JP2016201916A - 光電変換モジュール群及び光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続信頼性及び携帯性に優れた光電変換モジュール群を提供する。
【解決手段】本発明に係る光電変換モジュール群は、光電変換モジュールを備える複数のモジュール部と、該モジュール部を電気的かつ機械的に接続する可撓性を有する接続部とを備え、前記モジュール部が互いに重ならずに全体で面状をなす使用状態と、前記モジュール部が前記接続部を介して互いに折り重なった収納状態と、に変形可能な光電変換モジュール群であって、前記使用状態において、前記接続部の厚みは前記モジュール部の厚みより小さく、かつ前記接続部は前記モジュール部より厚み方向に突出せず、前記接続部により接続されたモジュール部間距離は、前記モジュール部の厚みより大きく、かつ前記モジュール部の厚みの２倍より小さい。
【選択図】図３

Description

本発明は、光電変換モジュール群及び光電変換装置に関するものである。

近年、商用電源を得られない外出先などでも、利用者が、スマートフォン、ノートＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、タブレットＰＣなどの携帯機器を利用できるように、携帯可能な発電装置の需要が高まっている。

そこで、太陽電池を備えた複数の矩形のパネルが、導体が埋め込まれた折り曲げ可能な膜体によって連結され、折り畳み自在に構成された装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような装置によれば、使用時にはパネルが同一平面に並ぶように広げることで効率的に発電させることができ、収納時や運搬時にはパネルを折り畳むことでコンパクトにすることができるので、外出先において携帯機器に充電することが可能となる。また、特許文献２には、光電変換素子を複数の基板それぞれに設け、光電変換素子同士を可撓性を有する平坦状のケーブルで電気的に接続することで、設置容易性を向上させる技術が開示されている。

特開２０１１−６５８２９号公報 特開２０１０−２１０１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された装置では、パネルの表面に沿った平面上に膜体が設けられているため、パネルを折り畳み自在とするためにはパネルの厚みの２倍以上の長さの膜体をパネル間方向に備えている必要があった。このため、パネルを折り畳んだ状態では余った膜体が邪魔となり、携帯性に欠けるという問題があった。また、特許文献２に開示されている技術では、光電変換素子同士を接続するケーブルが長いため断線が生じやすく、接続信頼性が低いという問題があった。

そこで、本発明は、接続信頼性及び携帯性に優れた光電変換モジュール群及び光電変換装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の光電変換モジュール群は、それぞれが光電変換モジュールを備える複数のモジュール部と、該モジュール部を電気的かつ機械的に接続する可撓性を有する接続部とを備え、前記モジュール部が互いに重ならずに全体で面状をなす使用状態と、前記モジュール部が前記接続部を介して互いに折り重なった収納状態と、に変形可能な光電変換モジュール群であって、前記使用状態において、前記接続部の厚みは前記モジュール部の厚みより小さく、かつ前記接続部は前記モジュール部より厚み方向に突出せず、前記接続部により接続されたモジュール部間距離は、前記モジュール部の厚みより大きく、かつ前記モジュール部の厚みの２倍より小さいことを特徴とする。このように、接続部により接続されたモジュール部間の距離がモジュール部の厚みの２倍より小さいので、接続部が短く接続信頼性に優れるとともに、収納状態においても接続部が邪魔にならず携帯性に優れた光電変換モジュール群を得ることができる。

ここで、本発明の光電変換モジュール群において、前記使用状態において、前記接続部は、前記モジュール部の上下方向中心から上下にそれぞれ前記モジュール部の厚みの４０％以内の位置で前記モジュール部と接続されていることが好ましい。このような構成とすることで、光電変換モジュール群を接続部において上方にも下方にも折り畳みやすくすることができる。

また、本発明の光電変換モジュール群において、前記接続部は、前記光電変換モジュールを電気的に接続する配線と、該配線の周囲を覆う接続外装体とを備えることが好ましい。このように、接続部に配線の周囲を覆う接続外装体を設けることで、接続部の配線保護機能を向上させることができる。

また、本発明の光電変換モジュール群において、前記外装材は合成樹脂からなることが好ましい。このような構成とすることで、成形容易性、絶縁性及び配線保護機能を向上させることができる。

