JP2004027661A - 太陽電池ブラインド - Google Patents

Abstract

【課題】ブラインドのスラットに配した太陽電池モジュールが部分的に日陰になった使用状態でも出力が極端に低下することがないようし、併せてモジュール間に配線した外部リード線の合理的な配線構造を提供する。
【解決手段】長尺なスラット１０を簾状に配列したブラインドを基体として、各段のスラットにシート状の薄膜太陽電池モジュール１１を組合せ、かつ各段の太陽電池モジュールから引出した出力端子１１ａ，１１ｂを出力リード線１８ａ，１８ｂに接続して太陽電池の出力を外部に取り出すようにした太陽電池ブラインドにおいて、太陽電池モジュールの裏面に補強板を接合してスラットを構成し、かつ太陽電池は、その素子に形成したユニットセルの長辺がスラットの幅方向に沿うような向きに配列する。また、外部リード線はブラインドのラダーコードを兼ねてスラットの中央部位に接続用端子箱１９を介して配線する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅，オフイスなどで室内の窓際に配置した日除け用のブラインドを基体として、そのスラットに太陽電池モジュールを組合せ、ブラインドに照射される太陽光のエネルギーを電気に変換して取り出すようにした太陽電池ブラインドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭記した太陽電池セルとして、在来のガラス基板に代わるフレシキブルなプラスチックシートを基板として、この基板上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）形の薄膜半導体層からなる光電変換素子，透明電極，接続電極をパターンニングして構成した薄膜太陽電池の開発が進められており、その一例として本発明の出願人よりＳＣＡＦ（Ｓｅｒｉｅｓ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ　ｏｎ　Ｆｉｌｍ）と名付けた集積形直列接続構造の薄膜太陽電池が特開平１０−２３３５１７号，特開２０００−２２３７２７号などで提案されている。
【０００３】
次に、前記提案になる薄膜太陽電池のセル構造を図６に示す。図において、１はシート状のプラスチック基板、２は光電変換層（アモルファスシリコン）、３は透明電極、４は基板１の上面に蒸着形成した光電変換層２の裏面電極、５はプラスチック基板１の裏面に蒸着した背面電極（接続電極）、６はプラスチック基板１を貫通して透明電極３と背面電極５との間を接続する集電ホール（スルーホール）、７は背面電極５と裏面電極４との間を接続する直列ホールであり、透明電極３，光電変換層２，および裏面電極４はセル分割溝８をレーザースクライブして複数の短冊状ユニットセルに分離されており、さらにこのユニットセルに対応してプラスチック基板１の背面電極５もセル分割溝９で分離されている。
【０００４】
かかる構成で、太陽光は透明電極３を透過して光電変換層２に入射し、各ユニットセル領域の光電変換層２に発生した電流は透明電極３に集められる。また、透明電極３は、集電ホール６→背面電極５→直列ホール７を経て隣接するユニットセルの裏面電極４に接続されており、これによりユニットセルの直列接続構造を形成している。
【０００５】
また、薄膜太陽電池を用いて構成した太陽電池モジュールとして、所要サイズに裁断したシート状の太陽電池の受光面側および裏面側にＥＶＡ樹脂などシート状の封止材を被覆して封止し、さらに受光面側には表面保護材として耐候性の高いシート状のＥＴＦＥ樹脂を被着したラミネートした構成のものが、特開平６−３５０１１７号公報などで公知である。
【０００６】
