JP6363537B2 - 太陽電池パネル - Google Patents

Description

この発明は、例えば車両のルーフ部分に搭載される太陽電池パネル（もしくは、太陽光発電パネル、太陽電池モジュール）に関するものであり、特に、曲面形状あるいは球面形状の太陽電池パネルに関するものである。

特許文献１に、可撓性を有する基板上に薄膜半導体を設置して形成される太陽電池、および、その太陽電池を使用した樹脂製の太陽電池パネルに関する発明が記載されている。また、この特許文献１には、例えば曲率半径が５００mmの曲面形状の太陽電池パネルの例が記載されている。

なお、特許文献２および特許文献３には、ベース部材に対する太陽電池セルの位置決めを容易にするために、平板形状のベース部材に凸部材を設けた太陽電池モジュールに関する発明が記載されている。

特開２００２−２３１９９０号公報 特開２００５−１３６１２８号公報 特開２００５−１３６０７６号公報

上記の特許文献１に記載された太陽電池パネルは、車両のボディや建築物などの曲率を持った表面に適応させるため、曲面形状に形成されている。一般に、太陽電池パネルは、背面板（ベース部材）、太陽電池層、および表面層からなる積層構造になっている。太陽電池層は太陽電池セル（発電素子）とその太陽電池セルを覆う封止材とから構成されている。太陽電池セルは、通常、シリコンの結晶などから構成されていて可撓性が低い。そのため、そのような積層構造の太陽光発電パネルに曲面を形成する場合には、その曲面に対して太陽電池セルが追従しないので、背面板に対する太陽電池セルの位置決めが難しくなる。その結果、曲面の表面の平滑性が損なわれてしまう場合がある。また、曲率が異なる曲面が組み合わされる場合には、その曲率の差によってパネルの剛性に不均衡が生じてしまう。具体的には、曲率が大きい部分と比較して、平板に近い曲率が小さい部分の剛性が低くなってしまう。

この発明は上記のような技術的課題に着目して考え出されたものであり、太陽電池セルの位置決めを容易にして適切に曲面形状のパネル表面を形成することができ、また、パネルの剛性を適切に確保することができる太陽電池パネルを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、受光面を構成する表面層、前記受光面と反対の裏面を構成する背面板、前記表面層と前記背面板との間に配置される太陽電池セル、および、前記太陽電池セルを内部に封止するもしくは覆う封止材を備え、前記背面板の前記裏面と反対の面であって前記太陽電池セルを載置する載置面の少なくとも一部分が曲面形状に形成された太陽電池パネルにおいて、前記載置面の曲面部分に、前記太陽電池セルの表面と当接して前記載置面の面直方向における前記太陽電池セルの移動を規制する第１当接面を有する突起部が設けられており、前記突起部は、前記太陽電池セルの端面と当接して前記載置面の面内方向における前記太陽電池セルの移動を規制する第２当接面を有していることを特徴とするものである。

また、この発明は、前記表面が、前記太陽電池セルを前記背面板に載置した状態で前記表面層と対向する面であることを特徴としている。

さらに、この発明は、受光面を構成する表面層、前記受光面と反対の裏面を構成する背面板、前記表面層と前記背面板との間に配置される太陽電池セル、および、前記太陽電池セルを内部に封止するもしくは覆う封止材を備え、前記背面板の前記裏面と反対の面であって前記太陽電池セルを載置する載置面の少なくとも一部分が曲面形状に形成された太陽電池パネルにおいて、前記載置面の曲面部分に、前記太陽電池セルと当接して前記載置面上での前記太陽電池セルの移動を規制する突起部が設けられ、前記背面板および前記載置面は、所定の曲率の曲面が形成された少なくとも１つの第１曲面部と、前記第１曲面部よりも曲率が小さい曲面が形成された少なくとも１つの第２曲面部とから構成されていて、前記第２曲面部に設けられる前記突起部の前記載置面の面直方向における高さ寸法が、前記第１曲面部に設けられる前記突起部の前記高さ寸法よりも大きいことを特徴とするものである。

