(57)【要約】【課題】窓として採光が得られ施工が容易な発電窓を備えた発電窓システムを提供する。【解決手段】発電窓システム１は、発電窓２で発電した電力を蓄電池３で蓄電する。発電窓２は、建造物４の窓枠体２２に取り付けた太陽光発電モジュール２１で発電された電力を、受電手段２３で受信し、蓄電池３へ供給する。太陽光発電モジュール２１は、透光性のガラス板２１１の室内側に、透光性の太陽電池２１２と、この太陽電池２１２で発生した電力を無線で送信する送電手段２１３とを隣接して積層形成し構成される。ガラス板２１１と窓枠体２２とを容易に施工できるとともに、太陽電池２１２およびガラス板２１１を介して採光が得られ、窓としての機能が損なわれることを防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓枠と、
前記窓枠の内側に設けられた透光性のガラス板と、
前記ガラス板に設けられた透光性の太陽電池と、
前記太陽電池にて発生した電力を無線で送信する送電手段と、
前記窓枠に設けられ前記送電手段で送信される電力を受信する受電手段と、
を具備したことを特徴とする発電窓。
【請求項２】
請求項１に記載の発電窓において、
前記窓枠は、建造物に設けられた開口部の開口縁に取り付けられ、
前記ガラス板の周縁には、前記窓枠の内側に対向配置された框枠が設けられ、
前記送電手段は前記框枠に設けられ、
前記受電手段は前記窓枠に設けられた
ことを特徴とする発電窓。
【請求項３】
請求項２に記載の発電窓において、
前記窓枠および前記框枠は、少なくとも前記送電手段および前記受電手段が対向する部位が非磁性材料にて形成された
ことを特徴とする発電窓。
【請求項４】
請求項１に記載の発電窓において、
前記送電手段は、前記太陽電池と一体に前記ガラス板に設けられた
ことを特徴とする発電窓。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の発電窓において、
前記透光性の太陽電池は、前記ガラス板に積層形成された
ことを特徴とする発電窓。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の発電窓において、
前記透光性の太陽電池は、前記ガラス板における室内側に設けられた
ことを特徴とする発電窓。
【請求項７】
請求項６に記載の発電窓において、
前記透光性の太陽電池は、有機薄膜型太陽電池である
ことを特徴とする発電窓。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の発電窓において、
前記受電手段は、蓄電池または前記電力の供給により動作する負荷に接続され、前記受信した電力を供給する逆流防止素子を備えている
ことを特徴とする発電窓。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の発電窓において、
前記太陽電池は、互いに並列接続された複数のセルを備えている
ことを特徴とする発電窓。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の発電窓において、
前記太陽電池は、複数設けられ、互いに並列に接続されている
ことを特徴とする発電窓。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の発電窓において、
前記太陽電池および前記送電手段は、対をなして複数設けられ、
前記受電手段は、前記複数の送電手段から送電される電力を受信する
ことを特徴とする発電窓。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の発電窓と、
前記発電窓で発電された電力を蓄電する蓄電池と、
を具備したことを特徴とする発電窓システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の発電窓と、
前記発電窓で発電された電力により動作する負荷と、
を具備したことを特徴とする発電窓システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発電窓システムにおいて、
前記負荷は、前記ガラス板に設けられ透光を制御する光非散乱性素子である
ことを特徴とする発電窓システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス板に透光性の太陽電池を設けた発電窓および発電窓システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窓に太陽電池を設けた発電窓が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の発電窓は、窓に太陽電池セルを配列し、発電した電流を窓に設けた励磁コイルで磁場を発生させ、建物またはサッシ側に設けた掲出コイルで検出して誘導電流を発生させ、逆流防止ダイオードを介して蓄電池へ送電する無接点方式の太陽光発電システムが採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１９１５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、建物の窓に設ける太陽電池セルが光を通さない場合、建物の壁面と同じく採光機能が損なわれてしまい、窓として機能しなくなってしまう。
