(57)【要約】【課題】  日照量の変化に強い光発電システムを提供する。【解決手段】  光のエネルギーを電力に変換する発電部を少なくとも１つ有した発電モジュールと、前記発電部により変換された電力を蓄電する蓄電装置を有した蓄電モジュールと、ＤＣ−ＤＣコンバータ、を備え、前記発電モジュールと、前記蓄電モジュールと、ＤＣ−ＤＣコンバータは並列に接続され、前記発電モジュールの出力電圧が一定値以下になったとき、前記蓄電モジュールから電力が供給され、前記蓄電モジュールの出力電圧が一定値以下になったときにＤＣ−ＤＣコンバータが動作することを特徴とする光発電システム。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光のエネルギーを電力に変換する発電部を少なくとも１つ有した発電モジュールと、
前記発電部により変換された電力を蓄電する蓄電装置を有した蓄電モジュールと、
ＤＣ−ＤＣコンバータ、
を備え、
前記発電モジュールと、前記蓄電モジュールと、ＤＣ−ＤＣコンバータは並列に接続され、
前記発電モジュールの出力電圧が一定値以下になったとき、前記蓄電モジュールから電力が供給され、前記蓄電モジュールの出力電圧が一定値以下になったときにＤＣ−ＤＣコンバータが動作することを特徴とする光発電システム。
【請求項２】
前記発電モジュールと、前記蓄電モジュールと、が積層され、
前記発電モジュールは、光が照射される側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光発電システム。
【請求項３】
前記蓄電装置は、酸化タングステン粒子層を有することを特徴とする請求項１記載の光発電システム。
【請求項４】
前記蓄電モジュールから電圧が供給され、前記蓄電モジュールの出力電圧が一定値以下になるまで１秒以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光発電システム。
【請求項５】
前記発電モジュールと前記蓄電モジュールの間にはダイオードが配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光発電システム。
【請求項６】
複数の発電モジュールおよび複数の蓄電モジュールを有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光発電システム。
【請求項７】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータにより、電力を変換している間に商用電源からの電力供給を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、受光した光の強度により出力変動するため、単独電源としての用途に限界がある。そのため、蓄電性を有する太陽電池が提案されている。
蓄電性を有する太陽電池とすれば、太陽電池に対する光の照射が停止された後に蓄電された電力を一定時間の間供給することができる。
しかしながら、単に蓄電性を有する太陽電池とすれば、蓄電性を有さない太陽電池よりもＩ−Ｖ特性(電流−電圧特性)が悪くなるおそれがある。また、太陽電池に対する光の照射が停止された際に出力電圧の急激な降下が発生するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−１３５０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、Ｉ−Ｖ特性に優れ、且つ、光の照射が停止された際の出力電圧の降下を抑制することができる光発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態にかかる光発電システムは、  光のエネルギーを電力に変換する発電部を少なくとも１つ有した発電モジュールと、前記発電部により変換された電力を蓄電する蓄電装置を有した蓄電モジュールと、ＤＣ−ＤＣコンバータ、を備え、前記発電モジュールと、前記蓄電モジュールと、ＤＣ−ＤＣコンバータは並列に接続され、前記発電モジュールの出力電圧が一定値以下になったとき、前記蓄電モジュールから電力が供給され、前記蓄電モジュールの出力電圧が一定値以下になったときにＤＣ−ＤＣコンバータが動作することを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施の形態に係る光発電システムを例示するための模式図である。
【図２】本実施の形態に係る他の光発電システムを例示するための模式図である。
【図３】本実施の形態に係るさらに別の光発電システムを例示するための模式図である。
【図４】本実施の形態に係る蓄電モジュールを例示するための模式断面図である。