そして、この発明は、前記背面板および前記載置面が、荷重が加えられることにより、所定の変形量で変形する少なくとも１つの第１変形部と、前記第１変形部よりも大きな変形量で変形する少なくとも１つの第２変形部とから構成されていて、前記第２変形部に設けられる前記突起部の前記載置面の面直方向における高さ寸法が、前記第１変形部に設けられる前記突起部の前記高さ寸法よりも大きいことを特徴としている。

この発明で対象とする太陽電池パネルは、表面層、太陽電池セル、封止材、および、背面板が積層されて構成されている。太陽電池セルは封止材に包み込まれてもしくは覆われて封止されている。また、背面板の太陽電池セルと対向する面側の載置面の少なくとも一部分が曲面もしくは球面になっている。そして、この発明の太陽電池パネルでは、上記のように載置面の曲面部分に、載置面の面直方向における太陽電池セルの移動を規制する突起部が形成されている。したがって、突起部の第１当接面が、太陽電池パネルの面直方向における上側の太陽電池セルの表面に当接する。したがって、載置面の面直方向における太陽電池セルの移動が規制される。そのため、曲面もしくは球面を有する太陽電池パネルであっても、背面板の載置面に対して太陽電池セルを確実に位置決めすることができる。また、太陽電池セルの端部が太陽電池パネルの表面側に突き出てしまったり、裏面側に引き込んでしまったりすることを抑制することができる。その結果、太陽電池パネル表面の平滑性や美観を向上させることができる。

また、この発明によれば、上記のように背面板の曲面部分に形成される突起部が、その第２当接面で太陽電池セルの端面と当接する。したがって、載置面の面内方向における太陽電池セルの移動が規制される。そのため、載置面の面内方向において太陽電池セルを確実に位置決めすることができる。

また、この発明によれば、突起部の第１当接面と、太陽電池セルを背面板に載置した状態で表面層と対向する太陽電池セルの表面とを当接させて、載置面の面直方向における太陽電池セルの移動を規制することができる。

さらに、この発明によれば、背面板が曲率の異なる少なくとも２つの部分から構成される場合に、曲率が小さい第２曲面部に設けられる突起部の面直方向における高さ寸法が、曲率の大きい第１曲面部に設けられる突起部の高さ寸法よりも大きくなるように、突起部が形成される。曲率が小さい第２曲面部は、曲率が大きい第１曲面部と比較して面直方向の曲げ荷重に対する剛性が低くなるが、上記のように第１曲面部よりも高さ寸法が大きな突起部が形成されることにより、その分、剛性が高くなる。したがって、突起部の高さ寸法を適宜設定することにより、曲率が小さい第２曲面部の剛性と曲率が大きい第１曲面部の剛性とを等しくすることができる。もしくは、各部分の間の剛性の差を小さくすることができる。そのため、背面板が曲率の異なる少なくとも２つの部分から構成される場合であっても、太陽電池パネル全体の剛性を均一化して、その剛性を適切に確保することができる。

そして、この発明によれば、背面板に荷重が掛かり、その背面板の各部がそれぞれ所定の変形量で変形する場合に、変形量が大きい第２変形部に設けられる突起部の面直方向における高さ寸法が、変形量が小さい第１変形部に設けられる突起部の高さ寸法よりも大きくなるように、突起部が形成される。変形量が大きい第２変形部に、上記のように第１変形部よりも高さ寸法が大きな突起部が形成されることにより、その分、第２変形部の剛性が高くなり、上記のような荷重に対する変形量が低減する。したがって、突起部の高さ寸法を適宜設定することにより、第１変形部における変形量と第２変形部における変形量との差を小さくすることができる。そのため、背面板に局部的に荷重が掛かる場合であっても、背面板全体の変形量を均一化して、背面板の強度を適切に確保することができる。

