JP2010137809A

JP2010137809A - 車両上部構造

Info

Publication number: JP2010137809A
Application number: JP2008318306A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Suga; 義訓菅
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: JP5338295B2

Abstract

【課題】構成を複雑化することなく、発電効率を向上することができる車両上部構造を提供すること。
【解決手段】車両上部構造１０は、車両のフロントウインド２の上部６に設置される太陽電池セル１２を備える。該太陽電池セル１２は、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の窓に設置される太陽電池セルを備える車両上部構造に関する。

従来から、車両のサンルーフに設置され車室外側からの光を受光して電気エネルギーに変換する第１の太陽電池セルと、車両のサンルーフに設置され車室内側からの光を受光して電気エネルギーに変換する第２の太陽電池セルとを備える車両上部構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。第１及び第２の太陽電池セルには同軸的に複数の貫通孔が設けられ、複数の貫通孔を通過した光が反射材によって反射され、第２の太陽電池セルを照射している。

また、車両のサンルーフのうち太陽電池セルの受光面以外の部分にマスキング層を形成し、太陽電池セルの配線接続を隠す技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−６７４７２号公報実開平６−３９９３５号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の車両上部構造において、第１及び第２の太陽電池セルが車両外側及び車両内側の両側から受光する光量は、貫通孔のない第１の太陽電池セルが車両外側から受光する光量と略等しい。従って、上記特許文献１記載の車両上部構造は、発電効率を向上することが困難である。また、上記特許文献１記載の車両上部構造は、第１及び第２の太陽電池セルを貫通する複数の貫通孔、及び反射材が必要になるので、構成が複雑化する。

また、上記特許文献２記載の技術を上記特許文献１記載の車両上部構造に適用しても、発電効率を向上することは困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、構成を複雑化することなく、発電効率を向上することができる車両上部構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の車両上部構造は、車両のフロントウインドの上部、及び／又は、リヤウインドの上部に設置される太陽電池セルを備える。該太陽電池セルは、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する。

本発明によれば、構成を複雑化することなく、発電効率を向上することができる車両上部構造を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。尚、各図中、矢印方向ＵＰは車両上方方向、矢印方向ＦＲは車両前方方向を示す。

図１は、本発明の実施例１の車両上部構造の構成を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。車両上部構造１０は、フロントウインド２を備える。フロントウインド２は、太陽からの直射光を車両前方から車室内へ取り込むものであって、車両上下方向に対して斜めに傾斜する傾斜部４と、傾斜部４の上端から車両後方方向に延びる上部（水平部）６とを含み構成される。

車両上部構造１０は、フロントウインド上部６に設置される複数の太陽電池セル１２と、複数の太陽電池セル１２から電気を取り出す出力端子１４と、封止層１６と、保護層１８と、サイドシール層２０とを備える。

太陽電池セル１２は、フロントウインド上部６と対向するように、フロントウインド上部６に対して車室内側に設置されている。この場合、フロントウインド上部６は、太陽電池セル１２を雨水や塵埃等から保護する保護層として機能する。

太陽電池セル１２は、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する。太陽電池セル１２は、周知の構成であってよく、例えば両面受光型の単結晶シリコン太陽電池セルを含み構成される。両面受光型の単結晶シリコン太陽電池セルは、チップの両面にｐｎ接合を有し、チップの両面で光を受光して電気エネルギーに変換する。

尚、実施例１の太陽電池セル１２は、両面受光型の単結晶シリコン太陽電池セルとしたが、片面受光型の単結晶シリコン太陽電池セルを２枚貼り合わせた構成であってもよい。また、多結晶型やアモルファス型であってもよい。単結晶型は光電変換効率（発電率）に優れ、一方、アモルファス型は温度上昇による効率低下が小さい。また、ＧａＡｓ等の無機化合物や有機色素等の有機化合物を用いた太陽電池セルであってもよく、太陽電池セル１２の種類に制限はない。

