JP2016532322A - 太陽光又は人工光を電気エネルギーへ変換するためのｌｅｄモジュール及び該ｌｅｄモジュールを製造するための方法 - Google Patents

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Abstract

太陽光又は人工光を電気エネルギーへ変換するための発光ダイオードモジュールは、列を形成するために直列に接続されるベースＬＥＤ（Ｅ１ｓ；Ｅ１ｐ）の配列を備え、列は、出力配線につながる分岐部によって互いに順に並列に接続され、出力配線には、照射により生み出される直流電流を配電網に供給される交流電流へと変換するためのインバータ（５）が設けられる。ベースＬＥＤ（Ｅ１ｓ；Ｅ１ｐ）のそれぞれには、互いに電気的に接続されるＬＥＤの積層体（Ｅ１ｓ．．．Ｅｎｓ；Ｅ１ｐ．．．Ｅｎｐ）を形成するために複数の積み重ねられたＬＥＤ（Ｅ２ｓ．．．Ｅｎｓ；Ｅ２ｐ．．．Ｅｎｐ）が実装される。

Description

本発明は、太陽光又は人工光を電気へ変換するための発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールに関する。また、本発明は、前記モジュールを製造するための方法に関する。
当然ながら発光体であるＬＥＤが、それらの小さいサイズに起因して、光起電力電池の効率と比べて低い効率を伴うにもかかわらず、太陽電池としての機能を果たし得ることは良く知られている。この理由のため、従来、ＬＥＤは、光起電力電池としてではなく光センサとして使用されてきた。実際に、少数のＬＥＤがモジュールに配置されれば、これらのＬＥＤは大きな収率を与えない。これは、生み出される電流に関する各ＬＥＤの効率が非常に低いからである。代わりに、多数のＬＥＤの組が並列に配置されれば、各組のそれぞれの列は、予期された結果とは反対の結果を伴って、ＬＥＤの点火、したがって、電流の流れにより引き起こされる光エネルギーとは別の放出を決定するピーク電流をもたらす。
同じ発明者による先の特許出願ＲＭ２０１１Ａ０００４３９及びＰＣＴ／ＩＴ２０１３／０００１８７は、太陽光又は人工光を電気エネルギーへ変換するための発光ダイオード光起電力モジュールであって、列を成して配置されるＬＥＤである半導体変換要素の配列を備える発光ダイオード光起電力モジュールについて記載し、ＬＥＤは、電気的に直列に接続されるとともに、それぞれの列内でグループに分けられ、グループは、一連のグループ内のＬＥＤを点火させることができる電流ピークを制限し得る装置によって互いから分離される。ＬＥＤの列は、配電網に供給される電力を収集するための出力配線につながる分岐部によって、それらの端部でそれらの間が並列に接続される。
しかしながら、先に挙げられたイタリアの特許出願において満足できると見なされる推定収率と比べた場合、試験結果は、二次元配列でしか列を成して配置されないＬＥＤの配列を備えるパネルによってこの収率に達することができないことを示した。確かに、前述の発明の目的は、非常に多数のＬＥＤを有する光起電力モジュールを提供することであるが、ＬＥＤの得られる密度、すなわち、単位表面積当たりのＬＥＤの数は、そのような二次元配列によっては、同じ表面積の伝統的な太陽光発電パネルのエネルギー量に相当するエネルギー量を生み出すのに十分ではない。
ＲＭ２０１１Ａ０００４３９ ＰＣＴ／ＩＴ２０１３／０００１８７
これに関連して、本発明の根底にある技術的課題は、従来技術の前述の欠点を克服する発光ダイオードモジュールを提案することである。
特に、本発明の目的は、前述の特許出願に記載されるタイプのＬＥＤパネルにより得られる電気エネルギー量よりもかなり多い電気エネルギー量を供給できるモジュールを提供することである。
本発明の他の目的は、所望の密度のＬＥＤを有するＬＥＤモジュールを簡単且つ迅速な方法で製造できるようにすることである。
