JP2015120429A - 車両用太陽電池搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セルへの応力集中による悪影響を抑制することができる車両用太陽電池搭載構造を提供する。
【解決手段】太陽電池セル２１の一部はガラス２５の厚さ方向ｚに支持面１７ｓと対向し、太陽電池セル２１の全てはガラス２５の厚さ方向ｚに支持面１７ｓの端部１７ｅと対向しない。このため、支持面１７ｓの端部１７ｅにおける太陽電池セル２１への応力集中が緩和される。これにより、太陽電池セル２１への応力集中による悪影響を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用太陽電池搭載構造に関する。

車両上部に太陽電池モジュールを搭載した車両用太陽電池搭載構造が提案されている。例えば、特許文献１には、車両のフロントウインドの上部に設置される太陽電池セルを備えた車両用太陽電池搭載構造が開示されている。フロントウインドの上部の太陽電池セルは、車室外側及び車室内側の両側からの光を受光して電気エネルギーに変換する。

特開２０１０‐１３７８０９号公報 特開２０１１‐０９６７１８号公報 特開２００４‐００６６２５号公報 特開２０１１‐２３３７０２号公報 特開２０１３‐１２０８４４号公報 特開２０１２‐１５６２１６号公報 特開２０１２‐１９３５５３号公報

ところで、車両の外板には、静的な積雪等の入力以外に、車両の走行に伴い飛散した石や、落下した工具等の衝撃による窪みのような変形を防ぐための耐デント性が要求される。しかし、軽量太陽電池モジュールの表面板として軽量の薄板ガラスを適用する場合は、耐デント性が不足する。このため、少なくとも、外部からの荷重により太陽電池モジュールが変形した際に、太陽電池モジュールの外縁部のみでなく、太陽電池モジュールの面内も支持部材により支持される必要がある。しかし、太陽電池モジュールの面内が支持部材により支持された場合、太陽電池セルへの応力集中が生じ、太陽電池セルに悪影響が生じる場合がある。

本発明は上記課題を考慮してなされたものであり、太陽電池セルへの応力集中による悪影響を抑制することができる車両用太陽電池搭載構造を提供することを目的とする。

本発明は、車両に太陽電池モジュールを搭載するための車両用太陽電池搭載構造であって、板部材の面方向に沿って複数の太陽電池セルが配列された太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールと接触する支持面により、板部材の厚さ方向に太陽電池モジュールを支持する支持部材とを備え、太陽電池セルの一部は板部材の厚さ方向に支持面と対向し、太陽電池セルの全ては板部材の厚さ方向に支持面の端部と対向しない車両用太陽電池搭載構造である。

本発明の車両用太陽電池搭載構造によれば、太陽電池セルへの応力集中による悪影響を抑制することができる。

第１実施形態の車両用太陽電池搭載構造を適用した車両を示す斜視図である。 第１実施形態の車両用太陽電池搭載構造の平面図である。 図１のＡ−Ａ線による断面図である。 従来の車両用太陽電池搭載構造の一例を示す断面図である。 第２実施形態の車両用太陽電池搭載構造の平面図である。 第２実施形態の車両用太陽電池搭載構造における図１のＡ−Ａ線による断面図である。 第３実施形態の車両用太陽電池搭載構造における図１のＡ−Ａ線による断面図である。 第４実施形態の車両用太陽電池搭載構造における図１のＢ−Ｂ線による断面図である。 第５実施形態の車両用太陽電池搭載構造における図１のＢ−Ｂ線による断面図である。 第６実施形態の車両用太陽電池搭載構造における図１のＢ−Ｂ線による断面図である。 第７実施形態の車両用太陽電池搭載構造における図１のＢ−Ｂ線による断面図である。 従来の車両用太陽電池搭載構造の一例を示す断面図である。 図１３の車両用太陽電池搭載構造においてガラスを薄肉化した態様を示す断面図である。 従来の車両用太陽電池搭載構造の別の一例を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る車両用太陽電池搭載構造について詳細に説明する。本実施形態の太陽電池搭載構造は、車両に太陽電池モジュールを搭載するためのものである。図１に示すように、本実施形態の車両用太陽電池搭載構造１では、車両１０のルーフサイドレール１５、ルーフクロスメンバ１６及びルーフパネルリインホースメント１７により、太陽電池モジュール２０が支持されている。車両１０は、車両１０の下部にロッカーパネルリインホースメント１１、フロントボディピラー１２及びリアボディピラー１３を備えている。フロントボディピラー１２からは、フロントピラー１４ａが上方に伸びている。ロッカーパネルリインホースメント１１からは、センターピラー１４ｂが上方に伸びている。リアボディピラー１３からは、リアピラー１４ｃが上方に伸びている。フロントピラー１４ａ、センターピラー１４ｂ及びリアピラー１４ｃの上部により、一対のルーフサイドレール１５が支持される。フロントピラー１４ａ及びリアピラー１４ｃの上部により、一対のルーフクロスメンバ１６が支持される。一対のルーフサイドレール１５の間には、ルーフパネルリインホースメント１７が取り付けられている。

