JP2014239206A

JP2014239206A - ソーラーパネル及びその製造方法

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Publication number: JP2014239206A
Application number: JP2014033202A
Authority: JP
Inventors: 博隆稲葉; Hirotaka Inaba; 仁関田; Hitoshi Sekida
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2014-12-18
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: EP2775536B1; EP2775536A2; JP5804106B2; EP2775536A3; US20140251415A1; US9419163B2

Abstract

【課題】優れた美観と発電効率とを発揮可能であり、製造工程において容易に保護板を形成可能なソーラーパネルを提供する。
【解決手段】本発明のソーラーパネルは、表面１ａから裏面１ｂまで透光性を有する保護板１と、太陽電池セル３と、裏面１ｂに一体に設けられ、裏面１ｂに太陽電池セル３を封止状態で固定する封止材５とを備えている。保護板１はポリカーボネードを主成分とする樹脂からなる。表面１ａは意匠面とされている。裏面１ｂのうち太陽電池セル３と対面する部分は、太陽電池セル３に対してオフセットされ、意匠面とは形状が異なるオフセット面１ｃとされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソーラーパネルと、その製造方法とに関する。

従来、図１４に示すように、車両８０のルーフ８１に用いられているソーラーパネル８２が知られている。このソーラーパネル８２は、図１５に示すように、保護板９０と複数枚の太陽電池セル９１と封止材９２とフィルム９３とからなる。保護板９０は、意匠面とされる表面９０ａから裏面９０ｂまで透光性を有する無機ガラスからなる。各太陽電池セル９１は結晶シリコンが採用されて平板状をなしている。封止材９２は、保護板９０の裏面９０ｂに一体に設けられ、裏面９０ｂに各太陽電池セル９１を封止状態で固定している。フィルム９３は封止材９２の裏面に設けられている。このソーラーパネル８２は、車両８０においてソーラーベンチレーションシステムを構成し、車両８０が夏季等に駐車されている間、車室内を換気するための電力等を供給することが可能である。

このソーラーパネル８２はおよそ以下のように製造される。まず、平板状の無機ガラスが準備される。そして、この無機ガラスを加熱によって湾曲し、保護板９０とする。この保護板９０では、表面９０ａがルーフ８１に沿った意匠面とされている。まず、保護板９０の裏面９０ｂに封止材９２ａを配置し、次に各太陽電池セル９１を配置し、次いで封止材９２ｂを各太陽電池セル９１の裏面に配置する。こうして封止材９２を保護板９０の裏面９０ｂに設ける。その後、封止材９２ｂの裏面にフィルム９３を設けてから、封止材９２ａ、９２ｂを密着させる。これにより、裏面９０ｂに各太陽電池セル９１を封止材９２により封止状態で固定する。

トヨタ自動車株式会社ホームページ「toyota.jp プリウス｜機能・メカニズム｜ボディ」インターネット＜URL：http://toyota.jp/prius/003_p_007/dynamism/body/index.html＞

しかし、上記従来のようなソーラーパネルは、製造工程において、保護板の形成が難しくなる可能性がある。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、優れた美観と発電効率とを発揮可能であり、製造工程において容易に保護板を形成可能なソーラーパネルを提供することを解決すべき課題としている。

本発明のソーラーパネルは、表面から裏面まで透光性を有する保護板と、太陽電池セルと、前記裏面に一体に設けられ、前記裏面に前記太陽電池セルを封止状態で固定する封止材とを備えたソーラーパネルにおいて、
前記保護板は樹脂からなり、
前記表面は意匠面とされ、
前記裏面のうち前記太陽電池セルと対面する部分は、前記太陽電池セルに対してオフセットされ、前記意匠面とは形状が異なるオフセット面とされていることを特徴とする（請求項１）。

従来のソーラーパネルは、保護板として、加熱によって湾曲された無機ガラスを採用している。このため、保護板の形成が難しくなる可能性がある。

本発明のソーラーパネルでは、保護板が樹脂からなる。この保護板は、表面が従来と同様に意匠面とされるが、裏面のうち太陽電池セルと対面する部分は、太陽電池セルに対してオフセットされ、意匠面とは形状が異なるオフセット面とされている。このため、オフセット面と太陽電池セルとの距離が太陽電池セルの幅方向で異ならないことから、裏面に封止材を設ける際、保護板と太陽電池セルとの密着性が高く、裏面と太陽電池セルとの間の封止材に気泡を含有し難い。また、封止状態で太陽電池セルが保護板のオフセット面に押し付けられるため、型による押圧があっても、曲げの力が加わりにくく、太陽電池セルが割れ難く、発電効率が損なわれ難い。

