JP5637504B2 - 太陽光発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電装置に関するものであり、さらに詳しくは、家屋やビルの窓に設置する場合に好適な太陽光発電装置に関する。

再生可能エネルギーの利用方法の筆頭として、太陽光エネルギーを利用する太陽光発電が挙げられる。省エネルギー意識の高まりから、一般家庭や企業における太陽光発電装置の普及が進んでいる。

一般的な太陽光発電装置は、家屋やビルにおける屋根の上や壁面に、据え付けて設置されるものであり、この太陽光発電装置の表面に太陽光が照射されることによって、起電力を得るものであるが、太陽光をさらに有効活用するべく、家屋やビルの窓に設置することができるブラインド型の太陽光発電装置が提案されている。（例えば特許文献１）

特開２０００−３４０８２４号公報（図１）

太陽光発電装置に内蔵される太陽電池に求められる最も重要な性能は、単位面積当たりの起電力、あるいは、太陽光の照射量が低い場合の起電力などに係る効率、即ち、発電効率である。各太陽電池メーカーは、発電効率改善のための技術開発にしのぎを削っており、その結果、時を追って、発電効率が改善されてきている。そう遠くない将来、何らかの技術革新によって、発電効率が飛躍的に改善される可能性も考えられる。

現在、市販されている太陽光発電装置は、ユーザーが購入して設置した後は、数十年間にわたって稼動させることを前提としている。その構造は、稼動期間内において、ユーザー自身の手によって、内蔵している太陽電池を交換することを想定したものにはなっていない。このため、太陽光発電装置を購入、設置した後に、発電効率に優れた太陽電池が市場投入されて、その優れた太陽電池を使用することをユーザーが望んだとしても、ユーザー自身が、既に設置されている太陽光発電装置に内蔵されている太陽電池を交換することはできない。前述したブラインド型太陽光発電装置についても、設置した後に、ユーザー自身の手によって、薄膜太陽電池モジュールが取り付けられているスラット（ブラインドの可動羽部分）を交換することは想定されていないと考えられる。

このように、従来のブラインド型太陽光発電装置は、設置後において、装置に含まれている太陽電池を容易に交換することができず、発電効率の改善された最新式の太陽電池を使用したくても、容易には使用することができない、という点で課題を残していた。

また、従来のブラインド型太陽光発電装置の外観は、通常のブラインドと同様なものであり、建物の中で比較的目に付きやすい部分である窓に設置されているにもかかわらず、その装飾性は極めて低いものであった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、設置された後であっても、ユーザー自身の手によって、太陽電池を容易に交換することができる太陽光発電装置を提供することを目的とする。また、その実現手段を応用して、装飾性の高い太陽光発電装置や、ブラインドと同様にユーザーが所望する通風性を得ることができる太陽光発電装置を得ることを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明による請求項１記載の太陽光発電装置は、建物の窓に設置されるものであり、複数の太陽電池組込体と枠体からなるものであって、太陽電池組込体は、枠状に形成された基部と、前記基部の外周壁面に露出し、太陽光発電による起電力を外部へ出力するための第１接続端子を有し、枠体は、前記太陽電池組込体の外形寸法よりも大きい寸法で開口し、前記太陽電池組込体が嵌入される複数の嵌入部と、嵌入部の内壁面に露出して保持され、第１接続端子と電気的に接続される複数の第２接続端子と、当該第２接続端子の相互間を電気的に接続するための導電部材とを有しており、前記第１接続端子、もしくは、前記第２接続端子のうちの少なくとも一方が、前記基部の外周壁面、前記嵌入部の内壁面から突出する方向へ付勢された状態で弾性変位して、対向する前記第１接続端子と前記第２接続端子とが弾性接触するものとしたことで、前記太陽電池組込体が、当該太陽光発電装置の設置後であっても、前記太陽電池組込体の厚さ方向に沿って、前記嵌入部へ着脱自在に構成されていることを特徴とする。

