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公開番号2019165568
公報種別公開特許公報(A)
公開日20190926
出願番号2018052362
出願日20180320
発明の名称ガラス建材
出願人株式会社カネカ,大成建設株式会社
代理人特許業務法人はるか国際特許事務所
主分類H02S 40/22 20140101AFI20190830BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】室内側の受光面での発電量を増加させる。
【解決手段】本開示に係るガラス建材は、第1の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第1の太陽電池と、前記第1の方向に交差する第2の方向に前記第1の太陽電池と並べて配置され、前記第1の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第2の太陽電池と、を含む太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイの第1の主面側を覆う第1のガラス基板と、前記太陽電池アレイの第2の主面側において少なくとも部分的に配置され、可視光領域において透過率が反射率よりも高く、近赤外領域において反射率が透過率よりも高い反射膜と、前記太陽電池アレイと、前記反射膜と、の間に介在する空気層と、を含む。
【選択図】図2

特許請求の範囲約 1,600 文字を表示【請求項1】
第1の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第1の太陽電池と、前記第1の方向に交差する第2の方向に前記第1の太陽電池と並べて配置され、前記第1の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第2の太陽電池と、を含む太陽電池アレイと、
前記太陽電池アレイの第1の主面側を覆う第1のガラス基板と、
前記太陽電池アレイの第2の主面側において少なくとも部分的に配置され、可視光領域において透過率が反射率よりも高く、近赤外領域において反射率が透過率よりも高い反射膜と、
前記太陽電池アレイと、前記反射膜と、の間に介在する空気層と、を含む、
ガラス建材。
【請求項2】
前記反射膜と前記第1の太陽電池との距離が、前記第1の方向に直交する方向における前記第1の太陽電池の長さの0.5倍以上である、
請求項1に記載のガラス建材。
【請求項3】
前記第1の太陽電池の前記第2の主面に対向し、前記第1の方向に延伸する形状を有する第1の反射板を更に含む、
請求項1又は2に記載のガラス建材。
【請求項4】
前記第1の方向に直交する方向における前記第1の反射板の長さは、前記第1の方向に直交する方向における前記第1の太陽電池の長さ以上である、
請求項3に記載のガラス建材。
【請求項5】
前記第1の反射板は、前記反射膜における前記第1の太陽電池と対向しない面側に配置された、
請求項3に記載のガラス建材。
【請求項6】
前記第1の反射板と前記反射膜との間に配置された第2のガラス基板を更に含む、
請求項5に記載のガラス建材。
【請求項7】
前記第1の反射板と前記第2のガラス基板との間に配置された第4のガラス基板を更に含む、
請求項6に記載のガラス建材。
【請求項8】
前記空気層と前記反射膜との間に配置された第5のガラス基板を更に含む、
請求項6に記載のガラス建材。
【請求項9】
前記第5のガラス基板と前記反射膜との間に配置された第6のガラス基板を更に含む、
請求項8に記載のガラス建材。
【請求項10】
前記太陽電池アレイと前記空気層との間に介在する第3のガラス基板を更に含む、
請求項1乃至9のいずれかに記載のガラス建材。
【請求項11】
前記第1の太陽電池と前記第2の太陽電池との間に介在する封止材を更に含む、
請求項1乃至10のいずれかに記載のガラス建材。
【請求項12】
前記第1の太陽電池は、少なくとも300nm〜1200nmの波長範囲に分光感度を有する、
請求項1乃至11のいずれか一つに記載のガラス建材。
【請求項13】
前記第1の太陽電池は、ヘテロ接合型太陽電池である、
請求項12に記載のガラス建材。
【請求項14】
前記反射膜は、前記第1の太陽電池の前記第1の主面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外光を反射し、前記第1の太陽電池の前記第2の主面に入射させる、
請求項1乃至13のいずれか一つに記載のガラス建材。
【請求項15】
前記反射膜が、その表面に凹凸を有し、前記近赤外光を乱反射させて前記第1の太陽電池の前記第2の主面に入射させる、
請求項14に記載のガラス建材。
【請求項16】
前記第1の反射板は、前記第1の太陽電池の前記第1の主面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外成分と可視光成分とを反射し、前記第1の太陽電池の前記第2の主面に入射させる、
