JP2014236130A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セル間の受光ムラによる発電電流の低下を抑制可能な太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係る太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル２０、２０、…を電気的に直列に接続してなり、車両の表面に設けられる太陽電池モジュール１０であって、複数の太陽電池セル２０、２０、…が、各太陽電池セル２０の長手方向が車両の上下方向Ｄに向けられており、車両の上下方向Ｄにおける位置を揃えて、車両の側面Ｓに並べて配置されている。これにより、太陽電池モジュール１０の上部と下部の間で生じる受光ムラの影響が各太陽電池セル２０内で平均化され、太陽電池セル２０間の受光ムラが抑制されるので、太陽電池セル２０間の受光ムラによる発電電流の低下を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

従来、例えば特開２００８−２５１５１７号公報に記載されるように、複数の太陽電池セルを電気的に直列に接続してなり、車両の表面に設けられる太陽電池モジュールが知られている。

特開２００８−２５１５１７号公報

しかし、複数の太陽電池セルを電気的に直列に接続して車両の側面に配置すると、その配置形態によっては、太陽電池セル間の受光ムラにより発電電流が低下し、結果として発電出力が低下してしまうことが想定される。

そこで、本発明は、太陽電池セル間の受光ムラによる発電電流の低下を抑制可能な太陽電池モジュールを提供しようとするものである。

本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを電気的に直列に接続してなる太陽電池モジュールであって、複数の太陽電池セルが、各太陽電池セルの長手方向が車両の上下方向に向けられており、車両の上下方向における位置を揃えて、車両の側面に並べて配置されている。

本発明に係る太陽電池モジュールによれば、複数の太陽電池セルが各太陽電池セルの長手方向が車両の上下方向に向けられており、車両の上下方向における位置を揃えて車両の側面に並べて配置されている。これにより、太陽電池モジュールの上部と下部の間で生じる受光ムラの影響が各太陽電池セル内で平均化され、太陽電池セル間の受光ムラが抑制されるので、太陽電池セル間の受光ムラによる発電電流の低下を抑制できる。

本発明によれば、太陽電池セル間の受光ムラによる発電電流の低下を抑制可能な太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す正面概要図である。 太陽電池モジュールの配置形態を示す正面図である。 図２に示すIII−III沿いにおける断面図である。 従来の太陽電池モジュールの配置形態を示す正面図である。 従来の太陽電池モジュールの電流電圧図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの電流電圧図である。 発電特性に関するシミュレーション実験の実験条件を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールを詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、図１から図３を参照して本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０について説明する。太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル２０、２０、…を電気的に直列に接続してなり、車両の表面に設けられる太陽電池モジュールである。

図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０を示す正面概要図である。図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル２０、２０、…と、複数の太陽電池セル２０、２０、…を電気的に直列に接続する接続部材３０とを備えている。

太陽電池セル２０は、縦の長さが横の長さより大きい太陽電池セルである。太陽電池セル２０としては、例えば、シリコン型、化合物半導体型、ＣＩＧＳ型、ＣＺＴＳ型、色素増感型、有機薄膜型等、任意の太陽電池セルが用いられる。接続部材３０としては、例えば、はんだメッキ銅製リボン、スパッタリングもしくは蒸着により形成された金属膜が用いられる。太陽電池モジュール１０は、太陽電池セル２０と接続部材３０の接続構造体（太陽電池セルストリングスとも称する。）を樹脂により充填した充填体の前後面（受光面とその反対側の面に相当する。）をガラス、樹脂板、樹脂シート等により封止して構成される。

なお、図１に示す例では、太陽電池モジュール１０が９つの太陽電池セル２０と、３つの接続部材３０とを含んで構成されているが、太陽電池セル２０の数、及び接続部材３０の数は上記例に限定されるものではない。

図２は、太陽電池モジュール１０の配置形態を示す平面図であり、図３は、図２のIII−III線沿いの断面図である。図２に示すように、太陽電池モジュール１０では、複数の太陽電池セル２０、２０、…が、各太陽電池セル２０の長手方向が車両の上下方向Ｄに向けられており、車両の上下方向Ｄにおける位置を揃えて、車両の側面Ｓに並べて配置されている。太陽電池セル２０の長手方向とは、太陽電池セル２０の縦辺の方向である。車両の側面Ｓとは、車両（又は車体）の前面、左面、右面、後面を含む。

