発光点Ｔからいずれの方向に進行した蛍光も、最終的には略全てが太陽電池素子３１に受光される。本変形例の太陽電池モジュール３０によれば、太陽電池素子３１の使用量が少なくて済み、コストの低減を図ることができる。【0066】
［第３実施形態の第２変形例］先の第１変形例では、図１０に示したように、半球状の導光体２７の端面のうち、１／２に相当する部分に太陽電池素子３１が配置され、残りの１／２に相当する部分には反射部３２が形成されていた。この構成に代えて、図１１に示す太陽電池モジュール３９では、半球状の導光体２７の端面の全周にわたって反射部４０が形成されている。反射部４０は、上述の第１変形例と同様、金属膜や誘電体多層膜を用いることができる。図１１において、反射部４０は図１１のｘｙ平面上に位置している。また、ｘｚ平面で導光体２７を切断したときの断面形状である半円のうち、半円の１／２に相当する部分に太陽電池素子４４が配置されている。太陽電池素子４４は、上述した例と同様、導光体２７の内部に埋め込まれていても良いし、導光体２７の外面もしくは内面に設置されていても良い。
【0067】
本変形例においても、発光点Ｔから太陽電池素子４４に向けて伝播した蛍光Ｌ１は、太陽電池素子４４に直接受光される。発光点Ｔから反射部４０に向けて伝播した蛍光Ｌ３は、反射部４０で反射した後、太陽電池素子４４に受光される。本変形例の太陽電池モジュール３９によれば、第１変形例の太陽電池モジュール３０に比べ、太陽電池素子４４の大きさが略１／２になるため、集光効率がより高められ、更なるコストの低減を図ることができる。【0068】
［第４実施形態］以下、本発明の第４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３実施形態と同様であり、導光体を複数個備えた点が第３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斜視図である。
【0069】
本実施形態の太陽電池モジュールアレイ３４は、図１２に示すように、半球状の導光体２７の端面に太陽電池素子２８を備えた太陽電池モジュール２６が、複数個アレイ状に配列されたものである。複数個の太陽電池モジュール２６の配置は、格子上に配列しても良いし、１列毎に半ピッチずつずらして配置しても良い。【0070】
本実施形態においても、個々の太陽電池モジュール２６については、集光効率が高い太陽電池モジュールを実現できる、発電量の変動を抑えられる、太陽電池モジュールの軽量化、低コスト化が図れる、設置場所の自由度が向上する、等の第１〜第３実施形態と同様の効果を得ることができる。また、太陽電池モジュールアレイ３４としては、複数個の太陽電池モジュール２６を集積したことで全体の発電量を増大させることができる。【0071】
［第５実施形態］以下、本発明の第５実施形態について、図１３、図１４Ａ及び図１４Ｂ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実施形態と同様であり、導光体の形状が第１実施形態と異なるのみである。
図１３は、本実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。図１４Ａ、１４Ｂは、本実施形態の太陽電池モジュールの使用形態を示す図である。
【0072】
本実施形態の太陽電池モジュール３６は、図１３に示すように、導光体３７と、太陽電池素子３８と、を備えている。導光体３７は、透光性を有する基材からなり、内部が密閉空間となった殻状の楕円体（構造体）で構成されている。導光体３７を構成する楕円体は、ｘ軸を長軸とする楕円を、ｘ軸を中心として回転したときに得られる回転楕円体である。したがって、図１３において、導光体３７をｘｙ平面もしくはｘｚ平面で切断したときの断面形状は楕円であり、導光体３７をｙｚ平面で切断したときの断面形状は円である。ただし、楕円体は必ずしも回転楕円体である必要はなく、導光体３７を上記の３つの平面で切断したときの全ての断面形状が楕円であっても良い。
【0073】
太陽電池素子３８は、導光体３７を構成する楕円体の中心Ｏを通り、回転対称軸に垂直な平面（ｙｚ平面）と楕円体の表面とが交差してできる円の円周の１／２にあたる部分に配置されている。すなわち、太陽電池素子３８は、円環を半分に割った形状を有している。言い換えると、太陽電池素子３８は、楕円体の中心Ｏを通る様々な平面で導光体３７を切断した断面のうち、導光体３７の断面積が最小となる平面に沿って配置されている。太陽電池素子３８は、楕円体の中心を通る平面（ｙｚ平面）上において導光体３７の内部に埋め込まれている。その他の構成については、第１実施形態と同様である。【0074】
