JP5915620B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

この出願の発明は、複数の円筒型の太陽電池を備えた太陽電池モジュールに関するものである。

太陽光発電は、代表的な再生可能エネルギーであり、本格的な普及期に入ってきている。太陽電池には、多結晶シリコンに代表される結晶系、アモルファス又は微結晶のシリコン薄膜を利用する薄膜系、ＣＩＧＳのような化合物系、有機系などに分類される。これら太陽電池は、全体の形状の点では殆どがパネル型（平板型）であるが、円筒型のものも存在する。その一つが、円筒型の色素増感太陽電池である。

色素増感太陽電池は、半導体表面に付着させた増感色素を太陽光によって励起し、励起によって放出された電子を半導体に注入することで発電させる太陽電池である。色素増感太陽電池は、結晶系や薄膜系の太陽電池のように真空プロセスを利用しないため製造コストの大幅な削減が可能であり、また運搬や取り扱いも容易なことから設置コストを非常に安価にできる。他方、変換効率の低さが欠点とされているが、特許文献１〜４に開示されているように、全体を円筒形にすることにより変換効率を高める提案もされており、次世代の太陽電池の一つとして実用化が期待されている。

特許４８４０５４０号公報 特開２００３−７７５５０号公報 特開２００７−１２５４５号公報 特許４８７７２４２６号公報

図１５は、円筒型色素増感太陽電池のような円筒型太陽電池の長所について示した概略図であり、パネル型（平板型）太陽電池と円筒型太陽電池について太陽光の受光状況を対比して示した図である。図１５（１−１）（２−１）には太陽光が真上から入射する場合が示され、（１−２）（２−２）には太陽光が斜め上から入射する場合が示されている。
周知のように、パネル型の場合、垂直入射（図１５（１−１））の場合に比べ斜め入射（図１５（１−２））の場合には変換効率が低下する。一方、円筒型の場合には、３６０度どこから入射しても基本的同様の発電性能が発揮されるので、斜め入射（図１５（２−２））の場合にも垂直入射（図１５（２−１））の場合と同等の変換効率が得られる。従って、同じ占有スペースに太陽電池が配置された場合に、一日のトータルの発電量で見ると、円筒型の方が変換効率が高くなる。

図１６は、色素増感太陽電池を例に円筒型の優位性を確認したシミュレーション実験の結果を示した図である。この実験では、パネル型の色素増感太陽電池と円筒型の色素増感太陽電池を製作した。パネル型と円筒型とで長さは同じとし、パネルの幅と円筒の直径とは同じものとした。光電極その他の基本的構造は同様とした。
図１６の縦軸は単位時間当たりの発電量（相対値）、横軸は時刻である。尚、この実験では、太陽光の強度としては日本の春分の日であってＡＭ（エアマス）１．５の場合を想定し、日の出から日の入りまでの単位時間当たりの発電量をソーラーシミュレータにより１時間毎にシミュレートした。図１６に示すように、円筒型の場合、パネル型に比べて全体的に発電量が多く、特に太陽高度が低い朝と夕方の時刻での特に発電量が多くなる。

このように、円筒型太陽電池では、パネル型に比べて太陽光の入射角度特性において優れている。垂直入射に比べて斜め入射の場合に変換効率が低下する点は、結晶系や薄膜系のパネル型太陽電池一般に言えることである。従って、入射角度特性に優れた円筒型太陽電池は、入射角度が様々に変わる１日の（又は１年の）トータルの発電効率という点では、パネル型太陽電池に匹敵する可能性がある。

しかしながら、発明者の研究によると、モジュール全体の変換効率という点では、円筒型太陽電池のポテンシャルを十分に活かされていない。モジュール全体として検討すると、円筒型太陽電池は変換効率をさらに高める余地を残している。

尚、色素増感太陽電池のうちパネル型については一部に実用化されているが、円筒型色素増感太陽電池については、研究開発段階であり、実用化された際のモジュールの構造については具体的な提案はされていない。実用化に際してのモジュールの構造の点で検討すると、運搬や設置のし易さが重要になってくる。

運搬や設置に関して、パネル型については以下のような課題がある。
（１）パネル型の太陽電池をモジュールにしたものは、パネルを複数枚並べて固定した構造となるため、一般的に取り扱いが大がかりになり易い。ある程度の発電量を得るためにモジュールが大型化すると、パネルの製造場所から設置（使用）場所に運搬する際、梱包が大がかりになったり、大型の輸送機器や保管場所を準備する必要が生じて運搬費用が高価になったりする課題がある。

（２）パネル型の太陽電池のモジュールは、複数枚のパネルを同一平面上に並べた構造であるため、モジュール全体としても平板状であり、剛性の高いフレームによって平板状の形状が保持される。平面状の屋根のような場所に対しては設置は比較的容易であるが、平面状でない設置箇所例えば曲面状の屋根や壁面には、設置が困難である。例えば、曲面状の屋根に設置しようとすると、モジュールを保持する脚や梁から成る構造物を屋根に設け、その構造物にモジュールのフレームを固定する必要がある。このようなことから、パネル型の太陽電池モジュールを平面状ではない設置箇所に設置する場合には、設置費用は高価なものになり易い。

（３）パネル型の太陽電池モジュールは、全体として平板状となるため、風の影響を受けやすい。このため、台風などの強い風を受けることによる破損を防ぐ観点から、設置を頑丈に行う必要があり、設置費用が高価になる。この点は、ビルの屋上での設置のように屋根や壁面から浮かせた状態でモジュールを設置する場合に顕著である。脚部や梁からなる構造物を設けて構造物に対してモジュールを設置することになるが、風でモジュールがあおられ易いため、より強固な構造物とする必要がある。