また、本発明の光電変換モジュール群において、前記合成樹脂の破断伸びは１％以上であることが好ましい。このような構成とすることで、使用状態と収納状態との間の変形による引張応力に対する耐久性を高めることができる。

また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の光電変換装置は、上述の光電変換モジュール群と、前記光電変換モジュール群が接続され、該接続された光電変換モジュール群内の光電変換モジュールから電力供給を受ける装置本体と、を備えることを特徴とする。このように、上述の光電変換モジュール群を備えれば、接続信頼性及び携帯性に優れた光電変換装置を得ることができる。

本発明によれば、接続信頼性及び携帯性に優れた光電変換モジュール群及び光電変換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光電変換モジュール群（使用状態）を備えた光電変換装置の斜視図である。 図１に示す光電変換モジュール群（収納状態）を備えた光電変換装置の斜視図である。 図１に示す光電変換モジュール群（使用状態）の一部を示す斜視図である。 図１に示す光電変換モジュール群を各構成部材に分解して示す斜視図の一例である。 図１に示す光電変換モジュール群の上面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
なお、本明細書において、上下方向とは、図５の光電変換モジュール群１００の上面図の紙面に垂直な方向を意味し、上方は、収納状態においてモジュール部１０ｂがモジュール部１０ａに対して配置される方向（すなわち、図５における手前側）、下方はその反対方向を意味するものとする。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態に係る光電変換モジュール群１００及び光電変換モジュール群１００を備えた光電変換装置１について詳細に例示説明する。

図１は、使用状態における光電変換モジュール群１００を備えた光電変換装置１の斜視図である。また、図２は、収納状態における光電変換モジュール群１００を備えた光電変換装置１の斜視図である。なお、使用状態及び収納状態については、後段において説明する。

本実施形態に係る光電変換装置１は、図１及び図２に示すように、光電変換モジュール群１００と、インタフェース２と、装置本体３とを備えている。光電変換モジュール群１００は、インタフェース２を介して装置本体３に接続され、装置本体３に電力を供給する。なお、光電変換モジュール群１００は、装置本体３から取り外すことも可能である。装置本体３には、例えば充電池等の蓄電部（図示省略）や、外部機器とのインタフェース部（図示省略）等が備えられ、インタフェース２を介して光電変換モジュール群１００から供給された電力を、装置本体３内部に蓄電したり、外部機器に供給したりする。

光電変換モジュール群１００は、図１及び図２に示すように、モジュール部１０ａ〜１０ｃと、接続部２０ａ〜２０ｂとを備えており、接続部２０ａはモジュール部１０ａとモジュール部１０ｂとを電気的かつ機械的に接続し、接続部２０ｂはモジュール部１０ｂとモジュール部１０ｃとを電気的かつ機械的に接続している。

モジュール部１０ａ〜１０ｃは、それぞれ、面状であり、表面に図４に示すような光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃの少なくとも一部を光学的に露出することで、上方側（表面）からの太陽光や室内光等の光エネルギーを電力に変換（光電変換）することが可能となっている。また、モジュール部１０ａ〜１０ｃは、図１に示すように、この順番で互いに間隔を隔てて配置され、モジュール部１０ａの側面のうち、モジュール部１０ｂが配置された側と反対側の側面において、インタフェース２を介して装置本体３に接続されている。そして、接続部２０ａ及び接続部２０ｂは、それぞれ、可撓性を有しており、モジュール部１０ａとモジュール部１０ｂとの間、モジュール部１０ｂとモジュール部１０ｃとの間に配置されている。

ここで、図１に示すように、モジュール部１０ａ〜１０ｃが互いに重ならないように広げられ、光電変換モジュール群１００全体で面状をなした状態（以下、本明細書において「使用状態」という）では、モジュール部１０ａ〜１０ｃ全てについて、表面が一方向に向けられ、その方向上には互いが重なることがないため、効率的に光電変換を行うことができる。

一方、図２に示すように、モジュール部１０ａ〜１０ｃが、接続部２０ａ及び接続部２０ｂを介して互いに折り重なった状態（以下、本明細書において「収納状態」という）、具体的には、モジュール部１０ｂが接続部２０ａを介して上方に折り畳まれることで、モジュール部１０ａの表面とモジュール部１０ｂの表面とが重なり合い、さらにモジュール部１０ｃが接続部２０ｂを介して上方に折り畳まれることで、モジュール部１０ｂの裏面とモジュール部１０ｃの裏面とが重なり合った状態では、光電変換モジュール群１００が横方向に占有する空間が、使用状態に比べて小さくなるため、収納や運搬に適したコンパクトな形態となる。このように、光電変換モジュール群１００は、使用状態と収納状態とに自由に変形することができる。

