JP5983471B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、車両に設けられる、複数の粒状太陽電池を備える太陽電池モジュールに関する。

複数の粒状太陽電池を備える太陽電池モジュールの製造に関する技術として、例えば特許文献１、２に記載されたものがある。

特許文献１では、複数の球体セル（球状太陽電池）が樹脂シートに埋め込み配置された状態をつくり、その後、球体セルの側面に導電性ペーストを塗布するとともに、球体セル同士を導電性ペーストで接続している。

特許文献２では、プリント配線された樹脂シートの上に複数の球状ソーラセルが配置されたものを１組つくり、その後、両者の球状ソーラセルが配置された側を重ね合わせて接合する。最後に、両者の間の空間に樹脂を充填してソーラモジュールが完成させている。

特開２００２−１００７９２号公報 国際公開第２００３／０３６７３１号パンフレット

ここで、特許文献１、２に記載のような太陽電池モジュール（太陽電池パネル）を、例えば車両のルーフに適用する場合には次のような問題点がある。

特許文献１では、小さな球体セル同士の間を全て導電性ペーストにて接続している。特許文献２では、小さな球状ソーラセル同士の間を全てプリント配線にて接続している。このような配線方法、すなわち、球状太陽電池同士の間を全て導電性ペーストまたはプリント配線で接続するという方法を車両のルーフに適用した場合、導電性ペースト、プリント配線の熱伸縮などによる破損（断線）が懸念される。

ここで、細くて堅牢な導電性部材、例えば金属の細い線材で球状太陽電池同士を接続すると、導電性ペースト、プリント配線に比べて断線に対する信頼性が高まる。しかしながら、この場合は、出力特性の変更に柔軟に対応し難いという問題点がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、球状太陽電池同士を強固に連結しつつも、出力特性の変更に柔軟に対応することができる太陽電池モジュールを提供することである。

本発明は、複数の粒状太陽電池と、前記複数の粒状太陽電池がそれぞれ嵌め込まれる有底の複数の凹部が形成された樹脂パネルと、を備える太陽電池モジュールである。前記粒状太陽電池同士はリード線で接続されており、前記リード線の端末同士が導電性ペーストで接続されている。

本発明によると、球状太陽電池同士を強固に連結しつつも、出力特性の変更に柔軟に対応することができる太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールを備える車両のルーフの一部を示す図である。 図１に示した太陽電池モジュールの出力特性を変更した例を示す図である。 図１に示した太陽電池モジュールの出力特性を変更した例を示す図である。 本発明の第２実施形態の太陽電池モジュールを備える車両のルーフの一部を示す図である。 図１に示した太陽電池モジュールの出力の取り出し方の一例を示す図である。 図１に示した太陽電池モジュールのリード線端末部分を樹脂パネルで覆った場合を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。以下に示す実施形態では、本発明の太陽電池モジュール（太陽電池パネル）を車両のルーフに適用した場合を例示している。なお、本発明の太陽電池モジュールは、車両のルーフに設けた窓、車両の側面の窓、後面の窓などにも適用することができる。

（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態の太陽電池モジュール１００を備える車両のルーフの一部を示す平面図である。図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれ、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。

図１に示したように、太陽電池モジュール１００は、多数（複数）の球状太陽電池１と、これらの球状太陽電池１が嵌め込まれる樹脂パネル３と、球状太陽電池１同士を連結（接続）するリード線２と、を備えている。

<球状太陽電池>
球状太陽電池１は、光エネルギーを直接電力に変換する素子であって、球状のｐ型半導体の表面にｎ型半導体の層を形成してなるものである。その直径は、例えば１．０ｍｍである。なお、太陽電池の形状は、球状のものに限定されることはない。円柱状、六面体（立方体・直方体）状などの多面体形状であってもよい。球状、円柱状、および多面体形状の総称として「粒状」と呼び、このような形状を有する太陽電池のことを粒状太陽電池と呼ぶこととする。

<リード線>
リード線２は、球状太陽電池１で得られた電力を送電する導電線であって、金属の細い線材からなる。リード線２の端末同士は、導電性ペースト４で接続されている。

<樹脂パネル>
樹脂パネル３は、例えばポリカーボネート製の透明または半透明のパネル（絶縁性パネル）である。図１（ｃ）にその断面形状を示すように、車両の所望のルーフの形状に合わせて湾曲した形状とされる。樹脂パネル３の一方の面には、球状太陽電池１が嵌め込まれる有底の複数の凹部１１、およびリード線２が嵌め込まれる溝１２が形成されている。

複数の凹部１１は、樹脂パネル３の表面に、縦・横複数列、所定の間隔をあけてマトリックス状に形成されている。この凹部１１の底部の形状は、球状太陽電池１の半分が面接触する球形とされており、凹部１１の側面は円筒状とされている。

リード線２が嵌め込まれる溝１２は、それぞれ一列に並ぶ複数の凹部１１の両側に、凹部１１の端と一部重なる態様で形成されている。樹脂パネル３の厚み方向に関しては、球状太陽電池１の真横にリード線２が位置する深さの溝１２とされている（図１（ｂ）参照）。

