太陽電池内蔵建材
【課題】発電量と透光性の両立を図ることができる太陽電池内蔵建材を提供すること。
【解決手段】太陽電池内蔵建材１−４は、透光性を有する基材２と、基材２内部に配置され、外表面が受光することにより発電する複数の球状太陽電池素子３とを備える。複数の球状太陽電池素子３は、厚さ方向と直交する平面上および厚さ方向において間隔をあけて複数個配列されている。基材２内部には、厚さ方向において隣り合う複数の球状太陽電池素子３が直線状に配列されることで太陽電池ユニット９が複数形成されている。太陽電池ユニット９は、厚さ方向に対して傾斜している。
【解決手段】太陽電池内蔵建材１−４は、透光性を有する基材２と、基材２内部に配置され、外表面が受光することにより発電する複数の球状太陽電池素子３とを備える。複数の球状太陽電池素子３は、厚さ方向と直交する平面上および厚さ方向において間隔をあけて複数個配列されている。基材２内部には、厚さ方向において隣り合う複数の球状太陽電池素子３が直線状に配列されることで太陽電池ユニット９が複数形成されている。太陽電池ユニット９は、厚さ方向に対して傾斜している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を内蔵した太陽電池内蔵建材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池を内蔵した太陽電池内蔵建材として、例えば特許文献１に示すように、透光部を介して複数の板状の太陽電池素子を平面的に配置した２つの太陽電池素子群を形成し、一方の太陽電池素子群の太陽電池素子が他方の太陽電池素子群の透光部と重なるように、２つの太陽電池素子群を配列したものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６８０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、太陽電池素子は、上記太陽電池内蔵建材を外壁や窓として用いる場合、すなわち構造物の外部と内部との間に配置する場合において太陽光により発電する。太陽光は、昼における時刻や、同じ時刻でも月日に応じて、太陽電池内蔵建材に対する太陽光の入射角度が異なる。従って、太陽電池内蔵建材は、入射角度に応じて発電量と透光性が変化するため、発電量と透光性の両立を図ることが要望されている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電量と透光性の両立を図ることができる太陽電池内蔵建材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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池内蔵建材は、透光性を有する基材と、前記基材内部に配置され、外表面が受光することにより発電する複数の球状太陽電池素子と、を備え、複数の前記球状太陽電池素子は、厚さ方向と直交する平面上および厚さ方向において間隔をあけて複数個配列されていることを特徴とする。
【０００７】
上記太陽電池内蔵建材において、複数の前記球状太陽電池素子は、厚さ方向から前記基材を見た場合に、厚さ方向において隣り合う少なくとも一方の前記球状太陽電池素子と離れているあるいは一部が重なり合うように配列されていることが好ましい。
【０００８】
上記太陽電池内蔵建材において、厚さ方向において隣り合う複数の前記球状太陽電池素子が直線状に配列されることで太陽電池ユニットが複数形成されており、前記太陽電池ユニットは、厚さ方向に対して傾斜していることが好ましい。
【０００９】
上記太陽電池内蔵建材において、第１傾斜方向に傾斜する第１太陽電池ユニットと、前記第１傾斜方向と厚さ方向を基準に線対称な第２傾斜方向に傾斜する第２太陽電池ユニットと有し、前記第１太陽電池ユニットに対して、幅方向あるいは上下方向の少なくとも一方において、隣り合う２つの太陽電池ユニットのうち、一方が第１太陽電池ユニットであり、他方が第２太陽電池ユニットであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る太陽電池内蔵建材によれば、厚さ方向において間隔をあけて複数の球状太陽電池素子が配列されているので、発電量と透光性の両立を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態に係る太陽電池内蔵建材が用いられる構造物の外壁の一例を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材の動作説明図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材の動作説明図である。
【図５】図５は、第１実施形態の変形例を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態の変形例を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１３】
〔第１実施形態〕
まず、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材について説明する。図１は、実施形態に係る太陽電池内蔵建材が用いられる構造物の外壁の一例を示す図である。図２は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。なお、図２は、太陽電池内蔵建材の一部拡大斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−１は、構造物の外壁を構成するカーテンウォール１００に用いられる。ここで、カーテンウォール１００は、ユニット（壁部材）として用いられる太陽電池内蔵建材１−１を上下左右に連結することで、構造物の外周面を覆う構造となっている。各太陽電池内蔵建材１−１は、上端部を枠部材１０１において上端部と対向する部分に取り付けて、枠部材１０１に吊り下げられた状態で、枠部材１０１に固定されている。
【００１５】
太陽電池内蔵建材１−１は、本実施形態では、室外の太陽光を受光することで発電し、透光性を有するものである。太陽電池内蔵建材１−１は、図２に示すように、基材２と、球状太陽電池素子３と、電線４とを含んで構成されている。
【００１６】
基材２は、透光性を有するものであり、矩形に形成されている。基材２は、例えば透光性を有するＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）樹脂などの合成樹脂により形成されている。なお、基材２は、単一の構成要素で形成されていなくても良い。例えば、室外側から室内側に向かって、ガラス層、基層、フィルム層と積層して構成しても良い。ガラス層には、矩形の透光性を有する強化ガラス材を用いる。基層には、上述の合成樹脂を用いる。フィルム層には、ガラス層と同一形状の透光性を有するプラスチックフィルムを用いる。基材２を積層することで、室内外の環境に対する耐久性を向上させることができる材料を室外側の層および室内側の層に用いることができる。
【００１７】
球状太陽電池素子３は、外表面が受光することで発電するものである。球状太陽電池素子３は、基材２内部に複数配置されている。球状太陽電池素子３は、直径が１〜２ｍｍ程度であり、光起電力を発生可能なｐｎ接合を有する太陽電池である。球状太陽電池素子３は、球状のｐ形シリコン単結晶と、ｐ形シリコン単結晶の外表面に積層されたｎ＋拡散層と、ｐ形シリコン単結晶の中心を挟んで対向して形成された一対の電極と、正電極とｐ形シリコン単結晶との間に形成されたｎ＋拡散層とを含んで構成されている。ここで、球状太陽電池素子３の各電極は、電線４によって他の球状太陽電池素子３の各電極と接続されている。例えば、隣り合う球状太陽電池素子３の両方の正電極を電線４で接続し、負電極を他の電線４で接続することで、隣り合う球状太陽電池素子３が並列に接続される。また、一方の球状太陽電池素子３の正電極と他方の球状太陽電池素子３の負電極とを電線４で接続することで、隣り合う球状太陽電池素子３が直列に接続されることとなる。電線４による複数の球状太陽電池素子３の接続方法は、要求される電圧などに応じて設定される。球状太陽電池素子３は、複数個で１つの太陽電池ユニット５を形成している。
【００１８】