導光体３７を楕円体とした場合、太陽電池素子３８の面積が同じであっても、導光体が球体である場合よりも受光面積がさらに増加する。そのため、低コストで発電量が大きな太陽電池モジュール３６を実現することができる。【0075】
球状の導光体２を備えた第１実施形態の太陽電池モジュール１の場合、方向によらずに導光体２を射影した図形の形状は常に円であり、円の面積は変化しなかった。これに対して、本実施形態の太陽電池モジュール３６の場合、方向によって導光体３７を射影した図形の形状が楕円と円との間で変化し、それに伴って図形の面積が変化する。そのため、本実施形態の太陽電池モジュール３６は、球状の導光体２を備えた第１、第２実施形態の太陽電池モジュールに比べて、太陽の位置による発電量の変動が大きくなる。【0076】
ところが、逆に考えれば、太陽電池モジュール３６を太陽の位置に対してどのような姿勢で設置するかにより、１日のうちの朝夕で発電量を変えることができる。例えば北半球の場合、図１４Ａに示すように、導光体３７の長軸を概ね東西の方位に向け（導光体３７の長軸の各端部を、それぞれ東西の方位に概ね一致させ）、導光体３７の長軸を水平にした姿勢で太陽電池モジュールを設置したとする。この場合、昼に太陽が南中したとき、導光体３７の受光面積が最大になり、朝夕に太陽が傾くと、導光体３７の受光面積が小さくなる。よって、昼に最大の発電量を得ることができる。【0077】
一方、図１４Ｂに示すように、導光体３７の長軸を概ね南の方位に向け（導光体３７の長軸の各端部を、それぞれ南北の方位に概ね一致させ）、水平方向から所定の角度（例えば３０度〜８０度）だけ立てた姿勢で太陽電池モジュール３６を設置したとする。この場合、昼に太陽が南中したとき、導光体３７の受光面積が最小になり、朝夕に太陽が傾いたとき、導光体３７の受光面積が大きくなる。したがって、朝夕に発電量を増大させることができる。このように、１日の電力の利用状況等に応じて、太陽電池モジュール３６の発電量を最適化することができる。【0078】
あるいは、導光体３７を構成する楕円体の回転対称軸（図１３のｘ軸）を除く、楕円体の中心を通る軸（例えば図１３のｙ軸やｚ軸）を中心として導光体３７を回転可能に構成しても良い。その場合、太陽電池モジュール３６を設置する際には、導光体３７の回転軸を南北の方位に向け、導光体３７の長軸（図１３のｘ軸）が東西方向に回転できるようにする。さらに、太陽電池モジュール３６に追尾装置を付加することにより、導光体３７の射影形状である楕円のうち、最も面積の大きい楕円が常に太陽の方向を向くように、導光体３７を太陽の動きに追尾させることができる。この構成によれば、導光体３７の受光面積が常に最大になるため、１日を通した総発電量を最も高めることができる。また、導光体３７を１つの回転軸でのみ回転させれば良く、導光体３７が軽量であるため、低コストの追尾装置を用いることができる。【0079】
［第６実施形態］以下、本発明の第６実施形態について、図１５、図１６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実施形態と同様であり、導光体の形状が第１実施形態と異なる。
図１５は、本実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。図１６は、図１５に示す太陽電池モジュールの一部の拡大図である。
【0080】
本実施形態の太陽電池モジュール４１は、図１５に示すように、導光体４２と、太陽電池素子４３と、を備えている。第１実施形態では球体状の導光体２の例を挙げ、第５実施形態では楕円体状の導光体３７の例を挙げた。これに対して、本実施形態の導光体４２は、内部が密閉空間となった立方体（構造体）で構成されている。図１５では、立方体の互いに直交する３つの辺をそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に一致させて描いている。ただし、立方体を構成する６つの面のうち、互いに直交する２つの面が接する全ての辺、および互いに直交する３つの面が接する全ての角は、尖っておらず、所定の曲率で丸められている。なお、導光体４２の形状は内部が中空の立方体に限ることなく、内部が中空の直方体であっても良い。
【0081】
太陽電池素子４３は、導光体４２を構成する立方体の６つの面のうち、互いに対向する２つの面のそれぞれの対角線とこれら対角線の端部同士を結ぶ辺とに沿って配置されている。したがって、太陽電池素子４３は、矩形環状の形状を有している。また、太陽電池素子４３は、上記の２本の対角線を含む平面内において導光体４２の内部に埋め込まれている。その他の構成については、第１実施形態と同様である。【0082】