請求項3乃至7のいずれか一つに記載のガラス建材。

発明の詳細な説明約 8,800 文字を表示【技術分野】
【0001】
本発明は、ガラス建材に関する。
【背景技術】
【0002】
下記非特許文献1には、地面に対して垂直に設置された両面受光型の太陽電池が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
上下利男等著「両面受光型太陽電池の基本応用技術の開発」電学論B、123巻8号、2003年、p.947−955
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来の両面受光型の太陽電池を建物の窓などに設置した場合、室内側の受光面における発電量が少なかった。即ち、室内側の受光面が、室外からの太陽光を効率よく受光することができないため、その結果として発電量が少なくなってしまっていた。
【0005】
一方、従来の採光型太陽電池モジュールは、発電量増大を目的として日射透過率の高いガラスを用いる結果、建物の冷房負荷を増大させている課題がある。
【0006】
本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池を含むガラス建材を建物の窓などに設置した場合における、室内側の受光面での発電量を増加させることにある。
【0007】
さらに、冷房負荷を削減して建物の省エネを図ることと共に、圧迫感のない眺望の確保と採光性能の向上にある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
(1)本開示に係るガラス建材は、第1の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第1の太陽電池と、前記第1の方向に交差する第2の方向に前記第1の太陽電池と並べて配置され、前記第1の方向に延伸する形状を有する両面受光型の第2の太陽電池と、を含む太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイの第1の主面側を覆う第1のガラス基板と、前記太陽電池アレイの第2の主面側において少なくとも部分的に配置され、可視光領域において透過率が反射率よりも高く、近赤外領域において反射率が透過率よりも高い反射膜と、前記太陽電池アレイと、前記反射膜と、の間に介在する空気層と、を含む。
【0009】
(2)上記ガラス建材において、前記反射膜と前記第1の太陽電池との距離が、前記第1の方向に直交する方向における前記第1の太陽電池の長さの0.5倍以上であってもよい。
【0010】
(3)上記ガラス建材において、前記第1の太陽電池の前記第2の主面に対向し、前記第1の方向に延伸する形状を有する第1の反射板を更に含む構成としてもよい。
【0011】
(4)上記ガラス建材において、前記第1の方向に直交する方向における前記第1の反射板の長さは、前記第1の方向に直交する方向における前記第1の太陽電池の長さ以上であってもよい。
【0012】
(5)上記ガラス建材において、前記第1の反射板は、前記反射膜における前記第1の太陽電池と対向しない面側に配置された構成としてもよい。
【0013】
(6)上記ガラス建材において、前記第1の反射板と前記反射膜との間に配置された第2のガラス基板を更に含む構成としてもよい。
【0014】
(7)上記ガラス建材において、前記第1の反射板と前記第2のガラス基板との間に配置された第4のガラス基板を更に含む構成としてもよい。
【0015】
(8)上記ガラス建材において、前記空気層と前記反射膜との間に配置された第5のガラス基板を更に含む構成としてもよい。
【0016】
(9)上記ガラス建材において、前記第5のガラス基板と前記反射膜との間に配置された第6のガラス基板を更に含む構成としてもよい。
【0017】
(10)上記ガラス建材において、前記太陽電池アレイと前記空気層との間に介在する第3のガラス基板を更に含む構成としてもよい。
【0018】
(11)上記ガラス建材において、前記第1の太陽電池と前記第2の太陽電池との間に介在する封止材を更に含む構成としてもよい。
【0019】
(12)上記ガラス建材において、前記第1の太陽電池は、少なくとも300nm〜1200nmの波長範囲に分光感度を有する構成としてもよい。
【0020】
(13)上記ガラス建材において、前記第1の太陽電池は、ヘテロ接合型太陽電池であってもよい。
【0021】
(14)上記ガラス建材において、前記反射膜は、前記第1の太陽電池の前記第1の主面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外光を反射し、前記第1の太陽電池の前記第2の主面に入射させる構成としてもよい。
【0022】