前記のプラスチックフィルム基板形の薄膜太陽電池は、電池製造のための材料入手の制約が少なく、量産性（Ｒｏｌｌ　ｔｏ　Ｒｏｌｌ　方式）　にも優れており、さらにこの薄膜太陽電池を前記のように樹脂封止材，表面保護材で封止した構成になる太陽電池モジュールは、軽量かつ柔軟性があることから、その特長を活かして様々な用途への応用が提案されている。その応用例の一つとして住宅，オフイスなどで窓際に取付けて使用する日除け用のブラインドに太陽電池モジュールを組合せて電力を取り出すようにした太陽電池ブラインドが、特開２０００−３４０８２４号公報で知られている。
【０００７】
この太陽電池ブラインドは、ブラインドの主要構成部品であるスラット（遮光板，遮光羽根とも言う）の板面（太陽光が当たる側の面）に前記したシート状の薄膜太陽電池モジュールを布設するとともに、この太陽電池モジュールを各段のスラットに跨がって別置の分散電源（商用電源系統に連系する太陽電池モジュールの電源回路）との間に配線した出力リード線に並列接続し、ブラインドを下ろした使用状態で太陽光の照射を受けた太陽電池モジュールから電気出力を取り出すようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようにブラインドを基体としてそのスラットに太陽電池モジュールを布設した構成の太陽電池ブラインドで、その太陽電池の機能を十分に生かすには次記のような課題がある。
【０００９】
すなわち、周知のようにブラインド（横型）は、下端に配したボトムレールと組合せて上下平行に配列した複数枚の長尺なスラットを角度調節用のラダーコード，昇降コードに連繋してヘッドボックス（スラットの昇降，角度調節のドライブ機構を内蔵している）に吊り下げた構成で、ブラインドの利用者は太陽の高さ，および室内への採光を勘案してスラットの角度を調節するようにしている。
【００１０】
この場合に、各段のスラットを全て縦向きに調節してブラインドを閉じた使用状態（室内への採光を遮光した状態）では、スラットの表面に布設した太陽電池モジュールの全面域に太陽光が均等に照射する。これに対して、室内への採光を考慮してスラットを縦向きから傾斜した向きに角度調節すると、スラットの一部面域がその上段に並ぶスラットの陰になって太陽光が当たらない日陰の部分が生じる。この日陰となる面域と太陽光の照射する面域との割合は、太陽の高さとスラットの調節角度によって様々に変わる。
【００１１】
一方、先記した薄膜太陽電池は、先述のように光電変換素子をアレイ状に配列した短冊形ユニットセルに分割して直列接続した構造になる。ここで、個々のユニットセルについて見ると、そのセル領域の一部が日陰となって太陽光が当たらない状態になると、当然のことながらユニットセルに入射する太陽光の光量が減少して出力が低下するが、ユニットセルの全面域が日陰になると自由電子，自由ホールの発生がなくて出力がゼロとなるとともに、そのユニットセル自身がシリコン材料，電極材料の電気抵抗により大きな内部抵抗を呈するようになる。
【００１２】
したがって、ユニットセルの直列接続構造になる薄膜太陽電池で、アレイ状に並ぶ各ユニットセルが局部的に日陰になった状態では、太陽電池全体では日陰になる面域の割合に応じて出力が低下するだけで済むが、一部のユニットセルが全て日陰になると、残りのユニットセルに太陽光が照射しても、日陰になったユニットセルの抵抗により太陽電池モジュール全体の出力が極端に低下して太陽電池としての機能を発揮できなくなる。
【００１３】
また、前記した太陽電池の出力低下の問題とは別に、ブラインドの各スラットに布設した太陽電池モジュールの出力を外部に取り出すためのリード線の配線にも十分な配慮が必要である。すなわち、出力リード線がブラインドの端部に剥き出しに配線されていると、ブラインドの美観を損なうのみならず、ブラインドの取扱い時に物が当たってリード線が断線したり接続端子から外れたりするなどの電気的なトラブルを引き起こすおそれがある。