本発明による請求項１記載の発明によれば、太陽電池組込体を、ユーザー自身が容易に交換することができる。

また、第１接続端子、あるいは、第２接続端子が弾性変位することを利用して、着脱自在な機構を安価に得ることができる。

本発明による請求項２記載の太陽光発電装置は、太陽光発電以外の機能を有する別機能ユニットをさらに含んでおり、別機能ユニットは、個々の太陽電池組込体に対応する形状であって、前記第１接続端子に相当する接続端子を有していることで、嵌入部へ着脱自在に構成されていることを特徴とする。

本発明による請求項２記載の発明によれば、太陽光による発電以外の機能を有する別機能ユニットを太陽光発電装置の一部として組み込むことによって、発電のみならず、部分的に異なる機能を果たすことができる太陽光発電装置を得ることができる。加えて、一つの枠体の中に、この別機能ユニットと太陽電池組込体とを任意に嵌入することができるため、ユーザーが所望する機能を含む太陽光発電装置を容易に構築することができる。

本発明による請求項３記載の太陽光発電装置は、前記別機能ユニットが、前記枠体に組み込まれている太陽電池組込体によって発電された電力を利用して発光する自発光ユニットを含むことを特徴とする。

本発明による請求項３記載の発明によれば、外部から電源供給を必要とせずに、太陽光発電装置の特定の部分を発光させることができる。本発明による太陽光発電装置において、様々な発光色の自発光ユニットを所定の配列で配設した上で、例えば商業用ビルの窓に設置すれば、装飾性が高く、かつ、外部電源が不要な発光表示手段とすることもできる。

本発明による請求項４記載の太陽光発電装置は、前記別機能ユニットが、通風性を有する通風ユニットを含むことを特徴とする。

本発明による請求項４記載の発明によれば、網状に構成した通風ユニットを太陽光発電装置の一部の嵌入部に嵌入することで、太陽光発電装置の一部に網戸としての機能をもたせて、害虫等の侵入を防ぎながら、建物の窓からの通風を阻害することなく、太陽光発電装置を設置することができる。また、枠体へ組み込む太陽電池組込体と通風ユニットそれぞれの数量を適宜変更することで、所望する発電量と通風量を容易に得ることができる。

本発明による請求項５記載の太陽光発電装置は、前記太陽電池組込体に色素増感型太陽電池が組み込まれていることを特徴とする。

本発明による請求項５記載の発明によれば、太陽電池として、薄型、かつ、軽量な色素増感型太陽電池を応用したことで、複数の太陽電池組込体を嵌入して構成した太陽光発電装置を軽量なものとすることが可能となり、その取り扱いを容易なものとすることができる。また、太陽電池組込体を透光性のものとすることを容易に実現できる。

本発明によれば、設置された後であっても、ユーザー自身の手によって、容易に太陽電池を交換することができる太陽光発電装置を提供することができる。また、その実現手段を応用することで、自発光による装飾性の高い太陽光発電装置や、ユーザーが所望する通風性を得ることができる太陽光発電装置を提供することができる。

本発明の一実施例に係る太陽光発電装置の正面図である。 図１に示す太陽光発電装置における太陽電池組込体を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は厚さ方向の中央における断面図である。 図１に示す太陽光発電装置の枠体の要部を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は厚さ方向の中央における断面図である。 図１に示す太陽光発電装置の回路構成例を示す図である。 本発明の第二の実施例に係る太陽光発電装置の正面図である。 図５に示す太陽光発電装置における自発光ユニットを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は厚さ方向の中央における断面図である。 図５に示す太陽光発電装置における通風ユニットを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は厚さ方向の中央における断面図である。 図５に示す太陽光発電装置の回路構成例を示す図である。 従来のブラインド型太陽光発電装置の例を示す図である。

本発明の第一の実施例に係る太陽光発電装置１について、図１ないし図４を用いて説明する。

本発明の第一の実施例に係る太陽光発電装置１は、太陽電池組込体２と枠体３によって構成されている。図１に示すように、本実施例では、縦五列、横五列、合計二十五個の太陽電池組込体２を枠体３へ格子状に組み込んで太陽光発電装置１を構成している。尚、この構成は例示に過ぎず、太陽電池組込体２の数量や配列は、必要な起電力を得るために、あるいは、太陽光発電装置１を設置場所に応じた大きさとするために、任意に変更されてよい。

