(57)【要約】      （修正有）【課題】安定した発電量を得ることができる太陽電池及び太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池１１０は、第１光電変換部１０と、第２光電変換部２０と、を含む。第１光電変換部１０は、色素を含む光電変換層１４０を有し、第１の光電変換効率を有する。第２光電変換部２０は、第１光電変換部１０の上に設けられる。第２光電変換部２０は、半導体２１を含み、前記第１の光電変換効率よりも高い第２の光電変換効率を有する。第２光電変換部２０は、上から見て第１光電変換部１０の面積よりも小さい面積を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色素を含む光電変換層を有し、第１の光電変換効率を有する第１光電変換部と、
前記第１光電変換部の上に設けられ、半導体を含み、前記第１の光電変換効率よりも高い第２の光電変換効率を有し、上から見て前記第１光電変換部の面積よりも小さい面積を有する第２光電変換部と、
を備えた太陽電池。
【請求項２】
前記第２光電変換部の前記面積は、前記第１光電変換部の前記面積の５０％以下である請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１光電変換部は、前記光電変換層で変換して得た電荷を蓄積する機能を有する請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１光電変換部は、
第１電極と、
前記第１電極上に設けられた第２電極と、を含み、
前記光電変換層は、
前記色素を担持する担持部と、
前記担持部と前記第１電極との間に設けられた電解質部と、含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項５】
前記担持部は、ＷＯ３及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含む請求項４記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１電極の前記第２電極と向かい合う面は、前記第２電極側に凹となる曲面である請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第１電極は、前記第２電極の側に光を集めるフレネルミラー部を有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項８】
前記半導体は、シリコンを含む請求項1〜７のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項９】
前記半導体は、化合物半導体を含む請求項1〜７のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項１０】
互いに並置された複数の太陽電池を含む太陽電池パネルを備え、
前記複数の太陽電池の少なくとも１つは、
色素を含む光電変換層を有し、第１の光電変換率を有する第１光電変換部と、
前記第１光電変換部の上に設けられ、半導体を含み、前記第１の光電変換効率よりも高い第２の光電変換効率を有し、上から見て前記第１光電変換部の面積よりも小さい面積を有する第２光電変換部と、
を含む太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記太陽電池パネルの向きを時間の経過に合わせて変化させる駆動部をさらに備えた請求項１０に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽光などの光をエネルギー源としている。このため、太陽電池の発電量は太陽電池に照射される光の量に依存する。光量が低下すると太陽電池の発電量が低下するため、太陽電池で稼働する機器の動作が不安定になる。太陽電池においては、発電量を安定化させることが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５４０７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、安定した発電量を得ることができる太陽電池及び太陽電池モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る太陽電池は、第１光電変換部と、第２光電変換部と、を含む。
