JP6652437B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、より特定的には、車両に搭載される太陽電池モジュールに関するものである。

特開２００５−１９１４７９号公報（特許文献１）には、複数の太陽電池セルが封止材に封止されるとともにその両面に保護部材が設けられる構造が開示されている。太陽電池セルは裏面にＰ型電極とＮ型電極とを有した単結晶シリコン型太陽電池セルであり、隣接する太陽電池セルのＰ型電極とＮ型電極とをインターコネクタを介して直列接続されている。太陽電池セルの一辺の側縁に沿ってＰ型電極とインターコネクタとを接続する接続点が複数点設けられるとともにその辺に相対向する辺の側縁に沿ってＮ型電極とインターコネクタとを接続する接続点が複数設けられている。複数の太陽電池セルはＰ型電極接続点とＮ型電極接続点とが隣接するように配置されるとともに隣接する太陽電池セルの複数のＰ型電極接続点とＮ型電極接続点とが一枚の平板状のインターコネクタで接続される。

特開２００５−１９１４７９号公報

一般的に、太陽電池モジュールは、保護部材上に封止材、太陽電池セル、封止材、そして保護部材を順次積層し、ラミネート装置で加熱加圧処理することで封止材を硬化させ、各部材を密着させるラミネート加工が施されて形成される。

ラミネート加工時に表面板と背面板の熱伸縮により各部材の位置がずれたりインターコネクタが破損する場合がある。特に軽量化のために表面板にポリカーボネートなどの樹脂を使用した場合に破損が顕著に現れる。

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、太陽電池モジュール内の導電体を確実に位置決めすることができる太陽電池モジュール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、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。

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。

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。

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。 図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図４中のＶで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る、膨張した状態の太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の実施形態１に係る、伸縮した状態の太陽電池モジュールの断面図である。 比較例に係る、初期状態の太陽電池モジュールの断面図である。 比較例に係る、膨張した状態の太陽電池モジュールの断面図である。 比較例に係る、伸縮した状態の太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の実施形態２に係る太陽電池モジュールにおけるタブ線を示す平面図である。 本発明の実施形態３に係る太陽電池モジュールにおける位置決め構造を示す平面図である。 本発明の実施形態４に係る太陽電池モジュールにおける位置決め構造を示す平面図である。

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、図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。

図１〜４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を構成している。複数の太陽電池ストリングは、互いに並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。

一方の脚部２１１ａは端子２２１またはタブ線２２０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は端子２３１またはタブ線２３０に接続されている。

一対の端子２２１には貫通孔２２１ａが設けられている。一対の端子２３１には貫通孔２３１ａが設けられている。

第二カバー１１２上には、一対の端子２２１と、一対の端子２２１に接続されるタブ線２２０とが配置されている。一対の端子２２１およびタブ線２２０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、一対の端子２３１と、一対の端子２３１に接続されるタブ線２３０とが配置されている。一対の端子２３１およびタブ線２３０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４および図５で示すように、第二カバー１１２の上に封止材１１４、太陽電池セル１１３、第一カバー１１１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。一方のボス１２１ａが貫通孔２２１ａに挿入される。他方ボス１２１ａが貫通孔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端子２２１，２３１とを備え、第一カバー１１１は、端子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を構成し、ボス１２１ａは太陽電池ストリングの両端部にインターコネクタ２１１，２１３を介して接続された端子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。

図６は、本発明の実施形態１に係る、膨張した状態の太陽電池モジュールの断面図である。図６を参照して、ラミネート加工時には、第一カバー１１１および第二カバー１１２は約１４０℃まで加熱される。その結果、第一カバー１１１は矢印１１１ｃで示す方向に膨張し、第二カバー１１２は矢印１１２ｃで示す方向に膨張する。貫通孔２２１ａと太陽電池セル１１３との距離、一対の太陽電池セル１１３間の距離、貫通孔２３１ａと太陽電池セル１１３との距離が長くなる。その結果、インターコネクタ２１１，２１２，２１３が変形する。

膨張時には、貫通孔２２１ａおよび貫通孔２３１ａにボス１２１ａが挿入されているため、貫通孔２２１ａおよび貫通孔２３１ａは第一カバー１１１とともに移動する。

図７は、本発明の実施形態１に係る、収縮した状態の太陽電池モジュールの断面図である。図７を参照して、ラミネート加工後は、太陽電池モジュール１１０の温度は室温（約２０℃）まで低下する。その結果、第一カバー１１１は矢印１１１ｄで示す方向に収縮し、第二カバー１１２は矢印１１２ｄで示す方向に収縮する。その結果、貫通孔２２１ａと太陽電池セル１１３との距離、一対の太陽電池セル１１３間の距離、貫通孔２３１ａと太陽電池セル１１３との距離が短くなる。インターコネクタ２１１，２１２，２１３が変形する。

収縮時には、貫通孔２２１ａおよび貫通孔２３１ａにボス１２１ａが挿入されているため、貫通孔２２１ａおよび貫通孔２３１ａは第一カバー１１１とともに移動する。その結果、太陽電池モジュールが膨張、収縮を繰り返しても図６で示す膨張前の位置へ端子２２１，２３１が戻る。

