JP5823182B2 - 太陽電池パネル - Google Patents

Description

本発明は、光の一部を裏面側へ透過させる透過型の太陽電池モジュールを縦横方向に配列させてアレイ構成した太陽電池パネルに関する。

太陽電池パネルは、一般に、太陽電池モジュールを縦横方向に配列させてアレイ状にして構成されているが、その一種に、光の一部を裏面側へ透過させる透過型の太陽電池モジュールをアレイ状にした太陽電池パネルが存在する。
透過型の太陽電池モジュールを用いたこのような太陽電池パネルは、多くの場合、屋内からその裏面が見えるような状態で屋根や窓等に設置されて使用されるが、その場合には室内に外光を採り込めるという利点がある。

しかも、このような太陽電池パネルは、特許第３７４６４１１号に開示されているように、各太陽電池モジュールの裏面を各々任意の色で着色することによって太陽電池パネルの裏側において部位により色彩を変えたり、また、各太陽電池モジュールの開口率を変えることによって同じ色彩の付された太陽光モジュールであっても、その太陽電池パネルの裏側において部位により明度（又は色の濃さ）を変える（開口率が大きいほど、透過する外光が多くなるため、明度は大きく（色は薄く）なる。）ことが可能である。したがって、このような太陽電池パネルは、人が見ることになる太陽電池パネルの裏面に、文字、絵柄等の任意のパターンを描くことが可能であるから、美観に優れたものとすることができ、或いは広告などを行うことも可能である。

ところで、特許第３７４６４１１号に開示されている太陽電池パネルは、同じ開口率の太陽電池モジュール同士を直列接続したものを一群の太陽電池モジュール群として、太陽電池モジュール群を並列に接続するようにしている。
そのようにしているのは、異なる開口率の太陽電池モジュールは動作電流が異なるため、それらを互いに直列に接続すると各太陽電池モジュールの動作点が最大動作点からずれることになり、発電効率が低下するおそれがあると共に、動作電流の相違する太陽電池モジュール同士を直列接続すると、流しきれないエネルギーが熱となり危険な状態になるおそれがないとは言い切れないからである。

特許第３７４６４１１号に開示の太陽電池モジュールは、太陽電池パネルの裏面に、文字、絵柄等の任意のパターンを描くことと、太陽電池モジュールの発電効率とを両立させることができる点で効果が大きい。
しかしながら、この太陽電池パネルにも改良すべき点がないとはいえない。
それは、上述の太陽電池パネルでは、同じ開口率の太陽電池モジュール同士を直列接続したものを一群の太陽電池モジュール群としてそれを並列に接続するという制約があるため、太陽電池モジュール群の組み合わせ方に制約が出易いということである。また、仮に、同じ開口率の太陽電池モジュール同士を直列に接続し、それを並列に接続することが可能であったとしても、同じ開口率の太陽電池モジュールの配置の次第によっては、配線が長くなったり、輻輳する可能性がないとはいえない。

本願発明は、光の一部を裏面側へ透過させる透過型の太陽電池モジュールを縦横方向に配列させてアレイ構成した、太陽電池パネルであり、その裏面に、文字、絵柄等の任意のパターンを描くことと、太陽電池モジュールの発電効率とを両立させることができるものを、パターンを描く場合の自由度をより高められるように改良することを、その課題とする。

