JP6760266B2 - 光電変換モジュール群 - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換モジュール群に関するものである。
近年、商用電源を得られない外出先などでも、利用者が、スマートフォン、ノートＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、タブレットＰＣなどの携帯機器を利用できるように、携帯可能な発電装置の需要が高まっている。
例えば、特許文献１には、所定の間隔を隔てて配列された複数の光電変換モジュール（太陽電池セル）同士を、可撓性を有する導電部材により接続し、柔軟性および伸縮性を有するシート状の透明フィルム部材で、光電変換モジュールおよび導電部材を上下から挟んで形成されたシート体（光電変換モジュール群）が開示されている。このようなシート体によれば、使用時には、シート体を広げ、光電変換モジュールにより発電された電力を取り出して外部機器で利用することができる。また、非使用時には、シート体を折り畳んで容易に収納、運搬することができる。
特開平９−５１１１８号公報
光電変換モジュール群の携帯性を向上させるため、薄型化・軽量化をすすめようとすると、光電変換モジュールの薄型化が要求される。しかしながら、単純に光電変換モジュールを薄型化すると、折り畳み時に光電変換モジュールにかかる応力により光電変換モジュールがたわみ、モジュール破損のおそれがある。
特許文献１に記載の発明では、薄型の太陽電池セルの機械的強度を増すために、太陽電池セルとほぼ同じ大きさの金属製の補強板を、太陽電池セルの配置に応じて所定間隔で設置している。しかしながら、このような補強板を設置すると、光電変換モジュール群の重さが増し、携帯性を低下させるという問題があった。
本発明の目的は、上述した課題を解決し、薄型の光電変換モジュールを用いた場合に、機械的強度の向上と軽量化を高いレベルで両立することができる光電変換モジュール群を提供することにある。
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的としたものであり、本発明の光電変換モジュール群は、複数の光電変換モジュールと、可撓性を有し、前記複数の光電変換モジュールの隣接する２つの光電変換モジュールを機械的かつ電気的に接続する連結部と、可撓性を有し、前記連結部の表側の面および裏側の面のいずれか一方を少なくとも覆う保護部材と、剛性を有し、前記光電変換モジュールの一部を覆う補強部材とを備え、前記補強部材は、前記光電変換モジュールの裏側の面に存在する場合、前記裏側の面に前記補強部材に覆われていない露出面を存在させるものである。このように、本発明の光電変換モジュール群は、剛性を有する補強部材で光電変換モジュールを覆う構成であるが、補強部材は光電変換モジュールの全体ではなく一部のみを覆い、また、光電変換モジュールの裏側の面には必ず補強部材に覆われていない露出面を存在させる。そのため、薄型の光電変換モジュールを用いた場合に、機械的強度の向上と軽量化を高いレベルで両立することができる。
また、本発明の光電変換モジュール群において、前記補強部材は、前記光電変換モジュールの表側の面の周縁部および裏側の面の周縁部のうちのいずれか一方を少なくとも覆うことが好ましい。この構成により、光電変換モジュールの全面を覆うことなく、機械的強度の向上と軽量化を高いレベルで両立することができる。
また、本発明の光電変換モジュール群において、隣接する光電変換モジュールは互いに反対の面の周縁部を前記補強部材によって覆われることが好ましい。この構成により光電変換モジュール群を折り畳んだ際に、光電変換モジュールの位置を均等にすることができ、また、連結部の屈曲も均等にすることができる。
また、本発明の光電変換モジュール群において、前記補強部材は、前記光電変換モジュールの側面部を覆うことが好ましい。この構成により、光電変換モジュール群全体の厚みを厚くすることなく、光電変換モジュールの機械的強度を向上させることができる。
また、本発明の光電変換モジュール群において、前記補強部材は、隣接する光電変換モジュールに面する前記光電変換モジュールの側面部において、開口部または切り欠き部を有することが好ましい。この構成により、光電変換モジュールの側面部の一部が露出するため、開口部または切り欠き部を通して、連結部と光電変換モジュールとを直接電気的に接続し、導通させることができる。