前記第１光電変換部は、色素を含む光電変換層を有し、第１の光電変換効率を有する。
前記第２光電変換部は、前記第１光電変換部の上に設けられる。前記第２光電変換部は、半導体を含み、前記第１の光電変換効率よりも高い第２の光電変換効率を有する。前記第２光電変換部は、上から見て前記第１光電変換部の面積よりも小さい面積を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係る太陽電池を例示するための模式図である。
【図２】第１光電変換部におけるバンド構造を例示する模式図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、太陽電池の動作を例示する模式図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る太陽電池の構成を例示する模式的断面図である。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る太陽電池の構成を例示する模式的断面図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、第４の実施形態に係る太陽電池モジュールの構成を例示する模式的斜視図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｅ）は、太陽電池モジュールの発電量について例示する図である。
【図８】図８は、第５の実施形態に係る電力管理システムの構成例を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、電力量の変化を例示する図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は、第６の実施形態に係る送水ポンプシステムの適用例を示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、第７の実施形態に係る太陽追尾型の太陽電池モジュールを例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係る太陽電池の構成を例示する模式図である。
図１（ａ）には、第１の実施形態に係る太陽電池１１０の模式的断面図が表される。図１（ｂ）には、太陽電池１１０の模式的平面図が表される。
【０００９】
図１（ａ）に表したように、本実施形態に係る太陽電池１１０は、第１光電変換部１０と、第２光電変換部２０と、を備える。第１光電変換部１０は、色素１４ｃを含む光電変換層１４０を有する。第２光電変換部２０は、第１光電変換部１０の上に設けられる。第２光電変換部２０は、半導体２１を含む。
【００１０】
実施形態においては、第１光電変換部１０と第２光電変換部２０とを結ぶ方向をＺ方向とする。また、Ｚ方向において第１光電変換部１０から第２光電変換部２０へ向かう側を上側（上）とする。Ｚ方向と直交する方向の１つをＸ方向とする。Ｚ方向及びＸ方向とそれぞれ直交する方向をＹ方向とする。
【００１１】
図１（ｂ）に表したように、Ｚ方向（上）から見た第２光電変換部２０の面積Ｓ２０は、Ｚ方向（上）から見た第１光電変換部１０の面積Ｓ１０よりも小さい。例えば、面積Ｓ２０は、面積Ｓ１０の５０％以下である。
【００１２】
第１光電変換部１０は、第１の光電変換効率を有する。第２光電変換部２０は、第１の光電変換効率よりも高い第２の光電変換効率を有する。太陽電池１１０においては、光電変換効率の異なる２つの光電変換部（第１光電変換部１０及び第２光電変換部２０）がＺ方向に重ねられる。
【００１３】
２つの光電変換部を重ね合わせるにあたり、相対的に光電変換効率の高い第２光電変換部２０の面積Ｓ２０を、相対的に光電変換効率の低い第１光電変換部１０の面積Ｓ１０よりも小さくする。第１の光電変換効率と第２の光電変換効率とのバランスと、面積Ｓ１０と面積Ｓ２０とのバランスと、を考慮することで、２つの光電変換部の特徴を併せ持つ太陽電池１１０が提供される。
【００１４】
次に、太陽電池１１０の具体的な一例について説明する。
太陽電池１１０は、第１基板１０１と、第２基板１０２と、を備える。第１光電変換部１０は、第１基板１０１と、第２基板１０２との間に設けられる。第２光電変換部２０は、第２基板１０２の上に設けられる。第２光電変換部２０は、Ｚ方向に見て第２基板１０２の例えば中央部分に配置される。
【００１５】