図８を参照して、ボスが設けられていない太陽電池モジュール３１０では、隣り合う太陽電池セル１１３の間にインターコネクタ１２１１が設けられている。

図９を参照して、ラミネート加工時には、第一カバー１１１および第二カバー１１２は約１４０℃まで加熱される。その結果、封止材１１４が融解するとともに第一カバー１１１は矢印１１１ｃで示す方向に膨張し、第二カバー１１２は矢印１１２ｃで示す方向に膨張する。

図１０を参照して、ラミネート加工後は、太陽電池モジュール１１０の温度は室温（約２０℃）まで低下する。その結果、封止材１１４は固化するとともに、第一カバー１１１は矢印１１１ｄで示す方向に収縮し、第二カバー１１２は矢印１１２ｄで示す方向に収縮する。その結果、一対の太陽電池セル１１３間の距離が短くなる。インターコネクタ２１１，２１２，２１３が変形する。

以上のように構成された太陽電池モジュール１１０では、第一カバー１１１および第二カバー１１２の膨張および収縮に応じてインターコネクタ２１１，２１２，２１３が移動するようにボス１２１ａが設けられている。また、脚部２１１ａ，２１３ａと溶接により接続された一対の端子２２１，２３１が貫通孔２２１ａ，２３１ａと嵌合するので、第一カバー１１１および第二カバー１１２の膨張、収縮に応じて太陽電池セル１１３が中央に移動することがない。その結果、ボス１２１ａを用いてインターコネクタ２１１，２１２，２１３および端子２２１，２３１、太陽電池セル１１３を確実に位置決めすることができる。

さらに、製造工程において、第一カバー１１１上に端子２２１，２３１を配置する。この時、ボス１２１ａに貫通孔２２１ａ，２３１ａを嵌合させる。この状態で第二カバー１１２を配置することができるため、製造工程において、端子２２１，２３１を確実に位置決めすることができる。さらに、第一カバー１１１に対して端子２２１，２３１の位置がずれないので、製造効率を向上させることができる。

（実施形態２）
図１１は、本発明の実施形態２に係る太陽電池モジュールにおけるタブ線を示す平面図である。図１１を参照して、実施形態２に従った太陽電池モジュール１１０では、端子２３１の下に脚部２１３ａが設けられている。端子２３１の貫通孔２３１ｃの下に脚部２１３ａの貫通孔２１３ｄが設けられている。これらの貫通孔２３１ｃ，２１３ｄを貫通するようにボス（図示せず）が設けられる。

このように構成された太陽電池モジュール１１０では、ボスにより端子２３１および脚部２１３ａの両方が位置決めされる。その結果、各要素が確実に位置決めされる。

なお、この場合、端子２３１を設けずにインターコネクタ２１３の脚部２１３ａに直接タブ線２３０を接続してもよい。端子２３１を設けないことで脚部２１３ａと端子２３１との接続工程を省くことができる。

（実施形態３）
図１２は、本発明の実施形態３に係る太陽電池モジュールにおける位置決め構造を示す平面図である。図１２を参照して、実施形態３に従った太陽電池モジュール１１０では、端子２３１に凹部２３１ｅが設けられている。凹部２３１ｅに嵌合する位置決め部としての嵌合部１１１ｆが設けられている。嵌合部１１１ｆは第一カバー１１１または第二カバー１１２のいずれかに固定されている。

このように構成された太陽電池モジュール１１０では、凹部２３１ｅに嵌合部１１１ｆが嵌合しているため、端子２３１を位置決めすることができる。

（実施形態４）
図１３は、本発明の実施形態４に係る太陽電池モジュールにおける位置決め構造を示す平面図である。図１３を参照して、実施形態４に従った太陽電池モジュール１１０では、端子２３１に凸部２３１ｆが設けられている。凸部２３１ｆに嵌合する位置決め部としての嵌合部１１１ｆが設けられている。嵌合部１１１ｆは第一カバー１１１または第二カバー１１２のいずれかに固定されている。

このように構成された太陽電池モジュール１１０では、凸部２３１ｆに嵌合部１１１ｆが嵌合しているため、端子２３１を位置決めすることができる。

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、１１１ 第一カバー、１１１ｃ，１１１ｄ，１１２ｃ，１１２ｄ 矢印、１１１ｆ 嵌合部、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、２１１，２１２，２１３，１２１１ インターコネクタ、２１１ａ，２１２ａ，２１３ａ 脚部、２１１ｂ，２１２ｂ，２１３ｂ 撓み部、２１３ｄ，２２１ａ，２３１ａ，２３１ｃ 貫通孔、２２０，２３０ タブ線、２２１，２３１ 端子、２３１ｅ 凹部、２３１ｆ 凸部。

Claims (2)

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、
   前記第一カバーと前記第二カバーとの間には、前記導電体を位置決めするボスが設けられ、
   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、
   前記ボスは前記有色部と前記第二カバーとの間に配置され、
   前記ボスは前記有色部に一体で設けられる、太陽電池モジュール。
2. 複数の前記太陽電池セルが前記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、
   前記ボス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、請求項１に記載の太陽電池モジュール。