この発明における太陽電池パネルの構成の一例を説明するための断面図である。 この発明における太陽電池パネルの構成の一例を説明するための図である。 図２に示す太陽電池パネルの断面（Ａ−Ａ）を示す図である。 図２に示す太陽電池パネルの断面（Ｂ−Ｂ）を示す図である。 図２，図３に示す突起部の断面（Ａ−Ａ）を拡大して示す図である。 図２，図４に示す突起部の断面（Ｂ−Ｂ）における曲率を説明するための図である。 この発明における太陽電池パネルの他の構成例を説明するための図である。 面直方向の荷重に対する太陽電池パネルの変形状態を説明するための図である。 この発明における太陽電池パネルの更に他の構成例を説明するための図である。 この発明における太陽電池パネルの更に他の構成例を説明するための図である。 図１０に示す太陽電池パネルの断面（Ｃ−Ｃ）を示す図である。 この発明における太陽電池パネルの更に他の構成例を説明するための図である。 従来の太陽電池パネルでの課題を説明するための図である。

この発明を図を参照して具体的に説明する。この発明で対象とする太陽電池パネルは、主に車両の屋根の部分に取り付けられる。したがって、車両外観の多様なデザインに適合させるために、この発明の太陽電池パネルは、パネルの基盤あるいは基体層を構成する背面板の少なくとも一部に、曲面もしくは球面が形成されていている。なお、この発明の太陽電池パネルは、例えば住宅の屋根や太陽光発電装置など、車両の屋根以外にも応用することができる。

図１に示すように、この発明における太陽電池パネル１は、主として、表面層２、太陽電池層３、背面板４が積層されて構成されている。

表面層２は、この太陽電池パネル１の受光面１ａを構成していて、例えば、太陽光が透過可能な透明の樹脂フィルムを材料にして形成されている。例えば、ポリカーボネート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＥＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などが用いられる。なお、受光面１ａは、この太陽電池パネル１が設置されて使用される状態で、鉛直方向の上方を向く面、もしくは太陽光が直接照射される面であって、太陽電池パネル１の意匠面となる面である。

太陽電池層３は、複数の太陽電池セル５と、それら太陽電池セル５を内部に封止した封止材６とから形成されている。太陽電池セル５は、太陽電池素子そのもの、あるいは複数の太陽電池素子をユニットにした太陽電池の基本単位となるものである。この太陽電池セル５としては、例えば、シリコン系のものや化合物半導体系のものなど、既存の各種の太陽電池素子を用いることができる。なお、各太陽電池セル５同士は、リード線（図示せず）によって接続されている。封止材６としては、例えば太陽光が透過可能な透明の樹脂が用いられる。具体的には、ポリオレフィン等の樹脂が用いられる。

背面板４は、この太陽電池パネル１の基体となる部分であって、例えば、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）や合成樹脂など、所定の強度および剛性を備えた樹脂を材料にして形成されている。また、背面板４は、この太陽電池パネル１の裏面１ｂを構成している。裏面１ｂは、上記の受光面１ａと反対側の面である。背面板４の表面、すなわち裏面１ｂと反対側の面は、太陽電池セル５および封止材６が載置される載置面４ａとなっている。そして、背面板４は、この図１に示すように、少なくとも１つの部分が所定の曲率を持った曲面もしくは球面になっている。

背面板４の載置面４ａ上に、太陽電池層３および表面層２が積層されている。図１に示す例では、太陽電池セル５は封止材６に包まれて、封止材６内に封止されている。したがって、背面板４の上面に、太陽電池セル５を包み込んで封止した封止材６が積層され、その封止材６の上面に表面層２が積層されている。なお、太陽電池セル５は、上記のように封止材６の内部に包まれて封止される構成の他に、背面板４の載置面４ａ上に載置された状態で封止材６に覆われることにより、背面板４と封止材６との間に封止されてもよい。

