JP6533207B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池モジュールおよび導電体に関し、より特定的には、車両に搭載される太陽電池モジュールおよびその太陽電池モジュールに用いられる導電体に関するものである。
特開２０１５−２２３０６５号公報（特許文献１）には、隣接する太陽電池セルストリング同士が、バスバー部材を用いて、それぞれ電気的に直列に配線接続される構成が開示されている。
特開２０１５−２２３０６５号公報
従来の技術では、表面板、背面板に樹脂を使用した場合、ラミネート時の熱伸縮により、太陽電池セルが移動し位置ずれが発生する。
また、表面板、背面板に樹脂を使用した場合、ラミネート時および使用時の熱伸縮により導電体がシワになるという問題があった。
そこで、この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、太陽電池セルの移動を抑制でき、かつ、導電体にシワが発生しない太陽電池モジュールおよびそれに用いられる導電体を提供することを目的とするものである。
本発明に従った太陽電池モジュールは、少なくとも一部分が透明性を有する板状の第一カバーと、第一カバーに対向配置された第二カバーと、第一カバーおよび第二カバーの間に配置された少なくとも１つの太陽電池セルと、第一カバーおよび第二カバーの間を埋めて互いを接合し、太陽電池セルを封止する封止材と、太陽電池セルに電気的に接続されて第一カバーと第二カバーとの間で封止材に取り囲まれる導電体とを備え、導電体は、複数の台座と、複数の台座を接続する、長手方向に伸縮可能な配線とを有し、複数の台座には、貫通孔と、太陽電池セルに電気的に接続される接続座とが設けられ、第一カバーおよび第二カバーの少なくとも一方は、複数の台座の貫通孔に挿入されて導電体を位置決めする位置決め部を有する。
このように構成された太陽電池モジュールでは、第一カバーおよび第二カバーの少なくとも一方は導電体を位置決めする位置決め部を有するため、導電体を確実に位置決めすることができる。さらに、導電体は太陽電池セルに電気的に接続されているため、太陽電池セルの移動を抑制できる。複数の台座の間には長手方向に伸縮可能な配線が設けられているため、太陽電池モジュールの製造工程において第一および第二カバーが伸縮しても導電体が折れ曲がることがない。その結果、導電体にシワが発生することを抑制できる。さらに台座には接続座が設けられているため、太陽電池セルに接続されるインターコネクタなどの導体を接続座で接続することができる。
好ましくは、複数の太陽電池セルが導電体により一列に接続された太陽電池ストリングを構成し、位置決め部は太陽電池ストリングの両端部に接続された導電体を位置決めする。この場合、太陽電池ストリングの外側端部の位置が位置決めされ、第一カバーおよび第二カバーの収縮、膨張に起因する太陽電池の位置ずれを確実に防止することができる。
好ましくは、第一カバーは外部から第一カバー内部を遮蔽する有色部を備え、位置決め部は有色部と第二カバーとの間に配置される。この場合、位置決め部が外部から視認できないため、太陽電池モジュールの外観を美しく保つことができる。
好ましくは、位置決め部は有色部に一体で設けられる。この場合、位置決め部の製造が容易である。
本発明に従った導電体は、複数の台座と、複数の台座を接続する、長手方向に伸縮可能な配線とを備え、複数の台座には、貫通孔と、他の導体と接続される接続座とが設けられる。
このように構成された導電体では、複数の台座の間には長手方向に伸縮可能な配線が設けられているため、太陽電池モジュールの製造工程において伸縮しても導電体が折れ曲がることがない。その結果、シワの発生を抑制できる。さらに台座には接続座が設けられているため、太陽電池セルに接続されるインターコネクタなどの導体を接続座で接続することができる。これにより太陽電池セルの位置がずれることを抑制できる。
好ましくは導電体はタブ線およびストリングス間コネクタのいずれかを含む。
上記の構成によれば、位置決め部を用いて導電体を確実に位置決めすることができる。