(15)上記ガラス建材において、前記反射膜が、その表面に凹凸を有し、前記近赤外光を乱反射させて前記第1の太陽電池の前記第2の主面に入射させる構成としてもよい。
【0023】
(16)上記ガラス建材において、前記第1の反射板は、前記第1の太陽電池の前記第1の主面側から入射する太陽光における少なくとも近赤外成分と可視光成分とを反射し、前記第1の太陽電池の前記第2の主面に入射させる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0024】
図1は本実施形態に係るガラス建材の概略を示す平面図である。
図2は本実施形態に係るガラス建材の概略を示す断面図である。
図3は本実施形態に係るガラス建材における第1の太陽電池の分光感度と反射膜の反射率の波長依存性を示す図である。
図4は本実施形態に係る第1の太陽電池と反射膜との間隔と、出力上昇率との関係を示す図である。
図5は本実施形態に係るガラス建材の他の実施例を示す断面図である。
図6は本実施形態に係るガラス建材の他の実施例を示す断面図である。
図7は本実施形態に係るガラス建材の他の実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本開示の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
【0026】
図1は、本実施形態に係るガラス建材の概略を示す平面図である。図2は、図1のII‐II線における断面を示す断面図である。
【0027】
図1に示すように、ガラス建材100は、間隔を隔てて配置された複数の太陽電池13からなる太陽電池アレイと、この太陽電池アレイの第1の主面側を覆うように設けられた第1のガラス基板21とを有する。なお、複数の太陽電池13としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、ヘテロ接合型太陽電池などを用いることができ、その種類は特に限定されない。本実施形態においては、複数の太陽電池13として、ヘテロ接合型太陽電池を用いて説明する。
【0028】
ここで、第1のガラス基板21とは、例えば建物の窓として取り付けられるようなガラス基板であり、室内及び太陽電池の表面に太陽光を入射させるよう、透過率の高い材料により構成されている。
【0029】
図1、図2に示すように、太陽電池アレイは、第1の太陽電池11、第2の太陽電池12を含む。第1の太陽電池11、第2の太陽電池12は、複数の太陽電池セルを直線状に配置、接続することによって構成され、第1の方向に延伸する形状をしており、第1の太陽電池11は、幅W1を有している。幅W1とは、第1の方向に直交する方向における、第1の太陽電池11の長さを意味する。第2の太陽電池12は、第1の方向に交差する第2の方向に、第1の太陽電池11と並べて配置されており、第1の太陽電池11と第2の太陽電池12とは、第1の間隔W2をあけて配置されている。なお、第1の太陽電池11、第2の太陽電池12の幅方向と、第1の太陽電池11、第2の太陽電池12の延伸方向とは、直交する関係にある。なお、第1の太陽電池11、第2の太陽電池12の延伸方向である第1の方向と、複数の太陽電池13の並び方向である第2の方向とは、必ずしも直交関係にある必要は無く、交差する関係にあればよい。
【0030】
第1の太陽電池11の相対分光感度は、図3に示すように、およそ300nm〜1200nmに感度を有し、近赤外領域である1000nm付近で高い値を有する。第1の太陽電池11と、第2の太陽電池12は両面受光型であり、室外側である第1の主面11A、12Aと、室内側である第2の主面11B、12Bから受光した光を発電に寄与させることができる。
【0031】
図2に示すように、第1の太陽電池11の第1の主面11Aと、第2の太陽電池12の第1の主面12Aとは、室外からの太陽光40を第1のガラス基板21を介して受光する。
【0032】
第1の太陽電池11の第2の主面11B側、及び第2の太陽電池12の第2の主面12B側には、第1の太陽電池11、第2の太陽電池12と第2の間隔dをあけて配置された反射膜31を有する。本実施の形態においては、反射膜31は、第2のガラス基板22の表面に設けられている。この反射膜31は例えばLow−E(Low Emissivity)膜であり、本実施形態においては、可視光線の多くを透過し、近赤外線の多くを反射する遮熱型Low−E膜を用いて説明する。
【0033】
図3は本実施形態に係るガラス建材における第1の太陽電池11、及び第2の太陽電池12の分光感度と反射膜31(反射膜31A、反射膜31B、反射膜31C)の反射率の波長依存性を示す図である。本実施形態においては、第1の太陽電池11及び第2の太陽電池12には同種のヘテロ接合型太陽電池を用いているため、同じ分光感度特性を有しており、図3において「ヘテロ分光感度」として表示している。また、図3に示すように、反射膜31A、反射膜31B、反射膜31Cのそれぞれは、750〜2500nmといった近赤外領域に高い反射率を有しており、この近赤外領域においては、透過率よりも反射率が高くなっている。一方、反射膜31A、反射膜31B、反射膜31Cのそれぞれは、380〜750nmといった可視光領域においては低い反射率を有しており、この可視光領域においては、透過率が反射率よりも高くなっている。