図２及び図１のＡ−Ａ線による断面図である図３に示すように、太陽電池モジュール２０は、板部材であるガラス２５の面方向ｘ，ｙに沿って複数の太陽電池セル２１が配列されている。太陽電池セル２１それぞれには、太陽電池セル２１それぞれを直列に接続するセルストリングス方向３０（面方向ｙ）に沿ってインタコネクタ２２が接続されている。インタコネクタ２２それぞれは、タブ線２３により互いに接続されている。図３に示すように、太陽電池モジュール２０は、車両の外側の板部材であるガラス２５と、ガラス２５の車両の内側の面に積層された封止材２４とを有している。封止材２４の中には、複数の太陽電池セル２１がガラス２５の面方向ｘ，ｙに沿って封入されている。封止材２４は、エチレン酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）や、ポリビニルアルコール（ＰＶＢ）等の透明樹脂を適用することができる。ガラス２５の車両の前後方向側の端部は、ウレタン、シリコーン、ブチルゴム等から成る接着部３１により、剛性を有するルーフクロスメンバ１６と接着されている。

図２及び図３に示すように、本実施形態では、太陽電池モジュール２０と接触する支持面１７ｓにより、ガラス２５の厚さ方向ｚに太陽電池モジュール２０を支持する支持部材であるルーフパネルリインホースメント１７を備える。ルーフパネルリインホースメント１７は剛性を有する。複数の太陽電池セル２１の一部であるセルストリングス方向３０に沿った一列の太陽電池セル２１それぞれは、ガラス２５の厚さ方向ｚに支持面１７ｓと対向する位置に配置されている。セルストリングス方向３０とルーフパネルリインホースメント１７の長手方向とは平行である。一方、図２及び図３の部分Ｃに示すように、複数の太陽電池セル２１の全ては、ガラス２５の厚さ方向ｚに支持面１７ｓの端部１７ｅと対向しない位置に配置されている。

ルーフパネルリインホースメント１７と、太陽電池モジュール２０の太陽電池セル２１を封止する封止材２４との間には、車両の上方からの衝撃を太陽電池モジュール２０のガラス２５の変形により吸収するため、弾性を有する緩衝材１８が配置されている。緩衝材１８は、封止材２４に取付けられていても良く、ルーフパネルリインホースメント１７の上面に取付けられていても良い。緩衝材１８が封止材２４に取付けられる場合は、車両の上方からの衝撃が無いときには、緩衝材１８とルーフパネルリインホースメント１７とは接触せず、隙間が空いた状態である。あるいは、緩衝材１８がルーフパネルリインホースメント１７の上面に取付けられる場合は、車両の上方からの衝撃が無いときには、封止材２４と緩衝材１８とは接触せず、隙間が空いた状態である。

ルーフパネルリインホースメント１７の支持面１７ｓの曲率は、車両上部からの圧力でガラス２５が変形した場合に、ガラス２５がルーフパネルリインホースメント１７の支持面１７ｓと封止材２４を介して接触するときのガラス２５の下面の曲率と同じである。車両上部からの圧力により太陽電池モジュール２０のガラス２５の変形量が一定量を超えたところで、太陽電池モジュール２０は緩衝材１８を介してルーフパネルリインホースメント１７の支持面１７ｓにより支持される。