したがって、円筒型色素増感太陽電池のような円筒型の太陽電池をモジュール化していく際にも、このようなパネル型太陽電池モジュールの欠点を克服していくことが要請される。この出願の発明は、この点を考慮して為されたものであり、円筒型太陽電池を使用した太陽電池モジュールであって、設置個所の選択の自由度が高く、運搬や設置が容易で安価にできる太陽電池モジュールを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、複数の円筒型太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールであって、
各円筒型太陽電池セルは、互いに離間した状態で両端を保持部材で保持されて連結されており、
保持部材は、一つの円筒型太陽電池セルに対して隣接する円筒型太陽電池セルを相対的に変位させることが可能な状態で各円筒型太陽電池セルを保持して連結しており、
円筒型太陽電池セルは色素増感太陽電池セルであり、
保持部材は、モジュールが全体に丸められ複数の円筒型太陽電池セルが束ねられるように変位可能なワイヤー又はベルトであり、
ワイヤー又はベルトである保持部材に対して、当該ワイヤー又はベルトの長さ方向の任意の位置に連結可能であって且つ取り外し可能なコネクタが設けられており、各コネクタに対して各円筒型太陽電池セルの端部が装着されていて各コネクタを介して各円筒型太陽電池セルが保持部材に連結されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記保持部材は、前記円筒型太陽電池セルが発生させた電力を送る送電路を備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記送電路は、ワイヤー又はベルトである前記保持部材が備える一対の芯線であり、一対の芯線は互いに極性の異なるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１、２又は３の構成において、前記円筒型太陽電池セルは、前記コネクタに対して着脱自在に装着されることで前記保持部材に連結されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記複数の円筒型太陽電池セルのうちのいずれかの二つは、直列に接続された二つの円筒型太陽電池セルであり、当該二つの円筒型太陽電池セルと、当該二つの円筒型太陽電池セルの出力電圧を変換するコンバータとがセルユニットを形成しており、セルユニットが前記保持部材で保持されて連結されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項５の構成において、前記二つの円筒型太陽電池セルと前記コンバータは、一つのベース板上に固定されており、ベース板は、各円筒型太陽電池セルに太陽光が当たるようにするための開口を有しているという構成を有する。

以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、複数の円筒型太陽電池セルが離間した状態で保持されているので、設置エリアの領域あたりの変換効率が高くなる。また、各円筒型太陽電池セルの間を光が通過できるので、採光が必要な場所に好適に設置できる。さらに、各円筒型太陽電池セルの間を風が通過できるので、パネル型のモジュールに比べて風の影響をうけにくく、設置費用を安価にすることができる。
その上、各円筒型太陽電池セルは、円筒型太陽電池セルが隣接する別の円筒型太陽電池セルに対して変位可能であるので、設置箇所の形状に関する自由度が増し、屈曲した面に対しても安価なコストで設置することができる。
また、モジュールが全体に丸められ複数の円筒型太陽電池セルが束ねられるので、運搬や倉庫での保管等の際に全体をコンパクトにでき、この点で費用が安くできる。
また、保持部材がワイヤー又はベルトであるので、円筒型太陽電池セルはより自由な方向に変位可能であり、設置箇所の形状に関する自由度がさらに増す。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、前記円筒型太陽電池セルが発生させた電力を送る送電路を有しているので、送電経路を別途設ける必要はなく、構造が簡略化され、コストが安くなる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、送電路が複線式であるので、複数の円筒型セルを並列に接続したり直列に接続したりすることが可能であり、種々の配列パターンを採用し得る。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、円筒型太陽電池セルが保持部材に対して着脱自在に保持されて連結されているので、円筒型太陽電池セルが劣化したり故障したりした場合、そのセルだけを交換することができ、モジュール全体を交換する必要がない。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、直列接続の二つの円筒型太陽電池セルの出力電力を規格化された値で取り出すことができ、且つそのような機能を持つユニットの単位で交換が可能となる。

第一の実施形態の太陽電池モジュールの斜視概略図である。 実施形態の太陽電池モジュールが備える円筒型色素増感太陽電池セルの断面概略図であり、（１）は長手方向に垂直な面での断面概略図、（２）は長手方向に沿った面での断面概略図である。 実施形態の太陽電池モジュールの長所について示した概略図である。 実施形態の太陽電池モジュールにおける各円筒型セルの保持構造について示した断面概略図である。 実施形態の太陽電池モジュールにおける各円筒型セルの保持構造について示した断面概略図である。 曲面状の屋根に対して実施形態の太陽電池モジュールを設置した状態を示す正面図である。 実施形態の太陽電池モジュールの運搬の面でのメリットを示した斜視概略図である。 第二の実施形態の太陽電池モジュールの要部を示した図である。 第二の実施形態の太陽電池モジュールにおける円筒型セルの配列パターンの一例を示した概略図である。 図９に示す配列パターンにおける円筒型セルの保持構造を示した断面概略図である。 円筒型セルの配列パターンの別の例を示す概略図である。 円筒型セルの配列パターンの別の例を示す概略図である。 第三の実施形態の太陽電池モジュールの要部を示す斜視概略図である。 保持部材の他の例について示した概略図である。 円筒型色素増感太陽電池のような円筒型太陽電池の長所について示した概略図であり、パネル型（平板型）太陽電池と円筒型太陽電池について太陽光の受光状況を対比して示した図である。 色素増感太陽電池を例に円筒型の優位性を確認したシミュレーション実験の結果を示した図である。

次に、本願発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
図１は、第一の実施形態の太陽電池モジュールの斜視概略図である。図１に示す太陽電池モジュールは、複数の太陽電池１を備えている。以下、モジュールと区別するため、円筒型の太陽電池１を円筒型セルと呼ぶ。尚、「円筒型セル」は、太陽電池として機能する一本の円筒型の部材としての用語である。「セル」は、発電を行う最小単位の要素の意味で使用されることもあるが、以下の説明における「円筒型セル」は、この意味の「セル」に限られる訳ではなく、発電を行う最小単位としてのセルが複数集まって円筒型を成している場合もある。

図１に示すように、複数の円筒型セル１は、横に並べて配置されている。この実施形態では、各円筒型セル１は、長手方向（円筒の軸方向）が互いに平行になるように配置されている。複数の円筒型セル１は、互いに離間した状態で両端を保持部材で保持されて連結されている。

