(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を用いて発電を行なう太陽光発電方法において、上記太陽電池の出力電流値を変動させ、上記出力電流値の変動の周期を、上記太陽電池を含む電気回路のＣＲ時定数より長く、上記太陽電池の光電流発生層の電子担体の消滅時間より短くすることを特徴とする太陽光発電方法。
【請求項２】
上記出力電流値のオン、オフを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電方法。
【請求項３】
上記出力電流値を正弦波状に変動させることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電方法。
【請求項４】
上記出力電流値をスイッチを用いて変動させることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電方法。
【請求項５】
上記出力電流値を電流制御器を用いて変動させることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電方法。
【請求項６】
少なくとも２組の上記太陽電池を用いることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電方法。
【請求項７】
上記太陽電池からの交流電圧を変圧器を用いて変換することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電方法。
【請求項８】
上記太陽電池からの直流電力成分を絶縁器を用いて外部回路から遮断することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電方法。
【請求項９】
上記スイッチまたは上記電流制御器を信号発生器により制御することを特徴とする請求項４または５に記載の太陽光発電方法。
【請求項１０】
上記信号発生器を無線信号により制御することを特徴とする請求項９に記載の太陽光発電方法。
【請求項１１】
少なくとも１つ以上の太陽電池と、上記太陽電池の出力電流値を変動させるスイッチと、上記太陽電池からの交流電圧を変換する変圧器とを具備し、上記出力電流値の変動の周期を、上記太陽電池を含む電気回路のＣＲ時定数より長く、上記太陽電池の光電流発生層の電子担体の消滅時間より短くしたことを特徴とする太陽光発電モジュール。
【請求項１２】
少なくとも１つ以上の太陽電池と、上記太陽電池の出力電流値を変動させる電流制御器と、上記太陽電池からの交流電圧を変換する変圧器とを具備し、上記出力電流値の変動の周期を、上記太陽電池を含む電気回路のＣＲ時定数より長く、上記太陽電池の光電流発生層の電子担体の消滅時間より短くしたことを特徴とする太陽光発電モジュール。
【請求項１３】
上記変圧器に接続されたインバータを設けたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項１４】
上記変圧器に接続されたコンデンサまたは蓄電池を設けたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項１５】
上記スイッチまたは上記電流制御器を制御する信号発生器を設けたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の太陽光発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は太陽光発電方法および太陽光発電モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池を家電品や更に大きい重電機等の電源として用いる場合は、太陽電池の出力を交流に変換したり高電圧に昇圧する必要がある。この場合、従来の太陽光発電方法では、電気学会太陽電池調査専門委員会編「太陽電池ハンドブック」電気学会２５９頁に示されるように、太陽電池で得られた直流電力を一旦蓄電池に蓄電し、これをインバータによって高電圧の交流電源に変換して用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような太陽光発電方法では、最大出力電力点で動作させることにより、太陽電池からの出力の最大値が得られるように調整したとしても、発電効率が良好ではない。
【０００４】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、発電効率が良好である太陽光発電方法、太陽光発電モジュールを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、この発明においては、太陽電池を用いて発電を行なう太陽光発電方法において、上記太陽電池の出力電流値を変動させ、上記出力電流値の変動の周期を、上記太陽電池を含む電気回路のＣＲ時定数より長く、上記太陽電池の光電流発生層の電子担体の消滅時間より短くする。
