JP2020202676A - 環境発電モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適量の接着部材を適切な位置に配置することが可能な環境発電モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の環境発電モジュールは、環境発電素子と、前記環境発電素子の周縁部に配置されるフレームと、前記環境発電素子と前記フレームとの間に配置され、前記環境発電素子と前記フレームとを接着している接着部材とを備え、前記フレームは、前記環境発電素子の平面部を支持する支持面と、前記支持面から垂直方向に延び、前記環境発電素子の前記フレームに対する位置を決めるガイド面と、前記ガイド面から、前記環境発電素子の側面から離れる方向に傾斜して延びる傾斜面と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、環境発電モジュール及びその製造方法に関する。

近年、商用電源を得られない外出先などでも電力を供給できるように、外部環境に応じた電力を発電する携帯型の環境発電モジュールの需要が高まっている。このような環境発電モジュールとしては、例えば、太陽光等の光エネルギーを用いて発電する太陽電池を備える太陽電池モジュールが挙げられる。

環境発電モジュールは、例えば太陽電池パネルのような環境発電素子の周縁部をフレームで覆う構成とすることで、耐衝撃性を向上させることができる。

この際、単にフレームに環境発電素子を嵌め込むだけでなく、環境発電素子とフレームとを接着剤のような接着部材で接着させることで、環境発電素子とフレームとをより強固に結合させることができる。

例えば、特許文献１には、接着剤を塗布した下枠に太陽電池モジュール本体を配置して、太陽電池モジュール本体と下枠とを接着させる発明が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、嵌合溝を有するフレーム本体の嵌合溝に接着剤を塗布し、その嵌合溝に太陽電池パネルを挿入して、太陽電池パネルとフレーム本体とを接着させる発明が開示されている。

特開２０１５−１２６０７１号公報 特開２０１２−１９５４８３号公報

特許文献１に記載の発明は、太陽電池モジュール本体と下枠とを接着させる際に接着剤をはみ出させ、はみ出した接着剤を除去する工程を有する。そのため、本来必要な分よりも余分に接着剤を塗布しており、はみ出した分の接着剤が無駄となっていた。

特許文献２に記載の発明は、嵌合溝に太陽電池パネルを挿入する際に太陽電池パネルがどの位置まで挿入されるかが不定であるため、太陽電池パネルがどこまで挿入されたかに依存して、嵌合溝と太陽電池パネルとの間の接着剤の広がり具合がばらついていた。

そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決し、適量の接着部材を適切な位置に配置することが可能な環境発電モジュール及びその製造方法を提供することにある。

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、本発明の環境発電モジュールは、環境発電素子と、前記環境発電素子の周縁部に配置されるフレームと、前記環境発電素子と前記フレームとの間に配置され、前記環境発電素子と前記フレームとを接着している接着部材とを備え、前記フレームは、前記環境発電素子の平面部を支持する支持面と、前記支持面から垂直方向に延び、前記環境発電素子の前記フレームに対する位置を決めるガイド面と、前記ガイド面から、前記環境発電素子の側面から離れる方向に傾斜して延びる傾斜面と、を有する。このような構成とすることで、本発明の環境発電モジュールは、ガイド面によって、環境発電素子のフレームに対する位置を決定することができる。また、本発明の環境発電モジュールは、環境発電素子の側面と、フレームの傾斜面とで囲まれた空間を有する。従って、本発明の環境発電モジュールは、適量の接着部材を適切な位置に配置することができる。

ここで、本発明の環境発電モジュールにおいて、前記フレームは、上側フレームと下側フレームとを含み、前記上側フレームは、前記下側フレームの支持面に載置された前記環境発電素子を上側から挟み込んでいることが好ましい。このように、フレームが上側フレームと下側フレームとに分かれている構成とすることで、環境発電モジュールを製造する際に、下側フレームの傾斜面と環境発電素子の側面との間の空間に塗布された接着部材の量を、上側フレームに遮られずに上方から確認することができる。従って、適量の接着部材を適切な位置に塗布することがさらに容易となる。

また、本発明の環境発電モジュールにおいて、前記上側フレーム及び前記下側フレームは、それぞれ嵌合部を有し、前記上側フレームの嵌合部と前記下側フレームの嵌合部とが嵌合するように構成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、下側フレームと上側フレームとを強固に結合させることができる。