図３は、使用状態における、光電変換モジュール群１００の一部を示す斜視図である。

図３に示すように、使用状態において、接続部２０ａの上下方向の厚みｈ１は、モジュール部１０ａやモジュール部１０ｂの上下方向の厚みｈ２より小さい。また、使用状態において、接続部２０ａは、モジュール部１０ａやモジュール部１０ｂより上下方向の何れの方向にも突出していない。なお、本例では更に、光電変換モジュール群１００の両面において、接続部２０ａの両面は、モジュール部１０ａやモジュール部１０ｂの両面よりも凹んだ状態となっている。

また、図３に示すように、使用状態において、接続部２０ａにより接続されたモジュール部１０ａとモジュール部１０ｂとの間の距離（モジュール部間距離）ｗ１は、モジュール部１０ａやモジュール部１０ｂの上下方向の厚みｈ２より大きく、かつｈ２の２倍よりも小さくなっている。なお、本例では、モジュール部間距離ｗ１は、接続部２０ａの接続方向の幅と等しい。このように、光電変換モジュール群１００は、接続部２０ａにより接続されたモジュール部１０ａとモジュール部１０ｂとの間の距離ｗ１が、モジュール部１０ａやモジュール部１０ｂの厚みの２倍よりも小さいので、接続部２０ａが短く接続信頼性に優れるとともに、収納状態においても接続部が邪魔にならず携帯性に優れている。また、ｈ２≦５ｍｍであることが好ましい。

さらに、使用状態において、接続部２０ａは、モジュール部１０ａ，１０ｂの上下方向中心から上下にそれぞれモジュール部１０ａ，１０ｂの厚みの４０％以内の位置でモジュール部１０ａ，１０ｂと接続されていることが好ましい。すなわち、接続部２０ａがモジュール部１０ａ，１０ｂと接続される上端の位置は、モジュール部１０ａ，１０ｂの上下方向中心から上方にモジュール部１０ａ，１０ｂの厚みの４０％以内の位置にあり、接続部２０ａがモジュール部１０ａ，１０ｂと接続される下端の位置は、モジュール部１０ａ，１０ｂの上下方向中心から下方にモジュール部１０ａ，１０ｂの厚みの４０％以内の位置にあることが好ましい。このような構成とすることにより、光電変換モジュール群１００が接続部２０ａにおいて上方にも下方にも折り畳みやすくなる。

なお、図３では、モジュール部１０ａとモジュール部１０ｂと接続部２０ａとの関係について説明したが、これらの関係は、モジュール部１０ｂとモジュール部１０ｃと接続部２０ｂとの関係についても同様である。

図４は、光電変換モジュール群１００を各構成部材に分解して示す斜視図の一例である。

図４に示すように、光電変換モジュール群１００は、例えば、光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃと、リジッド基板１２ａ〜１２ｃと、フレキシブル基板２１ａ〜２１ｂと、表面外装材３０と、裏面外装材４０とを備えている。

光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃは、その表面において上方からの太陽光や室内光等の光エネルギーを電力に変換して出力することができる太陽電池から構成される。太陽電池の種類としては、大別して、無機系材料を用いた無機系太陽電池と、有機系材料を用いた有機系太陽電池とが挙げられる。無機系太陽電池としては、Ｓｉを用いたＳｉ系、化合物を用いた化合物系などが挙げられる。また、有機系太陽電池としては、有機顔料を用いた低分子蒸着系、導電性高分子を用いた高分子塗布系、変換型半導体を用いた塗布変換系などの薄膜系、チタニア、有機色素および電解質から成る色素増感系などが挙げられる。また、ペロブスカイト系化合物を材料として用いた太陽電池も含めることができる。本発明においては、上述した各種の太陽電池を用いることができるが、薄型化や軽量化が図れる点で、有機系太陽電池を用いることが好ましい。

リジッド基板１２ａ〜１２ｃは、剛性の高い基板であり、それぞれの上方側の面に、光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃの裏面が接続している。