また、本発明の光電変換モジュール群において、前記補強部材は、材質が金属であることが好ましい。これにより、補強部材は剛性と薄さを両立することができる。
本発明に係る光電変換モジュール群によれば、薄型の光電変換モジュールを用いた場合に、機械的強度の向上と軽量化を高いレベルで両立することができる。
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュール群の要部構成を示す斜視図である。 図１に示す光電変換モジュール群を折り畳んだ状態の側面図である。 光電変換モジュールと補強部材を分解して示す斜視図である。 補強部材が光電変換モジュールを覆う様子の一例を示す図である。 隣接する光電変換モジュールを接続する連結部の構成例を示す図である。 連結部をカバーする連結部カバーの構成例を示す図である。 補強部材の構成の一例を示す図である。 図７の補強部材を用いた場合の光電変換モジュール群を各構成部材に分解して示す斜視図である。 補強部材を光電変換モジュールの表側の面と裏側の面に交互に配置する様子を示す図である。 図９に示す光電変換モジュール群を折り畳んだ状態の側面図である。 光電変換モジュールの形状の変形例を示す図である。 光電変換モジュールの形状の変形例の他の例を示す図である。 光電変換モジュール群の配置の一例を示す図である。 補強部材の形状が光電変換モジュールごとに異なる例を示す図である。 補強部材の形状が額縁状である場合の一例を示す図である。 補強部材の形状が網状である場合の一例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光電変換モジュール群１０の要部構成を示す斜視図である。本実施形態に係る光電変換モジュール群１０は、光電変換装置の本体部（図示せず）に接続（装着）されて、本体部と共に光電変換装置を構成するものである。光電変換モジュール群１０は、光電変換によって発電した発電電力を光電変換装置の本体部に供給する。
図１に示す光電変換モジュール群１０は、光電変換モジュール１１と、連結部１２と、補強部材１３と、連結部カバー（保護部材）１４とを備える。
光電変換モジュール１１は、太陽光、室内光などの入射光を光電変換して電力を出力する太陽電池を備える。
太陽電池の種類としては大別して、無機系材料を用いた無機系と、有機系材料を用いた有機系とがある。無機系の太陽電池としては、Ｓｉを用いたＳｉ系、化合物を用いた化合物系などがある。また、有機系の太陽電池としては、有機顔料を用いた低分子蒸着系、導電性高分子を用いた高分子塗布系、変換型半導体を用いた塗布変換系などの薄膜系、チタニア、有機色素および電解質から成る色素増感系などがある。また、太陽電池としては、有機無機ハイブリッド太陽電池、ペロブスカイト系化合物を用いた太陽電池などもある。本発明においては、上述した各種の太陽電池を用いることができる。ただし、一般に、有機系の太陽電池は、薄型かつフレキシブルで軽量の構成とすることができ、本発明に用いるのに好適である。折り畳んだ時に装置全体として薄型化・軽量化することができるため、本発明では薄型の光電変換モジュールを用いる。モジュールの厚みは、太陽電池の電極基板自体の厚みも含めた、電極基板間の厚みであり、例えば製造技術面から３ｍｍ以下が好適である。当該厚みの下限としては１０μｍ程度である。
図１に示す光電変換モジュール群１０においては、２つの光電変換モジュール１１が、所定の方向に間隔を隔てて配列されている。なお、図１においては、光電変換モジュール群１０を構成する光電変換モジュール１１の数が２である例を示したが、これに限られるものではない。光電変換モジュール群１０を構成する光電変換モジュール１１の数は、３つ以上であってもよい。
連結部１２は、隣接して配置された２つの光電変換モジュール１１を機械的かつ電気的に接続する。連結部１２は、可撓性を有する導電部材を含み、２つの光電変換モジュール１１を機械的かつ電気的に接続する。該導電部材は、例えば、金属線、ＦＰＣ、フラットケーブルなどとすることができる。
