JP2024020096A - 天窓に太陽電池を搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両１に於いて、天窓２を覆うことができるよう構成された可動式シェード３に太陽電池５を設置し、車室内への採光の必要のないときに、天窓を可動式シェードで覆い、天窓を透過する太陽光のエネルギーを発電に利用することができるようにする。【解決手段】 可視光領域の光を透過する天窓２を有する車両１は、天窓の車室内側にて天窓の少なくとも一部を覆うことができるよう構成された開閉可能な可動式のシェード３にして、可視光を含む太陽光を吸収して発電する太陽電池が天窓に対向した側に設置されているシェードを含み、シェードが天窓の少なくとも一部を覆う閉状態にあるときには、太陽電池に発電させる。天窓に於ける採光が不要であるか否かなどの車両の使用状態に応じてシェードの開閉を制御するシェード開閉制御手段が設けられていてよい。天窓には透明な太陽電池が設置されていてよい。【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池を搭載した車両に係り、より詳細には、天窓に太陽電池が配置される車両に係る。

自動車等の車両の上面に太陽電池を搭載し、車両に於いて発電し、そのエネルギーを車両に於ける種々の作動に利用する試みが為されている（例えば、特許文献１など）。この点に関し、一般的な太陽電池（特許文献２など）の場合には、光を透過させないので、そのような太陽電池を、例えば、車両に於ける採光のための透明な天窓（サンルーフ、パノラマルーフ等）に配置することはできない。しかしながら、近年、可視光領域の波長の光を透過し、紫外線領域又は近赤外線領域の光で発電する透明な太陽電池（特許文献３など）が開発されており、かかる透明な太陽電池は、天窓の窓枠に嵌め込むことにより、或いは、天窓上に設置することにより、採光しつつ、発電できる天窓として利用可能である。

特開２００９－１０１２７ 特開２０２１－１６８３２２ 特開２０１８－３２８７２

上記の如く可視光を通す透明な太陽電池（以下、「透明太陽電池」とする。）を車両の天窓に配置した構成に於いて、透明太陽電池は、可視光を透過するので、可視光のエネルギーは発電に利用されず、その分、太陽光エネルギーの利用効率は、太陽光の広範囲の波長領域に亙る光で発電する太陽電池に比して、低下することとなる。

ところで、車両の天窓に於いて遮光或いは車室内の目隠しのために、天窓の車内側に可動式のシェード（光を遮るための内装板又は内装幕）が設けられている場合がある。そのような可動式シェードは、当然に光を透過させないように構成されるので、可動式シェード上に可視光を吸収して発電する「透明ではない」太陽電池（以下、「可視光太陽電池」と称する。）を含め、任意の太陽電池を設置することが可能である。そして、そのような太陽電池の設置されたシェードが天窓を覆っている間に於いては、天窓に入射する可視光のエネルギーも発電に利用することができ、その分、太陽光エネルギーの利用効率が向上できることとなる。また、遮光や目隠しの必要なときだけでなく、車室内への採光の必要のないときに、太陽電池の設置されたシェードが天窓を覆うように構成されていれば、太陽光エネルギーを発電に利用する機会が増え、更に、太陽光エネルギーの利用効率が向上できることとなる。

かくして、本発明の課題は、天窓を有する車両に於いて、天窓を覆うことができるよう構成された可動式シェードに太陽電池を設置し、車室内への採光の必要のないときに、天窓を可動式シェードで覆い、可視光のエネルギーも含め、より多くの太陽光エネルギーを発電に利用することができるようにすることである。

本発明の一つの態様によれば、上記の課題は、可視光領域の光を透過する透明な天窓を有する車両であって、
前記天窓の車室内側にて前記天窓の少なくとも一部を覆うことができるよう構成された開閉可能な可動式のシェードにして、太陽光を吸収して発電する太陽電池が前記天窓に対向した側に設置されているシェードを含み、
前記シェードが前記天窓の少なくとも一部を覆う閉状態にあるときには、前記太陽電池に発電させるよう構成された車両によって達成される。