封止層１６は、太陽電池セル１２を封止し、太陽電池セル１２を水分や酸素による劣化から保護する層である。封止層１６には、透光性の材料が用いられ、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレン（ＰＥ）が用いられる。

保護層１８は、封止層１６の車室内側に設置され、太陽電池セル１２を外力から保護する層である。保護層１８には、透光性の材料が用いられ、例えばポリカーボネート基板が用いられる。ポリカーボネート基板は、車室外側にゾルゲル法によってハードコーティング加工（例えば、鉛筆硬度３Ｈ）が施され、封止層１６側にコロナ放電処理によって表面官能基化処理が施される。表面官能基化処理によって、封止層１６との密着性を高めることができる。

サイドシール層２０は、フロントウインド上部６と保護層１８との間に介装され封止層１６の外周を囲む層である。サイドシール層２０は、封止層１６と同様に、太陽電池セル１２を水分や酸素による劣化から保護する。サイドシール層２０には、例えばポリエーテルケトン（ＰＥＫ）が用いられる。

次に、車両上部構造１０の製造方法の一例について説明する。先ず、フロントウインド上部６の車室内側に、順次、エチレン酢酸ビニル共重合体フィルム（例えば、厚さ４００μｍ）、複数の太陽電池セル１２及び出力端子１４を電気的に接続したストリング、エチレン酢酸ビニル共重合体フィルム（例えば、厚さ４００μｍ）、ポリカーボネート基板を配置する。次いで、真空ラミネート処理（例えば、温度１４０℃、圧力１０ｋＰａ）によって、フロントウインド上部６の車室内側に、順次、封止層１６、複数の太陽電池セル１２、封止層１６、保護層１８を一体成形する。最後に、フロントウインド上部６と保護層１８との間に、ポリエーテルケトンを充填し熱硬化してサイドシール層２０を形成する。

次に、車両上部構造１０の作用・機能について図２を参照して説明する。車両上部構造１０は、上述の如く、フロントウインド上部６に設置される太陽電池セル１２を備える。太陽電池セル１２は、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する。太陽電池セル１２の車室外側には、太陽からの直射光が入射する。一方、太陽電池セル１２の車室内側には、フロントウインド傾斜部４から車室内へ入射しインストルメントパネル上部８等で反射された反射光が入射する。

仮に、太陽電池セル１２がサンルーフに設置される場合、太陽電池セル１２の車室内側の入射光の光量が十分でなく、発電効率が低下する。また、仮に、従来例と同様に、太陽電池セル１２を貫通する複数の貫通孔、及び、複数の貫通孔を通過した光を太陽電池セル１２の車室内側へ反射する反射材を設けると、構成が複雑化する。

一方で、実施例１の車両上部構造１０は、太陽電池セル１２がフロントウインド上部６に設置されるので、フロントウインド傾斜部４から車室内へ入射しインストルメントパネル上部８等で反射された反射光が太陽電池セル１２の車室内側に入射する。従って、構成を複雑化することなく、発電効率を高めることができる。

また、実施例１の車両上部構造１０は、太陽電池セル１２がフロントウインド上部６に設置されるので、太陽電池セル１２において発生した熱がフロントウインド２へ拡散する。即ち、フロントウインド２が大面積の放熱板として機能する。これにより、太陽電池セル１２の温度上昇を抑制することができ、温度上昇に伴う光電変換効率（発電率）の低下を抑制することができる。ひいては、太陽電池セル１２として、光電変換効率（発電率）の高いが、熱に弱く、温度上昇によって効率低下を招き易い単結晶シリコン太陽電池セルを用いることができ、発電効率を高めることができる。

図３は、本発明の実施例２の車両上部構造の構成を示す断面図であり、図２に相当する断面図である。以下、車両上部構造１０Ａの構成について説明するが、図２の車両上部構造１０と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