この実施形態のモジュールは、色素増感太陽電池モジュールとなっており、各円筒型セル１は、色素増感太陽電池セルとなっている。図２は、実施形態の太陽電池モジュールが備える円筒型色素増感太陽電池セルの断面概略図であり、（１）は長手方向に垂直な面での断面概略図、（２）は長手方向に沿った面での断面概略図である。図２に示すように、円筒型セル１は、色素を有する光電極１１と、対極１２と、光電極１１と対極１２との間に介在された電解質層１３とを円筒形の透明管１４内に設けた構造を有している。また、透明管１４の内部であって光電極１１の外側には、集電極１５が設けられている。

透明管１４は、この実施形態では石英ガラス製であるが、硼珪酸ガラス、ソーダガラス等の材料が用いられることもある。
光電極１１は、半導体に色素を付着させたものである。半導体は、ｎ型であることが好ましく、酸化チタンや酸化スズ等の金属酸化物や硫化亜鉛のような金属硫化物が使用される。色素は、可視域から赤外域の光を吸収するものであれば特に制限なく使用することができ、有機色素や金属錯体が使用される。例えば、メロシアン、キノシアニン、クリプトシアニンなどのシアニン系色素や、銅、ルテニウム、オスミウム、鉄又は亜鉛などの錯体が使用される。

電解質層１３は、この実施形態で液相のものであり、ヨウ素系や臭素系のものが使用される。尚、電解質層１３は、少なくとも光電極１１と対極１２との間に充填される量が透明管１４内に封入される。
対極１２は、導電材料で形成されるが、電解質層１３の材料に対する耐蝕性が高いことが好ましく、例えばチタンや白金が用いられる。この実施形態では、対極１２は円筒状となっている。図２（１）に示すように、各部材は透明管１４に対して同軸となっており、中央から対極１２、光電極１１、集電極１５の順となっている。集電極１５としては、従来と同様、ＩＴＯのような透明導電体が使用されている。尚、理論的には、光電極１１のみで電荷の取り出しができれば集電極１５が設けられないこともあり得る。
尚、集電極１５は、透明管１４に対して湿式コーティングその他の方法により透明導電膜を作成することで形成される。光電極１１は、色素を付着させた半導体微粒子を堆積させたり、又は焼結したりすることで形成され、多孔質の構造であることが好ましい。この他、各部の形成方法や製造方法については、特許文献１〜４を参照することができる。

また、図２（２）に示すように、透明管１４の両端は封止されており封止部１４１となっている。封止は、液相である電解質層１３の漏出を防止する他、透明管１４内に水や空気（酸素）といった有害な物質が侵入しないようにするものである。封止は、透明管１４の両端を加熱して軟化させた状態で圧力を加えて潰す（圧潰する）ことで行われる。詳細は特許文献１に開示されているので、省略する。

尚、封止は、リード１６を挿通させた状態で行われ、封止部１４１はリード１６が貫通した状態で気密及び液密な状態となっている。リード１６は、この実施形態では棒状であるが、ワイヤー状のものや、二つの棒状又はワイヤー状の導体を金属箔でつないだものが採用されることもある（特許文献１参照）。
両端のリード１６は、透明管１４内で作られた電気を取り出すためのものであり、図２（２）に示すように、導線１６１により一方は対極１２に接続され、他方は集電極１５に接続されている。尚、図示は省略されているが、一方のリード１６は、ロッド部により対極１２に接続されており、透明管１４内での対極１２の保持に兼用されている。

図１に示すように、実施形態の太陽電池モジュールは、複数の円筒型セル１が横に並べて設けられているものの、各円筒型セル１は接触しておらず、透明管１４の間にスペースが存在している。この点は、円筒型太陽電池の特性をより活かし、変換効率をより高め、また運搬や設置を容易に且つ安価にするための工夫となっている。この点について、図３を参照して説明する。図３は、実施形態の太陽電池モジュールの長所について示した概略図である。

図３では、比較のため、複数の円筒型セル１を横に並べて接触させて配置した場合が示されている。図３中の（１−１）及び（２−１）は、太陽光が真上から入射する場合、又は各円筒型セル１を正面視で長手方向が垂直となるように配置した状態で太陽光が南中にある場合を示している。また、図３中の（１−２）及び（２−２）は、太陽光が各円筒型セル１に斜めに入射する場合を示しており、各円筒型セル１を正面視で長手方向が水平になるように配置した場合や、正面視で長手方向が鉛直になるように配置した状態で太陽が南中以外の位置にある場合が想定されている。

太陽光が真上から入射する場合（又は垂直配置で太陽が南中位置の場合）は、図３（１−１）に示す接触配置の場合も、図３（２−１）に示す離間配置の場合も、各円筒型セル１に入射して発電に利用される太陽光の量は実質的に変わらない。しかしながら、太陽光が斜めに入射する場合、図３（１−２）に示すように、接触配置では、隣接する円筒型セル１に太陽光が一部遮蔽される。一方、離間配置では隣接するセル１による遮蔽は無いか又は非常に少ない。このため、発電に利用される太陽光の量は、離間配置の場合には接触配置に比べて多くなる。図３では、太陽光の入射量を等間隔に配置した矢印で模式的に示されている。一例として、一つの円筒型セル１の直径の領域内に矢印５本分の太陽光が入射するとすると、図３（１−２）に示す接触配置で斜め入射の場合、二つの円筒型セル１に入射する太陽光の量は、遮蔽のため矢印７本分となる。一方、離間配置の場合、この例では矢印９本分の太陽光が二つの円筒型セル１に入射する。

図３の（１−１）や（２−１）の状態は特別な場合で、殆どの場合、太陽光は円筒型セル１に斜めに入射する。従って、離間配置を採用する実施形態の構造は、殆どの場合で高い変換効率を実現できる優れた構造となっている。この場合の変換効率は、接触配置と離間配置とを比べた場合の変換効率であり、一つの円筒型セル１当たりの変換効率である。尚、図１５と図３（２−２）を対比すると解るように、一定の領域当たりで比較した場合、パネル型太陽電池セル１と、離間配置の円筒型太陽電池セル１では、入射する太陽光の量はほぼ変わらないものの、セル１内の光電極１１に対して垂直又は垂直に近い角度で入射する光の量が多いので、変換効率が高くなる。