本発明の第１の態様において、前述の技術的課題及び定められた目的は、実質的に、発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールであって、列を形成するために直列に接続されるＬＥＤの配列を備え、出力インバータにつながる分岐部によって列が順に並列に接続され、ＬＥＤの前記配列の各ＬＥＤには、請求項１〜請求項９に規定されるように互いに電気的に接続されるＬＥＤの積層体を形成するべく複数の積み重ねられるＬＥＤが実装される、ＬＥＤモジュールによって達成される。
第２の態様では、請求項１０に係るＬＥＤモジュールを製造するための方法が記載される。
本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面に示されるようなＬＥＤモジュールの好ましいが排他的ではない実施形態の例示的な、したがって非限定的な説明から更に明らかになる。
本発明に係るＬＥＤモジュールの感光セルの概略的な拡大斜視図である。 図１における感光セルの概略平面図である。 図１における感光セルのその構成要素が付加されている側面図である。 図１における感光セルの円柱要素の上端部の詳細な部分斜視図である。 図１における感光セルの円柱要素のベース部の詳細な部分斜視図である。 図１における感光セルの複数の直列接続されたＬＥＤの部分回路概略図である。 図１における感光セルの複数の並列接続されたＬＥＤの部分回路概略図である。 円柱要素を形成するための図６における複数の直列接続されたＬＥＤの概略図である。 円柱要素を形成するための図７における複数の並列接続されたＬＥＤの部分概略図である。
最初に、本発明に係るＬＥＤモジュールの一部としての感光セルの概略的な拡大斜視図である図１を参照する。一例として、感光セルは、プリント回路基板１により形成されるベースを含み、プリント回路基板１は、約４ｃｍ２の正方形形状を有する。プリント回路基板１には、以下でベースＬＥＤと呼ばれる発光ダイオード（ＬＥＤ）の配列が実装されており、図５の部分斜視図において＋及び−として示されるベースＬＥＤのピンは直列に接続されて列を形成し、これらの列は、出力配線につながる分岐部によって互いに順に並列に接続される。この配置（図示せず）は、引用文献として本明細書中に含まれる特許出願ＲＭ２０１１Ａ０００４３９から既に知られている。一般に、プリント回路基板１と接触するベースＬＥＤ配列のＬＥＤはＥ１と呼ばれる。本発明によれば、各ベースＬＥＤ Ｅ１には、互いに電気的に接続されるＬＥＤの積層体を形成するように重ね合わされる複数のＬＥＤが実装される。ベースＬＥＤ Ｅ１上に横たわる各積層体のそれぞれのＬＥＤを、ベースＬＥＤ Ｅ１に接続することができ、図６及び図７では、そのような接続が直列であれば、ＬＥＤがＥ１ｓとして示され、また接続が並列であれば、ＬＥＤがＥ１ｐとして示される。積層体の複数のｎ個のＬＥＤの概略部分回路図であるこれらの図では、ＬＥＤが直列及び並列に連続的に接続されており、直列に接続されるＬＥＤがＥ１ｓ．．．．Ｅｎｓとして、並列に接続されるＬＥＤがＥ１ｐ．．．Ｅｎｐとしてそれぞれ示される。直列又は並列に接続されるＬＥＤの積層体は、光エネルギー、特に本発明によれば太陽光エネルギーを捕捉する。
図６及び図７の直列及び並列にそれぞれ接続される複数のＬＥＤの部分概略図である図８及び図９には、５つの直列に接続されるＬＥＤ Ｅ１ｓ，Ｅ２ｓ，Ｅ３ｓ，Ｅ４ｓ，Ｅ５ｓと、５つの並列に接続されるＬＥＤ Ｅ１ｐ，Ｅ２ｐ，Ｅ３ｐ，Ｅ４ｐ，Ｅ５ｐとがそれぞれ示され、これらのＬＥＤは、ＬＥＤのその接続を伴う回路構成要素が高い抵抗を有する第１の透明プラスチック材料のコーティング３中に埋め込まれるため、全体的に２ｓ及び２ｐとして示される円柱要素を形成する。
図１では２として全体的に示される円柱要素は、プリント回路基板１上に実装される。図１における感光セルの概略平面図である図２には、感光セルの円柱要素２が、楕円形であるそれらの好ましい断面形状を成して示される。好ましくは、楕円断面の長径は１．９５ｍｍ長であり、一方、短径は１．２ｍｍ長である。円柱要素の高さは３０ｍｍである。