本実施形態の太陽電池モジュール４１においても、第１〜第５実施形態の太陽電池モジュールと同様、図１６に示すように、蛍光体層４から発せられた蛍光Ｌ１は、導光体４２の内面４２ａと外面４２ｂとの間で全反射を繰り返しながら導光体４２の内部を導光する。ところが、導光体４２が立方体、直方体等の角を有する立体である場合、仮に角が尖っていたとすると、角の部分に入射した光は全反射条件を満たさず、導光体４２の外部に漏れる虞がある。そのため、導光体４２の角は、全反射による光の導光が保たれる程度の曲率を持っていることが必要である。【0083】
本実施形態においても、集光効率が高い太陽電池モジュールを実現できる、発電量の変動を抑えられる、太陽電池モジュールの軽量化、低コスト化が図れる、設置場所の自由度が向上する、等の第１〜第５実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、導光体４２の形状は、内部が中空の立方体や直方体に限ることなく、上述したように、角の部分がある程度の曲率を持ったものであれば、内部が中空の他の立体形状であっても良い。例えば、導光体に広告効果のあるデザインを持たせても良い。また、この種の太陽電池モジュールを複数個アレイ状に配列しても良い。【0084】
［第６実施形態の第１変形例］第６実施形態において、太陽電池素子４３は、導光体４２を構成する立方体の６つの面のうち、必ずしも対向する２つの面の対角線に沿って配置する必要はない。太陽電池素子の配置には種々の形態が考えられる。しかしながら、図１８に示す太陽電池モジュール４６のように、例えば導光体４２を構成する立方体の一辺に対して太陽電池素子４５を平行に配置した場合、蛍光体層の発光点Ｔから立方体の一辺に対して平行に導光する蛍光Ｌ１は太陽電池素子４５に到達することができない。そのため、集光効率が低下する。
【0085】
そこで、図１７に示す太陽電池モジュール４７のように、導光体４２を構成する立方体の一辺に対して太陽電池素子４５を平行に配置した場合、反射部４８を、太陽電池素子４５と交差するように一つの面の対角線上に配置すれば良い。反射部４８は、第２実施形態の第１変形例（図８参照）に示した反射部２５と同様、金属膜や誘電体多層膜から構成されるものである。反射部４８を太陽電池素子４５に交差するように設けた場合、立方体の一辺に対して平行に導光する蛍光Ｌ１は反射部４８に対して斜めに入射するため、進行方向が立方体の一辺と交差する方向に変わる。その結果、蛍光Ｌ１は太陽電池素子４５に到達することができる。このように、太陽電池素子４５を図１８のように配置した際の集光効率の低下を、図１７のような反射部４８を設けることで補うことができる。【0086】
［第７実施形態］以下、本発明の第７実施形態について、図１９〜図２１を用いて説明する。
第１〜第６実施形態の太陽電池モジュールは全て導光体中に蛍光体を含んでいたのに対し、本実施形態の太陽電池モジュールは導光体中に蛍光体を含まない点が異なっている。
図１９は、本実施形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。図２０は、図１９のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図２１は、図２０に示す太陽電池モジュールの一部の拡大図である。
【0087】
本実施形態の太陽電池モジュール５０は、図１９に示すように、導光体５１と、太陽電池素子５２と、を備えている。導光体５１は、内部が密閉空間となった殻状の球体（構造体）で構成されている。図１９に示すように、球体の中心Ｏを通り、互いに直交する３つの軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸として以下、説明する。また、説明をし易くするため、球体の中心Ｏを含むｘｙ平面と球体の表面とが交差してできる円Ｃを「最大円」と称する。ｚ軸上において球体の中心から最も遠い球体上の２つの点のうち、上側（＋ｚ側）の点Ｚ１を「最上点」と称し、下側（−ｚ側）の点Ｚ２を「最下点」と称する。球体のうち、ｘｙ平面よりも上側の部分を「上半球」と称し、ｘｙ平面よりも下側の部分を「下半球」と称する。【0088】
導光体５１を構成する球体のうち、上半球には、導光体５１の外面から入射した外光Ｌ０を反射させて光の進行方向を変更する反射面を有する凹凸部５３が設けられている。凹凸部５３は、図２０、図２１に示すように、導光体５１の外面５１ｂに形成された断面形状が三角形の複数の凸条５４と、導光体５１の内面５１ａに形成された断面形状が三角形の複数の溝５５と、から構成されている。凸条５４および溝５５は、ｘｙ平面に対して平行に設けられている。全ての凸条５４および溝５５は、ｚ軸を中心として同心円状に設けられている。【0089】
