JP5941625B2 - 膜状太陽光発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、長尺体である可撓性太陽電池が用いられて織物構造とされた膜状太陽光発電装置に関するものである。

上記太陽光発電装置を構成する太陽電池は、太陽光を受光してその光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する素子であり、近時、下記特許文献１で示されるように、可撓性のものが提案されている。

具体的には、上記特許文献１の明細書の［００１８］に記載のように、第１の構成の太陽電池は、導電性繊維よりなる織物を電極とし、その上に高分子光電位誘起層と集電極とを順次形成したというものであり、この集電極は、スクリーン印刷、蒸着、メッキ、熱圧着などを用いて導電塗料や金属の薄膜により形成されている。

また、上記特許文献１の明細書の［００１９］〜［００２１］に記載のように、第２、第３の構成の太陽電池は、経糸と緯糸とによる織物である導電性繊維で構成され、上記経糸と緯糸との間で確実な電気的接触を得るため、これら両糸は接着あるいは融着により互いに固着されて電気的特性の安定化が図られている。

即ち、上記従来の技術における第１〜第３の構成の各太陽電池は、その厚さ方向には撓み易いものであるが、上記した薄膜の存在や両糸の互いの固着によって、その面方向の各部分におけるそれぞれ面方向での変形はし難い構造となっている。このため、これら各太陽電池をそれぞれ全体的に見れば、これらはフィルム状の構造であるといえる。

特開平５−３６９９９号公報

ところで、上記した従来の技術の太陽電池を大きい面積のものとして、この太陽電池の外縁部を固定側部材に支持させ、この太陽電池を太陽に向かうよう張設することにより膜状太陽光発電装置を形成することが考えられる。この場合、この太陽光発電装置の太陽電池には、その自重や風圧などの荷重により引張力が与えられることから、この引張力に基づき、この太陽電池の面方向の各部分には引張応力が生じることとなる。

ここで、前記したように、従来の技術の各太陽電池はそれぞれフィルム状の構造であり、このため、上記したように太陽電池の面方向の各部分に引張応力が生じるときには、この太陽電池の面方向におけるいずれか一部分には大きい応力集中が生じがちとなる。そして、このように太陽電池の一部分に大きい応力集中が生じたとすると、前記従来の技術の第１の構成の太陽電池における一部分では、前記導電塗料や金属の薄膜に亀裂が入るなど破損するおそれがあり、また、前記従来の技術の第２、第３の構成の太陽電池における一部分では、経糸と緯糸との互いの固着が破断するおそれがある。よって、上記従来の技術のような太陽光発電装置には、寿命を向上させる上で、改善の余地が残されている。

本発明は、上記のような事情に注目してなされたもので、本発明の目的は、可撓性太陽電池を用いて膜状太陽光発電装置を形成する場合に、この太陽光発電装置の一部分に応力集中が生じることを防止して、太陽光発電装置の寿命を向上させることができるようにすることである。

請求項１の発明は、図１に例示するように、それぞれ縦方向Ａに延びて、この縦方向Ａに対する横方向Ｂに並設される複数本の可撓性縦長尺材７と、それぞれ横方向Ｂに延びて縦方向Ａに並設される複数本の可撓性横長尺材８とによる織物構造をなし、上記複数本の各長尺材７，８のうち、少なくとも一部本数の長尺材８ａは太陽電池１０であり、

図１に例示するように、上記複数本の各長尺材７，８のうち、他部本数の長尺材７，８ｂは繊維材１１であり、上記太陽電池１０と上記繊維材１１とを交互に並設されたものであり、

図２，３に例示するように、上記太陽電池１０は、帯形状のものが撚られた構成の螺旋形状の紐形状を有しており、

図３に例示するように、上記紐形状の太陽電池１０内にこの太陽電池１０補強用に設けられた繊維製芯材１９を有することを特徴とする膜状太陽光発電装置である。

なお、この項において、上記各用語に付記した符号や図面番号は、本発明の技術的範囲を後述の「実施例」の項や図面の内容に限定解釈するものではない。

本発明による効果は、次の如くである。

請求項１の発明は、それぞれ縦方向に延びて、この縦方向に対する横方向に並設される複数本の可撓性縦長尺材と、それぞれ横方向に延びて縦方向に並設される複数本の可撓性横長尺材とによる織物構造をなし、上記複数本の各長尺材のうち、少なくとも一部本数の長尺材を太陽電池で構成した膜状太陽光発電装置であるため、次の効果が生じる。

即ち、例えば、上記太陽光発電装置が太陽光に向かうようこの太陽光発電装置の外縁部を固定側部材に支持させて上記太陽光発電装置を張設したとする。すると、この太陽光発電装置には、その自重や風圧などの荷重により引張力が与えられることから、この引張力に基づき、この太陽光発電装置の面方向の各部分には引張応力が生じようとする。

