(57)【要約】【課題】窓として採光が得られ施工が容易な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、建造物２に取り付けた窓枠３１に取り付けた太陽光発電モジュール４で発電された電力を、窓枠３１内に配設した受電手段５で受信し、蓄電池６へ供給して蓄電する。透光性のガラス板４１の室外側に、透光性の太陽電池４２および太陽電池４２で発生した電力を無線で送信する送電手段４３を積層形成し、さらに太陽電池４２に調光パネル４４の駆動を積層形成して太陽光発電モジュール４を構成する。蓄電池６の電力を、窓枠３１内に配設した制御手段８および送信手段７を介して制御信号とともに調光パネル４４に供給し、センサ８１で検出した外光強度に応じて透光を制御する。採光が得られ窓としての機能が損なわれることなく、調光パネル４４を動作できる。【選択図】図１
2015151798.tif 000002
【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が供給されて動作する負荷と、
を具備したことを特徴とする発電窓システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電窓システムであって、
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システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発電窓システムであって、
前記太陽電池にて発生した電力を蓄電する蓄電池を具備し、
前記負荷は、前記蓄電池から供給される電力により動作する
ことを特徴とする発電窓システム。
【請求項４】
請求項３に記載の発電窓システムであって、
前記蓄電池は、前記窓枠内に配設された
ことを特徴とする発電窓システム。
【請求項５】
請求項４に記載の発電窓システムであって、
前記窓枠内に配設され前記蓄電池の電力を無線で送信する送信手段と、
前記送信手段で送信される電力を受信し前記負荷に供給する受信手段とを具備し、
前記窓枠は、少なくとも前記送信手段および前記受信手段が対向する部位が非磁性体材料にて形成された
ことを特徴とする発電窓システム。
【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システムであって、
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、
前記窓枠は、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体材料にて形成された
ことを特徴とする発電窓システム。
【請求項７】
請求項６に記載の発電窓システムであって、
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システム。
【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システムであって、
前記負荷は、前記ガラス板に設けられ透過する光の量を制御する光非散乱性素子を備えた
ことを特徴とする発電窓システム。
【請求項９】
請求項８に記載の発電窓システムであって、
前記負荷は、外光の強度を検出するセンサを備え、
前記光非散乱性素子は、前記センサで検出する外光の強度に応じて透過する光の量を制御する
ことを特徴とする発電窓システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の発電窓システムであって、
前記光非散乱性素子は、表示パネルである
ことを特徴とする発電窓システム。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の発電窓システムであって、
前記光非散乱性素子は、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システム。
【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システムにおいて、
前記透光性の太陽電池は、有機薄膜型太陽電池であり、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システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の発電窓システムにおいて、
前記透光性の太陽電池は、有機薄膜型太陽電池であり、前記光非散乱性素子より室内側に位置して前記ガラス板に設けられた
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、ガラス板に設けた太陽電池の電力を利用した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システムが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
この特許文献１に記載の発電窓システムは、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やインバーター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】
本発明の発電窓システムは、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が供給されて動作する負荷と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、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負荷に供給して動作させるので、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なく、負荷を動作させることができる。