したがって、本発明のソーラーパネルは、優れた美観と発電効率とを発揮可能である。

また、このソーラーパネルによれば、無機ガラスを湾曲する工程が不要になり、優れた生産性も実現することができる。

保護板を構成する樹脂としては、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン等の透光性を有する合成樹脂を採用することができる。

封止材は太陽電池セルを水分や酸素による劣化から保護する。封止材としては、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）等が採用され得る。

フィルムは太陽電池セルを水分や酸素による劣化から保護する。フィルムには、例えばポリエーテルケトン（ＰＥＫ）等が用いられる。

本発明のソーラーパネルは、太陽電池セルを複数枚備え得る。各太陽電池セルは、直線状の母線によって描かれるセル面を有し得る。そして、裏面は、各オフセット面を繋ぐ湾曲面を有することが好ましい（請求項２）。

ここで、母線とは、直線の移動によって曲線が描かれる時に、その各位置における直線を、その曲面の母線という（広辞苑）。換言すれば、母線とは、直線の集合によってつくられる面の成分直線をいう（理化学辞典）。こうして描かれるセル面は、平面又は曲面である。曲面は、円筒面の一部、円錐面の一部、断面が放物線状の面、断面が波打ち状の面等であり得る。

この場合、オフセット面が平面あるいは曲面である場合にかかわらず、、封止材を密着させる際に太陽電池セルのセル面がオフセット面とオフセットの関係となり、優れた美観を呈する。また、各オフセット面が交差して繋がるよりも、ソーラーパネルが優れた外観を呈することができる。

本発明のソーラーパネルは、全てのセル面が平面であり、保護板がドーム状になっていることが好ましい（請求項３）。この場合、全てのセル面が曲面になっているよりも、比較的容易に製造できる。太陽電池セルは、常態では、平板状をなしている場合が多い。特に、結晶シリコン等の結晶が採用された太陽電池セルはほとんど可撓性を有さないので、このような太陽電池セルを用いる場合に好適である。

本発明のソーラーパネルは、少なくとも一つのセル面が曲面であり、保護板がドーム状になっていることも好ましい（請求項４）。この場合、より車両の天井面に整合しやすく、ソーラーパネルがより優れた外観を呈することができる。

本発明のソーラーパネルの製造方法は、第１型と、第１型との間にキャビティを形成し、第１型に対して型開きされる第２型とを有する成形型を準備する準備工程と、
固化によって表面から裏面まで透光性を有する樹脂となる溶融樹脂を前記キャビティ内に射出する射出工程と、
溶融樹脂が固化した後、成形型を型開きし、樹脂からなる保護板を得る型開き工程と、
保護板の裏面に太陽電池セルを配置し、裏面に太陽電池セルを封止状態で固定する封止材を設ける封止工程とを備えたソーラーパネルの製造方法であって、
第１型及び第２型は、保護板の表面が意匠面とされ、裏面のうち太陽電池セルと対面する部分が、太陽電池セルに対してオフセットされ、意匠面とは形状が異なるオフセット面となるようにキャビティを形成していることを特徴とする（請求項５）。

本発明のソーラーパネルの製造方法によれば、成形型の第１型及び第２型が形成しているキャビティにより、保護板の表面が意匠面とされる。また、裏面のうち太陽電池セルと対面する部分が、太陽電池セルに対してオフセットされ、意匠面とは形状が異なるオフセット面となる。このため、本発明のソーラーパネルを製造することができる。