図２に示すように、太陽電池組込体２は、正面視の形状が略正方形であり、一辺の長さは約２０ｃｍである。また、太陽電池組込体２の厚さは約２ｃｍである。太陽電池組込体２は、耐候性の良好な絶縁性合成樹脂によって枠状に形成された基部２ａを有している。この基部２ａの正面側には、薄型の太陽電池２ｄが取り付けられている。

基部２ａの上側と下側には、それぞれ二つの第１接続端子２ｂ，２ｃが所定の間隔で配設されている。下側に配設されている二つの第１接続端子２ｃのうち左側のものは、基部２ａの左上に配設されている第１接続端子２ｂの位置に対して、若干、幅方向の中央寄りに位置している。このように、第１接続端子２ｂ，２ｃを、太陽電池組込体２の上下方向、及び、左右方向に対して非対称に配設することで、太陽電池組込体２が正常な方向とは異なる方向で太陽光発電装置１へ組み込まれることを防ぐことができる。尚、二十五個の太陽電池組込体２は、全て同一なものである。

第１接続端子２ｂ，２ｃは、いずれも、弾性を有する導電性金属板をプレス加工して形成されている。第１接続端子２ｂ，２ｃは、球面状に形成した接触部２１ｂ，２１ｃと、接触部２１ｂ，２１ｃに連接するアーム部２２ｂ，２２ｃと、アーム部２２ｂ，２２ｃに連接する固定部２３ｂ，２３ｃとを有している。

固定部２３ｂ，２３ｃは、基部２ａに埋設されている。アーム部２２ｂ，２２ｃは、接触部２１ｂ，２１ｃを基部２ａの内側へ向けて弾性変位させることができるように構成されている。即ち、接触部２１ｂ，２１ｃは、アーム部２２ｂ，２２ｃの弾性によって、基部２ａの外側へ突出する方向へ付勢されている状態となっている。従って、接触部２１ｂ，２１ｃに対して、基部２ａの内側へ向けて押し込む方向の力が作用した場合には、その力に応じて、接触部２１ｂ，２１ｃが、基部２ａ内に入り込む方向へ変位する。その変位量は、接触部２１ｂ，２１ｃの頂部が基部２ａから突出しない状態となるまで基部２ａへ入り込むことができるように設定されている。

太陽電池２ｄは、樹脂製フィルムを基材とした色素増感型太陽電池である。太陽光発電装置１の全体を薄く、軽量なものとし、かつ、これを安価に得るためには、色素増感型太陽電池が好適である。尚、太陽電池２ｄは色素増感型に限定されず、例えば、有機薄膜型太陽電池など、他のタイプの太陽電池を用いてもよい。また、太陽電池２ｄの基材は樹脂製フィルムに限定されず、例えば、薄板ガラスを用いたものであってもよい。

太陽電池２ｄのプラス極は、太陽電池組込体２の左上に配置されている第１接続端子２ｂへ接続され、太陽電池２ｄのマイナス極は、太陽電池組込体２の左下に配置されている第１接続端子２ｃへ接続されている。また、基部２ａの周縁部の一部には、右上に配置されている第１接続端子２ｂと、右下に配置されている第１接続端子２ｃとの間を短絡接続するための配線部２ｅが埋設されている。

枠体３は、耐候性の良好な絶縁性合成樹脂によって形成されている。枠体３の厚さは、約３ｃｍである。本実施例において、枠体３は、縦五列、横五列の格子状に配列された二十五個の嵌入部３ａを有している。嵌入部３ａの開口寸法は、太陽電池組込体２の幅方向寸法、高さ方向寸法よりも、それぞれ若干大きく、これによって嵌入部３ａの内部に太陽電池組込体２を収容することができる。尚、枠体３の強度を確保するために、枠体３の内部に金属性のフレームを埋設させてもよい。