【０００６】
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。
【０００７】
また、本発明では、前記太陽電池にて発生した電力を蓄電する蓄電池を具備し、前記負荷は、前記蓄電池から供給される電力により動作する構成とすることが好ましい。
この発明では、太陽電池にて発生した電力を蓄電する蓄電池からの電力により負荷を動作させることで、太陽電池で電力を発生できない夜間などでも負荷を動作させることができ、汎用性を向上できる。
【０００８】
さらに、本発明では、前記蓄電池は、前記窓枠内に配設された構成とすることが好ましい。
この発明では、窓枠内の空きスペースを利用して蓄電池を配置でき、施工性の向上が図れる。
【０００９】
そして、本発明では、前記窓枠内に配設され前記蓄電池の電力を無線で送信する送信手段と、前記送信手段で送信される電力を受信し前記負荷に供給する受信手段とを具備し、前記窓枠は、少なくとも前記送信手段および前記受信手段が対向する部位が非磁性体材料にて形成された構成とすることが好ましい。
この発明では、蓄電池の電力を窓枠内の送信手段により送信し、受信手段にて受信して負荷に供給するので、例えば負荷をガラス板に設けたり、屋内外に設けたりしても、配線作業が不要で、施工性を向上できるとともに、窓枠内に配設した蓄電池からの電力を、無線で負荷に供給でき、負荷の使い勝手を向上でき、汎用性を向上できる。
【００１０】
また、本発明では、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、前記窓枠は、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体材料にて形成された構成とすることが好ましい。
この発明では、太陽電池にて発生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になる。
【００１１】
さらに、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、送電手段を太陽電池と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。
【００１２】
また、本発明では、前記負荷は、前記ガラス板に設けられ透過する光の量を制御する光非散乱性素子を備えた構成とすることが好ましい。
この発明では、負荷として、透過する光の量を制御する光非散乱性素子をガラス板に設けた構成とすることで、例えば透過する光の量の制御により、強い外光を弱めたり、ガラス板の部分的な領域の透光を制御して文字や画像を表示させたりするなど、汎用性を向上できる。
なお、光散乱性素子では赤外線を散乱することで温度が上昇してしまう不都合があるのに対し、光非散乱性素子では温度上昇による損傷などの不都合が生じず好ましい。
【００１３】
そして、本発明では、前記負荷は、外光の強度を検出するセンサを備え、前記光非散乱性素子は、前記センサで検出する外光の強度に応じて透過する光の量を制御する構成とすることが好ましい。
この発明では、センサで検出した外光の強度に応じて透過する光の量を制御するので、外部環境に応じて自動的に採光を制御でき、使い勝手を向上できる。
【００１４】
さらに、本発明では、前記光非散乱性素子は、表示パネルである構成とすることが好ましい。
この発明では、文字や画像の表示により、ガラス板の内外に対して各種報知が可能となり、汎用性を向上できる。
【００１５】
また、本発明では、前記光非散乱性素子は、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、光非散乱性素子をガラス板に積層形成することで、光非散乱性素子を構成する部材をガラス板で共用でき、光非散乱性素子の構成の簡略化および製造性の向上が図れるとともに、ガラス板の設置により光非散乱性素子を設置できるので、施工性を向上できる。
【００１６】
そして、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り、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有機薄膜型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有機薄膜型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とともに、薄膜化が容易な有機薄膜型太陽電池により、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。
【００１７】
また、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り、前記光非散乱性素子より室内側に位置して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、ガラス板に積層形成した光非散乱性素子より室内側に位置して有機薄膜型太陽電池をガラス板に設けることで、紫外線や降雨などによる有機薄膜型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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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発電窓システムを示す断面図。