太陽電池ユニット５は、厚さ方向において隣り合う複数の球状太陽電池素子３を直線状に間隔をあけて、本実施形態では等間隔に配列して構成されている。つまり、基材２内部には、複数の球状太陽電池素子３から構成される太陽電池ユニット５が複数配置されている。各太陽電池ユニット５は、基材２内部において厚さ方向と平行に配置されている。従って、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３は、厚さ方向と平行に配列されている。つまり、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３は、厚さ方向から基材２を見た場合に、厚さ方向において隣り合う一方の球状太陽電池素子３と全部が重なり合うように配列されている。各太陽電池ユニット５は、基材２内部において上下方向および幅方向に平行に間隔をあけて、本実施形態では等間隔に複数配置されている。各太陽電池ユニット５は、球状太陽電池素子３が上下方向および幅方向において隣り合う球状太陽電池素子３と、厚さ方向と直交する平面上に位置するように基材２内部において配置されている。つまり、太陽電池内蔵建材１−１は、基材２内部に、複数の球状太陽電池素子３を厚さ方向と直交する平面上に間隔をあけて複数個配置するとともに厚さ方向に間隔をあけて複数個配置したものである。
【００１９】
次に、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−１の動作について説明する。図３は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材の動作説明図である。図４は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材の動作説明図である。なお、図３は、太陽電池内蔵建材を上下方向から見た図である。また、図４は、太陽電池内蔵建材を幅方向から見た図である。
【００２０】
太陽電池内蔵建材１−１は、室外側から太陽光が入射され、一部が球状太陽電池素子３により遮光され、一部が基材２を透過して図示しない室内に入射される。球状太陽電池素子３が太陽光を遮光する場合は、球状太陽電池素子３の外表面において太陽光が受光されるので、球状太陽電池素子３が発電し、電力が生成される。ここで、太陽光は、日時により太陽の仰角（水平線に対する角度）や方位角（水平面内の基準に対する角度）が変化するため、日時により太陽電池内蔵建材１−１に対する太陽光の入射方向が異なることとなる。太陽光は、１日の中では主に方位角が変化するため、太陽電池内蔵建材１−１の幅方向および厚さ方向を含む平面（以下、単に「水平面」と称する）における入射方向が１日の中で変化する。また、太陽光は、同じ時刻であっても日にちによって仰角が変化するため、太陽電池内蔵建材１−１の上下方向および厚さ方向を含む平面（以下、単に「垂直面」と称する）における入射方向が同じ時刻であっても一年の中で変化する。
【００２１】
図３に示すように、午前の太陽Ｓｍ、正午の太陽Ｓｎ、午後の太陽Ｓｅのそれぞれから照射される太陽光Ｌｍ，Ｌｎ，Ｌｅの太陽電池内蔵建材１−１に対する入射角度（水平面において幅方向に対する角度）は、それぞれ異なる。例えば、太陽電池内蔵建材１−１を厚さ方向が正午の太陽Ｓｎから照射される太陽光Ｌｎの入射方向と平行となるように配置した場合は、太陽光Ｌｎの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合（太陽光の入射方向から基材２を見た場合の基材を１００％とした割合）が最も小さくなる。つまり、太陽電池内蔵建材１−１に対しては、水平面において厚さ方向が光の透光を重視する透光重視方向となる。太陽光Ｌｎは、大部分が幅方向および上下方向において隣り合う太陽電池ユニット５の間を傾斜方向に通過することで基材２を透過し、室内に入射され、一部が太陽電池ユニット５における室外側の球状太陽電池素子３により遮光され、球状太陽電池素子３が発電する。これにより、太陽電池内蔵建材１−１は、水平面において厚さ方向と平行に入射される太陽光に対して透過性が高く、発電量が低くなる。ここで、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３は、どの方向から見てもほぼ円を形成するので、厚さ方向において間隔をあけることにより、水平面において厚さ方向から幅方向に向かって太陽電池ユニット５を見る方向を変化させると、厚さ方向において隣り合う球状太陽電池素子３が全部重なり合った状態から、一部が重なり合った状態に移行し、最終的に幅方向から見ると離れた状態となる。つまり、水平面において厚さ方向と異なる方向から太陽電池ユニット５に向かう太陽光は、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３により遮光される比率が高くなり、透過する比率が低くなる。従って、太陽光Ｌｎの入射方向と異なる入射方向である太陽光Ｌｍ，Ｌｅの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合（太陽光Ｌｎの入射方向から基材２を見た場合の基材２を１００％とした割合）が太陽光Ｌｎの場合と比較して高くなる。このことから、太陽電池内蔵建材１−１は、正午の太陽Ｓｎから照射される太陽光Ｌｎと厚さ方向が平行となるように配置すると、午前、午後に透過性が低く、発電量が多くなり、正午に透過性が高く、発電量が低くなるので、正午における採光を優先しても、午前および午後と発電することができるので、昼の間、時刻に応じて発電量と透光性とを変化させることができる。
【００２２】
また、図４に示すように、夏期の太陽Ｓｓ、冬期の太陽Ｓｗのそれぞれから照射される太陽光Ｌｓ，Ｌｗの太陽電池内蔵建材１−１に対する入射角度（垂直面において上下方向に対する角度）は、それぞれ異なる。冬期の太陽Ｓｗは、夏期の太陽Ｓｓと比較して仰角が小さくなるので、太陽光Ｌｗの入射方向が太陽光Ｌｓの入射方向と比較して厚さ方向に近づくこととなる。例えば、太陽電池内蔵建材１−１を上下方向が鉛直方向と平行となるように配置した場合は、厚さ方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合が最も小さくなる。つまり、太陽電池内蔵建材１−１に対しては、垂直面において厚さ方向が光の透光を重視する透光重視方向となる。従って、厚さ方向と平行な入射方向の太陽光の大部分が幅方向および上下方向に隣り合う太陽電池ユニット５の間を厚さ方向に通過することで基材２を透過し、室内に入射され、一部が室外側の球状太陽電池素子３により遮光され、球状太陽電池素子３が発電する。つまり、太陽電池内蔵建材１−１は、鉛直面において厚さ方向と平行に入射される太陽光に対して透過性が高く、発電量が低くなる。上述のように、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３は、どの方向から見てもほぼ円を形成するので、厚さ方向において間隔をあけることにより、垂直面において厚さ方向から上下方向に向かって太陽電池ユニット５を見る方向を変化させると、厚さ方向において隣り合う球状太陽電池素子３が全部重なり合った状態から、一部が重なり合った状態に移行し、最終的に上下方向から見ると離れた状態となる。つまり、垂直面において厚さ方向と異なる方向から太陽電池ユニット５に向かう太陽光は、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３により遮光される比率が高くなり、透過する比率が低くなる。太陽光Ｌｗの入射方向は、太陽光Ｌｓの入射方向よりも厚さ方向に近いので、太陽光Ｌｗの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合は、太陽光Ｌｓの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合よりも小さくなる。このことから、太陽電池内蔵建材１−１は、上下方向が鉛直方向と平行となるように配置すると、夏期に透過性が低く、発電量が多くなり、冬期に透過性が高く、発電量が低くなるので、夏期よりも冬期において採光を優先しても、発電することができるので、時期に応じて発電量と透光性とを変化させることができる。
【００２３】
以上のように、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−１は、厚さ方向に間隔をあけ、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３を、厚さ方向に対して平行に直線状に配列するので、厚さ方向と異なる方向から太陽光のうち太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３に向かう太陽光の大部分を太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３により遮光することができるとともに、球状太陽電池素子３が球状であるので、板状の太陽電池素子と比較して透光性を確保することができる。従って、発電量と透光性の両立を図ることができる。また、太陽電池が球状太陽電池素子３であるので、太陽電池内蔵建材１−１を見るユーザーには点に見える。従って、太陽電池内蔵建材１−１の意匠設計の自由度が高く、太陽電池内蔵建材１−１の意匠性を向上することができる。
