(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022102352
(43)【公開日】2022-07-07
(54)【発明の名称】太陽電池装置
(51)【国際特許分類】
H01L 31/054 20140101AFI20220630BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 620
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020217038
(22)【出願日】2020-12-25
(71)【出願人】
【識別番号】520513303
【氏名又は名称】合同会社ＩＣＷホールディングス
(74)【代理人】
【識別番号】100104880
【弁理士】
【氏名又は名称】古部 次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100114546
【弁理士】
【氏名又は名称】頭師 教文
(74)【代理人】
【識別番号】100185317
【弁理士】
【氏名又は名称】石井 琢哉
(72)【発明者】
【氏名】岩浅 昌幸
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 誠
【テーマコード（参考）】
5F151
【Ｆターム（参考）】
5F151JA22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】受光面の向きを機械的に動かさなくても、太陽の日周運動等によらず、発電効率を高められるようにする。
【解決手段】太陽電池装置に、基板層と、基板層の表面に配置され、太陽光を電気に変換する太陽電池セルの集合体で構成される発電層１２と、発電層の表面に配置され、入射した太陽光を発散光として出力する光学特性を有する単位構造をマトリクス状に配列した導光層１３とを設ける。
【選択図】図３
【解決手段】太陽電池装置に、基板層と、基板層の表面に配置され、太陽光を電気に変換する太陽電池セルの集合体で構成される発電層１２と、発電層の表面に配置され、入射した太陽光を発散光として出力する光学特性を有する単位構造をマトリクス状に配列した導光層１３とを設ける。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板層と、
前記基板層の表面に配置され、太陽光を電気に変換する太陽電池セルの集合体で構成される発電層と、
前記発電層の表面に配置され、入射した太陽光を発散光として出力する凹レンズと同等の光学特性を有する単位構造をマトリクス状に配列した導光層と
を有する、太陽電池装置。
前記基板層の表面に配置され、太陽光を電気に変換する太陽電池セルの集合体で構成される発電層と、
前記発電層の表面に配置され、入射した太陽光を発散光として出力する凹レンズと同等の光学特性を有する単位構造をマトリクス状に配列した導光層と
を有する、太陽電池装置。
【請求項2】
前記単位構造は、平凹レンズと同等の光学特性を有し、
平凹レンズの平坦面側を太陽光の入射面とし、凹面側を太陽光の射出面とする、請求項１に記載の太陽電池装置。
平凹レンズの平坦面側を太陽光の入射面とし、凹面側を太陽光の射出面とする、請求項１に記載の太陽電池装置。
【請求項3】
前記単位構造は、前記平凹レンズと同等の光学特性を有するフレネルレンズの半円部分のうち、当該平凹レンズの中心に対して左右対称に切り出される矩形形状を有する、
請求項２に記載の太陽電池装置。
請求項２に記載の太陽電池装置。
【請求項4】
前記導光層は、前記発電層の表面へのコロイダルシリカのコーティングにより形成され、太陽光の入射面側に階段状かつ同心円状の鋸波型の溝を有する、
請求項１に記載の太陽電池装置。
請求項１に記載の太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池装置に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、再生可能なエネルギー源として太陽光への期待が高まっている。例えば太陽光を活用した発電システムとして、追尾式の太陽発電システムが実用化されている。追尾式の太陽発電システムは、発電セルの集合体である太陽電池パネルを追尾装置に取り付け、太陽の日周運動や年周運動に合わせて太陽電池パネルの向きを移動させることで、年間を通して発電量を確保することができる。
