(57)【要約】基礎光電池セルを有し、伝達変換器（24）を介して、電気エネルギーアキュムレータ（11）の充電を目的とする光電池パネル作成方法であって、最小数の基本セルが、光電池パネルの両端子間に直列接続され、該最小数は、所定照明下で、光電池パネルの屈曲電圧がコンバータ（24）の動作の閾値電圧（UC）より大きく決められることを特徴とする前記作成方法。本発明は、又、低電圧アキュムレータを、本方法により得られる光電池パネルを有するコンバータを介して充電する装置に関する。
2005500792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本光電池セルを有し、伝達コンバータ（24）を介して、電気エネルギーアキュムレータ（11）の充電を目的とする光電池パネル作成方法であって、
最小数の基本セルが、光電池パネルの両端子間に直列接続され、該最小数は、所定照明下で、光電池パネルの屈曲電圧がコンバータ（24）の動作の閾値電圧（UC）より大きくなるように決められることを特徴とする前記作成方法。
【請求項２】
前記直列接続される基本セルは、所定照明下で、光電池パネルの無負荷電圧（UB2）がコンバータ（24）の動作の閾値電圧（UC）より大きくなるように定められることを特徴とする請求項１に記載された光電池パネル（23）作成方法。
【請求項３】
低電圧電気エネルギーアキュムレータ（11）と、昇圧コンバータ（24）と、光電池パネル（23）を含み、該光電池パネル（23）は、基本光電池セルを有し、コンバータを介してアキュムレータを充電するための装置であって、
前記パネルの基本光電池セルの基本セルの接続は、本質的に並列で、前記直列接続は、パネルの屈曲電圧又は、無負荷電圧（UB2）の取得に必要なものに限定され、該屈曲点電圧はコンバータ（24）の動作の閾値電圧（UC）より大きいことを特徴とする装置。
【請求項４】
パネルの全ての基本セルが並列接続されていることを特徴とする、請求項３記載の装置。
【請求項５】
昇圧コンバータが一定周波数及び／又は一定デューティ比を使うことを特徴とする請求項３又は４記載の装置
【請求項６】
前記コンバータは動作の活性期間と非活性期間を有し、前記非活性期間はパネルを使って充電するために使われるもので、蓄積容量（48）は、前記コンバータの上流側に設けることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項記載の装置。
【請求項７】
前記コンバータ（24）は、入力電圧が所定の閾値電圧（U1）より小さくなる場合、コンバータ（24）動作を禁止する入力（451）が供給され、該電圧が、少なくとも（U2）電圧に等しいか、（U1）電圧より大きい値を取らない限り、禁止を継続する発振器（45）を有することを特徴とする、請求項６記載の装置。
【請求項８】
電気エネルギーアキュムレータが電気化学タイプのものであることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項記載の装置。
【請求項９】
前記電気的エネルギーアキュムレータがキャパシタ、又は、スーパーキャパシタタイプのものであることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を有し、コンバータを介して低電圧電気エネルギーアキュムレータ（accumulator）を充電する為の光電池パネル製造方法に関するものである、また、本発明は、該低電圧電気エネルギーアキュムレータと昇圧コンバータを有する装置に関するものである。前記光電池パネルは、太陽電池を有し、変換装置を介してアキュムレータを充電するためのものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明に従う充電装置の技術分野は、低電圧の蓄電技術であり、そのために、通常、直接接続（direct-wired）された光電池パネルが、使われる。即ち、太陽電池（太陽電池要素）が内部で直列に接続されており、太陽光の下で、アキュムレータの電圧より大きい無負荷時パネル電圧を出力するに十分なものとして構成されるものである。これにより、パネルに電気的に接続することによりアキュムレータの直接充電ができる。
