JP2013513248A - 光電池を含む曲面モジュール - Google Patents
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Abstract
本発明は次のものに関する：
矩形光電池が埋め込まれた透明高分子材料からなるモジュールであって、前記光電池の側面が、モジュールが曲率半径Ｒ１、Ｒ２を有することにしたがって、それぞれの垂直方向ｄ１およびｄ２において長さｌ１およびｌ２を有し、ｅｔが高分子材料の全体厚みを指し、ｅｓｕｐが太陽に向けて方向を合わせられた光電池の側面を被覆する高分子材料の最小厚みとすると、ｉ＝１および２の場合、
であることを特徴とするモジュール、
そのようなモジュールを製造する２つのプロセス、
輸送車両用、建築業または街路備品用のその適用、および
そのようなモジュールを含む自動車の屋根または屋根の一部。
矩形光電池が埋め込まれた透明高分子材料からなるモジュールであって、前記光電池の側面が、モジュールが曲率半径Ｒ１、Ｒ２を有することにしたがって、それぞれの垂直方向ｄ１およびｄ２において長さｌ１およびｌ２を有し、ｅｔが高分子材料の全体厚みを指し、ｅｓｕｐが太陽に向けて方向を合わせられた光電池の側面を被覆する高分子材料の最小厚みとすると、ｉ＝１および２の場合、
であることを特徴とするモジュール、
そのようなモジュールを製造する２つのプロセス、
輸送車両用、建築業または街路備品用のその適用、および
そのようなモジュールを含む自動車の屋根または屋根の一部。
Description
本発明は、特に、小さな曲率半径、つまり、著しい曲率を有するこれまで以上に複雑な形状が求められる光電池を含むモジュールに関する。
特に、剛体支持体を有するタイプの高性能の光電池の組み込みは、２つの割線軸に沿って局所的に曲率を有するモジュールにおいてまだ達成されることができない。
この問題は、以下に本発明によって解決されることができ、その１つの主題は、矩形光電池が埋め込まれた透明高分子材料からなるモジュールであり、前記光電池の側面が、モジュールが曲率半径Ｒ１、Ｒ２を有することにしたがって、それぞれの垂直方向ｄ１およびｄ２において長さｌ１およびｌ２を有することによって識別され、ｅｔが高分子材料の全体厚みを指し、ｅｓｕｐが太陽に向けて方向を合わせられた光電池の側面を被覆する高分子材料の最小厚みとすると、ｉ＝１および２の場合、
このように、本発明は、光電池、さらに剛体光電池の、曲率を有する、さらに１つまたは２つの割線、特に垂直軸に沿って著しい曲率を有する複数の位置で、モジュールへの組み込みを可能にする。
本発明のモジュールは、その２つの他の寸法と比較して小さな厚みを有するシートとして図形的に定義されてもよく、その表面は、多少の複合体および多少の曲面形状を有していてもよい。２つの曲率半径Ｒ１またはＲ２のうちの１つは、他の垂直方向に沿った曲率に対して、対応する方向ｄ１またはｄ２に沿った曲率を無視し、モジュールの図形がそのとき（単軸に沿って）円筒状の曲率を有すると考えることができるように、他と比較して十分に大きくてもよい。
任意の透明高分子材料がモジュールを構成してもよく、透明高分子材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチルメチル（ＰＭＭＡ）などのアクリル、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン、ポリアミド（ＰＡ、特にＰＡ６６）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニールアセタール、特にポリビニールブチラール（ＰＶＢ）、ポリウレタン（ＰＵ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、エチレン酢酸ビニール（ＥＶＡ）、アイオノマー樹脂（ポリアミンで中和された、イオン架橋を備えたエチレン−（メタ）アクリル酸共重合体）などの共重合体であり、特に、それらは、単独またはいくつかの混合物として射出成形されることができる。
本発明のモジュールは、特に射出成形された全体厚みｅｔのそのような高分子材料のシートから構成され、矩形（または正方形）光電池が埋め込まれている。しかしながら、このシートは、本発明の範囲から逸脱することなく、積層されたおよび／または複合モジュールを構成するために乾燥ガスのギャップの介在でのモジュールを構成するために、ＰＶＢ、ＰＵ、ＥＶＡまたは不透明中間接着層などの透明中間接着層によって、無機化合物または有機ガラスまたは不透明材料からなる他の透明材料に取り付けられてもよい。