凹凸部５３は、例えば導光体５１の内面５１ａおよび外面５１ｂ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５４の形状を反転させた凹形状と溝５５の形状を反転させた凸形状と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も凹凸部５３を形成することができる。【0090】
導光体５１を構成する球体のうち、下半球には、上記の凹凸部５３は形成されておらず、滑らかな曲面となっている。球体の最下点Ｚ２には、例えば円柱状の太陽電池素子５２が設けられている。太陽電池素子５２は、図２０に示すように、球体の中心Ｏを通るｚ軸上において導光体５１の内部に埋め込まれている。太陽電池素子５２は、導光体５１に接する側面５２ａが受光面となっている。【0091】
凹凸部５３を構成する凸条５４や溝５５の断面形状は三角形状であると説明したが、図２１に示すように、凸条５４や溝５５を構成する各面の角度は導光体５１上の位置によって異なっている。今、太陽が導光体５１の上半球側に位置しているとする。その場合、外光Ｌ０は、導光体５１の上半球の外面５１ｂの入射点Ｓから入射した後、導光体５１の内面５１ａに設けられた溝５５の一面で全反射し、その進行方向を斜め下向きに変えて導光体５１の外面５１ｂもしくは凸条５４の一面と内面５１ａとの間で全反射を繰り返しつつ、上半球から下半球に向けて導光する。その後、外光Ｌ０は、最下点Ｚ２にある太陽電池素子５２に到達して受光面５２ａから受光される。すなわち、外光Ｌ０は、導光体５１上の入射点Ｓと最下点Ｚ２とを通る平面と導光体５１の表面とが交差してできる円の円周にほぼ沿った経路を導光し、太陽電池素子５２に受光される。【0092】
第１〜第６実施形態の太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子は、導光体に入射した太陽光を励起光として蛍光体から発せられた蛍光を受光し、この蛍光を電気エネルギーに変換していた。これに対して、本実施形態の太陽電池モジュール５０において、太陽電池素子５２は、導光体５１に入射し、導光体５１中を導光してきた外光Ｌ０（太陽光）を受光し、この外光を電気エネルギーに変換する。【0093】
本実施形態においても、集光効率が高い太陽電池モジュールを実現できる、太陽電池モジュールの軽量化、低コスト化が図れる、設置場所の自由度が向上する、等の第１〜第６実施形態と同様の効果を得ることができる。特に本実施形態の場合、太陽電池素子５２を最下点Ｚ２に点状に配置すれば良く、第１〜第５実施形態のように線状に長く配置する必要がない。そのため、太陽電池素子５２の単位面積あたりの集光率を高めることができる。【0094】
［第７実施形態の第１変形例］第７実施形態においては、導光体５１を構成する球体の最下点に太陽電池素子５２が設けられていた。この場合、導光体５１に対する太陽の位置が変わると、太陽光が導光体５１に入射した後の集光位置が変化するため、太陽電池素子５２の集光効率が低下する。これに対して、本変形例の太陽電池モジュール５７では、図２２に示すように、太陽電池素子５８は、導光体５１の最大円Ｃの全周にわたって配置されている。
【0095】
この構成によれば、太陽電池素子５８が導光体５１の最大円Ｃに沿って配置されているため、太陽の位置の変動に応じた集光効率の変動をある程度抑えることができる。なお、本変形例の太陽電池モジュール５７の場合、上半球に入射された光が導光体５１の最大円Ｃに沿った太陽電池素子５８で受光されるため、下半球側の導光体はなくても良い。【0096】
［第７実施形態の第２変形例］上記の第１変形例の太陽電池モジュール５７においては、第７実施形態に比べて太陽電池素子５８の面積が増えるため、製造コストが上がる。そこで、本変形例の太陽電池モジュール６０においては、図２３に示すように、太陽電池素子６１は、ｘｙ平面に平行な平面であって導光体５１の最大円Ｃと最下点Ｚ２との間に位置する平面と球体の表面とが交差してできる円の円周上に配置されている。
【0097】
この構成によれば、太陽の位置の変動に応じた集光効率の変動を抑えつつ、太陽電池素子の面積の増加も抑えることができる。【0098】
［第７実施形態の第３変形例］本変形例の太陽電池モジュール６３は、図２４に示すように、導光体５１を構成する球体の中心Ｏを通るｘｚ平面と球体の表面とが交差してできる円の円周のうち、下半球側に相当する部分に太陽電池素子６４が配置されている。本変形例の太陽電池モジュール６３においても、第７実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0099】