上述の課題を解決するため、本願発明者は以下の発明を提案する。
本願発明は、光の一部を裏側へ透過させる透過型の太陽電池モジュールであり、開口率の影響を考慮しない場合の発電能力が同じ太陽電池モジュールを多数縦横方向に配列させることによりアレイ状に配列してなる太陽電池パネルである。
そして、この太陽電池パネルの多数の前記太陽電池モジュールは、 少なくとも一つの前記太陽電池モジュールを含み、複数の前記太陽電池モジュールを含む場合には、それらが互いに並列接続された、小モジュール群を直列接続してなる、モジュール群を構成するようになっているとともに、前記小モジュール群の少なくとも一つは、複数の前記太陽電池モジュールを含み、且つ前記小モジュール群のそれぞれは、それに含まれる前記太陽電池モジュールの非開口面積の和が等しくなるようになっている。
この太陽電池パネルは、多数の太陽電池モジュールを含み、且つ多数の太陽電池モジュールは、異なる開口率のものを含み得るので、それによりその裏面に、文字、絵柄等の任意のパターンを描くことができるものとなる。
加えて、この太陽電池パネルの多数の前記太陽電池モジュールは、少なくとも一つの前記太陽電池モジュールを含む小モジュール群を直列接続したモジュール群を含んでいるが、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールの非開口面積（太陽電池モジュールの開口されていない面積）の和は、それぞれ等しくなるようになっている。この太陽電池パネルでは、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールの非開口面積の和が同じである限り、各小モジュール群の中で、複数の太陽電池モジュールに任意に開口率を割り振ることが可能であるから、パターンを描く場合の自由度を従来よりも高められる。また、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールの開口率の差は、小モジュール群に複数の太陽電池モジュールが含まれていたとしてもそれらが並列接続されている限り問題とはならず、また、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールの非開口面積の和が同じであることによって、各小モジュール群の動作点にずれが生じないことになるので、結果として、太陽電池モジュールの発電効率を落とすことがない。

本発明における小モジュール群は、少なくとも一つの前記太陽電池モジュールを含み、複数の前記太陽電池モジュールを含む場合には、それらが互いに並列接続されてなる。つまり、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールは、一つでも複数でもよい。
前記小モジュール群の一つが、複数の前記太陽電池モジュールを含む場合には、当該小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールはすべて同じ開口率であってもよいし、当該小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールの少なくとも一つは他の太陽電池モジュールとはその開口率が異なるようになっていてもよい。いずれの場合も採りうるというのが、本発明の自由度を増しているが、後者の場合の方がよりバラエティーに富んだパターンを描くに有用である。なお、後者の場合であっても、同じ小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールの中に同じ開口率のものが含まれるのを妨げない。

各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールは、一つでも複数でもよい。各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールの数は複数の同数とすることもできる。また、前記小モジュール群の一つは、それに含まれる前記太陽電池モジュールの数が、他の前記小モジュール群に含まれる前記太陽電池モジュールの数と異なるようになっていてもよい。前者であれば、配線を規則的にすることが容易であると共に、直列接続される小モジュール群間を流れる電流量の差異を特に考慮すること無く好ましくない発熱を避けることができる。また、後者は、よりバラエティーに富んだパターンを描くに有用である。

本願の太陽電池パネルに含まれる、モジュール群は、一つでも良いし複数でもよい。モジュール群が複数である場合、モジュール群同士は互いに並列接続することができる。
複数のモジュール群を備える太陽電池パネルは、パターンを描く場合の自由度をより高められる。
複数のモジュール群を備える太陽電池パネルは、少なくとも一つの前記モジュール群に含まれる前記小モジュール群のそれぞれにおける前記太陽電池モジュールの非開口面積の和が、他の前記モジュール群に含まれる小モジュール群のそれぞれにおける前記太陽電池モジュールの非開口面積の和と異なるようになっていてもよい。モジュール群毎に、それに含まれる小モジュール群における太陽電池モジュールの非開口面積の和を変更することで、パターンを描く場合の自由度をより高められ、またよりバラエティーに富んだパターンを描けるようになる。

本願発明の実施形態による太陽電池パネルの一態様の全体構成を示す斜視図。 図１に示した太陽電池パネルに含まれる太陽電池モジュールの構成を拡大して示す段面図。 図１に示した太陽電池パネルに含まれる太陽電池モジュールのケーブルによる接続状態を概念的に示す図。 図１に示した太陽電池パネルに含まれる太陽電池モジュールのケーブルによる他の接続状態を概念的に示す図。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を説明する。