上述した離間配置の構造において、各円筒型セル１の離間距離（図３中にｇで示す）は、占有スペースと変換効率との関係から重要である。離間距離ｇが限度以上に狭くなると、隣りのセル１によって遮蔽される太陽光が多くなり、変換効率の向上の効果が十分に得られなくなる。離間距離ｇが限度以上に広くしてもそれ以上は変換効率向上の効果は得られず、モジュールの占有スペースが大きくなるのみとなる。離間距離ｇは、円筒型セル１の外径をφとすると、０．３φ≦ｇ≦２φとすることが好ましく、φ≦ｇ≦１．５φとするとより好ましい。

このように各円筒型セル１を離間配置した構造は、別の観点でも変換効率の向上に寄与している。この点について、以下に説明する。
実施形態のように複数の円筒型セル１を離間配置した構造は、各円筒型セル１の間の隙間を通して太陽光が通過できることを意味する。この構造は、太陽電池モジュールを配置した場合でもモジュールによって完全には遮光されないことを意味し、この点は、現在普及しているパネル型太陽電池モジュールと顕著に相違する。

部分的ではあるが光が通過できる特徴を活かすことを考慮すると、実施形態の色素増感太陽電池モジュールは、採光の必要のある屋根や壁面に設置すると好適ということになる。例えば、ビニールハウスや温室のような植物育成ハウスの屋根や壁面、オフィスビルや住居における採光用の開口（窓）等である。
また、パネル型の太陽電池モジュールは風の影響を受けやすいが、実施形態の太陽電池モジュールの場合、風は各円筒型セル１の間を通過するので、風の影響は受けにくい。このため、強固で頑丈な設置を行う必要がなく、設置費用を安くすることができる。

上記のように互いに離間して配置された各円筒型セル１は、保持部材によって両端を保持されて連結されている。この際、各円筒型セル１は、固定的な姿勢ではなく、ある程度変位可能な状態で保持されている。この点について、図１、図４及び図５を使用して説明する。図４及び図５は、実施形態の太陽電池モジュールにおける各円筒型セル１の保持構造について示した断面概略図である。

この実施形態では、保持部材は、各円筒型セル１の保持とともに、各円筒型セル１が発生させた電力を外部に送出するための送電路の形成（電気的導通の確保）を行うものとなっている。具体的には、この実施形態では保持部材はワイヤー２となっている。図４には、保持部材としてのワイヤー２の断面構造が示されている。
図４に示すように、保持部材としてのワイヤー２は、芯線２１と、芯線２１を覆った絶縁被覆２２と、絶縁被覆２２の外側で芯線２１を覆った補強被覆２３とから成る構造を有している。芯線２１は、断面の直径が１〜３ｍｍ程度の銅線である。絶縁被覆２２は、芯線２１の表面に薄くコーティングされたもので、エナメル、ポリウレタン又はポリイミド等で形成される。

補強被覆２３は、保持部材が円筒型セル１の保持用であり、ある程度の機械的強度が必要なことから設けられている。この実施形態では、スチール製の細線を多数よじりながら芯線２１に巻き付けることで補強被覆２３を形成している。例えば断面の直径０．５〜２ｍｍ程度のステンレス製の細線を１０〜３０本程度使用し、よじりながら芯線２１に巻き付けることで、補強被覆２３が形成される。補強被覆２３の厚みは、１〜２ｍｍ程度で良い。ワイヤー２の全体の直径は、例えば３〜７ｍｍ程度である。

このようなワイヤー２である保持部材に対して、各円筒型セル１はコネクタ３により連結されている。図５には、コネクタ３の構造が示されている。コネクタ３は、一対の蓋３１１及び３１２より成るケース３１と、ケース３１内に設けられた一対の圧着部３２１，３２２と、圧着部の一方３２１に対して短絡された状態で設けられたソケット３３等から構成されている。

説明の都合上、図５に示す図示状態にならって一対の蓋を上蓋３１１及び下蓋３１２とする。但し、ここでの上下は実際の使用状態における上下を必ずしも意味するものではない。上蓋３１１及び下蓋３１２は、一方の側の端部において蝶番３１３を介して連結されている。他方の側の端部には、噛み合い部３１４となっている。例えば、図５に示すように上蓋３１１の他端には突起３１５が形成されており、下蓋３１２の他端にはフック部３１６が形成されている。上蓋３１１及び下蓋３１２は、多少の弾性を有する樹脂製となっており、下蓋３１２を多少変形させながらフック部３１６を突起３１５に引っ掛けることで両者が噛み合い、上蓋３１１と下蓋３１２が閉じられて容易には外れない状態となる。

一対の圧着部３２１，３２２は、保持部材としてのワイヤー２を挟み込んで圧着するものである。この実施形態では、ワイヤー２は円筒型セル１の保持と導通を行うものであるため、一対の圧着部３２１，３２２は、ワイヤー２をかしめるものとなっている。例えば一対の圧着部を第一圧着部３２１、第二圧着部３２２とすると、第一圧着部３２１は、板状の金属製の部材であり、下端が鋭利な形状となっている。第二圧着部３２２は、ワイヤー２の径に適合する凹部を形成している。

また、ソケット３３は、第一圧着部３２１に対して短絡した状態で設けられている。上蓋３１１内には、金属製の保持板３４が固定されている。第一圧着部３２１は、保持板３４の下面に形成され、下方に延びている。ソケット３３は、保持板３４の上面に固定されている。
ソケット３３は、この実施形態では板バネとなっている。例えば、帯板状の金属製の部材を中央で折り曲げ、図５に示すようにＵ字状としたものが使用できる。折り曲げて近接させた両端部の距離は、円筒型セル１のリード１６の外径より少し小さくされる。リード１６をソケット３３に差し込むと、ソケット３３は、弾性により少し押し広げられ、復元力によりリード１６に密着した状態となる。