上記の構成に於いて、「天窓」とは、車両の車室の屋根部分に形成された窓枠に透明なガラス又は樹脂が嵌め込まれた状態に形成された領域であり、サンルーフ、パノラマルーフなどと称される窓部分であってよい。「可動式のシェード」は、光を通さない内装板又は幕であり、天窓の車室内側にて、例えば、天窓に沿ってスライド式に摺動されるか、ヒンジ式に天窓に対して枢動されて、天窓の少なくとも一部を覆うことができるよう構成されてよい。シェードは、車両に形成された天窓の形状に合わせて分割されて形成されていてもよい。また、シェードは、天窓全域を覆っていない全開状態と天窓全域を覆っている状態の全閉状態との間で、手動にて或いは自動的に天窓に沿って移動されてよい。なお、シェードについて「閉状態」という場合には、シェードが天窓の少なくとも一部を覆っている状態を言うものとする。「太陽電池」は、シェードの天窓に対向した側に設置された板状、シート状又はフィルム状の任意の形式の太陽電池であってよく、可視光領域の波長（３８０ｎｍ～７８０ｎｍ）の光を吸収して発電する可視光太陽電池であってよい。そして、可動式のシェードが天窓の少なくとも一部を覆っている状態に於いて、太陽電池に天窓を透過した光が入射することにより、太陽電池が発電することとなる。

上記の本発明の構成によれば、車両の天窓の車室内側から、天窓の少なくとも一部を覆うシェードに太陽電池が設けられていることにより、車室内への採光の必要のないときなどに、シェードを閉状態とすることにより、天窓を透過してきた可視光を含む太陽光を発電に利用することが可能となり、太陽光エネルギーの利用効率が向上されることとなる。

上記の本発明の構成に於いて、シェードの開閉は、車両の使用状況に応じて自動的に実行されてよい。その場合には、シェードを開閉するシェード開閉手段と、車両の使用状況に応じてシェードの開閉を制御するシェード開閉制御手段とが設けられ、シェードが天窓の少なくとも一部を覆うようにシェードを少なくとも部分的に閉じた状態にあるときには、シェードに於ける太陽電池に発電させるよう構成されていてよい。ここに於いて、シェード開閉手段は、窓部に対するシェードの位置を移動する電動式のモータ又はアクチュエータであってよい。シェードの開閉状態を決定する車両の使用状況としては、天窓に於ける採光が不要であるか否か、バッテリ残量や発電の必要性などの状況であってよい。かかる構成によれば、車両の使用状況に応じて、天窓による採光の必要性、バッテリ残量、発電の必要性になどによって自動的にシェードが開閉され、シェードが少なくとも部分的に閉じた状態にあるときに太陽光エネルギーの利用効率が向上されることとなる。

上記の構成に於いて、天窓に於ける採光が不要であるか否かは、具体的には、車両の乗員の有無、乗員の着座位置に応じて判定されてよい。例えば、車両に乗員がいなければ、天窓全域に於ける採光が不要であると判定され、シェードが全閉状態とされてよい。また、シェード開閉制御手段は、乗員が着座していない座席への採光が不要であると判定し、採光が不要であると判定された座席へ光を透過させる天窓の部分をシェードで覆うよう構成されていてよい。例えば、車両の後部座席に乗員が着座していない場合には、シェード開閉制御手段は、後部座席へ入射する光を透過する天窓の後方領域からの採光が不要であると判断して、かかる領域をシェードで覆うように構成されていてよい。各座席の乗員の有無は、体重検知センサ（シートベルトリマインダー用であってよい。）、乗員位置を検知する電波センサ（幼児置き去り防止用であってよい。）などを用いて検出されてよい。なお、乗員の指示により採光が不要とした天窓の領域のシェードが閉状態とされてもよい。

また、上記の如く、車両の使用状況として、バッテリ残量や発電の必要性などの状況が参照されてシェードの開閉状態が制御されてよい。具体的には、車両の走行モードが発電モードであるとき或いはバッテリ残量が（任意に設定されてよい）所定値以下であるときには、シェードが閉状態とされてよい。