しかしながら、モジュールのそのような任意の追加の構成要素は、光電池を組み込む高分子材料シートの側面に、太陽に対して反対側にあるようにされ、または任意には、これらの追加の構成要素が透明である条件で、太陽の方に向けられるようにされるその側面に取り付けられることが好ましく、太陽輻射の大部分が通過することを可能にし、高い光透過率を有し、特に着色されていない。
モジュールの表面のいくらかの部分が透明である場合、それはグレージングと呼ばれてもよい。他方、この表面が完全に不透明である場合、つまり、少なくともモジュールの１つの構成要素が太陽に対してセルの後ろに位置するようにし、その全表面にわたってそれ自体不透明であるなら、モジュールは、自動車または他の輸送車両の本体またはカウルの部品を構成してもよく、または建築業等用であってもよい。
モジュール内で、方向ｄ１、ｄ２に沿った光電池ｇ１、ｇ２間の間隔が、モジュールの一方の側面または他方の側面で得ることが望まれる視覚的印象によって選択されたいずれかであることが特定される。モジュールの表面の一部が透明な場合、ｇ１およびｇ２の値が大きいほど、透明となる可能性のあるモジュールの表面の割合は大きい。このようにして、モジュールの表面にわたってｇ１および／またはｇ２の値を変えることによって、着色されたモジュールまたは陰影モジュールに相当する結果を得ることが可能である。
光電池は、最大限でも０．５ｍｍに等しい厚みを有し、モジュールの厚みに対して無視できると考えられ、モジュールの厚みは、例えば、約３〜４ｍｍであってもよい。
それらは、可撓性または剛体ベースに堅く取り付けられた活性面から構成される。
剛体ベースは、２５〜５００μｍ、好ましくは７５〜２５０μｍの厚みを有する金属または均等物であってもよく、または１３〜１２５μｍの厚みを有するポリイミドなどのポリマーであってもよい。それらの例は、
可撓性であり、厚みが２５〜２００μｍ、好ましくは１００〜１５０μｍ、または、
剛体であり、厚みが１００〜５００μｍ、好ましくは１７５〜２２５μｍである
鋼からなるセルベースである。
可撓性であり、厚みが２５〜２００μｍ、好ましくは１００〜１５０μｍ、または、
剛体であり、厚みが１００〜５００μｍ、好ましくは１７５〜２２５μｍである
鋼からなるセルベースである。
光電池の活性面は、２０〜２００μｍの厚みを有し、例えば、可撓性金属またはポリマーベースと結合されたアモルファスＳｉのシートから構成されていてもよく、または１００〜３００μｍの厚みを有し、例えば、剛体金属ベースと結合された結晶性Ｓｉのシートから構成されていてもよく、または代わりに可撓性または剛体ポリマー、金属などのベースと結合されたＣＩＧＳ（ＣｕＩｎＧａＳｅ）またはＣｄＴｅタイプの薄膜から構成されていてもよい。
しかしながら、好ましくは、前記光電池の少なくとも１つは、特に、単結晶または多結晶シリコンの活性面を有する剛体支持体を有し、その効率は比較的高い。
本発明のモジュールの１つの好ましい実施形態では、それが形成される高分子材料はポリカーボネートであり、太陽に向けて方向を合わせられた側面上の光電池を被覆するこの高分子材料の最小厚みｅｓｕｐは、少なくとも２．５ｍｍに等しい。この値は、ポリカーボネートの射出成形が実行される場合に特に推奨される。
さらに、重量、空間要件などを考慮して、特に、自動車輸送などの輸送の分野において、高分子材料の全体厚みｅｔは、有利にはほとんど４ｍｍに等しい。
本発明のモジュールは、少なくとも１点で、２つの垂直軸に沿った曲率、特に、Ｒ１およびＲ２の有限の値を有する。より具体的には、１つの有利な変形によれば、Ｒ１およびＲ２は、多くても２０００ｍｍ、好ましくは１５００ｍｍ、特に好ましくは１０００ｍｍに等しい。
方向ｄ１またはｄ２に沿った曲率のうちの１つは、好ましくは著しくてもよく、曲率半径Ｒ１およびＲ２の少なくとも１つが、多くても１０００ｍｍ、好ましくは７５０ｍｍ、特に好ましくは５００ｍｍに等しいことによって、モジュールの複雑な形状の表現である。２つの曲率半径Ｒ１およびＲ２のうちの一方がこのように特に小さい場合、他方ははるかに大きくてもよく、その結果、本発明の範囲から逸脱することなく、この点での曲率が円筒状（２つの方向ｄ１またはｄ２のうちの単独の１つに沿って）であると考えることができる。