追尾式の太陽発電システムには、太陽光を発電セルに集光するタイプの太陽電池パネルが採用されている。集光型の太陽電池パネルは、集光レンズを取り付けない方式に比べ、発電セルの面積が小さく済むメリットがある。
追尾式の太陽発電システムには、太陽光を発電セルに集光するタイプの太陽電池パネルが採用されている。集光型の太陽電池パネルは、集光レンズを取り付けない方式に比べ、発電セルの面積が小さく済むメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－０４０５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一方で、集光型の太陽電池パネルを追尾装置に取り付けた太陽発電システムでは、太陽の日周運動等に応じて太陽電池パネルの向きを可変可能な架台と架台の向きを制御する追尾装置の設置が必要となり、固定型の発電システムに比してランニングコストが上昇してしまう。
【0005】
本発明は、受光面の向きを機械的に動かさなくても、太陽の日周運動等によらず、発電効率を高められるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項１に記載の発明は、基板層と、前記基板層の表面に配置され、太陽光を電気に変換する太陽電池セルの集合体で構成される発電層と、前記発電層の表面に配置され、入射した太陽光を発散光として出力する凹レンズと同等の光学特性を有する単位構造をマトリクス状に配列した導光層とを有する、太陽電池装置である。
請求項２に記載の発明は、前記単位構造は、平凹レンズと同等の光学特性を有し、平凹レンズの平坦面側を太陽光の入射面とし、凹面側を太陽光の射出面とする、請求項１に記載の太陽電池装置である。
請求項３に記載の発明は、前記単位構造は、前記平凹レンズと同等の光学特性を有するフレネルレンズの半円部分のうち、当該平凹レンズの中心に対して左右対称に切り出される矩形形状を有する、請求項２に記載の太陽電池装置である。
請求項４に記載の発明は、前記導光層は、前記発電層の表面へのコロイダルシリカのコーティングにより形成され、太陽光の入射面側に階段状かつ同心円状の鋸波型の溝を有する、請求項１に記載の太陽電池装置。
請求項２に記載の発明は、前記単位構造は、平凹レンズと同等の光学特性を有し、平凹レンズの平坦面側を太陽光の入射面とし、凹面側を太陽光の射出面とする、請求項１に記載の太陽電池装置である。
請求項３に記載の発明は、前記単位構造は、前記平凹レンズと同等の光学特性を有するフレネルレンズの半円部分のうち、当該平凹レンズの中心に対して左右対称に切り出される矩形形状を有する、請求項２に記載の太陽電池装置である。
請求項４に記載の発明は、前記導光層は、前記発電層の表面へのコロイダルシリカのコーティングにより形成され、太陽光の入射面側に階段状かつ同心円状の鋸波型の溝を有する、請求項１に記載の太陽電池装置。
【発明の効果】
【0007】
各請求項に記載の発明によれば、受光面の向きを機械的に動かさなくても、太陽の日周運動等によらず、発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本実施の形態で使用する太陽電池パネルの構成例を示す図である。（Ａ）は太陽光の入射面を斜め上方から表した図であり、（Ｂ）は太陽電池パネルの断面構造を説明する図であり、（Ｃ）は発電層の構造例を説明する図である。
【図2】実施の形態１で使用する導光層を構成する単位構造の一例を説明する図である。（Ａ）は導光層の単位構造を上方から見た平面図であり、（Ｂ）はII－IIで示す位置で単位構造を切断した断面図である。
【図3】太陽電池パネルの使用例を説明する図である。（Ａ）は太陽電池パネルを構成する導光層の単位構造を設置する向きを示し、（Ｂ）は午前の太陽光が発電層に入射する角度を示し、（Ｃ）は正午頃の太陽光が発電層に入射する角度を示し、（Ｄ）は午後の太陽光が発電層に入射する角度を示す。
【図4】発電層に対する光の入射角と発電量との関係を説明する図である。（Ａ）は入射角を説明する図であり、（Ｂ）は入射角と発電電流の関係を説明する図である。
【図5】実施の形態２で使用する導光層を構成する単位構造の一例を説明する図である。（Ａ）は導光層の単位構造を上方から見た平面図であり、（Ｂ）II－IIで示す位置で単位構造を切断した断面図である。
【図6】実施の形態３で使用する導光層を構成する単位構造の一例を説明する図である。（Ａ）は導光層の単位構造を上方から見た平面図であり、（Ｂ）はII－IIで示す位置で単位構造を切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【0010】