【図６】前記第二実施形態の太陽光発電モジュールを示す断面図。
【図７】本発明の第三実施形態に係る発電窓システムを示す断面図。
【図８】本発明の第四実施形態に係る発電窓システムを示す平面図。
【図９】本発明の第五実施形態に係る発電窓システムを示す平面図。
【図１０】本発明の第六実施形態に係る発電窓システムを示す斜視図。
【図１１】本発明の第七実施形態に係る発電窓システムを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［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、負荷に供給して動作させ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、建造物２に設けられた開口部２１に取り付けられる窓枠体３と、窓枠体３に取り付けられた太陽光発電モジュール４と、この太陽光発電モジュール４で発電した電力を受信する受電手段５と、受電手段５で受信した電力を蓄電する蓄電池６と、太陽光発電モジュール４で使用する電力および各種信号を送信する送信手段７と、制御手段８と、を備えている。
【００２０】
（窓枠体）
窓枠体３は、図１に示すように、建造物２の開口部２１の開口縁に取り付けられる窓枠３１と、この窓枠３１に取り付けられ内周側にシール部材３２を介して太陽光発電モジュール４が取り付けられる框枠３３とを備えている。
窓枠体３は、非磁性体材料により形成されている。非磁性体材料としては、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３の窓枠３１内には、受電手段５と、蓄電池６と、送信手段７と、制御手段８とが配設されている。
窓枠体３には、太陽光発電モジュール４と受電手段５および送信手段７とが所定の位置関係となるように、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３３には、太陽光発電モジュール４の一縁に設けられた位置決め凹部４Ａ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３３の外面に凹部３３Ａを設け、窓枠３１に凹部に係合される図示しない凸部を設ける。また、窓枠３１には、受電手段５と送信手段７とをそれぞれ配設する構成を設けておく。このような構成により、太陽光発電モジュール４は適切な向きで窓枠３１の内側に確実に施工される。
なお、窓枠３１の室内側の端面に蓄電池６に接続された図示しない端子を設け、室内の電気機器などの負荷へ電力を供給可能としてもよい。
【００２１】
（太陽光発電モジュール）
太陽光発電モジュール４は、詳細は後述するが、透光性のガラス板４１と、このガラス板４１の室外側に積層して設けられた透光性の太陽電池４２と、この太陽電池４２に隣接してガラス板４１に積層して設けられ、太陽電池４２で発生した電力を無線で送信する送電手段４３と、太陽電池４２のさらに室外側に位置して積層形成された負荷としての調光パネル４４とを備えている。
ここで、太陽電池４２および送電手段４３、さらに調光パネル４４をガラス板４１に設ける方法としては、シート状に形成した太陽電池４２および送電手段４３、あるいは調光パネル４４をガラス板４１に貼付したり、ガラス板４１の表面に太陽電池４２および送電手段４３、あるいは調光パネル４４を直接積層形成したりするなど、従来のいずれの方法を適用できる。
【００２２】
＜太陽電池＞
太陽電池４２は、詳細は後述するが、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。
なお、太陽電池４２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。
【００２３】
＜送電手段＞
送電手段４３は、太陽電池４２で生じた電力を無線にて受電手段５へ送信する。この送電手段４３は、図２に示すように、変換回路４３Ａ、設定回路４３Ｂおよび送電コイル４３Ｃを備えている。
変換回路４３Ａは、太陽電池４２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４３Ｃに供給するインバーターである。この変換回路４３Ａが変換する交流電流の周波数は、設定回路４３Ｂにより設定される。
設定回路４３Ｂは、送電コイル４３Ｃ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４３Ｂは、当該伝送効率に基づいて、変換回路４３Ａ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４３Ｂ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４３Ｃ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４３Ｃによる伝送方式としては、例えば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。
【００２４】
＜調光パネル＞
調光パネル４４は、詳細は後述するが、太陽電池４２および送電手段４３の外面側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４４Ａと、送信手段７により送信される蓄電池６からの電力および制御手段８からの制御信号を受信して光非散乱性素子４４Ａを動作させる受信手段としての受信制御回路４４Ｂと、を備えている。
光非散乱性素子４４Ａ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。
