JP2013145810A

JP2013145810A - ソーラーパネル及び車両用ソーラーパネルシステム

Info

Publication number: JP2013145810A
Application number: JP2012005648A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Takeuchi; 彰一竹内; Atsushi Nobuoka; 淳信岡; Eiji Ito; 栄治伊藤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-25

Abstract

【課題】放射ノイズを抑えることができる、ソーラーパネルを提供すること。
【解決手段】透明基板（ガラス板１）と、ガラス板１を介して受光する複数のセル４ｃが配列された太陽電池層４と、太陽電池層４をガラス板１との間で封止する封止材３及び裏面シート５と、ガラス板１と太陽電池層４との間に、線条エレメントから構成される繰り返しパターン２を形成する導電体とを備える、ソーラーパネル。繰り返しパターン２は、ガラス板１の太陽光の入射側とは反対側の表面１ｂ上に設けられたパターンであって、例えば網の目状に形成されたものである。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、透明基板と、該透明基板を介して受光するセルとを備えるソーラーパネル及び車両用ソーラーパネルシステムに関する。

近年、車両に搭載されたソーラーパネルで発電した電力を利用する車両システム（例えば、ソーラーパネルでの発電電力によってブロワモータを駐車中に作動させる車室内換気システム）が登場している。このようなソーラーパネルに適用可能な自動車用窓ガラスに関する先行技術文献として、例えば特許文献１が知られている。

ところが、このようなソーラーパネルを車載のバッテリに接続すると、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング等によって生ずるノイズがソーラーパネルに伝わることによって、ソーラーパネルがノイズの放射源になることがある。その結果、ソーラーパネルから放射されるノイズが、ソーラーパネルに近接配置されるアンテナ（特には、ルーフアンテナ）に混入する場合がある。現状、このような場合には、ソーラーパネルとバッテリとの間にノイズフィルタを挿入することで、ソーラーパネルから放射されるノイズを抑えている。

実公平７−２２８９３号公報

しかしながら、このようなノイズフィルタを車両に搭載することは、コストや重量の上昇、搭載場所の確保等の点で難しい場合がある。

そこで、本発明は、放射ノイズを抑えることができる、ソーラーパネル及び車両用ソーラーパネルシステムの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
透明基板と、
前記透明基板を介して受光するセルを備えた太陽電池層と、
前記透明基板の前記太陽電池層と反対側の表面と前記太陽電池層との間に、繰り返しパターンを形成する導電体とを備えたことを特徴とするソーラーパネルを提供するものである。

また、上記ソーラーパネルが車両に取り付けられ、前記導電体は、前記車両の金属車体に接地されることを特徴とする車両用ソーラーパネルシステムを提供するものである。

本発明によれば、放射ノイズを抑えることができる。

ソーラーパネルの一断面図である。ソーラーパネルの一断面図である。ソーラーパネルの一断面図である。ソーラーパネルの一断面図である。ソーラーパネルの一断面図である。繰り返しパターンを形成する導電体の一例である。繰り返しパターンを形成する導電体の一例である。繰り返しパターンを形成する導電体の一例である。繰り返しパターンを形成する導電体の一例である。ソーラーパネルのシミュレーションモデルの断面図である。ソーラーパネルのシミュレーションモデルの平面図である。繰り返しパターンを形成する導電体が無いソーラーパネル周囲の断面電界強度を示したコンター図である。繰り返しパターンが１００ｍｍピッチのソーラーパネル周囲の断面電界強度を示したコンター図である。繰り返しパターンが４０ｍｍピッチのソーラーパネル周囲の断面電界強度を示したコンター図である。繰り返しパターンが２０ｍｍピッチのソーラーパネル周囲の断面電界強度を示したコンター図である。繰り返しパターンのピッチと電界強度との関係を示したグラフである。繰り返しパターンの線条エレメントの線幅と電波透過特性との関係を示したグラフである。電波暗室を使用した測定環境を模式的に示した図である。偏波０°のときのアンテナ利得の実測データである。偏波４５°のときのアンテナ利得の実測データである。偏波９０°のときのアンテナ利得の実測データである。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１Ａ〜１Ｅは、本発明の実施形態であるソーラーパネルの一部を模式的に示した断面図である。各ソーラーパネルは、太陽光を受けやすい車体部位（例えば、ルーフ、スポイラーなど）に設置され、透明基板を介して太陽光を受光することによって発電する複数のセル４ｃが平面的に配列された太陽電池層４を備えている。透明基板は、太陽光を透過する基板であれば、半透明でもよいし、着色されてもよい。また、透明基板は、ガラス板（好ましくは、強化ガラス板）でもよいし、樹脂基板でもよいし、そのような板材の組み合わせ基板でもよい。