連結部１２の導電部材は、例えば、導電性接着剤によって光電変換モジュール１１に電気的かつ機械的に接続することができる。また、連結部１２の導電部材は、導電性接着剤ではなく光電変換モジュール１１に接触させて光電変換モジュール１１と導通させることによって、光電変換モジュール１１と電気的に接続することもできる。
連結部１２は、ヒンジを用いずに２つの光電変換モジュール１１を接続するため、光電変換モジュール群１０を折り畳んだ時に装置全体として薄型化することができる。
補強部材１３は、剛性を有する部材であり、光電変換モジュール１１の一部を覆って、光電変換モジュール１１の耐たわみ性を向上させる。すなわち、補強部材１３は、光電変換モジュール１１の機械的強度を向上させる。
補強部材１３は、光電変換モジュール１１の一部を覆うが、光電変換モジュール１１の全体は覆わない。補強部材１３は、光電変換モジュール１１の裏側の面（底面）に存在する場合、裏側の面には、必ず、補強部材１３に覆われていない露出面を存在させる。補強部材１３は、光電変換モジュール１１の受光面周縁部、側面、裏側の面のいずれかに存在していればよい。無論、例えば受光面周縁部の補強と側面の補強の組み合わせといったように、補強部材１３の配置箇所を組み合わせることは任意である。裏側の面に存在する場合は、例えば、図１５に示すように周縁部のみを額縁状の補強部材１３で被覆したり、あるいは図１６に示すように補強部材１３の形状を網状としたりして露出面を存在させてもよい。これにより、補強部材１３は、光電変換モジュール１１の底面全体を覆う場合に比べて軽量であり、その結果、光電変換モジュール群１０全体を軽量化することができる。なお、図１５および図１６においては、補強部材１３の構成を示すため、光電変換モジュール１１から補強部材１３を分解して外した状態を図示している。
補強部材１３は、個々の光電変換モジュール１１ごとに設けられる。なお、補強部材１３の形状は、光電変換モジュール１１ごとに異なる形状であってもよい。例えば、図１４に示すように、隣接する光電変換モジュールが二つある光電変換モジュール１１Ｘと、末端に位置する光電変換モジュール１１Ｙとで補強部材１３の形状が異なっていてもよい。なお、図１４においては、補強部材１３の構成をわかりやすくするため、光電変換モジュール１１Ｘおよび１１Ｙから補強部材１３を分解して外した状態を図示している。図１４では、補強部材１３が光電変換モジュール１１の側面部のみを覆う場合を図示したが、更に受光面周縁部や裏側の面の部分的な補強と組み合わせることは任意である。
補強部材１３は様々な形状で光電変換モジュール１１を覆うことができる。図１に示す例においては、補強部材１３は、光電変換モジュール１１の表側の面（受光面）の周縁部と、裏側の面の周縁部（図示せず）とを額縁状の形状で覆い、さらに、光電変換モジュール１１の側面部を覆っている、フレーム型の形状である。なお、補強部材１３の形状は図１に示すものに限られるものではない。補強部材１３の形状の他のいくつかの例が、後の図面で示される。
補強部材１３は、剛性を有する部材であれば任意の材料とできるが、例えば、金属、剛性樹脂、ＦＲＰ、リジット基板などを材料とすることができる。補強部材１３の材料としては、特に金属が剛性と薄さを両立できる点で好ましい。
補強部材１３は、光電変換モジュール１１と接合していてもよいし、接合していなくてもよい。接合している場合は、例えば、枠状の補強部材１３に光電変換モジュール１１を嵌合させてもよい。または、光電変換モジュール１１に補強部材１３を接着させてもよい。接合していない場合は、光電変換モジュール１１全体を覆うように構成した連結部カバー１４と光電変換モジュール１１とで補強部材１３を挟み込んで固定してもよい。
連結部カバー１４は、可撓性を有する保護部材である。連結部カバー１４は、連結部１２の表側の面と裏側の面の少なくともどちらか一方を覆い、連結部１２を外部からの衝撃、傷、水分などから保護する。連結部カバー１４の材料は保護効果がある材料から任意に選択可能であるが、例えば、布、エラストマー、樹脂などとすることができる。図１においては、連結部カバー１４が、連結部１２の表側の面と裏側の面の両方を覆っている例を示している。