［第８実施形態］以下、本発明の第８実施形態について、図２５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実施形態と同様であり、保護部材を備えた点が異なるものである。
図２５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２５において、第１実施形態の図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。
【0100】
本実施形態の太陽電池モジュール６６は、図２５に示すように、太陽電池モジュール本体６７と、保護部材６８と、を備えている。太陽電池モジュール本体６７は、第１実施形態の太陽電池モジュール１と同一のものである。保護部材６８は、透光性を有する基材からなり、太陽電池モジュール本体６７よりも直径が大きく、内部が中空の球体（構造体）で構成されている。保護部材６８は、太陽電池モジュール本体６７の導光体２の外側に、導光体２から間隔をおいて導光体２を覆うように配置されている。【0101】
導光体２と保護部材６８との間の空間には、導光体２よりも屈折率が低い材料が充填されている必要がある。そこで、本実施形態では、導光体２と保護部材６８との間の空間に、空気６９が充填されている。もしくは、導光体２と保護部材６８との間の空間が真空状態であっても良い。【0102】
本実施形態においても、集光効率が高い太陽電池モジュールを実現できる、太陽電池モジュールの軽量化、低コスト化が図れる、設置場所の自由度が向上する、等の第１〜第７実施形態と同様の効果を得ることができる。特に本実施形態の場合、例えば太陽電池モジュール６６を屋外に設置したときに、太陽電池モジュール本体６７が保護部材６８で覆われていることで雨や砂塵等の汚染から導光体２を保護することができる。導光体２の表面が汚染されると、汚染された部分が光の全反射の妨げとなるため、発電量が低下する。その点、本実施形態によれば、雨や砂塵等の汚染に強く、発電量の低下が生じにくい太陽電池モジュール６６を提供することができる。【0103】
［第９実施形態］以下、本発明の第９実施形態について、図２６を用いて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュールは、第１実施形態の太陽電池モジュールと第７実施形態の太陽電池モジュールとを組み合わせ、２重構造としたものである。
図２６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２６において、第１実施形態の図２および第７実施形態の図２０と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。
【0104】
本実施形態の太陽電池モジュール７１は、図２６に示すように、第１の太陽電池モジュール７２と、第２の太陽電池モジュール７３と、を備えている。第１の太陽電池モジュール７２は、第１実施形態の太陽電池モジュール１と同一のものである。第２の太陽電池モジュール７３は、第７実施形態の太陽電池モジュール５０と同一のものである。第２の太陽電池モジュール７３は、第１の太陽電池モジュール７２よりも直径が大きく、第１の太陽電池モジュール７２の導光体２の外側に導光体２から一定の間隔をおいて配置されている。第１の太陽電池モジュール７２と第２の太陽電池モジュール７３とは球体の中心が一致している。また、第１の太陽電池モジュール７２と第２の太陽電池モジュール７３との間には空気６９が充填されている。【0105】
本実施形態の太陽電池モジュール７１において、外光Ｌ０は、最初に外側に配置された第２の太陽電池モジュール７３に入射し、導光体５１を介して太陽電池素子５２に受光される。ところが、第２の太陽電池モジュール７３に入射した光のうち、導光体５１上の入射位置もしくは入射角によっては導光体５１の内部に取り込めず、導光体５１を透過する外光Ｌ４も存在する。ここで、本実施形態の場合、第２の太陽電池モジュール７３の内側に第１の太陽電池モジュール７２が備えられているので、第２の太陽電池モジュール７３を透過した光が、第１の太陽電池モジュール７２に入射し、導光体２を介して太陽電池素子３に受光される。第１の太陽電池モジュール７２には導光体２の全面にわたって蛍光体層４が設けられているため、第２の太陽電池モジュール７３で取り込めなかった光を励起光として効率良く利用することができる。【0106】
このように、本実施形態においては、第１の太陽電池モジュール７２と第２の太陽電池モジュール７３とを総合すると、第２の太陽電池モジュール７３で取り込めなかった光を利用できる分、第７実施形態の太陽電池モジュールに比べて集光効率を高め、発電量を増やすことができる。【0107】
