JP6024529B2 - 太陽電池モジュール、および太陽電池モジュールの製造方法 - 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、樹脂製のプリント配線シートに複数の正六角形の貫通孔をあけ（例えば打抜き加工）、この貫通孔にソーラセルを入れた後に樹脂を注入することで樹脂封止して太陽電池パネルを形成している。

特許文献２では、導電線混織ガラスクロスを用いて複数の球状太陽電池素子をマトリックス状に形成した後、透明な樹脂を吹き付けたりするなどして被覆することで太陽電池パネルを形成している。

国際公開第２００３／０９４２４８号パンフレット 国際公開第２００５／０４１３１２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に記載の技術では、小さなソーラセル同士を電気的に接続する手段としてプリント配線を用いている。これを車両のルーフに適用した場合、熱伸縮などによるプリント配線の破損（断線）が懸念される。

特許文献２に記載の技術では、球状太陽電池素子同士を電気的に接続する手段として導電線を用いているため、プリント配線に比べて断線に対する信頼性は高い。しかしながら、太陽電池パネルを形成するに際し、まず、複数の球状太陽電池素子を導電線混織ガラスクロスを用いてマトリックス状に形成している。これにより、被覆樹脂に対する球状太陽電池素子の固定の信頼性が向上するのであるが、この工程は、太陽電池パネルの生産性に劣る。

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、生産性が高く、しかも、粒状太陽電池の固定の信頼性も高い太陽電池モジュールを提供することである。

本発明は、リード線で連結される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、および前記リード線が嵌め込まれる溝が形成された樹脂パネルと、前記粒状太陽電池を前記凹部に保持する保持手段と、を備える太陽電池モジュールである。前記樹脂パネルに嵌め込まれた状態において前記粒状太陽電池を左右から挟むような形態となるように、前記粒状太陽電池の両側に前記リード線が予め取り付けられており、前記粒状太陽電池の両側に前記リード線が予め取り付けられた状態で、前記粒状太陽電池および前記リード線が、それぞれ前記凹部および前記溝に嵌め込まれている。

本発明によると、従来よりも生産性が高く、しかも、粒状太陽電池の固定の信頼性も高い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に示す太陽電池モジュールの組立方法を示す図である。 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断面図である。 本発明の第３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断面図である。 本発明の第４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断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールの変形例を示す図である。

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斜視図である。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。
また、図２（ａ）は、太陽電池モジュール１００を構成する樹脂パネル３の単品図（裏面図）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。

<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）、図２（ｂ）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。ここで、図１（ｃ）に示したように、球状太陽電池１が嵌め込まれる前の凹部１１の開口径Ｄ２は、球状太陽電池１の外径Ｄ１よりも少し小さくされている。

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組立方法>
図２（ｂ）を参照しつつ太陽電池モジュール１００の組立方法を説明する。なお、図２（ｂ）に示す樹脂パネル３の断面は、図２（ａ）の樹脂パネル３のＣ−Ｃ断面である。まず、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の両側にリード線２を取り付けて、数珠のような連結形態のものを作製する（例えば、図２（ｂ）中の下側の図参照）。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。

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、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。本実施形態では、球状太陽電池１の外径Ｄ１＞凹部１１の開口径Ｄ２とされているため、球状太陽電池１は、樹脂パネル３の凹部１１に圧入により嵌め込まれることになる。凹部１１は弾性変形し、この弾性力により球状太陽電池１は樹脂パネル３の凹部１１に保持される。すなわち、球状太陽電池１の外径Ｄ１＞凹部１１の開口径Ｄ２とすることが、本実施形態の太陽電池モジュール１００における、球状太陽電池１を凹部１１に保持する保持手段である。

なお、球状太陽電池１の外径Ｄ１≦凹部１１の開口径Ｄ２とし、球状太陽電池１を溶着などの方法で樹脂パネル３の凹部１１に保持してもよい。圧入と溶着とでは、圧入のほうが簡易な方法であり、すなわち圧入のほうが太陽電池モジュール１００の生産性が高い。

