JP2024012847A - 太陽電池モジュールの車載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両走行中の振動等による太陽電池モジュールの位置ずれを防止しつつ、太陽電池モジュールの熱膨張等による太陽電池モジュールの面内方向に対して垂直な方向への変形を抑制ないし防止し得る太陽電池モジュールの車載構造を提供する。【解決手段】太陽電池モジュールの車載構造は、矩形板状の太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールを車体に接合させる接合部材と、接合部材との間で該太陽電池モジュールを車体に固定する保持部材を備える。接合部材が、太陽電池モジュールと車体とを１カ所で接合する。保持部材が、太陽電池モジュールの面内方向において太陽電池モジュールとの間に間隔を設けて配置される本体部と、本体部から太陽電池モジュールの面内方向の中心側に延設され太陽電池モジュールの面内方向に垂直な方向における表面側から太陽電池モジュールの縁部の少なくとも一部と係合する係合部を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池モジュールの車載構造に係り、さらに詳細には、車両走行中の振動等による太陽電池モジュールの位置ずれを防止しつつ、太陽電池モジュールの熱膨張等による太陽電池モジュールの面内方向に対して垂直な方向への変形を抑制ないし防止し得る太陽電池モジュールの車載構造に関する。

従来、車体に搭載される太陽電池モジュールの安定性を向上することができる太陽電池搭載構造が提案されている（特許文献１参照）。このような太陽電池搭載構造においては、太陽電池モジュールが、光透過板部材において対向する一対の端部を車体側に固定する接着部と、光透過板部材の裏面中央側に接続される本体部と車体側に固定された固定用端部とを有する固定部材と、を備えている。そして、このような太陽電池搭載構造によれば、光透過板部材が車体側に接着固定される共に、固定部材により光透過板部材の中央側車体側に固定されるので、太陽電池モジュールの車体に対する固定点を増やすことができ、車体に対する太陽電池モジュールの安定性を向上させることができる。

特開２０１５－８１７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような太陽電池搭載構造においては、太陽電池モジュールの面内方向への熱膨張等によって複数の固定点の間に応力がかかるため、その応力によって太陽電池モジュールが面内方向に対して垂直な方向に変形してしまうという問題点があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであって、車両走行中の振動等による太陽電池モジュールの位置ずれを防止しつつ、太陽電池モジュールの熱膨張等による太陽電池モジュールの面内方向に対して垂直な方向への変形を抑制ないし防止し得る太陽電池モジュールの車載構造を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、太陽電池モジュールと車体とを１カ所で接合する接合部材と、接合部材との間で太陽電池モジュールを車体に固定する所定の保持部材を備えたことにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の太陽電池モジュールの車載構造は、矩形板状の太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールを車体に接合させる接合部材と、接合部材との間で該太陽電池モジュールを車体に固定する保持部材を備える。
接合部材が、太陽電池モジュールと車体とを１カ所で接合する。
保持部材が、太陽電池モジュールの面内方向において太陽電池モジュールとの間に間隔を設けて配置される本体部と、本体部から太陽電池モジュールの面内方向の中心側に延設され太陽電池モジュールの面内方向に垂直な方向における表面側から太陽電池モジュールの縁部の少なくとも一部と係合する係合部を有する。

本発明によれば、太陽電池モジュールと車体とを１カ所で接合する接合部材と、接合部材との間で太陽電池モジュールを車体に固定する上述の保持部材を備えることとしたため、車両走行中の振動等による太陽電池モジュールの位置ずれを防止しつつ、太陽電池モジュールの熱膨張等による太陽電池モジュールの面内方向に対して垂直な方向への変形を抑制ないし防止し得る太陽電池モジュールの車載構造を提供できる。

本発明の太陽電池モジュールの車載構造の第１実施形態を模式的に示す平面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの車載構造をＩＩ－ＩＩ線に沿って切った断面図である。 第１実施形態の太陽電池モジュールの車載構造の第１実施例の一部を模式的に示す部分断面図である。 第１実施形態の太陽電池モジュールの車載構造の第２実施例の一部を模式的に示す部分断面図である。 第１実施形態の太陽電池モジュールの車載構造の第３実施例の一部を模式的に示す部分断面図である。 第１実施形態の太陽電池モジュールの車載構造の第３実施例の一部を模式的に示す説明図である。 本発明の太陽電池モジュールの車載構造の第２実施形態を模式的に示す平面図である。 図７に示した太陽電池モジュールをＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿って切った断面図である。

