JP2015088561A

JP2015088561A - シート状発電装置用の台座シート、及び、これを用いたシート状発電装置

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Publication number: JP2015088561A
Application number: JP2013224587A
Authority: JP
Inventors: 未和松根; Miwa Matsune; 田中　秀樹; Hideki Tanaka; 秀樹田中; 貞一広瀬; Sadaichi Hirose
Original assignee: Gunze Ltd
Current assignee: Gunze Ltd
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】耐久性に優れるシート状発電装置用の台座シート、及び、これを用いたシート状発電装置を提供する。【解決手段】複数個の太陽電池モジュールがマトリックス状に表面に配列されるシート状発電装置用の台座シートであって、各太陽電池モジュールが配置される領域を区割りする複数の区割り線が形成され、該区割り線にて折り曲げることにより、各太陽電池モジュールが配置される前記領域が一方向に積層されて折り畳まれるシート本体部を備えており、前記区割り線同士の交点部には、前記シート本体部を貫通する貫通孔が形成されているシート状発電装置用の台座シート。【選択図】図１

Description

本発明は、シート状発電装置用の台座シート、及び、これを用いたシート状発電装置に関する。

近年、省エネの要請に伴い、自然エネルギーである太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する太陽電池が注目を浴びている。太陽電池の種別としては、シリコン太陽電池の他、様々な化合物半導体などを素材にしたものや、色素増感型（有機太陽電池）と呼ばれる太陽電池も実用化されている。

太陽電池を用いた発電装置としては、例えば、建物の屋根の上や陸の地面に設置し、家屋等にて使用される電力を賄うものや、電卓や時計等の機器に組み込み当該機器の電力駆動源として使用されるもの等さまざまなタイプがあるが、特許文献１に開示されているように、折り畳んで携帯可能に構成し、旅行や出張、アウトドア活動等の外出時において、携帯電話等の携帯端末機器等に電力を供給することを目的とした発電装置も知られている。

特許文献１に開示されている装置は、図７に示すように、台座シート１０１の表面に薄膜の太陽電池モジュール１０２を積層して構成される複数の太陽電池パネル１０３をヒンジ機構１０４で連結する構造を有しており、ヒンジ機構１０４を介して折り畳めるように構成されている。

この特許文献１に開示されている発電装置は、複数の太陽電池パネル１０３をヒンジ機構１０４で連結する構造を有していることから、ヒンジ機構１０４を強固に太陽電池パネル１０３に固定する必要があり、各太陽電池パネル１０３の厚み（台座シート１０１の厚み）を大きく設定する必要がある。この結果、折り畳み時の厚みが大きく、コンパクト性に欠け、更に、厚みに応じてその重量も重くなるため、携帯性に欠けるという問題があった。

特開２０１０−２７９０９６号公報

このような問題点を解消すべく、図８に示すように、一枚の薄い台座シート１１１の表面に、複数の太陽電池モジュール１１２をマトリックス状に配列し、各太陽電池モジュール１１２間にて折り曲げることにより折り畳み可能なシート状発電装置１１０の開発が検討されたが、このような構成の場合、度重なる折り畳み動作の繰り返しにより、折り目１１３の交点部分１１４を起点として台座シート１１１が破断してしまうという問題があり、台座シート１１１及びこの台座シートを用いたシート状発電装置１１０の耐久性が悪いという問題が発生した。

本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであって、耐久性に優れるシート状発電装置用の台座シート、及び、これを用いたシート状発電装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、複数個の太陽電池モジュールがマトリックス状に表面に配列されるシート状発電装置用の台座シートであって、各太陽電池モジュールが配置される領域を区割りする複数の区割り線が形成され、該区割り線にて折り曲げることにより、各太陽電池モジュールが配置される前記領域が一方向に積層されて折り畳まれるシート本体部を備えており、前記区割り線同士の交点部には、前記シート本体部を貫通する貫通孔が形成されているシート状発電装置用の台座シートにより達成される。