また、上蓋３１１の他端側の側面には、円筒型セル１の装着用の開口が設けられおり、この開口にはクッション部３５が設けられている。クッション部３５は、円筒型セル１を保持する際の緩衝の目的の他、コネクタ３内への水の浸入の防止の目的で設けられている。クッション部３５はリング状であり、例えばシリコン樹脂等の多少の弾性を有する部材で形成されている。クッション部３５は、円筒型セル１の端部にクッション性を有して密着する部材であり、円筒型セル１の端部の外径に適合した内径を有する。この他、金属製のリングの内面にパッキンを設けた構成や、クッション部３５の内面にさらにパッキンを設けた構成が採用されることもある。尚、この実施形態では、円筒型セル１はクッション部３５に対して接着材により接着されて固定されており、コネクタ３と円筒型セル１が一体の構造となっている。但し、コネクタ３に対して円筒型セル１を着脱自在としても良い。

尚、クッション部３５とソケット３３の位置関係は、円筒型セル１のリード１６の長さに応じたとものとなっている。即ち、図５に示すように、円筒型セル１をクッション部３５に差し込むと、リード１６がソケット３３に十分な長さで差し込まれる位置関係となっている。

上記のようなコネクタ３により円筒型セル１をワイヤー２に連結する場合、ワイヤー２に対してコネクタ３を連結する。即ち、第二圧着部３２２の上にワイヤー２を載せ、上蓋３１１と下蓋３１２を閉じて噛み合い部３１４を嵌め込む。これにより、第一圧着部３２１と第二圧着部３２２との間にワイヤー２が挟み込まれて、かしめられながら固定される。この際、第一圧着部３２１の先端がワイヤー２の補強被覆２３及び絶縁被覆２２を切断し、芯線２１に接触する。これにより、保持部材としてワイヤー２に円筒型セル１が保持されて連結された状態となる。この場合の連結とは、円筒型セル１同士を連結するということである。

尚、上蓋３１１及び下板３１２の側面には、ワイヤー２の断面形状に応じた半円状の切り欠きが形成されている。上記のように一対の圧着部３２１，３２２で圧着される際、ワイヤー２はこの切り欠きの縁に挟み込まれた状態となる。
図５では、一方の側の端部の保持構造のみが示されているが、他方の側の端部も左右対称なだけであり、同じ構造である。ワイヤー２から円筒型セル１を取り外す場合、コネクタ３の噛み合い部３１４を解除して上蓋３１１と下蓋３１２とを開き、コネクタ３ごと円筒型セル１をワイヤー２から取り外す。

図１に示すように、モジュール全体の構造としては、平行に並べられた複数の円筒型セル１の一方の側の端部が一本のワイヤー２で互いに連結され、他方の側の端部が別の一本のワイヤー２で連結された構造となっている。この実施形態では、二本のワイヤー２は、各円筒型セル１を電気的には並列に接続したものとなっている。各ワイヤー２の両端には、図１に示すように端子が設けられている。各端子は、モジュールの設置の際、不図示の蓄電部に接続される。

より詳しい構造、設置例を示すと、上述した円筒型セル１は、例えば直径が１０ｍｍの円筒型セル１を使う場合は５ｍｍ〜２０ｍｍ程度の間隔で５０〜７５本程度設けられ、一対のワイヤー２で保持される。一対のワイヤー２の各一端はパワーコンディショナーを介して系統接続ボックスに接続される。尚、各ワイヤー２の全長は１〜２ｍ程度である。この程度の長さであると、一人の作業者で容易に取り付け工事ができるので、好適である。
また、図１に示す構造において、一本の円筒型セル１の代わりに二本又はそれ以上の円筒型セル１を直列に連結したものを使用する場合もある。連結部分は、お互いのリード１６を差し込んで外れないように固定するロッド状のジョイントが使用され得る。

このようにワイヤー２である保持部材を使用しているので、実施形態の太陽電池モジュールでは、各円筒型セル１は変位可能となっている。変位可能とは、一つの円筒型セル１が隣接する別の円筒型セル１に対して変位可能ということである。このような構造は、多くのメリットをもたらす。

まず第一に、設置箇所の自由度が増し、設置コストを安価にできる。複数の円筒型セル１を離間させて配置したモジュールの構造として、窓枠のような方形の枠状の保持部材を使用し、枠の内側に複数の円筒型セル１を並べて保持した構造が考えられる。このような構造でも良いのであるが、方形の枠状は変形できないため、各円筒型セル１は変位不能である。このような構造は、パネル型太陽電池のモジュールと同様であり、切妻屋根のような平面状の箇所に対して設置することは比較的容易であるものの、曲面状の設置箇所に対しては困難である。曲面状の設置箇所に対して脚部や梁等からなる構造物をまず施工し、構造物にモジュールを固定していく必要がある。

一方、実施形態の太陽電池モジュールでは、設置箇所の曲面に沿うようにして各円筒型セル１を変位させながら設置することができる。このため、湾曲した設置箇所において大がかりな構造物を別途設けることなく設置することが可能である。この点の一例を示したのが図６であり、図６は、曲面状の屋根に対して実施形態の太陽電池モジュールを設置した状態を示す正面図である。図６に示すように、実施形態の曲面状の屋根１００に対して容易に設置が可能である。このような曲面状の屋根１００は、例えば体育館や公共施設等でしばしば見られる。この他、波板状等の他の湾曲形状の屋根についても、同様に容易に設置が可能である。

また、各円筒型セル１が変位可能ということは、運搬の際にモジュールは全体として最適な形状に変形できることにもつながる。この点について、図７を使用して説明する。図７は、実施形態の太陽電池モジュールの運搬の面でのメリットを示した斜視概略図である。
図７に示すように、実施形態は、各円筒型セル１の両端をワイヤー２で連結した構造であるので、丸めてコンパクトにすることが可能である。この場合、各円筒型セル１が互いに接触して破損しないように不図示の緩衝材を適宜挟み込みながら、図７に示すようにモジュールを丸めて畳み込み、段ボールケース又はプラスチックケースに収容して運搬することが可能である。このため、ある程度大きな敷設面積のモジュールであっても運搬の際にはコンパクトにすることができる。この点は、設置の際の形状のまま運搬をせざるを得ないパネル型の太陽電池モジュールに対して顕著に有利な効果である。