以下、本発明の太陽電池モジュールの車載構造について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

（第１実施形態）
図１は、太陽電池モジュールの車載構造の第１実施形態であって、太陽電池モジュールを車体のルーフパネルに配置した状態を模式的に示す平面図である。また、図２は、図１に示した太陽電池モジュールの車載構造をＩＩ－ＩＩ線に沿って切った断面図であって、図２の上側の断面図は、太陽電池モジュールの温度が低い場合、例えば、太陽電池モジュールが発電していない場合における保持部材と太陽電池モジュールとの間の間隔を示している。一方、図２の下側の断面図は、太陽電池モジュールの温度が高い場合、例えば、太陽電池モジュールが発電等により発熱して熱膨張した場合における保持部材と太陽電池モジュールとの間の間隔を示している。

図１に示すように、本実施形態の太陽電池モジュールの車載構造１は、矩形板状の太陽電池モジュール１０と、太陽電池モジュール１０を車体４０に接合させるボルト等の接合部材２０と、接合部材２０との間で太陽電池モジュール１０を車体４０に固定するフレーム状の保持部材３０を備えている。図示例の太陽電池モジュール１０は、車体４０のルーフパネル４１全面にわたって配置されている。

また、本実施形態においては、接合部材２０は、太陽電池モジュール１０の重心１０ｇとルーフパネル４１の中心４１ｃとを接合している。

さらに、図２に示すように、保持部材３０は、本体部３０Ａと、係合部３０Ｂを有している。本実施形態においては、本体部３０Ａは、太陽電池モジュール１０の面内方向（図２中の左右方向）において太陽電池モジュール１０との間に間隔Ｓを設けて配置されている。さらに、係合部３０Ｂは、本体部３０Ａから太陽電池モジュール１０の面内方向の中心側に延設され太陽電池モジュール１０の面内方向に垂直な方向における表面側から太陽電池モジュール１０の縁部１０ａにおける車体１０の前後方向及び左右方向の位置の縁部１０ａ、すなわち四方の縁部１０ａと係合し（図１参照）、太陽電池モジュール１０を押さえている。ここで、太陽電池モジュール１０の面内方向に垂直な方向とは図２中の矢印Ｚで示す方向であり、その方向における表面側とは図２中の上側である。また、車体１０の前後方向とは図１中の矢印Ｘで示す方向であり、車体の左右方向とは図１中の矢印Ｙで示す方向である。

次に本実施形態の利点について説明する。
本実施形態によれば、太陽電池モジュール１０の重心１０ｇと車体４０のルーフパネル４１の中心４１ｃを接合する接合部材２０と、上述した本体部３０Ａと係合部３０Ｂを有する保持部材３０とを備えているので、図２に示すように、太陽電池モジュールの温度が高くなっても太陽電池モジュールの外側への熱膨張等による拡大（縮小）を許容できる。その結果、車両走行中の振動等による太陽電池モジュールの位置ずれを防止しつつ、太陽電池モジュールの熱膨張等による太陽電池モジュールの面内方向に対して垂直な方向への変形、具体的には折れや浮き上がりの発生を抑制ないし防止できる。

また、本実施形態によれば、太陽電池モジュール１０が車体４０のルーフパネル４１全面にわたって配置されているとき、接合部材２０が太陽電池モジュール１０の重心１０ｇとルーフパネル４１の中心４１ｃとを接合しているので、太陽電池モジュール１０が車体４０のルーフパネル４１全面にわたって配置されているときに接合部材２０にかかる応力を低減することができるという利点がある。

さらに、本実施形態によれば、係合部３０Ｂが、太陽電池モジュール１０の縁部１０ａにおける車体４０の前後方向及び左右方向の四方の縁部１０ａと係合しているので、車両走行中の振動等による太陽電池モジュールの位置ずれをより確実に防止できるという利点がある。