また、本発明の環境発電モジュールにおいて、前記ガイド面の高さは、前記環境発電素子の厚みの通常１/１０以上且つ１/２未満であり、１/５以上且つ２/５以下であることが好ましい。このような構成とすることで、環境発電素子のフレームに対する位置の精度を向上でき、塗布された接着部材の保持が容易となる。これにより、接着部材が環境発電素子の側面部に適切に接するので、接着強度が向上し、また、接着部材による環境発電モジュール端面の防水・気密性など封止状態が向上することとなる。

また、本発明の環境発電モジュールの製造方法は、環境発電素子と、前記環境発電素子の周縁部に配置される上側フレーム及び下側フレームと、を備える環境発電モジュールの製造方法であって、前記上側フレーム及び前記下側フレームは、それぞれ、前記環境発電素子の平面部を支持する支持面と、前記支持面から垂直方向に延び、前記環境発電素子の前記フレームに対する位置を決めるガイド面と、前記ガイド面から、前記環境発電素子の側面から離れる方向に傾斜して延びる傾斜面と、を有し、前記製造方法は、前記下側フレームの支持面に前記環境発電素子を載置するステップと、前記下側フレームの傾斜面と、前記環境発電素子の側面との間に接着部材を塗布するステップと、前記上側フレームを前記下側フレームに嵌合させて、前記上側フレームと前記下側フレームとで前記環境発電素子を挟み込むステップと、を含む。このような方法とすることで、本発明の環境発電モジュールの製造方法は、ガイド面によって、環境発電素子のフレームに対する位置を決定することができる。また、環境発電モジュールは、環境発電素子の側面と、フレームの傾斜面とで囲まれた空間を有する。従って、本発明の環境発電モジュールの製造方法は、適量の接着部材を適切な位置に配置することができる。

本発明によれば、適量の接着部材を適切な位置に配置することが可能な環境発電モジュール及びその製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る環境発電モジュールの分解斜視図である。 図１の下側フレームのＡ−Ａ断面の概略図である。 図１の上側フレームのＢ−Ｂ断面の概略図である。 フレームが環境発電素子を挟み込んでいる様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係る環境発電モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。 下側フレームに環境発電素子を載置した様子を示す図である。 フレームが環境発電素子を挟み込んだ際の接着部材の様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。各図において共通の構成部には、同一の符号を付している。

図１は、本発明の一実施形態に係る環境発電モジュール１の分解斜視図である。環境発電モジュール１は、環境発電素子１０と、下側フレーム２０Ａと、上側フレーム２０Ｂと、接着部材３０Ａと、接着部材３０Ｂと、電極４０とを備える。

下側フレーム２０Ａと上側フレーム２０Ｂとを合わせてフレーム２０とも称する。すなわち、フレーム２０は、下側フレーム２０Ａと、上側フレーム２０Ｂとを含む。

接着部材３０Ａと接着部材３０Ｂとは、特に区別する必要がない場合、接着部材３０と総称する場合がある。

環境発電素子１０は、外部環境中のエネルギーを利用して発電する。外部環境中のエネルギーは、例えば、太陽光、振動、又は熱などに基づくエネルギーであってよい。本実施形態においては、環境発電素子１０が、太陽光又は室内光などの光エネルギーを利用して発電する太陽電池を有するものとして説明するが、環境発電素子１０が利用する外部環境中のエネルギーは、光エネルギーに限定されない。

本実施形態の環境発電素子１０は、太陽電池で構成された太陽電池パネルを備えてよい。太陽電池パネルは、太陽光、室内光などの入射光を光電変換して電力を出力する太陽電池を含む部材である。太陽電池パネルに含ま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、シリコン（Ｓｉ）を用いたＳｉ系、化合物を用いた化合物系、量子ドットを用いた量子ドット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、有機色素及び電解質から成る色素増感系などが挙げられる。また、太陽電池パネルに含まれる太陽電池には、有機無機ハイブリッド太陽電池、ペロブスカイト系化合物を用いた太陽電池も含めることができる。またこれらを複合又は積層させたタンデム系などもある。太陽電池パネルは薄型パネル状であってもよく、その場合には、薄型に成型し易い点で、プラスチックフィルム等に作製された有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池、又はペロブスカイト太陽電池等が好適である。なお、太陽電池パネルが薄型パネル状である場合、上記プラスチックフィルム等に作製されたものに限定されるものでなく、同様に薄型であれば方式を問わないことは言うまでもない。太陽電池パネルが薄型パネル状である場合、その厚みは、例えば製造技術面から１０μｍ以上３ｍｍ以下が好適である。