長手方向が上下方向Ｄに向けられているとは、上下方向Ｄに対する傾きαが０である状態とともに、上下方向Ｄに対する傾きαが±４５°の範囲である状態も含む。上下方向Ｄにおける位置が揃えられているとは、例えば車両の設置面Ｇからの高さｄが同じ状態とともに、高さｄのバラツキが太陽電池セル２０の縦辺の長さＬの±１０％の範囲である状態も含む。なお、複数の太陽電池セル２０、２０、…は、同一又はほぼ同一の形状を有している。

図３（ａ）に示すように、車両の側面Ｓ、つまり太陽電池モジュール１０の配置面Ｓは、車両の上下方向Ｄにおいて湾曲していない平面を有し、各太陽電池セル２０は、配置面Ｓに沿って車両の上下方向Ｄに延在していてもよい。この場合、配置面Ｓは、任意の角度βで傾斜していてもよい。

また、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、配置面Ｓは、車両の上下方向Ｄにおいて湾曲した湾曲面Ｃを有し、各太陽電池セル２０は、湾曲面Ｃに沿って車両の上下方向Ｄに延在していてもよい。配置面Ｓが車両の左面である場合、湾曲面Ｃは、車両を左右方向に横切る横断面に現れる面であり、例えば、車両の左方向に緩やかに突出している面である。湾曲面Ｃは、単一又は複数の曲率の曲面により構成されてもよく、互いに異なる傾きを有する複数の平面により構成されてもよい。

さらに、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、湾曲面Ｃは、湾曲面Ｃの接線Ｔが車両の上下方向Ｄと同じとなる鉛直接線部Ｆを有し、各太陽電池セル２０は、湾曲面Ｃに沿って少なくとも鉛直接線部Ｆより車両の下方向に延在していてもよい。鉛直接線部Ｆとは、湾曲面Ｃと車両の上下方向Ｄに延びる接線Ｔとの交差部である。配置面Ｓが車両の左面である場合、鉛直接線部Ｆは、例えば、車両の左方向に緩やかに突出している面の頂部となる。

つぎに、図４から図７を参照して本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０の動作について説明する。

まず、複数の太陽電池セルを電気的に直列に接続してなる太陽電池モジュールの発電特性について説明する。この種の太陽電池モジュールでは、設置面等における太陽光の散乱・反射、配置面の湾曲・凹凸等の受光条件の差に起因して、太陽電池モジュールの上部と下部の間で受光ムラが生じる場合がある。一方、太陽電池モジュールの発電出力は、太陽電池セル毎の電圧を合計した総発電電圧と、太陽電池モジュールの発電電流とにより規定される。ここで、太陽電池モジュールの発電電流は、受光量が最低となる太陽電池セルの電流により規定される。

つぎに、従来の太陽電池モジュール１との対比を通じて、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０の動作について説明する。

図４は、従来の太陽電池モジュール１の配置形態を示す正面図である。図５は、従来の太陽電池モジュール１の電流電圧図である。図６は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０の電流電圧図である。

図４に示すように、従来の太陽電池モジュール１は、正方形に近い形状を有する複数の太陽電池セル２、２、…を接続部材３により電気的に直列に接続してなる。従来の太陽電池モジュール１では、通常、複数の太陽電池セル２、２、…が、縦方向と横方向とに並べて、つまりマトリックス状に配置される。

ここで、従来の太陽電池モジュール１の車両の側面Ｓに配置する場合、太陽電池モジュール１の上部の領域Ａ１と、下部の領域Ａ２との間で受光量が異なることで、太陽電池セル２同士の間で受光ムラが生じ易い。そして、受光ムラが生じた場合には、前述したように、受光量が最低となる太陽電池セル２の電流により太陽電池モジュール１の発電電流Ａが規定される。すると、図５に示すように、発電電流Ａの低下によって、太陽電池セル２毎の発電特性が理想値Ｃから大きく乖離し、太陽電池モジュール１の発電出力Ｗの理想値Ｗａに比べて、実際の発電出力Ｗｂが大幅に低下してしまう。

これに対し、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０では、図２に示したように、複数の太陽電池セル２０、２０、…が、各太陽電池セル２０の長手方向が車両の上下方向Ｄに向けられており、車両の上下方向Ｄにおける位置を揃えて、車両の側面Ｓに並べて配置されている。