＜実施の形態＞
＜パネル全体の構成＞
図１は、本実施の形態で使用する太陽電池パネル１の構成例を示す図である。（Ａ）は太陽光Ｌ１の入射面を斜め上方から表した図であり、（Ｂ）は太陽電池パネル１の断面構造を説明する図であり、（Ｃ）は発電層１２の構造例を説明する図である。
図１では、ある季節のある時刻における太陽２０の位置を表している。もっとも、太陽２０の位置は、季節と時間により変化する。
＜パネル全体の構成＞
図１は、本実施の形態で使用する太陽電池パネル１の構成例を示す図である。（Ａ）は太陽光Ｌ１の入射面を斜め上方から表した図であり、（Ｂ）は太陽電池パネル１の断面構造を説明する図であり、（Ｃ）は発電層１２の構造例を説明する図である。
図１では、ある季節のある時刻における太陽２０の位置を表している。もっとも、太陽２０の位置は、季節と時間により変化する。
【0011】
図１では、太陽電池パネル１の長辺の方向をＸ軸とし、短辺の方向をＹ軸とし、パネル面の法線方向をＺ軸としている。
太陽電池パネル１は、太陽電池装置の一例である。図１では、説明の都合上、太陽電池パネル１を１つだけを表しているが、複数の太陽電池パネル１の集合体である太陽電池アレイや複数の太陽電池アレイの集合体により太陽発電システムが形成される。なお、太陽電池アレイやその集合体も、太陽電池装置の一例である。
太陽電池パネル１は、太陽電池装置の一例である。図１では、説明の都合上、太陽電池パネル１を１つだけを表しているが、複数の太陽電池パネル１の集合体である太陽電池アレイや複数の太陽電池アレイの集合体により太陽発電システムが形成される。なお、太陽電池アレイやその集合体も、太陽電池装置の一例である。
【0012】
本実施の形態で使用する太陽電池パネル１は、下層側から上層側へ順番に、基板層１１、発電層１２、導光層１３で構成されている。
基板層１１は、例えば金属板、樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板により形成される。
発電層１２は、基板層１１の表面に配置される。図１（Ｃ）に示すように、発電層１２は、複数の太陽電池セル１２Ａをマトリクス状に配列した構造を有している。太陽電池セル１２Ａは、例えば５インチ角や６インチ角の正方形状であり、それぞれが太陽光の光量に応じた大きさの電気を発生する。
基板層１１は、例えば金属板、樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板により形成される。
発電層１２は、基板層１１の表面に配置される。図１（Ｃ）に示すように、発電層１２は、複数の太陽電池セル１２Ａをマトリクス状に配列した構造を有している。太陽電池セル１２Ａは、例えば５インチ角や６インチ角の正方形状であり、それぞれが太陽光の光量に応じた大きさの電気を発生する。
【0013】
図１の場合、太陽電池セル１２Ａは、Ｘ軸とＹ軸のそれぞれの方向にマトリクス状に配列されている。もっとも、図１に示す配列例は一例であり、他の配列も可能である。
本実施の形態の場合、太陽電池セル１２Ａには、シリコン系の太陽電池を使用する。もっとも、太陽電池セル１２Ａとして、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＣｕＩｎＧａＳｅなどを使用した化合物半導体太陽電池を用いることも可能である。
本実施の形態の場合、太陽電池セル１２Ａには、シリコン系の太陽電池を使用する。もっとも、太陽電池セル１２Ａとして、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＣｕＩｎＧａＳｅなどを使用した化合物半導体太陽電池を用いることも可能である。
【0014】
導光層１３は、凹レンズと同等の光学特性を有する単位構造１３Ａ（後述する図２参照）の集合体であり、発電層１２の表面に配置される。導光層１３は、単位構造１３Ａをマトリクス状に配列した構造を有している。なお、本実施の形態における「同等」とは、厳密に同じの意味ではなく、製造上の許容範囲は許される。また、凹レンズの光学特性のように入射光を発散する光学特性を有する場合は「同等」とみなす。本実施の形態の場合、導光層１３は、強化ガラスにより形成される。もっとも、透過率が高い材質であれば、強化ガラスに限らず、プラスチック樹脂等でもよい。
単位構造１３Ａは、凹レンズと同等の光学特性を有するので、単位構造１３Ａの光軸に対して平行に入射した太陽光Ｌ１は、各入射位置から凹レンズの焦点を虚光源とする方向に屈折される。