【０００３】
正確に言えば、本発明は、光電池に関するもので、照明が大きく変化する条件下で、電気アキュムレータの充電を可能にするためのものである。具体的に言えば、本発明に従う方法を使う装置は、照明が正常値から大きく減少する時にも、充電できる。
【０００４】
同様に、本発明は、アキュムレータだけでなく、コンデンサ又はスーパーコンデンサのような、静電気で電気エネルギー蓄積要素の充電にも、応用できる。
【０００５】
エネルギー収集装置において、光電池パネルの出力を直接使用しないことは、周知である。米国特許US 4,494,180には、最適動作点の研究を行った参考文献が多数引用されている。このアプローチは、略語ＭＰＰＴ（maximum power point tracking）として知られている。
【０００６】
最大電力に対応する電圧、電流条件に従ってパネルを動作させることが重要である。前記最適点は、引用特許の図２の参照番号（48）により表示される。それは、電流/電圧特性の屈曲部に位置する。
【０００７】
前記特許は、特に、アキュムレータを介さず、直接的に電力をモータに供給するものであるが、電力をどのようにして最適にするかを説明する。
【０００８】
前記特許においては、本発明と同様に、比がＮであるDC/DCコンバータを使うが、そのコンバータは、昇圧コンバーター（convertisseur elevateur）では無く、降圧コンバーター（buck converter）である。パネルから見て負荷を変化させ、照明・温度がどのようなものであろうと、パネルの電流/電圧を、特性曲線の屈曲点に維持するようにすることが重要である。
【０００９】
古い米国特許US3,384,806には、パネルから見た、負荷のインピーダンス整合に対する配慮が記載されている。
【００１０】
米国特許US 3,696,286においては、負荷の下で動作する、少なくとも１つのメインパネルにより供給された電圧と、メインパネルと同じ、温度と照明について同一条件下に設けられ、無負荷で動作する参照セル（reference cell）との間の差異により変化する、少なくとも１つの可変周波数コンバータの制御に関するものである。
【００１１】
前記コンバータの構成は従来型のブースターの構成であるが、後者は、明らかに、電圧増幅というより、電力増幅の役割を果たすものである。このことは、図１により表現され、特許請求の範囲に請求されている。その目的は、仮にパネルの利用可能電力が減少する場合、自動的に負荷要求電力を減少させることである。
【００１２】
本発明は、複数増幅器を使用し、各増幅器は可変周波数で動作し、並列設置されたパネルの出力電圧のバランスをとるものである。
【００１３】
米国特許US 4,695,785は、照明及び/又は温度が変化するＭＰＰＴ装置に関するものである。短絡電流を周期的に（そして短時間）計測することにより、最大電力で装置を動作させることができる。この値は、スイッチングレギュレータ上の作動に使用され、負荷が利用電力に要求する電力に応えるものである。
【００１４】
当該発明の要約は、スイッチングレギュレータの上昇又は下降について記載していない。しかし、好ましい実施例において（4欄34行）、図１に対応するブーストコンバータについての構成要素について記載しているが、この特性が、不可欠ではないことは明かである。なぜならば、図１の記載（7欄27行）に、この構成は電流レギュレ-タとして構成されていることが明記してあるからである。次のパラグラフに、他のレギュレータの構成（setups）は、「ブロッキングタイプ」又は「フォワード」タイプのコンバータとして使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来技術を使った公知装置において、その目的は、もっぱら、パネルの出力特性（電流/電圧曲線）の屈曲点における使用条件に近づけることであった。これに対し、本発明の装置は、好ましくは、光電池パネルが電流発生器として動作する領域を使用するように設計する。前記領域とは、電流―電圧曲線の水平部分である。電力は最適にならないとしても、その目的は、できるだけ大電力を生成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