【図５】本実施の形態に係る光発電システムのＩ−Ｖ特性を例示するための模式グラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施の形態に係る光発電システムを例示するための模式図である。  図１中、１は発電モジュール、２は蓄電モジュール、３はＤＣ−ＤＣコンバータ、４は負荷、５はダイオードである。
まず、発電モジュールについて説明する。発電モジュールは光のエネルギーを電力に変換する発電部を少なくとも１つ有したものである。つまり、発電部は、光起電力効果を利用して、太陽光などの光のエネルギーを電力に変換するものである。
発電部としては、例えば、太陽電池（光電池などとも称される）などとすることができる。発電部を太陽電池とする場合には、太陽電池の種類に特に限定はない。なお、発電部を太陽電池とする場合は、一枚の透明基板（ガラス板など）上に形成された太陽電池パネルを一つの発電部とカウントするものとする。  例えば、発電部は、シリコン系の太陽電池、化合物系の太陽電池、有機系の太陽電池などとすることができる。
【０００８】
シリコン系の太陽電池としては、例えば、結晶シリコンやアモルファスシリコンを用いたものを例示することができる。
結晶シリコンを用いたものとしては、単結晶シリコンを用いたもの（単結晶シリコン型）、多結晶シリコンを用いたもの（多結晶シリコン型）、微細な結晶のシリコンを用いたもの（微結晶シリコン型）などを例示することができる。
また、結晶シリコンとアモルファスシリコンを積層したもの（ハイブリッド型）としたり、吸収波長域の異なるシリコン層を積層したもの（多接合型）としたりすることもできる。
【０００９】
化合物系の太陽電池としては、例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・ヒ素）、ＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）、カルコパイライト系と呼ばれるI-III-ＶI族化合物などを用いたものを例示することができる。
有機系の太陽電池としては、例えば、有機色素を用いて光起電力を得る太陽電池（色素増感太陽電池）、有機薄膜半導体を用いて光起電力を得る太陽電池（有機薄膜太陽電池）などを例示することができる。
なお、発電部は、例示をしたものに限定されるわけではなく、光起電力効果を利用して、太陽光などの光のエネルギーを電力に変換できるものであればよい。
また、図２に示したように、複数の発電モジュール１を直列に接続することも可能である。
【００１０】
次に、図４を参照しつつ蓄電モジュール２について例示をする。蓄電モジュール２は、発電部により変換された電力を蓄電する蓄電装置１１を備えている。  
図４に示すように、蓄電装置１１には、電極部１２（第１の電極部の一例に相当する）、電極部１３（第２の電極部の一例に相当する）、封止部１４、蓄電部１５、電解液１６、保護部１７、還元部１８が設けられている。
電極部１２は、板状を呈し、導電性を有する材料から形成されている。  
電極部１２は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、白金などの金属から形成することができる。
電極部１３は、板状を呈し、電極部１２と対峙して設けられている。
電極部１３は、導電性を有する材料から形成されている。
電極部１３は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、白金などの金属から形成することができる。
この場合、電極部１２と電極部１３とを同じ材料から形成することもできるし、電極部１２と電極部１３とを異なる材料から形成することもできる。
【００１１】
また、電極部１２および電極部１３の材料は導電性を有するものであれば、透光性を有したものであってもよい。
電極部１２および電極部１３は、例えば、透光性を有する板状体にＩＴＯ、ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide）、ＦＴＯ（Fluorine-doped Tin Oxide）、ＳｎＯ２、ＩｎＯ３などからなる膜を形成したものとすることもできる。
なお、電極部１２および電極部１３のいずれか一方が透光性を有し、いずれか他方が透光性を有さないものとすることもできる。また、電極部１２および電極部１３は、基板（図示しない）上に設けられる。基板はガラス基板や絶縁処理した金属基板などが例示される。
【００１２】
なお、蓄電部１５が設けられる側の電極部１３が負極側の電極となる。また、負極側の電極となる電極部１３に対峙する電極部１２が正極側の電極となる。
封止部１４は、電極部１２と電極部１３との間に設けられ、電極部１２の周縁部と電極部１３の周縁部とを封止する。