本発明の実施形態１に係る車両の外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る車両が備える太陽電池モジュールの外観を示す平面図であって、図１の矢印ＩＩ方向から見た図である。 図２中の太陽電池モジュールにおいて第一カバーを外して内部構造を拡大して示す平面図である。 位置決め構造を説明するために示す平面図である。 図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 タブ線を詳細に示す平面図である。 ストリングス間コネクタを詳細に示す平面図である。 本発明の実施形態２に従ったタブ線の平面図である。
以下、本発明の各実施形態に係る太陽電池モジュール、その実装構造およびこれを含む車両について図を参照して説明する。以下の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
（実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る車両の外観を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態１に係る車両が備える太陽電池モジュールの外観を示す平面図であって、図１の矢印ＩＩ方向から見た図である。図３は、図２中の太陽電池モジュールにおいて第一カバーを外して内部構造を拡大して示す平面図である。なお、簡略化のため、太陽電池モジュールの一部の太陽電池セルのみを記載している。図４は位置決め構造を説明するために示す平面図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
図１〜５に示すように、本発明の実施形態１に係る車両１００は、自動車であり、ルーフを構成する太陽電池モジュール１１０と、車体の一部であるルーフサイドメンバ１２０とを備える。なお、車両は、自動車に限られず、たとえば電車であってもよい。
太陽電池モジュール１１０は、表面板としての板状の第一カバー１１１と、第一カバー１１１に対向配置された背面板としての第二カバー１１２と、第一カバー１１１および第二カバー１１２の間に配置された太陽電池セル１１３と、第一カバー１１１および第二カバー１１２の間を埋めて互いを接合し、太陽電池セル１１３を封止する封止材１１４とを備える。
第一カバー１１１は、平面視にて略矩形状の外形を有している。第一カバー１１１は、本実施形態においては平板であるが、湾曲していてもよい。本実施形態においては、第一カバー１１１は、ポリカーボネート製の板である。ただし、第一カバー１１１は、これに限られず、アクリルなどの他の樹脂製の板であってもよい。第一カバー１１１は、ポリカーボネートを射出成型や押出成形することにより形成されている。
第一カバー１１１のうち、太陽電池セル１１３と対向する部分は透明である。透明部分を太陽光が透過して、太陽光が太陽電池セル１１３に照射される。第一カバー１１１のうち、太陽電池セル１１３と対向しない部分は、有色部１２１を設けることで不透明としてもよい。不透明とすることで、第一カバー１１１内部が遮蔽され、太陽電池セル１１３の周囲の配線や接着剤を隠すことができる。有色部１２１は可視光線を遮光する。有色部１２１は、透明でなければよく、赤、黄、緑、青、紫、のように有彩色だけでなく、白、灰色または黒などの無彩色であってもよい。
第二カバー１１２は、平面視にて略矩形状の外形を有する。第二カバー１１２は、本実施形態においては平板状であるが、第一カバー１１１が湾曲している場合には、第一カバー１１１と略同様の曲率で湾曲している。
本実施形態においては、第二カバー１１２は、ポリカーボネート製の板である。ただし、第二カバー１１２は、これに限られず、アクリルなどの他の樹脂製の板、ＣＦＲＰ(carbon-fiber-reinforced plastic)製の板またはアルミなどの金属製の板であってもよいし、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂製のシートであってもよい。
第二カバー１１２は、ポリカーボネートを射出成型することにより形成されている。
また、第二カバー１１２は、透明であっても不透明であってもよい。
太陽電池セル１１３は、マトリックス状に互いに間隔を置いて複数配置されている。複数の太陽電池セル１１３は、互いに電気的に接続されている。具体的には、一列に配置された複数の太陽電池セル１１３が互いに直列に接続されて、太陽電池ストリング１１０ａを構成している。複数の太陽電池ストリング１１０ａは、互いに直列に接続されている。