太陽電池層４を構成する各セル４ｃは、例えば、太陽光が入射する側に設けられた表面電極４ａと、太陽光が入射する側とは反対側に設けられた裏面電極４ｂとを有するシリコンセルである。各セル４ｃは、互いに隣接するセル間で直列又は並列に接続され、一のセル４ｃの表面電極４ａが、配線７を介して、その一のセル４ｃに隣接する他のセル４ｃの裏面電極４ｂに接続されている。なお、互いに配線を介して接続される各セルは、上述の構成に限らず、例えば、受光面４ｄに電極のない、いわゆる裏面電極型のセルでもよい。

各セル４ｃで発電された電力は、一対の端子６を介してソーラーパネル外部に取り出される。端子６は、例えば、車両に搭載された電力供給先（例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電気負荷）に直接又は間接的に接続される。複数のセル４ｃのうち、一部のセル４ｃの裏面電極４ｂが、配線７を介して陽極端子６ａに接続され、他のセル４ｃの表面電極４ａが、配線７を介して陰極端子６ｂに接続される。

太陽電池層４の各セル４ｃは、太陽光を透過可能な封止材３によって封止される。封止材３の具体例として、ＥＶＡ（Ethylene Vinyl Acetate：エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）シートが挙げられる。例えば、封止材３がＥＶＡシートのような封止シートであれば、太陽電池層４は２枚の封止シート間に挟まれて固定される。

図１Ａ，１Ｅのソーラーパネルは、透明基板として、車両に直接又は間接的に取り付け可能な板材であるガラス板１を備えている。ガラス板１の太陽光の入射側とは反対側の表面１ｂ側に配置された各セル４ｃは、封止材３と裏面シート５によって封止されている。

図１Ｂのソーラーパネルは、透明基板として、車両に直接又は間接的に取り付け可能な２枚の板材からなり、中間膜９によって互いに接合された一対のガラス板８，１０から構成された合わせガラスを備えている。中間膜９は、例えば、熱可塑性のポリビニルブチラールである。ガラス板１０の太陽光の入射側とは反対側の表面１０ｂ側に配置された各セル４ｃは、封止材３と裏面シート５によって封止されている。

図１Ｃのソーラーパネルは、透明基板として、車両に直接又は間接的に取り付け可能な２枚の板材からなり、接着剤１２によって互いに接着された樹脂基板１１とガラス板１３との合わせ板を備えている。ガラス板１３の太陽光の入射側とは反対側の表面１３ｂ側に配置された各セル４ｃは、封止材３と裏面シート５によって封止されている。

図１Ｄのソーラーパネルは、透明基板として、車両に直接又は間接的に取り付け可能な板材であるガラス板１４を備えている。ガラス板１４の太陽光の入射側とは反対側の表面１４ｂ側に配置された各セル４ｃは、封止材３とガラス板１５によって封止されている。

また、図１Ａ〜１Ｅの各ソーラーパネルは、透明基板の太陽電池層４と反対側の表面と太陽電池層４の各セル４ｃの受光面４ｄとの間に、線条エレメントから構成される繰り返しパターン２を形成する導電体を備えている。導電体２は、例えば、銀ペースト等の導電性金属を含有するペーストを、透明基板を構成する板材の表面にプリントし、焼付けて形成される。しかし、この形成方法に限定されず、銅等の導電性物質からなる、線状体又は箔状体を、透明基板を構成する板材の表面に形成してもよく、板材に接着剤等により貼付してもよい。