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、ブラインドのスラット角度調節により太陽電池モジュールが部分的に日陰になった使用状態でも、太陽電池モジュールの出力が極端に低下することがないように配慮し、併せてスラットの間に跨がって太陽電池モジュールに配線した外部リード線の配線構造について、ブラインドの美観を損なうことのないようにした太陽電池ブラインドを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、複数枚の長尺なスラットを簾状に配列して角度調節用のラダーコード，昇降コードに連繋した構成のブラインドを基体として、前記スラットに太陽電池モジュールを組合せ、かつ各段のスラットに跨がり太陽電池モジュールの間を接続して出力を外部に取り出すようにした太陽電池ブラインドであって、前記太陽電池モジュールがシート状の太陽電池を封止材，表面保護材で封止した構成で、かつ太陽電池がその光電変換素子を複数に分割してアレイ状に配列した短冊形ユニットセルの直列接続構造になるものにおいて、
前記スラットを太陽電池モジュールの裏面に補強板を接合して構成し、かつ太陽電池モジュールの太陽電池を、そのユニットセルの長辺がスラットの幅方向に沿うような向きに配列させて構成する（請求項１）ものとし、ここで、前記の太陽電池は、プラスチックフィルムを基板として、その受光面側に光電変換素子を形成した薄膜太陽電池を採用する（請求項２）。
【００１６】
上記構成によれば、ブラインドを下ろした使用状態でスラット角度の調節により、太陽電池モジュールの面域一部がその上段に並ぶスラットの陰になって太陽光の当たらない部分が生じても、太陽電池における個々のユニットセルついて見ると、短冊形のユニットセルの長辺がスラットの幅方向に沿ってアレイ状に配列しているのでセル面の全域が日陰となることはない。したがって、太陽電池モジュールの出力は日陰になる面域の割合に相応して低下するが、直列接続されたユニットセルのうち完全に日陰になるユニットセルはないので全体の出力が極端に低下して太陽電池が機能しなくなる不具合を回避できる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記構成になる太陽電池ブラインドの実施態様として、各段のスラットに布設した太陽電池モジュールの相互間に接続する外部リード線の配線構造を次記のように構成するものとする。
【００１８】
（１）スラットごとに太陽電池モジュールの出力端子をスラットの長手方向の中央部に引出した上で、その出力端子を各段のスラットに跨がって配線した出力リード線に並列接続する（請求項３）。
【００１９】
（２）　前項（１）　において、出力リード線をブラインドのラダーコードを兼ねた絶縁被覆導線として、太陽電池の＋極，−極に対応する出力リード線をスラットの幅方向の両サイドに開口した貫通穴を通して配線する（請求項４）。
【００２０】
（３）　前項（２）　において、出力リード線がスラットを貫通する箇所に接続用端子箱を取付け、該接続端子箱を介して太陽電池モジュールから引出した出力端子を出力リード線に接続する（請求項５）。
【００２１】
（４）　前項（１）　〜（３）　において、各段のスラットおける太陽電池モジュールの太陽電池をスラットの長手方向で２組の素子に分け、かつ前記素子の間をモジュール内で並列，もしくは直列に接続した上で、その出力端子を出力リード線に接続する（請求項６）。
【００２２】
上記のように外部リード線をスラットの中央部を通して配線し、ここでそのリード線をブラインドのスラット角度調節用ラダーコードと兼用としたことにより、ブラインドとしての美観，スラットの角度調節機能を損なうことなく、かつブラインドの取扱い上でも安全な位置に外部リード線を配線することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。
【００２４】