本発明は、窓として採光が得られ施工が容易な発電窓および発電窓システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発電窓は、窓枠と、前記窓枠の内側に設けられた透光性のガラス板と、前記ガラス板に設けられた透光性の太陽電池と、前記太陽電池にて発生した電力を無線で送信する送電手段と、前記窓枠に設けられ前記送電手段で送信される電力を受信する受電手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、透光性のガラス板に透光性の太陽電池を設け、太陽電池で発電した電力を送電手段により送信し、窓枠に設けた受電手段で受信するので、ガラス板と窓枠との施工が容易となるとともに、太陽電池およびガラス板を介して採光が得られ、窓としての機能が損なわれることを防止できる。
【０００６】
そして、本発明では、前記窓枠は、建造物に設けられた開口部の開口縁に取り付けられ、前記ガラス板の周縁には、前記窓枠の内側に対向配置された框枠が設けられ、前記送電手段は前記框枠に設けられ、前記受電手段は前記窓枠に設けられた構成とすることが好ましい。
この発明では、太陽電池が設けられるガラス板の周縁に送電手段が配設された框枠を取り付け、受電手段が配設された窓枠に框枠を取り付けることで、送電手段および受電手段を窓枠および框枠内の空きスペースを利用して配設でき、外観が損なわれることなく容易に施工できる。
【０００７】
さらに、本発明では、前記窓枠および前記框枠は、少なくとも前記送電手段および前記受電手段が対向する部位が非磁性材料にて形成された構成とすることが好ましい。
この構成では、送電手段および受電手段間で形成される磁場が窓枠および框枠により乱れることを防止でき、効率よく電力を無線で送受信できる。
【０００８】
また、本発明では、前記送電手段は、前記太陽電池と一体に前記ガラス板に設けられた構成とすることが好ましい。
この発明では、太陽電池と送電手段とを一体にガラス板に設けることで、施工性をより向上できる。
【０００９】
さらに、本発明では、前記透光性の太陽電池は、前記ガラス板に積層形成された構成とすることが好ましい。
この発明では、太陽電池をガラス板に積層形成することで、基板などの太陽電池を構成する部材をガラス板で共用でき、太陽電池の構成の簡略化および製造性の向上が図れるとともに、太陽電池の薄膜化による採光性をより向上できる。
【００１０】
そして、本発明では、前記透光性の太陽電池は、前記ガラス板における室内側に設けられた構成とすることが好ましい。
この発明では、ガラス板の室内側に太陽電池を設ける簡単な構成で、紫外線や降雨などによる太陽電池の損傷を防止でき、長期間安定して電力を供給できる。
【００１１】
さらに、本発明では、前記透光性の太陽電池は、有機薄膜型太陽電池である構成とすることが好ましい。
この発明では、透光性の太陽電池として有機薄膜型太陽電池を用いることで、薄膜化が容易に得られ、高い透光性を容易に得られるとともに、ガラス板へ太陽電池を設けることが容易にできる。
【００１２】
また、本発明では、前記受電手段は、蓄電池または前記電力の供給により動作する負荷に接続され、前記受信した電力を供給する逆流防止素子を備えている構成とすることが好ましい。
この発明では、逆流防止素子を介して受電手段で受電した電力を蓄電池また負荷へ供給することで、逆流による発電窓の構成の損傷を防止できる。
【００１３】
そして、本発明では、前記太陽電池は、互いに並列接続された複数のセルを備えている構成とすることが好ましい。
この発明では、互いに並列接続された複数のセルにて太陽電池を構成することで、いずれかのセルが損傷しても発電でき、安定して電力を供給できる。
【００１４】
また、本発明では、前記太陽電池は、複数設けられ、互いに並列に接続されている構成とすることが好ましい。
この発明では、複数の太陽電池を互いに並列接続で設けることで、いずれかの太陽電池が発電できなくなっても電力を供給できる。
【００１５】
そして、本発明では、前記太陽電池および前記送電手段は、対をなして複数設けられ、前記受電手段は、前記複数の送電手段から送電される電力を受信する構成とすることが好ましい。
この発明では、複数対の太陽電池および送電手段から送電される電力を、１つの受電手段で受信する構成とすることで、受電手段の共用による構成の簡略化が得られ、小型化とともに製造性および施工性の向上が図れる。
【００１６】
本発明の発電システムは、本発明の発電窓と、前記発電窓で発電された電力を蓄電する蓄電池と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、施工が容易で、太陽電池およびガラス板を介して採光が得られる発電窓を用いるので、窓としての機能が損なわれることなく電力を供給できる。
【００１７】
本発明の発電システムは、本発明の発電窓と、前記発電窓で発電された電力により動作する負荷と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、施工が容易で、太陽電池およびガラス板を介して採光が得られる発電窓を用いるので、窓としての機能が損なわれることなく、発電窓から供給する電力により負荷を動作できる。
【００１８】
そして、本発明では、前記負荷は、前記ガラス板に設けられ透光を制御する光非散乱性素子である構成とすることが好ましい。
この発明では、負荷としてガラス板に設けられ透光を制御する光非散乱性素子を用いることで、外光の透光状態を制御でき、例えば透光を制御して文字や絵柄を表示させて各種情報を報知したりする窓を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る発電窓システムを示す概略断面図。
【図２】前記第一実施形態の発電窓システムを示すブロック図。
【図３】前記第一実施形態の太陽光発電モジュールを示す断面図。
【図４】前記第一実施形態の太陽電池の構成を示す回路図。
【図５】本発明の第二実施形態に係る太陽光発電モジュールを示す断面図。