図１Ａ，１Ｅの場合、導電体２は、ガラス板１の太陽電池層４と反対側の表面１ａと太陽電池層４との間に設けられ、ガラス板１の太陽光の入射側とは反対側の表面１ｂ上に設けられている。図１Ｂの場合、導電体２は、ガラス板８の太陽電池層４と反対側の表面８ａと太陽電池層４との間に設けられ、ガラス板８の太陽光の入射側とは反対側の表面８ｂ上に設けられている。図１Ｂの場合、導電体２は、ガラス板１０の太陽光の入射側の表面１０ａ上に設けられてもよい。図１Ｃの場合、導電体２は、樹脂基板１１の太陽電池層４と反対側の表面１１ａと太陽電池層４との間に設けられ、ガラス板１３の太陽光の入射側の表面１３ａ上に設けられている。図１Ｃの場合、導電体２は、樹脂基板１１の太陽光の入射側とは反対側の表面１１ｂ上に設けられてもよい。図１Ｄの場合、導電体２は、ガラス板１４の太陽電池層４と反対側の表面１４ａと太陽電池層４との間に設けられ、ガラス板１４の太陽光の入射側とは反対側の表面１４ｂ上に設けられている。

なお、導電体２が透明基板の太陽電池層４と反対側の表面と太陽電池層４との間に配置されていれば、その配置形態は、図示の配置形態以外の配置形態でもよく、例えば、透明基板と太陽電池層４との間に、太陽光が透過可能な別の部材が積層されてもよい。

図２Ａ〜図２Ｄは、繰り返しパターン２のバリエーションを例示した図であって、太陽光の入射側から見た図である。

図２Ａは、四角形の網の目状に平面的に形成された格子状パターン２Ａである。格子状パターン２Ａは、複数の縦線条エレメント１６ａと複数の横線条エレメント１６ｂが平面上で直角に交差している。なお、格子状パターン２Ａの格子形状は、正方形でも、長方形でも、ひし形でもよい。

図２Ｂは、三角形の網の目状に平面的に形成された三角形状パターン２Ｂである。図２Ｃは、六角形の網の目状に平面的に形成された亀甲形状パターン２Ｃである。なお、繰り返しパターン２は、図２Ａ〜図２Ｃのパターン形状に限らず、他の多角形の網の目状に形成されたパターンでもよい。

図２Ｄは、複数の線条エレメント１６ｃが平行に配置された並列パターン２Ｄである。線条エレメント１６ｃは、互いに接続されてもよいし、接続されてなくてもよい。また、線条エレメント１６ｃ間の各間隔の長さは、等しくても異なってもよい。

このような繰り返しパターンを形成する導電体２が、図１Ａ〜１Ｅに例示されるように、透明基板と太陽電池層４との間に設けられることによって、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング等によって生ずるノイズが端子６から入力されても、太陽電池層４から放射されるノイズを導電体２によって抑えることができる。導電体２は線条エレメントで構成され太陽電池層４を全面的に覆う構成ではないため、太陽電池層４の各セル４ｃの受光面４ｄに到達する太陽光が遮られることを抑えることができ、各セル４ｃの発電効率が低下しすぎることを抑えることができる。

また、図１Ｅに示されるように、透明基板であるガラス板１の表面１ａを太陽光の入射側から平面視で見たとき、繰り返しパターンを形成する導電体２の少なくとも一部は、各セル４ｃの繋ぎ目１７に沿って配置されていることが好ましい。繋ぎ目１７は、隣り合うセル４ｃの対向する側面４ｅ間の間隙に形成される。透明基板の表面を太陽光の入射側から平面視で見たとき、導電体２の少なくとも一部が、繋ぎ目１７に重なって見えるように形成されていると好適である。例えば、繰り返しパターンが図２Ａに示すような格子状に形成されたパターンである場合、複数の縦線条エレメント１６ａの何本かに１本、または全本を各セル４ｃの繋ぎ目１７に配置するように繰り返しパターンを形成させる。複数の横線条エレメント１６ｂについても同様に繰り返しパターンを形成させる。このように繰り返しパターン２を各セル４ｃの繋ぎ目１７に沿って配置することで、太陽電池層４の各セル４ｃの受光面４ｄに到達する太陽光が遮られることをさらに抑えることができ、各セル４ｃの発電効率が低下しすぎることを抑えることができる。