【００２４】
〔第１実施形態の変形例〕
上記実施形態では、太陽電池内蔵建材１−１をカーテンウォール１００のユニット（壁部材）として用いたが本発明はこれに限定されるものではなく、太陽電池内蔵建材を外部と室内との間に設けられるルーバーとして用いても良い。図５は、第１実施形態の変形例を示す図である。図６は、第１実施形態の変形例を示す図である。
【００２５】
図５に示すように、太陽電池内蔵建材１−２は、ルーバーであり、上下方向に複数連続して設けられており、基材２と、球状太陽電池素子３と、回転軸部材６とを含んで構成されている。太陽電池内蔵建材１−２は、太陽電池内蔵建材１−１と同様に、基材２内部に、厚さ方向に対して平行に直線状に配列された複数の球状太陽電池素子３からなる太陽電池ユニット５が複数配置されている。回転軸部材６は、太陽電池内蔵建材１−２を幅方向周りに回転させるものである。回転軸部材６は、保持部６１と、一対の回転軸６２とを含んで構成されている。保持部６１は、基材２の上端部と対向し、基材２を上端部において保持するものである。一対の回転軸６２は、保持部６１の幅方向の両端部に幅方向に突出して形成されており、図示しない構造物に固定された枠部材に対して回転可能に支持されている。太陽電池内蔵建材１−２を幅方向周りに回転させると、垂直面において太陽光の入射方向と基材２とのなす角度を変更することができる。つまり、太陽電池内蔵建材１−２を幅方向周りに回転させると、基材２の向きを太陽の仰角に対応することができる。従って、太陽電池内蔵建材１−２は、時期に拘わらず発電量と透光性とを変化させることができる。
【００２６】
図６に示すように、太陽電池内蔵建材１−３は、ルーバーであり、幅方向に複数連続して設けられており、基材２と、球状太陽電池素子３と、一対の回転軸部材７，８とを含んで構成されている。太陽電池内蔵建材１−３は、太陽電池内蔵建材１−１と同様に、基材２内部に、厚さ方向に対して平行に直線状に配列された複数の球状太陽電池素子３からなる太陽電池ユニット５が複数配置されている。一対の回転軸部材７，８は、太陽電池内蔵建材１−３を上下方向周りに回転させるものである。回転軸部材７は、基材２の上端部に設けられており、保持部７１と、回転軸７２とを含んで構成されている。保持部７１は、基材２の上端部と対向し、基材２を上端部において保持するものである。回転軸７２は、保持部７１の幅方向の中央部から上方向に突出して形成されており、図示しない構造物に固定された枠部材に対して回転可能に支持されている。回転軸部材８は、基材２の下端部に設けられており、保持部８１と、回転軸８２とを含んで構成されている。保持部８１は、基材２の下端部と対向し、基材２を下端部において保持するものである。回転軸８２は、保持部８１の幅方向の中央部から下方向に突出して形成されており、図示しない構造物に固定された枠部材に対して回転可能に支持されている。太陽電池内蔵建材１−３を上下方向周りに回転させると、水平面において太陽光の入射方向と基材２とのなす角度を変更することができる。つまり、太陽電池内蔵建材１−３を上下方向周りに回転させると、基材２の向きを太陽の方位角に対応することができる。従って、太陽電池内蔵建材１−３は、昼の間、時間に拘わらず発電量と透光性とを変化させることができる。なお、太陽電池内蔵建材１−２，１−３の回転は、手動あるいは自動のいずれで行われても良い。
【００２７】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る太陽電池内蔵建材について説明する。図７は、第２実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。図７に示す第２実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−４が図１〜図４に示す第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−１と異なる点は、太陽電池ユニット９が厚さ方向に対して傾斜している点である。なお、第２実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同一であるので、その説明は省略或いは簡略化する。
【００２８】
太陽電池ユニット９は、直線状に間隔をあけて、本実施形態では等間隔に配列して構成されている。太陽電池ユニット９は、基材２内部に、厚さ方向に対して傾斜して配置されている。つまり、太陽電池ユニット９における厚さ方向において隣り合う複数の球状太陽電池素子３は、直線状に厚さ方向に対して傾斜して配列されている。ここで、太陽電池ユニット９の傾斜方向は、厚さ方向において室内側に向かうに伴い、基材２の幅方向において一方の端部から中央部に向かう（同図左側から右側に向かう）方向である。つまり、太陽電池ユニット９は、基材２内部に、厚さ方向に対して傾斜して配置されている。太陽電池ユニット９における複数の球状太陽電池素子３は、厚さ方向から基材２を見た場合に、厚さ方向において隣り合う一方の球状太陽電池素子３と一部が重なり合うように配列されている。各太陽電池ユニット９は、基材２内部において上下方向および幅方向に平行に間隔をあけて、本実施形態では等間隔に複数配置されている。各太陽電池ユニット９は、球状太陽電池素子３が上下方向および幅方向において隣り合う球状太陽電池素子３と、厚さ方向と直交する平面上に位置するように基材２内部において配置されている。つまり、太陽電池内蔵建材１−４は、基材２内部に、複数の球状太陽電池素子３を厚さ方向と直交する平面上に間隔をあけて複数個配置するとともに厚さ方向に間隔をあけて複数個配置したものである。
【００２９】
次に、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−４の動作について説明する。なお、第２実施形態における太陽電池内蔵建材１−４の動作は、第１実施形態と同一であるので、その説明は省略或いは簡略化する。
【００３０】
例えば、太陽電池内蔵建材１−４を太陽電池ユニット９の傾斜方向が午前の太陽Ｓｍから照射される太陽光Ｌｍの入射方向と平行となるように配置した場合は、傾斜方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合が最も小さくなる。つまり、太陽電池内蔵建材１−４に対しては、水平面において傾斜方向が光の透光を重視する透光重視方向となる。従って、太陽光Ｌｍは、大部分が幅方向および上下方向に隣り合う太陽電池ユニット９の間を傾斜方向に通過することで基材２を透過し、室内に入射され、一部が球状太陽電池素子３により遮光され、球状太陽電池素子３が発電する。これにより、太陽電池内蔵建材１−４は、水平面において太陽電池ユニット９の傾斜方向と平行に入射される太陽光に対して透過性が高く、発電量が低くなる。上述のように、水平面において傾斜方向から厚さ方向に向かいさらに厚さ方向を基準に傾斜方向と線対称な反対方向に向かって太陽電池ユニット９を見る方向を変化させると、厚さ方向において隣り合う球状太陽電池素子３が全部重なり合った状態から、一部が重なり合った状態に移行し、最終的に反対方向から見ると離れた状態となる。つまり、水平面において傾斜方向と異なる方向から太陽電池ユニット９に向かう太陽光は、太陽電池ユニット９における複数の球状太陽電池素子３により遮光される比率が高くなり、透過する比率が低くなる。従って、太陽光Ｌｍの入射方向と異なる入射方向である太陽光Ｌｎ，Ｌｅの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合（太陽光Ｌｎの入射方向から基材２を見た場合の基材２を１００％とした割合）が太陽光Ｌｍの場合と比較して高くなる。このことから、太陽電池内蔵建材１−４は、午前の太陽Ｓｍから照射される太陽光Ｌｍと太陽電池ユニット９の傾斜方向が平行となるように配置すると、正午、午後に透過性が低く、発電量が多くなり、午前に透過性が高く、発電量が低くなるので、午前における採光を優先しても、正午および午後と発電することができるので、昼の間、時刻に応じて発電量と透光性とを変化させることができる。
【００３１】
以上のように、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−４は、太陽電池ユニット９を厚さ方向に対して傾斜した傾斜方向に配置するので、傾斜方向と異なる方向から太陽光のうち太陽電池ユニット９における複数の球状太陽電池素子３に向かう太陽光の大部分を太陽電池ユニット９における複数の球状太陽電池素子３により遮光することができるとともに、球状太陽電池素子３が球状であるので、板状の太陽電池素子と比較して透光性を確保することができる。従って、発電量と透光性の両立を図ることができる。
【００３２】