［第１０実施形態］以下、本発明の第１０実施形態について、図２７、図２８を用いて説明する。
図２７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。図２８は、本実施形態の太陽電池モジュールの使用形態の一例を示す図である。
【0108】
本実施形態の太陽電池モジュール７５は、図２７に示すように、導光体７６と、太陽電池素子７７と、気体出入口７８と、を備えている。導光体７６は、透光性を有する基材で形成されており、内部が中空の球体である。第１〜第９実施形態の導光体は剛性を有していたのに対し、本実施形態の導光体７６は可撓性を有している。したがって、本実施形態の導光体７６は変形が可能である。導光体７６の構成材料の一例としては、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。導光体７６の内部には、粒子状の蛍光体７９が分散されている。【0109】
導光体７６には、円環を半分に割った形状を有する太陽電池素子７７が設けられている。また、導光体７６には、内部空間に気体を注入する、もしくは内部空間から気体を排出するための気体出入口７８が設けられている。気体出入口７８には、気体出入口７８を開閉するための弁８０が設けられている。【0110】
本実施形態の太陽電池モジュール７５を使用する際には、気体出入口７８の弁８０を開き、例えば水素、ヘリウム等の導光体７６の外部の空気よりも比重が軽い気体を内部空間に注入した後、弁８０を閉じる。このようにして、この種の気体を導光体７６の内部空間に封入すると、太陽電池モジュール７５に浮力が生じ、太陽電池モジュール７５が空中に浮き上がる。そこで、例えば図２８に示すように、紐８１等を用いて太陽電池モジュール７５を建物Ｋの屋上に係留すれば、太陽電池モジュール７５を建物Ｋの上空に浮かび上がらせることができる。太陽電池モジュール７５の使用を止める場合には、気体出入口７８の弁８０を開いて導光体７６の内部の気体を排出すれば、導光体７６を折り畳むことができる。【0111】
本実施形態によれば、導光体７６の内部空間に比重が軽い気体を封入できるので、太陽電池モジュール７５の全体の重量を軽減できる。その結果、太陽電池モジュール７５を設置する際の土台とする箇所の強度がそれ程高くなくても良く、強度設計時の負担を軽減できる。また、例えば従来の太陽電池モジュールでは強度不足であった建物の屋根等にも太陽電池モジュール７５を設置できるようになり、設置場所の選択肢が広がる。【0112】
また、導光体７６の内外で気体を出し入れできるため、例えば雨天や曇天のときや不要なときには導光体７６を折り畳み、晴天のときや必要なときに導光体７６を広げることができる。これにより、従来にはない携帯性や収納性を有する太陽電池モジュール７５を実現することができる。さらに、導光体７６の内部空間から気体が漏れた場合には気体出入口７８から気体を補充すれば良いため、長期的な使用にも耐えることができる。【0113】
図２８に示したように、太陽電池モジュール７５を建物Ｋの上空に浮かべることができるため、周囲に高い建物があったとしても、周囲の建物によって太陽光が遮られることがない。そのため、特に太陽が低い位置にある朝夕の発電量を増やすことができ、１日を通して安定した発電量を得ることができる。なお、導光体７６の形状は球状に限ることなく、種々の形状を採用することができる。また、導光体７６の内部空間に空気を封入し、導光体７６にさらにヘリウム等を封入した気球を連結し、気球の浮力を利用して導光体７６を浮かべる構成としても良い。このとき、例えばアドバルーンのように、太陽電池モジュール７５に広告効果を持たせることもできる。【0114】
［第１１実施形態］以下、本発明の第１１実施形態について、図２９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実施形態と同様であり、導光体の一部に蛍光体を含まない部分がある点が異なっている。
図２９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２９において、第１実施形態の図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。
【0115】
