JP6861560B2 - 太陽電池ブラインド - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池セルを備えたブラインドである太陽電池ブラインドに関する。

従来より、エネルギー効率を向上する目的で太陽電池セルを備えた太陽電池ブラインドが知られている。例えば特許文献１には太陽電池モジュールを備えるブラインドが記載されている。

特許文献１に記載のブラインドは、スラットと、スラットを保持する鉛直方向に延在するラダーコードと、スラットを上下動させる昇降コードとを備えており、スラットには太陽電池モジュールが設けられている。

特開２０１４−１３６９２８号公報

ところで、このようなブラインドは建物の窓やガラス壁の室内側に設置される場合が多い。例えばビルの窓際に設置されるブラインドには、窓枠などの枠組みや、庇などの建物の突出物による日陰が太陽電池に掛かることがある。太陽電池ブラインドにおいては、このような日陰は太陽電池の全体でなくその一部に掛かる場合が多い。

太陽電池の一部に日陰が掛かる場合、太陽電池全体の発電出力が大幅に低下する問題がある。これは、太陽電池の発電単位である太陽電池セルのうち、日陰になり光があたっていない太陽電池セルでは、発電量の低下に加えて等価抵抗が大幅に増えることに起因する。つまり、多数の太陽電池セルが直列に接続された太陽電池では、一部の太陽電池セルの等価抵抗が大幅に増大することで、その等価抵抗により太陽電池全体の出力が大幅に制限される。また、日陰になった太陽電池セルに電流を流すとその部分でのジュール熱が増えて太陽電池セルに熱ストレスを与えるおそれもある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、太陽電池ブラインドにおいて、一部の太陽電池セルに日陰が掛かる場合に、太陽電池ブラインド全体の発電出力の低下を抑制可能な技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の太陽電池ブラインドは、横方向に長尺な複数のスラットを縦方向に配列して構成される太陽電池ブラインドであって、配列された複数のスラットを複数の領域に区分けしたときに、所定の第１領域に配置される第１太陽電池クラスタと、所定の第２領域に配置される第２太陽電池クラスタと、を備える。第１および第２太陽電池クラスタが並列に接続される第１接続状態と、第１および第２太陽電池クラスタが直列に接続される第２接続状態とが切替可能に構成される。

本発明によれば、太陽電池ブラインドにおいて、一部の太陽電池セルに日陰が掛かる場合に太陽電池ブラインド全体の発電出力の低下を抑制可能な技術を提供することができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池ブラインドの正面図である。 本実施形態に係る太陽電池ブラインドの模式図である。 複数のスラットの全領域が太陽光を受けているときの太陽電池クラスタの接続状態を示す図である。 複数のスラットの左端領域に日陰が掛かったときの太陽電池クラスタの接続状態を示す図である。 複数のスラットの上側半分の領域に日陰が掛かったときの太陽電池クラスタの接続状態を示す図である。 複数のスラットの左端上部と右端下部の領域に日陰が掛かったときの太陽電池クラスタの接続状態を示す図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池ブラインド１０の正面図である。この太陽電池ブラインド１０は、窓枠１００内に取り付けられる。

本実施形態に係る太陽電池ブラインド１０は、横方向に長尺な複数（ここでは８枚）のスラット１２を縦方向にすだれ状に配列して構成される。各スラット１２は、例えば横長の略矩形状に形成される。各スラットに複数の太陽電池セル（図示せず）が配置される。

太陽電池ブラインド１０はさらに、ヘッドボックス１４と、ボトムレール１６と、ラダーコード１８と、昇降コード２０とを備える。

ヘッドボックス１４は複数のスラット１２の上段に設けられ太陽電池ブラインド１０の最上段を構成する。ヘッドボックス１４は、窓枠１００に固定される。ヘッドボックス１４にはスラット１２の角度調整機構（図示せず）および昇降機構（図示せず）などが内蔵される。