封止材１１４は、第一カバー１１１と第二カバー１１２とに挟まれた領域に位置する。封止材１１４は、第一カバー１１１、第二カバー１１２および太陽電池セル１１３に接触している。
本実施形態においては、封止材１１４は、ＥＶＡ(Ethylene-Vinyl Acetate)で構成されている。ただし、封止材１１４を構成する材料は、ＥＶＡに限られず、ＰＶＢ(Poly Vinyl Butyral)、シリコーン樹脂またはアイオノマー樹脂などでもよい。
複数の太陽電池セル１１３間には、インターコネクタ２１１，２１２，２１３が設けられている。インターコネクタ２１１，２１２，２１３は、一対の脚部２１１ａ，２１２ａ，２１３ａと、一対の脚部２１１ａ，２１２ａ，２１３ａの間に設けられた可撓部２１１ｂ，２１２ｂ，２１３ｂとを有する。
一対の脚部２１１ａ，２１２ａ，２１３ａは可撓部２１１ｂ，２１２ｂ，２１３ｂに接続されている。
タブ線２２０，２３０は、複数の台座２２１，２３１と、複数の台座を接続する伸縮部２２２，２３２とを有する。
一方の脚部２１１ａは台座２２１に接続されている。他方の脚部２１１ａは太陽電池セル１１３に接続されている。一方の脚部２１２ａおよび他方の脚部２１２ａは太陽電池セル１１３に接続されている。一方の脚部２１３ａは太陽電池セル１１３に接続されている。他方の脚部２１３ａは台座２３１に接続されている。
台座２２１，２３１には貫通孔２２１ａ，２３１ａと、貫通孔に隣接する接続座２２１ｂ，２３１ｂとが設けられている。
第二カバー１１２上には、複数のタブ線２２０と、複数のタブ線２２０を接続するストリングス間コネクタ３２０とが配置されている。タブ線２２０は、ハンダまたは溶接により脚部２１１ａと接続されている。
第二カバー１１２上には、複数のタブ線２３０と、複数のタブ線２３０を接続するストリングス間コネクタ３３０とが配置されている。タブ線２３０は、ハンダまたは溶接により脚部２１３ａと接続されている。
可撓部２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂは、変形しやすい形状である。一対の脚部２１１ａ間の距離が変化すると可撓部２１１ｂが変形する。一対の脚部２１２ａ間の距離が変化すると可撓部２１２ｂが変形する。一対の脚部２１３ａ間の距離が変化すると可撓部２１３ｂが変形する。
図３の二点鎖線１９０は、有色部と透明部との境界線を示す。二点鎖線１９０の内側に太陽電池セル１１３が位置している。太陽電池セル１１３は、第一カバー１１１の透明部の下に位置する。タブ線２２０，２３０は第一カバー１１１の有色部の下に位置する。
図５で示すように、第一カバー１１１と第二カバー１１２との間に封止材１１４、太陽電池セル１１３、および第一カバー１１１の一部分を構成する有色部１２１が設けられている。
有色部１２１は、第一カバー１１１の第二カバー側の面に周囲を囲む枠状に二色成形にて一体的に成形されている。有色部１２１には、ボス１２１ａが設けられている。ボス１２１ａが貫通孔２２１ａ，２３１ａに挿入される。ボス１２１ａは第二カバー１１２と接触している。有色部１２１は、第一カバー１１１の周囲に限らず、太陽電池セル１１３と対向しない部分であれば設けることができる。
この実施形態では、ボス１２１ａは第一カバー１１１の一部分を構成する有色部１２１に設けられるが、ボス１２１ａが第二カバー１１２に設けられてもよい。また、ボス１２１ａは第一カバー１１１および第二カバー１１２とは別体で設けられてもよい。
実施形態１に従った太陽電池モジュール１１０は、少なくとも一部分が透明性を有する板状の第一カバー１１１と、第一カバー１１１に対向配置された第二カバー１１２と、第一カバー１１１および第二カバー１１２の間に配置された少なくとも１つの太陽電池セル１１３と、第一カバー１１１および第二カバー１１２の間を埋めて互いを接合し、太陽電池セル１１３を封止する封止材１１４と、太陽電池セル１１３に電気的に接続されて第一カバー１１１と第二カバー１１２との間で封止材１１４に取り囲まれる導電体としての台座２２１，２３１とを備え、第一カバー１１１は、台座２２１，２３１を位置決めする位置決め部としてのボス１２１ａを有する。