図３は、第１実施形態の太陽電池モジュールの車載構造の第１実施例における太陽電池モジュールの縁部付近を模式的に示す部分断面図である。図３に示すように、第１実施例の太陽電池モジュールの車載構造においては、太陽電池モジュール１０は、太陽電池セル１１と光透過部材１２と封止材１３を有し、太陽電池セル１１は、光透過部材１２に封止材１３で固定されている。また、保持部材３０は、ボルト３１とナット３２を有し、これらで車体４０（ルーフパネル４１）に固定されている。太陽電池モジュール１０は、保持部材３０の係合部３０Ｂと車体４０（ルーフパネル４１）との間に光透過部材１２を挟むことにより、太陽電池モジュール１０の面内方向に対して垂直な方向における太陽電池モジュール１０の位置を保持している。一方で、太陽電池モジュール１０の面内方向において光透過部材１２と保持部材３０の本体部３０Ａとの間に間隔Ｓを設けることにより、太陽電池モジュール１０の面内方向における熱膨張等による拡大（縮小）を許容している。なお、太陽電池セル１１の搭載スペースを確保するために、光透過部材１２と車体４０（ルーフパネル４１）との間には樹脂などのクッション性を有するスペーサ３３を設けても良い。

次に、本例の利点について説明する。本例によれば、太陽電池セルが光透過部材に封止材で固定されている太陽電池モジュールであっても、車両走行中の振動等による太陽電池モジュールの位置ずれを防止しつつ、太陽電池モジュールの熱膨張等による太陽電池モジュールの面内方向に対して垂直な方向への変形を抑制ないし防止できると共に、ボルト等を用いた簡易な構成で保持部材を形成できる。

図４は、第１実施形態の太陽電池モジュールの車載構造の第２実施例における太陽電池モジュールの縁部付近を模式的に示す部分断面図である。なお、図４の下側の断面図は、図４の上側の断面図を光透過部材１２の面内方向に沿って切った状態を示している。

図４に示すように、第２実施例の太陽電池モジュールの車載構造においては、ボルト３１等の取り付け位置が保持部材３０の係合部３０Ｂと車体４０（ルーフパネル４１）とで光透過部材１２を挟む位置と同じ位置になっており、更に、太陽電池モジュール１０の光透過部材１２とボルト３１との間に膨張分及び収縮分の隙間１０ｃが形成されるように光透過部材１２に丸形の穴が設けられていること以外は、第１実施例の太陽電池モジュールの車載構造と同じ構成を有している。

次に、本例の利点について説明する。本例によれば、第１実施例の利点に加えて、ボルト等の取り付け位置が係合部とルーフパネルとで光透過部材を挟む位置と同じ位置であっても、ボルト等を用いた簡易な構成で保持部材を形成できる。

図５は、第１実施形態の太陽電池モジュールの車載構造の第３実施例における太陽電池モジュールの縁部付近を模式的に示す部分断面図である。なお、図５の下側の断面図は、図５の上側の断面図を光透過部材１２の面内方向に沿って切った状態を示している。また、図６は、第１実施形態の太陽電池モジュールの車載構造の第３実施例の一部を模式的に示す説明図である。図６においては、保持部材における本体部及び係合部を省略している。

図５及び図６に示すように、第３実施例の太陽電池モジュールの車載構造においては、太陽電池モジュール１０の光透過部材１２とボルト３１との間に膨張分の隙間１０ｃが形成されるように光透過部材１２に切欠き部１０ｂが設けられていること以外は、第２実施例の太陽電池モジュールの車載構造と同じ構成を有している。さらに、第３実施例においては、切欠き部１０ｂの切欠き方向を接合部材２０が設けられた方向に延伸させている。

次に、本例の利点について説明する。本例によれば、第２実施例の利点に加えて、収縮分の隙間を設ける必要がなくなり、太陽電池セルを搭載できる面積を向上させることができる。また、切欠き部の切欠き方向を接合部材が設けられた方向に延伸させているので、太陽電池セルの搭載面積を減らすことなく、保持部材によって光透過部材を押さえる面積を増やすことができる。

ここで、各構成要素の仕様や材種について更に詳細に説明する。

（太陽電池セル）
太陽電池セル１１としては、例えば、シリコン系の太陽電池セルを用いることができる。しかしながら、シリコン系の太陽電池セルに限定されず、化合物系や有機系などの従来公知の太陽電池セルを用いることができる。

（光透過部材）
光透過部材１２としては、例えば、ガラスや樹脂を用いることができる。軽量化の観点からは、アクリル、ポリイミド、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックを好適に用いることができる。耐候性、軽量化の観点からは、特に、ポリカーボネートを好適に用いることができる。