上記のように、この太陽電池パネル１は、少なくとも一部分が曲面もしくは球面になっている。背面板４や表面層２は樹脂やＣＦＲＰなどを材料としているため、成形の自由度が高く、曲面や球面を容易に形成することができる。一方、太陽電池セル５は、シリコン系の結晶や化合物半導体などから構成されているため、可撓性が低く、曲面に沿って変形し難い。そのため、上記の背面板４のような曲面部分に太陽電池セルを配置する場合には、例えば図１３に示すように、太陽電池セルの端部がパネルの表面側に突き出てしまい、パネル表面の平滑性や意匠性が低下してしまうおそれがある。

そこで、この太陽電池パネル１では、曲面形状に形成された背面板４の載置面４ａ上で太陽電池セル５の移動を規制して位置決めをする突起部７が設けられている。具体的には、図２，図３，図４に示すように、背面板４の載置面４ａ上に、突起部７が形成されている。この突起部７は、背面板４と一体に成形されている。あるいは、例えば接着や溶着などの接合方法によって背面板４に固定されている。

図２，図３，図４に示す例では、突起部７は、太陽電池パネル１の長手方向（図２，図４での左右方向）に延びるリブ形状に形成されている。また、突起部７は、図５に示すように、ウェブ７ａおよびフランジ７ｂから構成されている。

ウェブ７ａは、背面板４の載置面４ａ側で面直方向（図１，図３，図４での上下方向）に突出するように、背面板４に一体に形成されている。あるいは、例えば接着や溶着などの接合方法によって背面板４に固定されている。なお、ここで面直方向とは、所定の平面に対して直角な方向、または、所定の曲面もしくは球面に対する法線方向のことを意味している。

フランジ７ｂは、背面板４の載置面４ａに対向して両端が背面板４の面内方向（図２での紙面に平行な方向）に延びるように、ウェブ７ａと一体に形成されている。あるいは、例えば接着や溶着などの接合方法によってウェブ７ａの先端に接合されている。なお、ここで面内方向とは、所定の平面に対して平行な方向、または、所定の曲面もしくは球面に対する接平面に平行な方向のことを意味している。

図２，図３，図４に示す例では、上記のように構成される複数のフランジ７ｂの各ウェブ７ａ同士が互いに連結して、１つの突起部７を構成している。すなわち、太陽電池パネル１の長手方向に延びるリブ形状の突起部７が形成されている。そして、そのような突起部７が、載置面４ａ上に複数形成されている。図２，図３，図４に示す例では、載置面４ａ上で、それぞれ太陽電池セル５を挟んで互いに平行に配置された４つの突起部７が形成されている。なお、背面板４の幅方向（図２，図３での上下方向）の両端に配置される突起部７は、太陽電池セル５が配置されない側のフランジ７ｂの一部が省略された形状になっている。

上記のようにウェブ７ａおよびフランジ７ｂから構成される突起部７の間に太陽電池セル５を配置することにより、載置面４ａ上での太陽電池セル５の移動が規制され、太陽電池セル５が位置決めされる。

具体的には、図５に示すように、フランジ７ｂの載置面４ａと対向している側の面７ｃと太陽電池セル５の表面（受光面１ａ側の面）とが当接することにより、載置面４ａの面直方向における太陽電池セル５の移動が規制される。すなわち、上記のようなフランジ７ｂの面７ｃが、この発明における第１当接面７ｃとなっている。

また、図５に示すように、ウェブ７ａの側面７ｄと太陽電池セル５の端面とが当接することにより、載置面４ａの面内方向における太陽電池セル５の移動が規制される。すなわち、上記のようなウェブ７ａの側面７ｄが、この発明における第２当接面７ｄとなっている。

上記のような第１当接面７ｃおよび第２当接面７ｄを有する突起部７が背面板４に形成されることにより、背面板４に太陽電池セル５を載置させる際に、載置面４ａ上での面直方向および面内方向において太陽電池セル５が位置決めされる。そのため、背面板４および太陽電池パネル１が曲面を有している場合であっても、その曲面部分を容易に形成することができる。