なお、本発明のソーラーパネルは車両に好適に適用することができるが、車両に限らず、建築用ソーラーパネルとしても適応が可能である。

＜シミュレーション＞
次に、本発明の実施形態であるソーラーパネルについて、コンピュータ上でモデル化して数値計算した内容について説明する。

図３は、ソーラーパネルのシミュレーションモデルの断面図である。ソーラーパネルの各構成要素のシミュレーション上の設定値は、
透明基板２１
材質：ガラス
厚さｔ：３．９ｍｍ
比誘電率εｒ：７．０
誘電正接tanδ＝０．０１
繰り返しパターンを形成する導電体２２
材質：銀
厚さｔ：０．０１ｍｍ
電気伝導率σ：２．５×１０^７Ｓ／m
封止材２３
材質：ＥＶＡ
厚さｔ：１．０ｍｍ
比誘電率εｒ：３．０
誘電正接tanδ：０．０１
太陽電池層２４：
材質：シリコン
厚さｔ：０．１８ｍｍ
比誘電率εｒ：１１．９
電気伝導率σ：２．５×１０^−４Ｓ／m
各セル間を接続する配線２７：
材質：銅
厚さｔ：０．０１８ｍｍ
電気伝導率σ：５．８×１０^７Ｓ／m
としている。また、繰り返しパターン２２の形状を図２Ａの格子状パターンに設定している。

図４は、ソーラーパネルのシミュレーションモデルの平面図である。透明基板２１は、横Ｘ１：１０６４ｍｍ×縦Ｙ１：６０３ｍｍのガラス板に設定し、太陽電池層２４は、横Ｘ２：１５５ｍｍ×縦Ｙ２：７５ｍｍの３６枚のセルを備えた層に設定している。配線２７は、各セルを直列に接続するような形状とし、配線２７の一端に、陽極端子２６ａと陰極端子２６ｂから構成される一対の端子２６を設定している。

図５Ａ〜５Ｄは、ＦＭ帯に含まれる周波数８０ＭＨｚの正弦波が端子２６に入力されるときに、上述のようにモデル化されたソーラーパネル１００の周囲に生ずる電界強度を、ｘｚ断面で示したコンター図である。図５Ａは、導電体２２が構成されていない場合を示し、図５Ｂ〜５Ｄは、繰り返しパターン２２として格子状パターン２Ａが形成された導電体が構成されている場合を示す。格子状パターン２Ａを構成する線条エレメント間のグリッドピッチＰ１，Ｐ２（図２Ａ参照）は、図５Ｂ〜５Ｄのいずれの場合も、Ｐ１＝Ｐ２であり、その寸法は、それぞれ、１００ｍｍ（図５Ｂ）、４０ｍｍ（図５Ｃ）、２０ｍｍ（図５Ｄ）である。

これらのコンター図から明らかなように、透明基板と太陽電池層との間に繰り返しパターンを形成する導電体を設けたソーラーパネルの場合（図５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ）、導電体が構成されていないソーラーパネルの場合（図５Ａ）に比べて、ソーラーパネル１００の周囲に電界が広がることを抑えることができる。また、繰り返しパターンを形成する導電体を構成する線条エレメント間のグリッドピッチを小さくするほど、ソーラーパネル１００の周囲に電界が広がる範囲を狭くすることができる。

つまり、このようなシミュレーション結果から、透明基板の太陽電池層と反対側の表面と太陽電池層との間に繰り返しパターンを形成する導電体を設けることによって、ソーラーパネルから放射されるノイズを抑えることができることがわかる。また、その繰り返しパターンを構成する線条エレメント間のピッチを小さくするほど、ソーラーパネルから放射されるノイズの抑制効果が高くなることがわかる。したがって、このような構成によれば、ソーラーパネルにアンテナが近接して配置されていても、そのアンテナにノイズが混入することを抑えることができる。