連結部１２のどちらか一方の面だけを連結部カバー１４で覆う場合は、光電変換モジュール群１０を折り畳んだときに内側の面となる面を連結部カバー１４で覆う。このような構成とすることで、光電変換モジュール群１０を折り畳む際に連結部１２に必要な曲率を確保することができ、連結部１２の破断を防ぐことができる。ここで、連結部カバー１４の厚みは、必要な曲率を確保するために適切な厚みとすることが好ましい。
連結部１２と連結部カバー１４とは接合されていても接合されていなくてもよい。接合されている場合は、例えば、接着剤により連結部１２と連結部カバー１４とを接着してもよい。または、連結部カバー１４を連結部１２に融着させるか、その逆に、連結部１２を連結部カバー１４に融着させてもよい。接合されていない場合は、例えば、袋状に形成した連結部カバー１４の内部に連結部１２を配置する構成としてもよい。
図２に、光電変換モジュール群１０を折り畳んだ状態の側面図を示す。なお、図２においては、補強部材１３に側面部が覆われていて見えないため光電変換モジュール１１は図示されていないが、補強部材１３の内側に光電変換モジュール１１が存在する。
図２に示す例においては、連結部カバー１４（１４ａ、１４ｂ）は、連結部１２の表側の面と裏側の面の両方の面を覆っている。この場合、光電変換モジュール群１０は、連結部カバー１４ａが内側になるように折り畳むこともできるし、連結部カバー１４ｂが内側になるように折り畳むこともできる。どちらの折り畳み方をしても、連結部１２は必要な曲率を確保することができる。
図３は、光電変換モジュール１１と補強部材１３を分解して示す斜視図である。
図３に示す例においては、補強部材１３は、光電変換モジュール１１の受光面の周縁部のみを額縁状の形状で覆っている。補強部材１３は、図３に示すように、光電変換モジュール１１の受光面のみを覆う構成であってもよい。この構成とすれば、光電変換モジュール群１０をさらに軽量化することができる。また、補強部材１３で光電変換モジュール１１の受光面の周縁部を覆うことにより、光電変換モジュール群１０を折り畳んだ際に、光電変換モジュール１１の受光面が他の光電変換モジュール１１などと接触して傷つくことを防止することができる。
図４は、補強部材１３が光電変換モジュール１１の光入射面の周縁部、側面部、裏側の面の周縁部をフレーム状に覆っている場合の例を示す図である。このように、フレーム状の補強部材１３を設けることにより、光電変換モジュール群１０の軽量、薄さを保持しつつ、さらに耐たわみ性を向上させることができる。なお、図４においては補強部材１３の構造を示すため、光電変換モジュール１１から分解して外した状態を図示している。フレームを分解したときの部品形状は、必ずしも図４に示す通りである必要はなく、任意である。
また、図４に示す例においては、他の光電変換モジュール１１に面する光電変換モジュール１１の側面部において、補強部材１３に開口部１５を設けている。これにより、光電変換モジュール１１の側面部の一部が露出するため、開口部１５を通して、連結部１２と光電変換モジュール１１とを直接電気的に接続し、導通させることができる。なお、図４に示す開口部１５の代わりに切り欠き部を設け、切り欠き部において連結部１２と光電変換モジュール１１とを直接電気的に接続するようにしてもよい。または、開口部１５や切り欠き部を設ける代わりに補強部材１３にコネクタ部を設け、光電変換モジュール１１とコネクタ部とを接続させ、コネクタ部と連結部１２とを接続させることにより、光電変換モジュール１１と連結部１２とを電気的に接続してもよい。
連結部１２は様々な構成で、隣接する２つの光電変換モジュール１１を接続することができる。図５を参照して、連結部１２の２つの構成例を示す。
図５（ａ）に示す構成においては、連結部１２は、隣接する２つの光電変換モジュール１１が向かい合う側面部において、光電変換モジュール１１と接続し、連結部１２は平面状の形状である。なお、図５（ａ）に示す例においては、連結部１２を見やすくするため、連結部カバー１４の図示を省略している。図５（ｂ）においても同様に連結部カバー１４の図示を省略している。
図５（ｂ）に示す構成においては、連結部１２は、隣接する２つの光電変換モジュール１１が向かい合う側面部ではなく、該側面部と隣接する側面部において光電変換モジュール１１と接続しており、連結部１２は線状の形状である。また、図５（ｂ）に示す例においては、２本の連結部１２で２つの光電変換モジュール１１を接続している。
