JP2014175538A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】見栄え・発電効率が良く、且つ生産性も高い太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】リード線２で連結される複数の球状太陽電池１と、複数の球状太陽電池１がそれぞれ嵌め込まれる有底の複数の凹部１１、およびリード線２が嵌め込まれる溝１２が形成された樹脂パネル３と、を備える太陽電池モジュール１００である。樹脂パネル３に嵌め込まれた状態において球状太陽電池１を上下から挟むような形態となるように、球状太陽電池１の上下にリード線２が予め取り付けられており、球状太陽電池１の上下にリード線２が予め取り付けられた状態で、球状太陽電池１およびリード線２が、それぞれ凹部１１および溝１２に嵌め込まれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に設けられる、複数の粒状太陽電池を備える太陽電池モジュールに関する。

複数の粒状太陽電池を備える太陽電池モジュールの製造に関する技術として、例えば特許文献１、２に記載されたものがある。

特許文献１では、樹脂製のプリント配線シートに複数の正六角形の貫通孔をあけ（例えば打抜き加工）、この貫通孔にソーラセルを入れた後に樹脂を注入することで樹脂封止して太陽電池パネルを形成している。

特許文献２では、導電線混織ガラスクロスを用いて複数の球状太陽電池素子をマトリックス状に形成した後、透明な樹脂を吹き付けたりするなどして被覆することで太陽電池パネルを形成している。

国際公開第２００３／０９４２４８号パンフレット 国際公開第２００５／０４１３１２号パンフレット

ここで、特許文献１、２に記載のような太陽電池モジュール（太陽電池パネル）を、例えば車両のルーフに適用する場合には次のような問題点がある。

特許文献１および特許文献２のいずれに記載された太陽電池パネルにおいても、球状太陽電池の両側に、球状太陽電池同士を電気的に接続する線状導電体（特許文献１ではプリント配線、特許文献２では導電線）が配置されている。このような線状導電体の配置では、球状太陽電池の両側のいずれにも線状導電体が見えるため、全体として太陽電池パネル（車両のルーフ）の見栄えが悪い。また、線状導電体の占有する面積が大きくなるので、その分、発電効率も悪い。特許文献２では、導電線を縫うようにさらにガラスクロスが織り込まれているので、見栄え・発電効率がさらに悪い。

また、前記したように、特許文献１に記載の技術では、小さなソーラセル同士を電気的に接続する手段としてプリント配線を用いている。これを車両のルーフに適用した場合、熱伸縮などによるプリント配線の破損（断線）が懸念される。

特許文献２に記載の技術では、球状太陽電池素子同士を電気的に接続する手段として導電線を用いているため、プリント配線に比べて断線に対する信頼性は高い。しかしながら、太陽電池パネルを形成するに際し、まず、複数の球状太陽電池素子を導電線混織ガラスクロスを用いてマトリックス状に形成している。これにより、被覆樹脂に対する球状太陽電池素子の固定の信頼性が向上するのであるが、この工程は、太陽電池パネルの生産性に劣る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、見栄え・発電効率が良く、且つ生産性も高い太陽電池モジュールを提供することである。

本発明は、リード線で連結される複数の粒状太陽電池と、前記複数の粒状太陽電池がそれぞれ嵌め込まれる有底の複数の凹部、および前記リード線が嵌め込まれる溝が形成された樹脂パネルと、を備える太陽電池モジュールである。前記樹脂パネルに嵌め込まれた状態において前記粒状太陽電池を上下から挟むような形態となるように、前記粒状太陽電池の上下に前記リード線が予め取り付けられており、前記粒状太陽電池の上下に前記リード線が予め取り付けられた状態で、前記粒状太陽電池および前記リード線が、それぞれ前記凹部および前記溝に嵌め込まれている。

本発明によると、見栄え・発電効率が良く、且つ生産性も高い太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールを備える車両のルーフの一部を示す図である。 図１に示す太陽電池モジュールの組立方法を示す図である。 図１に示した太陽電池モジュールの変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態の太陽電池モジュールを備える車両のルーフの一部断面図である。 本発明の第３実施形態の太陽電池モジュールを備える車両のルーフの一部断面図である。 本発明の第４実施形態の太陽電池モジュールを備える車両のルーフの一部断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。以下に示す実施形態では、本発明の太陽電池モジュール（太陽電池パネル）を車両のルーフに適用した場合を例示している。なお、本発明の太陽電池モジュールは、車両のルーフに設けた窓、車両の側面の窓、後面の窓などにも適用することができる。

（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態の太陽電池モジュール１００を備える車両のルーフの一部を示す斜視図である。図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれ、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。
また、図２（ａ）は、太陽電池モジュール１００を構成する樹脂パネル３の単品図（裏面図）である。