図３は、枠体３の、一つの太陽電池組込体２に対応する部分（図１の中で、円で示した範囲）を拡大して示した図である。図３に示すように、枠体３における嵌入部３ａを形成する横桟部分には、嵌入部３ａの内部へ太陽電池組込体２が収容された状態で、第１接続端子２ｂ，２ｃそれぞれが対向する箇所に、第２接続端子３ｂ，３ｃが埋設されている。第２接続端子３ｂ，３ｃは、導電性金属で形成されており、第１接続端子２ｂ，２ｃの接触部２１ｂ、２１ｃの球面に対応する球面を有する凹形状である。嵌入部３ａを形成する横桟部分には、さらに、前述の第２接続端子３ｂ，３ｃの相互間を接続するための導電部材３ｄが埋設されている。導電部材３ｄは、導電性金属を用いた加工品など、任意の導体であればよいため、詳述は割愛する。

図４は、本実施例の回路構成について示している。図４に示す通り、本実施例においては、二十五個の太陽電池組込体２が、全て直列に接続されるように構成されている。

以上のように構成された太陽光発電装置１において、太陽電池組込体２を、枠体３の嵌入部３ａへ嵌入する過程について、以下に詳述する。

太陽電池組込体２を、嵌入部３ａへ嵌入するためには、先ず、太陽電池組込体２の基部２ａを嵌入部３ａの形状に沿うようにあてがう。次に、その状態から、太陽電池組込体２を嵌入部３ａの奥方向へ一定以上の力で押し込む。この際、第１接続端子２ｂ，２ｃは、一旦、基部２ａの内側方向へ弾性変位することで、接触部２１ｂ，２１ｃの頂部が嵌入部３ａの内壁面を摺動しながら嵌入部３ａの奥方向へ移動する。最終的に、第１接続端子２ｂ，２ｃが、第２接続端子３ｂ，３ｃに対向する位置に達した段階で、アーム部２２ｂ，２２ｃの弾性力によって、接触部２１ｂ，２１ｃが基部２ａから突出する方向に復帰して、第２接続端子３ｂ，３ｃと弾性接触した状態となる。この一連の、いわゆるスナップイン嵌入によって、太陽電池組込体２が嵌入部３ａに嵌入されて保持されると同時に、電気的に接続される。

太陽電池組込体２を嵌入部３ａから取り外す場合には、嵌入する際とは逆に、太陽電池組込体２を嵌入部３ａから取り外す方向に一定以上の力で押し込むことで、前述した過程とは逆の過程をたどって、太陽電池組込体２を容易に取り外すことができる。

以上の通り、本発明の第一の実施例に係る太陽光発電装置１においては、太陽電池組込体２を着脱自在なものとすることができる。

本発明の第二の実施例に係る太陽光発電装置１について、図５ないし図８を用いて説明する。

図５に示す通り、第二の実施例は、第一の実施例による太陽光発電装置１において、一部の太陽電池組込体２に代えて、別機能ユニットとして、太陽電池組込体２に相当する形状の自発光ユニット４と、同じく太陽電池組込体２に相当する形状の通風ユニット５を、枠体３の嵌入部３ａへ嵌入した場合を含む例であり、その他の構成は第一の実施例と同様である。

図６に示すように、自発光ユニット４は、シート状に形成したＥＬ発光体を組み込んだことで自発光するユニットである。自発光ユニット４の外形寸法は、太陽電池組込体２とほぼ同じである。自発光ユニット４は、耐候性の良好な絶縁性合成樹脂によって形成された基部４ａを有している。基部４ａの上側と下側には、太陽電池組込体２における第１接続端子２ｂ，２ｃと同形状の第３接続端子４ｂ，４ｃが、第１接続端子２ｂ，２ｃの場合と同位置に配設されている。この結果、太陽電池組込体２の場合と同様に、枠体３の嵌入部３ａへ着脱自在に嵌入することができ、嵌入部３ａへの嵌入に伴って、この第３接続端子４ｂ，４ｃと、枠体３の第２接続端子３ｂ，３ｃとがそれぞれ電気的に接続される。