車両上部構造１０Ａは、フロントウインド２Ａを備える。フロントウインド２Ａは、図２のフロントウインド２と異なり、２枚のガラス板２Ａ−１、２Ａ−２を貼り合わせた合わせガラスである。２枚のガラス板２Ａ−１、２Ａ−２の間にはスペーサ（図示せず）が介装され、中空部を気密に封止している。フロントウインド２Ａは、図２のフロントウインド２と同様に、車両上下方向に対して斜めに傾斜する傾斜部４Ａと、傾斜部４Ａの上端から車両後方方向に延びる上部６Ａとを備える。

車両上部構造１０Ａは、図２の車両上部構造１０と同様に、太陽電池セル１２と、出力端子１４と、封止層１６とを備える。太陽電池セル１２は、フロントウインド上部６Ａに設置され、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する。

太陽電池セル１２は、フロントウインド上部６Ａと対向するように、フロントウインド上部６Ａの中空部に設置されている。中空部は気密に封止されているので、図２のサイドシール層２０が不要となる。また、中空部は、気密に封止されているので、太陽電池セル１２を水分や酸素から確実に保護することができる。

尚、２枚のガラス板２Ａ−１、２Ａ−２を接合する形態としては、この他にも太陽電池セル１２を封止する封止層１６と同じ樹脂材料を用いて中空部を充填してもよい。

太陽電池セル１２に対して車室外側のガラス板２Ａ−１は、太陽電池セル１２を雨水や塵埃等から保護する保護層として機能する。一方、太陽電池セル１２に対して車室内側のガラス板２Ａ−２は、太陽電池セル１２を外力から保護する図２の保護層１８として機能する。従って、図２の保護層１８が不要となる。

上述の如く、図２の保護層１８の代わりに、水分や酸素透過性の比較的低いガラス板２Ａ−２を用いることで、太陽電池セル１２を水分や酸素から確実に保護することができる。

また、図２の保護層１８の代わりに、高熱伝導率、大面積のガラス板２Ａ−２を用いることで、太陽電池セル１２で発生した熱をガラス板２Ａ−２に拡散することができる。これにより、実施例１と比較して更に太陽電池セル１２の温度上昇を抑制することができ、温度上昇による光電変換効率（発電率）の低下を抑制することができる。ひいては、太陽電池セル１２として、光電変換効率（発電率）の高い単結晶シリコン太陽電池セルを用いることができる。

車両上部構造１０Ａは、図２の車両上部構造１０と異なり、マスキング層３０を備える。マスキング層３０は、複数の太陽電池セル１２に対応する部分の間を太陽電池セル１２と識別困難な色でマスクする。尚、マスキング層３０は、複数の太陽電池セル１２に対応する部分に、太陽電池セル１２への入射光を通過させる開口部３２を備える。ここで、太陽電池セル１２に対応する部分とは、太陽電池セル１２をマスキングの対象物２Ａ−２と直交する方向に沿ってマスキングの対象物２Ａ−２に投影させた部分を意味する。マスキング層３０は、例えばセラミックス印刷によって形成される。

マスキング層３０の色調は、太陽電池セル１２の色調に近いことが好ましい。具体的には、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、太陽電池セル１２の色を（Ｌ１、ａ１、ｂ１）とし、マスキング層３０の色を（Ｌ２、ａ２、ｂ２）とすると、｜ａ１−ａ２｜及び｜ｂ１−ｂ２｜がそれぞれ１５０以下、好ましくは１００以下、更に好ましくは７０以下である。

マスキング層３０によって複数の太陽電池セル１２に対応する部分の間をマスクすることで、複数の太陽電池セル１２の間を接続する配線等を外部視認困難とすることができ、デザイン性を高めることができる。