これらの凹部１１および溝１２は、樹脂パネル３を例えば射出成形により製造する際に同時成形される。

<太陽電池モジュールの製造（組立）方法>
樹脂パネル３の凹部１１に球状太陽電池１を嵌め込む前に、複数の球状太陽電池１の両側にそれぞれリード線２を取り付けて、リード線付き球状太陽電池２１を作製する（本実施形態では、６個の球状太陽電池１の両側にリード線２を取り付けた例を示している）。なお、２本のリード線２のうちの一方のリード線２は、複数の球状太陽電池１のｐ型半導体部分に取り付けられ、他方のリード線２はｎ型半導体部分に取り付けられる。

本実施形態では、例示として、リード線付き球状太陽電池２１を計４組作製することとしているが、実際の製品では、通常、これよりも多くの組のリード線付き球状太陽電池２１を作製することとなる。すなわち、リード線付き球状太陽電池２１の数（組数）は、本実施形態のものに限られることはない。同様に、１組当たりの球状太陽電池１の個数も本実施形態のものに限られることはない。

次に、球状太陽電池１の両側にリード線２が予め取り付けられた状態で（リード線付き球状太陽電池２１の状態で）、球状太陽電池１およびリード線２を、それぞれ、樹脂パネル３の凹部１１および溝１２に嵌め込む。樹脂パネル３の凹部１１への球状太陽電池１の嵌め込みは、例えば、圧入、溶着などの方法を用いる。

その後、リード線２の端末同士を導電性ペースト４で接続する。具体的には、例えばディスペンサーを用いて樹脂パネル３の表面に導電性ペースト４（例えば、銀ペースト）を塗布することで、リード線２の端末同士を導電性ペースト４で接続する。本実施形態では、複数のリード線付き球状太陽電池２１が直列接続となるように、リード線２の端末同士を導電性ペースト４で接続している。なお、並んで配置された複数のリード線２のうちの端のリード線２（２ａ、２ｈ）は、コンバーター５（例えば図４参照）などへの出力の取り出し線となる。これら２本のリード線２（２ａ、２ｈ）の端末を一端とする導電性ペースト４の他端がどのようになっているかの図示は図１では省略している。
これで、太陽電池モジュール１００ができ上がる。

なお、樹脂パネル３の凹部１１および溝１２にそれぞれ嵌め込まれた球状太陽電池１およびリード線２、ならびに樹脂パネル３の表面の導電性ペースト４を、エポキシ・ウレタン・シリコンなどの樹脂（不図示）で包埋してもよい。
または、樹脂パネル３のうちの球状太陽電池１およびリード線２が嵌め込まれた側の表面に、球状太陽電池１、リード線２、および導電性ペースト４を覆うように、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などのフィルム（不図示）を貼り付けてもよい。
これらにより、樹脂パネル３への球状太陽電池１の固定の信頼性が高まる。

<出力特性の変更例>
前記したように、図１（ａ）に示したリード線付き球状太陽電池２１の接続（導電性ペースト４による接続）は直列接続のパターンである。これに対して、図２に示しているのは、リード線付き球状太陽電池２１の導電性ペースト４による並列接続のパターンである。また、図３に示しているのは、リード線付き球状太陽電池２１の導電性ペースト４による直列接続と並列接続とを組み合わせた複合接続のパターンである。

<作用・効果>
図１（ａ）、図２、および図３を見比べたらわかるように、球状太陽電池１（リード線付き球状太陽電池２１）の配置を変更することなく、導電性ペースト４の塗布パターンにより、太陽電池モジュール１００の出力特性を変更することができる。すなわち、リード線２の端末同士を導電性ペースト４で接続する方法をとることで、太陽電池モジュール１００の出力特性の変更に柔軟に対応することができる。一方、球状太陽電池２１同士はリード線２で接続されているので、その接続（連結）は強固である。
すなわち、本発明によると、球状太陽電池１同士を強固に連結しつつも、出力特性の変更に柔軟に対応することができる太陽電池モジュールを提供することができる。
また、本実施形態のように球状太陽電池２１同士をリード線２で接続する場合、樹脂パネル３の凹部１１に球状太陽電池１が嵌め込まれた状態において、球状太陽電池１同士間のリード線２部分にたわみを持たせることができる（プリント配線では不可能である）。当該リード線２部分にたわみを持たせることで、樹脂パネル３の熱伸縮をこのたわみ部分で吸収することができ、その結果、リード線２はより破断しにくい。

（第２実施形態）
図４を参照しつつ本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態の太陽電池モジュール１０１は、球状太陽電池１で得られた電力を変換するコンバーター５（電流変換器）をさらに備えている。

図４に示したように、コンバーター５は、樹脂パネル３の球状太陽電池１が配置された側の面に取り付けられている。樹脂パネル３に凹部を設け、この凹部にコンバーター５を嵌め込む形態で、樹脂パネル３にコンバーター５を取り付けてもよいし、樹脂パネル３の表面にコンバーター５を直接取り付けてもよい。