環境発電素子１０は、図１に示すように、平板状である。

下側フレーム２０Ａと上側フレーム２０Ｂは、環境発電素子１０の周縁部を挟み込む。すなわち、フレーム２０は、環境発電素子１０の周縁部に配置されている。環境発電モジュール１が組み立てられた状態において、下側フレーム２０Ａは、環境発電素子１０の下側（Ｚ軸負方向側）に位置する。また、環境発電モジュール１が組み立てられた状態において、上側フレーム２０Ｂは、環境発電素子１０の上側（Ｚ軸正方向側）に位置する。

下側フレーム２０Ａは、嵌合部２５Ａを有する。上側フレーム２０Ｂは、嵌合部２５Ｂを有する。下側フレーム２０Ａの嵌合部２５Ａと、上側フレーム２０Ｂの嵌合部２５Ｂとは、嵌合するように構成されている。下側フレーム２０Ａの嵌合部２５Ａと、上側フレーム２０Ｂの嵌合部２５Ｂとを嵌合させることで、下側フレーム２０Ａと上側フレーム２０Ｂとを強固に結合させることができる。

図１においては、下側フレーム２０Ａは、Ｙ軸負方向側の辺に嵌合部２５Ａを有し、上側フレーム２０Ｂは、Ｙ軸負方向側の辺に嵌合部２５Ｂを有している。しかしながら、下側フレーム２０Ａにおいて、Ｙ軸負方向側の辺以外の辺も嵌合部として機能してよい。同様に、上側フレーム２０Ｂにおいて、Ｙ軸負方向側の辺以外の辺も嵌合部として機能してよい。

フレーム２０は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やアルミなどの金属、ガラスなど無機物、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロオレフィン系ポリマー、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリアミド、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、生分解性ポリマーなどプラスチックやウレタンエラストマー、シリコーンエラストマー、フッ素エラストマーなどエラストマー、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などとガラスファイバーや炭素繊維などを含む繊維強化材料を材料として形成されたものであってよい。このようなフレーム２０を環境発電素子１０の周縁部に配置して環境発電素子１０の周縁部を挟み込むことによって、例えば、環境発電モジュール１が落下したり人にぶつかったりした場合などに、フレーム２０は、環境発電素子１０を保護することができる。すなわち、フレーム２０を環境発電素子１０の周縁部に配置することで、環境発電モジュール１の耐衝撃性を向上させることができる。

接着部材３０Ａは、環境発電素子１０と下側フレーム２０Ａとの間に配置され、環境発電素子１０と下側フレーム２０Ａとを接着している。接着部材３０Ｂは、環境発電素子１０と上側フレーム２０Ｂとの間に配置され、環境発電素子１０と上側フレーム２０Ｂとを接着している。

接着部材３０は、例えば、熱可塑系、熱硬化系、光硬化系、湿気硬化系など適時選択すればよく、作業性の点で、光硬化系が好ましい。接着部材３０の材料は、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系のような接着剤であってよい。意匠性や接着剤がはみ出したときでも見えにくくなる点から、接着部材３０は、透明性があるものが好ましい。また、接着部材３０は、衝撃を吸収できる点から、柔軟性があるものが好ましく、エラストマー系が好ましい。これらは、シリカやガラス繊維など充填剤を含んでいてもよい。

電極４０は、正極端子４１と、負極端子４２とを有する。正極端子４１は、環境発電素子１０の正極と電気的かつ機械的に接続する。負極端子４２は、環境発電素子１０の負極と電気的かつ機械的に接続する。

電極４０は、下側フレーム２０Ａと上側フレーム２０Ｂとの間に挟まれて所定の位置に固定されている。この所定の位置において、正極端子４１は、環境発電素子１０の正極と電気的かつ機械的に接続し、負極端子４２は、環境発電素子１０の負極と電気的かつ機械的に接続する。

続いて、図２及び図３を参照して、下側フレーム２０Ａ及び上側フレーム２０Ｂの構成の詳細について説明する。

図２は、図１における下側フレーム２０ＡのＡ−Ａ断面の概略図である。下側フレーム２０Ａは、支持面２１Ａと、ガイド面２２Ａと、傾斜面２３Ａとを有する。

支持面２１Ａは、環境発電モジュール１が組み立てられた状態において、環境発電素子１０の平面部に接する面であり、環境発電素子１０の平面部を支持する。ここで、環境発電素子１０の平面部とは、平板状の環境発電素子１０における面積が広い面である。図１においては、環境発電素子１０の面のうち、ＸＹ平面に平行な面が平面部である。支持面２１Ａは、環境発電素子１０の下側の平面部を支持する。