【図６】本発明の第三実施形態に係る発電窓システムを示す概略平面図。
【図７】本発明の第四実施形態に係る発電窓システムを示す概略平面図。
【図８】本発明の第五実施形態に係る発電窓システムを示すブロック図。
【図９】本発明の第六実施形態に係る発電窓システムを示すブロック図。
【図１０】本発明の第七実施形態に係る発電窓システムを示すブロック図。
【図１１】本発明の第八実施形態に係る発電窓システムを示す概略断面図。
【図１２】前記第八実施形態の太陽光発電モジュールを示す断面図。
【図１３】前記第八実施形態の発電窓システムを示すブロック図。
【図１４】本発明の第九実施形態に係る発電窓システムを示す概略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。
［発電窓システム］
図１は、本実施形態における発電窓システムの断面を示す概略図で、図２は、発電窓システムの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る発電窓システム１は、太陽光を光電変換して電力を発生させて供給する機能を備えた窓である。この発電窓システム１は、図１および図２に示すように、発電窓２と、この発電窓２で発電した電力を蓄電する蓄電池３とを備えている。
【００２１】
｛発電窓｝
発電窓２は、太陽光発電モジュール２１と、この太陽光発電モジュール２１を建造物４に設けられた開口部４１に取り付ける窓枠体２２と、太陽光発電モジュール２１で発電された電力を受信し、蓄電池３へ供給する受電手段２３と、を備えている。
（太陽光発電モジュール）
太陽光発電モジュール２１は、透光性のガラス板２１１と、このガラス板２１１の室内側に積層して設けられた透光性の太陽電池２１２と、この太陽電池２１２に隣接してガラス板２１１に積層して設けられ、太陽電池２１２で発生した電力を無線で送信する送電手段２１３と、を備えている。
ここで、太陽電池２１２および送電手段２１３をガラス板２１１に設ける方法としては、シート状に形成した太陽電池２１２および送電手段２１３をガラス板２１１に貼付したり、ガラス板２１１の表面に太陽電池２１２および送電手段２１３を直接積層形成したりするなど、いずれかの方法が適用できる。
なお、図１は、説明の都合上、送電手段２１３をガラス板２１１と離間して図示する。
【００２２】
（送電手段）
送電手段２１３は、太陽電池２１２で生じた電力を無線にて受電手段２３へ送信する。この送電手段２１３は、図２に示すように、変換回路２１３Ａ、設定回路２１３Ｂおよび送電コイル２１３Ｃを備えている。
変換回路２１３Ａは、太陽電池２１２から入力される発電電流である直流電流を交流電流に変換し、変換した交流電流を送電コイル２１３Ｃに供給するインバーターである。この変換回路２１３Ａが変換する交流電流の周波数は、設定回路２１３Ｂにより設定される。
設定回路２１３Ｂは、送電コイル２１３Ｃによる伝送効率に基づいて、送電周波数を設定する。すなわち、設定回路２１３Ｂは、当該伝送効率に基づいて、変換回路２１３Ａにより変換される交流電流の周波数を設定する。この設定回路２１３Ｂは、１チップのマイクロプロセッサーにより構成できる。
送電コイル２１３Ｃは、コイルが巻回されたアンテナであり、供給された交流電流を送電する。なお、送電コイル２１３Ｃによる伝送方式としては、前述のように電磁誘導式または共鳴型磁界ループ式のいずれかを採用できる。
【００２３】
（窓枠体）
窓枠体２２は、図１に示すように、建造物４の開口部４１の開口縁に取り付けられる窓枠２２１と、この窓枠２２１に取り付けられ内周側にシール部材２２２を介して太陽光発電モジュール２１が取り付けられる框枠２２３とを備えている。
窓枠体２２は、非磁性材料により形成されている。非磁性材料としては、非磁性鋼、銅およびアルミニウムなどの金属や、セラミックス、合成樹脂および木材を例示でき、特に非導電性の非金属が好ましい。
そして、窓枠体２２の窓枠２２１内には、太陽光発電モジュール２１の送電手段２１３に対向する位置に受電手段２３が配設されている。
発電窓２としては、送電手段２１３と受電手段２３とが容易に対向するように、位置関係を特定する構成を備えていることが好ましい。例えば、框枠２２３には、太陽光発電モジュール２１の一縁に設けられた位置決め凹部２１８に係合可能な図示しない位置決め凸部を設ける。さらに、框枠２２３の外面に凹部２２３Ａを設け、窓枠２２１に凹部に係合される凸部を設ける。このような構成により、太陽光発電モジュール２１は適切な向きで確実に施工される。
さらに、窓枠２２１内には、受電手段２３に接続された蓄電池３が配設されている。蓄電池３は、窓枠２２１の室内側の端面に設けられた図示しない端子に接続され、室内の電気機器などへ電力を供給可能となっている。
【００２４】
（受電手段）
受電手段２３は、窓枠体２２に設けられ、太陽光発電モジュール２１の送電手段２１３から無線で送信される電力を受電し、蓄電池３へ供給する。受電手段２３は、図２に示すように、受電コイル２３１、整流回路２３２、平滑回路２３３および定電圧化回路２３４を備えている。
受電コイル２３１は、送信された電力を受電する受電アンテナであり、コイルが巻回された構成を有する。この受電コイル２３１は、送電手段２１３と同じ伝送方式で送信される電力を受電する。そして、受電コイル２３１は、受電した交流電流を整流回路２３２に出力する。
なお、受電コイル２３１は、前述の送電コイル２１３Ｃと同じ寸法でなくてもよく、当該送電コイル２１３Ｃより大きくても小さくてもよい。例えば、送電コイル２１３Ｃを受電コイル２３１より大きくし、送電コイル２１３Ｃと受電コイル２３１との間に多少の位置ずれが生じている場合でも、一定の伝送効率で受電できるようにしてもよい。
【００２５】