単位構造１３Ａは、凹レンズと同等の光学特性を有するので、単位構造１３Ａの光軸に対して平行に入射した太陽光Ｌ１は、各入射位置から凹レンズの焦点を虚光源とする方向に屈折される。
【0015】
太陽光Ｌ１は、平行光であるので、単位構造１３Ａの中心点から半径方向に離れた位置に入射する太陽光Ｌ１ほど、太陽光Ｌ１の光軸に対して外側に大きく屈折される。
なお、単位構造１３Ａの光軸に対して平行に入射した太陽光Ｌ１のうち、凹レンズの中心に入射した太陽光Ｌ１は、そのまま直進する。
凹レンズは、凸レンズとは異なり、光を広げる性質がある。本実施の形態では、この性質を、光を発散させる性質といい、単位構造１３Ａを通過した後の太陽光Ｌ２（後述する図３参照）を発散光ともいう。
なお、単位構造１３Ａの光軸に対して平行に入射した太陽光Ｌ１のうち、凹レンズの中心に入射した太陽光Ｌ１は、そのまま直進する。
凹レンズは、凸レンズとは異なり、光を広げる性質がある。本実施の形態では、この性質を、光を発散させる性質といい、単位構造１３Ａを通過した後の太陽光Ｌ２（後述する図３参照）を発散光ともいう。
【0016】
なお、本実施の形態における単位構造１３Ａは、凹レンズと同等の光学特性であるので、凸レンズを使用する集光型の太陽電池パネルとは異なり、単位構造１３Ａと太陽電池セル１２Ａとの間に、焦点距離に相当する空間を設ける必要がない。
このため、本実施の形態における太陽電池パネル１は、図１（Ｂ）に示すように、発電層１２の表面に導光層１３を直接配置することが可能である。
もっとも、導光層１３と発電層１２との間に空間や光を透過する層を配置することも可能である。
このため、本実施の形態における太陽電池パネル１は、図１（Ｂ）に示すように、発電層１２の表面に導光層１３を直接配置することが可能である。
もっとも、導光層１３と発電層１２との間に空間や光を透過する層を配置することも可能である。
【0017】
結果的に、太陽電池パネル１の構造が簡単になり、また、集光型に比べてパネルが薄型になる。
また、本実施の形態における太陽電池パネル１は、太陽電池パネル１を太陽２０の動きに追従させる必要がなく、その分、太陽発電システムとしてのランニングコストを集光型の発電システムに比して低下させることができる。
また、本実施の形態における太陽電池パネル１は、後述するように、導光層１３への太陽光Ｌ１の入射角が大きくなる時間帯でもパネル全体の発電量を増加させることができる。
また、本実施の形態における太陽電池パネル１は、太陽電池パネル１を太陽２０の動きに追従させる必要がなく、その分、太陽発電システムとしてのランニングコストを集光型の発電システムに比して低下させることができる。
また、本実施の形態における太陽電池パネル１は、後述するように、導光層１３への太陽光Ｌ１の入射角が大きくなる時間帯でもパネル全体の発電量を増加させることができる。
【0018】
＜導光層の構造＞
図２は、実施の形態１で使用する導光層１３を構成する単位構造１３Ａの一例を説明する図である。（Ａ）は導光層１３の単位構造１３Ａを上方から見た平面図であり、（Ｂ）はII－IIで示す位置で単位構造１３Ａを切断した断面図である。
本実施の形態における単位構造１３Ａは、平凹フレネルレンズから切り出された矩形形状を有している。
図２は、実施の形態１で使用する導光層１３を構成する単位構造１３Ａの一例を説明する図である。（Ａ）は導光層１３の単位構造１３Ａを上方から見た平面図であり、（Ｂ）はII－IIで示す位置で単位構造１３Ａを切断した断面図である。
本実施の形態における単位構造１３Ａは、平凹フレネルレンズから切り出された矩形形状を有している。
【0019】
平凹フレネルレンズは、平凹レンズと同等の光学特性を有するフレネルレンズであり、本実施の形態の場合、発電層１２に接する面側に、階段状かつ同心円状の鋸波型の溝が形成されている。個々の斜面の形状は、平凹レンズにおける対応部分の曲面の形状により定まる。
なお、単位構造１３Ａのうち太陽光Ｌ１が入射する側の面（すなわち入射面）は平坦である。図２の場合、単位構造１３Ａのうち太陽光Ｌ１が入射する面の側を平坦面側といい、単位構造１３Ａのうち発電層１２と面する側を凹面側（又は射出面）という。
なお、単位構造１３Ａのうち太陽光Ｌ１が入射する側の面（すなわち入射面）は平坦である。図２の場合、単位構造１３Ａのうち太陽光Ｌ１が入射する面の側を平坦面側といい、単位構造１３Ａのうち発電層１２と面する側を凹面側（又は射出面）という。
【0020】