ガイド面２２Ａは、支持面２１Ａから垂直方向に、Ｚ軸正方向に向かって延びている面である。ガイド面２２Ａは、環境発電素子１０の側面に接し、環境発電素子１０の下側フレーム２０Ａに対する位置を決める。

傾斜面２３Ａは、ガイド面２２Ａの上端から傾斜して延びる面である。傾斜面２３Ａは、支持面２１Ａが支持している環境発電素子１０の側面から離れる方向に傾斜して延びている。

図３は、図１における上側フレーム２０ＢのＢ−Ｂ断面の概略図である。上側フレーム２０Ｂは、支持面２１Ｂと、ガイド面２２Ｂと、傾斜面２３Ｂとを有する。

支持面２１Ｂは、環境発電モジュール１が組み立てられた状態において、環境発電素子１０の平面部に接する面であり、環境発電素子１０の平面部を支持する。支持面２１Ｂは、環境発電素子１０の上側の平面部を支持する。

ガイド面２２Ｂは、支持面２１Ｂから垂直方向に、Ｚ軸負方向に向かって延びている面である。ガイド面２２Ｂは、環境発電素子１０の側面に接し、環境発電素子１０の上側フレーム２０Ｂに対する位置を決める。

傾斜面２３Ｂは、ガイド面２２Ｂの下端から傾斜して延びる面である。傾斜面２３Ｂは、支持面２１Ｂが支持している環境発電素子１０の側面から離れる方向に傾斜して延びている。

図４に、下側フレーム２０Ａと上側フレーム２０Ｂとで、環境発電素子１０を挟み込んでいる様子を示す。

図４に示すように、環境発電素子１０は、下側フレーム２０Ａのガイド面２２Ａと、上側フレーム２０Ｂのガイド面２２Ｂとに接している。このようにガイド面２２Ａ及びガイド面２２Ｂに接することにより、環境発電素子１０のフレーム２０に対する位置が決まっている。

図４に示すように、環境発電モジュール１は、環境発電素子１０の側面と、下側フレーム２０Ａの傾斜面２３Ａと、上側フレーム２０Ｂの傾斜面２３Ｂとで囲まれた空間を有する。この空間の大きさは、環境発電素子１０のフレーム２０に対する位置が、ガイド面２２Ａ及びガイド面２２Ｂによって決まっていることにより、一定の大きさである。

従って、環境発電素子１０の側面と、下側フレーム２０Ａの傾斜面２３Ａと、上側フレーム２０Ｂの傾斜面２３Ｂとで囲まれた空間に、接着部材３０を塗布することにより、適量の接着部材３０を適切な位置に配置することができる。

環境発電素子１０の側面と、下側フレーム２０Ａの傾斜面２３Ａと、上側フレーム２０Ｂの傾斜面２３Ｂとで囲まれた空間の大きさは、ガイド面２２Ａ及びガイド面２２Ｂの高さを調整することで、適切な大きさとすることができる。

例えば、ガイド面２２Ａの高さとガイド面２２Ｂの高さとを合わせた高さ（「ガイド面の高さ」とも称する）は、環境発電素子１０の厚みの１/１０以上且つ１/２未満であってよく、好ましくは１/５以上且つ２/５以下程度であってよい。ガイド面の高さをこのような高さとすることで、環境発電素子１０のフレーム２０に対する位置の精度を向上でき、塗布された接着部材３０の保持が容易となる。これにより、接着部材３０が環境発電素子１０の側面部に適切に接するので、接着強度が向上し、また、接着部材３０による環境発電モジュール１の端面の防水・気密性など封止状態が向上することとなる。

図５に示すフローチャートを参照して、本発明の一実施形態に係る環境発電モジュール１の製造方法の一例について説明する。

まず、ステップＳ１０１において、下側フレーム２０Ａの支持面２１Ａに環境発電素子１０を載置する。図６に、下側フレーム２０Ａに環境発電素子１０を載置した様子を示す。

続いて、ステップＳ１０２において、下側フレーム２０Ａの傾斜面２３Ａと、環境発電素子１０の側面との間の空間に、接着部材３０Ａを塗布する。この際、下側フレーム２０Ａのガイド面２２Ａによって環境発電素子１０の位置が所定の位置に決められているため、適量の接着部材３０Ａを適切な位置に塗布することができる。

また、この段階では、上側フレーム２０Ｂがまだ環境発電素子１０の上方に配置されていないため、下側フレーム２０Ａの傾斜面２３Ａと、環境発電素子１０の側面との間の空間に塗布された接着部材３０Ａの量を、上方から確認することができる。従って、適量の接着部材３０Ａを適切な位置に塗布することがさらに容易となる。接着部材３０Ａの塗布は、例えば、ディスペンサにより行ってよい。