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態に係る太陽電池内蔵建材について説明する。図８は、第３実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。図８に示す第３実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−５が図７に示す第２実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−４と異なる点は、傾斜方向のことなる２つの太陽電池ユニット１０，１１を有する点である。なお、第３実施形態の基本的構成は、第２実施形態と同一であるので、その説明は省略或いは簡略化する。
【００３３】
第１太陽電池ユニット１０は、基材２内部に、上記太陽電池ユニット９と同様の傾斜方向である第１傾斜方向に配置されている。第２太陽電池ユニット１１は、基材２内部に、第１傾斜方向と厚さ方向を基準に線対称な第２傾斜方向に傾斜して配置される。ここで、第２傾斜方向は、厚さ方向において室内側に向かうに伴い、基材２の幅方向において他方の端部から中央部に向かう（同図右側から左側に向かう）方向である。太陽電池内蔵建材１−５は、第１太陽電池ユニット１０が幅方向において隣り合う２つの太陽電池ユニットが第１太陽電池ユニット１０、第２太陽電池ユニット１１であり、第２太陽電池ユニット１１が幅方向において隣り合う２つの太陽電池ユニットが第１太陽電池ユニット１０、第２太陽電池ユニット１１である。つまり、太陽電池内蔵建材１−５は、幅方向において同一の傾斜方向となる２つの太陽電池ユニットを交互に配置したものとなる。第１，２太陽電池ユニット１０，１１における複数の球状太陽電池素子３は、厚さ方向から基材２を見た場合に、厚さ方向において隣り合う一方の球状太陽電池素子３と一部が重なり合うように配列されている。各第１，２太陽電池ユニット１０，１１は、基材２内部において上下方向および幅方向に平行に間隔をあけて、本実施形態では等間隔に複数配置されている。各第１，２太陽電池ユニット１０，１１は、球状太陽電池素子３が上下方向および幅方向において隣り合う球状太陽電池素子３と、厚さ方向と直交する平面上に位置するように基材２内部において配置されている。つまり、太陽電池内蔵建材１−５は、基材２内部に、複数の球状太陽電池素子３を厚さ方向と直交する平面上に間隔をあけて複数個配置するとともに厚さ方向に間隔をあけて複数個配置したものである。
【００３４】
次に、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−５の動作について説明する。なお、第３実施形態における太陽電池内蔵建材１−５の動作は、第２実施形態と同一であるので、その説明は省略或いは簡略化する。
【００３５】
例えば、太陽電池内蔵建材１−５を第１太陽電池ユニット１０の第１傾斜方向が午前の太陽Ｓｍから照射される太陽光Ｌｍの入射方向と平行となり、第２太陽電池ユニット１１の第２傾斜方向が午後の太陽Ｓｅから照射される太陽光Ｌｅの入射方向と平行となるように配置した場合は、傾斜方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合が最も小さくなる。つまり、太陽電池内蔵建材１−５に対しては、水平面において第１傾斜方向および第２傾斜方向が光の透光を重視する透光重視方向となる。ここで、太陽光Ｌｍは、一部が幅方向および上下方向に隣り合う第１太陽電池ユニット１０の間や第２太陽電池ユニット１１における球状太陽電池素子３の間を第１傾斜方向に通過することで基材２を透過し、室内に入射され、一部が球状太陽電池素子３により遮光され、球状太陽電池素子３が発電する。一方、太陽光Ｌｅは、一部が幅方向および上下方向に隣り合う第２太陽電池ユニット１１の間や第１太陽電池ユニット１０における球状太陽電池素子３の間を第２傾斜方向に通過することで基材２を透過し、室内に入射され、一部が球状太陽電池素子３により遮光され、球状太陽電池素子３が発電する。これにより、太陽電池内蔵建材１−５は、水平面において第１太陽電池ユニット１０の第１傾斜方向と平行に入射される太陽光および第２太陽電池ユニット１１の第２傾斜方向と平行に入射される太陽光に対して透過性が高く、発電量が低くなるが、上記第２実施形態における太陽電池ユニット９の傾斜方向と平行に入射される太陽光に対する透光性よりも低くなり、発電量が高くなる。つまり、第１傾斜方向および第２傾斜方向と平行な方向の太陽光に対しては、透光性と発電量とのバランスをとることができる。水平面において第１傾斜方向から厚さ方向に向かい、さらに第２傾斜方向に向かって第１，２太陽電池ユニット１０，１１を見る方向を変化させると、厚さ方向において隣り合う球状太陽電池素子３が一部重なり合った状態から、全部が重なり合った状態に移行し、再び一部が重なり合った状態となる。つまり、水平面において第１傾斜方向および第２傾斜方向と異なる方向から太陽電池ユニット１０，１１に向かう太陽光は、太陽電池ユニット１０，１１における複数の球状太陽電池素子３により遮光される比率が高くなり、透過する比率が低くなる。従って、太陽光Ｌｍ，Ｌｅの入射方向と異なる入射方向である太陽光Ｌｎの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合（太陽光Ｌｎの入射方向から基材２を見た場合の基材２を１００％とした割合）が太陽光Ｌｍ，Ｌｅの場合と比較して高くなる。このことから、太陽電池内蔵建材１−５は、午前の太陽Ｓｍから照射される太陽光Ｌｍの入射方向と第１傾斜方向および午後の太陽Ｓｅから照射される太陽光Ｌｅの入射方向と第２傾斜方向が平行となるように配置すると、正午に透過性が低く、発電量が多くなり、午前、午後に透光性と発電量の両立を図るので、日差しの強い正午の採光を抑制し、昼の間中、発電することができるので、昼の間、時間に応じて発電量と透光性とを変化させることができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−５は、太陽電池ユニット１０，１１を厚さ方向に対して傾斜した第１傾斜方向と第２傾斜方向に配置するので、第１傾斜方向および第２傾斜方向と異なる方向から太陽光のうち太陽電池ユニット１０，１１における複数の球状太陽電池素子３に向かう太陽光の大部分を太陽電池ユニット１０，１１における複数の球状太陽電池素子３により遮光することができるとともに、球状太陽電池素子３が球状であるので、板状の球状太陽電池素子と比較して透光性を確保することができる。従って、発電量と透光性の両立を図ることができる。
【００３７】
なお、実施形態では、太陽電池内蔵建材１−１〜１−５をカーテンウォール１００のユニット（壁部材）あるいはルーバーとして用いたが本発明はこれに限定されるものではなく、窓部材であってもよい。また、本実施形態では、太陽電池ユニット９，１０，１１における複数の球状太陽電池素子３を、厚さ方向から基材２を見た場合に、厚さ方向において隣り合う一方の球状太陽電池素子３と離れて配列しても良い。
【００３８】
また、上記各実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１−１〜１−５ 太陽電池内蔵建材
２ 基材
３ 球状太陽電池素子
４ 電線
５，９〜１１ 太陽電池ユニット
６〜８ 回転軸部材
１００ カーテンウォール
１０１ 枠部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を内蔵した太陽電池内蔵建材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池を内蔵した太陽電池内蔵建材として、例えば特許文献１に示すように、透光部を介して複数の板状の太陽電池素子を平面的に配置した２つの太陽電池素子群を形成し、一方の太陽電池素子群の太陽電池素子が他方の太陽電池素子群の透光部と重なるように、２つの太陽電池素子群を配列したものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６８０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、太陽電池素子は、上記太陽電池内蔵建材を外壁や窓として用いる場合、すなわち構造物の外部と内部との間に配置する場合において太陽光により発電する。太陽光は、昼における時刻や、同じ時刻でも月日に応じて、太陽電池内蔵建材に対する太陽光の入射角度が異なる。従って、太陽電池内蔵建材は、入射角度に応じて発電量と透光性が変化するため、発電量と透光性の両立を図ることが要望されている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電量と透光性の両立を図ることができる太陽電池内蔵建材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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池内蔵建材は、透光性を有する基材と、前記基材内部に配置され、外表面が受光することにより発電する複数の球状太陽電池素子と、を備え、複数の前記球状太陽電池素子は、厚さ方向と直交する平面上および厚さ方向において間隔をあけて複数個配列されていることを特徴とする。