図１に、太陽電池パネルの斜視図を示す。
太陽電池パネルは、多数の太陽電池モジュール１を含み、各太陽電池モジュール１は、多数の太陽電池セル１１を含んでいる。
太陽電池セル１１は、太陽光発電を行う太陽電池そのものであり、周知のもので良い。
これには限られないが、太陽電池セル１１は、この実施形態では、図２に示したように、例えば、矩形のガラス板である透明な基板１１１上に、光を透過させることのできる例えば合成樹脂等により形成の密着層である第１の中間膜層１１２、光電変換を行う半導体である光電変換素子部１１３と開口部１１６により形成の層である光電変換層１１７（光電変換層１１７は、光電変換素子部１１３を、中間膜層１１２の代わりに、透明な基板１１１に直接蒸着して構成されていてもよい。）、及びこれも光を透過させることのできる例えば合成樹脂等により形成の密着層である第２の中間膜層１１４をこの順で積層してなる。第１の中間膜層１１２、第２の中間膜層１１４はいずれも、必ずしもこの限りではないが、この実施形態では、基板１１１と同じ大きさ、形状である。光電変換層１１３は、基板１１１の全面積を覆わず、また、場合により分割されている。
太陽電池セル１は、縦横に適当な数ずつ配列した状態で纏めて、その第２の中間膜層１１４の側の表面を、これも透明な矩形のガラス板である封止板１１５で封止されている。
封止板１１５でまとめられてユニット化された太陽電池セル１１が太陽電池モジュール１である。

太陽電池モジュール１は、基板１１１側から太陽光を受入れるので、基板１１１側が表、封止板１１５側が裏となる。
基板１１１、第１の中間膜層１１２、第２の中間膜層１１４、封止板１１５はいずれも光を透過させるが、光電変換層１１７のうち光電変換素子部１１３は略光を透過させない。したがって、平面視した場合の太陽電池モジュール１のうち、光電変換層１１７の光電変換素子部１１３が存在しない部分を開口部１１６とすることにより、当該開口部１１６の部分では光を透過させることができる。平面視した場合の光電変換層１１７のうち、開口部１１６が占める比率が、太陽電池モジュール１の開口率となる。
各太陽電池モジュール１は、上述の範囲の開口率が採られ、また、開口率の如何により発電能力が異なるが、開口率の影響を考慮しない場合の発電能力は同じものとなっている。

各太陽電池セル１１の第１の中間膜層１１２、及び第２の中間膜層１１４は、図示せぬ導通体で接続されており、各太陽電池セル１１により生じた電力を、導通体により纏めて、出力できるようになっている。また、各太陽電池モジュール１には、他の太陽電池モジュール１又は外部機器と接続するための入力側と出力側の図示せぬ端子が設けられており、他の太陽電池モジュール１又は外部機器と、図１では図示を省略するケーブルで結ばれるようになっている。

以上説明した太陽電池モジュール１を、縦横に適当な数ずつ並べ、それを一纏めにしたのが、太陽電池パネルである。
太陽電池モジュール１を一纏めにして太陽電池パネルとする方法は、どのようなものでもよく、周知の方法でよい。この実施形態では、隣り合う太陽電池モジュール１同士を接続可能なサッシ１２を用いることにより、太陽電池モジュール１は一纏めにされている。また、太陽電池パネルは、その外周もサッシ１２で囲まれている。上述したケーブルは、外部に露出しないように、このサッシ１２の中を通されることになる。