各円柱要素は、図１及び図２の感光セルの円柱要素２の上端部の部分斜視図である図４に詳しく示されるように、凹面が上方を向いている上端で終わる。４として示される凹面は、太陽エネルギーを、第１のプラスチック材料中に埋め込まれている積層体の全てのＬＥＤに衝突するように、円柱要素の方へ伝えることができるようにする。ＬＥＤの照明は、プラスチック材料の透明度によって有利にもたらされる。
前述したように、各円柱要素２は、モジュールの円柱要素に共通のプリント回路基板１と関連付けられる。各円柱要素のＬＥＤの積層体の電気的な接続を可能にするプリント回路基板１は底部を有し、該底部には、照射により生み出される直流電流を配電網に供給される交流電流へと変換するためにインバータ５が埋め込まれる。これは、図１における感光セルの側面図である図３に示される。感光セルには、アルミニウムフレーム６により形成される保護ケーシングと、関連するガスケット（図示せず）を伴う強化ガラスのシート７とが付加される。
保護ケーシングの内側には、ＬＥＤモジュールの感光セルの円柱要素２がソーラーパネルとして作用するように、高い熱伝導率を有する第２の透明プラスチック材料８中に埋め込まれる。プラスチック材料は好ましくはエポキシ樹脂となり得る。
太陽光又は人工光を電気エネルギーへ変換するための本発明に係るＬＥＤモジュールの製造方法は、以下に記載されるステップを備える。
上端ＬＥＤから２つのピンを備えるベースＬＥＤまで、２つの導体により電気的に直列に或いは並列に接続されるＬＥＤの複数の積層体が製造される。ＬＥＤの各積層体は、凹面４が上方を向いている上端で終わる円柱要素２を形成するために、第１の高抵抗透明プラスチック材料のコーティング３中に埋め込まれ、また、ベースＬＥＤの＋ピン及び−ピンを伴う下方へ向けて、＋ピン及び−ピンがプラスチックコーティング３から突出する。複数のベースＬＥＤのピンは、プリント回路基板１に結合されるとともに、列を形成するべく直列に接続され、これらの列は、出力配線につながる分岐部によって互いに順に並列に接続され、出力配線には、照射により生み出される直流電流を配電網に供給される交流電流へと変換するためにインバータ５が設けられる。インバータ５がプリント回路基板１に埋め込まれることが好ましい。その後、保護ガスケットを伴うアルミニウムフレーム６上に実装されて、強化ガラスのシート７で覆われる、コンパクトなソーラーパネルを形成するように、複数の円柱要素２が第２の高導電率透明プラスチック材料８中に埋め込まれる。
本発明に係るＬＥＤモジュールの収率に関する大まかな表示を与えるために、各円柱要素から０．００２５Ｗの電力を得ることによって、パネルの１ｍ２における要素の数が４２５５３０個であることから、パネルの１ｍ２により生み出される総電力が約１０６３Ｗであることが計算された。システム損失が１０％であれば、パネルの１ｍ２によって生み出される正味電力は９５６Ｗである。
本発明に係るＬＥＤモジュールの利点は、多くあり、注目に値する。すなわち、シリコンが無く、前記モジュールを使用するプラントの耐用年数が増大し、太陽照射を捕捉できる能力が高く、太陽に対して任意の方向で設置でき、形態及びサイズが多種多様であり、伝統的な太陽光発電技術のコストと同様のコストであり、特定の廃棄コストが無く、設置コストが減少し、モジュールにインバータが存在する。
無論、主な利点は、伝統的なシリコン半導体太陽光発電パネルと比べて表面が小さく、生み出されるエネルギーが同じであるという点である。実際に、ＬＥＤモジュールを使用すると、多くの数のＬＥＤを積み重ねることによって、太陽光を吸収する層を増やすことができる。下に横たわる層は、上に横たわる層によってのみ不利益がもたらされる。これは、本発明で設けられる透明プラスチック材料のコーティングを太陽光が通過するからである。

Claims (10)