図１に示したように、太陽電池モジュール１００は、多数（複数）の球状太陽電池１と、これらの球状太陽電池１が嵌め込まれる樹脂パネル３と、球状太陽電池１同士を連結するリード線２と、を備えている。

<球状太陽電池>
球状太陽電池１は、光エネルギーを直接電力に変換する素子であって、球状のｐ型半導体の表面にｎ型半導体の層を形成してなるものである。その直径は、例えば１．０ｍｍである。なお、太陽電池の形状は、球状のものに限定されることはない。円柱状、六面体（立方体・直方体）状などの多面体形状であってもよい。球状、円柱状、および多面体形状の総称として「粒状」と呼び、このような形状を有する太陽電池のことを粒状太陽電池と呼ぶこととする。

<リード線>
リード線２は、球状太陽電池１で得られた電力を送電する導電線であって、金属の細い線材からなる。

<樹脂パネル>
樹脂パネル３は、例えばポリカーボネート製の透明または半透明のパネル（絶縁性パネル）である。図１（ｃ）、図２（ｂ）にその断面形状を示すように、車両の所望のルーフの形状に合わせて湾曲した形状とされる。樹脂パネル３の一方の面には、球状太陽電池１が嵌め込まれる有底の複数の凹部１１、およびリード線２が嵌め込まれる溝１２が形成されている。

複数の凹部１１は、樹脂パネル３の表面に、縦・横複数列、所定の間隔をあけてマトリックス状に形成されている。図１（ｂ）に示したように、この凹部１１の底部の形状は、球状太陽電池１のほとんど半分が面接触する球形とされており、凹部１１の側面は円筒状とされている。また、球状太陽電池１が嵌め込まれる前の凹部１１の開口径Ｄ２は、球状太陽電池１の外径Ｄ１よりも少し小さくされている。

リード線２が嵌め込まれる溝１２は、それぞれ一列に並ぶ複数の凹部１１を当該凹部１１が並ぶ方向に貫通するような態様で、隣り合う凹部１１間および凹部１１の下（底）に凹部１１と一体的に形成されている。

これらの凹部１１および溝１２は、樹脂パネル３を例えば射出成形により製造する際に同時成形される。

<太陽電池モジュールの組立方法>
図２（ｂ）を参照しつつ太陽電池モジュール１００の組立方法を説明する。なお、図２（ｂ）に示す樹脂パネル３の断面は、図２（ａ）の樹脂パネル３のＣ−Ｃ断面である。まず、樹脂パネル３の凹部１１に球状太陽電池１を嵌め込む前に、複数の球状太陽電池１の上下にリード線２を取り付けて、数珠のような連結形態のものを作製する（例えば、図２（ｂ）中の下側の図参照）。なお、２本のリード線２のうちの一方のリード線２は、複数の球状太陽電池１のｐ型半導体部分に取り付けられ、他方のリード線２はｎ型半導体部分に取り付けられる。

次に、球状太陽電池１の上下にリード線２が予め取り付けられた状態で、球状太陽電池１およびリード線２を、それぞれ、樹脂パネル３の凹部１１および溝１２に嵌め込む。本実施形態では、球状太陽電池１の外径Ｄ１＞凹部１１の開口径Ｄ２とされているため、球状太陽電池１は、樹脂パネル３の凹部１１に圧入により嵌め込まれることになる。凹部１１は弾性変形し、この弾性力により球状太陽電池１は樹脂パネル３の凹部１１に保持される。
球状太陽電池１の外径Ｄ１＞凹部１１の開口径Ｄ２とすることは、球状太陽電池１を凹部１１に保持する保持手段の一例である（詳しくは後述するが、図４〜図６に他の保持手段をそれぞれ例示している）。

なお、球状太陽電池１の外径Ｄ１≦凹部１１の開口径Ｄ２とし、球状太陽電池１を溶着などの方法で樹脂パネル３の凹部１１に保持してもよい。圧入と溶着とでは、圧入のほうが簡易な方法であり、すなわち圧入のほうが太陽電池モジュール１００の生産性が高い。

<作用・効果>
本実施形態の太陽電池モジュール１００を構成するリード線２は、球状太陽電池１の上下（樹脂パネル３の面に対して直交する方向における上下）に配置されている。そのため、車両の外側、または車両の室内側から太陽電池モジュール１００を見たとき、一列に並ぶ複数の球状太陽電池１に対してリード線２は１本しか見えない。さらには、車両の外側、または車両の室内側から太陽電池モジュール１００を見たとき、リード線２の一部が球状太陽電池１に重なっている。
これに対して、特許文献１および特許文献２に記載された太陽電池パネルでは、球状太陽電池の両側に線状の導電体（特許文献１ではプリント配線、特許文献２では導電線）が配置されている。
本実施形態の太陽電池モジュール１００のほうがリード線２が目立たないため見栄えが良い。