第１基板１０１は、第１面１０１ａを有する。第１面１０１ａは、第１基板１０１の上側の面である。実施形態において、Ｚ方向は、第１面１０１ａに垂直な方向である。第１基板１０１は、光電変換層１４０を封止するための熱に対する耐熱性、電解質部１５に対する耐薬品性、耐絶縁性などを有する。
【００１６】
第１基板１０１の材料としては、例えばガラス材料、セラミック材料、金属材料、プラスチック材料が用いられる。Ｚ方向に見た第１基板１０１の形状は、例えば矩形である。実施形態では、第１基板１０１の形状は正方形である。第１基板１０１の一辺の長さは、例えば１００ミリメートル（ｍｍ）である。第１基板１０１の厚さは、例えば１．０ｍｍである。
【００１７】
第２基板１０２は、第１面１０１ａと向かい合う第２面１０２ａと、第２面１０２ａとは反対側の第３面１０２ｂと、を有する。第３面１０２ｂは、太陽光Ｓの主たる受光面である。実施形態では、受光するエネルギーとして太陽光Ｓを例とするが、太陽光Ｓ以外の光であってもよい。
【００１８】
第２基板１０２は、透光性、耐熱性、耐薬品性、耐絶縁性を有する。第２基板１０２の材料としては、例えばガラス材料、セラミック材料、金属材料、プラスチック材料が用いられる。Ｚ方向に見た第２基板１０２の形状は、例えば矩形である。第２基板１０２の大きさは、例えば第１基板１０１の大きさと同じである。第２基板１０２の厚さは、例えば１．０ｍｍである。
【００１９】
第１光電変換部１０は、色素増感太陽電池である。第１光電変換部１０は、光電変換層１４０で変換して得た電荷を蓄積する機能（蓄電機能）を有していてもよい。実施形態では、第１光電変換部１０が蓄電機能を有している場合を例として説明する。
【００２０】
第１光電変換部１０は、第１電極１１と、第１電極１１の上に設けられた第２電極１２と、を含む。光電変換層１４０は、第１電極１１と第２電極１２との間に設けられる。光電変換層１４０は、色素１４ｃを担持する担持部１４と、電解質部１５とを含む。
【００２１】
第１電極１１は、第１基板１０１の第１面１０１ａに設けられる。第１電極１１は、第１電極層１１ａを含む。第１電極層１１ａには、例えば白金が用いられる。第１電極層１１ａは、例えばスパッタまたは蒸着で形成される。第１電極層１１ａの厚さは、例えば１００ナノメートル（ｎｍ）である。
【００２２】
第１電極層１１ａとして白金を用いる場合、白金は、電解質部１５に含まれる三ヨウ化物イオン（Ｉ３−）からヨウ素イオン（３Ｉ−）への還元を促進する触媒として働く。また、第１電極層１１ａは、第２基板１０２、第２電極１２、担持部１４、及び電解質部１５を透過した太陽光Ｓを反射させる役目も果たす。反射された太陽光Ｓｒは、第１光電変換部１０及び第２光電変換部２０の発電に利用される。
【００２３】
第１電極１１は、第１電極層１１ａと第２電極層１１ｂとの多層構造であってもよい。第２電極層１１ｂは、第１電極層１１ａと第１面１０１ａとの間に設けられる。第２電極層１１ｂは、例えば透明電極である。第２電極層１１ｂには、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide ）が用いられる。第２電極層１１ｂは、例えばスパッタや蒸着で形成される。第２電極層１１ｂの厚さは、例えば１００ｎｍである。
【００２４】
第２電極１２は、第２基板１０２の第２面１０２ａに設けられる。第２電極１２には、例えばＩＴＯが用いられる。第２電極１２は、例えばスパッタや蒸着で形成される。第２電極１２の厚さは、例えば３００ｎｍである。
【００２５】
担持部１４は、第１担持体１４ａと、第２担持体１４ｂと、色素１４ｃと、を有する。第１担持体１４ａ及び第２担持体１４ｂは、例えば金属酸化物半導体粒子である。第１担持体１４ａ及び第２担持体１４ｂの金属半導体粒子表面には色素１４ｃが担持される。第１担持体１４ａは、例えば酸化チタンである。第２担持体１４ｂは、例えば酸化タングステンである。第１担持体１４ａ及び第２担持体１４ｂは、酸化チタン及び酸化タングステンのいずれか一方でもよい。色素１４ｃには、例えばＲｕ色素が用いられ、その濃度は、例えば１０−４モル／リットル（ｍｏｌ／Ｌ）である。第１担持体１４ａ及び第２担持体１４ｂの粒子径は、例えば５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。担持部１４の厚さは、例えば１５μｍである。
【００２６】