ここで、並んで配置された複数のリード線２のうちの端のリード線２（２ａ、２ｈ）の端末と、コンバーター５との間は、導電性ペースト４で接続されている。当該接続も、前記したと同様に、例えばディスペンサーを用いて樹脂パネル３の表面に導電性ペースト４（例えば、銀ペースト）を塗布することでなされる。

リード線２の端末とコンバーター５との間を導電性ペースト４で接続する方法をとることで、樹脂パネル３に対するコンバーター５の配置場所を容易に変更することができる。換言すれば、樹脂パネル３に対するコンバーター５の配置の自由度が向上する。

また、樹脂パネル３にコンバーター５を取り付けたことで、後述する図５に示したようなサブワイヤ線７が不要となり、部材点数を削減することができる。その結果、コストを低減することができる。

（出力の取り出し方の一例）
図５は、図１に示した太陽電池モジュール１００の出力の取り出し方の一例を示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図５に示したように、リード線２（２ａ、２ｈ）の端末に一端が接続された導電性ペースト４の他端と、サブワイヤ線７の基端とを端子６を介して接続している。サブワイヤ線７は、球状太陽電池１で得られた電力をモジュール外へ送電する導電線であって、金属の細い線材からなる。端子６は、導電性ペースト４にて樹脂パネル３に接着固定される。

本実施形態によると、導電性ペースト４の接着力を利用して樹脂パネル３に対して端子６を作業効率よく固定することができる。

次に、図６は、図１に示した太陽電池モジュール１００のリード線２端末部分を樹脂パネル８で覆った場合を示す図である。

図６に示したように、本実施形態では、複数の球状太陽電池１およびリード線２が嵌め込まれた樹脂パネル３のうち、リード線２の端末が位置する部分全体を樹脂パネル８で覆っている。樹脂パネル３と樹脂パネル８とは例えば接着により固定される。樹脂パネル８は、例えばポリカーボネート製の黒色（不透明）のパネル（絶縁性パネル）である。

樹脂パネル８のうち、導電性ペースト４が樹脂パネル３に塗布される部分に重ね合わせられる部分には、矩形の窓（８ａ、８ｂ）（矩形の孔）が設けられている。矩形の窓８ａを設けたことで、樹脂パネル３に樹脂パネル８を重ね合わせて固定した後、リード線２の端末同士を導電性ペースト４で接続することができる。また、矩形の窓８ｂを設けたことで、樹脂パネル３に樹脂パネル８を重ね合わせて固定した後、リード線（２ａ、２ｈ）の端末に、導電性ペースト４および端子６を介してサブワイヤ線７の基端を接続することができる。

また、リード線２の端末が位置する部分全体を不透明の樹脂パネル８で覆ったことで、太陽電池モジュール１００のデザイン性が向上する。なお、サブワイヤ線７は車両の内装材（不図示）で隠されるため、当該サブワイヤ線７によりデザイン性が損なわれることはない。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

前記した実施形態では、球状太陽電池１の真横にリード線２が取り付けられている形態を例示したが、本発明は球状太陽電池１の真横にリード線２が取り付けられたものに限定されることはない。例えば、樹脂パネル３に球状太陽電池１が嵌め込まれた状態において、球状太陽電池１の真横から少しずれた位置で、球状太陽電池１を左右から挟むような形態で、その両側にリード線２が取り付けられていてもよい。

さらには、球状太陽電池１の上下にリード線２が取り付けられていてもよい。球状太陽電池１の上下にリード線２が取り付けられているというのは、球状太陽電池１の真上および真下にリード線２が取り付けられている形態だけでなく、球状太陽電池１の真上または真下から少しずれた部位にリード線２が取り付けられている形態をも含んでいる。

１：球状太陽電池（粒状太陽電池）
２：リード線
３：樹脂パネル
４：導電性ペースト
５：コンバーター
１１：有底の凹部
１２：溝
１００：太陽電池モジュール

Claims (2)

1. リード線で接続された複数の粒状太陽電池と、
   前記複数の粒状太陽電池がそれぞれ嵌め込まれる有底の複数の凹部が形成された樹脂パネルと、
   を備え、
   前記樹脂パネルは、前記凹部の端と一部重なるように、且つ、前記複数の凹部を結ぶように形成された、前記リード線が嵌め込まれる溝をさらに有し、
   前記リード線は、前記凹部と前記溝とが一部重なるところで前記粒状太陽電池に取り付けられ、且つ、前記粒状太陽電池同士間の部分にたわみが持たせられており、
   前記リード線の端末同士が導電性ペーストで接続されている、太陽電池モジュール。
   
   
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記粒状太陽電池で得られた電力を変換する電流変換器が前記樹脂パネルに取り付けられており、
   前記電流変換器と前記リード線の端末との間が前記導電性ペーストで接続されている、太陽電池モジュール。