なお、上記の本発明の構成に於いて、シェードに設置される太陽電池の表面は、任意に設定されてよい所定の色の光を反射する反射層にて被覆されていてよい。例えば、太陽電池の表面に、車体のその他の部位の表面と同じ色を反射するダイクロミラー層や加飾層が適用されていれば、シェードが閉状態にあり、天窓から太陽電池が見える状態にある場合でも、太陽電池の部分が車体のその他の部位の表面と同様の外観を有することとなり、意匠性が向上される。また、シェードに設置される太陽電池の表面は、光の反射を抑制する反射抑制層（ＡＲコート）にて被覆されていてもよい。これにより、シェードが閉状態にあり、太陽電池へ光が入射する状態にあるときに、太陽電池の表面で反射されずに太陽電池に吸収される光量が増大し、太陽光エネルギーの利用効率が向上されることとなる。

更に、上記の構成に於いて、シェードの開閉状態を検知するセンサが設けられ、シェードが全開状態にあるときには、シェードに設置された太陽電池の作動を停止できるようになっていてよい。これにより、シェードに設置された太陽電池に光が入射していないときには、かかる太陽電池の駆動装置（ＥＣＵなど）が停止され、太陽電池の駆動に要する電力の節約が可能となる。

ところで、上記の本発明の車両の天窓に於いて、可視光領域以外の波長領域（近赤外線或いは紫外線）の光を吸収して発電する透明な透明太陽電池が設置されていてよい。かかる構成によれば、シェードが天窓を覆っていない場合にも、太陽光による発電が実行され、太陽光エネルギーの利用効率が向上されることとなる。また、天窓に透明太陽電池が設置されている構成に於いては、透明太陽電池の発電量が所定値を上回っている場合に、シェードが天窓の少なくとも一部を覆うようにシェードを閉状態とされるようになっていてよい。これにより、透明太陽電池の発電量が所定値を下回っているとき、即ち、太陽の光量がさほどに多くないときにシェードを無用に閉じるためのシェードの移動が回避でき、電力消費を節約できることとなる。透明太陽電池の発電量に対する所定値は、適宜、設定されてよい。

かくして、上記の本発明では、車両の天窓に於いて、遮光や目隠しのために設置されるシェードに太陽電池を設置し、天窓からの採光が不要であるときやバッテリ残量が少なくなったときなどに、天窓をシェードで覆うように閉じることにより、シェードに設置された太陽電池にて太陽光発電が実行され、より多くの太陽光エネルギーを車両の駆動やその他の用途に利用できることとなる。本発明の構成は、天窓を有する種々の車両に適用されてよい。

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態による天窓のシェードが適用される車両の模式的な側面図、斜視図である。図１（Ｃ）は、本実施形態による車両に於ける天窓とシェードとの模式図である。 図２は、本実施形態による天窓のシェードの開閉制御に関わるシステムの構成をブロック図の形式で表わした図である。 図３は、本実施形態による天窓のシェードの開閉制御の処理をフローチャートの形式で表わした図である。

１…車両
２…天窓
２ａ…透明太陽電池
３…シェード
４…内装材
５…太陽電池
６…シェード駆動装置
１０…シェード位置決定
１１…乗員位置検知センサ
１２…シェード開閉スイッチ
１３…バッテリ残量センサ／発電モードセンサ
１４…シェード位置センサ
２０…シェード太陽電池駆動装置
３０…天窓太陽電池駆動装置
ｖｌ…可視光
ｉｒｌ…近赤外線
Ｓ…太陽

車両に於ける天窓とシェードの構成
図１（Ａ）～（Ｃ）を参照して、本実施形態は、パノラマルーフ、サンルーフなどと称される天窓２が屋根に備えられた自動車等の車両１に適用される。図示されている如く、本実施形態の車両１に於いては、屋根１ａに窓枠１ｗが形成され、窓枠１ｗに透明なガラス又は樹脂から成る天窓２が嵌めこまれ、天窓２を通して太陽Ｓからの光が車室内に採り入れられるよう構成される。天窓２の車室内側１ｂには、光を通さない板状又は幕状の部材であるシェード３が、天窓２に沿って、Ｘ方向に摺動可能に設置され、適宜、天窓２を覆い、車室内への光の進入を遮ることができるように構成される。なお、図示していないが、シェード３は、ヒンジ式に枢動されて天窓２を覆うことができるようになっていてもよい。なお、ここに於いて、シェード３が天窓２の全域を覆い、天窓２の全域からの車室内への光が遮光されている状態がシェードの「全閉状態」とし、シェード３が天窓２の前部座席の上方を覆っている状態をシェードの「前部半閉状態」とし、シェード３が天窓２の後部座席の上方を覆っている状態をシェードの「後部半閉状態」とし、シェード３が天窓２の全域を覆っていない状態をシェードの「全開状態」とする。シェード３の開閉動作は、乗員の手動で行われてもよいが、後で説明される如く、車両の使用状況に応じてアクチュエータ又はモータ６により自動的に実行されてよい。

