JP3190436U - バックプレートモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールと電池とが一体化される効果を達成し得るバックプレートモジュールを提供する。【解決手段】バックプレートモジュール２００は、太陽電池モジュール１００からの電気エネルギーを貯蔵および放出する電池層１０と、電池層１０の上に設けられ、電池層１０に電圧安定作用を提供するキャパシタ層２０と、電池層１０およびキャパシタ層２０が被覆または結合されると共に、電池層１０、キャパシタ層２０および太陽電池モジュール１００を支持（保持）する枠体３０と、を有し、太陽電池モジュール１００の載置に適用され、太陽電池モジュール１００と一体的に構成されている。【選択図】図１

Description

本考案は、バックプレートモジュールに係り、特に、太陽電池モジュールに用いられるバックプレートモジュールに電池構造を内蔵しているものに関する。

石化エネルギーには限りがあることが分かる現状において、安定な再生可能エネルギーを探すことは、今の最も切迫した課題の一つである。各種の再生可能エネルギーにおいて、太陽エネルギー発電は、最も潜在能力を持つ再生可能エネルギー発電方式の一つである。各種の関連技術の進歩に伴い、太陽エネルギー発電に応用される太陽電池モジュールの設置コストもそれにつれて低減されている。従って、太陽エネルギー発電は、日常生活に応用されつつある。太陽エネルギー発電所のような大型太陽電池モジュールのみならず、小型太陽電池モジュールの応用もよく見かけられる。例として、信号灯（街灯）に配置されるＬＥＤ（発光ダイオード：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の点灯信号に、部分的に電力を供給すること、また一般家庭の屋根に設置された太陽エネルギーパネルなどに、電力を供給することが挙げられる。

しかしながら、太陽エネルギー発電などの分野に幅広く応用されるにつれて、太陽エネルギー発電のいくつかの問題もますます顕著になり、そのうち、最も深刻な問題の一つは、太陽エネルギー発電の不安定性と間欠性にある。つまり、太陽エネルギー発電の出力効率は、太陽電池モジュールの設置場所と天気に左右されるため、大きく変動するおそれがあるので、長時間に亘って安定な出力を提供することができない。これにより、接続されている電池またはＬＥＤのような他の電力消費設備の効率や寿命などにも深刻な影響を及ぼしている。

現在、各国において、太陽エネルギー発電を全体の電気ネットワークに整合するための構想が練られているが、全体計画が未熟のままでは、電気ネットワークに差し込まれるケーブルの取付作業と対応する電池の電力貯蔵効率を慎重に評価する必要がある。一般的に、現在の技術と基準では、発電コストの大幅な増加と効率の低下を克服することができない。小型太陽電池モジュールの応用においても、充放電機能が提供される電池モジュールを外部付加するために、設置空間及び太陽電池モジュールに整合するか否かが問題となる。そして、幸いに、近年の電池関連技術の発展に伴い、太陽エネルギー発電の問題を解決するための数多くの可能性に想到している。新たな技術分野におけるウルトラキャパシタ（Ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ）は、迅速な反応時間や、単位時間内の高いパワー出力などの良好なキャパシタ特性を有するので、各種の太陽電池モジュールへの応用が徐々に進行しつつある。

本考案は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールと電池とが一体化される効果を達成し得るバックプレートモジュールを提供することを目的とする。

本考案の上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）太陽電池モジュールからの電気エネルギーを貯蔵および放出する電池層と、
前記電池層の上に設けられ、前記電池層に電圧安定作用を提供するキャパシタ層と、
前記電池層および前記キャパシタ層が被覆または結合されると共に、前記電池層、前記キャパシタ層および前記太陽電池モジュールを支持する枠体と、を有し、
太陽電池モジュールの載置に適用され、前記太陽電池モジュールと一体的に構成されていることを特徴とする、バックプレートモジュール。

（２）前記キャパシタ層は、ウルトラキャパシタであり、
前記バックプレートモジュールに急速充放電機能を提供することを特徴とする、上記（１）に記載のバックプレートモジュール。

（３）前記キャパシタ層に電気的に接続され、電流の逆流を防止すると共に、前記キャパシタ層を保護するキャパシタ保護ユニットを、さらに有することを特徴とする、上記（２）に記載のバックプレートモジュール。

（４）前記電池層は、
ニッケルカドミウム電池、ニッケル鉄電池、ニッケル亜鉛電池、亜鉛臭素電池、ナトリウム硫黄電池、塩化ナトリウムニッケル電池、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、ウルトラキャパシタ電池、及びそれらの組合せからなる群から選択される
ことを特徴とする、上記（１）に記載のバックプレートモジュール。