本実施の形態の場合、矩形形状の単位構造１３Ａを構成する鋸波型の溝が形成する同心円状のパターンは、中心Ｏを通る対称軸ＬＳに対して左右対称である。
図２の場合、平凹フレネルレンズの焦点は、太陽光Ｌ１が入射する側に位置している。このため、単位構造１３Ａを通過する太陽光Ｌ１は、その入射位置及び入射の角度に応じて発散するように屈折される。発散の方向は、中心Ｏを通過する太陽光Ｌ１に対して対称になる。
単位構造１３Ａの寸法は、太陽電池セル１２Ａの寸法と同じでも異なってもよい。本実施の形態の場合、単位構造１３Ａの長辺は２２．８ｍｍ、短辺は１１．４ｍｍとする。
図２の場合、平凹フレネルレンズの焦点は、太陽光Ｌ１が入射する側に位置している。このため、単位構造１３Ａを通過する太陽光Ｌ１は、その入射位置及び入射の角度に応じて発散するように屈折される。発散の方向は、中心Ｏを通過する太陽光Ｌ１に対して対称になる。
単位構造１３Ａの寸法は、太陽電池セル１２Ａの寸法と同じでも異なってもよい。本実施の形態の場合、単位構造１３Ａの長辺は２２．８ｍｍ、短辺は１１．４ｍｍとする。
【0021】
＜使用例＞
図３は、太陽電池パネル１の使用例を説明する図である。（Ａ）は太陽電池パネル１を構成する導光層１３の単位構造１３Ａを設置する向きを示し、（Ｂ）は午前の太陽光Ｌ２が発電層１２に入射する角度を示し、（Ｃ）は正午頃の太陽光Ｌ２が発電層１２に入射する角度を示し、（Ｄ）は午後の太陽光Ｌ２が発電層１２に入射する角度を示す。
図３では、午前を１１：３０頃より前の時間帯とし、正午頃を１１：３０頃から１３：３０頃の時間帯とし、午後を１３：３０頃より後の時間帯とする。
図３は、太陽電池パネル１の使用例を説明する図である。（Ａ）は太陽電池パネル１を構成する導光層１３の単位構造１３Ａを設置する向きを示し、（Ｂ）は午前の太陽光Ｌ２が発電層１２に入射する角度を示し、（Ｃ）は正午頃の太陽光Ｌ２が発電層１２に入射する角度を示し、（Ｄ）は午後の太陽光Ｌ２が発電層１２に入射する角度を示す。
図３では、午前を１１：３０頃より前の時間帯とし、正午頃を１１：３０頃から１３：３０頃の時間帯とし、午後を１３：３０頃より後の時間帯とする。
【0022】
図３（Ａ）の場合、太陽電池パネル１は、単位構造１３Ａを構成する平凹フレネルレンズの中心Ｏが北を向くように配置される。なお、対称軸ＬＳは、南北方向に合わせる。この結果、図３（Ａ）では向かって右側が東となり、向かって左側が西となる。もっとも、方位を厳密に一致させることまでは求めない。
また、太陽電池パネル１は、年間を通して発電効率が高くなるように、設置場所の南中高度に応じた傾斜角で設置される。
また、太陽電池パネル１は、年間を通して発電効率が高くなるように、設置場所の南中高度に応じた傾斜角で設置される。
【0023】
図３（Ｂ）は、午前の太陽光Ｌ１が単位構造１３Ａに入射する角度と、発電層１２の受光面に入射する太陽光Ｌ２の角度の関係を示している。
図３（Ｂ）に示すように、向かって右側の領域では、単位構造１３Ａが入射光を発散させる性質により、太陽光Ｌ１が単位構造１３Ａに斜めに入射しても、単位構造１３Ａから射出される太陽光Ｌ２は、発電層１２の受光面に対して垂直に近い角度で入射する。なお、単位構造１３Ａの溝による屈折の角度は、周辺部ほど大きく中心ほど小さくなる。
図３（Ｂ）に示すように、向かって右側の領域では、単位構造１３Ａが入射光を発散させる性質により、太陽光Ｌ１が単位構造１３Ａに斜めに入射しても、単位構造１３Ａから射出される太陽光Ｌ２は、発電層１２の受光面に対して垂直に近い角度で入射する。なお、単位構造１３Ａの溝による屈折の角度は、周辺部ほど大きく中心ほど小さくなる。
【0024】
いずれにしても、単位構造１３Ａから射出される太陽光Ｌ２は、平凹フレネルレンズの中心Ｏを通過する太陽光Ｌ２に対して発散する方向に屈折される。このため、向かって右側の領域部分の発電層１２への入射角は、導光層１３を設けない場合に比して小さくなり、結果的に発電量が増加する。
【0025】
一方、向かって左側の領域では、単位構造１３Ａが入射光を発散させる性質が反対に作用する。すなわち、発電層１２の受光面に入射する太陽光Ｌ２の入射角は、単位構造１３Ａに対する太陽光Ｌ１の入射角よりも水平方向に近づくように変化する。この結果、向かって左側の領域部分の発電量は、導光層１３を設けない場合に比して減少する。
【0026】
ただし、入射角と発電量との関係は非線形であり、受光面に対してほぼ水平に太陽光Ｌ２が入射しても発電量が０（ゼロ）になるわけではない。また、正午頃に近い時間帯ほど、入射角だけでなく太陽光Ｌ１の光量も大きいため、発電効率が良好な角度で発電層１２の受光面に太陽光Ｌ２が入射することによる発電量の増加の効果は、導光層１３を設けない場合に比して大きくなる。