フレキシブル基板２１ａ〜２１ｂは、可撓性を有する導電部材であり、リジッド基板１２ａ〜１２ｃを接続している。本例では、フレキシブル基板２１ａはリジッド基板１２ａとリジッド基板１２ｂとを接続し、フレキシブル基板２１ｂはリジッド基板１２ｂとリジッド基板１２ｃとを接続している。これにより、光電変換モジュール群１００においては、光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃが、フレキシブル基板２１ａ〜２１ｂを配線として介して、電気的に直列に接続されている。導電部材２３は、リジッド基板１２ａに接続されている。導電部材２３により、光電変換モジュール群１００を図１に示した装置本体３にインタフェース２を介して接続することができる。なお、導電部材２３は、図４では平板状に示したが、光電変換モジュール群１００を装置本体３に導通させることができるものであれば形状は問わない。

表面外装材３０は、可撓性を有し、光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃ及びフレキシブル基板２１ａ〜２１ｂに上方から結合し、光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃよりも上方に突出するように形成されている。これにより、特に収納状態において光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃの表面が接触することが防止されるため、光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃが保護される。表面外装材３０は、光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃの表面の少なくとも一部を光学的に露出させている。また、裏面外装材４０は、可撓性を有し、リジッド基板１２ａ〜１２ｃ及びフレキシブル基板２１ａ〜２１ｂに下方から結合するように形成されている。表面外装材３０及び／又は裏面外装材４０を設けることで、収納状態におけるフレキシブル基板２１ａ〜２１ｂの曲率Ｒを緩和することができ、また、フレキシブル基板２１ａ〜２１ｂへの外部からの衝撃を緩和することができる。

光電変換モジュール群１００の各構成部材の具体的なサイズとしては、例えば、表面外装材３０の厚みを０．５ｍｍ、裏面外装材４０の厚みを０．５ｍｍ、光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃの厚みを０．５ｍｍ、リジッド基板１２ａ〜１２ｃの厚みを１．０ｍｍ、フレキシブル基板２１ａ〜２１ｂの厚みを０．２ｍｍとすることができる。

なお、表面外装材３０及び裏面外装材４０は、それぞれ図４に示すような光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃ及びフレキシブル基板２１ａ〜２１ｂの全てを覆う１つの部材には限定されず、例えば、各構成要素それぞれを個別に覆うように構成されていてもよい。具体的には、図５に示すように、光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃそれぞれの周囲を覆う外装材をモジュール外装体１３ａ〜１３ｃとし、フレキシブル基板２１ａ〜２１ｂそれぞれの周囲を覆う外装材を接続外装体２２ａ〜２２ｂとした場合に、モジュール外装体１３ａ〜１３ｃと接続外装体２２ａ〜２２ｂとが、同一の外装材で形成されていてもよいし、個別の外装材で形成されていてもよい。

また、表面外装材３０及び裏面外装材４０の素材としては、成形容易性や絶縁性の観点から、合成樹脂が好ましい。また、表面外装材３０及び裏面外装材４０を構成する合成樹脂は、破断伸びが１％以上であることがより好ましい。これにより、表面外装材３０及び裏面外装材４０は、使用状態と収納状態との間の変形による引張応力に対する耐久性を高めることができる。なお、合成樹脂としては、エラストマーが好ましく、例えば、オレフィン系、ウレタン系、シリコン系、フッ素系、アミド系、エポキシ系を使用することができる。

ところで、本実施形態に係る光電変換モジュール群１００は、変形例１として、接続部２０ａ及び接続部２０ｂの代わりに、一部が中抜きされた接続部（図示省略）を用いた光電変換モジュール群（図示省略）とすることも可能である。なお、一部が中抜きされた接続部は、一部が中抜きされたこと以外は接続部２０ａ及び接続部２０ｂと同一の構成である。また、一部が中抜きされた接続部を用いた光電変換モジュール群は一部が中抜きされた接続部以外の構成は、光電変換モジュール群１００と同一の構成である。