発明装置が有利に使用できることを付言する。例えば、一時的な、稀なソーラー保護等に使用するために、アキュムレータからDCモータへ電力供給する場合である。
本装置は、他にも利用でき、低照度環境でもパネルの直接照明環境でも、アキュムレータ又はコンデンサの充電ができ、同様に役立つ。
【００１７】
このように、所与の面積を有し、低電圧電気エネルギーのアキュムレータに充電するための光電池パネルを作成して（dementioning）、使用する本発明による方法の特徴は、パネルの内部構造が所与の照度の下で、できるだけ大きい短絡電流強度を供給し、パネルの屈曲電圧又は少なくとも無負荷電圧が昇圧コンバータ（前記パネルとアキュムレータの間に配置される）の動作閾値以上にするように、決める点である。
【００１８】
本発明による、光電池パネルを生産する方法の特徴は、光電池パネルの二つの端子間を、基本セル(elementary cells)の最小数が直列接続される点、前記最小数は、所与の照明の下で、光電池パネルの屈曲電圧がコンバータ動作の閾値電圧より大きいという点である。
【００１９】
直列接続する基本セルの最小数は、所与の照明の下で、光電池パネルの無負荷電圧が、前記コンバータ動作の閾値電圧より大きくなるように決められる。
【００２０】
本発明は、又、低電圧電気エネルギーアキュムレータ、昇圧コンバータ、光電池パネルを有する装置に関する。前記光電池パネルは、基本光電池セルを有し、コンバータを介してアキュムレータを充電するためのものであり、その特徴は、前記パネルの基本セルの接続は原則的に並列であり、直列接続は、パネル屈曲電圧又はパネルの無負荷電圧（これらは、コンバータ動作の閾値電圧以上の大きさである）を得るために必要な場合に限定されることである。
【００２１】
補足的特徴によれば、パネルの全基本セルは、並列接続している。
【００２２】
他の特徴によれば、昇圧コンバータは、一定周波数及び/又は一定ディーティ比を使う。
【００２３】
留意すべきは、コンバータは、動作期間と非動作期間を有し、非動作期間は、パネルを使って、前記パネルの蓄積容量（storage capacitor）を充電するために使われる。該蓄積容量は、前記コンバータの上流側に配置される。
【００２４】
他の特徴によれば、前記コンバータは、発振器を有し、これは、入力電圧が所定の閾値電圧より小さくなる場合、コンバータの動作を禁止にする入力を供給される。該電圧が、前記閾値電圧より大きくならない限り、該電圧は、コンバータ動作を不能に、し続ける。
【００２５】
二つの実施例によれば、電気エネルギーアキュムレータは、電気化学型、又はキャパシタ（capacitor）タイプ、スーパーキャパシタ(supercapacitor)タイプである。
【００２６】
本発明の他の特徴と長所は、図面とその説明から明らかにされる。又、これらは、一例であって、これに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、従来の充電装置（12）で、公称電圧(tension nominale)（UA）のアキュムレータ（11）を充電する。該充電装置は、光電池パネルタイプで、基本セル回路を有し、公称照度（WR）のために、アキュムレータの公称電圧（UA）より大きい無負荷電圧（UB）を出力する。
【００２８】
例えば、仮に、アキュムレータが公称電圧24Vを有し、基本セルの無負荷電圧が0.8Vである場合には、パネルは、基本セルを、少なくとも30グループ有し、これらグループは直列に接続される。各グループの内部では、電池が並列に接続されている。
【００２９】
図２は、本発明に従った充電装置を表す。
【００３０】
パネルの同一面、及び、図１と同一のアキュムレータに対し、本発明による方法は、パネル（23）のセル回路を選択すること（該パネルは、同一の公称照度値のための乗法係数（Ｎ）により除算された図１の無負荷電圧（UB）に等しいパネルの無負荷電圧（UB2）を出力する。）、及び、パネルとアキュムレータ（11）の間に、前記係数（Ｎ）に等しい乗法係数（factor）を有する昇圧コンバータ（24）を設けること、からなる。この係数（Ｎ）は、通常一定で、１より大きく、可能な限り大きいものである。