整流回路２３２は、ダイオードなどの整流素子を有し、受電コイル２３１から入力される交流電流を直流電流に変換するコンバーターである。
平滑回路２３３は、コンデンサーなどの回路素子を有し、整流回路２３２により整流された電流に含まれる脈流を、より直流に近い状態に平滑化する。そして、平滑回路２３３は、平滑化した直流電流を、定電圧化回路２３４に出力する。
定電圧化回路２３４は、平滑回路２３３から入力される直流電流の電圧値を一定化する。このような定電圧化回路２３４により定電圧化された直流電流は、前述の蓄電池３に出力され、当該蓄電池３にて蓄電される。
【００２６】
（太陽光発電モジュール）
以下、太陽光発電モジュールの詳細な構成を図面を参照して説明する。
図３は、太陽光発電モジュールを示す断面図である。
太陽光発電モジュール２１は、図３に示すように、透光性のガラス板２１１と、このガラス板２１１の室内側に積層して設けられた透光性の太陽電池２１２と、この太陽電池２１２に隣接してガラス板２１１に積層して設けられた送電手段２１３と、放熱部２１４と、これら太陽電池２１２、送電手段２１３および放熱部２１４を挟む第一基板２１５および第二基板２１６とを備え、これらが一体化された構造を有する。
本実施形態では、１つの太陽光発電モジュール２１により、１０〜２００ワット程度の電力を発生可能である。
【００２７】
＜太陽電池＞
図４は、太陽電池の構成を示す回路図である。
太陽電池２１２は、入射される光（例えば太陽光や照明光）を光電変換して電力を発生させる。この太陽電池２１２は、図４に示すように、複数の発電ブロック２１２Ａ（図４では３つの発電ブロック２１２Ａ）が並列に接続された構成を有し、各発電ブロック２１２Ａは、保護素子２１２Ｂとセル群２１２Ｃとが直列に接続された構成を有する。
これらのうち、セル群２１２Ｃは、複数のセル２１２Ｄ及び複数のバイパス素子２１２Ｅを有する。具体的に、セル群２１２Ｃは、互いに直列に接続された複数のセル２１２Ｄ（図４では４つのセル２１２Ｄ）と、各セル２１２Ｄに対して並列に接続されたバイパス素子２１２Ｅとを有する。
【００２８】
バイパス素子２１２Ｅは、本実施形態ではダイオードにより構成され、当該バイパス素子２１２Ｅが並列に接続されたセル２１２Ｄの導通方向とは反対方向への電流の導通を許容するように配設されている。このため、当該セル２１２Ｄが正常に動作している場合には、バイパス素子２１２Ｅを電流は流れない。
一方、当該セル２１２Ｄに電流が導通しなくなり、当該セル２１２Ｄに印加される電圧が高くなって降伏電圧（ブレークダウン電圧）を超えると、バイパス素子２１２Ｅが導通状態となって当該バイパス素子２１２Ｅを電流が導通する。これにより、日陰に入るなどしてセル２１２Ｄが機能しない場合に、当該セル２１２Ｄに対して過度な逆電圧が印加されることを防止できる他、他のセル２１２Ｄにより発電された電流を導通させることができる。
【００２９】
保護素子２１２Ｂは、当該保護素子２１２Ｂが直列接続されたセル群２１２Ｃが機能せずに過電流が供給される場合に、当該保護素子２１２Ｂが設けられた発電ブロック２１２Ａの接続状態をオフにして、当該発電ブロック２１２Ａに過電流が供給されることを防止する。
このような保護素子２１２Ｂとしては、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子、ヒューズおよび定電流素子を採用できる。
【００３０】
なお、本実施形態では、太陽電池２１２は、３つの発電ブロック２１２Ａを備え、各発電ブロック２１２Ａは、互いに直列接続された４つのセル２１２Ｄを有するセル群２１２Ｃを備える構成とした。しかしながら、太陽電池２１２に設けられる発電ブロック２１２Ａの数は適宜変更可能であり、セル群２１２Ｃを構成するセル２１２Ｄの数も適宜変更可能である。さらに、バイパス素子２１２Ｅは、セル２１２Ｄ毎に並列に接続されていなくてもよく、複数のセル２１２Ｄ毎に並列に接続されていてもよい。
また、上記構成を有する太陽電池２１２としては、微結晶シリコン系、非晶シリコン系の太陽電池の他、ＣＩＧＳ（Copper Indium Gallium Selenide）、ＣＩＳ（Copper Indium Selenide）などの化合物系、並びに、有機薄膜型や色素増感型などの有機系、量子ドット型などの薄膜型太陽電池を採用できる。好ましくは、耐衝撃性に優れ、薄くて軽い薄膜型の太陽電池を採用できる。薄膜型の太陽電池としては、上記のうち、非晶シリコン系、化合物系および有機系の太陽電池が挙げられるが、特に好ましいのは、製法が簡便で生産コストが低くできる他、着色性や柔軟性などを付与できる有機系である。
【００３１】
なお、太陽電池２１２は、非晶シリコン系の場合、その厚み寸法（基板部分を含まない太陽電池２１２の正味の厚さ）が０．５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。微結晶シリコン系の場合は、２μｍ以上４μｍ以下が好ましい。ＣＩＧＳおよびＣＩＳの化合物系の場合は、２μｍ以上４μｍ以下が好ましい。有機系の場合、色素増感型ではＴｉＯ２電極のみで１０μｍ以上１５μｍ以下程度、有機薄膜型では０．１μｍ以上０．３μｍ以下が好ましい。透光性を向上させる点で、有機薄膜型が薄く好ましい。なお、より光の透過率を向上させる観点で、電極材料をより薄膜化したり、電極を金属酸化物などの透明電極にて形成したりするなど、用途に応じて適宜設計される。
【００３２】
＜基板＞
第一基板２１５および第二基板２１６は、前述のように、太陽電池２１２および送電手段２１３を挟んで支持するものであり、これらはガラスや、アクリル樹脂およびポリカーボネートなどの合成樹脂により形成できる他、複数の樹脂の積層体や絶縁体により形成できる。