【０００７】
上記太陽電池内蔵建材において、複数の前記球状太陽電池素子は、厚さ方向から前記基材を見た場合に、厚さ方向において隣り合う少なくとも一方の前記球状太陽電池素子と離れているあるいは一部が重なり合うように配列されていることが好ましい。
【０００８】
上記太陽電池内蔵建材において、厚さ方向において隣り合う複数の前記球状太陽電池素子が直線状に配列されることで太陽電池ユニットが複数形成されており、前記太陽電池ユニットは、厚さ方向に対して傾斜していることが好ましい。
【０００９】
上記太陽電池内蔵建材において、第１傾斜方向に傾斜する第１太陽電池ユニットと、前記第１傾斜方向と厚さ方向を基準に線対称な第２傾斜方向に傾斜する第２太陽電池ユニットと有し、前記第１太陽電池ユニットに対して、幅方向あるいは上下方向の少なくとも一方において、隣り合う２つの太陽電池ユニットのうち、一方が第１太陽電池ユニットであり、他方が第２太陽電池ユニットであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る太陽電池内蔵建材によれば、厚さ方向において間隔をあけて複数の球状太陽電池素子が配列されているので、発電量と透光性の両立を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態に係る太陽電池内蔵建材が用いられる構造物の外壁の一例を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材の動作説明図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材の動作説明図である。
【図５】図５は、第１実施形態の変形例を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態の変形例を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１３】
〔第１実施形態〕
まず、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材について説明する。図１は、実施形態に係る太陽電池内蔵建材が用いられる構造物の外壁の一例を示す図である。図２は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。なお、図２は、太陽電池内蔵建材の一部拡大斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−１は、構造物の外壁を構成するカーテンウォール１００に用いられる。ここで、カーテンウォール１００は、ユニット（壁部材）として用いられる太陽電池内蔵建材１−１を上下左右に連結することで、構造物の外周面を覆う構造となっている。各太陽電池内蔵建材１−１は、上端部を枠部材１０１において上端部と対向する部分に取り付けて、枠部材１０１に吊り下げられた状態で、枠部材１０１に固定されている。
【００１５】
太陽電池内蔵建材１−１は、本実施形態では、室外の太陽光を受光することで発電し、透光性を有するものである。太陽電池内蔵建材１−１は、図２に示すように、基材２と、球状太陽電池素子３と、電線４とを含んで構成されている。
【００１６】
基材２は、透光性を有するものであり、矩形に形成されている。基材２は、例えば透光性を有するＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）樹脂などの合成樹脂により形成されている。なお、基材２は、単一の構成要素で形成されていなくても良い。例えば、室外側から室内側に向かって、ガラス層、基層、フィルム層と積層して構成しても良い。ガラス層には、矩形の透光性を有する強化ガラス材を用いる。基層には、上述の合成樹脂を用いる。フィルム層には、ガラス層と同一形状の透光性を有するプラスチックフィルムを用いる。基材２を積層することで、室内外の環境に対する耐久性を向上させることができる材料を室外側の層および室内側の層に用いることができる。
【００１７】
球状太陽電池素子３は、外表面が受光することで発電するものである。球状太陽電池素子３は、基材２内部に複数配置されている。球状太陽電池素子３は、直径が１〜２ｍｍ程度であり、光起電力を発生可能なｐｎ接合を有する太陽電池である。球状太陽電池素子３は、球状のｐ形シリコン単結晶と、ｐ形シリコン単結晶の外表面に積層されたｎ＋拡散層と、ｐ形シリコン単結晶の中心を挟んで対向して形成された一対の電極と、正電極とｐ形シリコン単結晶との間に形成されたｎ＋拡散層とを含んで構成されている。ここで、球状太陽電池素子３の各電極は、電線４によって他の球状太陽電池素子３の各電極と接続されている。例えば、隣り合う球状太陽電池素子３の両方の正電極を電線４で接続し、負電極を他の電線４で接続することで、隣り合う球状太陽電池素子３が並列に接続される。また、一方の球状太陽電池素子３の正電極と他方の球状太陽電池素子３の負電極とを電線４で接続することで、隣り合う球状太陽電池素子３が直列に接続されることとなる。電線４による複数の球状太陽電池素子３の接続方法は、要求される電圧などに応じて設定される。球状太陽電池素子３は、複数個で１つの太陽電池ユニット５を形成している。
【００１８】
太陽電池ユニット５は、厚さ方向において隣り合う複数の球状太陽電池素子３を直線状に間隔をあけて、本実施形態では等間隔に配列して構成されている。つまり、基材２内部には、複数の球状太陽電池素子３から構成される太陽電池ユニット５が複数配置されている。各太陽電池ユニット５は、基材２内部において厚さ方向と平行に配置されている。従って、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３は、厚さ方向と平行に配列されている。つまり、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３は、厚さ方向から基材２を見た場合に、厚さ方向において隣り合う一方の球状太陽電池素子３と全部が重なり合うように配列されている。各太陽電池ユニット５は、基材２内部において上下方向および幅方向に平行に間隔をあけて、本実施形態では等間隔に複数配置されている。各太陽電池ユニット５は、球状太陽電池素子３が上下方向および幅方向において隣り合う球状太陽電池素子３と、厚さ方向と直交する平面上に位置するように基材２内部において配置されている。つまり、太陽電池内蔵建材１−１は、基材２内部に、複数の球状太陽電池素子３を厚さ方向と直交する平面上に間隔をあけて複数個配置するとともに厚さ方向に間隔をあけて複数個配置したものである。
【００１９】
次に、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−１の動作について説明する。図３は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材の動作説明図である。図４は、第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材の動作説明図である。なお、図３は、太陽電池内蔵建材を上下方向から見た図である。また、図４は、太陽電池内蔵建材を幅方向から見た図である。
【００２０】
太陽電池内蔵建材１−１は、室外側から太陽光が入射され、一部が球状太陽電池素子３により遮光され、一部が基材２を透過して図示しない室内に入射される。球状太陽電池素子３が太陽光を遮光する場合は、球状太陽電池素子３の外表面において太陽光が受光されるので、球状太陽電池素子３が発電し、電力が生成される。ここで、太陽光は、日時により太陽の仰角（水平線に対する角度）や方位角（水平面内の基準に対する角度）が変化するため、日時により太陽電池内蔵建材１−１に対する太陽光の入射方向が異なることとなる。太陽光は、１日の中では主に方位角が変化するため、太陽電池内蔵建材１−１の幅方向および厚さ方向を含む平面（以下、単に「水平面」と称する）における入射方向が１日の中で変化する。また、太陽光は、同じ時刻であっても日にちによって仰角が変化するため、太陽電池内蔵建材１−１の上下方向および厚さ方向を含む平面（以下、単に「垂直面」と称する）における入射方向が同じ時刻であっても一年の中で変化する。
【００２１】