【００３１】
本発明による装置の好ましい実施例において、このコンバータ（24）は、少なくとも、電気エネルギーの上流側の蓄積要素に関連し、間歇的な動作モードを有する。
【００３２】
従来の、公称電圧（UA）のアキュムレータの充電装置を使い、照度/電圧（I/U）の充電曲線が、前記アキュムレータの公称電圧(UA)より大きい無負荷電圧（UB）を表すようなパネルを選択する。これは、図３において、曲線（31）により、図式的に表されている。
【００３３】
分かりやすく説明をするために、例えば、該電圧が、パネルにおいて、基本光電池セルの四つのグループを直列接続することで、得られたと仮定する。
【００３４】
“ＭＰＰＴ”（maximum power point tracking）装置と同じように、従来、最適動作点は、アキュムレータの公称電圧(UA)が曲線（31）の屈曲点（32）に対応するように、選ばれた。
【００３５】
現行のやり方を止めて、本発明は、光電池パネルの一つの同一表面に対し、パネルの新規の無負荷電圧（UB2）を犠牲にしても、短絡回路の電流の最大値（Imax）を優先するものである。通常の規模については、旧の無負荷電圧（UB）は、前記係数（Ｎ）で除算され（即ち、ＵＢ2＝ＵＢ/Ｎ）、電流値は、前記係数で乗算される。こうして曲線（33）が得られる。
【００３６】
例えば、前記パネル・セルの四つのグループは、並列に設置される。パネル出力電圧は、四分の一になる。従って、アキュムレータの公称電圧より小さくなるが、パネルに供給する最大電流は、四倍大きくなる。
【００３７】
本発明は、特に最大電力点（34）を追求するものではなく、むしろパネルが電流生成装置として動作する平坦部(plage)（35）を好ましく使用するものである。
【００３８】
注目すべきは、乗算係数（Ｎ）の大きな値に対して、特性曲線（33）は、矩形になる傾向を更に示すこと、及び、平坦部（35）以外では、安定になることは不可能であることである。屈曲点電圧及び無負荷電圧は、ほぼ同一の値をとる。
【００３９】
勿論、このパネルを作成するためには、昇圧コンバータを介在させ、アキュムレータを充電できるようにすることが必要になる。簡単のために、乗算係数として、上記と同一値（Ｎ）を使うが、乗算係数（Ｎ）又は他の係数（Ｍ）が乗算される無負荷電圧がアキュムレータの公称電圧（ＵＡ）より大きい場合は、前記他の異なる値（Ｍ）を使うことも可能である。
【００４０】
前記光電池パネルの作成は、異常に見えるかもしれない。というのは、通常の大きさの時には使わない昇圧コンバータ（convertisseur elevateur）が必要になるからである。けれども、その利点は、低照度状態でも、かなり大きいダイナミックな変化でも利用できる電流を供給できるパネルの容量（capacite）に存在する（ここで、従来技術と比べて約Ｎ倍大きい）。
【００４１】
実施例では、乗算係数（Ｎ）は、可能な限り大きい値（Ｎは必ずしも整数ではない）をとることができる。しかし、照明技術からの制限がある。つまり、乗算係数（Ｎ）で除算されたパネル無負荷電圧(UB)は、最小入力電圧(UC)より大きくし、半導体等に基づく昇圧コンバータの動作を可能にすることが必要である。
【００４２】
換言すれば、本発明によれば、所定表面(S)のパネルの基本セルを並列に配置することができる。
【００４３】
理想的には、本発明による設計は、所定の全領域で並列なセルを有する光電池パネルを使用することである。従って、前記コンバータを実装する技術は、光電池パネルの基本セルの屈曲電圧、又は、少なくとも、無負荷電圧より低い、最小動作電圧（UC）を提供する必要がある。
【００４４】
理想的な特性曲線にならない限り、本発明によるパネル作成は、セルグループの直列接続数を制限することになり、コンバータの動作閾値（UC）より大きいパネルの屈曲電圧又は少なくとも無負荷電圧（UB2）を得なければならない。