ボトムレール１６は、複数のスラット１２の下段に設けられ太陽電池ブラインド１０の最下段を構成する。

ラダーコード１８は、太陽電池ブラインド１０のスラット１２の角度を調節するためのコード部材である。ラダーコード１８は、各スラット１２の幅方向の両サイドに結合される。ラダーコード１８の上端は、ヘッドボックス１４内の角度調整機構（図示せず）に連結される。

昇降コード２０は、ボトムレール１６を引き上げることで複数のスラット１２を畳んで引き上げ、ボトムレール１６を降下させることで複数のスラット１２を開いて降下させるためのコード部材である。昇降コード２０の下端はスラット１２に穿設された通孔２２を通ってボトムレール１６に連結される。昇降コード２０の上端はヘッドボックス１４内の昇降機構に連結される。

本実施形態に係る太陽電池ブラインド１０においては、図１に示すように、配列された複数のスラット１２を正面視で複数（ここでは４つ）の領域に区分けする。４つの領域とは、配列された（言い換えると完全に降ろされた）複数のスラット１２を正面視したときに、左端の縦方向に長尺な領域である左端領域２４、右端の縦方向に長尺な領域である右端領域２６、左端領域２４と右端領域２６の間の上側の領域である中央上部領域２８、および左端領域２４と右端領域２６の間の下側の領域である中央下部領域３０である。なお、「複数のスラットを複数の領域に区分けする」とは、複数のスラットを物理的に複数の領域に分割するのではないことに留意されたい。以下で説明するように、区分けされた各領域には太陽電池クラスタが配置される。

左端領域２４および右端領域２６は、窓枠１００等の存在により比較的日陰になりやすい領域である。一方、中央上部領域２８および中央下部領域３０は、比較的日陰になりにくい領域である。

図２は、本実施形態に係る太陽電池ブラインド１０の模式図である。図２は、図１で説明したように区分けされた４つの領域に配置される太陽電池クラスタを示す。太陽電池クラスタは、互いに直列に接続される複数の太陽電池セルを備える。太陽電池セルは光起電力効果を利用し、光エネルギーを電力に変換するように構成される。太陽電池クラスタは、複数の太陽電池セルを電気的に直列に接続して必要な所定の電圧を得られるようにしたモジュールである。

図２に示すように、左端領域２４には左端太陽電池クラスタ３２が配置される。この左端太陽電池クラスタ３２は、左端領域２４の上部領域に配置される左端上部太陽電池サブクラスタ３２ａと、左端領域２４の下部領域に配置される左端下部太陽電池サブクラスタ３２ｂとを含む。

右端領域２６には右端太陽電池クラスタ３４が配置される。この右端太陽電池クラスタ３４は、右端領域２６の上部領域に配置される右端上部太陽電池サブクラスタ３４ａと、右端領域２６の下部領域に配置される右端下部太陽電池サブクラスタ３４ｂとを含む。

中央上部領域２８には中央上部太陽電池クラスタ３６が配置される。また、中央下部領域３０には中央下部太陽電池クラスタ３８が配置される。

左端上部太陽電池サブクラスタ３２ａおよび左端下部太陽電池サブクラスタ３２ｂは、それぞれ、直列に接続される複数（ここでは８個）の太陽電池セル４０と、これら８個の太陽電池セル４０と並列に接続されるバイパスダイオード４２と、末端の太陽電池セル４０の下流に接続される逆流防止ダイオード４４とを備える。図２に示すように、左端上部太陽電池サブクラスタ３２ａと左端下部太陽電池サブクラスタ３２ｂとが直列に接続されて、左端太陽電池クラスタ３２が構成される。

左端太陽電池クラスタ３２は、複数（１６個）の太陽電池セル４０が直列に接続され、これら複数の太陽電池セル４０のうち、左端領域２４の上部領域に配置される一部（８個）の太陽電池セル４０に対して並列にバイパスダイオード４２および直列に逆流防止ダイオード４４が接続され、残り（８個）の太陽電池セル４０に対して並列にバイパスダイオード４２および直列に逆流防止ダイオード４４が接続される、と見ることもできる。