このように、シート本体部に形成される区割り線同士の交点部に、シート本体部を貫通する貫通孔を形成することにより、台座シートの折り畳みやその展開を行う際に、区割り線同士の交点に発生する応力集中を大幅に緩和することが可能となる。この結果、区割り線同士の交点を起点としてシート本体部（台座シート）が破れるといった損傷を効果的に防止することができ、台座シートの耐久性を向上させることが可能となる。

このシート状発電装置用の台座シートにおいて、前記区割り線は、前記シート本体部の表面に形成されるハーフカットラインであることが好ましい。また、前記区割り線は、前記シート本体部の表面に形成されるミシン目カットラインにより形成してもよい。また、前記区割り線は、前記シート本体部の表面を線状に押圧して形成してもよい。このような構成を採用することにより、区割り線には折癖が付与されるため、台座シートを容易に折り畳むことが可能となる。

また、前記シート本体部は、前記区割り線にて折り曲げることにより、ミウラ折り状に折り畳み可能に構成されていることが好ましい。ミウラ折り状にシート本体部を折り畳み可能に構成することにより、シート本体部の折り畳み作業と、シート本体部の展開作業を迅速に軽微な力で行うことが可能となり、台座シートの取り扱い作業性（折り畳みや展開における作業性）を向上させることができる。更に、折り目が反転しにくく安定であり、折り目強度が大きく疲労破断が起こりにくく、台座シートの耐久性を向上させることができる。

また、本発明の上記目的は、上述の発電装置用の台座シートと、該台座シートにおける複数の前記区割り線により区割りされた各領域の表面に個別に配設される複数の太陽電池モジュールとを備えるシート状発電装置により達成される。上述のように、シート状発電装置が備える台座シートは、シート本体部に形成される区割り線同士の交点部にシート本体部を貫通する貫通孔が形成されている。したがって、このような台座シートを備えるシート状発電装置を折り畳んだり展開する際に、区割り線同士の交点に発生する応力集中を大幅に緩和することが可能となる。この結果、区割り線同士の交点を起点としてシート本体部（台座シート）が破れるといった損傷を効果的に防止することができ、シート状発電装置の耐久性を向上させることが可能となる。

また、このシート状発電装置においては、前記各太陽電池モジュールは、フィルム基板型の色素増感型太陽電池モジュールであることが好ましい。フィルム基板型の色素増感型太陽電池モジュールは薄型軽量であるため、当該色素増感型太陽電池モジュールを用いて本発明に係るシート状発電装置を構成する場合、シート状発電装置を折り畳んだ際のコンパクト化・軽量化を図ることができる。

また、隣り合う前記太陽電池セル同士を電気的に接続する配線部材を備えており、前記配線部材は、前記隣り合う太陽電池セルの近傍に形成される前記貫通孔に挿通されて、前記隣り合う太陽電池セル同士を接続するように構成してもよい。

このような構成を採用する場合、配線部材が折り曲げられる区割り線を横切らないように配置することが可能となり、シート状発電装置の折り畳みにより、配線部材が断線することを効果的に抑制することが可能となり、シート状発電装置の耐久性を向上させることができる。

本発明によれば、耐久性に優れるシート状発電装置用の台座シート、及び、これを用いたシート状発電装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るシート状発電装置用の台座シートの概略構成平面図である。台座シートの表面に、複数個の太陽電池モジュールをマトリックス状に配列して構成される本発明に係るシート状発電装置の概略構成面図である。図１に示す台座シートをミウラ折りにて折り畳んだ状態を示す説明図である。図１に示す台座シートが備える区割り線の形成方法を説明するための説明図である。ミウラ折りを行うための折り線（区割り線）の構造を説明するための説明図である。本発明に係るシート状発電装置の変形例を説明するための概略構成断面図である。従来のシート状発電装置の構造を説明するための説明図である。台座シートを用いたシート状発電装置を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態にかかるシート状発電装置用の台座シート２、及び、この台座シート２を用いて構成されるシート状発電装置１について添付図面を参照して説明する。なお、各図は、構成の理解を容易ならしめるために部分的に拡大・縮小している。図１は、本発明の一実施形態に係るシート状発電装置用の台座シート２の概略構成平面図であり、図２は、当該台座シート２の表面に、複数個の太陽電池モジュール３をマトリックス状に配列して構成されるシート状発電装置１の概略構成面図である。