また、配線等を外部視認困難とするため、太陽電池セル１２を接続するインターコネクタにも黒色塗装を施した方が良い。

このように、実施例２の車両上部構造１０Ａは、太陽電池セル１２がフロントウインド２Ａの中空部に設置されるので、太陽電池セル１２を水分や酸素から確実に保護することができる。また、太陽電池セル１２の温度上昇を抑制することができ、温度上昇に伴う光電変換効率（発電率）の低下を抑制することができる。ひいては、太陽電池セル１２として、光電変換効率（発電率）の高い単結晶シリコン太陽電池セルを用いることができ、発電効率を高めることができる。

また、実施例２の車両上部構造１０Ａは、複数の太陽電池セル１２に対応する部分の間を太陽電池セル１２と識別困難な色でマスクするマスキング層３０を備えるので、太陽電池セル１２の配線接続を隠すことができ、デザイン性を高めることができる。

図４は、本発明の実施例３の車両上部構造の構成を示す断面図であり、図２に相当する断面図である。以下、車両上部構造１０Ｂの構成について説明するが、図２の車両上部構造１０と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

車両上部構造１０Ｂは、図２の車両上部構造１０と同様に、太陽電池セル１２と、出力端子１４と、封止層１６と、保護層１８と、サイドシール層２０とを備える。太陽電池セル１２は、フロントウインド上部６に設置され、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する。

また、車両上部構造１０Ｂは、図２の車両上部構造１０と異なり、太陽電池セル１２と車両の金属製の天井板４０とを接続する伝熱板５０を備える。伝熱板５０は、複数の太陽電池セル１２に対応する部分のうち外周縁を除く部分に、太陽電池セル１２への入射光を通過させる開口部５２を備える。ここで、太陽電池セル１２に対応する部分とは、太陽電池セル１２を伝熱板５０と直交する方向に沿って伝熱板５０に投影させた部分を意味する。例えば、伝熱板５０は、太陽電池セル１２の車室内側と天井板４０とを接続している。

伝熱板５０は、高熱伝導率の板状部材（例えば、厚さ０．１ｍｍ）であって、例えば銅板等の金属板、或いは窒化アルミニウム等のセラミックス板が用いられる。伝熱板５０と天井板４０とは、溶接やロウ付け等によって接合されている。

伝熱板５０を介して太陽電池セル１２において発生した熱が天井板４０へ拡散するので、太陽電池セル１２の温度上昇を抑制することができ、温度上昇に伴う光電変換効率（発電率）の低下を実施例１と比較して更に抑制することができる。ひいては、太陽電池セル１２として、光電変換効率（発電率）の高い単結晶シリコン太陽電池セルを用いることができる。

伝熱板５０の両面のうち外部視認可能な部分には、太陽電池セル１２と識別困難な色のマスキング層３０Ｂが形成されている。マスキング層３０Ｂは、例えば不透明色（例えば黒色）の塗料を塗布し自然乾燥して形成される。この場合、セラミックス印刷によって形成する場合に比較して、加熱処理が不要となるので、コストの低減、歩留まりの向上を図ることができる。

このように、実施例３の車両上部構造１０Ｂは、太陽電池セル１２と車両の金属製の天井板４０とを接続する伝熱板５０を備えるので、太陽電池セル１２の温度上昇を抑制することができ、温度上昇に伴う光電変換効率（発電率）の低下を抑制することができる。ひいては、太陽電池セル１２として、光電変換効率（発電率）の高い単結晶シリコン太陽電池セルを用いることができ、発電効率を高めることができる。

また、実施例３の車両上部構造１０Ｂは、伝熱板５０の両面にマスキング層３０Ｂを備えるので、太陽電池セル１２の配線接続を隠すことができ、デザイン性を高めることができる。

図５は、本発明の実施例４の車両上部構造の構成を示す断面図であり、図２に相当する断面図である。以下、車両上部構造１０Ｃの構成について説明するが、図２の車両上部構造１０と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

車両上部構造１０Ｃは、図２の車両上部構造１０と同様に、太陽電池セル１２と、出力端子１４と、封止層１６と、保護層１８と、サイドシール層２０とを備える。太陽電池セル１２は、フロントウインド上部６に設置され、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する。