第一基板２１５は、太陽電池２１２の受光面２１２Ｆ側に配置される。この第一基板２１５において受光面２１２Ｆに応じた領域は、当該受光面２１２Ｆに入射される光が透過する光透過領域２１５Ａとされている。なお、本実施形態では、第一基板２１５は、透光性樹脂により全体が形成されている。
第二基板２１６は、太陽電池２１２および送電手段２１３を挟んで、第一基板２１５とは反対側に配置され、当該太陽電池２１２および送電手段２１３を支持する。すなわち、本実施形態では、太陽電池２１２および送電手段２１３は同一平面上に配置されている。なお、第二基板２１６は、受光面２１２Ｆとは反対側に配置されるので、透光量を規制する性質を備えていてもよい。例えば、第二基板２１６は、所定の色に着色されていたり、偏光性を持たせたり、図形やキャラクターなどの図柄が設けられたりしてもよい。
【００３３】
これら第一基板２１５と第二基板２１６との間には、透光性樹脂２１７が充填されている。具体的に、第一基板２１５と第二基板２１６との間において、太陽電池２１２および送電手段２１３の周囲には、当該透光性樹脂２１７が充填され、太陽電池２１２および送電手段２１３は第一基板２１５および第二基板２１６間に密封されている。このことにより、太陽光発電モジュール２１では、太陽電池２１２および送電手段２１３がガラス板２１１に一体に積層形成され、外部に端子などが露出されることがない。
【００３４】
＜放熱部＞
放熱部２１４は、図３に示すように、太陽電池２１２と、送電手段２１３の変換回路２１３Ａおよび設定回路２１３Ｂとに熱伝導可能に接続され、これらによって生じた熱を放熱する部位である。この放熱部２１４は、本実施形態では、第二基板２１６上に形成されたアルミニウム層により構成されている。このような放熱部２１４は、太陽電池２１２と変換回路２１３Ａおよび設定回路２１３Ｂとの少なくともいずれかと熱伝導可能に接続され、これらで生じた熱を放熱できればよく、太陽光発電モジュール２１における配置位置は、適宜設定してよく、材料も適宜変更可能である。しかしながら、送電コイル２１３Ｃによる送電を妨げないように、送電コイル２１３Ｃを避けて配置することが好ましい。
［第一実施形態の効果］
上記第一実施形態の発電窓システム１によれば、以下の効果がある。
すなわち、透光性のガラス板２１１に透光性の太陽電池２１２を設け、太陽電池２１２で発電した電力を送電手段２１３により送信し、窓枠体２２に設けた受電手段２３で受信する構成としている。
この構成により、ガラス板２１１と窓枠体２２とを容易に施工できるとともに、太陽電池２１２およびガラス板２１１を介して採光が得られ、窓としての機能が損なわれることを防止できる。
【００３５】
そして、第一実施形態では、太陽電池２１２と送電手段２１３とをガラス板２１１に一体に積層形成している。
このことにより、予めガラス板２１１に太陽電池２１２と送電手段２１３とを設けて太陽光発電モジュール２１を形成しておくことで、太陽光発電モジュール２１を窓枠体２２に取り付ける簡単な施工で、発電機能を有する窓を容易に構築でき、施工性をより向上できる。
特に、太陽電池２１２と送電手段２１３とをガラス板２１１に積層形成している。
このため、太陽電池２１２を構成する基板として、ガラス板２１１自体を利用でき、太陽電池２１２の構成の簡略化および製造性の向上が図れるとともに、太陽電池２１２の薄膜化による採光性をより向上できる。
そして、太陽電池２１２として、有機薄膜型太陽電池を用いている。
このため、薄膜化が容易に得られ、高い透光性を容易に得られるとともに、ガラス板２１１へ太陽電池２１２を設けることが容易にでき、太陽光発電モジュール２１を容易に形成できる。
【００３６】
さらに、第一実施形態では、太陽電池２１２をガラス板２１１の室内側に設けている。
このため、単にガラス板２１１の室内側に太陽電池２１２を設ける簡単な構成で、紫外線や降雨などによる太陽電池２１２の損傷を防止でき、長期間安定して電力を供給できる。
【００３７】
また、第一実施形態では、窓枠体２２を非磁性材料により形成している。
このため、送電手段２１３の送電コイル２１３Ｃと、受電手段２３の間で形成される磁場が窓枠体２２により乱れることを防止でき、効率よく電力を無線で送受信できる。
【００３８】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
図５は、本発明における他の太陽光発電モジュールを示す断面図である。なお、上記図１〜４に示す第一実施形態の構成と同一または同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第二実施形態に係る太陽光発電モジュールは、上記第一実施形態の太陽光発電モジュール２１の変形例で、ガラス板２１１自体を基板として構成したものである。
すなわち、図５に示すように、太陽光発電モジュール２１Ａは、ガラス板２１１により太陽電池２１２および送電手段２１３の受光面２１２Ｆ側が覆われた構成を有する。放熱部２１４は、太陽電池２１２と送電手段２１３の各回路２１３Ａ，２１３Ｂの下面と透光性樹脂２１７との間に設けられているが、外部に露出していてもよい。
この構成により、ガラス板２１１自体を太陽電池２１２の基板として利用でき、太陽光発電モジュール２１Ａの構成の簡略化および製造性の向上が図れるとともに、太陽電池２１２の薄膜化による採光性をより向上できる。
【００３９】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
図６は、本発明における他の発電窓システムを示す概略平面図である。なお、前記各実施形態の構成と同一または同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第三実施形態に係る発電窓システムは、上記第一実施形態の発電窓システム１の変形例で、窓枠体２２に２つの太陽光発電モジュール２１を設けたものである。