【０００６】
この場合、上記出力電流値のオン、オフを繰り返す。
【０００７】
また、上記出力電流値を正弦波状に変動させる。
【０００９】
また、上記出力電流値をスイッチを用いて変動させる。
【００１０】
また、上記出力電流値を電流制御器を用いて変動させる。
【００１１】
また、少なくとも２組の上記太陽電池を用いる。
【００１２】
また、上記太陽電池からの交流電圧を変圧器を用いて変換する。
【００１３】
また、上記太陽電池からの直流電力成分を絶縁器を用いて外部回路から遮断する。
【００１４】
また、上記スイッチまたは上記電流制御器を信号発生器により制御する
この場合、上記信号発生器を無線信号により制御する。
【００１５】
また、少なくとも１つ以上の太陽電池と、上記太陽電池の出力電流値を変動させるスイッチと、上記太陽電池からの交流電圧を変換する変圧器とを設け、上記出力電流値の変動の周期を、上記太陽電池を含む電気回路のＣＲ時定数より長く、上記太陽電池の光電流発生層の電子担体の消滅時間より短くする。
【００１６】
また、少なくとも１つ以上の太陽電池と、上記太陽電池の出力電流値を変動させる電流制御器と、上記太陽電池からの交流電圧を変換する変圧器とを設け、上記出力電流値の変動の周期を、上記太陽電池を含む電気回路のＣＲ時定数より長く、上記太陽電池の光電流発生層の電子担体の消滅時間より短くする。
【００１７】
これらの場合、上記変圧器に接続されたインバータを設ける。
【００１８】
また、上記変圧器に接続されたコンデンサまたは蓄電池を設ける。
【００１９】
また、上記スイッチまたは上記電流制御器を制御する信号発生器を設ける。
【００２０】
【作用】
この太陽光発電方法、太陽光発電モジュールにおいては、出力電圧の平均値が直流動作時より高くなる。
【００２１】
また、出力電流値の変動の周期を、太陽電池を含む電気回路のＣＲ時定数より長く、太陽電池の光電流発生層の電子担体の消滅時間より短くしたときには、高い光電変換効率を得ることができる。
【００２２】
【実施例】
図１はこの発明に係る太陽光発電方法を示す図である。図に示すように、太陽電池１と負荷２との間にスイッチ１０が設けられている。
【００２３】
この太陽光発電方法においては、スイッチ１０を所定周期でオン、オフすると、交流電流を得ることができる。
【００２４】
ところで、従来の直流発電方式では、図２に示すように、太陽電池１に入射した太陽光３によって発電した電流４を負荷２に流して消費する。この場合、負荷２の抵抗を変えることにより、図３に示す電流−電圧曲線のどの位置で動作させるかを選択することができる。通常は、最大電力点７で動作させることにより、太陽電池１からの出力の最大値が得られるように調整している。このときの出力は、短絡電流５と開放電圧６との積の約８割程度の電力を得ることができる。この電流−電圧曲線上の短絡電流５は太陽光３で単位時間当たりに生成される電荷量にほぼ等しい値を持つ。このような直流発電方式では太陽光３の強度が変化しない場合は、負荷２にかかる電圧および電流は一定である。
【００２５】
これに対して、図１に示した太陽光発電方法では、図４に示すように、太陽電池１から電流８を一定時間流し、次に一定時間電流を遮断した場合、太陽電池１の電圧９はスイッチ１０がオンの間にわずかに減少し、スイッチ１０がオフの間に増加する。すなわち、スイッチ１０が閉じている間は負荷２の抵抗値をＲ、太陽電池１の電圧をＶ、電流４をＩとすると、Ｉ＝Ｖ／Ｒとなる。この電流Ｉを直流方式での最大電力点７での最大電力電流Ｉｍの２倍とし、デューティー比５０％でオン、オフを繰り返した。この結果、出力電圧９の平均は直流方式での最大電力電圧Ｖｍより約２０ｍＶ上昇した。また、出力電流８の平均は直流動作時の最大電力電流Ｉｍの２倍であるため、平均出力電力を直流方式で得られる最大電力より３％程度大きくすることができる。
【００２６】
このような太陽光発電方法では、太陽電池１内で光生成された電子担体が一定時間放電せずに太陽電池１内に蓄積されるため、太陽電池１内のキャリヤ密度は直流動作時の最大電力点７や短絡電流５の状態より高く、ほぼ開放電圧６の状態でのキャリヤ密度に近くなっている。この状態で、電流を流すと、直流動作時の短絡電流５の２倍程度の電流であれば短時間はその電流を取り出すことができる。もちろん、この電流を取り出し続けると出力電流は短絡電流５まで減少する。そこで、電流の減少が小さいうちに再び回路をオフにして電流の取り出しを停止する。これを繰り返して交流電流を取り出すことができる。このときの太陽電池１内のキャリヤ密度の時間平均は、直流動作時のキャリヤ密度より高いため、出力電圧の平均値は直流動作時より高くなる。したがって、発電効率が良好である。また、直流−交流変換回路を省略することができる。