シート状発電装置用の台座シート２は、上述のように、複数個の薄膜の太陽電池モジュール３がマトリックス状に表面に配列されるシート状部材である。この台座シート２は、図１に示すように、シート本体部２１及びツマミ部２５を備えている。シート本体部２１は、折り畳んでコンパクト化できるように構成されるため、柔軟で多数回の折り畳みに耐える強度を有するシート部材から形成されることが好ましい。このようなシート部材としては、例えば、可撓性を有する合成樹脂製のフィルム体を挙げることができる。合成樹脂製のフィルム体としては、軟質オレフィンフィルムや、ＰＥＴフィルム（ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム）、ＰＩフィルム（ポリイミド樹脂フィルム）、フッ素樹脂製フィルム等を例示することができる。また、台座シート２を布や不織布、紙等から形成してもよい。また、シート本体部２１としては、例えば、厚みが３０μｍ〜１００μｍの範囲のものを好適に使用することができる。

また、シート本体部２１には、各太陽電池モジュール３が配置される領域２３を区割りする複数の区割り線２２が形成されており、当該区割り線２２にて折り曲げることにより（当該区割り線２２に沿って折り曲げることにより）、図３に示すように、各太陽電池モジュール３が配置される領域２３が一方向に積層されて折り畳み可能となる。図１に示すシート本体部２１は、複数の区割り線２２によって、３×３の９マスの領域２３（区割り部）に区割りされている。区割りされた各領域２３のうち、８マスのそれぞれに太陽電池モジュール３が配列されている。なお、図３に示される積層体は、図１に示すシート本体部２１（台座シート２）をミウラ折り（登録商標）して折り畳んだ状態を示す概略側面図である。

上述の区割り線２２は、シート本体部２１の表面に形成されるハーフカットラインとして形成されている。ハーフカットとは、例えば、刃によってシート本体部２１の厚み方向に所定深さの切り溝を形成する切込部形成手段をいい、ハーフカットラインとは、このようなハーフカットにより形成された溝状のライン（線）を意味する。なお、山折り線として区割り線２２を形成する場合には、山側となるシート本体部２１の表面にハーフカットラインを形成する。一方、谷折り線として区割り線２２を形成する場合には、谷側となるシート本体部２１の表面の反対側の面にハーフカットラインを形成する。また、ハーフカットにより形成される溝の深さは、シート本体部２１の厚みに応じて適宜設定されるものであるが、例えば、シート本体部２１の厚みの１０％〜３０％程度の寸法となるように設定することが好ましい。

また、区割り線２２をハーフカットラインにより形成する代わりに、シート本体部２１の表面に形成されるミシン目カットラインとして形成してもよい。ミシン目カットラインとは、ミシン目によって形成されるライン（線）を意味し、ミシン目カットとは、シート本体部２１の一方面から他方面に貫通する小孔や切れ目を所定間隔あけた状態で連続して形成する手段をいう。また、シート本体部２１の表面に対して所定の金型でプレス加工（押圧加工）することにより、所定幅及び所定深さの線状の溝を形成することにより区割り線２２を構成してもよい。なお、プレス加工により区割り線２２を形成する場合、図４（ａ）に示すように、シート本体部２１の所定個所の肉厚を薄くすることにより線状の溝を形成してもよく、或いは、図４（ｂ）に示すように、シート本体部２１の一方の面側が凹部を構成し、他方の面側が凸部を構成するように線状の溝を形成してもよい。