上記第１〜第６実施形態では、導光体の内部全体に蛍光体が含まれていた。これに対して、本実施形態の太陽電池モジュール８３では、図２９に示すように、導光体２を構成する球体のうち、上半球のみに蛍光体層４が設けられている。下半球は、蛍光体層４を含まない透光性基材５のみで構成されている。なお、本実施形態の例では、球体のうち、蛍光体層４が設けられた部分と蛍光体層４が設けられていない部分とを１／２ずつに分けたが、必ずしも１／２ずつに分ける必要はなく、場合によって適切な割合とすれば良い。また、ここでは層状の蛍光体を含有する例を挙げたが、図４に示したように、透光性基材中に粒子状の蛍光体を分散させる構成においても、導光体の一部に蛍光体を含まない部分を設けても良い。【0116】
一般に、蛍光体は自己吸収性を有しており、蛍光体の存在は導光にとって阻害要因となる。また、多くの場合、太陽光は導光体の上方から照射される。このような観点に立てば、球体の下半球側に蛍光体を含有させない方が有利である。本実施形態はこのような思想によるものである。本実施形態の導光体２では、上半球が蛍光発光と導光を担い、下半球が専ら導光を担っている。【0117】
本実施形態においても、集光効率が高い太陽電池モジュールを実現できる、発電量の変動を抑えられる、太陽電池モジュールの軽量化、低コスト化が図れる、設置場所の自由度が向上する、等の第１〜第５実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態の太陽電池モジュール８３が半球状導光体を用いた第３実施形態の太陽電池モジュール（図９）と異なる点は、導光体２の内部が密閉空間とできるため、第１０実施形態のように、太陽電池モジュールを空中に浮かせる等の応用が利く点である。【0118】
なお、導光体を、蛍光体を含む部分と蛍光体を含まない部分とに分けるのではなく、導光体に含まれる蛍光体の密度が分布を有する構成としても良い。すなわち、導光体に含まれる蛍光体の密度が不均一であっても良い。その場合、導光体の第１部分での蛍光体の密度が相対的に大きく、第１部分と反対側に位置する導光体の第２部分での蛍光体の密度が相対的に小さくてもよい。例えば、太陽電池モジュールを設置したときに、導光体のうち、太陽に近い部分での蛍光体の密度を相対的に大きくし、太陽から遠い部分（例えば地面に近い部分）での蛍光体の密度を相対的に小さくすることが望ましい。【0120】
本実施形態の太陽光発電装置１００は、図３０に示すように、上記第１〜第１１実施形態の導光体１０１と太陽電池素子１０２とからなる太陽電池モジュール１０３と、インバータ１０４と、蓄電池１０５と、を有している。太陽電池モジュール１０３によって得られた電力はインバータ１０４によって直流−交流変換され、外部の負荷１０６に出力される。また、他の電力源１０７が外部の負荷１０６に接続されている。太陽電池モジュール１０３によって得られた電力は蓄電池１０５に充電され、必要に応じて蓄電池１０５から放電される構成となっている。【0121】
本実施形態によれば、上記第１〜第１１実施形態の太陽電池モジュール１０３を備えているので、高い発電効率が得られ、軽量で設置が容易であり、安価な太陽光発電装置１００を実現することができる。【0122】
なお、本発明の態様における技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の態様における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、導光体の形状として球体、半球体、楕円体、立方体等の定形的な立体の例を示したが、不定形の形状を有する立体であっても良い。また、必ずしも導光体の全体が立体でなくても良く、例えば平面の一部が立体的に盛り上がった形状でも良い。ただし、その場合でも、平面部分と立体部分との境界は全反射による導光が保たれる程度の曲率を持っている必要がある。
【0123】
その他、上記実施形態の太陽電池モジュール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。【産業上の利用可能性】
【0124】
本発明の態様は、太陽電池モジュール、もしくは太陽光発電装置に利用可能である。【符号の説明】
【0125】
１，７，１２，１５，１８，２３，２６，３０，３６，４１，４６，４７，５０，５７，６０，６３，６６，７１，７５，１０３，８３…太陽電池モジュール、２，１０，２０，２７，３７，４２，５１，７６，１０１…導光体、３，１３，２１，２４，２８，３１，３８，３９，４３，４４，４５，５２，５８，６１，６４，７７，１０２…太陽電池素子、４…蛍光体層、５…透光性基材、９，７９…蛍光体、２５，３２，４０，４８…反射部、３４…太陽電池モジュールアレイ、５３…凹凸部、６７…太陽電池モジュール本体、６８…保護部材、７２…第１の太陽電池モジュール、７３…第２の太陽電池モジュール、７８…気体出入口、１００…太陽光発電装置。