図２，図３，図４に示す例では、上記のように、複数のフランジ７ｂの各ウェブ７ａ同士が互いに連結してリブ形状の突起部７が形成されている。そのため、突起部７は、背面板４の補剛リブとしても機能する。したがって、背面板４の各部の剛性に応じて突起部７の高さ寸法（背面板４の面直方向における寸法）を適宜調整して設定することにより、剛性が均一な太陽電池パネル１を構成することができる。

具体的には、図６，図７に示すように、背面板４に曲率の異なる２つ以上の曲面が形成されている場合には、曲率が小さい部分に設けられる突起部７の高さ寸法が、曲率が大きい部分に設けられる突起部７の高さ寸法よりも大きくなるように、突起部７が形成される。例えば、図６に示す例では、背面板４および載置面４ａは、所定の曲率の曲面が形成された第１曲面部Ｃ_１と、その第１曲面部Ｃ_１よりも曲率が小さい曲面が形成された２つの第２曲面部Ｃ_２とから構成されている。この場合は、第２曲面部Ｃ_２に設けられる突起部７の高さ寸法ｈ_２が、第１曲面部Ｃ_１に設けられる突起部７の高さ寸法ｈ_１よりも大きくなるように構成されている。また、図７に示す例では、背面板４および載置面４ａは、所定の曲率の曲面が形成された２つの第１曲面部Ｃ_３と、その第１曲面部Ｃ_３よりも曲率が小さい曲面が形成された１つの第２曲面部Ｃ_４とから構成されている。この場合は、第２曲面部Ｃ_４に設けられる突起部７の高さ寸法ｈ_４が、第１曲面部Ｃ_３に設けられる突起部７の高さ寸法ｈ_３よりも大きくなるように突起部７が形成されている。

前述したように、背面板４に曲率の異なる２つ以上の曲面が形成されている場合は、曲率が小さい部分は、曲率が大きい部分と比較して面直方向の曲げ荷重に対する剛性が低くなる。それに対して、上記のように、曲率が小さい部分に曲率が大きい部分よりも高さ寸法が大きな突起部７が形成されることにより、背面板４および太陽電池パネル全体の剛性を均一化して、その剛性を適切に確保することができる。

また、太陽電池パネル１および背面板４に外力が作用し、背面板４に変形が生じる場合に、その変形の位置や大きさに応じて突起部７の高さ寸法を適宜調整して設定することにより、剛性が均一な太陽電池パネル１を構成することができる。

具体的には、図８に示すように、太陽電池パネル１および背面板４に面直方向の荷重が掛かり、その荷重によって背面板４に変形が生じる場合には、変形量が大きい部分に設けられる突起部７の高さ寸法が、変形量が小さい部分に設けられる突起部７の高さ寸法よりも大きくなるように、突起部７が形成される。例えば、図９に示す例では、背面板４および載置面４ａは、面直方向の荷重Ｆが加えられることにより、所定の変形量で変形する第１変形部Ｄ_１と、その第１変形部Ｄ_１よりも大きな変形量で変形する第２変形部Ｄ_２とから構成されている。この場合は、第２変形部Ｄ_２に設けられる突起部７の高さ寸法ｈ_６が、第１変形部Ｄ_１に設けられる突起部７の高さ寸法ｈ_５よりも大きくなるように突起部７が形成されている。

このように、背面板４の各部の剛性の差やパネルに作用する外力を考慮して、突起部７の高さ寸法を適宜設定することにより、背面板４および太陽電池パネル全体の剛性を均一化することができ、その剛性を効果的に向上させることができる。