図６は、格子状パターン２Ａのグリッドピッチと、図５Ａ〜５Ｄに示される電界プローブの位置Ｑ１（ソーラーパネル１００からｚ方向に１０００ｍｍの位置），Ｑ２（ソーラーパネル１００からｚ方向に５００ｍｍの位置），Ｑ３（ソーラーパネル１００からｚ方向に２００ｍｍの位置）で測定された電界強度との関係を示したグラフである。図６の縦軸の電界強度は、ＦＭ帯（７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚ）を１ＭＨｚ毎に測定された電界強度の平均値を表している。

図６に示されるように、繰り返しパターンを構成する線条エレメント間のピッチを、８０ｍｍ以下、より好ましくは６０ｍｍ以下、さらに好ましくは４０ｍｍ以下にすると、放射ノイズを効果的に抑制できる。なお、線条エレメント間のピッチは、太陽光が太陽電池層に到達する前に繰り返しパターンによって過度に遮られることを防ぐため、１０ｍｍ以上であることが好ましい。

図７は、ガラス板に格子状パターン２Ａを設け、格子状パターン２Ａの線条エレメントの線幅と、格子状パターン２ＡのグリッドピッチＰを１０ｍｍ〜１００ｍｍまで変化させたときの電波透過特性との関係を示したグラフである。図７の縦軸の電波透過特性は、ガラス板の一方の面から平面波をガラス板面に対して垂直に入射し、もう一方の面に透過するＦＭ帯（７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚ）の１ＭＨｚ毎に測定された電波透過特性の平均値を表している。

図７に示されるように、繰り返しパターンを構成する線条エレメントは、その線幅を細くしても、電波透過特性はほとんど変わらない。そのため、線条エレメントの線幅を細くしてもソーラーパネルから放射されるノイズの抑制効果がほとんど変わらないことがわかる。線条エレメントは線幅が細いほど、太陽光が太陽電池層に到達しやすいと考えられ、また上記結果より線幅が細くてもソーラーパネルから放射されるノイズを効果的に抑制できる。また、細いほど目立たなくなるため外観に優れる。そのため、線条エレメントは１．２ｍｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、０．８ｍｍ以下であり、さらに好ましくは、０．４ｍｍ以下である。しかしながら、線条エレメントはその線幅が細くなるほど製造しにくくなるため、製造上の作りやすさの観点から、線幅は０．１ｍｍ以上あることが好ましい。さらに好ましくは０．２ｍｍ以上である。

＜実測＞
次に、本発明の実施形態であるソーラーパネルについて、電波暗室で実際に測定した内容について説明する。

図８は、電波暗室を使用した測定環境を模式的に示した図である。パネル２００は、線幅０．８ｍｍの銅箔を格子状に貼り付けたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを、ガラス板に重ね合わせることにより作製されている。パネル２００単体において、アンテナとしての可逆性があると仮定して、送信アンテナ３１から電波を送信したときのパネル２００のアンテナ利得を実測することによって、パネル２００の放射ノイズ特性を測定した。

アンテナ利得は、パネル２００を、ターンテーブル上の発砲スチロール３２に水平面３３に対して垂直に立てた状態で組みつけて実測した。図１Ａ等で示した端子６に相当する部分にはコネクタが取り付けられていて、フィーダ線及びバラン３５を介して、ネットワークアナライザ３６が接続される。水平方向からパネル２００に対して各方向から電波が照射されるように、ターンテーブルが回転する。

アンテナ利得の測定は、ターンテーブルの中心に、パネル２００を１８０°回転させて行われる。アンテナ利得のデータは、回転角度１°毎に、ＦＭ帯（７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚ）の周波数範囲において１ＭＨｚ毎に測定される。電波の発信位置とパネル２００の関係は、図４のシミュレーションモデルにおけるＸＺ断面と略水平方向（地面と平行な面を仰角＝０°、天頂方向を仰角＝９０°とする場合、仰角＝０°の方向）となる関係で測定した。アンテナ利得は、半波長ダイポールアンテナを基準とし、半波長ダイポールアンテナのアンテナ利得が０ｄＢとなるように標準化した。