<作用・効果>
複数の球状太陽電池１を樹脂パネル３にマトリックス状に配置・固定するための本実施形態における主な手段は、樹脂パネル３に形成された有底の複数の凹部１１である。これらの凹部１１は、樹脂パネル３の例えば射出成形により樹脂パネル３と同時成形することが可能である。これに対して、特許文献２に記載の技術では、複数の球状太陽電池素子を導電線混織ガラスクロスを用いてマトリックス状に形成している。本実施形態のほうが明らかに、太陽電池モジュール１００の生産性が高い。

また、本実施形態では、樹脂パネル３に形成された有底の複数の凹部１１に球状太陽電池１を嵌め込むとともに、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取り付けたリード線２を樹脂パネル３に形成された溝１２に嵌め込んでいる。この構成によると、球状太陽電池１の両側に取り付けられたリード線２が樹脂パネル３の溝１２部の内壁でいずれも保持されるので、樹脂パネル３の凹部１１における球状太陽電池１の固定が、リード線２で補強される。

さらには、本実施形態では、複数の球状太陽電池１の両側にリード線２が予め取り付けられた状態で、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。この構成によると、凹部１１および溝１２を有する樹脂パネル３の製造と、複数の球状太陽電池１の両側にリード線２が取り付けられた状態のものの製造とを並行して行うことができる。
これに対して、例えば特許文献１に記載の技術では、樹脂シートにプリント配線を施し、その後、プリント配線シートに複数の貫通孔をあけ、その後に、当該貫通孔に複数のソーラセルを入れる。さらにその後、貫通孔に樹脂を注入して樹脂封止する。
本実施形態のほうが明らかに、太陽電池モジュール１００の生産性が高い。

これらより、本発明によると、従来よりも生産性が高く、しかも、粒状太陽電池の固定の信頼性も高い太陽電池モジュールを提供することができる。

（第２実施形態）
図３を参照しつつ本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態との相違点のみ説明することとする。すなわち、複数の球状太陽電池１の両側にリード線２が予め取り付けられた状態で、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に嵌め込むことなどは、本実施形態でも同じである（後述する他の実施形態、変形例に関しても同様）。

図３は、第１実施形態の図１（ｃ）に相当する断面図である。図３に示したように、本実施形態では、樹脂パネル２３の凹部１１のうち球状太陽電池１が嵌め込まれる側の開口端部に爪２３ａ（係止部）を設けている。この爪２３ａは、球状太陽電池１が脱落することを防止するためのものであり、例えば射出成形により樹脂パネル３と同時成形される。

爪２３ａの断面形状は、図３に示したように例えば三角形とされる。この爪２３ａは、凹部１１の開口端部の内側周囲に、リング状に連続して形成されていてもよいし、所定の間隔をあけて不連続で形成されていてもよい。さらには、凹部１１の開口端部の内側周囲の一部に１箇所のみ形成されていてもよい。爪２３ａは、樹脂パネル２３の球状太陽電池１が嵌め込まれる側に設けられた球状太陽電池１の保持手段の一例である。

樹脂パネル２３の凹部１１に球状太陽電池１を嵌め込むとき爪２３ａは弾性変形する。球状太陽電池１が凹部１１に完全に嵌り込むと、爪２３ａの弾性変形が回復し爪２３ａは元の形状に戻る。この爪２３ａが脱落防止となり、球状太陽電池１は樹脂パネル２３の凹部１１に保持される。

本実施形態によると、爪２３ａの成形に工夫を要するが、球状太陽電池１の固定の信頼性をより高めることができる。

本実施形態では、樹脂パネル２３の凹部１１に対して球状太陽電池１は圧入により嵌め込まれない。なお、第１実施形態で示した圧入による球状太陽電池１の保持を、本実施形態に適用してもよい。すなわち、樹脂パネル２３の凹部１１に球状太陽電池１をさらに圧入により嵌め込むようにしてもよい（後述する他の実施形態に関しても同様）。

（第３実施形態）
図４を参照しつつ本発明の第３実施形態を説明する。図４は、第１実施形態の図１（ｃ）に相当する断面図である。図４に示したように、本実施形態では、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を樹脂４で包埋している。使用する樹脂４としては、ポリカーボネート・エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などの熱可塑性樹脂、エポキシ・ウレタン・シリコンなどの熱硬化性樹脂を挙げることができる。