電解質部１５は、第１電極１１、第２電極１２、及び封止部１６に囲まれた内側に注入されている。注入された電解質部１５は、担持部１４以外の空間と、担持部１４の酸化チタン粒子と酸化タングステン粒子の粒子間の空隙を満たしている。電解質部１５は、例えばヨウ素を含む。電解質部１５中におけるヨウ素の濃度は、例えば１ミリｍｏｌ／Ｌ以上５ｍｏｌ／Ｌである。
【００２７】
担持部１４の酸化タングステンに電気を蓄電するために、電解質部１５は例えばＬｉ＋を含む。Ｌｉ＋の濃度は、例えば０．１ｍｏｌ／Ｌ以上５ｍｏｌ／Ｌである。
【００２８】
第２光電変換部２０は、半導体太陽電池である。第２光電変換部２０の半導体２１には、例えばシリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン）が含まれる。半導体２１には、化合物半導体（III−V族、II−VI族等）が含まれていてもよい。第２光電変換部２０である半導体太陽電池は、ｐ形半導体層とｎ形半導体層とが積層された構造を有する。
【００２９】
第１光電変換部１０である色素増感太陽電池の光電変換効率は、約５％以上１０％以下程度である。第２光電変換部２０である半導体太陽電池の光電変換効率は、約１０％以上４０％以下程度である。例えば、シリコンを含む半導体太陽電池の場合、光電変換効率は、例えば単結晶Ｓｉで２０％程度である。化合物半導体を含む半導体太陽電池の場合、光電変換効率は、例えばＧａＡｓ系の素子で３０％以上４０％以下程度である。
【００３０】
蓄電機能を有する色素増感太陽電池では、発電した電気を電力負荷機器へ供給しながら、蓄電することは難しい。一方、半導体太陽電池は蓄電機能を備えていない。太陽電池１１０では、第１光電変換部１０である色素増感太陽電池で発電した電気と、第２光電変換部２０で発電した電気とを、電力負荷機器に供給する。また、余剰な電気は、色素増感太陽電池に充填される。
【００３１】
Ｚ方向から見た第１光電変換部１０及び第２光電変換部２０のそれぞれの面積が大きいほど、第１光電変換部１０及び第２光電変換部２０のそれぞれの発電量は増加する。一方、第２光電変換部２０の面積が大きくなると、Ｚ方向から見た第１光電変換部１０の受光面の面積は、第２光電変換部２０の面積が増加するほど減少する。
【００３２】
Ｚ方向から見た第２光電変換部２０の受光面の形状は矩形でも円形でも、その他の形状でもよい。また、第２基板１０２の上に、複数の第２光電変換部２０が設けられていてもよい。複数の第２光電変換部２０を備える場合、第２光電変換部２０の面積Ｓ２０は、複数の第２光電変換部２０のそれぞれの面積の総和である。
【００３３】
第１光電変換部１０及び第２光電変換部２０のそれぞれについて効率の良い発電を行うため、太陽電池１１０では、第２光電変換部２０の面積Ｓ２０を、第１光電変換部１０の面積Ｓ１０の５０％以下にすることが好ましい。
【００３４】
第１光電変換部１０の光電変換効率をη１０、第２光電変換部２０の光電変換効率をη２０とした場合、面積Ｓ２０は、面積Ｓ１０×（η１０／η２０）よりも大きいことが好ましい。
【００３５】
次に、第１光電変換部１０の動作について説明する。
先ず、第１光電変換部１０の発電について説明する。
図２は、第１光電変換部におけるバンド構造を例示する模式図である。
色素増感太陽電池では、色素１４ｃが光のエネルギーｈνを吸収し、最高被占有軌道ＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital)の電子ｅ−を最低空軌道ＬＵＭＯ（Lowest Occupeied Molecule Orbital)に励起する。励起された電子ｅ−は、例えば第１担持体１４ａである酸化チタンの伝導帯準位Ｃ．Ｂ（Conduction Band)に放出される。
【００３６】
第１担持体１４ａに放出された電子ｅ−は、第２電極１２から外部回路を通って、第１電極１１に達する。第２電極１２の表面では、電子ｅ−は、Ｉ３−を還元し、Ｉ−を生成する。Ｉ−は、光を吸収して酸化された色素１４ｃに電子ｅ−を渡し、Ｉ３−に戻る。開放電圧Ｖｏｃは第１担持体１４ａである酸化チタンのフェルミレベルと電解質部１５である例えばＩの酸化還元電位の差である。
【００３７】
次に、太陽電池１１０の動作について説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は、太陽電池の動作を例示する模式図である。
図３（ａ）には、太陽電池１１０を用いた回路構成が例示される。図３（ｂ）には、充電の状態が例示される。図３（ｃ）には、放電の状態が例示される。
【００３８】