そして、本実施形態に於いては、シェード３を形成する内装材４の天窓２に対向する側に太陽電池５が設置され、シェード３が天窓２の少なくとも一部を覆っている際には、太陽電池５が太陽光を吸収して発電するように構成され、ここで得られた電気エネルギーが、車両の駆動や各部の作動に利用され、或いは、そのために、バッテリに充電されるようになっていてよい。かかる構成によれば、例えば、乗員が乗っていないとき、乗員が採光を望んでいないときなどの、天窓２からの採光が不要なときや、車両１に於けるバッテリ残量が少ないとき、発電モードが選択されているときに、シェード３を全閉状態、前部閉状態又は後部閉状態とし、シェード３に設置された太陽電池５により、太陽光エネルギーを、より多く、電気エネルギーとして回収することが可能となる。

上記の構成に於いて、内装材４は、シェード３に通常に使用される任意の材料で形成されてよい。例えば、内装材４は、柔軟な幕部材で形成されてよく、その場合には、天窓の縁に巻き取られて収納できるようになっていてよい。また、内装材４は、板状部材で形成されていてよく、その場合には、窓枠の外側に摺動されて或いは折り畳まれて収納できるようになっていてよい。太陽電池５は、内装材４に追従して、巻取り又は折り畳みが可能なフィルム型の太陽電池であってよい。なお、太陽電池５は、後に説明される如く、光を透過しない太陽電池であってよい。また、シェード３が全開状態にあるか否かを検知するセンサ１４が設けられていてよい。シェード３が全開状態にあるときには、太陽電池５を作動するための駆動装置の作動が停止され、駆動装置の作動に要する電力を節約できるようになっていてよい。

更に、上記の構成に於いて、太陽電池５の表面は、任意に設定されてよい所定の色の光を反射する反射層にて被覆されていてよい。一つの態様に於いては、太陽電池５の表面は、車体のその他の部位の表面と同じ色を反射するダイクロミラー層や加飾層で被覆されていてよい。この場合、シェードが閉じられて、太陽電池５が車外ら見える状態であっても、太陽電池の部分が車体のその他の部位の表面と同様の外観を有することとなり、意匠性が向上される。或いは、太陽電池５の表面は、光の反射を抑制する反射抑制層（ＡＲコート）にて被覆されていてもよい。これにより、シェードが閉状態にあり、太陽電池へ光が入射する状態にあるときに、太陽電池の表面で反射されずに太陽電池に吸収される光量が増大し、太陽光エネルギーの利用効率が向上されることとなる。

ところで、上記の天窓２に於いて、可視光ｖｌを透過し、可視光領域以外の波長領域（近赤外線又は紫外線）の光ｉｒｌで発電する透明太陽電池２ａ（特許文献３など）が設置されていてよい。かかる構成によれば、太陽光が天窓２へ入射しているときには、車室内１ｂへ可視光ｖｌが採光されつつ、透明太陽電池２ａが可視光以外の光ｉｒｌで発電するので、太陽光エネルギーを、より多く、電気エネルギーとして回収することが可能となる。この点に関し、透明太陽電池２ａは、可視光を透過するので、天窓２を覆うシェード３に設置された太陽電池は、可視光で発電する可視光太陽電池であってよい。かかる構成の場合、シェード３が全閉状態、前部閉状態又は後部閉状態であるときには、透明太陽電池２ａにより、可視光以外の光で発電し、シェード３に設置された太陽電池が可視光で発電することとなり、太陽光エネルギーを、更により多く、電気エネルギーとして回収することが可能となる。