ここで、シート本体部２１を区割り線２２にて折り曲げて折り畳む際の折り畳み方法としては、ミウラ折りを好ましく採用できる。ミウラ折り状にシート本体部２１が折り畳み可能に構成される場合、シート本体部２１の折り畳み作業と、シート本体部２１の展開作業を迅速に軽微な力で行うことが可能となり、台座シート２や、当該台座シート２を用いたシート状発電装置１の取り扱い作業性が向上する。更に、折り目が反転しにくく安定であり、折り目強度が大きく疲労破断が起こりにくい折り畳み方法であり、台座シート２の耐久性向上にも寄与する。このミウラ折りは、二重波形可展構造を利用したものであり、例えば、図５に示すように、互いに区割り線２２（折り曲げ線）ａ，ｂで接続された４個の合同平行四辺形Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなる凹多面体を２次元方向へ複数併設した時の隣り合った凹多面体面相互間の干渉効果を利用するもので、同図において、実線は紙面上方に凸な山折り線として区割り線ａが形成されており、１点鎖線は紙面下方に凸な谷折り線として区割り線ｂが形成されている。これらの山折り線、谷折り線の性質によって携帯に便利な折畳状態に自然に折り畳まれる。

また、シート本体部２１における区割り線２２同士の各交点部には、シート本体部２１を貫通する貫通孔２４が形成されている。図１においては、貫通孔２４の形状を平面視において円形状となるように形成しているが、例えば、楕円形状や矩形状、菱形形状となるように貫通孔２４を形成してもよい。また、貫通孔２４の最大径は、各太陽電池モジュール３の大きさや、台座シート２の大きさ、区割り線２２により区割りされる領域の大きさ（面積）等に応じて適宜設定することができるが、例えば、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲となるように設定することが好ましい。

ツマミ部２５は、折り畳まれた台座シート２を開いてシート状に展開する際に手指で把持するための部材であり、シート本体部２１の対角線上の各コーナー部にそれぞれ設けられている。このツマミ部２５は、シート本体部２１と別体として形成されたものをシート本体部２１の所定個所に貼り付けて固定してもよく、或いは、シート本体部２１を作製する際に同時に一体的に形成してもよい。

太陽電池モジュール３は、台座シート２に形成される複数の区割り線２２により区割りされた各領域２３の表面に個別に配設されている。各太陽電池モジュール３は、粘着両面テープや、粘着剤、接着剤等を介して、所定間隔をあけて台座シート２の表面に固定されている。この太陽電池モジュール３は、光起電力効果を利用して光エネルギーを直接電力に変換する発電機であり、パネル状の形態を有している。隣り合う各太陽電池モジュール３は、配線部材（図示せず）を介して、それぞれ電気的に接続されている。なお、各太陽電池モジュール３の接続形態は、直列接続でもよく、或いは、並列接続でもよく、必要な電圧と電流を得られるように選択すればよい。ここで、太陽電池モジュール３間を接続する配線部材としては、銅やアルミニウム等の金属箔や、金属導線を用いることができるが、折り畳み時の損傷を防止できる点でポリエステルクロスに導電めっきした導電布等が望ましい。配線部材は、太陽電池モジュール３が配置される側のシート本体部２１の面と同一面上に配設されている。また、台座シート２の表面に複数の太陽電池モジュール３を配設されて構成されるシート状発電装置１は、複数の太陽電池モジュール３で発生した電気エネルギーを外部の携帯電話等の電子機器に供給するための接続端子コネクタ（図示せず）を備えている。接続端子コネクタは、シート本体部２１の側縁部に配置してもよく、或いは、任意の太陽電池モジュール３が配置される区割り部（区割り線２２で囲まれる領域）における残余のスペースに配置してもよい。

また、太陽電池モジュール３としては、シリコン基板型太陽電池モジュールやガラス基板型太陽電池モジュール、フィルム基板型の色素増感型太陽電池モジュール（有機太陽電池モジュール）等、種々の太陽電池を採用することができるが、特に、フィルム基板型の色素増感型太陽電池モジュールを好適に用いることができる。フィルム基板型の色素増感型太陽電池モジュールは薄型軽量であるため、当該色素増感型太陽電池モジュールを用いて本発明に係るシート状発電装置１を構成する場合、シート状発電装置１を折り畳んだ際のコンパクト化・軽量化を図ることができる。