本実施形態では、太陽電池セル２１の一部はガラス２５の厚さ方向ｚに支持面１７ｓと対向し、太陽電池セル２１の全てはガラス２５の厚さ方向ｚに支持面１７ｓの端部１７ｅと対向しない。このため、支持面１７ｓの端部１７ｅにおける太陽電池セル２１への応力集中が緩和される。これにより、太陽電池セル２１への応力集中による悪影響を抑制することができる。

本実施形態では、例えば図４に示すように、太陽電池セル２１のいずれもガラス２５の厚さ方向ｚに支持面１７ｓと対向しない位置に配置されている態様に比べて、より多くの太陽電池セル２１を配置することができる。

以下、第２実施形態に係る車両用太陽電池搭載構造について説明する。図５及び図６に示すように、本実施形態では、緩衝材１８と、太陽電池モジュール２０の太陽電池セル２１を封止する封止材２４との間には、車両の上方からの衝撃を太陽電池モジュール２０のガラス２５の変形により吸収するため、剛性を有するセル保護板３３が配置されている。セル保護板３３は、金属、ＣＦＲＰ（carbon-fiber-reinforced plastic、炭素繊維強化プラスチック）等の剛性の高い材料から成る。セル保護板３３は、ガラス２５の厚さ方向ｚに支持面１７ｓと対向する位置に配置された太陽電池セル２１を覆うように封止材２４に取付けられている。一方、セル保護板３３の端部３３ｅは、ガラス２５の厚さ方向ｚに太陽電池セル２１と対向しない位置まで伸びている。

車両の上方からの衝撃が無いときには、セル保護板３３と緩衝材１８とは接触せず、隙間が空いた状態である。セル保護板３３の曲率は、太陽電池モジュール２０のガラス２５の下面と同じである。車両上部からの圧力により太陽電池モジュール２０のガラス２５の変形量が一定量を超えたところで、太陽電池モジュール２０は、セル保護板３３を介してルーフパネルリインホースメント１７の支持面１７ｓにより支持される。

本実施形態によれば、緩衝材１８と、太陽電池モジュール２０の太陽電池セル２１を封止する封止材２４との間には、セル保護板３３が配置されている。このため、車両の上方からの衝撃により太陽電池セル２１に悪影響が生じることをさらに効果的に防止することができる。また、セル保護板３３の端部３３ｅは、ガラス２５の厚さ方向ｚに太陽電池セル２１と対向しない位置まで伸びている。このため、セル保護板３３の端部３３ｅにおける太陽電池セル２１への応力集中が緩和される。これにより、太陽電池セル２１への応力集中による悪影響を抑制することができる。

以下、第３実施形態に係る車両用太陽電池搭載構造について説明する。図７に示すように、本実施形態では、上記第１実施形態の緩衝材１８の替りに、２層の緩衝層１９ａ，１９ｂが、ルーフパネルリインホースメント１７と、太陽電池モジュール２０の太陽電池セル２１を封止する封止材２４との間に配置されている。ルーフパネルリインホースメント１７の支持面１７ｓに緩衝層１９ｂが配置され、緩衝層１９ｂの上面に緩衝層１９ａが配置されている。封止材２４のヤング率をＥ０とし、緩衝層１９ａのヤング率をＥ１とし、緩衝層１９ｂのヤング率をＥ２とすると、Ｅ０＜Ｅ１＜Ｅ２である。つまり、太陽電池モジュール２０の封止材２４から、最も下の緩衝層１９ｂに至るにつれて、ヤング率が大きくなるようにされている。

車両の上方からの衝撃が無いときには、セル保護板３３と緩衝層１９ａとは接触せず、隙間が空いた状態である。ルーフパネルリインホースメント１７の支持面１７ｓの曲率は、車両上部からの圧力でガラス２５が変形した場合に、ガラス２５が支持面１７ｓと封止材２４及び緩衝層１９ａ，１９ｂを介して接触するときのガラス２５の下面の曲率と同じである。車両上部からの圧力により太陽電池モジュール２０のガラス２５の変形量が一定量を超えたところで、太陽電池モジュール２０は、緩衝層１９ａ，１９ｂを介してルーフパネルリインホースメント１７の支持面１７ｓにより支持される。