樹脂４は、樹脂パネル３の球状太陽電池１が嵌め込まれる側に設けられた球状太陽電池１の保持手段の一例である。本実施形態によると、球状太陽電池１の固定の信頼性をより高めることができる。

（第４実施形態）
図５を参照しつつ本発明の第４実施形態を説明する。図５は、第１実施形態の図１（ｃ）に相当する断面図である。図５に示したように、本実施形態では、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およびリード線２を覆うようにフィルム５を貼り付けている。使用するフィルム５の材料としては、例えばエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を挙げることができる。

フィルム５の貼り付け方法をいくつか例示しておく。樹脂パネル３とフィルム５とを重ね合わせた後、加温および真空引きにより樹脂パネル３とフィルム５とを圧着させる。他の方法としては、樹脂パネル３と、もう１枚の樹脂パネル（不図示）との間にフィルム５を挟み込み、その後、パネルの形締めを行う。形締めによる形締め力にて、樹脂パネル３と、もう１枚の樹脂パネル（不図示）との間にフィルム５を圧着させるのである。

本実施形態によると、球状太陽電池１の固定の信頼性をより高めることができる。また、フィルム５に加飾することで、太陽電池モジュールのデザイン性を高めることができる。

（変形例）
図６を参照しつつ第１実施形態の変形例を説明する。図６（ａ）は、本変形例の太陽電池モジュール１０１を備える車両のルーフの一部を示す斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

第１実施形態では、球状太陽電池１の真横に２本のリード線２を取り付けている（図１（ｂ）参照）。これに対して、本変形例のように、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を取り付けてもよい（図６（ｂ）参照）。この場合、球状太陽電池１の太陽光を受ける側（光源と対向する側）とは反対側にずれた位置に２本のリード線２を取り付ける。こうすることで、球状太陽電池１の受光面積を大きくすることができる。

なお、本変形例では、樹脂パネル３３に設けたリード線２を嵌め込む溝３２は、２本のリード線をまとめて嵌め込む溝とされている。リード線２の間隔が狭いからである（球状太陽電池１の直径は前記したように例えば１．０ｍｍ）。なお、リード線２の間隔によっては、第１実施形態と同じように、２本のリード線をそれぞれ個別に嵌め込む溝としてもよい。

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。

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：樹脂
５：フィルム
１１：有底の凹部
１２：溝
１００：太陽電池モジュール

Claims (5)

1. リード線で連結される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、および前記リード線が嵌め込まれる溝が形成された樹脂パネルと、
   前記粒状太陽電池を前記凹部に保持する保持手段と、
   を備え、
   前記樹脂パネルに嵌め込まれた状態において前記粒状太陽電池を左右から挟むような形態となるように、前記粒状太陽電池の両側に前記リード線が取り付けられており、
   前記溝は、前記粒状太陽電池および前記リード線が、それぞれ前記凹部および前記溝に嵌め込まれた状態で、前記リード線が前記粒状太陽電池を左右から挟むような形態となるように形成されている、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、
   前記樹脂パネルの前記粒状太陽電池が嵌め込まれる側に、前記保持手段が設けられている、太陽電池モジュール。
3. 請求項２に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記保持手段は樹脂であって、
   前記凹部に嵌め込まれた前記粒状太陽電池、および前記溝に嵌め込まれた前記リード線が前記樹脂に包埋されている、太陽電池モジュール。
4. 請求項２に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記保持手段はフィルムであって、
   前記樹脂パネルの前記粒状太陽電池が嵌め込まれた側の表面に、前記粒状太陽電池および前記リード線を覆うようにフィルムが貼り付けられている、太陽電池モジュール。
5. リード線で連結される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、および前記リード線が嵌め込まれる溝が形成された樹脂パネルと、
   前記粒状太陽電池を前記凹部に保持する保持手段と、
   を備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記樹脂パネルに嵌め込まれた状態において前記粒状太陽電池を左右から挟むような形態となるように、前記粒状太陽電池の両側に前記リード線を取り付け、
   前記粒状太陽電池の両側に前記リード線が予め取り付けられた状態で、前記粒状太陽電池および前記リード線を、それぞれ前記凹部および前記溝に嵌め込む、太陽電池モジュールの製造方法。

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