なお、光非散乱性素子４４Ａは、厚み寸法（基板部分を含まない光非散乱性素子４４Ａの正味の厚さ）が１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
５０μｍより厚くなると透光性が損なわれるおそれがあり、１μｍより薄くなると十分な透光性の制御が得られなくなるおそれがあるためである。光非散乱性素子として、例えば複屈折型液晶パネルの場合、液晶層の厚みとして１．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
受信制御回路４４Ｂは、光非散乱性素子４４Ａに隣接して太陽電池４２および送電手段４３の層の外面側に積層形成されている。受信制御回路４４Ｂは、送信手段７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４４Ａに出力する。受信制御回路４４Ｂは、図２に示すように、受信コイル４４Ｂ１と、整流平滑回路４４Ｂ２と、駆動回路４４Ｂ３とを備えている。
受信コイル４４Ｂ１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４４Ｂ１は、送信手段７と同じ伝送方式で送信される駆動電力および制御信号を受電する。そして、受信コイル４４Ｂ１は、受電した交流電流を整流平滑回路４４Ｂ２に出力する。
整流平滑回路４４Ｂ２は、ダイオードなどの整流素子を有し、受信コイル４４Ｂ１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４４Ｂ２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４４Ｂ３は、整流平滑回路４４Ｂ２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４４Ａ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４４Ａで透光する光量を制御する。
【００２６】
（受電手段）
受電手段５は、窓枠体３に設けられ、太陽光発電モジュール４から無線で送信される電力を受電し、蓄電池６へ供給する。受電手段５は、図２に示すように、受電コイル５１、整流回路５２、平滑回路５３および定電圧化回路５４を備えている。
受電コイル５１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５１は、送電手段４３と同じ伝送方式で、送電手段４３から送信される電力を受電する。そして、受電コイル５１は、受電した交流電流を整流回路５２に出力する。
なお、受電コイル５１は、前述の送電コイル４３Ｃと同じ寸法でなくてもよく、当該送電コイル４３Ｃより大きくても小さくてもよい。例えば、送電コイル４３Ｃを受電コイル５１より大きくし、送電コイル４３Ｃと受電コイル５１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。
【００２７】
整流回路５２は、ダイオードなどの整流素子を有し、受電コイル５１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５３は、コンデンサーなどの回路素子を有し、整流回路５２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５３は、平滑化した直流電流を、定電圧化回路５４に出力する。
定電圧化回路５４は、平滑回路５３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５４により定電圧化された直流電流は、前述の蓄電池６に出力され、当該蓄電池６にて蓄電される。
【００２８】
送信手段７は、窓枠３１内に配設され、制御手段８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４４Ｂへ送信する。送信手段７は、図２に示すように、変換手段７１と、設定手段７２と、送信コイル７３とを備えている。
変換手段７１は、制御手段８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７３に供給するインバーターである。この変換手段７１が変換する交流電流の周波数は、それぞれ設定手段７２により設定される。
設定手段７２は、送信コイル７３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７２は、当該伝送効率に基づいて、変換手段７１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７２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７３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７３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７３は、受電コイル５１で受電する信号と干渉しないように設けられている。
なお、送信コイル７３は、前述の受信コイル４４Ｂ１と同じ寸法でなくてもよく、当該受信コイル４４Ｂ１より大きくても小さくてもよい。例えば、受信コイル４４Ｂ１を送信コイル７３より大きくし、受信コイル４４Ｂ１と送信コイル７３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。
【００２９】
制御手段８は、窓枠３１内に配設されている。制御手段８には、窓枠３１に配設されたセンサ８１が接続されている。
センサ８１は、図１に示すように、窓枠３１の室外側に配設され、検出した外光強度の検出信号を制御手段８へ出力する。