【００４５】
現在のコンバータの技術水準では、この動作閾値は、１ボルトのオーダーである。
【００４６】
0.5Vに等しい基本セルの屈曲電圧について、例えば、次のパネルを例にとる。即ち、表面が、三つの直列のグループに分割され、乗算係数10を有する昇圧コンバータを介在させた、12Vのアキュムレータの充電に本発明を適用する。従来の技術では、パネル表面は、少なくとも、直列接続された24グループに分割されていた。
【００４７】
光電池技術の進歩により、光電池の基本セルについて、1.5Vに等しい屈曲点電圧が得られると仮定する。本発明による方法を12Vアキュムレータの充電に適用すると、パネル全表面において並列に基本セルを使うことになるであろう。この点、従来技術では、この表面を、直列接続の9又は10のグループに分割することになるであろう。
【００４８】
原則として、パネル表面Ｓに全数Ｔのセルが搭載される場合で、コンバータの閾値電圧が、Ｐ個のセルの直列配置を要求し、少なくとも閾値電圧よ大きい無負荷電圧を生成する場合で、かつＴ＝ＰＱ（但しＱは整数）である場合、以下を生成することと同値である。
即ち、並列のＱセルのＰグループ（但し、Ｐグループは直列接続）であるか、又は、直列のＰセルを並列にＱ列配置するか、である。本発明は、どちらにも適用できる。技術的な理由によって、特に、異なるセル又はグループにおける電流と電圧の平衡についての技術的な理由によって、実際は、どちらかが選択される。重要なことは、本発明によれば、Ｐを最小に、Ｑを最大に、するように選択することである。
【００４９】
電気化学的アキュムレータよりむしろコンデンサを充電する必要がある場合に、前記原則を守らねばならない。アキュムレータの公称電圧として前記定義した電圧(UA)は、今回は、コンデンサ充電停止電圧として、又は、充電電圧の平均値として定義される。該平均値とは、動作時、該平均値の前後の小さい変動を許容するような電圧である。
【００５０】
図４は、パネル（42）を有し、本発明の方法により作成される、アキュムレータ（11）を充電する為の装置を、図式的に表したものである。図示しない他の装置を、このアキュムレータに並列接続してもよい。
【００５１】
ここでは、昇圧コンバータ（convertisseur elevateur）（24）は、インダクタンス（43）、発振器（45）により制御されるスイッチ（44）（発振器のデューティ比は、電圧上昇を決め、例えば、一定周波数で動作するものである）、及びアキュムレータに接続するダイオード（46）を備える。また、当業者に周知の、他の昇圧構成を使っても良い。
【００５２】
このような構成は、例えば、無負荷時2.8Ｖの電圧を供給するパネルを使って、6Ｖのアキュムレータ充電を可能にする。デューティ比は、0.8に選ばれる。そうすると、コンバータの標準乗算係数（normal multiplicative factor）は5になる。注目すべきは、本発明に従う全ての条件は、所定のセイフティマージンをもって、満たされることである。
【００５３】
この回路構成は、又、補充用（supplementaire）ダイオード（47）とコンデンサ（48）を有し、上流側蓄積要素を構成する。更に、発振器（45）は、入力（451）を有し、この入力電圧が所定の閾値（U1）より小さくなった時、コンバータ（24）の動作を禁止し、前記電圧が少なくとも（U2）に等しい電圧か、（U1）より大きい電圧にならない限り動作禁止を維持する。前記電圧（U1）はコンバータの動作閾値電圧（UC）に等しい、又は、少し大きい電圧に決められる。
【００５４】
第１の、単純化された事例において、ダイオード（47）を、導電線に置き換えてもよいし、コンデンサ（48）を、削除してもよい。又、１つを維持し、他の１つを削除してもよい。
【００５５】
注目すべきは、電源電圧が小さい状況で使用される所定の回路は、二重閾値動作を自然に発生することである。リニア（Linear）の回路LT1613は、昇圧機能と発振機能を実行するものであるが、その回路電圧が、約0.99Ｖより小さくなる場合、自然に動作を停止し、約1.1Ｖの電圧を取る。
【００５６】