図３に示すように、午前の太陽Ｓｍ、正午の太陽Ｓｎ、午後の太陽Ｓｅのそれぞれから照射される太陽光Ｌｍ，Ｌｎ，Ｌｅの太陽電池内蔵建材１−１に対する入射角度（水平面において幅方向に対する角度）は、それぞれ異なる。例えば、太陽電池内蔵建材１−１を厚さ方向が正午の太陽Ｓｎから照射される太陽光Ｌｎの入射方向と平行となるように配置した場合は、太陽光Ｌｎの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合（太陽光の入射方向から基材２を見た場合の基材を１００％とした割合）が最も小さくなる。つまり、太陽電池内蔵建材１−１に対しては、水平面において厚さ方向が光の透光を重視する透光重視方向となる。太陽光Ｌｎは、大部分が幅方向および上下方向において隣り合う太陽電池ユニット５の間を傾斜方向に通過することで基材２を透過し、室内に入射され、一部が太陽電池ユニット５における室外側の球状太陽電池素子３により遮光され、球状太陽電池素子３が発電する。これにより、太陽電池内蔵建材１−１は、水平面において厚さ方向と平行に入射される太陽光に対して透過性が高く、発電量が低くなる。ここで、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３は、どの方向から見てもほぼ円を形成するので、厚さ方向において間隔をあけることにより、水平面において厚さ方向から幅方向に向かって太陽電池ユニット５を見る方向を変化させると、厚さ方向において隣り合う球状太陽電池素子３が全部重なり合った状態から、一部が重なり合った状態に移行し、最終的に幅方向から見ると離れた状態となる。つまり、水平面において厚さ方向と異なる方向から太陽電池ユニット５に向かう太陽光は、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３により遮光される比率が高くなり、透過する比率が低くなる。従って、太陽光Ｌｎの入射方向と異なる入射方向である太陽光Ｌｍ，Ｌｅの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合（太陽光Ｌｎの入射方向から基材２を見た場合の基材２を１００％とした割合）が太陽光Ｌｎの場合と比較して高くなる。このことから、太陽電池内蔵建材１−１は、正午の太陽Ｓｎから照射される太陽光Ｌｎと厚さ方向が平行となるように配置すると、午前、午後に透過性が低く、発電量が多くなり、正午に透過性が高く、発電量が低くなるので、正午における採光を優先しても、午前および午後と発電することができるので、昼の間、時刻に応じて発電量と透光性とを変化させることができる。
【００２２】
また、図４に示すように、夏期の太陽Ｓｓ、冬期の太陽Ｓｗのそれぞれから照射される太陽光Ｌｓ，Ｌｗの太陽電池内蔵建材１−１に対する入射角度（垂直面において上下方向に対する角度）は、それぞれ異なる。冬期の太陽Ｓｗは、夏期の太陽Ｓｓと比較して仰角が小さくなるので、太陽光Ｌｗの入射方向が太陽光Ｌｓの入射方向と比較して厚さ方向に近づくこととなる。例えば、太陽電池内蔵建材１−１を上下方向が鉛直方向と平行となるように配置した場合は、厚さ方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合が最も小さくなる。つまり、太陽電池内蔵建材１−１に対しては、垂直面において厚さ方向が光の透光を重視する透光重視方向となる。従って、厚さ方向と平行な入射方向の太陽光の大部分が幅方向および上下方向に隣り合う太陽電池ユニット５の間を厚さ方向に通過することで基材２を透過し、室内に入射され、一部が室外側の球状太陽電池素子３により遮光され、球状太陽電池素子３が発電する。つまり、太陽電池内蔵建材１−１は、鉛直面において厚さ方向と平行に入射される太陽光に対して透過性が高く、発電量が低くなる。上述のように、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３は、どの方向から見てもほぼ円を形成するので、厚さ方向において間隔をあけることにより、垂直面において厚さ方向から上下方向に向かって太陽電池ユニット５を見る方向を変化させると、厚さ方向において隣り合う球状太陽電池素子３が全部重なり合った状態から、一部が重なり合った状態に移行し、最終的に上下方向から見ると離れた状態となる。つまり、垂直面において厚さ方向と異なる方向から太陽電池ユニット５に向かう太陽光は、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３により遮光される比率が高くなり、透過する比率が低くなる。太陽光Ｌｗの入射方向は、太陽光Ｌｓの入射方向よりも厚さ方向に近いので、太陽光Ｌｗの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合は、太陽光Ｌｓの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合よりも小さくなる。このことから、太陽電池内蔵建材１−１は、上下方向が鉛直方向と平行となるように配置すると、夏期に透過性が低く、発電量が多くなり、冬期に透過性が高く、発電量が低くなるので、夏期よりも冬期において採光を優先しても、発電することができるので、時期に応じて発電量と透光性とを変化させることができる。
【００２３】
以上のように、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−１は、厚さ方向に間隔をあけ、太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３を、厚さ方向に対して平行に直線状に配列するので、厚さ方向と異なる方向から太陽光のうち太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３に向かう太陽光の大部分を太陽電池ユニット５における複数の球状太陽電池素子３により遮光することができるとともに、球状太陽電池素子３が球状であるので、板状の太陽電池素子と比較して透光性を確保することができる。従って、発電量と透光性の両立を図ることができる。また、太陽電池が球状太陽電池素子３であるので、太陽電池内蔵建材１−１を見るユーザーには点に見える。従って、太陽電池内蔵建材１−１の意匠設計の自由度が高く、太陽電池内蔵建材１−１の意匠性を向上することができる。
【００２４】
〔第１実施形態の変形例〕
上記実施形態では、太陽電池内蔵建材１−１をカーテンウォール１００のユニット（壁部材）として用いたが本発明はこれに限定されるものではなく、太陽電池内蔵建材を外部と室内との間に設けられるルーバーとして用いても良い。図５は、第１実施形態の変形例を示す図である。図６は、第１実施形態の変形例を示す図である。
【００２５】
図５に示すように、太陽電池内蔵建材１−２は、ルーバーであり、上下方向に複数連続して設けられており、基材２と、球状太陽電池素子３と、回転軸部材６とを含んで構成されている。太陽電池内蔵建材１−２は、太陽電池内蔵建材１−１と同様に、基材２内部に、厚さ方向に対して平行に直線状に配列された複数の球状太陽電池素子３からなる太陽電池ユニット５が複数配置されている。回転軸部材６は、太陽電池内蔵建材１−２を幅方向周りに回転させるものである。回転軸部材６は、保持部６１と、一対の回転軸６２とを含んで構成されている。保持部６１は、基材２の上端部と対向し、基材２を上端部において保持するものである。一対の回転軸６２は、保持部６１の幅方向の両端部に幅方向に突出して形成されており、図示しない構造物に固定された枠部材に対して回転可能に支持されている。太陽電池内蔵建材１−２を幅方向周りに回転させると、垂直面において太陽光の入射方向と基材２とのなす角度を変更することができる。つまり、太陽電池内蔵建材１−２を幅方向周りに回転させると、基材２の向きを太陽の仰角に対応することができる。従って、太陽電池内蔵建材１−２は、時期に拘わらず発電量と透光性とを変化させることができる。
【００２６】
図６に示すように、太陽電池内蔵建材１−３は、ルーバーであり、幅方向に複数連続して設けられており、基材２と、球状太陽電池素子３と、一対の回転軸部材７，８とを含んで構成されている。太陽電池内蔵建材１−３は、太陽電池内蔵建材１−１と同様に、基材２内部に、厚さ方向に対して平行に直線状に配列された複数の球状太陽電池素子３からなる太陽電池ユニット５が複数配置されている。一対の回転軸部材７，８は、太陽電池内蔵建材１−３を上下方向周りに回転させるものである。回転軸部材７は、基材２の上端部に設けられており、保持部７１と、回転軸７２とを含んで構成されている。保持部７１は、基材２の上端部と対向し、基材２を上端部において保持するものである。回転軸７２は、保持部７１の幅方向の中央部から上方向に突出して形成されており、図示しない構造物に固定された枠部材に対して回転可能に支持されている。回転軸部材８は、基材２の下端部に設けられており、保持部８１と、回転軸８２とを含んで構成されている。保持部８１は、基材２の下端部と対向し、基材２を下端部において保持するものである。回転軸８２は、保持部８１の幅方向の中央部から下方向に突出して形成されており、図示しない構造物に固定された枠部材に対して回転可能に支持されている。太陽電池内蔵建材１−３を上下方向周りに回転させると、水平面において太陽光の入射方向と基材２とのなす角度を変更することができる。つまり、太陽電池内蔵建材１−３を上下方向周りに回転させると、基材２の向きを太陽の方位角に対応することができる。従って、太陽電池内蔵建材１−３は、昼の間、時間に拘わらず発電量と透光性とを変化させることができる。なお、太陽電池内蔵建材１−２，１−３の回転は、手動あるいは自動のいずれで行われても良い。