ここで、上記したように、太陽光発電装置は縦長尺材と横長尺材とによる織物構造とされている。このため、上記したように、太陽光発電装置の面方向の各部分に引張力が与えられるときには、この引張力によって、上記太陽光発電装置の各部分には、織物構造として次の作用が生じる。即ち、上記引張力によって、上記太陽光発電装置の各部分における上記縦長尺材と横長尺材とは、互いの干渉を避けつつ互いにわずかながらでも摺動したり交角が変化したりして上記引張力を逸らすよう、その面方向で変形する。

よって、上記したような太陽光発電装置の各部分における面方向での変形という織物構造としての作用により、上記引張力に基づき上記各部分で縦長尺材や横長尺材に生じようとする引張応力は軽減される。このため、上記太陽光発電装置の面方向の一部分に応力集中が生じることは防止される。この結果、応力集中によって上記一部分が破損することは防止され、これにより、上記太陽光発電装置の寿命を向上させることができる。

また、上記複数本の各長尺材のうち、他部本数の長尺材を繊維材で構成し、上記太陽電池と繊維材とを交互に並設している。

このため、上記したように、太陽光発電装置の面方向の各部分に引張力が与えられるとき、上記繊維材が上記太陽電池のための補強部材として働き、上記引張力を主に支持する。よって、上記太陽電池への上記引張力による負荷が軽減されて、太陽光発電装置の寿命を、より確実に向上させることができる。

また、上記太陽電池を、原形が帯形状のものから螺旋形状になるよう撚ることによって紐形状にしている。

このため、前記したように、太陽光発電装置を張設したことにより、この太陽光発電装置の面方向の各部分に引張力が与えられ、この際、上記太陽電池の長手方向に引張力が与えられたときには、この太陽電池は撚られたものであるため、その長手方向に円滑に伸長する。よって、この太陽電池に代えて上記繊維材がより確実に上記引張力を主に支持することから、上記太陽電池に引張力が与えられることが抑制され、これにより、太陽光発電装置の寿命をより確実に向上させることができる。

また、上記紐形状にした太陽電池内にこの太陽電池補強用の繊維製芯材を設けている。

このため、前記したように、太陽光発電装置を張設したことにより、この太陽光発電装置の面方向の各部分に引張力が与えられ、この際、上記太陽電池と芯材とのそれぞれ長手方向に引張力が与えられたときには、この太陽電池は撚られたものであるため、その長手方向に円滑に伸長しようとする一方、上記芯材により上記引張力が支持される。よって、上記太陽電池に引張力が与えられることがより確実に抑制され、これにより、太陽光発電装置の寿命を、更に確実に向上させることができる。

また、上記太陽電池内に芯材を設けた分、この太陽電池の外径を大きくできてその受光面積を大きくできる。よって、太陽光発電装置における光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が向上する。

参考例１を示し、太陽光発電装置の部分一部破断図である。 参考例２を示し、太陽電池の形成過程を示す図である。 実施例１を示し、太陽電池の他の形成過程を示す図である。

本発明の膜状太陽光発電装置に関し、可撓性太陽電池を用いて太陽光発電装置を形成する場合に、この太陽光発電装置の一部分に応力集中が生じることを防止して、太陽光発電装置の寿命を向上させることができるようにする、という目的を実現するため、本発明を実施するための形態は、次の如くである。

即ち、膜状太陽光発電装置は、それぞれ縦方向に延びて、この縦方向に対する横方向に並設される複数本の可撓性縦長尺材と、それぞれ横方向に延びて縦方向に並設される複数本の可撓性横長尺材とによる織物構造とされている。上記複数本の各長尺材のうち、少なくとも一部本数の長尺材が太陽電池で構成されている。

上記複数本の各長尺材のうち、他部本数の長尺材が繊維材で構成され、上記太陽電池と繊維材とは交互に並設される。上記太陽電池は、原形が帯形状のものから螺旋形状になるよう撚ることによって紐形状にされる。上記紐形状にした太陽電池内にこの太陽電池補強用の繊維製芯材が設けられる。
（参考例１）

本発明についての参考例１を添付の図１に従って説明する。

図１において、符号１は、膜状太陽光発電装置である。この太陽光発電装置１は、膜状の発電装置本体２と、この発電装置本体２の面方向における各外縁部をそれぞれ把持して建造物などの固定側部材３に支持させる支持具４とを備えている。上記発電装置本体２は、これが太陽光に向かうよう、かつ、所定形状を保持するよう張設される。