入力ダイオードと入力コンデンサを設けた構成は、当業者に知られており、この構成は、スイッチの導電時に、パネルに直接衝撃を与える(solliciter directement)のを避けるものである。
【００５７】
然し、ここでは、それは、入力（451）と共同して、別の機能を果たす。即ち、この入力に固有の動作、リラクゼーションタイプ動作である。
【００５８】
図５は、このような動作を説明するもので、スイッチの導電時間を示す。
【００５９】
照明が暗い状況では、「一息」（bouffees）動作を行う。これは、パネルから供給される小電流が十分にコンデンサを充電することができる場合に、数個のパルスを供給し、コンデンサを十分に充電し、それにより閾値電圧（Ｕ2）に達し、これにより直ぐにコンバータの動作を可能にし、上流側蓄積コンデンサの放電を、閾値電圧（Ｕ１）に達する迄、可能にするものである。そして、コンバータは、上流側蓄積コンデンサが電圧（Ｕ2）に再充電できる迄、動作を中止する。
【００６０】
パネルからの充電電流が小さい場合、スイッチの１回の切替サイクルでは、１個のパルスしか利用できない。パルスグループは、休止期間（52）で分離され、この休止期間は、パネルが供給する電流が増加するに従って、短くなる。生成される電流が十分であると、連続して導電状態になる、即ち、スイッチは、所定の周波数と所定のデューティ比で動作を続け、アキュムレータの充電電流（アキュムレータに並列に配置されるどの装置の充電電流）は、中止することはない。
【００６１】
この構成によれば、光電池パネルが提供する充電電荷は、失われる事は無い。
【００６２】
好ましい実施例では、２次電圧の落ち込みを避けるために、ダイオード（47）を使用しない。
【００６３】
最後に、出力電圧が、フル充電（full charge）のアキュムレータの最大電圧を超える場合には、禁止入力（452）を使うことができる。
【００６４】
本発明による装置で充電されるコンデンサ（スーパーコンデンサ）（11）の場合、留意すべき点は、初期動作時期において、コンデンサは、少なくともコンバータの閾値電圧に達しない間、昇圧コンバータの透明な動作（fonctionnement transparent）から利益を受ける点である。具体的には、パネルから供給される電流のほぼ全量がインダクタンス（43）とダイオード（46）を通り、コンデンサ（11）に充電される。そのコンデンサ容量は、上流側コンデンサ（48）の容量と比較して極めて大きいからである。
【００６５】
コンバータのデューティ比は、その充電期間のキャパシタ（11）端子間電圧が一定状態で増加する次の期間の、スイッチ（44）の導電時間を最適化するように決められる。禁止入力（452）を使って、所定電圧値を超える充電を終了する。
【００６６】
勿論、本発明は、例示として示される前記実施例に限られることなく、同等の全ての技術、並びに、それらの組合わせを含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来装置の概略図である
【図２】本発明の装置の該略図である。
【図３】従来装置と本発明の装置の充電曲線である。
【図４】本発明による充電装置、特に昇圧コンバータの該略図である。
【図５】コンバータのon/offスイッチの動作、導通時間を示すタイムチャートである。
【国際公開パンフレット】
2005500792.tif 000003
2005500792.tif 000004
2005500792.tif 000005
2005500792.tif 000006
2005500792.tif 000007
2005500792.tif 000008
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2005500792.tif 000023
【国際調査報告】
2005500792.tif 000024
2005500792.tif 000025
2005500792.tif 000026
2005500792.tif 000027
2005500792.tif 000028
2005500792.tif 000029