【００２７】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る太陽電池内蔵建材について説明する。図７は、第２実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。図７に示す第２実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−４が図１〜図４に示す第１実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−１と異なる点は、太陽電池ユニット９が厚さ方向に対して傾斜している点である。なお、第２実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同一であるので、その説明は省略或いは簡略化する。
【００２８】
太陽電池ユニット９は、直線状に間隔をあけて、本実施形態では等間隔に配列して構成されている。太陽電池ユニット９は、基材２内部に、厚さ方向に対して傾斜して配置されている。つまり、太陽電池ユニット９における厚さ方向において隣り合う複数の球状太陽電池素子３は、直線状に厚さ方向に対して傾斜して配列されている。ここで、太陽電池ユニット９の傾斜方向は、厚さ方向において室内側に向かうに伴い、基材２の幅方向において一方の端部から中央部に向かう（同図左側から右側に向かう）方向である。つまり、太陽電池ユニット９は、基材２内部に、厚さ方向に対して傾斜して配置されている。太陽電池ユニット９における複数の球状太陽電池素子３は、厚さ方向から基材２を見た場合に、厚さ方向において隣り合う一方の球状太陽電池素子３と一部が重なり合うように配列されている。各太陽電池ユニット９は、基材２内部において上下方向および幅方向に平行に間隔をあけて、本実施形態では等間隔に複数配置されている。各太陽電池ユニット９は、球状太陽電池素子３が上下方向および幅方向において隣り合う球状太陽電池素子３と、厚さ方向と直交する平面上に位置するように基材２内部において配置されている。つまり、太陽電池内蔵建材１−４は、基材２内部に、複数の球状太陽電池素子３を厚さ方向と直交する平面上に間隔をあけて複数個配置するとともに厚さ方向に間隔をあけて複数個配置したものである。
【００２９】
次に、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−４の動作について説明する。なお、第２実施形態における太陽電池内蔵建材１−４の動作は、第１実施形態と同一であるので、その説明は省略或いは簡略化する。
【００３０】
例えば、太陽電池内蔵建材１−４を太陽電池ユニット９の傾斜方向が午前の太陽Ｓｍから照射される太陽光Ｌｍの入射方向と平行となるように配置した場合は、傾斜方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合が最も小さくなる。つまり、太陽電池内蔵建材１−４に対しては、水平面において傾斜方向が光の透光を重視する透光重視方向となる。従って、太陽光Ｌｍは、大部分が幅方向および上下方向に隣り合う太陽電池ユニット９の間を傾斜方向に通過することで基材２を透過し、室内に入射され、一部が球状太陽電池素子３により遮光され、球状太陽電池素子３が発電する。これにより、太陽電池内蔵建材１−４は、水平面において太陽電池ユニット９の傾斜方向と平行に入射される太陽光に対して透過性が高く、発電量が低くなる。上述のように、水平面において傾斜方向から厚さ方向に向かいさらに厚さ方向を基準に傾斜方向と線対称な反対方向に向かって太陽電池ユニット９を見る方向を変化させると、厚さ方向において隣り合う球状太陽電池素子３が全部重なり合った状態から、一部が重なり合った状態に移行し、最終的に反対方向から見ると離れた状態となる。つまり、水平面において傾斜方向と異なる方向から太陽電池ユニット９に向かう太陽光は、太陽電池ユニット９における複数の球状太陽電池素子３により遮光される比率が高くなり、透過する比率が低くなる。従って、太陽光Ｌｍの入射方向と異なる入射方向である太陽光Ｌｎ，Ｌｅの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合（太陽光Ｌｎの入射方向から基材２を見た場合の基材２を１００％とした割合）が太陽光Ｌｍの場合と比較して高くなる。このことから、太陽電池内蔵建材１−４は、午前の太陽Ｓｍから照射される太陽光Ｌｍと太陽電池ユニット９の傾斜方向が平行となるように配置すると、正午、午後に透過性が低く、発電量が多くなり、午前に透過性が高く、発電量が低くなるので、午前における採光を優先しても、正午および午後と発電することができるので、昼の間、時刻に応じて発電量と透光性とを変化させることができる。
【００３１】
以上のように、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−４は、太陽電池ユニット９を厚さ方向に対して傾斜した傾斜方向に配置するので、傾斜方向と異なる方向から太陽光のうち太陽電池ユニット９における複数の球状太陽電池素子３に向かう太陽光の大部分を太陽電池ユニット９における複数の球状太陽電池素子３により遮光することができるとともに、球状太陽電池素子３が球状であるので、板状の太陽電池素子と比較して透光性を確保することができる。従って、発電量と透光性の両立を図ることができる。
【００３２】
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態に係る太陽電池内蔵建材について説明する。図８は、第３実施形態に係る太陽電池内蔵建材を示す図である。図８に示す第３実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−５が図７に示す第２実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−４と異なる点は、傾斜方向のことなる２つの太陽電池ユニット１０，１１を有する点である。なお、第３実施形態の基本的構成は、第２実施形態と同一であるので、その説明は省略或いは簡略化する。
【００３３】
第１太陽電池ユニット１０は、基材２内部に、上記太陽電池ユニット９と同様の傾斜方向である第１傾斜方向に配置されている。第２太陽電池ユニット１１は、基材２内部に、第１傾斜方向と厚さ方向を基準に線対称な第２傾斜方向に傾斜して配置される。ここで、第２傾斜方向は、厚さ方向において室内側に向かうに伴い、基材２の幅方向において他方の端部から中央部に向かう（同図右側から左側に向かう）方向である。太陽電池内蔵建材１−５は、第１太陽電池ユニット１０が幅方向において隣り合う２つの太陽電池ユニットが第１太陽電池ユニット１０、第２太陽電池ユニット１１であり、第２太陽電池ユニット１１が幅方向において隣り合う２つの太陽電池ユニットが第１太陽電池ユニット１０、第２太陽電池ユニット１１である。つまり、太陽電池内蔵建材１−５は、幅方向において同一の傾斜方向となる２つの太陽電池ユニットを交互に配置したものとなる。第１，２太陽電池ユニット１０，１１における複数の球状太陽電池素子３は、厚さ方向から基材２を見た場合に、厚さ方向において隣り合う一方の球状太陽電池素子３と一部が重なり合うように配列されている。各第１，２太陽電池ユニット１０，１１は、基材２内部において上下方向および幅方向に平行に間隔をあけて、本実施形態では等間隔に複数配置されている。各第１，２太陽電池ユニット１０，１１は、球状太陽電池素子３が上下方向および幅方向において隣り合う球状太陽電池素子３と、厚さ方向と直交する平面上に位置するように基材２内部において配置されている。つまり、太陽電池内蔵建材１−５は、基材２内部に、複数の球状太陽電池素子３を厚さ方向と直交する平面上に間隔をあけて複数個配置するとともに厚さ方向に間隔をあけて複数個配置したものである。
【００３４】
次に、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−５の動作について説明する。なお、第３実施形態における太陽電池内蔵建材１−５の動作は、第２実施形態と同一であるので、その説明は省略或いは簡略化する。