本実施形態では、２層の緩衝層１９ａ，１９ｂが、ルーフパネルリインホースメント１７の支持面１７ｓと、太陽電池モジュール２０の封止材２４との間に配置されている。太陽電池モジュール２０の封止材２４から、最も下の緩衝層１９ｂに至るにつれて、ヤング率が大きくなるようにされている。このため、封止材２４及び緩衝層１９ａ，１９ｂが衝撃に対して適切な量だけ順次歪むことにより、衝撃を効率良く吸収することができる。これにより、太陽電池セル２１への応力集中による悪影響をさらに効果的に抑制することができる。

以下、第４実施形態に係る車両用太陽電池搭載構造について説明する。図１のＢ−Ｂ線による断面図である図８に示すように、本実施形態では、ルーフサイドレール１５にウレタン、シリコーン、ブチルゴム等から成る接着部３２を介して、太陽電池モジュール２０と接触する支持面３５ｓにより、ガラス２５の厚さ方向ｚに太陽電池モジュール２０を支持する支持部材である金属板３５が取り付けられている。金属板３５は、ルーフサイドレール１５よりも広い幅を有する。金属板３５は、鉄、鋼又はアルミニウム等の剛性を有する金属材から成る。複数の太陽電池セル２１の一部であるルーフサイドレール１５の長手方向に沿った一列の太陽電池セル２１それぞれは、ガラス２５の厚さ方向ｚに支持面３５ｓと対向する位置に配置されている。一方、図８の部分Ｄに示すように、複数の太陽電池セル２１の全ては、ガラス２５の厚さ方向ｚに支持面３５ｓの端部３５ｅと対向しない位置に配置されている。

例えば、図１２に示すように、太陽電池モジュール２０の周縁部を接着部３２によりルーフサイドレール１５に固定しただけでは、接着部３２には樹脂を使用しているため、太陽電池モジュール２０の耐薬品性及び耐熱性等の設計が難しく、コスト増となる。また、衝撃に対して十分な強度を確保するために厚いガラス２５Ｔを用いた場合は、十分な軽量性を維持することが困難である。図１３に示すように、市場実績のある薄肉化したガラス２５を用いることで簡単に軽量化を図ることができる。しかしながら、部分Ｇにおいて、太陽電池セル２１に働く応力が増加し、太陽電池セル２１に悪影響が生じる可能性がある。また、図１４に示すように、太陽電池セル２１のいずれもガラス２５の厚さ方向ｚに支持面３５ｓと対向しない位置に配置されている態様では、太陽電池モジュール２０に配置することができる太陽電池セル２１が少なくなる。

一方、本実施形態では、太陽電池セル２１の一部はガラス２５の厚さ方向ｚに支持面３５ｓと対向し、太陽電池セル２１の全てはガラス２５の厚さ方向ｚに支持面３５ｓの端部３５ｅと対向しない。このため、支持面３５ｓの端部３５ｅにおける太陽電池セル２１への応力集中が緩和される。これにより、太陽電池セル２１への応力集中による悪影響を抑制することができる。また、太陽電池モジュール２０に配置することができる太陽電池セル２１をより多くすることができる。

以下、第５実施形態に係る車両用太陽電池搭載構造について説明する。図９に示すように、本実施形態では、板状の形状を有するガラス２５、封止材２４、太陽電池セル２１、封止材２４、金属板３５及びバックシート３６が順次積層されており、これらが一括して真空熱プレスにより圧着されている。バックシート３６は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の樹脂から成る。部分Ｅに示すように、金属板３５の端部３５ｅの内で太陽電池モジュール２０の中央寄りの端部３５ｅは、封止材２４により覆われており、さらにバックシート３６により覆われることにより保護されている。

太陽電池モジュール２０を車両に取付ける際には、ルーフサイドレール１５に接着剤を塗布することによって、接着部３２を形成する。金属板３５は、ルーフサイドレール１５に接着部３２を介して取り付けられる。上記第４実施形態と同様に、太陽電池セル２１の全てはガラス２５の厚さ方向ｚに支持面３５ｓの端部３５ｅと対向しない位置に配置されている。