このため、太陽電池モジュール１０の上部と下部の間で生じる受光ムラの影響が各太陽電池セル２０内で平均化され、太陽電池セル２０間の受光ムラが抑制される。すなわち、各太陽電池セル２０では、太陽電池モジュール１０の上部の受光条件と下部の受光条件とを平均化した受光条件で太陽光が受光される。よって、従来の太陽電池モジュール１に比べて、太陽電池セル２０間の受光ムラが抑制され、受光ムラによる発電電流Ａの低下を抑制できる。すると、図６に示すように、太陽電池セル２０毎の発電特性の乖離が抑制され、太陽電池モジュール１０の発電出力Ｗの理想値Ｗａに対する実際値Ｗｂの低下を抑制できる。

つぎに、図７を参照して本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０の発電特性に関するシミュレーション実験の結果について説明する。

図７は、発電特性に関するシミュレーション実験の実験条件を示す図である。シミュレーション実験では、図７に示すように、従来の太陽電池モジュール１と本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０の発電出力Ｗを同一の受光条件で数値演算により推定した。受光条件は、太陽電池モジュール１、１０における上２／３の領域Ａ１の日射量Ｉｎ１を１ｋＷ／ｍ^２、下１／３の領域Ａ２の日射量Ｉｎ２を０．５ｋＷ／ｍ^２と仮定した。

また、両方の太陽電池モジュール１、１０について、太陽電池セル２と太陽電池セル２０の数、及び各太陽電池セル２と各太陽電池セル２０の面積を同一とした。なお、接続部材３、３０の被覆が受光量に及ぼす影響は、考慮されていない。

シミュレーション実験の結果、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０では、従来の太陽電池モジュール１に比べて１．５倍程度の発電出力Ｗｂが得られることが確認された。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０によれば、複数の太陽電池セル２０、２０、…が各太陽電池セル２０の長手方向が車両の上下方向Ｄに向けられており、車両の上下方向Ｄにおける位置を揃えて車両の側面Ｓに並べて配置されている。これにより、太陽電池モジュール１０の上部と下部の間で生じる受光ムラの影響が各太陽電池セル２０内で平均化され、太陽電池セル２０間の受光ムラが抑制されるので、太陽電池セル２０間の受光ムラによる発電電流Ａの低下を抑制できる。

特に、太陽電池モジュール１０の配置面Ｓとなる車両の側面Ｓが、車両の上下方向Ｄにおいて湾曲した湾曲面Ｃを有し、各太陽電池セル２０が湾曲面Ｃに沿って車両の上下方向Ｄに延在している場合、湾曲面Ｃの存在により生じる受光ムラによる発電電流Ａの低下を抑制できる。

また、湾曲面Ｃが、湾曲面Ｃの接線が車両の上下方向Ｄと同じである鉛直接線部Ｆを有し、各太陽電池セル２０が湾曲面Ｃに沿って少なくとも鉛直接線部Ｆより車両の下方向に延在している場合、特に、湾曲面Ｃの存在により生じる受光ムラによる発電電流Ａの低下を抑制できる。

なお、前述した実施形態は、本発明に係る太陽電池モジュール１０の最良な実施形態を説明したものであり、本発明に係る太陽電池モジュール１０は、本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係る太陽電池モジュール１０は、各請求項に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で本実施形態に係る太陽電池モジュール１０を変形し、または他のものに適用したものであってもよい。

１、１０…太陽電池モジュール、２、２０…太陽電池セル、３、３０…接続部材、Ｓ…車両の側面（配置面）。

Claims (3)

1. 複数の太陽電池セルを電気的に直列に接続してなり、車両の表面に設けられる太陽電池モジュールであって、
   前記複数の太陽電池セルが、各太陽電池セルの長手方向が車両の上下方向に向けられており、前記車両の上下方向における位置を揃えて、前記車両の側面に並べて配置されている、太陽電池モジュール。
2. 前記側面が、前記車両の上下方向において湾曲した湾曲面を有し、
   各太陽電池セルが前記湾曲面に沿って前記車両の上下方向に延在している、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記湾曲面が、前記湾曲面の接線が前記車両の上下方向と同じとなる鉛直接線部を有し、
   各太陽電池セルが前記湾曲面に沿って少なくとも前記鉛直接線部より前記車両の下方向に延在している、請求項２に記載の太陽電池モジュール。

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