次いで、太陽電池モジュール１の上述のケーブルによる接続方法を、概略的に図３に示す。なお、図３に示した太陽電池モジュール１は、太陽電池パネルに含まれる太陽電池モジュール１の一部のみであり、他の太陽電池モジュール１は、図３に示されたものに倣って接続することができる。
この実施形態では、一番上の段の３つの太陽電池モジュール１、２段目の３つの太陽電池モジュール１、３段目の３つの太陽電池モジュール１、がそれぞれケーブル２によりそれぞれ並列接続されている。
各段の３つの太陽電池モジュール１は、それにより本願の小モジュール群となっている。これらを、便宜上上の段から、第１小モジュール群、第２小モジュール群、第３小モジュール群と呼ぶことにするが、これらはいずれも本願発明における小モジュール群に相当する。
かならずしもそうする必要はないが、この実施形態では、小モジュール群のそれぞれに含まれる太陽電池モジュール１の数が複数であり、且つ同数となっている。
また、第１小モジュール群、第２小モジュール群、第３小モジュール群は、直列に接続されている。第１小モジュール群、第２小モジュール群、第３小モジュール群を直列に接続して構成されるのが、本発明でいうモジュール群である。上端のケーブル２は、図示を省略の外部機器に接続される。

第１小モジュール群に含まれる３つの太陽電池モジュール１は、この実施形態ではすべて同じ非開口率（１００から開口率を引いた値を％表示したもの。）であり、非開口率１５％である。そして、第１小モジュール群に含まれる３つの太陽電池モジュール１の非開口率の和は、４５％となる。
第２小モジュール群に含まれる３つの太陽電池モジュール１の非開口率は、この実施形態では、左から２つは同じく非開口率５％であり、一番右のものは非開口率１５％である。そして、第２小モジュール群に含まれる３つの太陽電池モジュール１の非開口率の和は、第１小モジュール群の場合と同じく４５％となっている。
第３小モジュール群に含まれる３つの太陽電池モジュール１の非開口率は、この実施形態では、すべて異なり、左から１０％、１２％、２３％である。そして、第３小モジュール群に含まれる３つの太陽電池モジュール１の非開口率の和は、第１小モジュール群、第２小モジュール群の場合と同じく４５％となっている。
このように、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュール１は、すべて同じ開口率でも良いし、すべてが異なる開口率でも良いし、そのうちの幾つかが同じ開口率で他が異なる開口率となっていてもよい。
もっとも、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュール１の非開口面積の和は、各小モジュール群ですべて等しくなっている。非開口率の和が４５％に限られないのは当然である。

このようにケーブル２で接続された、太陽電池モジュール１を有する太陽電池パネルは、太陽電池モジュール１の開口率の違いにより、高い自由度で、その裏面に様々なパターンを描けることになる。
また、各小モジュール群に含まれている太陽電池モジュール１の非開口面積の和が各小モジュール群で等しいので、各小モジュール群同士で見た場合に動作点がずれることがないので、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュール１が最大動作効率で発電を行うことになる。
さらに、各小モジュール群の太陽電池モジュールの数が複数であり、且つ同数の場合は、直列接続される小モジュール群間を流れる電流量の差異を特に考慮すること無く好ましくない発熱を避けることができる。

次いで、太陽電池モジュール１の上述のケーブルによる他の接続方法を、概略的に図４に示す。なお、図４に示した太陽電池モジュール１は、太陽電池パネルに含まれる太陽電池モジュール１の一部のみであり、他の太陽電池モジュール１は、図３、図４に示されたものに倣って接続することができる。
図４で示した太陽電池モジュール１の上述のケーブルによる他の接続方法は、図３に示されたものと大きく変わりはない。
図４には、本発明でいうモジュール群が左右に２つ示されている。便宜的に、図４において右側のモジュール群を右モジュール群、左側のモジュール群を右モジュール群と呼ぶこととする。

右側モジュール群には、以下のように接続された太陽電池モジュール１が含まれる。一番上の段には並列接続された３つの太陽電池モジュール１が含まれる。２段目には、並列接続された２つの太陽電池モジュール１が含まれる。３段目には、１つの太陽電池モジュール１が含まれる。
各段の太陽電池モジュール１は、それにより本願の小モジュール群となっている。これらを、便宜上上の段から、右第１小モジュール群、右第２小モジュール群、右第３小モジュール群と呼ぶことにする。
かならずしもそうする必要はないが、この実施形態では、右第１小モジュール群、右第２小モジュール群、右第３小モジュール群に含まれる太陽電池モジュール１の数がすべて異なるようになっている。
右第１小モジュール群、右第２小モジュール群、右第３小モジュール群は、直列に接続されている。また、右モジュール群の上端のケーブル２は、図示を省略の外部機器に接続される。