（封止材）
封止材１３としては、例えば、エチレン酢酸ビニル樹脂やポリビニルブチラール樹脂を用いることができる。しかしながら、これらの封止材に限定されず、太陽電池セルの封止材として用いることができる従来公知の封止材を用いることもできる。

（接合部材）
接合部材２０としては、例えば、ボルト及びナットを用いることができる。しかしながら、このような接合部材に限定されず、太陽電池モジュールの接合部材として用いることができる従来公知の接着材や溶接による接合部（材）を用いることもできる。

（保持部材）
保持部材３０としては、例えば、金属や繊維強化樹脂を用いることができる。また、保持部材は、溶接や接着などによって車体と一体化させてもよいが、上述のようにボルト等を用いて車体に固定してもよい。

図７及び図８は、第２実施形態の太陽電池モジュールの車載構造を説明する図である。以下の説明では、上述した構成部位と同じ構成部位に同一符号を付して詳細な発明を省略する。

（第２実施形態）
図７は、太陽電池モジュールの車載構造の第２実施形態であって、太陽電池モジュールを車体のドアパネルに配置した状態を模式的に示す平面図である。なお、図７中の矢印Ｘは車高方向（車体の上下方向）を示し、矢印Ｙは車幅方向（車体の左右方向）を示す。また、図８は、図７に示した太陽電池モジュールの車載構造をＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿って切った断面図であって、図８の左側の断面図は、太陽電池モジュールの温度が低い場合、例えば、太陽電池モジュールが発電していない場合における保持部材と太陽電池モジュールとの間の間隔を示している。一方、図８の右側の断面図は、太陽電池モジュールの温度が高い場合、例えば、太陽電池モジュールが発電等により発熱して熱膨張した場合における保持部材と太陽電池モジュールとの間の間隔を示している。なお、図８中の矢印Ｚは太陽電池モジュールの面内方向に垂直な方向を示す。

図７及び図８に示すように、本実施形態の太陽電池モジュールの車載構造２においては、太陽電池モジュール１０が車体４０のバックドア４２の車幅方向全体及び車高方向の一部にわたって配置されており、接合部材２０が太陽電池モジュール１０の車幅方向の中心線上かつ下端とバックドア４２の中心線上の１カ所とを接合していること以外、第１実施形態の太陽電池モジュールの車載構造１と同じ構成を有している。さらに、本実施形態においては、係合部３０Ｂが、太陽電池モジュール１０の縁部１０ａにおける車体４０（バックドア４２）の上下方向及び左右方向の位置の縁部１０ａと係合しており、車体４０の下方向における本体部３０Ａが、太陽電池モジュール１０の面内方向において太陽電池モジュール１０と接触している。

次に本実施形態の利点について説明する。
本実施形態によれば、太陽電池モジュール１０の車幅方向の中心線上かつ下端とバックドア４２の中心線上の１カ所を接合する接合部材２０と、上述した本体部３０Ａと係合部３０Ｂを有する保持部材３０とを備えているので、図８に示すように、太陽電池モジュールの温度が高くなっても太陽電池モジュールの上側への熱膨張等による拡大（縮小）を許容できる。その結果、車両走行中の振動等による太陽電池モジュールの位置ずれを防止しつつ、太陽電池モジュールの熱膨張等による太陽電池モジュールの面内方向に対して垂直な方向への変形を抑制ないし防止できる。

また、本実施形態によれば、太陽電池モジュール１０が車体４０のバックドア４２の一部に配置されているとき、接合部材２０が太陽電池モジュール１０の車幅方向の中心線上かつ下端とバックドア４２の中心線上の１カ所とを接合しているので、間隔Ｓを車高方向の上側及び車幅方向の左右に設けるだけで、同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態によれば、係合部３０Ｂが太陽電池モジュール１０の縁部１０ａにおける車体４０の上下方向及び左右方向の位置の縁部１０ａと係合しており、車体４０の下方向における本体部３０Ａが、太陽電池モジュール１０の面内方向において太陽電池モジュール１０と接触しているので、下方向における本体部３０Ａで太陽電池モジュールを支持することができる。これにより、接合部材２０にかかる応力を低減することができる。