続いて、図６を参照して、連結部カバー１４の構成例を示す。連結部カバー１４は様々な構成で、連結部１２を覆うことができる。
図６（ａ）に示す例においては、連結部カバー１４は、連結部１２全体と、光電変換モジュール１１（および補強部材１３）における連結部１２の近傍部分のみを覆う構成である。このような構成とすることにより、折り畳みの際の光電変換モジュール１１への拘束が減り、折り畳み時に光電変換モジュール１１の変位に追従しやすくなるという効果がある。
図６（ｂ）に示す例においては、連結部カバー１４は、連結部１２全体と、光電変換モジュール１１（および補強部材１３）の周縁部全体を覆う構成である。このような構成とすることにより、折り畳み時に連結部１２にかかる応力を分散することができるという効果がある。なお、図６（ｂ）においては、構造を見やすくするため、受光面側の連結部カバー１４を光電変換モジュール１１から離して図示している。
図６（ａ）や図６（ｂ）に示すように、連結部カバー１４で、光電変換モジュール１１と連結部１２との接続部を覆う構成とすることで、光電変換モジュール１１と連結部１２との機械的接続の強度を強化することができる。
続いて、図７を参照して、補強部材１３が光電変換モジュール１１の側面部のみを覆っている場合を説明する。なお、図７においては、補強部材１３の構成をわかりやすくするため、奥側の光電変換モジュール１１から補強部材１３を分解して外した状態を図示している。また、連結部カバー１４は図示を省略している。
図７に示す例においては、補強部材１３は、光電変換モジュール１１の側面部のみを覆う構成であり、光電変換モジュール１１の表側の面および裏側の面は覆っていない。このような構成とすることで、光電変換モジュール群１０全体の厚みを厚くすることなく、光電変換モジュール１１の耐たわみ性を向上させることができる。
また、図７に示すような構成の場合、図８に示すように、光電変換モジュール群１０の組立て時に、補強部材１３に光電変換モジュール１１をはめるだけで、光電変換モジュール１１と補強部材１３とを組み立てることが可能であるため生産性が高まるという効果がある。
続いて、図９を参照して、補強部材１３が光電変換モジュール１１を覆う他の例を示す。なお、図９においては、補強部材１３の構成をわかりやすくするため、補強部材１３を光電変換モジュール１１から分解して外した状態を図示している。また、連結部カバー１４は図示を省略している。
図９に示す例においては、光電変換モジュール１１ａ〜１１ｃが、この順番で並んで配置されている。そして、連結部１２ａが光電変換モジュール１１ａと光電変換モジュール１１ｂとを接続し、連結部１２ｂが光電変換モジュール１１ｂと光電変換モジュール１１ｃとを接続する。
光電変換モジュール１１ａおよび１１ｃにおいては、補強部材１３ａおよび１３ｃが、それぞれ、光電変換モジュール１１ａおよび１１ｃの表側の面の周縁部を額縁状の形状で覆っている。一方、光電変換モジュール１１ａおよび１１ｃに隣接する光電変換モジュール１１ｂにおいては、補強部材１３ｂが、光電変換モジュール１１ｂの裏側の面の周縁部を額縁状の形状で覆っている。
図１０は、図９に示した光電変換モジュール群１０を折り畳んだ状態を示す図である。このように、額縁状の補強部材１３で光電変換モジュール１１の表側の面と裏側の面とを交互に覆う構成とすることにより、折り畳んだ際に光電変換モジュール１１の位置が均等になり、また、連結部１２の屈曲も均等になる。また、この構成では、折り畳んだ状態において、２つの光電変換モジュール１１の間に必ず補強部材１３が位置するので、光電変換モジュール１１の面同士が直接接触することを避けることができる。そのため、光電変換モジュール１１の面が擦れたり、光電変換モジュール１１の面同士が貼り付いてしまったりすることを防止することができる。
続いて、図１１〜図１３を参照して、光電変換モジュール１１の他の形状、光電変換モジュール群１０の接続の他の例を示す。なお、図１１〜図１３においては、連結部カバー１４の図示は省略している。