  1. 太陽光又は人工光を電気エネルギーへ変換するためのＬＥＤモジュールであって、列を形成するために直列に接続されるベース発光ダイオード（ＬＥＤ）（Ｅ１ｓ；Ｅ１ｐ）の配列を備え、前記列は、出力配線につながる分岐部によって互いに順に並列に接続され、出力配線には、照射により生み出される直流電流を、配電網に供給される交流電流へと変換するためのインバータ（５）が設けられるＬＥＤモジュールにおいて、前記ベースＬＥＤ（Ｅ１ｓ；Ｅ１ｐ）のそれぞれには、互いに電気的に接続されるＬＥＤの積層体（Ｅ１ｓ．．．Ｅｎｓ；Ｅ１ｐ．．．Ｅｎｐ）を形成するために複数の積み重ねられたＬＥＤ（Ｅ２ｓ．．．Ｅｎｓ；Ｅ２ｐ．．．Ｅｎｐ）が実装されることを特徴とするＬＥＤモジュール。
  2. 前記積層体のＬＥＤ（Ｅ１ｓ．．．Ｅｎｓ）が互いに直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
  3. 前記積層体のＬＥＤ（Ｅ１ｐ．．．Ｅｎｐ）が互いに順に並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
  4. ＬＥＤの各積層体は、円柱要素（２）を形成するために第１の高抵抗透明プラスチック材料（３）中に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
  5. 前記円柱要素（２）が楕円形に形成される断面を有することを特徴とする請求項４に記載のモジュール。
  6. 前記各円柱要素（２）は、凹面（４）が上方を向いている上端で終わることを特徴とする請求項４に記載のモジュール。
  7. 前記各円柱要素（２）は、前記モジュールの前記円柱要素（２）に共通のプリント回路基板（１）と関連付けられ、前記プリント回路基板（１）が底部を有し、該底部には前記インバータ（５）が埋め込まれることを特徴とする請求項４に記載のモジュール。
  8. 前記モジュールの前記円柱要素（２）は、ソーラーパネルを形成するように、第２の高導電率透明プラスチック材料（８）中に埋め込まれることを特徴とする請求項７に記載のモジュール。
  9. 前記ソーラーパネルは、アルミニウムフレーム（６）上に実装されるとともに、強化ガラスのシート（７）で覆われることを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
  10. 太陽光又は人工光を電気エネルギーへ変換するための発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールを製造するための方法において、
    上端ＬＥＤから２つのピン（＋及び−）を備えるベースＬＥＤまで、２つの導体によりそれらの間が電気的に直列に或いは並列に接続されるＬＥＤの複数の積層体（Ｅ１ｓ．．．Ｅｎｓ；Ｅ１ｐ．．．Ｅｎｐ）を製造するステップと、
    凹面（４）が上方を向いている上端で終わる円柱要素（２）を形成するために前記ＬＥＤの各積層体（Ｅ１ｓ．．．Ｅｎｓ；Ｅ１ｐ．．．Ｅｎｐ）を第１の高抵抗透明プラスチック材料（３）中に埋め込むステップであって、前記ベースＬＥＤ（Ｅ１ｓ；Ｅ１ｐ）のピン（＋及び−）が前記第１のプラスチック材料（３）から下方へ突出するステップと、
    複数の直列に接続される前記ベースＬＥＤ（Ｅ１ｓ；Ｅ１ｐ）のピン（＋及び−）をプリント回路基板（１）に結合して、ベース列を形成するステップであって、これらのベース列は、照射により生み出される連続電流を、配電網に供給される交流電流へと変換するインバータ（５）のための出力配線につながる分岐部によって互いに順に並列に接続されるステップと、
    ソーラーパネルを形成するように、複数の前記円柱要素（２）を第２の高導電率透明プラスチック材料（８）中に埋め込むステップと、
    前記ソーラーパネルの反対側で、前記プリント回路基板（１）に前記インバータを設けるステップと、
    保護ガスケットを伴うアルミニウムフレーム（６）上に前記ソーラーパネルを実装して、前記ソーラーパネルを強化ガラスのシート（７）で覆うステップと、
    を備える方法。
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