上記のような左端太陽電池クラスタ３２の構成は、右端太陽電池クラスタ３４についても同様である。

太陽電池セル４０は、ＰＮ接合を含むフォトダイオード構造を有しており、その表面に当たった光エネルギーをＰＮ接合で直接電気エネルギーに変換して出力する。このため、日陰になり光があたっていない日陰部分の太陽電池セル４０では、光があたっている太陽電池セル４０より発電量が低下するとともに等価抵抗が大幅に増大して、太陽電池ブラインド１０全体の出力を大幅に低下させる。また、日陰部分の太陽電池セル４０に電流を流すとその部分での発熱が増大して、その太陽電池セル４０に熱ストレスを与えるおそれがある。太陽電池セル４０と並列にバイパスダイオード４２を設けることにより、太陽電池セル４０の抵抗が増大した場合にはバイパスダイオード４２にバイパス電流が流れるので、これらの不都合を防ぐことができる。

逆流防止ダイオード４４は、他のクラスタ等から電流が逆流するのを防ぐ機能を有する。

中央上部太陽電池クラスタ３６および中央下部太陽電池クラスタ３８は、それぞれ、直列に接続される複数（ここでは１６個）の太陽電池セル４０と、末端の太陽電池セル４０の下流に接続される逆流防止ダイオード４４とを備える。

太陽電池ブラインド１０において、太陽電池セル４０等の電気的構成要素は配線により接続される。配線は、スラット１２内の配線と、スラット１２間を跨ぐ配線などのスラット１２外の配線とを含む。スラット１２内の配線は、例えばプリント配線を用いることができる。スラット１２外の配線は、例えばリード線を用いることができる。このようなリード線はラダーコード１８や昇降コード２０に内蔵されてよい。また、リード線はラダーコード１８や昇降コード２０とは別に、スラット１２に穿設された通孔２２を通るように設けられてもよい。

左端太陽電池クラスタ３２、右端太陽電池クラスタ３４、中央上部太陽電池クラスタ３６および中央下部太陽電池クラスタ３８は、外部接続の正極端子４６と負極端子４８の間に接続される。本実施形態に係る太陽電池ブラインド１０において、左端太陽電池クラスタ３２、右端太陽電池クラスタ３４、中央上部太陽電池クラスタ３６および中央下部太陽電池クラスタ３８は、互いに並列に接続される第１接続状態と、左端太陽電池クラスタ３２および右端太陽電池クラスタ３４が直列に接続され、その直列に接続される左端太陽電池クラスタ３２および右端太陽電池クラスタ３４と中央上部太陽電池クラスタ３６、中央下部太陽電池クラスタ３８とが並列に接続される第２接続状態とを切替可能に配線される。このような第１接続状態と第２接続状態の切替を行うために、太陽電池ブラインド１０は第１スイッチ５０および第２スイッチ５２を備える。第１スイッチ５０および第２スイッチ５２は、例えばヘッドボックス１４内やボトムレール１６内に設けられてよい。

第１スイッチ５０の切替基端５０ａは、左端太陽電池クラスタ３２の出力端に接続され、外部接続の負極端子４８に接続された切替端５０ｂと、第２スイッチ５２の切替端５２ｃに接続された５０ｃとのいずれかに接続される。第２スイッチ５２の切替基端５２ａは、右端太陽電池クラスタ３４に入力端に接続され、外部接続の正極端子４６に接続された切替端５２ｂと、第１スイッチ５０の切替端５０ｃに接続された切替端５２ｃとのいずれかに接続される。

第１スイッチ５０の切替基端５０ａが切替端５０ｂに接続され、且つ第２スイッチ５２の切替基端５２ａが切替端５２ｂに接続されるとき、左端太陽電池クラスタ３２、右端太陽電池クラスタ３４、中央上部太陽電池クラスタ３６および中央下部太陽電池クラスタ３８が全て互いに並列に接続される第１接続状態となる。