【0027】
図４は、発電層１２に対する光の入射角と発電量との関係を説明する図である。（Ａ）は入射角を説明する図であり、（Ｂ）は入射角と発電電流の関係を説明する図である。
図４（Ａ）では、発電層１２に対して光が垂直に入射する角度を０°とし、発電層１２と光が水平となる角度を９０°とし、その中間をθ°とする。
図４（Ｂ）の横軸は入射角であり、縦軸は発電電流の相対値である。図４（Ｂ）では、相対値の最大値を１で表している。
図４（Ａ）では、発電層１２に対して光が垂直に入射する角度を０°とし、発電層１２と光が水平となる角度を９０°とし、その中間をθ°とする。
図４（Ｂ）の横軸は入射角であり、縦軸は発電電流の相対値である。図４（Ｂ）では、相対値の最大値を１で表している。
【0028】
午前中の場合、導光層１３への太陽光Ｌ１の入射角は、概略２５°から４０°である。ただし、導光層１３を通過した太陽光Ｌ２の一部は、太陽光Ｌ１よりも小さい入射角で発電層１２の受光面に入射でき、その分、より多くの発電電流が発生する。前述したように、反対に発電電力が減少する領域も発生するが、パネル全体としては、平凹フレネルレンズと同等の光学特性を有する導光層１３を設けることで、この導光層１３を設けない場合に比して発電量を増加させることができる。
また、本実施の形態における単位構造１３Ａ（図３参照）を矩形形状とするのは、中心から離れる位置の発散角が大きくなりすぎないようにするためである。この意味で、矩形形状の寸法は、小さい方が望ましい。
また、本実施の形態における単位構造１３Ａ（図３参照）を矩形形状とするのは、中心から離れる位置の発散角が大きくなりすぎないようにするためである。この意味で、矩形形状の寸法は、小さい方が望ましい。
【0029】
図３の説明に戻る。
図３（Ｃ）は、正午頃の太陽光Ｌ１が単位構造１３Ａに入射する角度と、発電層１２の受光面に入射する太陽光Ｌ２の角度の関係を示している。
図３（Ｃ）の場合、太陽光Ｌ１は発電層１２の受光面に対してほぼ垂直に入射している。このため、導光層１３を通過した太陽光Ｌ２は、中心Ｏを通過した太陽光Ｌ２に対して発散するように進行する。このため、発電層１２の受光面への太陽光Ｌ２の入射角は、太陽光Ｌ１がそのまま入射する場合よりも大きくなり、厳密には発電量が低下する。
図３（Ｃ）は、正午頃の太陽光Ｌ１が単位構造１３Ａに入射する角度と、発電層１２の受光面に入射する太陽光Ｌ２の角度の関係を示している。
図３（Ｃ）の場合、太陽光Ｌ１は発電層１２の受光面に対してほぼ垂直に入射している。このため、導光層１３を通過した太陽光Ｌ２は、中心Ｏを通過した太陽光Ｌ２に対して発散するように進行する。このため、発電層１２の受光面への太陽光Ｌ２の入射角は、太陽光Ｌ１がそのまま入射する場合よりも大きくなり、厳密には発電量が低下する。
【0030】
しかし、正午頃の時間帯は、そもそも入射角が小さく、発電電流も大きい。また、太陽光の光量も大きい時間帯であるので、パネル全体としての発電量は、導光層１３を設けない場合と同等になる。
なお、図３（Ｃ）では、太陽光Ｌ１が導光層１３に垂直に入射しているが、時間がずれると太陽光Ｌ１は斜めに入射するので、別の場所に入射した太陽光Ｌ２は、ほぼ垂直に発電層１２の受光面に入射するようになる。結果的に、正午頃の発電量は、導光層１３を設けない場合と同等になる。
なお、図３（Ｃ）では、太陽光Ｌ１が導光層１３に垂直に入射しているが、時間がずれると太陽光Ｌ１は斜めに入射するので、別の場所に入射した太陽光Ｌ２は、ほぼ垂直に発電層１２の受光面に入射するようになる。結果的に、正午頃の発電量は、導光層１３を設けない場合と同等になる。
【0031】
図３（Ｄ）は、午後の太陽光Ｌ１が単位構造１３Ａに入射する角度と、発電層１２の受光面に入射する太陽光Ｌ２の角度の関係を示している。
午後の場合、午前とは反対に、向かって左側の領域の発電量が、導光層１３を設けない場合に比して増加し、向かって右側の領域の発電量が、導光層１３を設けない場合よりも減少する。
しかし、午前の場合と同様に、午後の場合も、導光層１３を設けることでパネル全体としての発電量は、導光層１３を設けない場合に比して大きくなる。
すなわち、本実施の形態で説明する単位構造１３Ａを設けた太陽電池パネル１の使用により、午前や午後の時間帯における発電量を増加させることが可能になる。