本発明のモジュールの１つの特有の実施形態では、セルが埋め込まれた透明高分子材料は、積層品の中間接着層を構成し、この層は、ポリビニールブチラール（ＰＶＢ）、ポリウレタン（ＰＵ）、エチレン酢酸ビニール（ＥＶＡ）等であってもよい。この中間接着層は、このとき、２枚のガラスシートまたは１枚のガラスシート、および１枚の他の材料シート、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アイオノマー樹脂などのポリマー、あるいは他の材料のそのような２枚のシートを結合する。特に、モジュールが電気自動車の屋根またはフロントガラスに設置されることが意図される場合、積層品のこの中間接着層は、そのとき有利には音響特性を有し、例えば、雨は、そのときパッセンジャーコンパートメントにおいてそれほど聞こえない。
１つの有利な特徴によれば、光電池は減衰包装材料に封入されている（特に、セルとそれらが埋め込まれた透明高分子材料との減衰微分線形熱膨張に関して）。この減衰包装材料は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリウレタン（ＰＵ）、エチレン−テトラフロオルエチレン（ＥＴＦＥ）、フルオロエチレン−プロピレン（ＦＥＰ）または均等物などのフッ素重合体フィルムから構成されており、１３μｍ〜２ｍｍの厚みを有し、好ましくはほとんど５００μｍに等しい。この包装材料は、さらに水分からその光電池を保護する。この減衰包装材料の外側表面は、それが一体化されることが意図されるものと同じ材料（例えば、積層品への一体化の場合に、ポリカーボネート、ポリビニールブチラール、またはエチレン酢酸ビニールの射出成形の場合のポリカーボネート）から構成されていることが好ましい。
他の有利な特徴によれば、モジュールは、最も著しい曲率の領域におけるガラスまたはポリマー基板上の光起電性薄膜と結合された離散化剛体光電池を含む。これらの離散化剛体セルは、そのとき、上記本発明のモジュールの前記矩形光電池、特に高性能を有するタイプから、特に少なくとも部分的に構成される。それらは、曲率への適用、それらの領域における最適な光起電性効率、および太陽輻射に対して反対側のモジュールの側面の明度の審美的および視覚的制御を確実にする。最も著しい曲率の領域は、エッジ領域であってもよく、光起電性薄膜の使用は、離散化剛体光電池の増加した発電量と結びつくことを可能にし、モジュールの表面は、変化され複雑な曲率を有する。積層されたモジュールでは、光起電性薄膜は、例えば、積層品の内面上に堆積される。
本発明の他の主題は次のとおりである：
熱可塑性高分子材料の射出成形のための金型のキャビティ内に光電池を位置決めすること、次いでその射出成形を含む上記したモジュールを製造するプロセス、
積層品の組み立てに先立って、積層品の中間接着層への光電池の組み込み（例えば、この層の２つの構成シート間にそれらを挿入することによって）、次いで、従来の手段（温度、圧力、真空）によるこの組み立てを含む他のモジュールを上記のように製造するプロセス、
陸上、空中、または水上輸送車両用、特に、自動車の屋根として、建築業または街路備品（バス待合所、表示パネルなど）用、部分的透明部品、グレージング、または完全不透明部品（本体、カウルなどの部品）としてのこのモジュールの適用、
上記モジュールを含む自動車の屋根または屋根の一部。
熱可塑性高分子材料の射出成形のための金型のキャビティ内に光電池を位置決めすること、次いでその射出成形を含む上記したモジュールを製造するプロセス、
積層品の組み立てに先立って、積層品の中間接着層への光電池の組み込み（例えば、この層の２つの構成シート間にそれらを挿入することによって）、次いで、従来の手段（温度、圧力、真空）によるこの組み立てを含む他のモジュールを上記のように製造するプロセス、
陸上、空中、または水上輸送車両用、特に、自動車の屋根として、建築業または街路備品（バス待合所、表示パネルなど）用、部分的透明部品、グレージング、または完全不透明部品（本体、カウルなどの部品）としてのこのモジュールの適用、
上記モジュールを含む自動車の屋根または屋根の一部。
本発明は、以下に添付図面によって説明される。
図１および図２をともに参照すると、グレージング１は、例えば、点Ｏで二重曲率を有し、それぞれ半径Ｒ１およびＲ２は、それぞれ、２つの垂直面Ｐ１＝（ｄ１ｄ３）およびＰ２＝（ｄ２ｄ３）に沿う。
グレージング１は、厚みｅｔの１枚のポリカーボネートから構成されており、平坦剛体矩形光電池２が中に埋め込まれており、単結晶または多結晶シリコンからなる活性面を有する。
光電池２の厚みは、ｅｔと比較して無視できる。