また、この発明の太陽電池パネルにおける突起部は、上記の突起部７のような形状以外に、例えば図１０，図１１に示す突起部８のような形状および配置で構成することもできる。すなわち、突起部８は、矩形形状の太陽電池セル５の四隅の表面および側面と当接し、太陽電池セル５の載置面４ａ上における面直方向および面内方向の移動を規制するように構成されている。

また、この発明の太陽電池パネルにおける突起部は、例えば図１２に示す突起部９のような形状および配置で構成することもできる。すなわち、突起部９は、この図１２に示すように、背面板４に形成される曲面が、１つの方向のみに湾曲する曲面である場合には、その湾曲する方向（図８での左右方向）のみに設けられている。そして、突起部９は、矩形形状の太陽電池セル５の対向する二辺のみの表面および側面と当接し、太陽電池セル５の載置面４ａ上における面直方向および面内方向の移動を規制するように構成されている。

１…太陽電池パネル、 １ａ…受光面、 １ｂ…裏面、 ２…表面層、 ３…太陽電池層、 ４…背面板、 ４ａ…載置面、 ５…太陽電池セル、 ６…封止材、 ７，８，９…突起部、 ７ａ…ウェブ、 ７ｂ…フランジ、 ７ｃ…第１当接面、 ７ｄ…第２当接面、 Ｃ_１，Ｃ_３…第１曲面部、 Ｃ_２，Ｃ_４…第２曲面部、 Ｄ_１…第１変形部、 Ｄ_２…第２変形部。

Claims (4)

1. 受光面を構成する表面層、前記受光面と反対の裏面を構成する背面板、前記表面層と前記背面板との間に配置される太陽電池セル、および、前記太陽電池セルを内部に封止するもしくは覆う封止材を備え、前記背面板の前記裏面と反対の面であって前記太陽電池セルを載置する載置面の少なくとも一部分が曲面形状に形成された太陽電池パネルにおいて、
   前記載置面の曲面部分に、前記太陽電池セルの表面と当接して前記載置面の面直方向における前記太陽電池セルの移動を規制する第１当接面を有する突起部が設けられており、
   前記突起部は、前記太陽電池セルの端面と当接して前記載置面の面内方向における前記太陽電池セルの移動を規制する第２当接面を有している
   ことを特徴とする太陽電池パネル。
2. 請求項１に記載の太陽電池パネルにおいて、
   前記表面は、前記太陽電池セルを前記背面板に載置した状態で前記表面層と対向する面であることを特徴とする太陽電池パネル。
3. 受光面を構成する表面層、前記受光面と反対の裏面を構成する背面板、前記表面層と前記背面板との間に配置される太陽電池セル、および、前記太陽電池セルを内部に封止するもしくは覆う封止材を備え、前記背面板の前記裏面と反対の面であって前記太陽電池セルを載置する載置面の少なくとも一部分が曲面形状に形成された太陽電池パネルにおいて、
   前記載置面の曲面部分に、前記太陽電池セルと当接して前記載置面上での前記太陽電池セルの移動を規制する突起部が設けられ、
   前記背面板および前記載置面は、所定の曲率の曲面が形成された少なくとも１つの第１曲面部と、前記第１曲面部よりも曲率が小さい曲面が形成された少なくとも１つの第２曲面部とから構成されていて、
   前記第２曲面部に設けられる前記突起部の前記載置面の面直方向における高さ寸法が、前記第１曲面部に設けられる前記突起部の前記高さ寸法よりも大きい
   ことを特徴とする太陽電池パネル。
4. 請求項３に記載の太陽電池パネルにおいて、
   前記背面板および前記載置面は、荷重が加えられることにより、所定の変形量で変形する少なくとも１つの第１変形部と、前記第１変形部よりも大きな変形量で変形する少なくとも１つの第２変形部とから構成されていて、
   前記第２変形部に設けられる前記突起部の前記載置面の面直方向における高さ寸法が、前記第１変形部に設けられる前記突起部の前記高さ寸法よりも大きい
   ことを特徴とする太陽電池パネル。

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