まず、図１に太陽電池ブラインドの全体構造を示す。図において、１０は上下段に並べて簾状に配した長尺なスラット（遮光板）、１１は補強板（後記する）と組合せてスラット１０を構成した太陽電池モジュール、１２はブラインドのヘッドボックス（スラット１０の角度調整，昇降ドライブ機構などが内蔵されている）、１３はブラインドの最下段に配したボトムレールであり、各段のスラット１０は左右両端，および中央に配した３本の昇降コード１４，および角度調節用のラダーコード１５を介してヘッドボックス１２に吊り下げ支持されている。ここで、昇降コード１４はスラット１０に穿孔した穴１０ａに通してボトムレール１３に連結され、ラダーコード１５は各段のスラット１０に対してその幅方向（図中に表した座標軸のＹ軸方向）の両サイドに結合されている。なお、１６はブラインドの昇降操作コード、１７はスラット角度調節用の操作レバーである。
【００２５】
また、詳細を後記するように、太陽電池モジュール１１の＋極，−極の出力端子１１ａ，１１ｂは、スラット１０の長手方向（図中に表した座標軸のＸ軸方向）の中央部に引出し、この位置で各段のスラット１０に跨がって配線した＋極，−極に対応する出力リード線１８ａ，１８ｂに接続用端子箱１９を介して接続されている。なお、図示実施例では、出力リード線１８ａ，１８ｂを可撓性の絶縁被覆導線とし、ブラインドのラダーコードを兼ねてスラット１０の幅方向の両サイドに前記の接続用端子箱１９を介して固定し、さらにリード線の上端をケーブル２０に接続してヘッドボックス１２から外部に引出し、図示されてない分散電源に接続するようにしている。
【００２６】
次に、スラット１０に組付けた太陽電池モジュール１１の構造を図２（ａ）　〜（ｄ）　に示す。すなわち、シート状の太陽電池モジュール１１の裏面側（受光面と反対側）に、例えば塗装鋼板（厚さ０．３ｍｍ）あるいは硬質樹脂板，アルミ合金板などで作られた補強板２１を貼り合わせてスラット１０を構成している。また、太陽電池モジュール１１は、スラット１０の外形寸法に対応して裁断した薄膜太陽電池２２の表裏両面を一回りサイズの大きな封止材２３（厚さ０．４ｍｍのＥＡＶ樹脂）で被覆し、さらに受光面側には表面保護材２４（厚さ２５μｍのＥＴＦＥ樹脂）を貼り合わせてラミネートした構造になる。
【００２７】
ここで、図示例の太陽電池モジュール１１では、薄膜太陽電池２２が左右に並ぶ２組の素子２２−１，２２−２に分割されており、かつ図２（ｃ），（ｄ）　で表すように各組の素子２２−１，２２−２にパターン形成して直列接続した短冊形ユニットセル２２ａのアレイについて（ユニットセルの直列接続構造については図６のセル構造で述べた通りである）、各ユニットセル２２ａの長辺がスラット１０の幅方向（図中に表した座標軸のＹ軸方向）に沿って配列するような向きに設定されている。また、前記素子２２−１と２２−２とは内部配線２２ｂを介して直列に接続した上で、モジュールの＋極，−極に対応する出力端子１１ａ，１１ｂを左右に並ぶ素子２２−１と２２−２の中間位置に引出している。
【００２８】
なお、図３は前記した左右２組の素子２２−１と２２−２を、内部配線２２ｂを介して並列に接続した太陽電池の応用実施例を示すものである。すなわち、スラット１０の長さ寸法が長い大形ブラインドでは、その長さ方向で二分した太陽電池の素子２２−１，２２−２の長さ、したがってユニットセル２２ａの直列接続数が多くなって所要の出力電圧が得られるので並列接続が可能である。
【００２９】
次に、前記した太陽電池ブラインドの使用状態で、スラット１０の角度調節によって太陽電池モジュール１１の一部に太陽光の当たらない日陰部分が生じた場合の動作状況を図４（ａ）　〜（ｃ）　で説明する。すなわち、各段のスラット１０を図４（ａ）　で示すような角度に調節した状態では、スラット１０の上面一部が上段に並ぶスラット１０の陰になって太陽光の当たらない日陰が生じる。なお、図中のＡは太陽光の当たる面域を、Ｂは日陰となった面域を表している。
【００３０】