本実施形態に係るシート状発電装置用の台座シート２は、上述のように、シート本体部２１に形成される区割り線２２同士の交点部に、シート本体部２１を貫通する貫通孔２４が形成されている。このような構成により、台座シート２の折り畳みやその展開を行う際に、区割り線２２同士の交点に発生する応力集中を大幅に緩和することが可能となる。この結果、区割り線２２同士の交点を起点としてシート本体部２１（台座シート２）が破れるといった損傷を効果的に防止することができ、台座シート２や、当該台座シート２を用いたシート状発電装置１の耐久性を向上させることが可能となる。

また、シート本体部２１に形成される区割り線２２同士の交点部に、シート本体部２１を貫通する貫通孔２４を形成するように構成することにより、台座シート２や、当該台座シート２を用いたシート状発電装置１を折り畳んで、各太陽電池モジュール３が配置される領域２３が一方向に積層される積層体を形成した場合、当該積層体のコンパクト化を図ることができる。具体的に説明すると、図３に示すように、台座シート２を折り畳んで積層体を形成する場合、区割り線２２同士の交点部分は、シート本体部２１の折り曲げによる歪みの影響を受けやすい部分であり、貫通孔２４が形成されていない場合には、交点部分近傍が積層方向に大きく膨らんだ形態となってしまう。つまり、積層体形成時に、積層体の積層方向に膨らんだ交点部分近傍が、上下に並ぶこととなり、台座シート２や、当該台座シート２を用いたシート状発電装置１の折り畳み時のコンパクト化を阻害することとなる。これに対し、区割り線２２同士の交点部に貫通孔２４を形成した本発明に係る台座シート２の場合には、シート本体部２１の折り曲げによる歪みの影響が発生しやすい交点部分が貫通孔２４により除去されているため、交点部分近傍が積層方向に膨らんでしまうことを抑制でき、台座シート２や、当該台座シート２を用いたシート状発電装置１の折り畳み時のコンパクト化をより一層高めることが可能となる。

また、本発明に係る台座シート２における区割り線２２は、ハーフカットラインや、ミシン目カットラインにより構成されている。或いは、シート本体部２１の表面を線状に押圧することにより区割り線２２が形成されている。このような構成により、区割り線２２には折癖が付与されるため、台座シート２や、当該台座シート２を用いたシート状発電装置１を容易に折り畳むことが可能となる。

また、本発明に係る台座シート２は、区割り線２２にて折り曲げることにより、ミウラ折り状にシート本体部２１を折り畳み可能に構成しているため、シート本体部２１の折り畳み作業と、シート本体部２１の展開作業を迅速に軽微な力で行うことが可能となり、台座シート２や、当該台座シート２を用いたシート状発電装置１の取り扱い作業性（折り畳みや展開における作業性）を向上させることができる。更に、折り目が反転しにくく安定であり、折り目強度が大きく疲労破断が起こりにくく、台座シート２や、当該台座シート２を用いたシート状発電装置１の耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態に係るシート状発電装置１は、複数の太陽電池モジュール３が、単一のシート本体部２１（台座シート２）の表面に配列されて構成されている。このような構成により、従来のように複数の太陽電池をヒンジ機構で連結する構成に比べて、格段にシート状発電装置１の軽量化を図ることができ、また、折り畳み時の嵩張りを抑制しコンパクト化を図ることが可能となる。

以上、本発明に係る台座シート２、及びこれを用いたシート状発電装置１について説明したが、具体的構成は、上記実施形態に限定されない。例えば、上述した台座シート２におけるシート本体部２１は、複数の区割り線２２によって、３×３の９マスの領域に区割りされているが、このような区割り数（各太陽電池モジュール３が配設される領域の数）に限定されず、区割り数を例えば、３×４の１２マス、４×４の１６マス、５×５の２５マスというように種々構成し、各太陽電池モジュール３が配設される領域２３の数を更に増加させるように構成してもよい。