右第１小モジュール群に含まれる３つの太陽電池モジュール１は、この実施形態ではすべて同じ非開口率であり、非開口率１５％である。そして、右第１小モジュール群に含まれる３つの太陽電池モジュール１の非開口率の和は、４５％となる。
右第２小モジュール群に含まれる２つの太陽電池モジュール１は、この実施形態では、左から非開口率１５％、３０％であり、非開口率の和は、右第１小モジュール群の場合と同じく４５％となっている。
右第３小モジュール群に含まれる太陽電池モジュール１は、一つであり、その非開口率は、右第１小モジュール群、右第２小モジュール群の非開口率の和の場合と同じく４５％となっている。
このように、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュール１は、すべて同じ開口率でも良いし、すべてが異なる開口率でも良いし、そのうちの幾つかが同じ開口率で他が異なる開口率となっていてもよい。
また、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュール１の数は、同じでも良いが、このように異なっていても良い。つまり、小モジュール群の一つは、それに含まれる太陽電池モジュール１の数が、他に含まれる太陽電池モジュール１の数と異なるようになっていてもよい。もっとも、その場合であっても、各小モジュール群の中に、それに含まれる太陽電池モジュール１の数が同数のものがあってもよい。

左側モジュール群には、以下のように接続された太陽電池モジュール１が含まれる。一番上の段には並列接続された３つの太陽電池モジュール１が含まれる。２段目には、並列接続された４つの太陽電池モジュール１が含まれる。３段目には、並列接続された５つの太陽電池モジュール１が含まれる。
各段の太陽電池モジュール１は、それにより本願の小モジュール群となっている。これらを、便宜上上の段から、左第１小モジュール群、左第２小モジュール群、左第３小モジュール群と呼ぶことにする。
左第１小モジュール群、左第２小モジュール群、左第３小モジュール群に含まれる太陽電池モジュール１の数はすべて異なるようになっている。
左第１小モジュール群、左第２小モジュール群、左第３小モジュール群は、直列に接続されている。また、左モジュール群の上端のケーブル２は、図示を省略の外部機器に接続される。つまり、右モジュール群と、左モジュール群は、所定の外部機器に対して並列に接続された状態となっている。

左第１小モジュール群に含まれる３つの太陽電池モジュール１は、この実施形態ではすべて同じ非開口率であり、非開口率２０％である。そして、左第１小モジュール群に含まれる３つの太陽電池モジュール１の非開口率の和は、６０％となる。
左第２小モジュール群に含まれる４つの太陽電池モジュール１は、この実施形態では、左から非開口率３５％、５％、５％、１５％であり、非開口率の和は、左第１小モジュール群の場合と同じく６０％となっている。
左第３小モジュール群に含まれる太陽電池モジュール１は５つで、この実施形態では、その非開口率は、左から１６％、１２％、１０％、１０％、１２％となっており、非開口率の和は、左第１小モジュール群、左第２小モジュール群の場合と同じく６０％となっている。