本発明のソーラーパネルは、優れた美観と発電効率とを発揮可能であり、保護板が容易に形成可能である。

実施例１のソーラーパネルの拡大断面図である。平面状の太陽電池セルの斜視図である。実施例１のソーラーパネルの製造方法を示す拡大断面図である。図（Ａ）は準備工程時の第１型及び第２型の断面図を示し、図（Ｂ）は射出工程時の第１型、保護板及び第２型の断面図を示し、図（Ｃ）は型開き工程時の第１型、保護板及び第２型の断面図を示す。実施例１のソーラーパネルの製造方法を示す拡大断面図である。図（Ａ）は真空成形治具及び保護板の断面図を示し、図（Ｂ）は封止工程時の真空成形治具、保護板、太陽電池セル、封止材、フィルム及び押型の断面図を示し、図（Ｃ）は真空成形治具、ソーラーパネル及び押型の断面図を示す。実施例１のソーラーパネルの斜視図である。実施例２のソーラーパネルの拡大断面図である。実施例２のソーラーパネルの製造方法を示す拡大断面図である。図（Ａ）は準備工程時の第１型及び第２型の断面図を示し、図（Ｂ）は射出工程時の第１型、保護板及び第２型の断面図を示し、図（Ｃ）は型開き工程時の第１型、保護板及び第２型の断面図を示す。実施例２のソーラーパネルの製造方法を示す拡大断面図である。図（Ａ）は真空成形治具及び保護板の断面図を示し、図（Ｂ）は封止工程時の真空成形治具、保護板、太陽電池セル、封止材、フィルム及び押型の断面図を示し、図（Ｃ）は真空成形治具、ソーラーパネル及び押型の断面図を示す。実施例２のソーラーパネルの斜視図である。変形例１に係る曲面状の太陽電池セルの斜視図である。変形例２に係る波打ち状の太陽電池セルの斜視図である。変形例３のソーラーパネルの斜視図である。実施例３のソーラーパネルの拡大断面図である。従来のソーラーパネルを用いた車両の斜視図である。従来のソーラーパネルの拡大断面図である。

以下、本発明を具体化した実施例１〜３を図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
実施例１のソーラーパネルは、図１に示すように、保護板１と複数枚の太陽電池セル３と封止材５とフィルム７とからなる。保護板１は、意匠面とされる表面１ａから裏面１ｂまで透光性を有するポリカーボネートを主成分としている。各太陽電池セル３は結晶シリコンが採用されている。各太陽電池セル３は、図２に示すように、常態ではセル面３ａが平面である。図１に示すように、封止材５は、保護板１の裏面１ｂに一体に設けられ、裏面１ｂに各太陽電池セル３を封止状態で固定している。フィルム７は封止材５の裏面に設けられている。

保護板１の裏面１ｂは、各太陽電池セル３と対面するオフセット面１ｃと、各オフセット面１ｃを繋ぐ湾曲面１ｄとからなる。オフセット面１ｃは、保護板１の表面１ａの意匠面とは異なり、太陽電池セル３のセル面３ａに対してオフセットされた平坦をなしている。

このソーラーパネルは以下のように製造される。まず、図３（Ａ）に示すように、準備工程として、成形型１１を準備する。この成形型１１は、第１型１３と第２型１５とを有している。

第１型１３には、保護板１の表面１ａを成形可能な第１成形面１３ａが形成されている。第１成形面１３ａは、図１４に示すように、ルーフ８１に沿って湾曲している。また、図３に示すように、第２型１５には、第１成形面１３ａと対面する第２成形面１５ａが形成されている。第２成形面１５ａは保護板１のオフセット面１ｃ及び湾曲面１ｄを成形可能である。第１型１３及び第２型１５が型閉じされれば、第１成形面１３ａ及び第２成形面１５ａはキャビティＣ１を形成可能である。キャビティＣ１には図示しないゲートが連通している。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、射出工程として、ポリカーボネートを主成分とする溶融樹脂Ｐ１をキャビティＣ１内に射出する。

そして、図３（Ｃ）に示すように、型開き工程として、溶融樹脂Ｐ１が固化した後、成形型１１を型開きする。こうして、ポリカーボネートを主成分とする保護板１が成形される。

次の工程では、成形型１１に替え、図４に示すように、真空成形治具１７及び押型１８が設けられる。真空成形治具１７は、図４（Ａ）に示すように、保護板１の裏面１ｂを上向きにするように表面１ａを保持している。

次いで、図４（Ｂ）に示すように、封止工程として、保護板１の裏面１ｂにシート状の封止材５ａ、各太陽電池セル３、シート状の封止材５ｂ、フィルム７を順番に配置する。この後、図４（Ｃ）に示すように、真空成型治具１７と押型１８とで各部材を押圧しつつ、各部材に生じる隙間を真空状態とする。同時に、加熱により封止材５を軟化させ、各部材を密着させる。これにより、裏面１ｂに各太陽電池セル３を封止状態で固定する。

こうして得られるソーラーパネルは、図５に示すように、保護板１の全体構造及び表面１ａ（意匠面）がドーム状に形成され、全てのオフセット面１ｃ及びセル面３ａが平面になっている。このソーラーパネルも、従来のソーラーパネルと同様、車両においてソーラーベンチレーションシステムを構成し、車両が夏季等に駐車されている間、車室内を換気するための電力等を供給することが可能である。