そして、制御手段８は、センサ８１からの検出信号に基づいて、調光パネル４４の光非散乱性素子４４Ａを透過する光量を制御するための制御信号を送信手段７へ出力する。さらに、制御手段８は、蓄電池６から調光パネル４４を動作させる駆動電力を送信手段７へ出力する。
【００３０】
（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４は、図３に示すように、透光性のガラス板４１と、このガラス板４１の室外側に積層して設けられた透光性の太陽電池４２と、この太陽電池４２に隣接してガラス板４１に積層して設けられた送電手段４３と、放熱部４５と、これら太陽電池４２、送電手段４３および放熱部４５をガラス板４１と挟む基板４６と、光非散乱性素子４４Ａと、受信制御回路４４Ｂ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４により、１０〜２００ワット程度の電力を発生可能である。
【００３１】
＜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４２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４２は、図４に示すように、複数の発電ブロック４２Ａ（図４では３つの発電ブロック４２Ａ）が並列に接続された構成を有し、各発電ブロック４２Ａは、保護素子４２Ｂとセル群４２Ｃ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４２Ｃは、複数のセル４２Ｄおよび複数のバイパス素子４２Ｅを有する。具体的に、セル群４２Ｃは、互いに直列に接続された複数のセル４２Ｄ（図４では４つのセル４２Ｄ）と、各セル４２Ｄに対して並列に接続されたバイパス素子４２Ｅとを有する。
【００３２】
バイパス素子４２Ｅ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４２Ｅが並列に接続されたセル４２Ｄ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４２Ｄが正常に動作している場合には、バイパス素子４２Ｅを電流は流れない。
一方、当該セル４２Ｄに電流が導通しなくなり、当該セル４２Ｄ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４２Ｅが導通状態となって当該バイパス素子４２Ｅを電流が導通する。これにより、日陰に入るなどしてセル４２Ｄが機能しない場合に、当該セル４２Ｄ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４２Ｄにより発電された電流を導通させることができる。
【００３３】
保護素子４２Ｂは、当該保護素子４２Ｂが直列接続されたセル群４２Ｃが機能せずに過電流が供給される場合に、当該保護素子４２Ｂが設けられた発電ブロック４２Ａの接続状態をオフにして、当該発電ブロック４２Ａ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４２Ｂ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。
【００３４】
なお、本実施形態では、太陽電池４２は、３つの発電ブロック４２Ａを備え、各発電ブロック４２Ａは、互いに直列接続された４つのセル４２Ｄを有するセル群４２Ｃを備える構成とした。しかしながら、太陽電池４２に設けられる発電ブロック４２Ａの数は適宜変更可能であり、セル群４２Ｃを構成するセル４２Ｄの数も適宜変更可能である。さらに、バイパス素子４２Ｅは、セル４２Ｄ毎に並列に接続されていなくてもよく、複数のセル４２Ｄ毎に並列に接続されていてもよい。
【００３５】
＜基板＞
基板４６は、前述のように、太陽電池４２および送電手段４３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。
基板４６は、太陽電池４２の受光面４２Ｆ側と反対側に配置される。この基板４６において受光面４２Ｆに応じた領域は、当該受光面４２Ｆに入射される光が透過する光透過領域４６Ａとされている。
基板４６とガラス板４１との間には、透光性樹脂４７が充填されている。具体的に、基板４６とガラス板４１との間において、太陽電池４２および送電手段４３の周囲には、当該透光性樹脂４７が充填され、太陽電池４２および送電手段４３は基板４６およびガラス板４１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４では、太陽電池４２および送電手段４３がガラス板４１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。
【００３６】
＜放熱部＞
放熱部４５は、図３に示すように、太陽電池４２と、送電手段４３の変換回路４３Ａおよび設定回路４３Ｂと、光非散乱性素子４４Ａと、受信制御回路４４Ｂの整流平滑回路４４Ｂ２および駆動回路４４Ｂ３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４５は、本実施形態では、ガラス板４１上および基板４６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４５は、太陽電池４２と変換回路４３Ａおよび設定回路４３Ｂと、光非散乱性素子４４Ａと、整流平滑回路４４Ｂ２および駆動回路４４Ｂ３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い。太陽光発電モジュール４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４３Ｃおよび受信コイル４４Ｂ１による送受信を妨げないように、送電コイル４３Ｃおよび受信コイル４４Ｂ１を避けて配置することが好ましい。