【００２７】
図５はこの発明に係る他の太陽光発電方法を示す図である。図に示すように、太陽電池１と負荷２との間に電流制御器１１が設けられている。
【００２８】
この太陽光発電方法においては、電流制御器１１を用いてオン時の電流を一定にして動作させることにより、さらに安定な交流発電を行なうことができる。また、電流制御器１１を用いることにより、オン、オフの矩形波だけではなく、三角波や正弦波を作ることもできる。
【００２９】
図６はこの発明に係る他の太陽発電方法を示す図である。この太陽発電方法においては、太陽電池１に複数のシリコン太陽電池を用いた。また、スイッチ１０にはパワーＭＯＳトランジスタを用いた。スイッチ１０のゲートに矩形波の信号を入力することにより、矩形波をした電流４を得た。また、もう一対の太陽電池１およびスイッチ１０を対称に配置し、このスイッチ１０のゲートに他のスイッチ１０のゲートに加えた信号の半周期ずれた信号を加える。これにより、変圧器１２にはＶから−Ｖまで変化する矩形波の交流電流を発生させることができる。
【００３０】
この場合、ゲート信号の周波数は太陽電池１の電気容量Ｃが２．６μＦ、回路抵抗Ｒが０．４Ωであるため、ＣＲ＝１．０４ｅ−６（秒）であり、これより長い周期を持つゲート信号、言い換えると周波数９６２ｋＨｚより小さい周波数を持つ信号を用いることが望ましい。また、本実施例に用いたシリコン太陽電池の光電流発生層の電子担体の消滅時間（キャリヤライフタイム）が３００μｓであるため、これより短い周期を持つゲート信号、言い換えると周波数３．３ｋＨｚより大きい周波数を持つ信号を用いることが望ましい。これらの３．３〜９６２ｋＨｚの間の信号を用いたところ、特に高い光電変換効率を得ることができた。このため、発電効率をさらに良好にすることができた。
【００３１】
図７はこの発明に係る他の太陽発電方法を示す図である。この太陽発電方法においては、２組の太陽電池１とスイッチ１０とを配置し、スイッチ１０のゲートに半周期ずれた信号を与えることにより、変圧器１２に交流電力を発生させた。その他の構成は図６に示した太陽発電方法と同様である。
【００３２】
図８はこの発明に係る他の太陽発電方法を示す図である。この太陽発電方法においては、図６に示した回路を一体化して太陽光発電モジュール１４を形成し、この高周波出力をインバータ１３で５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電力に変換する。また、モジュール１４内のスイッチには、矩形波ではなく半波状の正弦波を加え、モジュール１４の出力を高周波の正弦波とすることにより、高周波ノイズの低減を図る。
【００３３】
図９はこの発明に係る他の太陽発電方法を示す図である。この太陽発電方法においては、太陽光発電モジュール１４の後段に電流整流器および蓄電器１５を配置する。このように電流整流器および蓄電器１５を用いることにより、複雑な電子回路を用いることなく簡便に高電圧の直流電源を得ることができる。
【００３４】
図１０は他の太陽発電方法を示す図である。この太陽発電方法においては、太陽電池１、蓄電池１６、スイッチ回路および変圧器１７を用いて交流電力を得ている。このように蓄電池１６に一旦直流電力を蓄えることは、電池内蔵型モジュールとして既知の構成であるが、これにスイッチおよび変圧器１７を内蔵させることにより、上記モジュールの直流電力が直接外部回路に流れるのを防止することができる。これは、実質的に直流成分を絶縁することのできる絶縁器例えば変圧器をモジュール内に具備することにより達成できる。この場合、変圧器は電圧を昇圧または降圧することなく単なる直流成分の絶縁器として動作させてもよい。これらのモジュールを実際に発電所に設置する場合には、スイッチに信号を送らなければモジュールからは電力が出力されないため、安全に設置することができる。また、設置後には各モジュールのスイッチに信号を送ることにより発電を開始することができる。また、各モジュールに送る信号の周期を合わせることにより、変圧器を共有したり、インバータを共有することができる。
【００３５】