シェードの開閉制御装置の構成
上記に触れた如く、本実施形態に於いて、シェード３は、車両の使用状況、より具体的には、天窓２からの採光が不要か否か、発電の必要性などに基づいて開閉が自動的に実行されてよい。シェード３の開閉を制御するシステムは、電子制御装置或いはコンピュータ装置であってよく、プログラムに従った作動により実現されてよい。

図２を参照して、かかるシェード３の開閉を制御するシステムの構成に於いて、より詳細には、シェード３の開閉位置を決定するシェード位置決定部１０へ、車内の乗員の有無又は位置を検知する乗員位置検知センサ１１、シェード開閉スイッチ１２、車両のバッテリ残量センサ或いは発電モードセンサ１３の各出力が入力されてよい。乗員位置検知センサ１１としては、例えば、シートベルトリマインダー用の各座席の体重検知センサや幼児置き去り防止用などに用いられる乗員位置を検知する電波センサが用いられてよく、かかるセンサの出力から、前部座席及び後部座席のそれぞれに於ける乗員の有無が判定されてよい。或いは、車外からロック動作があったときに、乗員がいないと判定されてもよい。シェード開閉スイッチ１２は、乗員がシェードの開閉状態を選択できるように操作されるスイッチである。バッテリ残量センサ／発電モードセンサ１３は、車載バッテリの残量を検出するセンサ又は車両のモードが発電モードにあるか否かを検出するセンサである。シェード位置決定部１０は、基本的には、これらのセンサの出力に基づき、後に説明されるように、シェード３の開閉位置を決定するよう構成されてよい。また、天窓２に透明太陽電池２ａが設置されている場合には、透明太陽電池２ａの発電量の値が、その駆動装置３０を通じて、シェード位置決定部１０へ入力されてよい。かかる構成によれば、後に説明される如く、透明太陽電池２ａの発電量の値が少ないときには、太陽光の照射量が少ないことになるので（夜間又は日陰）、シェード３を積極的に閉じる必要がなく、太陽電池５を駆動する必要のない状態であることが把握できることとなる。更に、シェード位置決定部１０へシェード位置センサ１４の出力が入力され、シェード３の開閉状態が検知できるようになっていてよい。

シェード位置決定部１０は、上記のセンサから情報に基づき、シェード３の開閉状態を決定すると、シェード３の位置を変更するアクチュエータ６へ指令を送り、シェード３が移動されることとなる。そして、シェード３の太陽電池５を作動する作動装置２０は、シェード位置センサ１４又はシェード位置決定部１０からの情報により、シェードが全閉状態、前部閉状態又は後部閉状態であるときに、太陽電池５を作動するよう構成される。一方、シェード位置センサ１４の出力によりシェード３の全開状態にあることが検知されているときには、太陽電池５の駆動装置２０が停止される。

シェードの開閉制御の作動
本実施形態に於いて、シェード３の開閉は、以下の如く制御されてよい。
（ａ）車両に乗員がいないとき→シェード３が全閉状態にされる。
（ｂ）後部座席に乗員がいないとき→シェード３が後部閉状態にされる。
（ｃ）前部座席（運転席及び助手席）に乗員がいないとき→シェード３が前部閉状態にされる。
（ｄ）乗員がスイッチ１２を通じてシェード３の全閉状態、前部閉状態又は後部閉状態を指示したとき→指示に応じて、シェード３が全閉状態、前部閉状態又は後部閉状態にされる。
（ｅ）バッテリ残量が所定値を下回ったとき→シェード３が全閉状態にされる。
（ｆ）発電モードのとき（乗員による選択、プラグイン充電時）→シェード３が全閉状態にされる。
なお、上記の各処理は、単独で実行されてもよく、組み合わせて実行されてもよい。また、透明太陽電池２ａの発電量の値が所定値を下回るときには、太陽光量が少ないので、シェード３の自動的な開閉は実行されてなくてよい。そして、シェード３が全閉状態、前部閉状態又は後部閉状態にあるときに、太陽電池５が駆動されて、発電が実行される。