上記発電装置本体２は、それぞれ縦方向Ａに延びて、この縦方向Ａに対し直交する横方向Ｂに並設される複数本の可撓性縦長尺材７と、それぞれ横方向Ｂに延びて縦方向Ａに並設される複数本の可撓性横長尺材８とによる平織の織物構造とされている。なお、この織物構造は綾織であってもよい。

上記複数本の各長尺材７，８のうち、一部本数の長尺材８ａが可撓性太陽電池１０で構成されている。具体的には、上記複数の横長尺材８のうちの一部本数の長尺材８ａが太陽電池１０とされ、上記縦方向Ａに並設された複数の横長尺材８のうちの三本目毎の横長尺材８が一部本数の長尺材８ａであって上記太陽電池１０とされている。これら各太陽電池１０は原形が帯形状とされて、展開した平坦形状のままに保持されている。

上記複数本の各長尺材７，８のうち、上記一部本数の長尺材８ａを除く他部本数の長尺材７，８ｂは、繊維材１１による紐形状（糸を含む）とされている。上記縦方向Ａにおいて、上記一本の太陽電池１０と二本の繊維材１１とが規則的に交互に並設されている。

上記繊維材１１は、ケナフ、ジュートその他の天然繊維、ポリアミド系繊維、ポリアラミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、アクリル系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリエチレン系繊維その他の合成繊維、または、ガラス繊維、シリカ繊維、バサルト繊維その他の無機繊維の何れかまたは組み合わせたものを使用することが出来る。

上記太陽電池１０で生じた電力を取り出す端子ボックス１４と、この端子ボックス１４に電線１５により接続されて上記各太陽電池１０からの出力電力を入力するバッテリなど電気機器１６とが設けられている。

なお、上記各縦長尺材７のうちの一部本数の長尺材を太陽電池１０で構成してもよく、各長尺材７，８の全てを太陽電池１０で構成してもよい。

上記構成によれば、膜状太陽光発電装置１は、それぞれ縦方向Ａに延びて、この縦方向Ａに対する横方向Ｂに並設される複数本の可撓性縦長尺材７と、それぞれ横方向Ｂに延びて縦方向Ａに並設される複数本の可撓性横長尺材８とによる織物構造をなし、上記複数本の各長尺材７，８のうち、少なくとも一部本数の長尺材８ａを太陽電池１０であるため、次の効果が生じる。

即ち、例えば、上記太陽光発電装置１の発電装置本体２が太陽光に向かうようこの発電装置本体２の外縁部を固定側部材３に支持させて上記発電装置本体２を張設したとする。すると、この発電装置本体２には、その自重や風圧などの荷重により引張力が与えられることから、この引張力に基づき、この発電装置本体２の面方向の各部分には引張応力が生じようとする。

ここで、上記したように、太陽光発電装置１の発電装置本体２は縦長尺材７と横長尺材８とによる織物構造とされている。このため、上記したように、太陽光発電装置１の発電装置本体２の面方向の各部分に引張力が与えられるときには、この引張力によって、上記太陽光発電装置１の発電装置本体２の各部分には、織物構造として次の作用が生じる。即ち、上記引張力によって、上記太陽光発電装置１の発電装置本体２の各部分における上記縦長尺材７と横長尺材８とは、互いの干渉を避けつつ互いにわずかながらでも摺動したり交角が変化したりして上記引張力を逸らすよう、その面方向で変形する。

よって、上記したような太陽光発電装置１の発電装置本体２の各部分における面方向での変形という織物構造としての作用により、上記引張力に基づき上記縦長尺材７や横長尺材８に生じようとする引張応力は軽減される。このため、上記太陽光発電装置１の発電装置本体２の面方向の一部分に応力集中が生じることは防止される。この結果、応力集中によって上記一部分が破損することは防止され、これにより、上記太陽光発電装置１の寿命を向上させることができる。

また、前記したように、複数本の各長尺材７，８のうち、他部本数の長尺材７，８ｂを繊維材１１で構成し、上記太陽電池１０と繊維材１１とを交互に並設している。

このため、上記したように、太陽光発電装置１の発電装置本体２の面方向の各部分に引張力が与えられるとき、上記繊維材１１が上記太陽電池１０のための補強部材として働き、上記引張力を主に支持する。よって、上記太陽電池１０への上記引張力による負荷が軽減されて、太陽光発電装置１の寿命を、より確実に向上させることができる。

また、前記したように、織物構造を平織構造とし、上記太陽電池１０の原形を帯形状にして、展開した平坦形状のままに保持させている。

このため、上記太陽電池１０の受光面積を大きくできることから、この太陽光発電装置１における光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が向上する。

なお、以上は図示の例によるが、上記太陽光発電装置１が、固定側部材３に支持されて張設される膜体と、この膜体に沿って複数設けられると共にこの膜体に取り付けられる上記膜状の発電装置本体２とを備えるようにしてもよい。