図１１はこの発明に係る他の太陽発電方法を示す図である。この太陽発電方法においては、太陽電池１に複数のシリコン太陽電池を用いた。また、スイッチ１０にはパワーＭＯＳトランジスタを２個用いた。スイッチ１０の数はパワーＭＯＳトランジスタの容量と太陽電池１の最大発電量により適宜選べることは当然である。このパワーＭＯＳトランジスタのゲートに矩形波の信号を入力するにあたり、電源１８から電力供給を受けた信号発生回路１９により極性の異なる２種の信号を生成し、この信号を同図のごとく２個のパワーＭＯＳトランジスタそれぞれのゲートに印加する。電源１８は外部から供給されたエネルギーでもよいが、本実施例では太陽電池によって作られたエネルギーを利用した。また、信号発生回路１９は電源１８のすぐ脇に設置し、モジュール内に組み込んだ。このような構成にしたことにより、配線引き回しの少ないシンプルな太陽電池システムにすることができた。本実施例においても図７に示した太陽発電方法と同様に、変圧器１２にはＶから−Ｖまで変化する矩形波の交流電流を発生させることができる。本実施例ではスイッチ１０としてパワーＭＯＳトランジスタを用いたが、電流制御器であってもよいことは明白である。
【００３６】
図１２はこの発明に係る他の太陽発電方法を示す図である。この太陽発電方法においては、信号発生回路１９にアンテナ２１および受信回路を設け、更に無線発信器２０を太陽光発電モジュール外に設置した。その他の構成は図１１に示した太陽発電方法と同様である。
【００３７】
信号発生回路１９の制御は、そのオン、オフや信号の周波数、同期制御などを外部から行なうことが必要となる場合がある。これらの制御を有線で行なうためには、太陽光発電装置からの出力を電送するケーブルの他に、制御信号用のケーブルを設置する必要がある。これに対し、本実施例のように無線で制御することにより、特に大規模な太陽光発電所においては発電装置の制御が容易になる。また、無線制御信号は空中を伝搬する信号のみならず、出力電送用のケーブルをアンテナ代わりにして伝搬する信号であってもよい。
【００３８】
なお、上述実施例においては、太陽電池にシリコン太陽電池を用いて説明したが、これは他の半導体を用いた発電装置や、その他の原理を用いた発電装置でもよいことはいうまでもない。また、太陽電池、スイッチ、変圧器、インバータ、コンデンサ、蓄電池などは、モジュールに組み込んでも、外部に設置してもよく、それぞれの目的が達成される組み合わせで用いることができる。また、蓄電池の代わりに大容量のコンデンサを用いてもよい。さらに、スイッチには電流制限器を含むものとする。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る太陽光発電方法、太陽光発電モジュールにおいては、出力電圧の平均値が直流動作時より高くなるから、発電効率が良好である。
【００４０】
また、出力電流値を正弦波状に変動させたときには、高周波ノイズの低減を図ることができる。
【００４１】
また、出力電流値の変動の周期を、太陽電池を含む電気回路のＣＲ時定数より長く、太陽電池の光電流発生層の電子担体の消滅時間より短くしたときには、高い光電変換効率を得ることができるから、発電効率がさらに良好である。
【００４２】
また、出力電流値を電流制御器を用いて変動させたときには、三角波や正弦波を作ることができる。
【００４３】
また、太陽電池からの直流電力成分を絶縁器を用いて外部回路から遮断したときには、安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る太陽光発電方法を示す図である。
【図２】従来の直流発電方式を示す図である。
【図３】図２に示した直流発電方式の電流−電圧曲線を示す図である。
【図４】図１に示した太陽光発電方法の動作説明図である。
【図５】この発明に係る他の太陽光発電方法を示す図である。
【図６】この発明に係る他の太陽光発電方法を示す図である。
【図７】この発明に係る他の太陽光発電方法を示す図である。
【図８】この発明に係る他の太陽光発電方法を示す図である。
【図９】この発明に係る他の太陽光発電方法を示す図である。
【図１０】この発明に係る他の太陽光発電方法を示す図である。
【図１１】この発明に係る他の太陽光発電方法を示す図である。
【図１２】この発明に係る他の太陽光発電方法を示す図である。
【符号の説明】
１…太陽電池
２…負荷
３…太陽光
４…電流
５…短絡電流
６…開放電圧
７…最大電力点
８…電流
９…電圧
１０…スイッチ
１１…電流制御器
１２…変圧器
１３…インバータ
１４…太陽光発電モジュール
１５…電流整流器および蓄電池
１６…蓄電池
１７…スイッチおよび変圧器
１８…電源
１９…信号発生回路
２０…無線発信器
２１…アンテナ
【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】
0003585527.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003585527.tif 000011
【図１１】
0003585527.tif 000012
【図１２】
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