太陽電池セル１１３は、複数の太陽電池セル１１３がインターコネクタ２１２によって互いに一列に接続された太陽電池ストリング１１０ａを構成し、ボス１２１ａは太陽電池ストリング１１０ａの両端部にインターコネクタ２１１，２１３を介して接続された台座２２１，２３１を位置決めする。なお、ボス１２１ａは、導電体としてのタブ線２２０，２３０またはインターコネクタ２１１，２１３を位置決めしてもよい。
第一カバー１１１は外部から第一カバー内部を遮蔽する有色部１２１を備え、ボス１２１ａは有色部１２１の内側に配置される。また、ボス１２１ａは有色部１２１に一体で設けられている。ボス１２１ａは有色部１２１と第二カバー１１２との間に配置される。
図６は、タブ線を詳細に示す平面図である。図６で示すように、タブ線２３０は、３つの台座２３１と、３つの台座２３１を接続する２つの伸縮部２３２とを有する。台座２３１は金属板により構成される。台座２３１の中央部分に貫通孔２３１ａが設けられる。台座２３１の端部には、インターコネクタと接続するための接続座２３１ｂが設けられる。貫通孔２３１ａは丸型であってもよく、角型であってもよい。さらに、貫通孔２３１ａは長穴であってもよい。
伸縮部２３２は三本の波形配線２３２ａにより構成される。なお、伸縮部は波形配線２３２ａに限られず、メッシュ形状の配線、三次元的な波形の配線、コイル形状の配線など、長手方向に伸縮自在の形状であればよい。
タブ線２３０の中心線２３０ａに貫通孔２３１ａが設けられる。さらにタブ線２３０の中心線２３０ａは、波形配線２３２ａの振幅の中心である。中心線２３０ａ上に貫通孔２３１ａが設けられるため、貫通孔２３１ａにタブ線２３０を伸縮させる力が働いたとしても、タブ線２３０全体が均一に伸縮する。
図７は、ストリングス間コネクタを詳細に示す平面図である。図７で示すように、導電体としてのストリングス間コネクタ３３０は、２つの台座３３１と、２つの台座３３１を接続する１つの伸縮部３３２とを有する。台座３３１は金属板により構成される。台座３３１の中央部分に貫通孔３３１ａが設けられる。台座３３１の端部には、タブ線と接続するための接続座３３１ｂが設けられる。貫通孔３３１ａは丸型であってもよく、角型であってもよい。さらに、貫通孔３３１ａは長穴であってもよい。
伸縮部３３２は三本の波形配線３３２ａにより構成される。なお、伸縮部は波形配線３３２ａに限られず、メッシュ形状の配線、三次元的な波形の配線、コイル形状の配線など、長手方向に伸縮自在の形状であればよい。
ストリングス間コネクタ３３０の中心線３３０ａに貫通孔３３１ａおよび接続座３３１ｂが設けられる。さらにタブ線２３０の中心線２３０ａは、波形配線２３２ａの振幅の中心である。ストリングス間コネクタ３３０の中心線３３０ａに貫通孔３３１ａが設けられる。さらにストリングス間コネクタ３３０の中心線３３０ａは、波形配線３３２ａの振幅の中心である。中心線３３０ａ上に貫通孔３３１ａおよび接続座３３１ｂが設けられるため、貫通孔３３１ａおよび接続座３３１ｂにストリングス間コネクタ３３０を伸縮させる力が働いたとしても、ストリングス間コネクタ３３０全体が均一に伸縮する。
貫通孔３３１ａにボスが挿入されることで、貫通孔３３１ａによりストリングス間コネクタ３３０が位置決めされる。
導電体としてのタブ線２２０，２３０およびストリングス間コネクタ３２０，３３０は太陽電池セル１１３に電気的に接続されて第一カバー１１１と第二カバー１１２との間で封止材１１４に取り囲まれる。タブ線２２０，２３０およびストリングス間コネクタ３３０は、複数の台座２２１，２３１，３３１と、複数の台座２２１，２３１，３３１を接続する、長手方向に伸縮可能な波形配線２２２ａ，２３２ａ，３３２ａとを有し、複数の台座２２１，２３１，３３１には、貫通孔２２１ａ，２３１ａ，３３１ａと、太陽電池セル１１３に電気的に接続される接続座２２１ｂ，２３１ｂ，３３１ｂとが設けられる。第一カバー１１１および第二カバー１１２の少なくとも一方は、複数の台座２２１，２３１，３３１の貫通孔２２１ａ，２３１ａ，３３１ａに挿入されてタブ線２２０，２３０およびストリングス間コネクタ３３０を位置決めする位置決め部としてのボス１２１ａを有する。