次に、第二の実施形態の太陽電池モジュールについて説明する。図８は、第二の実施形態の太陽電池モジュールの要部を示した図である。第二の実施形態でも、保持部材はワイヤー２となっており、その断面形状が図８に示されている。
第一の実施形態では保持部材は単線式のワイヤー２であったが、第二の実施形態では複線式となっている。即ち、図８に示すように、ワイヤー２は、一対の芯線２１１、２１２と、一対の芯線２１１，２１２を取り囲んで設けられた補強被覆２３とから成っている。各芯線２１は、絶縁被覆２２によって覆われている。一対の芯線２１１，２１２の間には、絶縁シート２４が介在されており、お互いの絶縁性を高めている。

補強被覆２３は、同様にスチール製の細線を多数よじりながら巻き付けることで形成されている。例えば、各芯線２１１，２１２についてある程度の厚さで補強被覆２３を形成した後、絶縁シートを介在させながら、両者を重ね合わせ、さらに全体を取り囲むようにしてスチール製細線で補強した構造を採用し得る。

第二の実施形態におけるワイヤー２に対しても、第一の実施形態と同様の構造で円筒型セル１が連結される。即ち、円筒型セル１は、クッション部３５に挿入されて接着され、ソケット３３にリード１６が差し込まれた状態とされ、コネクタ３と一体化される。その上で、保持部材としてワイヤー２は、コネクタ３上下の蓋３１１，３１２の間に挟み込まれ、上下の蓋３１１，３１２が閉じられて噛み合い部３１４が噛み合わされた際、一対の圧着部３２１，３２２でかしめられながら圧着され、導通が確保される。尚、一対の芯線２１１，２１２のうちの一方は＋極性の線（プラス線）であり、他方は−極性の線（マイナス線）である。例えば図８の上側の芯線２１１がプラス線であるとすると、プラス線に対して導通させる場合、コネクタ３及び円筒型セル１は、図５に示すのと同じ姿勢としてワイヤー２に連結される。マイナス線に対して導通させる場合は、コネクタ３及び円筒型セル１を上下逆にし、ソケット３３がマイナス線に対して短絡された状態でコネクタ３及び円筒型セル１をワイヤー２に連結する。

第二の実施形態では、保持部材としてのワイヤー２は複線式であるので、複数の円筒型セル１を並列に接続したり直列に接続したりすることが可能であり、種々の配列パターンを採用し得る。以下、配列パターンの例について図９及び図１０を使用して説明する。図９は、第二の実施形態の太陽電池モジュールにおける円筒型セルの配列パターンの一例を示した概略図であり、図１０は、図９に示す配列パターンにおける円筒型セルの保持構造を示した断面概略図である。

図９及び図１０に示す配列パターンの太陽電池モジュールは、保持部材としてのワイヤーを３本備えている。３本のワイヤーを、以下、第一のワイヤー２Ａ、第二のワイヤー２Ｂ、第三のワイヤー２Ｃとする。第一のワイヤー２Ａと第二のワイヤー２Ｂとの間に架設されるようにして複数の円筒型セル１が離間した状態で並べられて保持されている。第二のワイヤー２Ｂと第三のワイヤー２Ｃとの間にも、複数の円筒型セル１が並べられて保持されている。

第一のワイヤー２Ａと第二のワイヤー２Ｂとの間に配列された各円筒型セル１を第一の群とし、第二のワイヤー２Ｂと第三のワイヤー２Ｃとの間に配列された各円筒型セル１を第二の群とすると、図９に概略的に示すように、第一の群の円筒型セル１は、−極のリードが第二のワイヤー２Ｂのマイナス線２Ｂ２に接続され、第二の群の円筒型セル１は、＋極が第二のワイヤー２Ｂのプラス線２Ｂ１に接続されている。
そして、図９に示すように、第二のワイヤー２Ｂにおいて、マイナス線２Ｂ２とプラス線２Ｂ１とは結線されている。したがって、この太陽電池モジュールは、並列に配列された第一の群の円筒型セル１と、並列に配列された第二の群の円筒型セル１とが、直列に接続された構造となっている。

各円筒型セル１の保持構造は、コネクタ３を使用したものであり、前述したのと同様である。但し、第二のワイヤー２Ｂについては、所定の極性となるよう連結の向きが選択されている。即ち、第二のワイヤー２Ｂは、マイナス線２Ｂ２が上側でプラス線２Ｂ１が下側になるよう配設されており、第一の群の円筒型セル１が備えたコネクタは、図１０中に（ａ）として拡大して示すように、上側のマイナス線２Ｂ２に対して第一圧着部３２１を短絡させている。そして、第二の群の円筒型セル１は、これとは上下を逆にしている。即ち、図１０中に（ｂ）として拡大して示すように、コネクタ３内の第一圧着部３２１が下から上に突出した姿勢となっており、下側のプラス線２Ｂ１に達して短絡された状態でワイヤー２に連結される。尚、第一のワイヤー２Ａ及び第三のワイヤー２Ｃは単線式であり、上下のどちら側から第一圧着部３２１が短絡しても良いことは言うまでもない。

図１１及び図１２には、さらに別の幾つかの例の配列パターンが示されている。図１１及び図１２は、円筒型セル１の配列パターンの別の例を示す概略図である。
図１１は、複数の円筒型セル１を放射状に配列したものである。各円筒型セル１は並列となっており、例えば＋極側を中心に向けて配列されている。各円筒型セル１は、中心側において小さい環状のワイヤー２Ｄに保持され、外側において大きな環状のワイヤー２Ｅで保持されている。図１１に示すものは、例えば円錐状（傘状）の屋根に取り付ける場合において適用し得る。