すなわち、封止部１４は、電極部１２と電極部１３の周縁に沿って蓄電装置１１の内部を囲うように設けられ、電極部１２側と電極部１３側とを接合することで蓄電装置１１の内部を密閉する。
【００１３】
封止部１４は、ガラス材料を含むものとすることができる。
封止部１４は、例えば、粉末ガラス、アクリル樹脂などのバインダ、有機溶媒などを混合してペースト状にしたガラスフリットを用いて形成することができる。
粉末ガラスの材料としては、例えば、バナジン酸塩系ガラスや酸化ビスマス系ガラスなどを例示することができる。
【００１４】
この場合、封止部１４は、ペースト状にしたガラスフリットを封止対象部分に塗布し、これを焼成して形成することができる。そして、封止部１４を加熱することで封止部１４を溶融させて封止を行うようにすることができる。例えば、形成された封止部１４にレーザ光を照射し、封止部１４のレーザ光が照射された部分を溶融させることで封止を行うようにすることができる。
【００１５】
なお、封止部１４は、ガラス材料を含むものに限定されるわけではない。
例えば、封止部１４は、樹脂材料を含み、電極部１２と電極部１３との間に接着されたものとすることもできる。
【００１６】
蓄電部１５は、封止部１４の内側であって、電極部１３の電極部１２に対峙する側の面に設けられている。
蓄電部１５は、保護部１７を介して電極部１３上に設けられている。
蓄電部１５は、蓄電性を有する材料から形成されている。
蓄電部１５は、例えば、ＷＯ３（酸化タングステン）から形成されるものとすることができる。
蓄電部１５は、多孔質構造を有するものとすることができる。また、多孔質構造の空隙率は２０〜８０ｖｏｌ％の範囲であることが好ましい。また、平均粒径１〜１００ｎｍの酸化タングステン粒子が好ましい。また、蓄電性能を向上させるために酸化タングステン粒子の表面に金属被膜、金属酸化物被膜を設けてもよい。
【００１７】
蓄電部１５を多孔質構造を有するものとすれば、電解液１６との接触面積を大きくすることができる。そのため、蓄電部１５への蓄電を容易とすることができる。
蓄電部１５の厚み寸法は、例えば、３０μｍ程度とすることができる。
例えば、蓄電部１５は、直径寸法が２０ｎｍ程度のＷＯ３の粒子を３０μｍ程度の厚みに積層させることで形成されたものとすることができる。
また、蓄電部１５の厚みは蓄電機能を有すれば特に限定されるものではないが、１μｍ〜１００μｍが好ましい。
【００１８】
電解液１６は、封止部１４の内側に設けられている。
すなわち、電解液１６は、電極部１２と電極部１３と封止部１４とで画される空間に充填されている。
電解液１６は、例えば、ヨウ素を含む電解液とすることができる。電解液１６は、例えば、アセトニトリルなどの溶媒に、ヨウ化リチウムとヨウ素とを溶解させたものとすることができる。
【００１９】
保護部１７は、膜状を呈し、蓄電部１５と電極部１３との間に設けられている。保護部１７は、封止部１４により画された電極部１３の表面を覆うように設けられている。保護部１７は、電解液１６により電極部１３が腐食するのを抑制するために設けられている。そのため、保護部１７は、導電性と、電解液１６に対する耐薬品性とを有する材料から形成される。
保護部１７は、例えば、炭素や白金などから形成されるものとすることができる。
保護部１７の厚み寸法は、例えば、１００ｎｍ程度とすることができる。
なお、電極部１３が電解液１６に対する耐薬品性を有する材料から形成される場合には、保護部１７は、必ずしも設ける必要はない。
【００２０】
還元部１８は、膜状を呈し、封止部１４により画された電極部１２の表面を覆うように設けられている。
還元部１８は、電解液１６に含まれているイオンを還元するために設けられている。例えば、還元部１８は、電解液１６に含まれているＩ３−イオン（三ヨウ化物イオン）をＩ−イオン（ヨウ化物イオン）に還元する。
【００２１】
そのため、還元部１８は、導電性と、電解液１６に対する耐薬品性と、電解液１６に含まれているイオンの還元を考慮した材料から形成される。
還元部１８は、例えば、炭素や白金などから形成されるものとすることができる。還元部１８の厚み寸法は、例えば、８０ｎｍ程度とすることができる。
なお、蓄電モジュールは図２に示したように、複数の蓄電モジュールを直列に接続してもよい。
【００２２】
本実施の形態では、発電モジュール１、蓄電モジュール２、さらにＤＣ−ＤＣコンバータ３を並列に接続し、負荷４に接続している。ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電圧を別の直流電圧に変換する装置である。つまり、所定の電圧を異なる電圧に変換する装置である。変換効率の良い装置として、スイッチング電源が例示される。