また、光電変換モジュール群１００は、変形例２として、接続部２０ａ及び接続部２０ｂの代わりに、上下方向及び接続方向の両方向に垂直な方向にモジュール部１０ａ〜１０ｃよりも突出した箇所で、モジュール部同士を接続した接続部（図示省略、以下適宜「突出接続部」と略記する）を用いた光電変換モジュール群（図示省略）とすることも可能である。特に、前述の突出した箇所のみでモジュール部同士を接続する突出接続部とすることも可能である。なお、突出接続部は、上述の構成以外は接続部２０ａ及び接続部２０ｂと同一の構成である。また、突出接続部を用いた光電変換モジュール群は、突出接続部２０以外の構成は、光電変換モジュール群１００と同一の構成である。

更に、光電変換モジュール群１００は、変形例３として、接続部２０ａ及び接続部２０ｂの代わりに、少なくとも上下方向及び接続方向に垂直な方向に折り目を付けた接続部（図示省略、以下適宜「折り目接続部」と略記する）を用いた光電変換モジュール群（図示省略）とすることも可能である。これにより、使用状態から収納状態に変形する際に、折り畳むべき箇所で確実に折り畳むことができる。なお、折り目接続部は、折り目を付けたこと以外は接続部２０ａ及び接続部２０ｂと同一の構成である。また、折り目接続部を用いた光電変換モジュール群は、接続部２０ａ−３及び接続部２０ｂ−３以外の構成は、光電変換モジュール群１００と同一の構成である。

前述したところは本発明の一実施形態を示したにすぎず、特許請求の範囲において、種々の変更を加えてもよいことは言うまでもない。

例えば、モジュール部１０ａ〜１０ｃの上面図に示される形状は特に限定されず、例えば上面図に示される形状を任意の多角形、楕円、円等とすることができる。

また、モジュール部及び接続部の個数は、モジュール部が２つ以上かつ接続部が１つ以上であること以外は特に限定されず、モジュール部１０ｃ及び接続部２０ｂを除いた構成としてもよいし、モジュール部１０ｃに更に任意の個数の接続部及びモジュール部をこの順番で接続してもよい。この場合、新たに接続する接続部及びモジュール部は、接続部２０ａ〜２０ｂ及びモジュール部１０ａ〜１０ｃと同一の構成である。

また、本実施形態及び変形例１〜３として上述した各接続部は、同一のものを複数箇所に採用することも含めて自由に組み合わせて採用することができる。

本発明によれば、接続信頼性及び携帯性に優れた光電変換モジュール群及び光電変換装置を提供することができる。

１ 光電変換装置
２ インタフェース
３ 装置本体
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ モジュール部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 光電変換モジュール
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ リジッド基板
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ モジュール外装体
２０ａ，２０ｂ 接続部
２１ａ，２１ｂ， フレキシブル基板
２２ａ，２２ｂ 接続外装体
２３ 導電部材
３０ 表面外装材
４０ 裏面外装材
１００ 光電変換モジュール群
ｈ１ 接続部の厚み
ｈ２ モジュール部の厚み
ｗ１ モジュール部間距離

Claims (6)

1. それぞれが光電変換モジュールを備える複数のモジュール部と、該モジュール部を電気的かつ機械的に接続する可撓性を有する接続部とを備え、
   前記モジュール部が互いに重ならずに全体で面状をなす使用状態と、前記モジュール部が前記接続部を介して互いに折り重なった収納状態と、に変形可能な光電変換モジュール群であって、
   前記使用状態において、
   前記接続部の厚みは前記モジュール部の厚みより小さく、かつ前記接続部は前記モジュール部より厚み方向に突出せず、
   前記接続部により接続されたモジュール部間の距離は、前記モジュール部の厚みより大きく、かつ前記モジュール部の厚みの２倍より小さい、光電変換モジュール群。
2. 前記使用状態において、
   前記接続部は、前記モジュール部の上下方向中心から上下にそれぞれ前記モジュール部の厚みの４０％以内の位置で前記モジュール部と接続されている、請求項１に記載の光電変換モジュール群。
3. 前記接続部は、前記光電変換モジュールを電気的に接続する配線と、該配線の周囲を覆う接続外装体とを備える、請求項１又は２に記載の光電変換モジュール群。
4. 前記接続外装体は合成樹脂からなる、請求項３に記載の光電変換モジュール群。
5. 前記合成樹脂の破断伸びは１％以上である、請求項４に記載の光電変換モジュール群。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の光電変換モジュール群と、
   前記光電変換モジュール群が接続され、該接続された光電変換モジュール群内の光電変換モジュールから電力供給を受ける装置本体と、
   を備える光電変換装置。

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