また、図１２には、複数の円筒型セル１を三次元状に配列した例が示されている。この例では、直方体の互いに平行な四つの辺に相当する位置にそれぞれ円筒型セル１が配置され、加えて、隣り合う二つの辺の間のほぼ中央の位置にそれぞれ円筒型セル１が配置されている。各円筒型セル１は平行である。そして、上下にワイヤー２が配設されており、各円筒型セル１の上下両端をコネクタ３を介して保持している。一方のワイヤー２は各円筒型セル１を＋極側で保持しており、他方のワイヤー２は−極側で保持しており、各円筒型セル１は、電気的には並列である。このような配置は、例えば、角棒状の柱の周囲に巻き付けるようにして実施形態のモジュールを設置する場合にあり得る。図１２に示すように配置したモジュールを上下に複数設け、各モジュールを直列に接続しても良い。

次に、第三の実施形態の太陽電池モジュールについて説明する。図１３は、第三の実施形態の太陽電池モジュールの要部を示す斜視概略図である。
第三の実施形態のモジュールは、二つの円筒型セルがユニットを形成しており、ユニット（以下、セルユニットという）を単位として保持部材に保持されている点、及び各円筒型セルがコンバータを介して保持部材に保持されている点で第一の実施形態と異なっている。
図１３に示すように、セルユニット１０は、並べられた二つの円筒型セル１と、コンバータ４とを備えている。二つの円筒型セル１及びコンバータ４は、細長い長方形状のベース板５上に固定されている。ベース板５は開口５０を有しており、各円筒型セル１に対してベース板５０の裏側からも開口５０を通して太陽光が当たるようになっている。

二つの円筒型セル１は配線１０１により直列に接続され、その出力がコンバータ４に接続されている。コンバータ４は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、二つの円筒型セル１の出力電圧を別の直流電圧に変換する。一例としては、円筒型セル１が色素増感太陽電池である場合、一つの円筒型セル１の出力は０．７Ｖ程度であり、合計１．４Ｖ程度の出力を５Ｖに変換するものがコンバータ４として使用される。このようなコンバータ４は、小さいチップ型のものであるが、例えばテキサス・インスツルメンツ社から低入力電圧同期整流方式昇圧型コンバータとして販売されており、それを用いることができる。

保持部材としては、図８に示す複線式のワイヤー２が使用される。ワイヤー２には、コネクタ３が装着され、コネクタ３を介してコンバータ４がワイヤー２に接続される。ベース板５には図８に示すものと類似した構造のコネクタ３が固定されて一体化されている。

このコネクタ３の図示は省略するが、ソケットが設けられていないことを除き、図８に示すものとほぼ同様の構造である。即ち、一対の圧着部は、双方とも図５の第一圧着部３２１のように補強被覆２３を切断して芯線３１１，３１２に短絡可能なものとされる。各圧着部のうち、プラス線に接触する圧着部にはコンバータ４の＋端子が配線により短絡され、マイナス線に接触する圧着部にはコンバータ４の−端子が配線により短絡されている。同様に、上下の蓋を噛み合い部で噛み合わせて閉じることで一対の圧着部が各芯線に接触し、導通が確保される。尚、ベース板５の他端にもコネクタが設けられ、他端の側でもワイヤー２で保持されるようにする場合もある。
このような構造であるセルユニット１０が複数設けられており、各セルユニット１０がコネクタ３によりワイヤー２に接続されている。この場合、各セルユニット１０は並列の接続になるが、直接の接続とする構造が採用されることもある。

この実施形態でも、各セルユニット１０は隣接するセルユニット１０に対して変位可能であり、同様に設置箇所の自由度が増したり運搬や保管が容易であったりする効果が得られる。その上、二つの円筒型セル１が直列に配列されて一つのセルユニット１０を形成しており、セルユニット１０はコンバータ４を含んでいるので、より大きな出力電圧を規格化された値で取り出すことができる。そして、セルユニット１０がワイヤー２に対して着脱自在であるので、任意のセルユニット１０のみ交換することができる。

尚、より大きな出力電圧を規格化された値で取り出すことができ、且つ任意のセルユニットのみを交換できるという効果は、円筒型セル１を変位可能にする保持部材を使用しない場合でも得られる。したがって、直列接続の複数の円筒型セルとコンバータとから成るセルユニットを保持部材に対して着脱自在とした構造は、円筒型セルを変位可能とするかどうかに関わりなく成立する独立した発明と捉えることもできる。

次に、本願発明の太陽電池モジュールにおける保持部材の他の例について説明する。図１４は、保持部材の他の例について示した概略図である。
前述した各実施形態では保持部材はワイヤー２であったが、ベルトであっても良い。図１４（１）には、ベルト６である保持部材の一例が示されている。この例の保持部材は、「曲がるカーテンレール」として市販されている樹脂製の柔軟なカーテンレールと同様の材質及び構造である。ベルト６は断面ほぼコ状の部分を有するレール状であり、カーテンレールにおけるランナーのようにコネクタ３が滑動可能な構造を有する。

コネクタ３は、内蔵したソケットに円筒型セル１のリードを差し込んだ状態で円筒型セル１に固定されている。円筒型セル１をベルト６に連結する場合、カーテンレールにランナーを装着する場合と同様、ベルト６の端部（解放端）からコネクタ３を差し込み、コネクタ３及び円筒型セル１を一体にベルト６に保持させる。そして、ベルト６に沿ってコネクタ３を滑動させて円筒型セル１を移動させ、任意の位置で停止させてその位置で円筒型セル１を固定する。固定は、ネジ止め、圧着端子と同様のカシメ又は接着等の方法によることができる。
ベルト６、樹脂製の柔軟なものであるが、塑性変形する金属で形成されたものや塑性変形する金属の樹脂で覆った構造のものが使用されることもある。いずれにしても、ベルト６は変形可能であるので、ワイヤー２と同様、保持部材として使用し得る。