一方、第１スイッチ５０の切替基端５０ａが切替端５０ｃに接続され、且つ第２スイッチ５２の切替基端５２ａが切替端５２ｃに接続されるとき、左端太陽電池クラスタ３２および右端太陽電池クラスタ３４が直列に接続され、その直列に接続される左端太陽電池クラスタ３２および右端太陽電池クラスタ３４と中央上部太陽電池クラスタ３６、中央下部太陽電池クラスタ３８とが並列に接続される第２接続状態となる。

このように、本実施形態に係る太陽電池ブラインド１０では、２つのスイッチ（第１スイッチ５０および第２スイッチ５２）を用いて、４つの太陽電池クラスタの並列、一部直列の接続状態を切替可能に構成されている。第１スイッチ５０および第２スイッチ５２の切替は、手動でなされてもよいし、制御装置を用いて自動でなされてもよい。

次に、太陽電池ブラインド１０の動作について説明する。図３は、複数のスラット１２の全領域が太陽光を受けているときの太陽電池クラスタの接続状態を示す。このとき、第１スイッチ５０の切替基端５０ａが切替端５０ｂに接続され、且つ第２スイッチ５２の切替基端５２ａが切替端５２ｂに接続されて、４つの太陽電池クラスタが全て互いに並列に接続される第１接続状態とされる。この場合、各太陽電池クラスタの有する太陽電池セル４０の数は等しいので、各太陽電池クラスタから必要な所定の電圧を確保することができる。

図４は、複数のスラット１２の左端領域２４に日陰が掛かったときの太陽電池クラスタの接続状態を示す。このときも、第１スイッチ５０の切替基端５０ａが切替端５０ｂに接続され、且つ第２スイッチ５２の切替基端５２ａが切替端５２ｂに接続されて、４つの太陽電池クラスタが全て互いに並列に接続される第１接続状態とされる。この場合、日陰が掛かった左端領域２４の左端太陽電池クラスタ３２は出力電圧が大幅に低下するが、他の３つの太陽電池クラスタから必要な所定の電圧を確保することができる。

図５は、複数のスラット１２の上側半分の領域に日陰が掛かったときの太陽電池クラスタの接続状態を示す。このとき、第１スイッチ５０の切替基端５０ａが切替端５０ｃに接続され、且つ第２スイッチ５２の切替基端５２ａが切替端５２ｃに接続される。これにより、左端太陽電池クラスタ３２および右端太陽電池クラスタ３４が直列に接続され、その直列に接続される左端太陽電池クラスタ３２および右端太陽電池クラスタ３４と中央上部太陽電池クラスタ３６、中央下部太陽電池クラスタ３８とが並列に接続される第２接続状態となる。

この場合、日陰が掛かった左端上部太陽電池サブクラスタ３２ａ、右端上部太陽電池サブクラスタ３４ａおよび中央上部太陽電池クラスタ３６は発電出力が大幅に低下するが、左端下部太陽電池サブクラスタ３２ｂと右端下部太陽電池サブクラスタ３４ｂとが直列に接続され、１つのクラスタと同じ働きをする。その結果、左端下部太陽電池サブクラスタ３２ｂおよび右端下部太陽電池サブクラスタ３４ｂと、中央下部太陽電池クラスタ３８の２つの太陽電池クラスタから必要な所定の電圧を確保することができる。

仮に、図５のように複数のスラット１２の上側半分の領域に日陰が掛かった状態で、４つの太陽電池クラスタが全て互いに並列に接続される第１接続状態とした場合、左端太陽電池クラスタ３２と右端太陽電池クラスタ３４の出力電圧は太陽電池ブラインド１０として必要な所定の電圧の半分となるので、中央下部太陽電池クラスタ３８からしか所定の電圧を確保することができない。このことから分かるように、本実施形態のように太陽電池クラスタの接続状態を切り替えることにより、太陽電池ブラインド１０全体の発電出力の低下を抑制できる。