図３（ａ）に表したように、第１光電変換部１０は、第２光電変換部２０と並列接続される。太陽電池１１０には外部回路３０が接続される。第１光電変換部１０で発電された電子ｅ−は、第２電極１２から外部回路３０に送られる。第２光電変換部２０で発電された電子ｅ−は、外部回路３０に送られる。
【００３９】
図３（ｂ）に表したように、第１光電変換部１０での発電量が低下した場合、第２光電変換部２０で発電された電子ｅ−は、外部回路３０に送られるとともに、第１光電変換部１０の第２電極１２に送られる。第２電極１２に送られた電子ｅ−は、電解質部１５中のＬｉ＋と結合する。電子ｅ−と結合したＬｉ＋は担持体１４ｂの酸化タングステン粒子中に侵入してＬｉｘＷＯ３を形成し、充電状態となる。
【００４０】
図３（ｃ）に表したように、第１光電変換部１０及び第２光電変換部２０の発電量が低下した場合、放電状態になる。放電時には、担持体１４ｂの酸化タングステン粒子中のＬｉｘＷＯ３がＬｉ＋と電子ｅ−とに解離する。解離した電子ｅ−は、第２電極１２から外部回路３０に流れる。一方、Ｌｉ＋は電解質部１５中に溶解する。
【００４１】
このように、太陽電池１１０においては、第１光電変換部１０での発電量が低下した場合、その低下分を第２光電変換部２０での発電量によって補う。また第１光電変換部１０及び第２光電変換部２０のそれぞれの発電量が低下した場合には、第１光電変換部１０に充電された電子ｅ−を放出して、太陽電池１１０の全体での発電量の低下を補う。したがって、太陽電池１１０では、外部回路３０への電気の供給が安定化する。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
図４は、第２の実施形態に係る太陽電池の構成を例示する模式的断面図である。
図４に表したように、本実施形態に係る太陽電池１２０において、第１電極１１の第２電極と向かい合う面１１ｃは、第２電極１２側に凹となる曲面になっている。すなわち、太陽電池１２０では、第１電極１１の面１１ｃによって太陽光Ｓを集光させる。
【００４３】
第１電極１１の面１１ｃは、上側に凹となる曲面を有する凹面鏡として機能する。面１１ｃは、反射した太陽光Ｓｒを第２光電変換部２０に集光させる曲率を有する。例えば、第１基板１０１の第１面１０１ａ側に凹部１０１ｃを形成する。第１電極１１は、この凹部１０１ｃに沿って形成される。
【００４４】
太陽電池１２０に照射された太陽光Ｓは、第２光電変換部２０及び第１光電変換部１０の発電及び蓄電に利用される。太陽光Ｓのうち、第１電極１１の面１１ｃで反射した太陽光Ｓｒは、第１光電変換部１０の発電に利用されるとともに、第２光電変換部２０の位置に集光される。第２光電変換部２０には集光された太陽光Ｓｒが照射される。第２光電変換部２０では、太陽光Ｓによる光電変換とともに、集光された太陽光Ｓｒによる光電変換が行われる。
【００４５】
面１１ｃによって集光しない場合の第２光電変換部２０の光電変換量に対して、面１１ｃによって集光した場合の第２光電変換部２０の光電変換効率は５％〜１０％向上する。
【００４６】
なお、図４に表した面１１ｃには、１つの凹面が示されているが、複数の凹面を有していてもよい。また、面１１ｃとして曲面を有する場合を示したが、角度の異なる平面を組み合わせて凹面鏡と等価な機能を持たせてもよい。
【００４７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図５は、第３の実施形態に係る太陽電池の構成を例示する模式的断面図である。
図５に表したように、本実施形態に係る太陽電池１３０において、第１電極１１は、第２電極１２側に光を集めるフレネルミラー部１１ｆを有する。太陽電池１３０においてフレネルミラー部１１ｆ以外の構成は太陽電池１２０と同様である。
【００４８】
フレネルミラー部１１ｆは、反射した太陽光Ｓｒを光電変換部２０に集光するように設計されている。フレネルミラー部１１ｆは、例えば、フレネル形状に形成された第２電極層１１ｂと、フレネル形状の面に形成された第１電極層１１ａと、を有する。フレネルミラー部１１ｆを用いることで、太陽電池１２０のような凹面鏡を用いる場合に比べて同じ集光倍率であっても第１電極１１のＺ方向の厚さが薄くなる。
【００４９】
フレネルミラー部１１ｆによって集光しない場合の第２光電変換部２０の光電変換量に対して、フレネルミラー部１１ｆによって集光した場合の第２光電変換部２０の光電変換効率は２％〜８％向上する。