【００３７】
＜調光パネル＞
調光パネル４４の光非散乱性素子４４Ａは太陽電池４２の受光面４２Ｆ側に積層形成され、受信制御回路４４Ｂは光非散乱性素子４４Ａに隣接して太陽電池４２および送電手段４３の層の外面側に積層形成されている。
すなわち、光非散乱性素子４４Ａの透過する光量の制御により、太陽電池４２の受光面４２Ｆに到達する光量を制御する。なお、光非散乱性素子４４Ａは、太陽電池４２の太陽光による劣化を防止するために、少なくとも太陽電池４２の受光面４２Ｆ側を覆うように形成されていればよく、受信制御回路４４Ｂの配置にもよるが、送電手段４３の外面側を覆うように形成してもよい。
【００３８】
［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４１に透光性の太陽電池４２を設け、太陽電池４２で発電した電力を負荷である調光パネル４４に供給して動作させる構成としている。このため、太陽電池４２およびガラス板４１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なく、調光パネル４４を動作させることができる。
【００３９】
そして、第一実施形態では、太陽電池４２をガラス板４１に積層形成しているので、基板などの太陽電池４２を構成する部材をガラス板４１で共用できる。
このため、太陽電池４２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４２の薄膜化によるガラス板４１を介した採光性をより向上できる。
【００４０】
また、第一実施形態では、太陽電池４２にて発生した電力を蓄電する蓄電池６からの電力により調光パネル４４を動作させている。
このため、太陽電池４２で電力が十分ではない雨天などの場合でも、調光パネル４４を動作させることができる。このことにより、室内で投影機を使用するために窓を遮光するなど必要に応じて採光性を制御でき、汎用性を向上できる。
【００４１】
さらに、第一実施形態では、窓枠３１内の空きスペースを利用して蓄電池６を配置している。
このため、発電窓システム１の小型化が図れるとともに施工性の向上が図れる。
【００４２】
また、蓄電池６の電力を窓枠３１内の送信手段７により送信し、受信制御回路４４Ｂにて受信して光非散乱性素子４４Ａに供給している。
このため、例えば光非散乱性素子４４Ａをガラス板４１に設けたり、屋内外に設けたりしても、配線作業を不要とすることが可能で、また、窓枠３１内に配設した蓄電池６からの電力を、無線で光非散乱性素子４４Ａに供給でき、施工性を向上できる。
【００４３】
そして、太陽電池４２にて発生した電力を送電手段４３により送信し、窓枠３１に設けた受電手段５で受信している。
このため、ガラス板４１と窓枠３１との施工が容易にできる。
【００４４】
また、送電手段４３を太陽電池４２と一体にガラス板４１に設けている。
このため、予めガラス板４１に太陽電池４２と送電手段４３とを設けておくことで、ガラス板４１を窓枠体３に取り付ける簡単な施工で、発電機能および調光パネル４４による動作が得られる機能窓を容易に構築でき、施工性をより向上できる。
【００４５】
そして、第一実施形態では、透過する光の量を制御する光非散乱性素子４４Ａをガラス板４１に設けた構成としている。
このため、例えば透過する光の量の制御として、強い外光を弱めたり遮光したりするカーテンやブラインドなどの遮光体として利用したり、ガラス板４１の部分的な領域の透光を制御して文字や画像を表示させたりする表示装置として利用するなど、汎用性を向上できる。そして、光散乱性素子では赤外線を散乱することで温度が上昇してしまう不都合があるのに対し、光非散乱性素子４４Ａでは温度上昇による損傷などの不都合が生じることも防止できる。
【００４６】
さらに、光非散乱性素子４４Ａをガラス板４１に積層形成している。
このため、太陽電池４２と同様に、光非散乱性素子４４Ａを構成する部材をガラス板４１で共用でき、光非散乱性素子４４Ａの構成の簡略化および製造性の向上が図れる。さらに、ガラス板４１を設置する動作で光非散乱性素子４４Ａも合わせて設置できるので、施工性を向上できる。
【００４７】
そして、ガラス板４１に積層形成した光非散乱性素子４４Ａより室内側に位置して太陽電池４２をガラス板４１に設けている。このため、太陽電池４２として有機薄膜型太陽電池を用いたとしても、紫外線や降雨などによる損傷を防止でき、長期間安定して電力を供給できる。さらに、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４１へ太陽電池４２を設けることが容易にできる。
【００４８】
また、センサ８１で検出した外光の強度に応じて透過する光の量を制御する構成としている。
このため、晴天時や雨天などの外光強度に応じて透光を自動的に制御でき、使い勝手を向上できる。
【００４９】
［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発電窓システムを示す断面図である。図６は、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、太陽電池４２および調光パネル４４をガラス板４１へ積層形成する状態を変更したものである。
すなわち、図５，６に示すように、太陽光発電モジュール４Ｂは、透光性のガラス板４１と、このガラス板４１の室内側に積層して設けられた透光性の太陽電池４２と、この太陽電池４２に隣接してガラス板４１に積層して設けられ、太陽電池４２で発生した電力を無線で送信する送電手段４３と、太陽電池４２のさらに室内側に位置して積層形成された調光パネル４４と、を備えている。
【００５０】