【0034】
このような反射膜31を第1の太陽電池11の第2の主面11B側に設けているため、室外から入射する太陽光における近赤外成分41の一部は、この反射膜31により反射され、第1の太陽電池11の第2の主面11B、及び第2の太陽電池12の第2の主面12Bにおいて受光される。図3を用いて上述したとおり、第1の太陽電池11、第2の太陽電池12は、近赤外領域において高い分光感度特性を有しており、反射膜31により反射された近赤外成分41を効率よく発電に寄与させることができる。
【0035】
一方、室外から入射する太陽光における可視光成分42の一部は、この可視光領域においては低い反射率を有する反射膜31を通過して、室内へと入射する。そのため、このガラス建材100を介して、眺望と採光性を確保することができる。
【0036】
また、日射の近赤外成分を反射膜31で削減するため、冷房負荷が削減し建物の省エネ化が可能になる。
【0037】
このような構成により、眺望と採光性を確保することができるガラス建材100としての機能を失わずに、室内側の受光面における発電量を増加させることと建物の冷房負荷削減が可能になる。
【0038】
なお、第1の太陽電池11と反射膜31との間隔である第2の間隔dは、第1の太陽電池11が有する幅W1の0.1倍以上であることが望ましく、更には、第2の間隔dが、幅W1の0.5倍以上であることが望ましい。図4は、各開口率おける、第2の間隔dと、第1の太陽電池11の出力上昇率との関係を示している。ここで、開口率とは、第1の太陽電池11と第2の太陽電池12との間隔である第1の間隔W2を、第1の太陽電池11の幅W1と第1の間隔W2の和で割った値である。横軸は、第2の間隔dを、第1の太陽電池の幅W1で割った値を示している。縦軸は、室外側の受光面のみの発電量を100%として、室内側の受光面での発電による出力上昇が全体の発電量の何%であるのかを示している。
【0039】
この図4が示すように、横軸が0.1より小さくなると、急激に出力上昇率が低下することがわかる。これは、第2の間隔dが非常に小さくなると、反射膜31からの反射光を効果的に第1の太陽電池11の第2の主面11Bに受光させることが難しくなっていることを示している。従って、第1の太陽電池11と反射膜31との間隔である第2の間隔dは、第1の太陽電池11が有する幅W1の0.1倍以上であることが望ましい。
【0040】
更に、図4に示すように、この横軸の値が0.5以上になると、高い出力上昇率を得ることができることがわかる。これは、例えば、図2に示すように、複数の太陽電池13間に、垂直に近い角度で近赤外成分41が入射したような場合においても、第2の間隔dを大きくしておくことにより、複数の太陽電池13の第2の主面側に入射させることが可能となるためである。より具体的には、複数の太陽電池13が配置された層内における、近赤外成分41の入射位置と、その反射光の入射位置との差は、第2の間隔dが大きくなればなるほど大きくなる。従って、例えば、第1の太陽電池11から離れた位置において、垂直に近い角度で近赤外成分41が入射したような場合においても、第2の間隔dを大きくすることにより、第1の太陽電池11に入射させる可能性を向上させることができるのである。
【0041】
本実施形態においては、図2に示すように、太陽電池アレイと、反射膜31との間に空気層71を介在させている。空気層71を介在させることにより、第2の間隔dを大きくすることが可能となり、第2の間隔dが、第1の太陽電池11が有する幅W1の0.5倍以上である構成を実現している。
【0042】
なお、図2に示した反射膜31の表面に凹凸を設けることにより、近赤外成分41を乱反射させ、太陽光の入射角によらず、第1の太陽電池11の第2の主面11B、第2の太陽電池12の第2の主面12Bに近赤外成分41を受光させる構成としてもよい。
【0043】
なお、本実施形態においては、図2に示すように、太陽電池アレイと、空気層71との間に、第3のガラス基板23を配置し、第1のガラス基板21と第3のガラス基板23との間に、太陽電池アレイに含まれる第1の太陽電池11、第2の太陽電池12を配置している。更に、第1のガラス基板21と第3のガラス基板23との間において、第1の太陽電池11と、第2の太陽電池12との間に封止材61を介在させることにより、第1の太陽電池11、第2の太陽電池12の位置を固定している。封止材61は、例えばEVA(Ethylene Vinyl Acetate Copolymer)樹脂などの熱硬化性樹脂であり、複数の太陽電池13を保護するとともに、ガラス建材100における複数の太陽電池13の位置を固定している。
【0044】