図９Ａ〜９Ｃは、パネル２００のアンテナ利得の実測データである。縦軸はソーラーパネルを、車両の屋根に略水平に取り付けられた時、天頂方向を中心として半周分（０°（左方）〜９０°（天頂）〜０°（右方）の１８０°）を１°毎に測定されたアンテナ利得の平均値を表す。電波の偏波方向は、それぞれ、０°（図９Ａ）、４５°（図９Ｂ）、９０°（図９Ｃ）である。

また、図９Ａ〜９Ｃにおいて、「ノイズフィルタ無」「ノイズフィルタ有」は、図８に示したバラン３５とパネル２００の端子６と間に設けられるノイズフィルタ３４の有無の違いを表している。また、「グリッドピッチ２０」は、格子状パターン２ＡのグリッドピッチＰが２０ｍｍの場合を表し、「グリッドピッチ４０」は、格子状パターン２ＡのグリッドピッチＰが４０ｍｍの場合を表している。また、「接地」は、格子状パターン２Ａをアース線３７（図８参照）で接地した場合を表している（格子状パターン２Ａを金属車体に接地することを想定）。

表１は、図９Ａ〜９Ｃそれぞれで測定されたアンテナ利得について、ＦＭ帯（７６ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚ）で１ＭＨｚ毎に測定され値を平均した値である。アンテナの可逆性を利用して、パネル２００のアンテナ利得を実測することによって、パネル２００の放射ノイズ特性を測定しているため、パネル２００のアンテナ利得の実測データが低いほど、パネル２００から放射されるノイズが抑えられていることを表している。

したがって、図９Ａ〜９Ｃ及び表１に示されるように、透明基板に繰り返しパターンを形成する導電体が設けられたパネルは、ＦＭ帯のノイズを抑制するノイズフィルタを設けなくても、ノイズフィルタを設けた構成と同等又はそれ以上のノイズ抑制効果が得られることがわかる。また、放射ノイズの偏波は不確定であるため、平均的に４５°（斜め）偏波であるとすれば、表１より繰り返しパターンを形成する導電体を接地する。具体的には車両に取り付けの際、繰り返しパターンを形成する導電体を金属車体に接続することによって、ノイズ抑制効果が得られることがわかる。このように導電体を金属車体に接地する車両用ソーラーパネルシステムとすることが、ノイズ抑制効果を向上させる点で好ましい。

１，８，１０，１３，１４，１５ガラス板
２，２２導電体（繰り返しパターン）
３，２３封止材
４，２４太陽電池層
４ａ表面電極
４ｂ裏面電極
４ｃセル
４ｄ受光面
４ｅ側面
５裏面シート（バックシート）
６端子
７，２７配線
９中間膜
１１樹脂基板
１２接着剤
１６線条エレメント
１７繋ぎ目
２１透明基板
１００ソーラーパネル

Claims

透明基板と、
前記透明基板を介して受光するセルを備えた太陽電池層と、
前記透明基板の前記太陽電池層と反対側の表面と前記太陽電池層との間に、繰り返しパターンを形成する導電体とを備えたことを特徴とするソーラーパネル。
前記透明基板は、少なくとも１つの板材で形成されており、
前記導電体は、前記板材の表面に形成される、請求項１に記載のソーラーパネル。
前記板材がガラス板である、請求項２に記載のソーラーパネル。
前記繰り返しパターンは、網の目状に形成されたパターンである、請求項１から３のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
前記繰り返しパターンは、格子状に形成されたパターンである、請求項１から４のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
前記導電体の線条エレメント間のピッチは、８０ｍｍ以下である、請求項５に記載のソーラーパネル。
前記導電体の線条エレメントの線幅は、１．２ｍｍ以下である、請求項５又は６に記載のソーラーパネル。
前記太陽電池層は、平面的に配列された複数のセルを備えており、
前記導電体の少なくとも一部は、平面視において前記複数のセルの繋ぎ目に沿って配置されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
請求項１から８のいずれか一項に記載のソーラーパネルが車両に取り付けられ、前記導電体は、前記車両の金属車体に接地されることを特徴とする車両用ソーラーパネルシステム。