午後の場合、午前とは反対に、向かって左側の領域の発電量が、導光層１３を設けない場合に比して増加し、向かって右側の領域の発電量が、導光層１３を設けない場合よりも減少する。
しかし、午前の場合と同様に、午後の場合も、導光層１３を設けることでパネル全体としての発電量は、導光層１３を設けない場合に比して大きくなる。
すなわち、本実施の形態で説明する単位構造１３Ａを設けた太陽電池パネル１の使用により、午前や午後の時間帯における発電量を増加させることが可能になる。
【0032】
また、本実施の形態で説明した太陽電池パネル１は、発電層１２の表面に平凹フレネルレンズを基本構造とする導光層１３を配置するだけの単純な構成のため、製造コストも減少する。
実際、凸レンズを使用する集光型の太陽電池パネルのように発電セルをレンズの焦点に精密に位置決めする必要もない。また、凸レンズを使用する集光型の太陽電池パネルのように、太陽の動きに合わせて太陽電池パネルを追跡させる必要もなく、ランニングコストも少なく済む。
結果的に、太陽電池パネル１の発電効率の向上が実現される。
実際、凸レンズを使用する集光型の太陽電池パネルのように発電セルをレンズの焦点に精密に位置決めする必要もない。また、凸レンズを使用する集光型の太陽電池パネルのように、太陽の動きに合わせて太陽電池パネルを追跡させる必要もなく、ランニングコストも少なく済む。
結果的に、太陽電池パネル１の発電効率の向上が実現される。
【0033】
＜実施の形態２＞
図５は、実施の形態２で使用する導光層１３を構成する単位構造１３Ｂの一例を説明する図である。（Ａ）は導光層１３の単位構造１３Ｂを上方から見た平面図であり、（Ｂ）はII－IIで示す位置で単位構造１３Ｂを切断した断面図である。図５には、図２との対応部分に対応する符号を付して示している。
なお、太陽電池パネル１（図１参照）の構成自体は、実施の形態１と同じである。
図５は、実施の形態２で使用する導光層１３を構成する単位構造１３Ｂの一例を説明する図である。（Ａ）は導光層１３の単位構造１３Ｂを上方から見た平面図であり、（Ｂ）はII－IIで示す位置で単位構造１３Ｂを切断した断面図である。図５には、図２との対応部分に対応する符号を付して示している。
なお、太陽電池パネル１（図１参照）の構成自体は、実施の形態１と同じである。
【0034】
前述の実施の形態１の場合には、単位構造１３Ａ（図２参照）として物理的な溝を形成する場合について説明したが、実施の形態２の場合には、同等の光学特性を有する単位構造１３Ｂを想定する。
例えば単位構造１３Ｂには、光学特性が平凹フレネルレンズや凹レンズとなるように屈折率を調整した平板状の部材を使用する。この他、単位構造として、マイクロビーズ等を導光層１３の内部に封じ込めたプラスチック樹脂を使用してもよい。勿論、マイクロビーズ等は、光を透過する材料で構成される。
本実施の形態における構造を有する太陽電池パネル１を用いても、実施の形態１と同様に、発電量の増加が実現される。
例えば単位構造１３Ｂには、光学特性が平凹フレネルレンズや凹レンズとなるように屈折率を調整した平板状の部材を使用する。この他、単位構造として、マイクロビーズ等を導光層１３の内部に封じ込めたプラスチック樹脂を使用してもよい。勿論、マイクロビーズ等は、光を透過する材料で構成される。
本実施の形態における構造を有する太陽電池パネル１を用いても、実施の形態１と同様に、発電量の増加が実現される。
【0035】
＜実施の形態３＞
図６は、実施の形態３で使用する導光層１３を構成する単位構造１３Ｃの一例を説明する図である。（Ａ）は導光層１３の単位構造１３Ｃを上方から見た平面図であり、（Ｂ）はII－IIで示す位置で単位構造１３Ｃを切断した断面図である。図６には、図２との対応部分に対応する符号を付して示している。
図６は、実施の形態３で使用する導光層１３を構成する単位構造１３Ｃの一例を説明する図である。（Ａ）は導光層１３の単位構造１３Ｃを上方から見た平面図であり、（Ｂ）はII－IIで示す位置で単位構造１３Ｃを切断した断面図である。図６には、図２との対応部分に対応する符号を付して示している。
【0036】
本実施の形態で使用する平凹フレネルレンズは、単位構造１３Ｃの凹凸面が太陽光Ｌ１の入射面側に設けられる点で、実施の形態１と相違する。
この単位構造１３Ｃは、実施の形態１と同様に、強化ガラスやプラスチック樹脂等で構成する他、発電層１２の表面への粒径の異なるコロイダルシリカのコーティングにより形成してもよい。コロイダルシリカを発電層１２の表面をコーティングする場合、例えばスタンプ等の金型を押し付けることにより、又は、超音波振動の印加により単位構造１３Ｃの構造に形成する。