また、本実施形態では、リード線２が延びる方向に対して直交する方向に並ぶ球状太陽電池１同士の間にリード線２が存在しない。そのため、隣り合う球状太陽電池１同士の間をその分狭くすることができる。これにより、単位面積当たりの球状太陽電池１の個数を多くすることができ、発電効率が高まる。

また、複数の球状太陽電池１を樹脂パネル３にマトリックス状に配置・固定するための本実施形態における主な手段は、樹脂パネル３に形成された有底の複数の凹部１１である。これらの凹部１１は、樹脂パネル３の例えば射出成形により樹脂パネル３と同時成形することが可能である。これに対して、特許文献２に記載の技術では、複数の球状太陽電池素子を導電線混織ガラスクロスを用いてマトリックス状に形成している。本実施形態のほうが明らかに、太陽電池モジュール１００の生産性が高い。

さらには、本実施形態では、複数の球状太陽電池１の上下にリード線２が予め取り付けられた状態で、球状太陽電池１およびリード線２を、それぞれ、樹脂パネル３の凹部１１および溝１２に嵌め込む。この構成によると、凹部１１および溝１２を有する樹脂パネル３の製造と、複数の球状太陽電池１の上下にリード線２が取り付けられた状態のものの製造とを並行して行うことができる。
これに対して、例えば特許文献１に記載の技術では、樹脂シートにプリント配線を施し、その後、プリント配線シートに複数の貫通孔をあけ、その後に、当該貫通孔に複数のソーラセルを入れる。さらにその後、貫通孔に樹脂を注入して樹脂封止する。
本実施形態のほうが明らかに、太陽電池モジュール１００の生産性が高い。

これらより、本発明によると、見栄え・発電効率が良く、且つ生産性も高い太陽電池モジュールを提供することができる。

（変形例）
図３を参照しつつ第１実施形態の変形例を説明する。図３は、変形例に係る太陽電池モジュールの平面図である。なお、以下の説明では、第１実施形態との相違点のみ説明することとする。すなわち、複数の球状太陽電池１の上下にリード線２が予め取り付けられた状態で、球状太陽電池１およびリード線２を、それぞれ、樹脂パネル３の凹部１１および溝１２に嵌め込むことなどは、本変形例でも同じである（後述する実施形態に関しても同様）。

本変形例では、複数の球状太陽電池１が樹脂パネル３の凹部１１に嵌め込まれた状態において、これらの球状太陽電池１がジグザグ配置（千鳥足配置）となるように、樹脂パネル３に複数の凹部１１が形成されている。

この構成によると、球状太陽電池１を一列に配置する場合に比べて、単位面積当たりの球状太陽電池１の個数を多くすることができ、発電効率がより高まる。

なお、図示を省略するが、リード線２が波状に延びる方向に対して直交する方向に並ぶ球状太陽電池１同士（例えば、球状太陽電池１ａ、１ｂ）もジグザグ配置とすることで、単位面積当たりの球状太陽電池１の個数をより多くすることができる。

ここで、隣り合う球状太陽電池１同士を連結する部分のリード線２にたわみがもたされていることが好ましい。樹脂パネル３は熱で伸縮することがある。この構成によると、樹脂パネル３が熱で伸縮した場合に、リード線２が断線することをより有効に防止することができる。

（第２実施形態）
図４を参照しつつ本発明の第２実施形態を説明する。なお、本実施形態を含め、後述する第３、第４実施形態は、樹脂パネル３の凹部１１に球状太陽電池１を保持する手段の様々な例を示すものである。

図４は、第１実施形態の図１（ｂ）に相当する断面図である。図４に示したように、本実施形態では、樹脂パネル２３の凹部１１のうち球状太陽電池１が嵌め込まれる側の開口端部に爪２３ａ（係止部）を設けている。この爪２３ａは、球状太陽電池１が脱落することを防止するためのものであり、例えば射出成形により樹脂パネル３と同時成形される。

爪２３ａの断面形状は、図３に示したように例えば三角形とされる。この爪２３ａは、凹部１１の開口端部の内側周囲に、リング状に連続して形成されていてもよいし、所定の間隔をあけて不連続で形成されていてもよい。さらには、凹部１１の開口端部の内側周囲の一部に１箇所のみ形成されていてもよい。爪２３ａは、樹脂パネル２３の球状太陽電池１が嵌め込まれる側に設けられた球状太陽電池１の保持手段の一例である。