また、電気的導通の機能をベルト６に持たせる場合、ベルト６の肉厚部の内部に配線を設けており、コネクタ３の取り付けの際に肉厚を貫通させながらソケット３３の端子を配線に接触させる構造が採用できる。尚、円筒型セル１がコネクタ３に対して着脱可能な構造とし、コネクタ３をベルト６に差し込んでからコネクタ３に円筒型セル１を装着するようにしても良い。

図１４（２）には、別の保持部材の例が示されている。この例では、多数の部材を連結したものが全体として保持部材を構成している。大きさの異なる大小のブロック状の部材（ブロック材）７が相互に連結され、全体として保持部材を形成されている。ブロック材７は、回転軸としてピン７１を介して連結されており、ピン７１の回りにお互いに回転可能である。ピン７１は、図１４（２）の紙面垂直方向に長い。

ブロック材７の幾つかは、円筒型セル１を装着可能な構造となっている。例えば、図５に示すものと同様のソケット３３を内蔵した構造とすることが考えられる。多数のブロック材７から成る保持部材は、一対設けられ、平行に並べられた各円筒型セル１を両端で保持する。尚、各ブロック材７について円筒型セル１を装着して保持するようにしても良い。
この保持部材において、各ブロック材７を連結しているピン７１の長手方向は、装着された円筒型セル１の長手方向に一致している。このため、ワイヤー２やベルトの場合と同様にモジュール全体を丸めてコンパクトにすることができる。この例において保持部材に導通の役目も兼ねさせる場合、各ブロック材７を筒形として内部空間を連通させ、そこを通して配線を設けた構造が採用できる。

図１４に示す各例の保持部材と比較すると、第一の実施形態における保持部材（ワイヤー２）は、各円筒型セル１の変位の自由度がより高いということができる。即ち、ワイヤー２の場合、円筒型セル１は、隣接する円筒型セル１に対して長手方向に変位することも可能であるし、斜めの方向にも変位することが可能である。この点で、ワイヤー２を保持部材として使用することは好適である。

前述したように、各実施形態の太陽電池モジュールは、各円筒型セル１が離間して設けられているので、採光が必要な屋根や壁面に好適に取り付けられる。この例が、ビニールハウスのような植物育成ハウスである。植物育成ハウスの屋根や壁面への取り付けを考慮すると、長日用の電源装置として太陽電池モジュールを設置することが考えられる。この場合、植物育成ハウス内には長日用光源が設けられ、太陽電池モジュールは蓄電部に接続される。長日用光源は、電圧調整部を介して蓄電部に接続される。太陽電池モジュールが発生させた電力はいったん蓄電部に蓄えられ、電圧調整器を介して長日用光源に供給される。長日用光源のオンオフは、日の出や日没のタイミングに応じて制御される。

また、各実施形態の太陽電池モジュールは、構造物の支柱に取り付けることができる。即ち、保持部材が上下で支柱を取り囲む状態とし、各円筒型セル１が支柱の長さ方向に沿った状態とし、モジュール全体が支柱に取り付けられた状態とする。
屋外に設けられた支柱、又は植物育成ハウス内のような屋内の明るい場所に設けられた支柱については、上記のように実施形態の太陽電池モジュールを好適に設置することができる。植物育成ハウスの場合、機器の取り付けのために新たに地面を掘って支柱を取り付けることは好ましくない場合が多い。実施形態の太陽電池モジュールは、既存の支柱に対して設けることができるので、この点で好適である。

上記各実施形態では、円筒型セル１は色素増感太陽電池であったが、他の太陽電池であっても円筒型であれば適用が可能である。例えば、ＣＩＧＳ太陽電池では円筒型のものが既に実用化されており、本願発明における円筒型セルとして用いることができる。
尚、本願発明において、「円筒」の語は広く解釈されるものであり、幾何学的に厳密な意味における円筒のみならず、断面楕円形のものも「円筒」の概念に含まれるものとする。また、「円筒」の語は、中味が空洞であるもの、中味が詰まったものの双方を含む概念である。

１ 円筒型セル
１０ セルユニット
１６ リード
２ 保持部材としてのワイヤー
３ コネクタ
４ コンバータ
６ 保持部材としてのベルト
７ 保持部材を構成するブロック体

Claims (6)

1. 複数の円筒型太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールであって、
   各円筒型太陽電池セルは、互いに離間した状態で両端を保持部材で保持されて連結されており、
   保持部材は、一つの円筒型太陽電池セルに対して隣接する円筒型太陽電池セルを相対的に変位させることが可能な状態で各円筒型太陽電池セルを保持して連結しており、
   円筒型太陽電池セルは色素増感太陽電池セルであり、
   保持部材は、モジュールが全体に丸められ複数の円筒型太陽電池セルが束ねられるように変位可能なワイヤー又はベルトであり、
   ワイヤー又はベルトである保持部材に対して、当該ワイヤー又はベルトの長さ方向の任意の位置に連結可能であって且つ取り外し可能なコネクタが設けられており、各コネクタに対して各円筒型太陽電池セルの端部が装着されていて各コネクタを介して各円筒型太陽電池セルが保持部材に連結されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記保持部材は、前記円筒型太陽電池セルが発生させた電力を送る送電路を備えていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記送電路は、ワイヤー又はベルトである前記保持部材が備える一対の芯線であり、一対の芯線は互いに極性の異なるものであることを特徴とする請求項２記載の太陽電池モジュール。
4. 前記円筒型太陽電池セルは、前記コネクタに対して着脱自在に装着されることで前記保持部材に連結されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の太陽電池モジュール。
5. 前記複数の円筒型太陽電池セルのうちのいずれかの二つは、直列に接続された二つの円筒型太陽電池セルであり、当該二つの円筒型太陽電池セルと、当該二つの円筒型太陽電池セルの出力電圧を変換するコンバータとがセルユニットを形成しており、セルユニットが前記保持部材で保持されて連結されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 前記二つの円筒型太陽電池セルと前記コンバータは、一つのベース板上に固定されており、ベース板は、各円筒型太陽電池セルに太陽光が当たるようにするための開口を有していることを特徴とする請求項５記載の太陽電池モジュール。

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