また、車両上部構造１０Ｃは、図２の車両上部構造１０と異なり、フロントウインド２の外面（車室外側面）のうち太陽電池セル１２に対応する部分６４及び該部分６４の周辺部分６２が粗面である。ここで、太陽電池セル１２に対応する部分６４とは、太陽電池セル１２をフロントウインド２と直交する方向に沿ってフロントウインド２に投影させた部分である。

フロントウインド２の粗面加工には、品質の安定性の観点から、サンドブラスト加工が好適に用いられる。

図６は、図５の一部拡大図である。フロントウインド２の外面のうち周辺部分６２が粗面であるので、図６に示すように、前方散乱が起こり、太陽電池セル１２の車室外側の入射光の光量を増やすことができる。従って、発電効率を高めることができる。

また、フロントウインド２の外面のうち太陽電池セル１２に対応する部分６４が粗面であるので、アンチグレア効果によって誘電体反射を抑制することができ、太陽電池セル１２の車室外側の入射光の光量を増やすことができる。従って、発電効率を高めることができる。

このように、実施例４の車両上部構造１０Ｃは、フロントウインド２の外面のうち太陽電池セル１２に対応する部分６４及び該部分６４の周辺部分６２が粗面であるので、太陽電池セル１２の車室外側の入射光の光量を増やすことができ、発電効率を高めることができる。

図７は、本発明の実施例５の車両上部構造の構成を示す斜視図であり、図２に相当する断面図である。以下、車両上部構造１０Ｄの構成について説明するが、図２の車両上部構造１０と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

車両上部構造１０Ｄは、リヤウインド７２を備える。リヤウインド７２は、太陽からの直射光を車両後方から車室内へ取り込むものであって、車両上下方向に対して斜めに傾斜する傾斜部７４と、傾斜部７４の上端から車両前方方向ＦＲに延びる上部（水平部）７６とを備える。

車両上部構造１０Ｄは、図２の車両上部構造１０と同様に、太陽電池セル１２と、出力端子１４と、封止層１６と、保護層１８と、サイドシール層２０とを備える。太陽電池セル１２は、リヤウインド上部７６に設置され、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する。

太陽電池セル１２は、リヤウインド上部７６と対向するように、リヤウインド上部７６に対して車室内側に設置されている。この場合、リヤウインド上部７６は、太陽電池セル１２を雨水や塵埃等から保護する保護層として機能している。

次に、車両上部構造１０Ｄの作用・機能について図７を参照して説明する。車両上部構造１０Ｄは、上述の如く、リヤウインド上部７６に設置される太陽電池セル１２を備える。太陽電池セル１２は、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する。太陽電池セル１２の車室外側には、太陽からの直射光が入射する。一方、太陽電池セル１２の車室内側には、リヤウインド傾斜部７４から車室内へ入射し後部座席とトランクとの仕切り７８等で反射された反射光が入射する。

一方で、実施例５の車両上部構造１０Ｄは、太陽電池セル１２がリヤウインド上部７６に設置されるので、リヤウインド傾斜部７４から車室内へ入射し仕切り７８等で反射された反射光が太陽電池セル１２の車室内側に入射する。従って、構成を複雑化することなく、発電効率を高めることができる。

また、実施例５の車両上部構造１０Ｄは、太陽電池セル１２がリヤウインド上部７６に設置されるので、太陽電池セル１２において発生した熱がリヤウインド７２へ拡散する。即ち、リヤウインド７２が大面積の放熱板として機能する。これにより、太陽電池セル１２の温度上昇を抑制することができ、温度上昇に伴う光電変換効率（発電率）の低下を抑制することができる。ひいては、太陽電池セル１２として、光電変換効率（発電率）の高い単結晶シリコン太陽電池セルを用いることができ、発電効率を高めることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例１−５において、太陽電池セル１２は、フロントウインド２（リヤウインド７２）に対して車室内側又は中空部に設置されるとしたが、車室外側に設置されてもよい。いずれの場合であっても、フロントウインド傾斜部４（リヤウインド傾斜部７４）から車室内へ入射しインストルメントパネル上部８（仕切り板７８）等で反射された反射光が太陽電池セル１２の車室内側に入射するので、構成を複雑化することなく、発電効率を高めることができる。