【００５０】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）は、第４の実施形態に係る太陽電池モジュールの構成を例示する模式的斜視図である。
図６（ａ）には、太陽電池モジュール２１０の全体が表される。図６（ｂ）には、図６（ａ）のＡ部に設けられた１つの太陽電池２００が表される。
【００５１】
図６（ａ）に表したように、太陽電池モジュール２１０は、複数の太陽電池２００が互いに並置された太陽電池パネルを含む。図６（ａ）に表した例では、横方向Ｌｘに８個、縦方向Ｌｙに１２個の太陽電池２００が並べられる。１つの太陽電池２００の横方向の大きさＬｘ２が約１００ｍｍ、縦方向の大きさＬｙ２が約１００ｍｍである場合、太陽電池モジュール２１０の横方向の大きさＬｘ１は約８００ｍｍ、縦方向の大きさＬｙ１は約１２００ｍｍである。
【００５２】
複数の太陽電池２００のうち少なくとも１つには、先に説明した太陽電池１１０、１２０及び１３０の少なくともいずれかが用いられる。複数の太陽電池２００の電気的な接続は、直列でも、並列でも、直列と並列との組み合わせでもよい。
【００５３】
例えば、合計７２個の太陽電池２００を用いた太陽電池モジュール２１０の最大出力は約２１０ワット（Ｗ）、動作電圧は約４０ボルト（Ｖ）である。
【００５４】
次に、太陽電池モジュールの発電量の変動について説明する。
図７（ａ）〜（ｅ）は、太陽電池モジュールの発電量について例示する図である。
図７（ａ）には、太陽電池モジュールの等価回路が表される。図７（ｂ）及び（ｃ）には蓄電機能を備えない太陽電池モジュールの発電量の変動が表される。図７（ｄ）及び（ｅ）には蓄電機能を備えた太陽電池モジュール２１０の発電量の変動が表される。図７（ｂ）〜（ｅ）に示す横軸は時間、縦軸は発電量の相対値である。
【００５５】
図７（ａ）に表したように、太陽電池モジュール２１０の発電電流ｉｘは、第１光電変換部１０及び第２光電変換部２０による発電電流ｉ１と、第１光電変換部１０の蓄電部による電流ｉ２との総和である。
【００５６】
図７（ｂ）には、蓄電機能を備えない太陽電池モジュールでの約２時間（２Ｈ）の発電量の変動が表され、図７（ｃ）には、図７（ｂ）の破線枠に示す約２０分間（２ｍｉｎ）の発電量の変動が表される。図７（ｂ）及び（ｃ）に表したように、気象条件の変化など、受光量の変動に伴い発電量が大きく変動している様子が分かる。
【００５７】
図７（ｄ）には、太陽電池モジュール２１０での約２時間（２Ｈ）の発電量の変動が表され、図７（ｅ）には、図７（ｄ）の破線枠に示す約２０分間（２ｍｉｎ）の発電量の変動が表される。図７（ｄ）及び（ｅ）に表したように、太陽電池モジュール２１０においても、気象条件の変化など、受光量の変動に伴い発電量が変動する。
【００５８】
ここで、太陽電池モジュール２１０においては、受光量の低下によって第１光電変換部１０及び第２光電変換部２０による発電電流ｉ１は低下するが、蓄電部からの電流ｉ２は供給される。したがって、太陽電池モジュール２１０では、蓄電機能を備えない太陽電池モジュールに比べてて安定した出力が得られる。
【００５９】
図７（ｂ）及び（ｃ）に表したように、蓄電機能を備えない太陽電池モジュールの発電量の変動率は、最大７５％である。一方、太陽電池モジュール２１０の発電量の変動率は、最大３０％である。
【００６０】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。
図８は、第５の実施形態に係る電力管理システムの構成例を示す模式図である。
図８に表した電力管理システムは、太陽光発電を利用した例である。太陽光発電の発電量は気象条件により大きく変動する。このため発電電力、需用者側の電力利用状況、分散型電源及び蓄電池などは、ＥＭＳ（Energy Management System)と呼ばれる電力管理制御システムで監視している。
【００６１】
以下においては、蓄電機能を備えない太陽電池を用いた太陽電池モジュール２２０と、蓄電機能を備えた太陽電池（太陽電池１１０、１２０、１３０）を用いた太陽電池モジュール２３０と、を用いた場合を比較して説明する。
【００６２】
電力管理システムにおいて、太陽電池モジュール２２０または２３０により発電された電力Ｐ１は、パワーコンディショナ２２１により直流から交流に変換される。そして、変換された電力Ｐ３は企業や一般家庭の需用者に供給される。電力を安定して供給するために、ＥＭＳ２２３は、パワーコンディショナ２２１ａと所定時間（例えば１秒）ごとに通信を行い、太陽電池モジュール２２０または２３０の出力を監視している。