樹脂パネル２３の凹部１１に球状太陽電池１を嵌め込むとき爪２３ａは弾性変形する。球状太陽電池１が凹部１１に完全に嵌り込むと、爪２３ａの弾性変形が回復し爪２３ａは元の形状に戻る。この爪２３ａが脱落防止となり、球状太陽電池１は樹脂パネル２３の凹部１１に保持される。

本実施形態によると、爪２３ａの成形に工夫を要するが、球状太陽電池１の固定の信頼性を高めることができる。

本実施形態では、樹脂パネル２３の凹部１１に対して球状太陽電池１は圧入により嵌め込まれない。なお、第１実施形態で示した圧入による球状太陽電池１の保持を、本実施形態に適用してもよい。すなわち、樹脂パネル２３の凹部１１に球状太陽電池１をさらに圧入により嵌め込むようにしてもよい（後述する実施形態に関しても同様）。

（第３実施形態）
図５を参照しつつ本発明の第３実施形態を説明する。図５は、第１実施形態の図１（ｂ）に相当する断面図である。図５に示したように、本実施形態では、樹脂パネル３の凹部１１および溝１２にそれぞれ嵌め込まれた球状太陽電池１およびリード線２を樹脂４で包埋している。使用する樹脂４としては、ポリカーボネート・エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などの熱可塑性樹脂、エポキシ・ウレタン・シリコンなどの熱硬化性樹脂を挙げることができる。

樹脂４は、樹脂パネル３の球状太陽電池１が嵌め込まれる側に設けられた球状太陽電池１の保持手段の一例である。本実施形態によると、球状太陽電池１の固定の信頼性をより高めることができる。

（第４実施形態）
図６を参照しつつ本発明の第４実施形態を説明する。図６は、第１実施形態の図１（ｂ）に相当する断面図である。図６に示したように、本実施形態では、樹脂パネル３のうちの球状太陽電池１およびリード線２が嵌め込まれた側の表面に、球状太陽電池１およびリード線２を覆うようにフィルム５を貼り付けている。使用するフィルム５の材料としては、例えばエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を挙げることができる。

フィルム５の貼り付け方法をいくつか例示しておく。樹脂パネル３とフィルム５とを重ね合わせた後、加温および真空引きにより樹脂パネル３とフィルム５とを圧着させる。他の方法としては、樹脂パネル３と、もう１枚の樹脂パネル（不図示）との間にフィルム５を挟み込み、その後、パネルの形締めを行う。形締めによる形締め力にて、樹脂パネル３と、もう１枚の樹脂パネル（不図示）との間にフィルム５を圧着させるのである。

本実施形態によると、球状太陽電池１の固定の信頼性をより高めることができる。また、フィルム５に加飾することで、太陽電池モジュールのデザイン性を高めることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

前記した実施形態では、樹脂パネル３に嵌め込まれた状態における複数の球状太陽電池１の真上および真下（樹脂パネル３の面に対して直交する球状太陽電池１の中心を通る仮想線と球状太陽電池１の外周面とが交差する部位）にリード線２を取り付けているが、リード線２の配置はこれに限定されるものではない。
樹脂パネル３に嵌め込まれた状態における複数の球状太陽電池１の真上から少しずれた部位、真下から少しずれた部位にリード線２が取り付けられていてもよい。
すなわち、本発明において、粒状太陽電池の上下にリード線が取り付けられているというのは、粒状太陽電池の真上および真下にリード線が取り付けられている形態だけでなく、真上または真下から少しずれた部位にリード線が取り付けられている形態をも含んでいる。

１：球状太陽電池（粒状太陽電池）
２：リード線
３：樹脂パネル
４：樹脂
５：フィルム
１１：有底の凹部
１２：溝
１００：太陽電池モジュール

Claims (3)

1. リード線で連結される複数の粒状太陽電池と、
   前記複数の粒状太陽電池がそれぞれ嵌め込まれる有底の複数の凹部、および前記リード線が嵌め込まれる溝が形成された樹脂パネルと、
   を備え、
   前記樹脂パネルに嵌め込まれた状態において前記粒状太陽電池を上下から挟むような形態となるように、前記粒状太陽電池の上下に前記リード線が予め取り付けられており、
   前記粒状太陽電池の上下に前記リード線が予め取り付けられた状態で、前記粒状太陽電池および前記リード線が、それぞれ前記凹部および前記溝に嵌め込まれている、太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記複数の粒状太陽電池が前記凹部に嵌め込まれた状態においてジグザグ配置となるように、前記樹脂パネルに前記複数の凹部が形成されている、太陽電池モジュール。
3. 請求項１または２に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   隣り合う前記粒状太陽電池同士を連結する部分の前記リード線にたわみがもたされている、太陽電池モジュール。