ここでは、複数のスラット１２の上側半分の領域に日陰が掛かった場合について説明したが、複数のスラット１２の下側半分の領域に日陰が掛かった場合も同様である。

図６は、複数のスラット１２の左端上部と右端下部の領域に日陰が掛かったときの太陽電池クラスタの接続状態を示す。このときも、第１スイッチ５０の切替基端５０ａが切替端５０ｃに接続され、且つ第２スイッチ５２の切替基端５２ａが切替端５２ｃに接続される。これにより、左端太陽電池クラスタ３２および右端太陽電池クラスタ３４が直列に接続され、その直列に接続される左端太陽電池クラスタ３２および右端太陽電池クラスタ３４と中央上部太陽電池クラスタ３６、中央下部太陽電池クラスタ３８とが並列に接続される第２接続状態となる。

この場合、日陰が掛かった左端上部太陽電池サブクラスタ３２ａおよび右端下部太陽電池サブクラスタ３４ｂは発電出力が大幅に低下するが、左端下部太陽電池サブクラスタ３２ｂと右端上部太陽電池サブクラスタ３４ａとが直列に接続され、１つのクラスタと同じ働きをする。その結果、左端下部太陽電池サブクラスタ３２ｂおよび右端上部太陽電池サブクラスタ３４ａ、中央上部太陽電池クラスタ３６および中央下部太陽電池クラスタ３８の３つの太陽電池クラスタから必要な所定の電圧を確保することができる。

仮に、図６のように複数のスラット１２の左端上部と右端下部の領域に日陰が掛かった状態で、４つの太陽電池クラスタが全て互いに並列に接続される第１接続状態とした場合、左端太陽電池クラスタ３２と右端太陽電池クラスタ３４の出力電圧は太陽電池ブラインド１０として必要な所定の電圧の半分となるので、中央上部太陽電池クラスタ３６および中央下部太陽電池クラスタ３８の２つの太陽電池クラスタからしか所定の電圧を確保することができない。このことから分かるように、本実施形態のように太陽電池クラスタの接続状態を切り替えることにより、太陽電池ブラインド１０全体の発電出力の低下を抑制できる。

ここでは、複数のスラット１２の左端上部と右端下部の領域に日陰が掛かった場合について説明したが、複数のスラット１２の左端下部と右端上部の領域に日陰が掛かった場合も同様である。

第１接続状態と第２接続状態を切り替えるための第１スイッチ５０および第２スイッチ５２の切替は、手動でなされてもよいし、制御装置を用いて自動でなされてもよい。例えば、太陽光を検知するセンサを各領域に配置し、センサの検知結果に基づいて第１スイッチ５０および第２スイッチ５２を切り替えるようにしてもよい。あるいは、時刻に応じた日陰の掛かり方の情報を学習または取得して、該情報に基づいて第１スイッチ５０および第２スイッチ５２を切り替えるようにしてもよい。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

上述の実施形態では、複数のスラット１２を左端領域２４、右端領域２６、中央上部領域２８および中央下部領域３０に区分けし、各領域に太陽電池クラスタを配置した場合について説明したが、当然ながら他の区分け方も可能であり、また、直列接続と並列接続を切り替える太陽電池クラスタが変更されてもよい。

また、上述の実施形態では、１つのブラインド内の各太陽電池クラスタの配線構造を示したが、１つのブラインド全体を１つの太陽電池クラスタと見なし、建物の１フロア内の複数のブラインドの配線をつないだ場合は、ブラインド間の配線を直列または並列に切替可能としてもよい。この場合、完全に日陰に入ったブラインドをバイパスして、複数のブラインド全体の発電出力の低下を抑制できる。