以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

本発明においては、車両走行中の振動等による太陽電池モジュールの位置ずれを防止しつつ、太陽電池モジュールの面内方向に対して垂直な方向への変形を抑制ないし防止すべく、太陽電池モジュールを固定する接合部材と保持部材との間に太陽電池モジュールの熱膨張等による応力がかからないようにしたことを骨子とする。

従って、太陽電池モジュールを固定する接合部材と保持部材との間に変形するほどの応力がかからなければ、接合部材及び保持部材の仕様や材質は特に限定されない。

太陽電池モジュールの大きさや車体における太陽電池モジュールの搭載位置や搭載角度、更には太陽電池モジュールと保持部材との係合具合に応じて接合部材にかかる応力が変わる。そのため、その応力に応じて接合部材の位置を適宜調整することができる。また、搭載位置も車体のルーフパネルやリアパネル等に限定されず、車体のサイドパネルであってもよい。

また、保持部材として太陽電池モジュールの縁部全体と係合する一体的なフレーム状の本体部及び係合部を有する保持部材を例示して説明したが、太陽電池モジュールの縁部における四辺各々の一部（例えば中央部や端部（すなわち四つのコーナー部））と係合する分割されたフレーム状の本体部及び係合部を有する保持部材を採用することもできる。

さらに、上述した構成要素は、各実施形態に示した構成要素に限定されるものではなく、太陽電池セル、光透過部材、封止材、接合部材、保持部材、車体の仕様の細部を変更することや、各実施形態の構成要素を他の実施形態に適用することが可能である。

１，２ 太陽電池モジュールの車載構造
１０ 太陽電池モジュール
１０ａ 縁部
１０ｂ 切欠き部
１０ｃ 隙間
１０ｇ 重心
１１ 太陽電池セル
１２ 光透過部材
１３ 封止材
２０ 接合部材
３０ 保持部材
３０Ａ 本体部
３０Ｂ 係合部
３１ ボルト
３２ ナット
３３ スペーサ
４０ 車体
４１ ルーフパネル
４１ｃ 中心
４２ バックドア
Ｓ 間隔

Claims (9)

1. 矩形板状の太陽電池モジュールと、該太陽電池モジュールを車体に接合させる接合部材と、該接合部材との間で該太陽電池モジュールを該車体に固定する保持部材を備え、
   上記接合部材が、上記太陽電池モジュールと上記車体とを１カ所で接合し、
   上記保持部材が、該太陽電池モジュールの面内方向において該太陽電池モジュールとの間に間隔を設けて配置される本体部と、該本体部から該太陽電池モジュールの面内方向の中心側に延設され該太陽電池モジュールの面内方向に垂直な方向における表面側から該太陽電池モジュールの縁部の少なくとも一部と係合する係合部を有する
   ことを特徴とする太陽電池モジュールの車載構造。
2. 上記太陽電池モジュールが上記車体のルーフパネル全面にわたって配置されているとき、上記接合部材が該太陽電池モジュールの重心と該ルーフパネルの中心とを接合していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの車載構造。
3. 上記係合部が、上記太陽電池モジュールの縁部における上記車体の前後方向及び左右方向の位置の縁部と係合していることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュールの車載構造。
4. 上記太陽電池モジュールが上記車体のリアパネル又はバックドアの車幅方向全体及び車高方向の一部にわたって配置されているとき、上記接合部材が該太陽電池モジュールの車幅方向の中心線上かつ下端と該リアパネル又は該バックドアの中心線上の１カ所とを接合していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの車載構造。
5. 上記係合部が、上記太陽電池モジュールの縁部における上記車体の上下方向及び左右方向の位置の縁部と係合しており、
   上記車体の下方向における上記本体部が、上記太陽電池モジュールの面内方向において該太陽電池モジュールと接触している
   ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュールの車載構造。
6. 上記保持部材は、ボルトを有すると共に、該ボルトで上記車体に固定されており、
   上記太陽電池モジュールは、その縁部に、上記ボルトとの間に隙間を形成する切欠き部を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの車載構造。
7. 上記切欠き部の切欠き方向が、上記接合部材が設けられた方向に延伸していることを特徴とする請求項６に記載の車載太陽電池モジュール。
8. 上記太陽電池モジュールは、太陽電池セルと光透過部材と封止材を有し、
   上記太陽電池セルは、上記光透過部材に上記封止材で固定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの車載構造。
9. 上記光透過部材が、ポリカーボネートを含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュールの車載構造。

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