このようにケーブル２で接続された、太陽電池モジュール１を有する太陽電池パネルは、それぞれ異なる非開口面積の和を持つ右モジュール群と左モジュール群を持つため、一つのモジュール群しかない場合に比して、より高い自由度で、その裏面に様々なパターンを描けることになる。
また、右モジュール群、左モジュール群とも、各小モジュール群に含まれている太陽電池モジュール１の非開口面積の和が各小モジュール群で等しいので、各小モジュール群に含まれる太陽電池モジュール１が最大動作効率で発電を行うことになる。
なお、この例では、モジュール群は右モジュール群と左モジュール群の２つであったが、モジュール群の数はより多くても良いのは当然である。また、この例では、右モジュール群と左モジュール群における各小モジュール群に含まれている太陽電池モジュール１の非開口率の和は４５％と６０％と異なっていたが、これが同一でも良いこと、また非開口率の和が４５％と６０％に限られないことは当然である。
ただし、この例の場合は、モジュール群を構成する各小モジュール群内の各太陽電池モジュール１における、通電容量と比例する光電変換素子部１１３の面積の和が各小モジュール群によって異なるため、光電変換素子部１１３の面積の和が他よりも小さい小モジュール群（これは、太陽電池モジュール１の数が少ない小太陽電池モジュール群と同義である。）が抵抗となり、効率低下等の問題が生じる可能性も考えられる。各小モジュール群に含まれるに含まれる太陽電池モジュール１に最大動作効率で発電を行わせた上、効率低下等の問題を避けるには、小モジュール群のそれぞれを、それらに含まれる太陽電池モジュール１の数が複数であり、且つ同数とすることによって、非開口面積の和だけでなく、通電容量の和も各小モジュール間で同一にすれば良いのは既に述べた通りである。

１ 太陽電池モジュール
２ ケーブル
１１ 太陽電池セル
１２ サッシ
１１１ 基板
１１２ 第１の中間膜層
１１３ 光電変換素子部
１１４ 第２の中間膜層
１１５ 封止板
１１６ 開口部
１１７ 光電変換層

Claims (4)

1. 光の一部を裏側へ透過させる透過型の太陽電池モジュールであり、開口率の影響を考慮しない場合の発電能力が同じ太陽電池モジュールを多数縦横方向に配列させることによりアレイ状に配列してなる太陽電池パネルであって、
   多数の前記太陽電池モジュールは、少なくとも一つの前記太陽電池モジュールを含み、複数の前記太陽電池モジュールを含む場合には、それらが互いに並列接続された、小モジュール群を直列接続してなる、モジュール群を構成するようになっているとともに、
   前記小モジュール群の少なくとも一つは、複数の前記太陽電池モジュールを含み、且つ前記小モジュール群のそれぞれは、それに含まれる前記太陽電池モジュールの非開口面積の和が等しくなるようになっているとともに、
   前記小モジュール群の一つは、それに含まれる前記太陽電池モジュールの数が、他の前記小モジュール群に含まれる前記太陽電池モジュールの数と異なるようになっている、
   太陽電池パネル。
2. 光の一部を裏側へ透過させる透過型の太陽電池モジュールであり、開口率の影響を考慮しない場合の発電能力が同じ太陽電池モジュールを多数縦横方向に配列させることによりアレイ状に配列してなる太陽電池パネルであって、
   多数の前記太陽電池モジュールは、少なくとも一つの前記太陽電池モジュールを含み、複数の前記太陽電池モジュールを含む場合には、それらが互いに並列接続された、小モジュール群を直列接続してなる、モジュール群を構成するようになっているとともに、
   前記小モジュール群の少なくとも一つは、複数の前記太陽電池モジュールを含み、且つ前記小モジュール群のそれぞれは、それに含まれる前記太陽電池モジュールの非開口面積の和が等しくなるようになっているとともに、
   互いに並列接続された前記モジュール群を複数含み、
   少なくとも一つの前記モジュール群に含まれる前記小モジュール群のそれぞれにおける前記太陽電池モジュールの非開口面積の和は、他の前記モジュール群に含まれる小モジュール群のそれぞれにおける前記太陽電池モジュールの非開口面積の和と異なるようになっている、
   太陽電池パネル。
3. 前記小モジュール群の一つは、複数の前記太陽電池モジュールを含み、且つ当該小モジュール群に含まれる太陽電池モジュールの少なくとも一つは他の太陽電池モジュールとはその開口率が異なるようになっている、
   請求項１又は２記載の太陽電池パネル。
4. 前記小モジュール群のそれぞれは、それらに含まれる前記太陽電池モジュールの数が複数であり、且つ同数である、
   請求項１又は２記載の太陽電池パネル。

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