（５）前記電池層、前記キャパシタ層、および前記太陽電池モジュールは、それぞれ前記バックプレートモジュールから分離および取り替え可能に構成されていることを特徴とする、上記（１）に記載のバックプレートモジュール。

（６）前記電池層に電気的に接続され、前記太陽電池モジュールと前記電池層とのインピーダンスを整合すると共に、前記電池層を保護及び監視する電池管理システムを、さらに有することを特徴とする、上記（５）に記載のバックプレートモジュール。

（７）前記太陽電池モジュールおよび前記バックプレートモジュールに、外部電力消費装置が電気的に接続されており、
前記外部電力消費装置によって、前記太陽電池モジュール及び／または前記バックプレートモジュールからの電気エネルギーが消費されることを特徴とする、上記（１）に記載のバックプレートモジュール。

（８）前記太陽電池モジュール、前記バックプレートモジュールおよび前記外部電力消費装置に電気的に接続される選択ユニットを、さらに有し、
前記選択ユニットは、
前記太陽電池モジュール、前記電池層、前記キャパシタ層、および前記外部電力消費装置の電圧または電流に基づいて、前記太陽電池モジュール、前記電池層、前記キャパシタ層、および前記外部電力消費装置の間の電流の方向と電流量を決定することを特徴とする、上記（７）に記載のバックプレートモジュール。

（９）前記キャパシタ層の上に設けられ、前記キャパシタ層で生じる熱量を放熱すると共に、前記枠体により支持される第１放熱層を、さらに有することを特徴とする、上記（１）に記載のバックプレートモジュール。

（１０）前記電池層の下に設けられ、前記電池層で生じる熱量を放熱すると共に、前記枠体により支持される第２放熱層を、さらに有することを特徴とする、上記（１）に記載のバックプレートモジュール。

本考案に係るバックプレートモジュールは、以下に示す１つまたは複数の長所を有する。

（１）バックプレートモジュールは、電池構造を内蔵することで、太陽電池モジュールと電池とを一体化する効果が達成される。これにより、電池モジュールを外部接続するための空間（外部の電池モジュールの空間）を節約することができ、また、電池の充放電効率を向上させることができる。

（２）バックプレートモジュールは、キャパシタ層としてウルトラキャパシタを使用することで、急速充放電機能を有する（提供する）ことができる。

（３）バックプレートモジュールは、太陽電池モジュールと一体的に構成されることで、太陽電池モジュールに対し、設置場所の最適化効果が達成される。

本考案に係るバックプレートモジュールの第１実施形態を説明するための断面図である。 本考案に係るバックプレートモジュールの第２実施形態を説明するための断面図である。 本考案に係るバックプレートモジュールの第３実施形態を説明するための断面図である。 本考案に係るバックプレートモジュールの第４実施形態を説明するための断面図である。

本考案をより完全に理解するために、本考案の技術的特徴、内容、長所及び達成される作用効果については、添付図面を参照して、実施形態の表現形式で以下のように詳細に説明される。しかし、図示される図面は、単に例示または明細書内容を補助する目的としたものであって、本考案の実施後の実寸に比例したものや精確に配置したものに、何ら拘束されない。よって、図示される図面は、その寸法比率と配置関係で解釈されてはならず、本考案を実際に実施する権利範囲を制限することを意図したものではないことについて先に説明しておきたい。

以下、添付した関連図面を参照しながら、本考案に係るバックプレートモジュールの実施形態について説明する。なお、理解容易性を考慮し、下記実施形態の説明では、同一の部材には同一の符号が付されている。

（第１実施形態）
図１は、本考案に係るバックプレートモジュールの第１実施形態を説明するための断面図である。

図１に示される本考案の第１実施形態を参照し、本考案に係るバックプレートモジュール２００は、太陽電池モジュール１００の載置に適用される。図１に示されるように、本考案に係るバックプレートモジュール２００は、電池層１０と、キャパシタ層２０と、枠体３０と、を備える。電池層１０は、太陽電池モジュール１００からの電気エネルギーを貯蔵と放出する。キャパシタ層２０は、電池層１０の上に設けられ、電池層１０に電圧安定作用を提供する。枠体３０は、電池層１０およびキャパシタ層２０が被覆または結合されると共に、電池層１０とキャパシタ層２０と太陽電池モジュール１００とを支持（保持）する。バックプレートモジュール２００と太陽電池モジュール１００とは、一体的に構成されている。