【００６３】
図９（ａ）〜（ｃ）は、電力量の変化を例示する図である。
図９（ａ）には、図８に示す太陽電池モジュール２２０及び２３０から出力される電力量Ｐ１の変動が表される。図９（ｂ）には、図８に示す定置型蓄電池２２５から出力される電力量Ｐ２の変動が表される。図９（ｃ）には、送電される電力量Ｐ３の変動が表される。図９（ａ）〜（ｃ）に示す横軸は時間、縦軸は電力量の相対値である。
【００６４】
図８に表した電力管理システムにおいて、気象条件が悪化すると、太陽電池モジュール２２０または２３０から出力される電力量Ｐ１は低下する。ここで、太陽電池モジュール２２０を用いた場合、図９（ａ）の点線で表したように、出力される電力量Ｐ１（２２０）は急激に低下する。
【００６５】
太陽電池モジュール２２０の出力低下を検知したパワーコンディショナ２２１ａは、信号２２２をＥＭＳ２２３に送る。信号２２２を受信したＥＭＳ２２３は、パワーコンディショナ２２１ｂを経由して、定置型蓄電池２２５に信号２２４を送り、定置型蓄電池２２３を起動させる。太陽電池モジュール２２０を用いた場合、図９（ｂ）の点線で表したように、定置型蓄電池２２３から出力される電力量Ｐ２（２２０）は、電力量Ｐ１（２２０）の低下から定置型蓄電池２２５が起動するまでの所定時間Δｔ（例えば、約２秒間）低下する。
【００６６】
したがって、太陽電池モジュール２２０を用いた場合、図９（ｃ）の点線で表したように、所定時間Δｔにおいて送電される電力量Ｐ３（２２０）の低下が発生する。
【００６７】
これに対して、太陽電池モジュール２３０を用いた場合、図９（ａ）の実線で表したように、出力される電力量Ｐ１（２３０）は、急激に低下しない。すなわち、太陽電池モジュール２３０の蓄電部から放出される電気によって出力の低下が補われるためである。
【００６８】
太陽電池モジュール２３０を用いた場合、図９（ｂ）の実線で表したように、定置型蓄電池２２３から出力される電力量Ｐ２（２３０）は、徐々に増加する。これは、太陽電池モジュール２３０から出力される電力量Ｐ１（２３０）が徐々に低下するためである。
【００６９】
したがって、太陽電池モジュール２３０を用いた場合、図９（ｃ）の実線で表したように、送電される電力量Ｐ３（２３０）の急激な低下は発生しない。すなわち、太陽電池モジュール２３０を用いることで、気象条件が悪化しても安定した電力が供給される。
【００７０】
なお、定置型蓄電池２２３を保有していない離島などでは、バックアップ電源としてディーゼル発電機２２７などが用いられる。ディーゼル発電機２２７の起動には比較的長い時間が必要である（例えば、２分以上）。太陽電池モジュール２３０では、太陽電池の蓄電部から電力を供給できるため、ディーゼル発電機２２７が起動するまでの間も安定した電力供給が行われる。また、ディーゼル発電機２２７を常時稼働させて待機する必要がないため燃料消費が抑制される。
【００７１】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。
図１０（ａ）〜（ｄ）は、第６の実施形態に係る送水ポンプシステムの適用例を示す模式図である。
図１０（ａ）には、太陽電池モジュール３００を用いた送水ポンプシステムの構成例が表される。図１０（ｂ）には、太陽電池パネル３４０を用いた構成例が表される。図１０（ｃ）には、太陽電池パネル３４０及び蓄電池３４６を用いた構成例が表される。図１０（ｄ）には、太陽電池パネル３５０を用いた構成例が表される。
【００７２】
以下においては、蓄電機能を備えない太陽電池を用いた太陽電池パネル３４０と、蓄電機能を備えた太陽電池（太陽電池１１０、１２０、１３０）を用いた太陽電池パネル３５０と、を用いた場合を比較して説明する。
【００７３】
図１０（ａ）には、川から水をくみ上げ、水田へ送水する送水ポンプシステムが表される。太陽電池モジュール３００は、太陽電池パネル３４０または３５０と、制御装置３４１と、を有する。送水ポンプシステムは、太陽電池モジュール３００と、ポンプ３４２と、貯水槽３４３と、配管３４４と、を備える。
【００７４】
制御装置３４１は、パワーコンディショナを含む。太陽電池パネル３４０または３５０の発電量は制御装置３４１で監視及び制御される。制御装置３４１は、太陽電池パネル３４０または３５０から電力をポンプ３４２に送り駆動させる。ポンプ３４２は川から水を吸い上げ、貯水槽３４３に送水する。貯水槽に貯められた水は配管３４４から水田へ送られる。