また、上述した実施例１、３−５において、サイドシール層２０に顔料を混ぜることで、サイドシール層２０にマスキング層３０としての機能をもたせてもよい。

また、上述した実施例２において、合わせガラス２Ａは２枚のガラス板を貼り合わせたものとしたが、合わせガラスを構成するガラス板の枚数に特段の制限はなく、例えば３枚であってもよい。

また、上述した実施例２において、マスキング層３０は、車室内側のガラス板２Ａ−２の車室内側面（下面）に形成するとしたが、車室外側面（上面）に形成してもよいし、車室外側のガラス板２Ａ−１の下面又は上面に形成してもよい。

また、上述した実施例３において、伝熱板５０と天井板４０とは、溶接やロウ付け等によって接合されているとしたが、治具等によって密着されていてもよい。

また、上述した実施例５において、実施例２と同様に、リヤウインド７２を合わせガラスとし、該合わせガラスの中空部に太陽電池セル１２を設置してもよい。これにより、太陽電池セル１２を水分や酸素から確実に保護することができる。また、これにより、太陽電池セル１２の温度上昇を抑制することができ、温度上昇に伴う光電変換効率（発電率）の低下を抑制することができる。

また、上述した実施例５において、実施例３と同様に、太陽電池セル１２と車両の金属製の天井板４０とを接続する伝熱板５０を設置してもよい。これにより、太陽電池セル１２の温度上昇を抑制することができ、温度上昇に伴う光電変換効率（発電率）の低下を抑制することができる。

また、上述した実施例５において、実施例４と同様に、リヤウインド７２の外面のうち太陽電池セル１２に対応する部分及び該部分の周辺部分が粗面であってもよい。ここで、太陽電池セル１２に対応する部分とは、太陽電池セル１２をリヤウインド７２と直交する方向に沿ってリヤウインド７２に投影させた部分である。これにより、太陽電池セル１２の車室外側の入射光の光量を増やすことができ、発電効率を高めることができる。

本発明の実施例１の車両上部構造の構成を示す斜視図である。図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。本発明の実施例２の車両上部構造の構成を示す断面図である。本発明の実施例３の車両上部構造の構成を示す断面図である。本発明の実施例４の車両上部構造の構成を示す断面図である。図５の一部拡大図である。本発明の実施例５の車両上部構造の構成を示す断面図である。

符号の説明

２フロントウインド
４フロントウインド傾斜部
６フロントウインド上部
８インストルメントパネル上部
１０車両上部構造
１２太陽電池セル
４０天井板
５０伝熱板
７２リヤウインド
７４リヤウインド傾斜部
７６リヤウインド上部
７８仕切り

Claims

車両のフロントウインドの上部、及び／又は、リヤウインドの上部に設置され、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する太陽電池セルを備える車両上部構造。
前記フロントウインド及びリヤウインドの外面のうち前記太陽電池セルに対応する部分及び該部分の周辺部分が粗面である請求項１記載の車両上部構造。
前記太陽電池セルと車両の金属製の天井板とを接続する伝熱板を更に備える請求項１又は２記載の車両上部構造。
前記太陽電池セルの周囲にはセルを識別困難とするマスキング層が設けられ、
前記マスキング層の色調は、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、太陽電池セルの色を（Ｌ１，ａ１，ｂ１）とし、マスキング層の色を（Ｌ２，ａ２，ｂ２）とすると、｜ａ１−ａ２｜及び｜ｂ１−ｂ２｜がそれぞれ１５０以下になる請求項１〜３いずれか一項記載の車両上部構造。