本実施形態では、金属板３５の端部３５ｅは封止材２４により覆われており、さらにバックシート３６により覆われることにより保護されている。このため、金属板３５と太陽電池モジュール２０との接着の信頼性が向上する。また、端部３５ｅの付近での太陽電池モジュール２０の厚さが増すため、太陽電池セル２１への応力集中をさらに効果的に抑制することができる。また、本実施形態では、ルーフサイドレール１５に接着剤を塗布することにより接着部３２を形成し、太陽電池モジュール２０に内蔵された金属板３５は、ルーフサイドレール１５に接着部３２を介して取り付けられる。このため、太陽電池モジュール２０の取り付けが容易である。

以下、第６実施形態に係る車両用太陽電池搭載構造について説明する。図１０に示すように、本実施形態では、太陽電池モジュール２０は、上記第５実施形態と同様に、板状の形状を有するガラス２５、封止材２４、太陽電池セル２１、封止材２４、金属板３５及びバックシート３６が順次積層されており、これらが一括して真空熱プレスにより圧着されている。しかし、本実施形態では、金属板３５の端部３５ｅの内でルーフサイドレール１５寄りの端部３５ｅは、ガラス２５及び封止材２４から露出している。ルーフサイドレール１５寄りの端部３５ｅは、ボルト３７及びナット３８により、ルーフサイドレール１５に取付けられている。このため、太陽電池モジュール２０の取り付けが容易である。また、太陽電池モジュール２０とルーフサイドレール１５との接合強度を高くできる。なお、金属板３５とルーフサイドレール１５の接触面にシール材（ウレタン樹脂またはブチルゴム）を配置することで防水性を確保することができる。

以下、第７実施形態に係る車両用太陽電池搭載構造について説明する。図１１に示すように、本実施形態では、太陽電池モジュール２０は、上記第５実施形態と同様に、板状の形状を有するガラス２５、封止材２４、太陽電池セル２１、封止材２４、金属板３５及びバックシート３６が順次積層されており、これらが一括して真空熱プレスにより圧着されている。しかし、本実施形態では、金属板３５の端部３５ｅの内で太陽電池モジュール２０の中央寄りの端部３５ｅには、太陽電池モジュール２０の中央の側に至るにつれて板厚が薄くなる金属板薄肉化部３５ｔを含む。このため、金属板３５が、金属板薄肉化部３５ｔにおいて撓り易くなるため、外部からの衝撃を吸収し、外力に対する信頼性が向上する作用が期待できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。

１…車両用太陽電池搭載構造、１０…車両、１１…ロッカーパネルリインホースメント、１２…フロントボディピラー、１３…リアボディピラー、１４ａ…フロントピラー、１４ｂ…センターピラー、１４ｃ…リアピラー、１５…ルーフサイドレール、１６…ルーフクロスメンバ、１７…ルーフパネルリインホースメント、１７ｓ…支持面、１７ｅ…端部、１８…緩衝材、１９ａ，１９ｂ…緩衝層、２０…太陽電池モジュール、２１…太陽電池セル、２２…インタコネクタ、２３…タブ線、２４…封止材、２５…ガラス、２５Ｔ…ガラス、３０…セルストリングス方向、３１…接着部、３２…接着部、３３…セル保護板、３３ｅ…端部、３５…金属板、３５ｓ…支持面、３５ｅ…端部、３５ｔ…金属板薄肉化部、３６…バックシート、３７…ボルト、３８…ナット、ｘ，ｙ…面方向、ｚ…厚さ方向。

Claims (1)

1. 車両に太陽電池モジュールを搭載するための車両用太陽電池搭載構造であって、
   板部材の面方向に沿って複数の太陽電池セルが配列された太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールと接触する支持面により、前記板部材の厚さ方向に前記太陽電池モジュールを支持する支持部材と、
   を備え、
   前記太陽電池セルの一部は前記板部材の厚さ方向に前記支持面と対向し、前記太陽電池セルの全ては前記板部材の厚さ方向に前記支持面の端部と対向しない、車両用太陽電池搭載構造。
   

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