基部４ａには、自発光ユニット４の正面側を発光面とするＥＬ発光部４ｄと、当該ＥＬ発光部４ｄを発光させるための駆動電圧を得るためのＥＬ駆動回路４ｆを含む印刷配線基板（図示しない）とが組み込まれている。図８に示すように、ＥＬ駆動回路４ｆへ電源供給するための回路は、自発光ユニット４の下側に設けられている二つの第３接続端子４ｃへ接続されている。従って、自発光ユニット４よりも下側に位置する太陽電池組込体２の起電力がＥＬ駆動回路４ｆの電源として供給される。この構成によって、自発光ユニット４は、太陽光発電装置１への外部からの電源供給を必要とせず、太陽光発電装置１自身が太陽光によって発電する起電力を電源として自発光することができる。

自発光ユニット４の上側に設けられている二つの第３接続端子４ｂの間は、自発光ユニット４の基部４ａに埋設されている配線部４ｅで短絡されている。これによって、自発光ユニット４よりも上側に位置する太陽電池組込体２の回路を構成する上で支障を来たすことがない。

図７に示すように、通風ユニット５は、正面視における多くの部分を網状としたことで、通風可能としたユニットである。通風ユニット５の外形寸法は太陽電池組込体２とほぼ同じである。通風ユニット５は、耐候性の良好な絶縁性合成樹脂によって形成された基部５ａを有している。基部５ａの上側と下側には、太陽電池組込体２における第１接続端子２ｂ，２ｃと同形状の第４接続端子５ｂ，５ｃが、第１接続端子２ｂ，２ｃの場合と同位置に配設されている。この結果、太陽電池組込体２の場合と同様に、枠体３の嵌入部３ａへ着脱自在に嵌入することができ、嵌入部３ａへの嵌入に伴って、この第４接続端子５ｂ，５ｃと、枠体３の第２接続端子３ｂ，３ｃとがそれぞれ電気的に接続される。

通風ユニット５の基部５ａの内部には、基部５ａの上側に設けられている第４接続端子５ｂと、下側に設けられている第４接続端子５ｃとの間を電気的に短絡する配線部５ｅが埋設されている。これによって、通風ユニット５の上側に位置する太陽電池組込体２と、通風ユニット５の下側に位置する太陽電池組込体２との間を電気的に接続することができる。

基部５ａの枠内部分は、合成樹脂製の糸を格子状に配設して形成した網部５ｄとなっている。網部５ｄの網目は、家屋等で一般的に用いられている網戸の網目と同等なものとしており、良好な通風が得られると同時に、蚊やハエなどの虫の通過を阻止することができる。

第二の実施例では、自発光ユニット４のＥＬ発光部４ｄを、太陽光発電装置１の正面側、即ち、太陽光照射面側へ向けて配置した例を示しているが、ＥＬ発光部４ｄの方向はこれに限定されず、ＥＬ発光部４ｄを太陽光発電装置１の背面側、即ち、太陽光照射面の反対側の面に配置してもよい（第二の実施例における自発光ユニット４を、表裏逆にした状態）。また、必要に応じて、自発光ユニット４の表裏両面にＥＬ発光部４ｄを配置して、自発光ユニット４の両面を自発光させてもよい。

また、自発光ユニット４の発光手段はＥＬによるものに限定されず、発光源としてＬＥＤを用い、これに導光板などを組み合わせて、面状に発光するように構成したものであってもよい。この場合において、装飾性の観点から、複数の発光色の素子を内蔵し、各素子に流す電流を調整することで任意の発光色を得ることができるタイプのＬＥＤが好適である。

尚、第二の実施例では、別機能ユニットとして自発光ユニットを例示したが、別機能ユニットはこれに限定されず、例えば、太陽電池２ｄを有さず、嵌入部３ａの第２接続端子３ｂ，３ｃ間を上下にそれぞれ短絡接続するための導電部材のみが内蔵されている短絡用ダミーユニットや、小型モータとファンによって構成される送風ユニットなど、太陽光発電以外の機能を有するあらゆるユニットであってよい。