【００３５】
例えば、太陽電池内蔵建材１−５を第１太陽電池ユニット１０の第１傾斜方向が午前の太陽Ｓｍから照射される太陽光Ｌｍの入射方向と平行となり、第２太陽電池ユニット１１の第２傾斜方向が午後の太陽Ｓｅから照射される太陽光Ｌｅの入射方向と平行となるように配置した場合は、傾斜方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合が最も小さくなる。つまり、太陽電池内蔵建材１−５に対しては、水平面において第１傾斜方向および第２傾斜方向が光の透光を重視する透光重視方向となる。ここで、太陽光Ｌｍは、一部が幅方向および上下方向に隣り合う第１太陽電池ユニット１０の間や第２太陽電池ユニット１１における球状太陽電池素子３の間を第１傾斜方向に通過することで基材２を透過し、室内に入射され、一部が球状太陽電池素子３により遮光され、球状太陽電池素子３が発電する。一方、太陽光Ｌｅは、一部が幅方向および上下方向に隣り合う第２太陽電池ユニット１１の間や第１太陽電池ユニット１０における球状太陽電池素子３の間を第２傾斜方向に通過することで基材２を透過し、室内に入射され、一部が球状太陽電池素子３により遮光され、球状太陽電池素子３が発電する。これにより、太陽電池内蔵建材１−５は、水平面において第１太陽電池ユニット１０の第１傾斜方向と平行に入射される太陽光および第２太陽電池ユニット１１の第２傾斜方向と平行に入射される太陽光に対して透過性が高く、発電量が低くなるが、上記第２実施形態における太陽電池ユニット９の傾斜方向と平行に入射される太陽光に対する透光性よりも低くなり、発電量が高くなる。つまり、第１傾斜方向および第２傾斜方向と平行な方向の太陽光に対しては、透光性と発電量とのバランスをとることができる。水平面において第１傾斜方向から厚さ方向に向かい、さらに第２傾斜方向に向かって第１，２太陽電池ユニット１０，１１を見る方向を変化させると、厚さ方向において隣り合う球状太陽電池素子３が一部重なり合った状態から、全部が重なり合った状態に移行し、再び一部が重なり合った状態となる。つまり、水平面において第１傾斜方向および第２傾斜方向と異なる方向から太陽電池ユニット１０，１１に向かう太陽光は、太陽電池ユニット１０，１１における複数の球状太陽電池素子３により遮光される比率が高くなり、透過する比率が低くなる。従って、太陽光Ｌｍ，Ｌｅの入射方向と異なる入射方向である太陽光Ｌｎの入射方向から基材２を見た場合における基材２に対する球状太陽電池素子３の占める割合（太陽光Ｌｎの入射方向から基材２を見た場合の基材２を１００％とした割合）が太陽光Ｌｍ，Ｌｅの場合と比較して高くなる。このことから、太陽電池内蔵建材１−５は、午前の太陽Ｓｍから照射される太陽光Ｌｍの入射方向と第１傾斜方向および午後の太陽Ｓｅから照射される太陽光Ｌｅの入射方向と第２傾斜方向が平行となるように配置すると、正午に透過性が低く、発電量が多くなり、午前、午後に透光性と発電量の両立を図るので、日差しの強い正午の採光を抑制し、昼の間中、発電することができるので、昼の間、時間に応じて発電量と透光性とを変化させることができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る太陽電池内蔵建材１−５は、太陽電池ユニット１０，１１を厚さ方向に対して傾斜した第１傾斜方向と第２傾斜方向に配置するので、第１傾斜方向および第２傾斜方向と異なる方向から太陽光のうち太陽電池ユニット１０，１１における複数の球状太陽電池素子３に向かう太陽光の大部分を太陽電池ユニット１０，１１における複数の球状太陽電池素子３により遮光することができるとともに、球状太陽電池素子３が球状であるので、板状の球状太陽電池素子と比較して透光性を確保することができる。従って、発電量と透光性の両立を図ることができる。
【００３７】
なお、実施形態では、太陽電池内蔵建材１−１〜１−５をカーテンウォール１００のユニット（壁部材）あるいはルーバーとして用いたが本発明はこれに限定されるものではなく、窓部材であってもよい。また、本実施形態では、太陽電池ユニット９，１０，１１における複数の球状太陽電池素子３を、厚さ方向から基材２を見た場合に、厚さ方向において隣り合う一方の球状太陽電池素子３と離れて配列しても良い。
【００３８】
また、上記各実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１−１〜１−５ 太陽電池内蔵建材
２ 基材
３ 球状太陽電池素子
４ 電線
５，９〜１１ 太陽電池ユニット
６〜８ 回転軸部材
１００ カーテンウォール
１０１ 枠部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する基材と、
前記基材内部に配置され、外表面が受光することにより発電する複数の球状太陽電池素子と、
を備え、
複数の前記球状太陽電池素子は、厚さ方向と直交する平面上および厚さ方向において間隔をあけて複数個配列されていることを特徴とする太陽電池内蔵建材。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池内蔵建材において、
複数の前記球状太陽電池素子は、厚さ方向から前記基材を見た場合に、厚さ方向において隣り合う少なくとも一方の前記球状太陽電池素子と離れているあるいは一部が重なり合うように配列されていることを特徴とする太陽電池内蔵建材。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽電池内蔵建材において、
厚さ方向において隣り合う複数の前記球状太陽電池素子が直線状に配列されることで太陽電池ユニットが複数形成されており、
前記太陽電池ユニットは、厚さ方向に対して傾斜している太陽電池内蔵建材。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽電池内蔵建材において、
第１傾斜方向に傾斜する第１太陽電池ユニットと、前記第１傾斜方向と厚さ方向を基準に線対称な第２傾斜方向に傾斜する第２太陽電池ユニットと有し、
前記第１太陽電池ユニットに対して、幅方向あるいは上下方向の少なくとも一方において、隣り合う２つの太陽電池ユニットのうち、一方が第１太陽電池ユニットであり、他方が第２太陽電池ユニットである太陽電池内蔵建材。
【請求項１】
透光性を有する基材と、
前記基材内部に配置され、外表面が受光することにより発電する複数の球状太陽電池素子と、
を備え、
複数の前記球状太陽電池素子は、厚さ方向と直交する平面上および厚さ方向において間隔をあけて複数個配列されていることを特徴とする太陽電池内蔵建材。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池内蔵建材において、
複数の前記球状太陽電池素子は、厚さ方向から前記基材を見た場合に、厚さ方向において隣り合う少なくとも一方の前記球状太陽電池素子と離れているあるいは一部が重なり合うように配列されていることを特徴とする太陽電池内蔵建材。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽電池内蔵建材において、
厚さ方向において隣り合う複数の前記球状太陽電池素子が直線状に配列されることで太陽電池ユニットが複数形成されており、
前記太陽電池ユニットは、厚さ方向に対して傾斜している太陽電池内蔵建材。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽電池内蔵建材において、
第１傾斜方向に傾斜する第１太陽電池ユニットと、前記第１傾斜方向と厚さ方向を基準に線対称な第２傾斜方向に傾斜する第２太陽電池ユニットと有し、
前記第１太陽電池ユニットに対して、幅方向あるいは上下方向の少なくとも一方において、隣り合う２つの太陽電池ユニットのうち、一方が第１太陽電池ユニットであり、他方が第２太陽電池ユニットである太陽電池内蔵建材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４６７９２（Ｐ２０１２−１４６７９２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４２１（Ｐ２０１１−３４２１）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（３０２０４５７０５）株式会社ＬＩＸＩＬ (949)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（３０２０４５７０５）株式会社ＬＩＸＩＬ (949)
【Ｆターム（参考）】
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