また、上記実施形態においては、本発明に係る台座シート２の具体的な折り畳み方法としてミウラ折りについて説明したが、台座シート２の折り畳み方法としては、ミウラ折りに限定されず、例えば、蛇腹折りした後に二つ折りや三つ折り等することにより折り畳む方法や、十文字折りした後に二つ折りや三つ折り等して折り畳む方法等、種々の折り畳み方法を採用することができる。

また、上記実施形態において、シート状発電装置１は、複数の太陽電池モジュール３で発生した電気エネルギーを蓄電する充電式バッテリーを備えるように構成してもよい。充電式バッテリーは、例えば、区割り線２２で囲まれた領域２３であって、太陽電池モジュール３が配設されていない領域に配置するようにすればよい。

また、上記実施形態においては、配線部材は、太陽電池モジュール３が配置される側のシート本体部２１の面と同一面上に配設されるように構成されているが、例えば、図６に示すように、隣り合う太陽電池モジュール３の近傍に形成される貫通孔２４を介して（貫通孔２４に挿通して）、隣り合う太陽電池モジュール３同士を接続するように構成してもよい。このような構成を採用する場合、配線部材４の一方端は、太陽電池モジュール３が固定されるシート本体部２１の裏面側（太陽電池モジュール３が固定されていない面側）に導かれることとなるが、当該配線部材４の一方端をシート本体部２１を貫通させて、太陽電池モジュール３が固定されているシート本体部２１の面側に導くことにより、接続すべき太陽電池モジュール３との接続が可能となる。このように、貫通孔２４を介して隣り合う太陽電池モジュール３同士を配線部材４にて接続する構成を採用する場合、配線部材４が、シート本体部２１の一方の面側において、折り曲げられる区割り線２２を横切らないように配置することが可能となり、シート状発電装置１の折り畳みにより、配線部材４が小さい曲率で折り曲げられることを防止でき、配線部材４が断線することを効果的に抑制することが可能となる。この結果、シート状発電装置１の耐久性を向上させることができる。

１シート状発電装置
２シート状発電装置用の台座シート
２１シート本体部
２２区割り線
２３各太陽電池モジュールが配置される領域（区割り部）
２４貫通孔
２５ツマミ部
３太陽電池モジュール
４配線部材

Claims

複数個の太陽電池モジュールがマトリックス状に表面に配列されるシート状発電装置用の台座シートであって、
各太陽電池モジュールが配置される領域を区割りする複数の区割り線が形成され、該区割り線にて折り曲げることにより、各太陽電池モジュールが配置される前記領域が一方向に積層されて折り畳まれるシート本体部を備えており、
前記区割り線同士の交点部には、前記シート本体部を貫通する貫通孔が形成されているシート状発電装置用の台座シート。
前記区割り線は、前記シート本体部の表面に形成されるハーフカットラインである請求項１に記載のシート状発電装置用の台座シート。
前記区割り線は、前記シート本体部の表面に形成されるミシン目カットラインである請求項１に記載のシート状発電装置用の台座シート。
前記区割り線は、前記シート本体部の表面を線状に押圧して形成される請求項１に記載のシート状発電装置用の台座シート。
前記シート本体部は、前記区割り線にて折り曲げることにより、ミウラ折り状に折り畳み可能に構成されている請求項１から４のいずれかに記載のシート状発電装置用の台座シート。
請求項１から５のいずれかに記載の発電装置用の台座シートと、
該台座シートにおける複数の前記区割り線により区割りされた各領域の表面に個別に配設される複数の太陽電池モジュールとを備えるシート状発電装置。
前記各太陽電池モジュールは、フィルム基板型の色素増感型太陽電池モジュールである請求項６に記載のシート状発電装置。
隣り合う前記太陽電池セル同士を電気的に接続する配線部材を備えており、
前記配線部材は、前記隣り合う太陽電池セルの近傍に形成される前記貫通孔に挿通されて、前記隣り合う太陽電池セル同士を接続している請求項６又は７に記載のシート状発電装置。