なお、粒径が同じ又は異なるコロイダルシリカを、実施の形態２のように、一様に発電層１２の表面にコーティングしてもよい。ここでの「同じ」や「異なる」は、コーティングに使用するコロイダルシリカの粒径の全てが同じ又は異なる場合だけでなく、一部で同じ又は異なる場合を含む。粒径の異なるコロイダルシリカを最適な割合とすることにより、ミクロ～ナノレベルで、フレネルレンズと同等の光学的効果が発揮される。なお、コロイダルシリカの形状は球形に限らず、楕円球や多面体でもよい。
この単位構造１３Ｃは、実施の形態１と同様に、強化ガラスやプラスチック樹脂等で構成する他、発電層１２の表面への粒径の異なるコロイダルシリカのコーティングにより形成してもよい。コロイダルシリカを発電層１２の表面をコーティングする場合、例えばスタンプ等の金型を押し付けることにより、又は、超音波振動の印加により単位構造１３Ｃの構造に形成する。
なお、粒径が同じ又は異なるコロイダルシリカを、実施の形態２のように、一様に発電層１２の表面にコーティングしてもよい。ここでの「同じ」や「異なる」は、コーティングに使用するコロイダルシリカの粒径の全てが同じ又は異なる場合だけでなく、一部で同じ又は異なる場合を含む。粒径の異なるコロイダルシリカを最適な割合とすることにより、ミクロ～ナノレベルで、フレネルレンズと同等の光学的効果が発揮される。なお、コロイダルシリカの形状は球形に限らず、楕円球や多面体でもよい。
【0037】
本実施の形態における構造を有する太陽電池パネル１を用いても、実施の形態１と同様に、発電量の増加が実現される。
加えて、コロイダルシリカの微細な凹凸構造は親水表面を形成する。このため、雨が降ると、コーティング加工された太陽電池パネルの表面と汚れの間に水が入り込み、汚れを浮かせて洗い流すことが可能である。すなわち、セルフクリーニング効果が期待される。
また、本実施の形態における構造は、強烈な紫外線や温度変化にも劣化せず、長期間安定した性能の発揮も期待できるだけでなく、耐摩耗性にも優れる。
なお、材料はコロイダルシリカ以外のシリカ、その他の無機材料でもよい。
加えて、コロイダルシリカの微細な凹凸構造は親水表面を形成する。このため、雨が降ると、コーティング加工された太陽電池パネルの表面と汚れの間に水が入り込み、汚れを浮かせて洗い流すことが可能である。すなわち、セルフクリーニング効果が期待される。
また、本実施の形態における構造は、強烈な紫外線や温度変化にも劣化せず、長期間安定した性能の発揮も期待できるだけでなく、耐摩耗性にも優れる。
なお、材料はコロイダルシリカ以外のシリカ、その他の無機材料でもよい。
【0038】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上述の実施の形態に記載の範囲に限定されない。前述した実施の形態に、種々の変更又は改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
例えば前述の実施の形態では、単位構造１３Ａ及び１３Ｃのように物理的な溝を有する導光層１３に限らず、単位構造１３Ｂのように、部材内における屈折率の分布の変化により、凹レンズや平凹レンズと同等の光学特性を有してもよい。
また、実施の形態３で説明したコロイダルシリカを、実施の形態１及び２で説明した導光層１３の表面に塗布してもよい。この場合の塗布は、セルフクリーニング効果等を目的とする。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上述の実施の形態に記載の範囲に限定されない。前述した実施の形態に、種々の変更又は改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
例えば前述の実施の形態では、単位構造１３Ａ及び１３Ｃのように物理的な溝を有する導光層１３に限らず、単位構造１３Ｂのように、部材内における屈折率の分布の変化により、凹レンズや平凹レンズと同等の光学特性を有してもよい。
また、実施の形態３で説明したコロイダルシリカを、実施の形態１及び２で説明した導光層１３の表面に塗布してもよい。この場合の塗布は、セルフクリーニング効果等を目的とする。
【符号の説明】
【0039】
１…太陽電池パネル、１１…基板層、１２…発電層、１２Ａ…太陽電池セル、１３…導光層、１３Ａ、１３Ｂ…単位構造、２０…太陽
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