なお、本実施形態においては、図2に示すように、反射膜31における第1の太陽電池11との対向しない面側、即ち反射膜31よりも室内側に、第1の太陽電池11の第2の主面11Bに対向する第1の反射板51と、第2の太陽電池12の第2の主面12Bに対向する第2の反射板52とを設けている。
【0045】
この第1の反射板51、第2の反射板52は、例えば金属板や白色反射板であり、室外から入射した近赤外成分41と可視光成分42を、第1の太陽電池11の第2の主面11B、及び第2の太陽電池12の第2の主面12Bに受光させることができる。
【0046】
本実施形態においては、第1の反射板51、第2の反射板52は、第2のガラス基板22の室内側に貼り付けられており、第1の反射板51、第2の反射板52と、反射膜31との間に、第2のガラス基板22が介在するよう配置される構成となっている。
【0047】
第1の反射板51、第2の反射板52は、第1の太陽電池11、第2の太陽電池12と同様に、第1の方向に延伸する形状を有している。そのため、第1の太陽電池11と第2の太陽電池12との間に入射してきた太陽光における可視光成分42の一部は、この第1の反射板51と第2の反射板52との間を通過して上述した反射膜31に入射する。従って、室内にいる人が、このガラス建材100を介して、室外の景色を見ることができる。
【0048】
なお、第1の反射板51の幅W3を、第1の太陽電池の幅W1よりも大きい構成とすることにより、第1の反射板51に入射した近赤外成分41と可視光成分42を、より効率よく第1の太陽電池11の第2の主面11Bに受光させることができ、また、ガラス建材100の遮光性を高めることができる。更に、第1の太陽電池11の第2の主面11B側を第1の反射板51で隠すことができ、室内側から見たデザイン上のメリットがある。なお、第1の反射板51の幅W3とは、第1の方向に直交する方向における、第1の反射板51の長さを意味する。
【0049】
また、第1の反射板51、第2の反射板52を、第2のガラス基板22における第1の太陽電池11と対向しない面側、即ち室内側に配置する構成とすることにより、第1の太陽電池11、第2の太陽電池12に対する、第1の反射板51と第2の反射板52の相対的な位置関係を、精度よく合わせることができる。即ち、第1のガラス基板21と第2のガラス基板22との位置が、封止材61により固定された後に、第1の太陽電池11、第2の太陽電池12の位置を確認しながら第1の反射板51、第2の反射板52を配置することができるため、精度よく所望の位置に配置することができる。
【0050】
なお、図5に示すように、第1の反射板51と第2のガラス基板22との間、及び第2の反射板52と第2のガラス基板22との間に介在する第4のガラス基板24を、更に設ける構成としてもよい。
【0051】
また、図6に示すように、空気層71と、反射膜31との間に介在する、第5のガラス基板25を更に設ける構成としてもよい。このような構成とすることにより、第5のガラス基板25の膜厚を制御することによって、第2の間隔dを制御することができる。
【0052】
更には、図7に示すように、第5のガラス基板25と反射膜31との間に、第6のガラス基板26を更に設ける構成としてもよい。このような構成とすることにより、第5のガラス基板25、及び第6のガラス基板26の膜厚を制御することによって、第2の間隔dを制御することができる。なお、この図7に示す例においては、反射膜31における第1の太陽電池11と対向しない面側、即ち室内側に、第2のガラス基板22、及び、第1の反射板51、第2の反射板52を設けない構成としているが、図2、5、6を用いて上述した構成と同様に、反射膜31の室内側に第2のガラス基板22、及び、第1の反射板51、第2の反射板52を設ける構成としてもよい。
【0053】
なお、本実施形態においては、反射膜31の例としてLow−E膜を挙げたが、可視光領域の透過率が反射率よりも高く、近赤外領域の反射率が透過率よりも高い膜であれば他の膜でもよい。例えば、反射膜31は、酸化スズ成分の調整で近赤外域の反射率を高める工夫を施された透明導電膜TCOでもよい。また反射膜31を波長別に反射ピークが異なる複数の反射膜により構成してもかまわない。
【符号の説明】
【0054】
11 第1の太陽電池
11A 第1の主面
11B 第2の主面
12 第2の太陽電池
12A 第1の主面
12B 第2の主面
13 複数の太陽電池
21 第1のガラス基板
22 第2のガラス基板
23 第3のガラス基板
24 第4のガラス基板
25 第5のガラス基板
26 第6のガラス基板
31 反射膜
40 太陽光
41 近赤外成分
42 可視光成分
51 第1の反射板
52 第2の反射板
61 封止材
71 空気層
100 ガラス建材
W1 幅
W2 第1の間隔
W3 幅
d 第2の間隔

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