太陽電池モジュールでは、第一カバー１１１および第二カバー１１２に樹脂を使用した場合ラミネート時の熱伸縮が起きてもタブ線２２０，２３０およびストリングス間コネクタ３２０，３３０の位置決めがボス１２１ａにより機械的になされているので、位置ずれを起こさない。
第一カバー１１１および第二カバー１１２に樹脂を使用した場合もラミネート時および使用時の熱伸縮にタブ線２２０，２３０およびストリングス間コネクタ３２０，３３０が伸縮して追従するためタブ線２２０，２３０およびストリングス間コネクタ３２０，３３０がシワになったり、折れたりすることは無い。
ハンダ付けの接続座２２１ｂ、２３１ｂを設定しているためインターコネクタとのハンダ付けが容易にできる。なお、接続座２２１ｂ、２３１ｂにおける接続は、ハンダ付け、溶接だけでなく、導電性接着剤を用いた接続であってもよい。
（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２に従ったタブ線の平面図である。実施の形態２に従ったタブ線２３０では、２つの台座２３１の間に別の台座２３３が設けられており、台座２３３には貫通孔が設けられておらず接続座のみが設けられている。さらに台座２３１，２３３を接続する伸縮部２３２は、４本の波形配線２３２ａで構成されている。ストリングス間コネクタ３２０，３３０も同様に構成されてもよい。
周辺条件の関係で伸縮重視の形状、位置決め重視の形状など、さまざまに変形することが可能である。たとえば伸縮重視の形状にするのであれば、波形配線２３２ａの波長を短くするか、波高（振幅）を大きくすることで、波形配線２３２ａが伸縮しやすくなる。位置決めを重視するのであれば、位置決め用の貫通孔２３１ａを多く設けて各々の貫通孔２３１ａにボスを挿入すれば位置決めがしやすくなる。
以上、実施形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、たとえば、車両に搭載される太陽電池モジュールの分野において用いることができる。
１００ 車両、１１０ 太陽電池モジュール、１１０ａ 太陽電池ストリング、１１１ 第一カバー、１１２ 第二カバー、１１３ 太陽電池セル、１１４ 封止材、１２０ ルーフサイドメンバ、１２１ 有色部、１２１ａ ボス、１９０ 二点鎖線、２１１，２１２，２１３ インターコネクタ、２１１ａ，２１２ａ，２１３ａ 脚部、２１１ｂ，２１２ｂ，２１３ｂ 撓み部、２２０，２３０ タブ線、２２１，２３１ 台座、２２１ａ，２３１ａ 貫通孔、２２１ｂ，２３１ｂ 接続座、３２０，３３０ ストリングス間コネクタ。

Claims (3)

  1. 少なくとも一部分が透明性を有する板状の第一カバーと、
    前記第一カバーに対向配置された第二カバーと、
    前記第一カバーおよび前記第二カバーの間に配置された少なくとも１つの太陽電池セルと、
    前記第一カバーおよび前記第二カバーの間を埋めて互いを接合し、前記太陽電池セルを封止する封止材と、
    前記太陽電池セルに電気的に接続されて前記第一カバーと前記第二カバーとの間で前記封止材に取り囲まれる導電体とを備え、
    前記導電体は、複数の台座と、前記複数の台座を接続する、長手方向に伸縮可能な配線とを有し、前記複数の台座には、貫通孔と、前記太陽電池セルに電気的に接続される接続座とが設けられ、
    前記第一カバーおよび前記第二カバーの少なくとも一方は、前記複数の台座の前記貫通孔に挿入されて前記導電体を位置決めする位置決め部を有し、
    複数の前記太陽電池セルが一列に接続されて太陽電池ストリングを構成し、前記複数の台座は、前記太陽電池ストリングの両端部に接続され、前記位置決め部は前記太陽電池ストリングの両端部に接続された前記導電体を位置決めする、太陽電池モジュール。
  2. 前記第一カバーは外部から前記第一カバー内部を遮蔽する有色部を備え、
    前記位置決め部は前記有色部と前記第二カバーとの間に配置される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記位置決め部は前記有色部に一体で設けられる、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
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