前述の二つの実施例においては、各太陽電池組込体２に単一の太陽電池２ｂを組み込んだ例を示したが、これに代えて、複数の太陽電池２ｂを接続して構成した太陽電池モジュールを組み込んでもよい。尚、太陽電池組込体２に、単一の太陽電池２ｂを組み込むか、太陽電池モジュールを組み込むか、という点については、個々の太陽電池組込体２の外形寸法や、太陽光発電装置１に求められる発電量などに基づいて、任意に選択されてよい。

また、太陽電池組込体２に太陽電池モジュールを組み込んで構成する場合において、複数の太陽電池組込体２（太陽電池モジュール）が発生する起電力に差が生じることに起因する不都合を回避するための整流ダイオードを、太陽電池組込体２、もしくは、枠体３のいずれに内蔵させてもよい。

また、前述の二つの実施例においては、第１接続端子２ｂ，２ｃ、第３接続端子４ｂ，４ｃ、及び、第４接続端子５ｂ，５ｃを弾性変位可能な構成とすることで、太陽電池組込体２、自発光ユニット４、及び、通風ユニット５を枠体に対して着脱自在な機構を得る例を示したが、着脱自在な機構はこの構成に限定されない。例えば、各接続端子とは別に弾性変位する部位を設ける、磁石の吸着力を応用する、など、他の手段によって着脱自在な機構を構成してもよい。

本発明は、特に家屋やビルの窓に設置する太陽光発電装置に好適に応用でき、太陽光発電において、太陽光エネルギーを効率良く活用することに寄与する。

１ 太陽光発電装置
２ 太陽電池組込体
２ａ 基部
２ｂ，２ｃ 第１接続端子
２１ｂ，２１ｃ 接触部
２２ｂ，２２ｃ アーム部
２３ｂ，２３ｃ 固定部
２ｄ 太陽電池
２ｅ 配線部
３ 枠体
３ａ 嵌入部
３ｂ，３ｃ 第２接続端子
３ｄ 導電部材
４ 自発光ユニット（別機能ユニット）
４ａ 基部
４ｂ，４ｃ 第３接続端子
４ｄ ＥＬ発光部
４ｅ 配線部
４ｆ ＥＬ駆動回路
５ 通風ユニット（別機能ユニット）
５ａ 基部
５ｂ，５ｃ 第４接続端子
５ｄ 網部
５ｅ 配線部

Claims (5)

1. 建物の窓に設置される太陽光発電装置であり、
   複数の太陽電池組込体と、枠体と、からなるものであって、
   前記太陽電池組込体は、
   枠状に形成された基部と、
   前記基部の外周壁面に露出し、太陽光発電による起電力を外部へ出力するための第１接続端子を有しており、
   前記枠体は、
   前記太陽電池組込体の外形寸法よりも大きい寸法で開口し、前記太陽電池組込体が嵌入される複数の嵌入部と、
   当該嵌入部の内壁面に露出して保持され、前記第１接続端子と電気的に接続される複数の第２接続端子と、
   当該第２接続端子の相互間を電気的に接続するための導電部材と、を有しており、
   前記第１接続端子、もしくは、前記第２接続端子のうちの少なくとも一方が、前記基部の外周壁面、前記嵌入部の内壁面から突出する方向へ付勢された状態で弾性変位して、対向する前記第１接続端子と前記第２接続端子とが弾性接触し、
   前記太陽電池組込体は、当該太陽光発電装置が設置された後であっても、前記太陽電池組込体の厚さ方向に沿って、前記嵌入部へ着脱自在に構成されていることを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記太陽光発電装置は、太陽光発電以外の機能を有する別機能ユニットをさらに含んでおり、
   当該別機能ユニットは、前記太陽電池組込体に対応する形状であって、前記第１接続端子に相当する接続端子を有しており、前記嵌入部へ着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置。
3. 前記別機能ユニットは、前記枠体に組み込まれている太陽電池組込体によって発電された電力を利用して自発光することが可能な自発光ユニットであることを特徴とする請求項２記載の太陽光発電装置。
4. 前記別機能ユニットは、通風性を有する通風ユニットであることを特徴とする請求項２記載の太陽光発電装置。
5. 前記太陽電池組込体には、色素増感型太陽電池が組み込まれていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽光発電装置。

Images