また、図４（ｂ）　は、図２で述べたように太陽電池の素子２２−１，２２−２に形成した短冊形ユニットセル２２ａのアレイについて、そのユニットセル２２ａの長辺がスラット１０の幅方向（図中に表した座標軸のＹ軸方向）に沿って配列するように設定した太陽電池モジュール１０を、図４（ｃ）　は比較例としてユニットセル２２ａをスラット１０の長さ方向（図中に表した座標軸のＸ方向）と平行に配列した太陽電池モジュール１０について、モジュールの一部が日陰になった状態を表している。
【００３１】
この図から判るように、図４（ｂ）　の太陽電池モジュールでは、左右に配列したユニットセル２２ａのアレイについて、各ユニットセルは一部面域Ｂが日陰になるだけで、残り面域Ａには太陽光が照射されるので、太陽電池モジュール１０は日陰面域の分だけ出力低下するものの太陽電池として正常に機能する。これに対して、図４（ｃ）　のようにユニットセル２２ａのアレイを前後に配列した構成では、スラットの後列側に並ぶユニットセル２２ａが完全に日陰に入ってしまう。このために、先述のように日陰になった後列側のユニットセル２２ａには自由電子，自由ホールの発生がなく、ユニットセルがその内部抵抗により大きな電気抵抗体として振る舞い、その結果として太陽電池モジュールの出力が極端に低下してしまう。かかる点、太陽電池２２のユニットセルのパターンを図２で述べた配置とすることで、スラット１０の一部が日陰になっても太陽電池モジュールの出力が極端に低下することが防げる。
【００３２】
次に、図１に示した太陽電池モジュール１１の出力端子１１ａ，１１ｂと外部リード線１８ａ，１８ｂとを接続する端子箱１９の詳細構造，およびその接続作業の手順を図５で説明する。すなわち、接続用端子箱１９は下部ケース１９−１と上部カバー１９−２に２分割してビス１９ａで締結する組立体で、その下部ケース１９−１の内部にはリード線のクランプ１９ｂ，接続端子１９ｃを組み込んだ構成になる。
【００３３】
そして、太陽電池モジュール１１の出力端子１１ａ，１１ｂを、スラット１０を貫通して上下に配線した出力リード線１８ａ，１８ｂに接続するには、図示のようにスラット１０を挟んで接続用端子箱１９の下部ケース１９−１およびカバー１９−２をあらかじめリード線に通した上で、下部ケース１９−１をスラット１０の下面側に当てがい、この位置で出力リード線（絶縁被覆導線）１８ａ，１８ｂをクランプ１９ｂで固定する。次に、出力リード線の芯線１８−１を局部的に剥き出し、ここに接続端子１９ｃの一端をはんだ付けし、さらに接続端子１９ｃの他端に太陽電池モジュール１１の出力端子１１ａ，１１ｂを半田付けした後、下部ケース１９−１の内部１９ｄに絶縁充填材（樹脂）を注入して前記の接続箇所を樹脂封止する。次に、カバー１９−２を下ろしてスラット１０の上に重ね合わせた上で、下部ケース１９−１とカバー１９−２の間をビス１９ａで締結する。この接続を図１に示した各段のスラット１０について行い、出力リード線１８ａ，１８ｂに各段の太陽電池モジュール１１を並列接続する。
【００３４】
なお、図示実施例の太陽電池ブラインドは、横型ブラインドを基体として説明したが、縦型ブラインドでも同様に実施適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複数枚の長尺なスラットを簾状に配列して角度調節用のラダーコード，昇降コードに連繋した構成のブラインドを基体として、前記スラットに太陽電池モジュールを組合せ、かつ各段のスラットに跨がり太陽電池モジュールの間を接続して出力を外部に取り出すようにした太陽電池ブラインドであって、前記太陽電池モジュールがシート状の太陽電池を封止材，表面保護材で封止した構成で、かつ太陽電池がその光電変換素子を複数に分割してアレイ状に配列した短冊形ユニットセルの直列接続構造になるものにおいて、前記スラットを太陽電池モジュールの裏面に補強板を接合して構成し、かつ太陽電池モジュールの太陽電池を、そのユニットセルの長辺がスラットの幅方向に沿うような向きに配列させたことにより、
ブラインドを下ろした使用状態でスラット角度の調節により、太陽電池モジュールの面域一部がその上段に並ぶスラットの陰になって太陽光の当たらない部分が生じても、太陽電池モジュールの出力が極端に低下するような不具合を防止できる。