続いて、ステップＳ１０３において、上側フレーム２０Ｂを下側フレーム２０Ａに嵌め合わせて、上側フレーム２０Ｂと下側フレーム２０Ａとで環境発電素子１０を挟み込む。この際、上側フレーム２０Ｂの傾斜面２３Ｂに接着部材３０Ｂを塗布させておいてよい。

図７に、上側フレーム２０Ｂと下側フレーム２０Ａとで環境発電素子１０を挟み込んだ様子を示す。この際、押し出された接着部材３０が、図７に示すように、環境発電素子１０の下面と下側フレーム２０Ａの支持面２１Ａとの間、環境発電素子１０の上面と上側フレーム２０Ｂの支持面２１Ｂとの間、及び、下側フレーム２０Ａと上側フレーム２０Ｂとの間に回り込んでよい。このように接着部材３０が回り込むことで、下側フレーム２０Ａと環境発電素子１０との間の接着強度、上側フレーム２０Ｂと環境発電素子１０との間の接着強度、及び、下側フレーム２０Ａと上側フレーム２０Ｂとの間の接着強度を高めることができる。

続いて、ステップＳ１０４において、接着部材３０を硬化させる。例えば、接着部材３０として常温硬化型の接着剤を用いた場合、環境発電モジュール１を常温で維持することにより、接着部材３０を硬化させることができる。

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、本実施形態においては、接着部材３０が接着剤であるものとして説明したが、接着部材３０は環境発電素子１０とフレーム２０とを接着できるものであれば接着剤に限定されない。例えば、接着部材３０は、両面テープであってもよい。

本発明によれば、適量の接着部材を適切な位置に配置することが可能な環境発電モジュール及びその製造方法を提供することができる。

１ 環境発電モジュール
１０ 環境発電素子
２０ フレーム
２０Ａ 下側フレーム
２０Ｂ 上側フレーム
２１Ａ、２１Ｂ 支持面
２２Ａ、２２Ｂ ガイド面
２３Ａ、２３Ｂ 傾斜面
２５Ａ、２５Ｂ 嵌合部
３０ 接着部材
３０Ａ、３０Ｂ 接着部材
４０ 電極
４１ 正極端子
４２ 負極端子

Claims (5)

1. 環境発電素子と、
   前記環境発電素子の周縁部に配置されるフレームと、
   前記環境発電素子と前記フレームとの間に配置され、前記環境発電素子と前記フレームとを接着している接着部材とを備え、
   前記フレームは、
   前記環境発電素子の平面部を支持する支持面と、
   前記支持面から垂直方向に延び、前記環境発電素子の前記フレームに対する位置を決めるガイド面と、
   前記ガイド面から、前記環境発電素子の側面から離れる方向に傾斜して延びる傾斜面と、を有する、環境発電モジュール。
2. 請求項１に記載の環境発電モジュールにおいて、
   前記フレームは、上側フレームと下側フレームとを含み、
   前記上側フレームは、前記下側フレームの支持面に載置された前記環境発電素子を上側から挟み込んでいる、環境発電モジュール。
3. 請求項２に記載の環境発電モジュールにおいて、
   前記上側フレーム及び前記下側フレームは、それぞれ嵌合部を有し、
   前記上側フレームの嵌合部と前記下側フレームの嵌合部とが嵌合するように構成されている、環境発電モジュール。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の環境発電モジュールにおいて、
   前記ガイド面の高さは、前記環境発電素子の厚みの１/１０以上且つ１/２未満である、環境発電モジュール。
5. 環境発電素子と、前記環境発電素子の周縁部に配置される上側フレーム及び下側フレームと、を備える環境発電モジュールの製造方法であって、
   前記上側フレーム及び前記下側フレームは、それぞれ、
   前記環境発電素子の平面部を支持する支持面と、
   前記支持面から垂直方向に延び、前記環境発電素子の前記フレームに対する位置を決めるガイド面と、
   前記ガイド面から、前記環境発電素子の側面から離れる方向に傾斜して延びる傾斜面と、を有し、
   前記製造方法は、
   前記下側フレームの支持面に前記環境発電素子を載置するステップと、
   前記下側フレームの傾斜面と、前記環境発電素子の側面との間に接着部材を塗布するステップと、
   前記上側フレームを前記下側フレームに嵌合させて、前記上側フレームと前記下側フレームとで前記環境発電素子を挟み込むステップと、を含む、環境発電モジュールの製造方法。
   

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