このソーラーパネルでは、保護板１が樹脂からなる。この保護板１は、表面１ａが従来と同様に意匠面とされる。しかし、裏面１ｂのうち各太陽電池セル３と対面する部分は、太陽電池セル３に対してオフセットされ、意匠面とは形状が異なる平坦なオフセット面１ｃとされている。このため、オフセット面１ｃと太陽電池セル３との距離が太陽電池セル３の幅方向で異ならないことから、裏面１ｂに封止材５を設ける際、保護板１と太陽電池セル３との密着性が高く、裏面１ｂと太陽電池セル３との間の封止材５に気泡を含有し難い。また、封止状態で太陽電池セル３が保護板１のオフセット面１ｃに押し付けられるため、押型１８による押圧にもかかわらず、曲げの力が加わりにくく、太陽電池セル３が割れ難く、発電効率が損なわれ難い。

したがって、このソーラーパネルは、優れた美観と発電効率とを発揮可能であり、製造工程中の太陽電池セルの割れを防止可能である。特に、このソーラーパネルでは、各オフセット面１ｃが湾曲面１ｄによって繋がっているため、各オフセット面１ｃが交差して繋がった場合に形成される直線部分が、ソーラーパネルから見えることがなく、優れた外観を呈している。

（実施例２）
実施例２のソーラーパネルは、図６に示すように、保護板２１と複数枚の太陽電池セル２３と封止材５とフィルム７とからなる。保護板２１は、意匠面とされる表面２１ａから裏面２１ｂまで透光性を有するポリカーボネートを主成分としている。各太陽電池セル２３は結晶シリコンが採用されている。各太陽電池セル２３は、図２に示すように、常態ではセル面３ａが平面であるが、一方向の曲げが可能な可撓性を有している。撓んで曲面とされたセル面を符号２３ａとする。図６に示すように、封止材５は、保護板２１の裏面２１ｂに一体に設けられ、裏面２１ｂに各太陽電池セル２３を封止状態で固定している。フィルム７は封止材５の裏面に設けられている。

保護板２１の裏面２１ｂは、各太陽電池セル２３と対面するオフセット面２１ｃと、各オフセット面２１ｃを繋ぐ湾曲面２１ｄとからなる。オフセット面２１ｃは、保護板２１の表面２１ａとは異なり、太陽電池セル２３のセル面２３ａに対してオフセットされた曲面をなしている。

このソーラーパネルは以下のように製造される。まず、図７（Ａ）に示すように、準備工程として、成形型３１を準備する。この成形型３１は、第１型３３と第２型３５とを有している。

第１型３３には、保護板２１の表面２１ａを成形可能な第１成形面３３ａが形成されている。また、第２型３５には、第１成形面３３ａと対面する第２成形面３５ａが形成されている。第２成形面３５ａは保護板２１のオフセット面２１ｃ及び湾曲面２１ｄを成形可能である。第１型３３及び第２型３５が型閉じされれば、第１成形面３３ａ及び第２成形面３５ａはキャビティＣ２を形成可能である。キャビティＣ２には図示しないゲートが連通している。

次いで、図７（Ｂ）に示すように、射出工程として、ポリカーボネートを主成分とする溶融樹脂Ｐ２をキャビティＣ２内に射出する。

そして、図７（Ｃ）に示すように、型開き工程として、溶融樹脂Ｐ２が固化した後、成形型３１を型開きする。こうして、ポリカーボネートを主成分とする保護板２１が成形される。

次の工程では、成形型３１に替え、図８に示すように、真空成形治具３７及び押型３８が設けられる。真空成形治具３７は、図８（Ａ）に示すように、保護板２１の裏面２１ｂを上向きにするように表面２１ａを保持している。

次いで、図８（Ｂ）に示すように、封止工程として、保護板２１の裏面２１ｂにシート状の封止材５ａ、各太陽電池セル３、シート状の封止材５ｂ、フィルム７を順番に配置する。この後、図８（Ｃ）に示すように、真空成型治具３７と押型３８とで各部材を押圧しつつ、各部材に生じる隙間を真空状態とする。同時に、加熱により封止材５ａ、５ｂを軟化させ、各部材を密着させる。これにより、裏面２１ｂに各太陽電池セル３を封止状態で固定する。