【００７５】
ポンプ３４２の起動時には、定常運転時の７、８倍の大電流が必要である。図１０（ｂ）に表したシステムでは、太陽電池パネル３４０をポンプ３４２の直接の電源として用いている。この場合、気象条件等によって太陽電池パネル３４０の出力が変動するため、ポンプ３４２に供給される電力は不安定になる。したがって、ポンプ３４２の稼働と停止とが繰り返される可能性がある。したがって、大電流が流れる起動回数が増加し、ポンプの寿命が短くなりやすい。
【００７６】
図１０（ｃ）に表したシステムは、太陽電池パネル３４０と蓄電池３４６とを組み合わせた構成である。このシステムでは、太陽電池パネル３４０で発電した電気を蓄電池３４６に貯めるため、気象条件等による供給電力の変動は少ない。しかし、蓄電池３４６を備えるため高コスト化する。
【００７７】
図１０（ｄ）に表したシステムでは、太陽電池パネル３５０をポンプ３４２の直接の電源として用いている。太陽電池パネル３５０を用いることで、ポンプ３４２の起動時には、必要な大電流を蓄電部から取り出す。また、定常運転時には、太陽電池パネル３５０で発電した電力によってポンプ３４２を稼働する。気象条件の変動があっても、ポンプ３４２に安定して電力が供給される。太陽電池パネル３５０を用いることで、図１０（ｃ）に表したような蓄電池３４６が不要になる。また、安定した電力の供給によってポンプの稼働と停止との繰り返しが低減され、ポンプ３４２の長寿命化が達成される。
【００７８】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。
図１１（ａ）〜（ｃ）は、第７の実施形態に係る太陽追尾型の太陽電池モジュールを例示する模式図である。
図１１（ａ）には、午前の状態が表される。図１１（ｂ）には、正午ごろの状態が表される。図１１（ｃ）には、午後の状態が表される。
【００７９】
太陽追尾型の太陽電池モジュール４００は、太陽電池パネル４６０と、駆動部４６１と、を含む。駆動部４６１は、太陽電池パネル４６０の向きを時間の経過に合わせて変化させる。駆動部４６１は、例えばモータ及びギアを含む。駆動部４６１は、太陽電池パネル４６０の姿勢を変えるための、方位角制御ユニット及び仰角制御ユニットを含んでいてもよい。また、太陽電池モジュール４００は、制御装置４６２を含んでいてもよい。
【００８０】
制御装置４６２は、太陽電池パネル４６０の発電量を測定、記録する。制御装置４６２は、発電量が最大となる方位角と仰角とを算出する。制御装置４６２は、算出結果に基づき駆動部４６１に信号を送り、太陽電池４６０の姿勢（方位角及び仰角）を制御する。
【００８１】
これにより、図１１（ａ）〜（ｃ）に表したように、午前、正午、午後にかけて太陽電池パネル４６０の向きは、太陽５００の動きに合わせて変化することになる。
【００８２】
本実施形態の太陽電池モジュール４００では、太陽５００の位置を追尾することで、日中の時間によって最適な発電量が得られる。また、発電とともに第１光電変換部１０の蓄電部に蓄電も行われる。このため、気象条件の変化によって発電量が低下した場合でも、蓄電部から放電することによって安定した出力が得られる。
【００８３】
以上説明したように、実施形態に係る蓄電付き太陽電池によれば、安定した発電量を得ることができる太陽電池及び太陽電池モジュールが提供できる。
【００８４】
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【００８５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。
【符号の説明】
【００８６】
１０…第１光電変換部、１１…第１電極、１１ａ…第１電極層、１１ｂ…第２電極層、１１ｃ…面、１１ｆ…フレネルミラー部、１２…第２電極、１４…担持部、１４ａ…第１担持体、１４ｂ…第２担持体、１４ｃ…色素、１５…電解質部、１６…封止部、２０…第２光電変換部、２１…半導体、１０１…第１基板、１０１ａ…第１面、１０１ｃ…凹部、１０２…第２基板、１０２ａ…第２面、１０２ｂ…第３面、１１０，１２０，１３０，２００…太陽電池、１４０…光電変換層、２１０，２２０，２３０，３００，４００…太陽電池モジュール、４６１…駆動部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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