具体的には、本考案に係るバックプレートモジュール２００は、太陽電池モジュール１００の載置に適用されると共に、街灯または簡易型発電設備に応用される。このため、太陽光を太陽電池モジュール１００に照射する場合には、電池層１０が太陽電池モジュール１００に電気的に接続されていることから、電池層１０は、太陽電池モジュール１００において光から変換される電気エネルギーにより充電される。また、キャパシタ層２０は、電池層１０に直列並列接続されることにより、太陽電池モジュール１００に電気的に接続され、かつ、電池層１０に比べて、より高いパワー出力／入力（またはより迅速な反応時間）を有すると共に、より低い電気エネルギーの貯蔵量を有するため、太陽電池モジュール１００の出力が安定である状態では、電池層１０に比べて、先に安定電圧に達する。その後、仮に太陽電池モジュール１００が天気や場所などに基づいて出力が不安定になった際に、キャパシタ層２０は、太陽電池モジュール１００の電力供給を部分的に置換することにより、安定電圧で電池層１０に充電できるため、充電効率を向上させて電池層１０の使用寿命を延長させることができる。

なお、キャパシタ層２０、電池層１０及び枠体３０を備えるバックプレートモジュール２００と、太陽電池モジュール１００とは、一体的に構成されている、即ちバックプレートモジュール２００と太陽電池モジュール１００とは、同時に生産製作されることを意味する。このため、バックプレートモジュール２００のキャパシタ層２０と電池層１０とは、対応する太陽電池モジュール１００のパラメータ及び設置場所に基づいて、厚さの調整や材料比の調整などの最適化処理を行うことで、全体の充電効率を向上させることができる。さらに、太陽電池モジュール１００とバックプレートモジュール２００とは一体的に構成されているので、太陽電池モジュールを外部接続するための空間を節約することができ、また、外部接続される電池モジュールの紛失を回避することができ、また、配線の接触不良による故障などの発生を減少させることができる。

上記において、キャパシタ層２０は、ウルトラキャパシタ（ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ）であることがより好ましく、バックプレートモジュール２００に急速充放電機能を提供することができる。

ウルトラキャパシタは、伝統的なキャパシタに比べて、より高い出力パワーを有し、即ち反応時間をより短縮させることができ、バックプレートモジュール２００に高速充放電機能を提供することができる。また、ウルトラキャパシタは、伝統的なキャパシタと比較して寿命が長くかつ安定である長所を有し、バックプレートモジュール２００の信頼性をさらに向上させることができる。

さらに、ウルトラキャパシタの内部インピーダンスが極めて低いことから、大きいパワーを瞬間に放出することができる。バックプレートモジュール２００は、キャパシタ保護ユニット（未図示）をさらに備えることがより好ましい。キャパシタ保護ユニットは、キャパシタ層２０に電気的に接続され、電流の逆流を防止すると共に、キャパシタ層２０を保護する。例えば、キャパシタ保護ユニットは、キャパシタ層２０の低インピーダンスによる電流の逆流を防止することかでき、また瞬間放出パワーが過大であると、火花などが生じる危険を防止することかできる。

本考案の電池層１０は、ニッケルカドミウム電池、ニッケル鉄電池、ニッケル亜鉛電池、亜鉛臭素電池、ナトリウム硫黄電池、塩化ナトリウムニッケル電池、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、ウルトラキャパシタ電池、及びそれらの組合せからなる群から選択される。採用される電池の種類によって電池層１０の厚さを減少させることが可能である。この実施形態において、電池層１０は、リチウム電池である。

電池層１０、キャパシタ層２０、太陽電池モジュール１００は、それぞれバックプレートモジュール２００から分離および取り替え可能に構成されることが、より好ましい。

具体的には、電池層１０、キャパシタ層２０、枠体３０、および太陽電池モジュール１００を個別に形成し、その後、それらを組み立てて一体化する効果が達成される。各構造を個別に形成した後に組み立てて一体化を行うので、一体化した後でも個別に取り外して全体構造から分離することにより、容易に取り替えることができる。より具体的には、例えば、電池層１０が何らかの理由で故障した場合には、電池層１０のみを取り外して新たな電池層１０に交換し、それをバックプレートモジュール２００内に設けることができるので、バックプレートモジュール２００の使用寿命と柔軟性を増加させることができる。