すなわち、図６に示すように、発電窓システム１Ａは、窓枠体２２の窓枠２２１Ａに、框枠２２３に取り付けられた太陽光発電モジュール２１が２つ設けられている。これら太陽光発電モジュール２１は、送電手段２１３が近接するように配置されている。
そして、窓枠２２１Ａ内には、送電手段２１３に対向する位置に、１つの受電手段２３が配設され、１つの受電手段２３にて２つの送電手段２１３から送信される電力を受電する構成となっている。なお、図６は、説明の都合上、送電手段２１３を太陽電池２１２から引き出して記載する。
この構成によれば、受電手段２３にて複数の太陽光発電モジュール２１からの電力を無接点で受信でき、構成を簡略化できるとともに、製造性の向上が図れる。
【００４０】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
図７は、本発明における他の発電窓システムを示す概略平面図である。なお、前記各実施形態の構成と同一または同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第四実施形態に係る発電窓システムは、上記第一実施形態の発電窓システム１の変形例で、ガラス板２１１に、太陽電池２１２および送電手段２１３を２組設けて太陽光発電モジュール２１Ｂを構成したものである。
すなわち、図７に示すように、１枚のガラス板２１１に、太陽電池２１２を２つ並べて積層形成するとともに、太陽電池２１２にそれぞれ接続する送電手段２１３を積層形成する。なお、送電手段２１３は互いに近接するように設けられる。
そして、窓枠２２１Ａ内には、送電手段２１３に対向する位置に、１つの受電手段２３が配設され、１つの受電手段２３にて２つの送電手段２１３から送信される電力を受電する構成となっている。なお、図７は、説明の都合上、送電手段２１３を太陽電池２１２から引き出して記載する。
この構成によれば、広いガラス板２１１でも複数の太陽電池２１２を設け、複数の太陽電池２１２で発電した電力を１つの受電手段２３にて無接点で受信でき、構成を簡略化できるとともに、製造性の向上が図れる。
【００４１】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態について説明する。
図８は、本発明における他の発電窓システムを示すブロック図である。なお、前記各実施形態の構成と同一または同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第五実施形態に係る発電窓システムは、上記第一実施形態の発電窓システム１の変形例で、窓枠体２２に３つの太陽光発電モジュール２１を設けたものである。
【００４２】
すなわち、図８に示すように、発電窓システム１Ｂは、窓枠体２２の窓枠２２１Ａに、框枠２２３に取り付けられた太陽光発電モジュール２１が３つ設けられている。
そして、窓枠２２１Ａ内には、送電手段２１３に対向する位置に、それぞれ受電手段２３が配設されている。各受電手段２３は、互いに直列接続されている。具体的に、各受電手段２３において、受電コイル２３１は、整流回路２３２および平滑回路２３３に接続され、これら整流回路２３２および平滑回路２３３は、他の受電手段２３の整流回路２３２および平滑回路２３３に直列に接続されている。そして、蓄電池３は、これら受電手段２３と直列接続され、それぞれ対応する太陽光発電モジュール２１から各受電手段２３により受信された電力を蓄電する。
【００４３】
この構成によれば、前記各実施形態と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
互いに直列に接続される各受電手段２３が整流回路２３２および平滑回路２３３を有するので、各受電手段２３により受電された電力を１つの蓄電池３で効率よく集電できる。
なお、蓄電池３の入力端に定電圧化回路２３４を設けてもよい。この場合には、蓄電池３に一定電圧の直流電流を供給できるので、蓄電池３の充電効率を向上できる。一方、定電圧化回路２３４を設けない構成とすれば、構成を簡略化できる。
【００４４】
［第六実施形態］
次に、本発明の第六実施形態について説明する。
図９は、本発明における他の発電窓システムを示すブロック図である。なお、前記各実施形態の構成と同一または同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第六実施形態に係る発電窓システムは、上記第五実施形態の発電窓システム１の変形例で、各受電手段２３を互いに並列に接続したものである。
【００４５】
すなわち、各受電手段２３には、出力電圧固定型の３端子レギュレーターにより構成された定電圧化回路２３４が設けられている。それぞれの３端子レギュレーターは、入力端子、出力端子および共通端子を有する。これら端子のうち、入力端子および共通端子は平滑回路２３３の出力端間にそれぞれ接続されている。そして、それぞれの定電圧化回路２３４は、対応する平滑回路２３３から入力される直流電流を一定電圧に定電圧化し、蓄電池３に出力する。これにより、当該蓄電池３が充電される。
【００４６】
この構成についても、前記各実施形態と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
定電圧化回路２３４が各受電手段２３に設けられているので、それぞれの受電手段２３で受電した電力を、各定電圧化回路２３４から一定電圧の直流電流として効率よく集電できる。従って、一定電圧の直流電流を蓄電池３に供給できるので、蓄電池３の充電効率を向上できる。
【００４７】
［第七実施形態］
次に、本発明の第七実施形態について説明する。