また、上記繊維材１１の外面を、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリウレタン、フッ素樹脂、ポリスチレン、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリアミド、アクリル樹脂等により被覆してもよい。このようにすれば、上記繊維材１１の耐久性を、より向上させることが可能となって、太陽光発電装置１の寿命を、より向上させることができる。

以下の図２は参考例２を示し、図３は本願発明の実施例１を示している。これら参考例２と実施例１とは、前記参考例１と構成、作用効果において多くの点で共通している。そこで、これら共通するものについては、図面に共通の符号を付してその重複した説明を省略し、異なる点につき主に説明する。また、上記参考例１，２における各部分の構成を、本発明の目的、作用効果に照らして上記実施例１の各部分の構成に種々組み合せてもよい。
（参考例２）

本発明についての参考例２を添付の図２に従って説明する。

図２において、符号（ａ）〜（ｅ）は、上記太陽電池１０を、原形が帯形状のものから螺旋形状となるよう撚ることによって紐形状にする場合の順序を示している。

図２中（ｅ）は，螺旋形状への撚りが完了した紐形状の太陽電池１０を示している。そして、この太陽電池１０が前記参考例１の一部本数の長尺材８ａに適用される。

上記構成によれば、前記参考例１にて説明のように、太陽光発電装置１の発電装置本体２を張設したことにより、この発電装置本体２の面方向の各部分に引張力が与えられ、この際、上記太陽電池１０の長手方向に引張力が与えられたときには、この太陽電池１０は撚られたものであるため、その長手方向に円滑に伸長する。よって、この太陽電池１０に代えて上記繊維材１１がより確実により上記引張力を主に支持することから、上記太陽電池１０に引張力が与えられることが抑制され、これにより、太陽光発電装置１の寿命をより確実に向上させることができる。

本発明をより詳細に説明するために、その実施例１を添付の図３に従って説明する。

図３において、符号（ａ）〜（ｃ）は、上記太陽電池１０を前記参考例２のように撚ると共に、このように撚られて紐形状とされた太陽電池１０内に繊維製の芯材１９を設ける場合の順序を示している。

図３中（ｄ）は、前記参考例２のように紐形状にした太陽電池１０内にこの太陽電池１０の補強用の繊維製芯材１９を設けたものを示している。そして、この太陽電池１０が芯材１９と共に前記参考例１の一部本数の長尺材８ａに適用される。なお、上記芯材１９は前記繊維材１１と同様の素材が利用でき、前記繊維材１１と同構成のものであってもよいが、この繊維材１１よりも強度を、より大きくしてもよい。

上記構成によれば、前記参考例２にて説明のように、太陽光発電装置１の発電装置本体２を張設したことにより、この発電装置本体２の面方向の各部分に引張力が与えられ、この際、上記太陽電池１０と芯材１９とのそれぞれ長手方向に引張力が与えられたときには、この太陽電池１０は撚られたものであるため、その長手方向に円滑に伸長しようとする一方、上記芯材１９により上記引張力が支持される。よって、上記太陽電池１０に引張力が与えられることがより確実に抑制され、これにより、太陽光発電装置１の寿命を、更に確実に向上させることができる。

また、上記太陽電池１０内に芯材１９を設けた分、この太陽電池１０の外径を大きくできてその受光面積を大きくできる。よって、太陽光発電装置１における光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が向上する。

１ 太陽光発電装置
２ 発電装置本体
３ 固定側部材
４ 支持具
７ 縦長尺材
８ 横長尺材
８ａ 一部本数の長尺材
７，８ｂ 他部本数の長尺材
１０ 太陽電池
１１ 繊維材
１９ 芯材
Ａ 縦方向
Ｂ 横方向

Claims (2)

1. それぞれ縦方向に延びて、この縦方向に対する横方向に並設される複数本の可撓性縦長尺材と、それぞれ横方向に延びて縦方向に並設される複数本の可撓性横長尺材とによる織物構造をなし、
   上記複数本の各長尺材のうち、少なくとも一部本数の長尺材は太陽電池であり、
   上記複数本の各長尺材のうち、他部本数の長尺材は繊維材であり、
   上記太陽電池と上記繊維材とは交互に並設されたものであり、
   上記太陽電池は、帯形状のものが撚られた構成の螺旋形状の紐形状を有しており、
   上記紐形状の太陽電池内にこの太陽電池補強用に設けられた繊維製芯材を有することを特徴とする膜状太陽光発電装置。
2. 前記織物構造の面方向における各外縁部をそれぞれ把持する支持部をさらに備える請求項１に記載の膜状太陽光発電装置。

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