【００３６】
また、本発明の請求項３〜５の構成を採用することで、ブラインドの美観，スラットの角度調節機能を損なうことなく、かつブラインドの取扱い上でも安全な位置に外部リード線を配線することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による太陽電池ブラインドの構成斜視図
【図２】図１における太陽電池モジュールの構成図で、（ａ）　は平面図、（ｂ）　は（ａ）　の矢視Ｘ−Ｘ断面図、（ｃ），（ｄ）　はそれぞれ模式的に表した太陽電池ユニットセルのパターン図，および接続回路図
【図３】図２（ｄ）　に対応する別な実施例の模式図
【図４】スラットの角度調節により太陽電池モジュールの一部が日陰となった使用状態を模式的に表した図で、（ａ）　は側視図、（ｂ）　は図２（ｃ）　に対応する太陽電池モジュールの平面図、（ｃ）　は比較例として太陽電池のユニットセルを前後列に配置した太陽電池モジュールの平面図
【図５】図１における太陽電池モジュールの出力端子と出力リード線とを接続する接続用端子箱の詳細構造図
【図６】薄膜太陽電池のセル構造図
【符号の説明】
１　　プラスチック基板
２　　光電変換層
３　　透明電極
１０　　ブラインドのスラット
１１　　太陽電池モジュール
１１ａ，１１ｂ　出力端子
１４　　昇降コード
１５　　ラダーコード
１８ａ，１８ｂ　出力リード線
１９　　接続用端子箱
２１　　補強板
２２　　太陽電池
２２ａ　ユニットセル

Claims (6)

1. 複数枚の長尺なスラットを簾状に配列して角度調節用のラダーコード，昇降コードに連繋した構成のブラインドを基体として、前記スラットに太陽電池モジュールを組合せ、かつ各段のスラットに跨がり太陽電池モジュールの間を接続して出力を外部に取り出すようにした太陽電池ブラインドであって、前記太陽電池モジュールがシート状の太陽電池を封止材，表面保護材で封止した構成で、かつ太陽電池がその光電変換素子を複数に分割してアレイ状に配列した短冊形ユニットセルの直列接続構造になるものにおいて、
   前記スラットを太陽電池モジュールの裏面に補強板を接合して構成し、かつ太陽電池モジュールの太陽電池を、そのユニットセルの長辺がスラットの幅方向に沿うような向きに配列させたことを特徴とする太陽電池ブラインド。
2. 請求項１記載の太陽電池ブラインドにおいて、太陽電池が、プラスチックフィルムを基板として、その受光面側に光電変換素子を形成した薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽電池ブラインド。
3. 請求項１記載の太陽電池ブラインドにおいて、スラットごとに太陽電池モジュールの出力端子をスラットの長手方向の中央部に引出した上で、その出力端子を各段のスラットに跨がって配線した出力リード線に並列接続したことを特徴とする太陽電池ブラインド。
4. 請求項３記載の太陽電池ブラインドにおいて、出力リード線をブラインドのラダーコードを兼ねた絶縁被覆導線として、太陽電池の＋極，−極に対応する出力リード線をスラットの幅方向の両サイドに開口した貫通穴を通して配線したことを特徴とする太陽電池ブラインド。
5. 請求項４記載の太陽電池ブラインドにおいて、出力リード線がスラットを貫通する箇所に接続用端子箱を取付け、該接続端子箱を介して太陽電池モジュールから引出した出力端子を出力リード線に接続したことを特徴とする太陽電池ブラインド。
6. 請求項３ないし５のいずれかの項に記載の太陽電池ブラインドにおいて、各段のスラットおける太陽電池モジュールの太陽電池をスラットの長手方向で２組の素子に分け、かつ前記素子の間をモジュール内で並列，もしくは直列に接続した上で、その出力端子を出力リード線に接続したことを特徴とする太陽電池モジュール。

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