図１０は、本発明における他の発電窓システムを示すブロック図である。なお、前記各実施形態の構成と同一または同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第七実施形態に係る発電窓システムは、上記第六実施形態の発電窓システム１の変形例で、１つの蓄電池３に集電する構成である。
【００４８】
すなわち、３つの太陽光発電モジュール２１を備えた発電窓２を複数、例えば図１０に示すように２つ備え、これら発電窓２に１つの蓄電池３が接続されて発電窓システム１Ｄが構成されている。各発電窓２における受電手段２３の定電圧化回路２３４は互いに並列接続されており、これら３つの受電手段２３により、受電ブロック３０が構成されている。各発電窓２の受電ブロック３０は、互いに直列に接続されている。そして、各受電ブロック３０と蓄電池３とは直列に接続されており、各受電ブロック３０にて集電された直流電流が蓄電池３に供給される。
【００４９】
［第八実施形態］
次に、本発明の第八実施形態について説明する。
図１１は、本発明における他の発電窓システムを示す概略断面図である。図１２は、本第八実施形態の太陽光発電モジュールを示す断面図である。図１３は、本第八実施形態の発電窓システムの概略構成を示すブロック図である。なお、前記各実施形態の構成と同一または同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第八実施形態に係る発電窓システムは、上記第一実施形態の発電窓システム１の変形例で、ガラス板２１１の室外側に太陽電池２１２および送電手段２１３を積層形成し、さらに蓄電された電力の供給を受けて動作する負荷である透光性制御パネルを積層形成したものである。
【００５０】
すなわち、図１１に示すように、発電窓システム１Ｅは、発電窓２と、蓄電池３と、負荷である透光性制御パネル５と、を備えている。
発電窓２は、ガラス板２１１の室外側に太陽電池２１２および送電手段２１３が積層形成された太陽光発電モジュール２１Ｃと、窓枠体２２と、受電手段２３と、を備えている。
透光性制御パネル５は、太陽光発電モジュール２１Ｃに積層形成された透光を制御する負荷として機能する光非散乱性素子５１と、外光強度を検出するセンサ５２と、蓄電池３に接続されセンサ５２で検出した外光強度に応じて光非散乱性素子５１の透光を制御する制御回路５３と、制御回路５３の制御信号および駆動電力を送信する送信回路５４と、送信回路５４から送信された制御信号および駆動電力を受信し光非散乱性素子５１に駆動電力を供給するとともに制御信号により光散乱性素子を動作させる受信制御回路５５と、を備えている。
【００５１】
光非散乱性素子５１は、図１２に示すように、太陽電池２１２および送電手段２１３の表面に積層して、太陽光発電モジュール２１Ｃに一体に設けられている。光非散乱性素子５１としては、例えば、偏光板を用いた液晶素子、エレクトロクロミック素子、エレクトロウエッティング素子、電解析出素子、メカニカルシャッター素子、光干渉素子などが例示できる。
センサ５２は、図１１および図１３に示すように、窓枠２２１の室外側に配設され、制御回路５３に接続されている。センサ５２は、検出した外光強度の検出信号を制御回路５３へ出力する。
制御回路５３は、窓枠２２１内に配設されている。制御回路５３は、センサ５２からの検出信号に基づいて、光非散乱性素子５１を透過する光量を制御するための光非散乱性素子５１の透光を制御する制御信号を送信回路へ出力する。さらに、制御回路５３は、蓄電池３から光非散乱性素子５１を動作させる電力を送信回路へ出力する。
【００５２】
送信回路５４は、窓枠２２１内に配設され、制御回路５３からの制御信号および駆動電力を無線にて受信制御回路５５へ送信する。送信回路５４は、変換手段５４１と、設定手段５４２と、送信コイル５４３とを備えている。
変換手段５４１は、制御回路５３から入力される駆動電力である直流電流および制御信号である直流電流をそれぞれ交流電流に変換し、変換した交流電流を送信コイル５４３に供給するインバーターである。この変換手段５４１が変換する交流電流の周波数は、それぞれ設定手段５４２により設定される。
設定手段５４２は、送信コイル５４３による伝送効率に基づいて、送電周波数を設定する。すなわち、設定手段５４２は、当該伝送効率に基づいて、変換手段５４１により変換される交流電流の周波数を設定する。この設定手段５４２は、１チップのマイクロプロセッサーにより構成できる。
送信コイル５４３は、コイルが巻回されたアンテナであり、供給された交流電流を送電する。なお、送信コイル５４３による伝送方式としては、前述のように電磁誘導式または共鳴型磁界ループ式のいずれかを採用できる。また、送信コイル５４３は、受電コイル２３１で受電する信号と干渉しないように設けられている。
【００５３】
受信制御回路５５は、光非散乱性素子５１に隣接して太陽光発電モジュール２１Ｃに一体に積層形成されている。受信制御回路５５は、送信回路５４から無線で送信される制御信号および駆動電力を受信し、光非散乱性素子５１に出力する。受信制御回路５５は、受信コイル５５１と、整流平滑回路５５２と、駆動回路５５３とを備えている。
受信コイル５５１は、送信された制御信号および駆動電力を受信する受信アンテナであり、コイルが巻回された構成を有する。この受信コイル５５１は、送信回路５４と同じ伝送方式で送信される電力を受電する。そして、受信コイル５５１は、受電した交流電流を整流平滑回路５５２に出力する。
なお、受信コイル５５１は、前述の送信コイル５４３と同じ寸法でなくてもよく、当該送信コイル５４３より大きくても小さくてもよい。例えば、送信コイル５４３を受信コイル５５１より大きくし、送信コイル５４３と受信コイル５５１との間に多少の位置ずれが生じている場合でも、一定の伝送効率で受電できるようにしてもよい。また、受信コイル５５１は、送電コイル２１３Ｃで送信する信号と干渉しないように設けられている。