以上の記載から、下記の発明が認識される。

本発明のある態様の太陽電池ブラインドは、横方向に長尺な複数のスラットを縦方向に配列して構成される太陽電池ブラインドであって、配列された複数のスラットを複数の領域に区分けしたときに、所定の第１領域に配置される第１太陽電池クラスタと、所定の第２領域に配置される第２太陽電池クラスタと、を備える。第１および第２太陽電池クラスタが並列に接続される第１接続状態と、第１および第２太陽電池クラスタが直列に接続される第２接続状態とが切替可能に構成される。

この態様によると、第１および第２太陽電池クラスタの接続状態を直列と並列とに切り替えることにより、日陰の掛かり方に応じて好適な太陽電池クラスタの接続状態を選択することができ、その結果、太陽電池ブラインド全体の発電出力の低下を抑制できる。

第１および第２領域は、当該太陽電池ブラインドを建物に設置したときに日陰になりやすい領域であってもよい。

第１領域と第２領域との間の第３領域に配置される第３太陽電池クラスタをさらに備えてもよい。第１接続状態では、第１乃至第３太陽電池クラスタが並列に接続され、第２接続状態では、第１および第２太陽電池クラスタが直列に接続され、その直列に接続される第１および第２太陽電池クラスタと第３太陽電池クラスタとが並列に接続されてもよい。

第１領域は、配列された複数のスラットにおける左端の縦方向に長尺な領域であり、第２領域は、配列された複数のスラットにおける右端の縦方向に長尺な領域であってもよい。

第３領域は、中央上部領域と中央下部領域とを含み、中央上部領域および中央下部領域にそれぞれ太陽電池クラスタが配置されてもよい。

１０ 太陽電池ブラインド、 １２ スラット、 １４ ヘッドボックス、 １６ ボトムレール、 １８ ラダーコード、 ２４ 左端領域、 ２６ 右端領域、 ２８ 中央上部領域、 ３０ 中央下部領域、 ３２ 左端太陽電池クラスタ、 ３４ 右端太陽電池クラスタ、 ３６ 中央上部太陽電池クラスタ、 ３８ 中央下部太陽電池クラスタ、 ４０ 太陽電池セル、 ４２ バイパスダイオード、 ４４ 逆流防止ダイオード、 ５０ 第１スイッチ、 ５２ 第２スイッチ、 １００ 窓枠。

Claims (5)

1. 横方向に長尺な複数のスラットを縦方向に配列して構成される太陽電池ブラインドであって、
   配列された前記複数のスラットを複数の領域に区分けしたときに、所定の第１領域に配置される第１太陽電池クラスタと、所定の第２領域に配置される第２太陽電池クラスタと、前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域に配置される第３太陽電池クラスタとを備え、
   前記第１および第２太陽電池クラスタが並列に接続される第１接続状態と、前記第１および第２太陽電池クラスタが直列に接続される第２接続状態とが切替可能に構成され、
   前記第１接続状態では、第１乃至第３太陽電池クラスタが並列に接続され、
   前記第２接続状態では、第１および第２太陽電池クラスタが直列に接続され、その直列に接続される第１および第２太陽電池クラスタと前記第３太陽電池クラスタとが並列に接続されることを特徴とする太陽電池ブラインド。
2. 前記第１および第２太陽電池クラスタは、それぞれ、直列に接続される複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルのうち一部の太陽電池セルと並列に接続される第１バイパスダイオードと、前記複数の太陽電池セルのうち残りの太陽電池セルと並列に接続される第２バイパスダイオードと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池ブラインド。
3. 前記第１および第２領域は、当該太陽電池ブラインドを建物に設置したときに日陰になりやすい領域であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池ブラインド。
4. 前記第１領域は、配列された前記複数のスラットにおける左端の縦方向に長尺な領域であり、
   前記第２領域は、配列された前記複数のスラットにおける右端の縦方向に長尺な領域であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池ブラインド。
5. 前記第３領域は、中央上部領域と中央下部領域とを含み、
   前記中央上部領域および前記中央下部領域にそれぞれ太陽電池クラスタが配置されることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池ブラインド。

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