光電変換モジュール１１は、矩形（四角形）に限らず様々な形状とすることができる。例えば、図１１に示すように光電変換モジュール１１は円形とすることもできる。また、図１２に示すように光電変換モジュール１１はハニカム形とすることもできる。
図１１に示すように、光電変換モジュール１１を円形とした場合は、補強部材１３の形状もそれに伴う形状となり、例えば、円形の光電変換モジュール１１の周縁部を覆う形状とすることができる。
また、図１２に示すように、光電変換モジュール１１をハニカム形とした場合は、補強部材１３の形状もそれに伴う形状となり、例えば、ハニカム形の光電変換モジュール１１の周縁部を覆う形状とすることができる。
また、図１２に示すように、光電変換モジュール１１は、様々な構成で連結することができる。図１２（ａ）は、ハニカム形の光電変換モジュール１１を放射状に連結した構成の例を示す。図１２（ｂ）は、ハニカム形の光電変換モジュール１１を、直線状ではなく蛇行状に連結した構成を示す。
また、図１３に、四角形の光電変換モジュール１１を、直線状ではなく櫛状に連結した構成の例を示す。
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
本発明によれば、薄型の光電変換モジュールを用いた場合に、機械的強度の向上と軽量化を高いレベルで両立することができる光電変換モジュール群を提供することができる。
１０ 光電変換モジュール群
１１ 光電変換モジュール
１２ 連結部
１３ 補強部材
１４ 連結部カバー（保護部材）
１５ 開口部

Claims (7)

  1. 所定の方向に間隔を隔てて配列されている複数の光電変換モジュールと、
    可撓性を有し、前記複数の光電変換モジュールの隣接する２つの光電変換モジュールを機械的かつ電気的に接続する連結部と、
    可撓性を有し、前記連結部の表側の面および裏側の面のいずれか一方を少なくとも覆う保護部材と、
    剛性を有し、前記光電変換モジュールの一部を覆う補強部材とを備え、
    前記補強部材は、前記光電変換モジュールの裏側の面に存在する場合、前記裏側の面に前記補強部材に覆われていない露出面を存在させ、
    前記補強部材は、前記光電変換モジュールの表側の面の周縁部および裏側の面の周縁部のうちのいずれか一方を少なくとも覆い、
    前記補強部材は、前記光電変換モジュールの４つの側面部を覆い、
    前記補強部材は、前記４つの側面部のうち、隣接する光電変換モジュールに対向する側面部において、開口部または切り欠き部を有し、
    前記連結部と前記光電変換モジュールとは、前記開口部または前記切り欠き部を通して、直接電気的に接続して導通することを特徴とする、折り畳み式の光電変換モジュール群。
  2. 請求項１に記載の光電変換モジュール群において、隣接する光電変換モジュールは互いに反対の面の周縁部を前記補強部材によって覆われることを特徴とする光電変換モジュール群。
  3. 請求項１または２に記載の光電変換モジュール群において、前記補強部材は、材質が金属であることを特徴とする光電変換モジュール群。
  4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換モジュール群において、前記補強部材の形状が、額縁状であることを特徴とする光電変換モジュール群。
  5. 請求項４に記載の光電変換モジュール群において、前記複数の光電変換モジュールのそれぞれが、枠状の補強部材に嵌合されていることを特徴とする光電変換モジュール群。
  6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の光電変換モジュール群において、前記補強部材は、前記複数の光電変換モジュールのいずれかに接着されていることを特徴とする光電変換モジュール群。
  7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の光電変換モジュール群において、
    前記光電変換モジュールの全体を覆うように構成された連結部カバーをさらに備え、
    前記補強部材は、前記光電変換モジュールと前記連結部カバーとで挟み込まれて固定されていることを特徴とする光電変換モジュール群。
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