太陽電池モジュール１００は、採用される電池層１０の種類によって、電池層１０を主に充電することができない可能性がある。このため、バックプレートモジュール２００は、電池管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ，ＢＭＳ）（未図示）をさらに備えることがより好ましい。電池管理システムは、電池層１０に電気的に接続され、太陽電池モジュール１００と電池層１０とのインピーダンスを整合すると共に、電池層１０を保護及び監視する。特に言えば、電池管理システムを設けることにより、太陽電池モジュール１００は、電池層１０を主に充電することができる。さらに、電池管理システムには、発光ダイオードや表示パネルなどの指示部材を付設して、電池層１０の運転状態を表示するようにしてもよい。電池層１０に損傷または故障が発生して正常な運転ができなくなった時には、電池管理システムの表示によって、電池層１０の取り替え時期をいつにすればよいかが分かる。普段、電池層１０の正常作動時には、発光ダイオードの点灯信号または表示パネルの表示情報に基づいて電池層１０の貯蔵電力容量が分かる。

太陽電池モジュール１００およびバックプレートモジュール２００は、発光ダイオードや湯沸器などの外部電力消費装置（未図示）を電気的に接続してもよい。外部電力消費装置により、太陽電池モジュール１００またはバックプレートモジュール２００からの電気エネルギーが、消費される。

外部電力消費装置は、太陽電池モジュール１００による電力供給を安定的に行う際に、太陽電池モジュール１００からの電気エネルギーが使用されるが、天気が曇り、または夜間時の太陽エネルギーによる電力供給が不安定になった際や、電力供給がなくなった際に、電池層１０からの電気エネルギーが使用される。キャパシタ層２０は、例えば、外部電力消費装置への電力供給源を切り換えると同時に、外部電力消費装置に電圧安定作用を提供することができる。

なお、充放電と電気エネルギーの使用効率をさらに向上させるためには、バックプレートモジュール２００は、選択ユニット（未図示）をさらに備えることがより好ましい。選択ユニットは、太陽電池モジュール１００、バックプレートモジュール２００および外部電力消費装置に、電気的に接続され、太陽電池モジュール１００、電池層１０、キャパシタ層２０および外部電力消費装置の電圧または電流に基づいて、太陽電池モジュール１００、電池層１０、キャパシタ層２０および外部電力消費装置の間の電流の方向と電流量を決定する。選択ユニットは、電子回路であってもよい。

（第２実施形態）
図２は、本考案に係るバックプレートモジュール３００の第２実施形態を説明するための断面図である。

図２に示す本考案の第２実施形態を参照する。採用されるキャパシタの種類に応じ、キャパシタ層２０の充放電時、キャパシタ層２０の上に余剰の熱が発生すると共に、その効率を低下させ、あるいは損傷を及ぼす虞がある。このため、図２に示されるように、バックプレートモジュール３００は、第１放熱層４０をさらに備えてもよい。第１放熱層４０は、キャパシタ層２０の上に設けられ、キャパシタ層２０で生じる熱量を放熱すると共に、枠体３０により支持（保持）される。

言い換えれば、本考案のキャパシタ層２０に充放電を行う時、キャパシタ層２０は、内部インピーダンスを有するので、電流を流すと電気エネルギーが消費されることから、キャパシタ層２０に熱が発生する。この場合、キャパシタ層２０の上に設けられる第１放熱層４０は、キャパシタ層２０に発生する熱を枠体３０を介してバックプレートモジュール３００の外部に放熱させることができる。また、本考案に係るバックプレートモジュール３００は、他の放熱モジュールを追加設置することで、放熱速度を加速させることも可能である。

また、本考案の第１放熱層４０は、高熱伝導材料で製作されてもよく、かつ第１放熱層４０がキャパシタ層２０の上に設けられる面積は、キャパシタ層２０の面積と同一であってもよい。

（第３実施形態）
図３は、本考案に係るバックプレートモジュール４００の第３実施形態を説明するための断面図である。

図３に示す本考案の第３実施形態を参照する。採用される電池の種類に応じ、電池層１０の充放電時、電池層１０の上に余剰の熱が発生すると共に、その効率を低下させ、あるいは損傷を及ぼす虞がある。このため、図３に示されるように、バックプレートモジュール４００は、第２放熱層５０をさらに備えてもよい。第２放熱層５０は、電池層１０の下に設けられ、電池層１０で生じる熱量を放熱すると共に、枠体３０により支持（保持）される。

さらに言えば、本考案の電池層１０に充放電を行う時、電池層１０は、内部インピーダンスを有するので、電流を流すと電気エネルギーが消費されることから、電池層１０に熱が発生する。この場合、電池層１０の下に設けられる第２放熱層５０は、電池層１０に発生する熱をバックプレートモジュール４００の外部に放熱させることができる。また、本考案に係るバックプレートモジュール４００は、他の放熱モジュールを追加設置することで、放熱速度を加速させることも可能である。