太陽に向けて方向を合わせられた側面上の光電池２を被覆するポリカーボネートの最小厚みは、ｅｓｕｐである。
ここで、ＥｔおよびＥｓｕｐは、４ｍｍおよび２．５ｍｍにそれぞれ等しい。
光電池の寸法ｌ１×ｌ２の極大値は、局部曲率半径Ｒ１およびＲ２の関数として計算され、条件によって２０２７．２５ｍｍおよび５００ｍｍにそれぞれ等しい。
光電池の間隔、言いかえれば、間隔ｇ１およびｇ２の値は、いくつかの基準の関数として選択される：
これらの値が小さいほど、電気を生成するための表面は大きい、
しかし、これらの値が小さいほど、太陽光の大部分が通過することを可能にするモジュールの表面の割合は小さい。
これらの値が小さいほど、電気を生成するための表面は大きい、
しかし、これらの値が小さいほど、太陽光の大部分が通過することを可能にするモジュールの表面の割合は小さい。
このように、この例と同様に、モジュールが（部分的透明）グレージングである場合、ｇ１およびｇ２の値の選択は、太陽に対して反対側にある側面（車両パッセンジャーコンパートメント、建物内部など）から見られた審美的発生（明度の陰影などの様々な視覚効果）を有し、モジュールが完全に不透明な場合、ｇ１およびｇ２の値の選択が太陽側から見られた審美的発生を有する。
いくつかの光電池を互いに、およびこれらのセルを集電装置に連結する電気的接続は表わされていない。
このように、高性能の剛体光電池は、単純なプロセス（ポリカーボネートの射出成形、積層など）によって複雑な形状のグレージングに一体化された。
Claims (13)
- 矩形光電池が埋め込まれた透明高分子材料からなるモジュールであって、
前記光電池の側面が、モジュールが曲率半径Ｒ１、Ｒ２を有することにしたがって、それぞれの垂直方向ｄ１およびｄ２において長さｌ１およびｌ２を有し、
ｅｔが高分子材料の全体厚みを指し、ｅｓｕｐが太陽に向けて方向を合わせられた光電池の側面を被覆する高分子材料の最小厚みとすると、ｉ＝１および２の場合、
- 前記光電池の少なくとも１つが剛体支持体を有することを特徴とする、請求項１に記載のモジュール。
- 前記高分子材料がポリカーボネートであり、太陽に向けて方向を合わせられた光電池の側面を被覆する高分子材料の最小厚みｅｓｕｐが、少なくとも２．５ｍｍに等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載のモジュール。
- 高分子材料の全体厚みｅｔが多くても４ｍｍに等しいことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のモジュール。
- Ｒ１およびＲ２が多くても２０００ｍｍ、好ましくは１５００ｍｍ、特に好ましくは１０００ｍｍに等しいことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のモジュール。
- 曲率半径Ｒ１およびＲ２の少なくとも１つが多くても１０００ｍｍ、好ましくは７５０ｍｍ、特に好ましくは５００ｍｍに等しいことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のモジュール。
- 前記透明高分子材料が積層品の中間接着層を構成することを特徴とする、請求項１、２、４、５、および６のいずれか一項に記載のモジュール。
- 光電池が減衰包装材料に封入されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のモジュール。
- 最もきつい曲率の領域でガラスまたはポリマー基板上の光起電性薄膜と結合した離散化剛体光電池を含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のモジュール。
- 熱可塑性高分子材料の射出成形のための金型のキャビティ内に光電池を位置決めすること、次いでその射出成形を含む、請求項７以外の請求項１から９のいずれか一項に記載のモジュールを製造するプロセス。
- その組み立てに先立って積層品の中間接着層に光電池を組み込むこと、次いでこの組み立てを含む、請求項１、２、および４から９のいずれか一項に記載のモジュールを製造するプロセス。
- 陸上、空中、または水上輸送車両用、建築業または街路備品用の請求項１から９のいずれか一項に記載のモジュールの適用。
- 請求項１から９のいずれか一項に記載のモジュールを含む自動車の屋根または屋根の一部。
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