【００５４】
整流平滑回路５５２は、ダイオードなどの整流素子を有し、受信コイル５５１から入力される交流電流を直流電流に変換するコンバーターである。さらに、整流平滑回路５５２は、整流された電流に含まれる脈流を、より直流に近い状態に平滑化する。
駆動回路５５３は、整流平滑回路５５２で平滑化した直流電流の制御信号および駆動電力が入力され、駆動電力を光非散乱性素子５１へ供給するとともに、制御信号に基づいて光非散乱性素子５１で透光する光量を制御する。
【００５５】
この構成では、発電窓２で発電した電力を用いて透光性制御パネル５を制御するので、窓としての採光性を太陽光発電により制御できる。
そして、光非散乱性素子５１で透光する光量を制御するので、特に太陽電池２１２として紫外線などによる劣化を抑制でき、長期間安定した太陽光発電が得られ、窓としての採光性を長期間制御できる。
【００５６】
［第九実施形態］
次に、本発明の第九実施形態について説明する。
図１４は、本発明における他の発電窓システムを示す概略平面図である。なお、前記各実施形態の構成と同一または同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第九実施形態に係る発電窓システムは、上記第一実施形態の発電窓システム１の変形例で、図１４に示すように、太陽電池２１２および送電手段２１３をフィルム状に形成し、ガラス板２１１に貼付して太陽光発電モジュール２１Ｄを構成したものである。なお、受電手段２３は窓枠２２１の室内側に配設し、蓄電池３に接続させるようにすればよい。
このように、ガラス板２１１に貼付する構成とすることで、既成の窓を発電窓２として機能させることができる。
【００５７】
［変形例］
なお、本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した材質、層構成などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００５８】
例えば、第一実施形態において、蓄電池３は、窓枠体２２の窓枠２２１Ａ内に配設される場合に限られない。
例えば、窓枠２２１Ａ内に配設された受電手段２３に接続され、窓枠２２１Ａの室内側に配設された端子を介して、室内に配置された蓄電池３を接続する構成としてもよい。
【００５９】
また、第一実施形態において、窓枠体２２全体を非磁性体材料にて形成する場合に限らず、送電手段２１３および受電手段２３間で形成される磁場が乱れないようにすればよい。
例えば、送電手段２１３および受電手段２３が対向する部位のみを非磁性体材料にて形成してもよい。
【００６０】
そして、第一実施形態では、太陽電池２１２および送電手段２１３をガラス板２１１の室内側に設けて説明したが、ガラス板２１１の室外側に設けてもよい。
この構成により、受光量の増大による発電量の増大を図ることができる。さらには、ガラス板２１１の室外側に太陽電池２１２を設け、室内側に送電手段２１３を設けて、ガラス板２１１の端面を経由して接続する構成としてもよい。
このように、ガラス板２１１の両面を用いて太陽電池２１２および送電手段２１３を設けることで、ガラス板２１１の透光領域を最大限に利用でき、発電量の増大を図ることができる。
また、ガラス板２１１に送電手段２１３を設けず、框枠２２３内に配設し、太陽電池２１２と導線で接続する構成としてもよい。
【００６１】
さらに、第一実施形態では、１つの太陽電池２１２に１つの送電手段２１３を設けて説明したが、１つの太陽電池２１２に複数の送電手段２１３を設けてもよい。
このような構成とすることで、受電手段２３の設置位置が規制されている場合でも、他の送電手段２１３で送電可能とすることができ、施工性の向上を図ることができる。
【００６２】
第八実施形態において、利用者による採光性を設定可能とし、設定された採光性に基づいて透光を制御するようにしてもよい。
また、採光を制御する光非散乱性素子としては、単に透光を制御するのみならず、例えば透光する光のスペクトルを制御して各種文字や図形などを表示させる表示装置として機能させるようにしてもよい。
【００６３】
また、建造物に設けた窓を対象とする場合に限らず、車両や船舶、航空機などの移動体のガラス板を対象とするなどしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…発電窓システム
２…発電窓
３…蓄電池
５…負荷としての透光性制御パネル
２３…受電手段
５１…負荷として機能する光非散乱性素子
２１１…ガラス板
２１２…太陽電池
２１２Ｄ…セル
２１２Ｅ…逆流防止素子としてのバイパス素子
２１３…送電手段
２２１，２２１Ａ…窓枠
２２３…框枠
【図１】
2015151795.tif 000003
【図２】
2015151795.tif 000004
【図３】
2015151795.tif 000005
【図４】
2015151795.tif 000006
【図５】
2015151795.tif 000007
【図６】
2015151795.tif 000008
【図７】
2015151795.tif 000009
【図８】
2015151795.tif 000010
【図９】
2015151795.tif 000011
【図１０】
2015151795.tif 000012
【図１１】
2015151795.tif 000013
【図１２】
2015151795.tif 000014
【図１３】
2015151795.tif 000015
【図１４】
2015151795.tif 000016