この際、各太陽電池セル３は、当初は平面であるセル面３ａであっても、押型３８による押圧により、裏面２１ｂと同様の曲面のセル面２３ａを有する太陽電池セル２３となる。

こうして得られるソーラーパネルは、図９に示すように、全てのオフセット面２１ｃ及びセル面２３ａが曲面であり、保護板２１の全体構造及び表面２１ａ（意匠面）はドーム状になっている。このソーラーパネルは、実施例１よりも、より車両の天井面に整合しやすい形状となっている。他の作用効果は実施例１と同様である。

（実施例３）
実施例３のソーラーパネルは、図１３に示すように、保護板６１と複数枚の太陽電池セル３と封止材５とからなる。保護板６１は、意匠面とされる表面６１ａから裏面６１ｂまで透光性を有する合成樹脂を主成分としている。各太陽電池セル３は平板状をなしている。封止材５は、保護板６１の裏面６１ｂに一体に設けられ、裏面６１ｂに各太陽電池セル３を封止状態で固定している。

保護板６１の裏面６１ｂも、各太陽電池セル３と対面し、表面６１ａとは異なる平坦なオフセット面６１ｃと、各オフセット面６１ｃを繋ぐ湾曲面６１ｄとからなる。

このソーラーパネルは、意匠面となる表面６１ａが実施例１、２よりも複雑な立体形状をしているが、実施例１、２と同様の作用効果を奏することができる。

以上において、本発明を実施例１〜３に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜３に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、本発明では、平面からなるセル面３ａと曲面からなるセル面２３ａとによりソーラーパネルを構成することも可能である。

また、本発明のソーラーパネルは、図１０に示すように、予め曲面状に形成された太陽電池セル３３を採用してもよい。同様に、本発明のソーラーパネルは、図１１に示すように、予め波打ち状に形成された太陽電池セル４３を採用してもよい。

さらに、本発明のソーラーパネルは、図１２に示すように、円筒面の一部、円錐面の一部、断面が放物線状の面、断面が波打ち状の面等、種々の曲面からなるオフセット面及びセル面５３ａにより形成され、全体構造及び表面（意匠面）はドーム状にされている保護板５１を用いてもよい。

本発明は車両のルーフ等に利用可能である。

１ａ、２１ａ、６１ａ…表面
１ｂ、２１ｂ、６１ｂ…裏面
１、２１、５１…保護板
３、２３、３３、４３…太陽電池セル
５…封止材
１ｃ、２１ｃ…オフセット面
３ａ、２３ａ、５３ａ…セル面
１ｄ、２１ｄ、６１ｄ…湾曲面
１３、３３…第１型
Ｃ１、Ｃ２…キャビティ
１５、３５…第２型
１１、３１…成形型
Ｐ１、Ｐ２１…溶融樹脂

Claims

表面から裏面まで透光性を有する保護板と、太陽電池セルと、前記裏面に一体に設けられ、前記裏面に前記太陽電池セルを封止状態で固定する封止材とを備えたソーラーパネルにおいて、
前記保護板は樹脂からなり、
前記表面は意匠面とされ、
前記裏面のうち前記太陽電池セルと対面する部分は、前記太陽電池セルに対してオフセットされ、前記意匠面とは形状が異なるオフセット面とされていることを特徴とするソーラーパネル。
前記太陽電池セルを複数枚備え、
各前記太陽電池セルは、直線状の母線によって描かれるセル面を有し、
前記裏面は、各前記オフセット面を繋ぐ湾曲面を有する請求項１記載のソーラーパネル。
全ての前記セル面が平面であり、前記保護板がドーム状になっている請求項２記載のソーラーパネル。
少なくとも一つの前記セル面が曲面であり、前記保護板がドーム状になっている請求項２記載のソーラーパネル。
第１型と、前記第１型との間にキャビティを形成し、前記第１型に対して型開きされる第２型とを有する成形型を準備する準備工程と、
固化によって表面から裏面まで透光性を有する樹脂となる溶融樹脂を前記キャビティ内に射出する射出工程と、
前記溶融樹脂が固化した後、前記成形型を型開きし、前記樹脂からなる保護板を得る型開き工程と、
前記保護板の前記裏面に太陽電池セルを配置し、前記裏面に前記太陽電池セルを封止状態で固定する封止材を設ける封止工程とを備えたソーラーパネルの製造方法であって、
前記第１型及び前記第２型は、前記保護板の前記表面が意匠面とされ、前記裏面のうち前記太陽電池セルと対面する部分が、前記太陽電池セルに対してオフセットされ、前記意匠面とは形状が異なるオフセット面となるように前記キャビティを形成していることを特徴とするソーラーパネルの製造方法。