また、本考案の第２放熱層５０は、高熱伝導材料で製作されてもよく、かつ第２放熱層５０が電池層１０に設けられる面積は、電池層１０の面積と同一であってもよい。

（第４実施形態）
図４は、本考案に係るバックプレートモジュール５００の第４実施形態を説明するための断面図である。

図４に示す本考案の第４実施形態を参照する。第１放熱層４０および第２放熱層５０をバックプレートモジュール５００内に同時に備えてもよく、太陽電池モジュール１００と一体化してもよい。

前述した各実施形態のように、電池層１０およびキャパシタ層２０に電流を流すと、いずれの場合でも熱を発生させることになるので、本考案は、第１放熱層４０および第２放熱層５０をバックプレートモジュール５００内に同時に設けることで、電池層１０およびキャパシタ層２０に発生する熱をバックプレートモジュール５００の外部に同時に放熱させることができる。

また、本考案に係るバックプレートモジュール５００は、放熱モジュールを外部付加してもよく、バックプレートモジュール５００の放熱効率をさらに向上させることができる。

１００ 太陽電池モジュール、
２００，３００，４００，５００ バックプレートモジュール、
１０ 電池層、
２０ キャパシタ層、
３０ 枠体、
４０ 第１放熱層、
５０ 第２放熱層。

Claims (10)

1. 太陽電池モジュールからの電気エネルギーを貯蔵および放出する電池層と、
   前記電池層の上に設けられ、前記電池層に電圧安定作用を提供するキャパシタ層と、
   前記電池層および前記キャパシタ層が被覆または結合されると共に、前記電池層、前記キャパシタ層および前記太陽電池モジュールを支持する枠体と、を有し、
   太陽電池モジュールの載置に適用され、前記太陽電池モジュールと一体的に構成されていることを特徴とする、バックプレートモジュール。
2. 前記キャパシタ層は、ウルトラキャパシタであり、
   前記バックプレートモジュールに急速充放電機能を提供することを特徴とする、請求項１に記載のバックプレートモジュール。
3. 前記キャパシタ層に電気的に接続され、電流の逆流を防止すると共に、前記キャパシタ層を保護するキャパシタ保護ユニットを、さらに有することを特徴とする、請求項２に記載のバックプレートモジュール。
4. 前記電池層は、
   ニッケルカドミウム電池、ニッケル鉄電池、ニッケル亜鉛電池、亜鉛臭素電池、ナトリウム硫黄電池、塩化ナトリウムニッケル電池、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、ウルトラキャパシタ電池、及びそれらの組合せからなる群から選択される
   ことを特徴とする、請求項１に記載のバックプレートモジュール。
5. 前記電池層、前記キャパシタ層、および前記太陽電池モジュールは、それぞれ前記バックプレートモジュールから分離および取り替え可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のバックプレートモジュール。
6. 前記電池層に電気的に接続され、前記太陽電池モジュールと前記電池層とのインピーダンスを整合すると共に、前記電池層を保護及び監視する電池管理システムを、さらに有することを特徴とする、請求項５に記載のバックプレートモジュール。
7. 前記太陽電池モジュールおよび前記バックプレートモジュールに、外部電力消費装置が電気的に接続されており、
   前記外部電力消費装置によって、前記太陽電池モジュール及び／または前記バックプレートモジュールからの電気エネルギーが消費されることを特徴とする、請求項１に記載のバックプレートモジュール。
8. 前記太陽電池モジュール、前記バックプレートモジュールおよび前記外部電力消費装置に電気的に接続される選択ユニットを、さらに有し、
   前記選択ユニットは、
   前記太陽電池モジュール、前記電池層、前記キャパシタ層、および前記外部電力消費装置の電圧または電流に基づいて、前記太陽電池モジュール、前記電池層、前記キャパシタ層、および前記外部電力消費装置の間の電流の方向と電流量を決定することを特徴とする、請求項７に記載のバックプレートモジュール。
9. 前記キャパシタ層の上に設けられ、前記キャパシタ層で生じる熱量を放熱すると共に、前記枠体により支持される第１放熱層を、さらに有することを特徴とする、請求項１に記載のバックプレートモジュール。
10. 前記電池層の下に設けられ、前記電池層で生じる熱量を放熱すると共に、前記枠体により支持される第２放熱層を、さらに有することを特徴とする、請求項１に記載のバックプレートモジュール。