図３を参照して、上記の（ａ）～（ｆ）の処理を組み合わせた場合は、下記の如く、シェード３の開閉制御が実行されてよい。まず、天窓２に設置された太陽電池２ａの発電量が所定値を上回っていないときには（ステップ１）、シェード３の開閉制御が実行されなくてよく（シェードの状態が変更されなくてよい。）、太陽電池５の駆動装置２０が停止されてよい。太陽電池２ａの発電量が所定値を上回っているときには、全席に乗員がいないときには（ステップ２）、天窓２の全域からの採光は不要であるので、シェード３が全閉状態とされ、太陽電池５の駆動装置２０が作動される（ステップ３）。乗員がいるが、後部座席に乗員がいないときには（ステップ４）、天窓２の後部座席上方の領域からの採光は不要であるので、シェード３が後部閉状態とされ、太陽電池５の駆動装置２０が作動される（ステップ５）。一方、後部座席に乗員がいるが、前部座席に乗員がいないときには（ステップ６）、天窓２の前部座席上方の領域からの採光は不要であるので、シェード３が前部閉状態とされ、太陽電池５の駆動装置２０が作動される（ステップ７）。更に、シェード開閉スイッチ１２を通じて全閉状態、前部閉状態又は後部閉状態の指示があったときには（ステップ８）、その指示通りに、シェード３が制御されてよい。その他、発電モードが選択されている場合（ステップ９）或いはバッテリ残量が所定量を下回っているとき（ステップ１０）には、シェード３が全閉状態とされ、太陽電池５の駆動装置２０が作動される（ステップ３）。シェード開閉スイッチ１２から全閉状態、前部閉状態又は後部閉状態の指示がなく（或いはシェードを全開の指示があるとき）、発電モードが選択されておらず、バッテリ残量が所定量を下回っていないときには、シェード３は、全開状態にされ、太陽電池５の駆動装置２０が停止されてよい（ステップ１１）。なお、乗員の有無の判定（ステップ２、４、６）によりシェード３の開閉を行う場合、乗員が短時間に乗降を繰返す可能性があるので、乗員の有無の判定後、任意に設定されてよい所定時間の経過後に実行されてよい。車外に離れる乗員にシェードの閉じる動作を見せない場合には、所定時間は長めに設定されてよい。

シェード３が手動で開閉される場合には、シェード位置センサ１４の出力によりシェード３が全閉状態、前部閉状態又は後部閉状態であることが検知されると、これに対応して、太陽電池５の駆動装置２０が作動されて、発電が実行されてよい。

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。

Claims (5)

1. 可視光領域の光を透過する透明な天窓を有する車両であって、
   前記天窓の車室内側にて前記天窓の少なくとも一部を覆うことができるよう構成された開閉可能な可動式のシェードにして、太陽光を吸収して発電する太陽電池が前記天窓に対向した側に設置されているシェードを含み、
   前記シェードが前記天窓の少なくとも一部を覆う閉状態にあるときには、前記太陽電池に発電させるよう構成された車両。
2. 請求項１の車両であって、更に、前記シェードを開閉するシェード開閉手段と、前記車両の使用状況に応じて前記シェードの開閉を制御するシェード開閉制御手段とを含み、前記シェードが前記天窓の少なくとも一部を覆うように前記シェードを少なくとも部分的に閉じた状態にあるときには、前記シェードに於ける前記太陽電池に発電させるよう構成された車両。
3. 請求項２の車両であって、前記シェード開閉制御手段が、乗員が着座していない座席への採光が不要であると判定し、採光が不要であると判定された座席へ光を透過させる天窓の部分を前記シェードで覆うよう構成された車両。
4. 請求項１乃至３の車両であって、前記天窓に可視光領域以外の波長領域の光を吸収して発電する透明な透明太陽電池が設置されている車両。
5. 請求項４の車両であって、前記天窓に於ける採光が不要であると判定されるときであって、前記透明太陽電池の発電量が所定値を上回っている場合に前記シェードが前記天窓の少なくとも一部を覆うように前記シェードを閉状態とされる車両。

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