また、負荷４は、パソコンやテレビなどの小電力設備、家庭や工場などの中・大規模設備、スマートグリッドなどの総合設備など電力を使う設備であれば特に限定されるものではない。
また、図３に示すように、発電モジュール１と蓄電モジュール２とを積層させるとともに、太陽光などの光が照射される側に発電モジュール１が設けられるようにすることができる。この様にすれば、光発電システム１の設置面積を小さくすることができる。
【００２３】
次に、光発電システムの作用について例示をする。
発電モジュール１に設けられた発電部に太陽光などの光が照射されると、発電部により太陽光などの光のエネルギーが電力に変換される。この様にして変換された電力の一部は負荷４供給され、消費される。
また、変換された電力の一部は蓄電モジュール２に設けられた蓄電装置１１に供給される。蓄電装置１１に供給された電力は、蓄電部１５に電気化学的に蓄電される。
【００２４】
発電モジュール１に対する太陽光などの光の照射が停止された場合には、発電部による光のエネルギーの変換が行われなくなる。すると、蓄電部１５に電気化学的に蓄電されていた電力が負荷４に供給されるようになる。そのため、発電モジュール１に対する太陽光などの光の照射が停止された場合であっても、負荷４に電力を一定時間の間供給することができる。蓄電モジュール２から供給される電力は、蓄電モジュールの蓄電容量や負荷の大きさによって消費されるスピードが変わる。
本実施の形態では、蓄電モジュール２と負荷４との間にＤＣ−ＤＣコンバータを配置することにより、蓄電モジュール２から供給される電力が一定値まで低下した際に、ＤＣ−ＤＣコンバータにより一定の電力に変換し、負荷４に供給する電力を安定させることが可能となる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータにより電力を変換している間に商用電源へ切り替えることを可能とする。
【００２５】
ここで図５を用いて本実施の形態のＩ−Ｖ特性を例示する。縦軸は、光発電システムが供給する電力の電圧、横軸は時間である。発電モジュール１は光を浴びで一定の電圧を供給することになる。天候の変化などにより日照量が低下すると発電モジュール１からの電力は低下する。このとき、一定の電圧（△Ｖ１）まで下がると蓄電モジュール２から電力が供給される。蓄電モジュール２に蓄えられた電力に応じて、電力が供給される。蓄電モジュール２からの電圧が一定の電圧（△Ｖ２）まで下がると、ＤＣ−ＤＣコンバータにより一定の電圧になるように変換していく。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータにより一定の電圧に変換している間に、商用電源などへの切り替えを行うものとする。これにより、太陽電池などの発電モジュールに関する日照量変化に伴い電力供給が不安定になる問題を改善することができる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータを備えることにより、蓄電モジュールが必要以上に大型化することを防ぐことができる。そのため、省スペース化を行うことができる。
【００２６】
また、発電モジュール１と蓄電モジュール２の間にダイオード５を設けることにより、蓄電モジュール２からの電流が発電モジュール１に流れ込む逆流現象を防ぐことができる。逆流防止のダイオード５を設けることにより、蓄電モジュール２の電力を効率的にＤＣ−ＤＣコンバータや負荷に供給することができる。そのため、蓄電モジュール２から供給される電圧が一定値（△Ｖ２）まで低下する時間を１秒以上稼ぐことができる。また、蓄電モジュールから供給される電圧が一定値（△Ｖ２）まで下がる時間を１０秒以上とすることによりＤＣ−ＤＣコンバータの動作時間や負荷の能力低下を考慮して、商用電源などと切り替える時間を制御し易くなる。なお、蓄電モジュールから供給される電圧が一定値（△Ｖ２）まで低下する時間があまり長すぎると蓄電モジュールの大型化をまねくおそれがある。そのため、蓄電モジュールから供給される電圧が一定値（△Ｖ２）まで低下する時間は５分以下が好ましい。
【００２７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１…発電モジュール
２…蓄電モジュール
３…ＤＣ−ＤＣコンバータ
４…負荷
５…ダイオード
１１…蓄電装置
１２…電極部
１３…電極部
１４…封止部
１…蓄電部
１６…電解液
１７…保護部
１８…還元部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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