この構成により、第一実施形態の効果の他、以下の効果を奏する。
すなわち、太陽電池４２がガラス板４１の室内側に設けられているので、紫外線や降雨などによる損傷を防止できる。このことにより、太陽電池４２として有機薄膜型太陽電池を用いても損傷が防止されるので、有機薄膜型太陽電池を利用でき、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４１へ太陽電池４２を設けることが容易にできる。
さらに、光非散乱性素子４４Ａより室外側に太陽電池４２を設けたので、光非散乱性素子４４Ａにて透光を制御している状態でも変わりなく太陽電池４２で発電できる。
なお、調光パネル４４に代えて、後述する第三実施形態のように、表示パネルを用いてもよい。
【００５１】
［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７は、本発明における他の発電窓システムを示す断面図である。なお、上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、負荷として調光パネル４４に代えて表示パネルを用いたものである。
すなわち、図７に示すように、太陽光発電モジュール４Ｃは、透光性のガラス板４１と、このガラス板４１の室外側に積層して設けられた負荷としての透光性の表示パネル４４Ｃと、この表示パネル４４Ｃのと、さらに室外側に位置して積層形成された透光性の太陽電池４２と、この太陽電池４２に隣接してガラス板４１に積層して設けられ、太陽電池４２で発生した電力を無線で送信する送電手段４３と、を備えている。
【００５２】
表示パネル４４Ｃは、太陽電池４２および送電手段４３の室内側に積層形成された光非散乱性素子である表示素子４４Ｃ１と、送信手段７により送信される蓄電池６からの電力および制御手段８からの制御信号を受信して表示素子４４Ｃ１を動作させる受信手段としての受信制御回路４４Ｃ２と、を備えている。
受信制御回路４４Ｃ２は、表示素子４４Ｃ１に隣接して太陽電池４２および送電手段４３の層の室内側に積層形成されている。受信制御回路４４Ｃ２は、第一実施形態の受信制御回路４４Ｂと同様に、送信手段７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、表示素子４４Ｃ１に出力する。すなわち、受信制御回路４４Ｃ２は、送信手段７と同じ伝送方式で送信手段７から送信される駆動電力および制御信号を受電する受信コイルと、受信コイル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整流平滑回路と、整流平滑回路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、駆動電力を表示素子４４Ｃ１へ供給するとともに、制御信号に基づいて表示素子４４Ｃ１を動作させて各種文字や画像を表示させる駆動回路とを備えている。
【００５３】
この構成により、第一実施形態の効果の他、以下の効果を奏する。
すなわち、負荷として表示パネル４４Ｃを用いたので、文字や画像の表示により、例えば広告表示や各種情報配信など、汎用性を向上できる。特に、室内に対して表示させる場合には、外光を表示パネル４４Ｃのバックライトとして利用でき、小電力で各種表示ができる。
【００５４】
［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８は、本発明における他の発電窓システムを示す平面図である。なお、上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、窓枠体３に設けられる２つのガラス板４１にて太陽光発電モジュール４を構成したものである。
すなわち、図８に示すように、発電窓システム１Ａは、窓枠体３の窓枠３１に、框枠３３に取り付けられたガラス板４１が２つ設けられている。そして、一方のガラス板４１には太陽電池４２および送電手段４３が設けられ、他方のガラス板４１には表示パネル４４Ｃが設けられている。
また、窓枠３１内には、送電手段４３に対向する位置に受電手段５が配設され、受信制御回路４４Ｃ２に対向する位置に送信手段７が配置されている。さらに、窓枠３１内には、送信手段７に接続される制御手段８が接続されるとともに、制御手段８に接続される蓄電池６が配置されている。
【００５５】
この構成により、第一実施形態の効果の他、以下の効果を奏する。
すなわち、太陽電池４２を設けたガラス板４１と、表示パネル４４Ｃが設けられたガラス板４１とをニーズに合わせて適宜選択して配置させることが容易で、使い勝手を向上できる。
【００５６】
［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９は、本発明における他の発電窓システムを示す平面図である。なお、上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、上記第二実施形態の発電窓システム１の変形例で、調光パネル４４を太陽電池４２上に貼付して太陽光発電モジュール４Ｄを構成する。すなわち、図９に示すように、光非散乱性素子４４Ａおよび受信制御回路４４Ｂを有したシート状で、一面側に粘着層を有した調光パネル４４を、ガラス板４１に貼付することで施工される。
なお、窓枠３１内には制御手段８および送信手段７を設置しておくか、制御手段８および送信手段７をシート状に形成し、窓枠３１に設けられた端子を介して蓄電池６に接続して窓枠３１に貼付したり、調光パネル４４に制御手段８を一体に設けて蓄電池６に接続させたりすればよい。
この構成では、透光性の太陽電池４２を有したガラス板４１を既に窓枠３１に取り付けた状態で、透光性を制御したい窓に調光パネル４４を貼付すればよく、施工性および使い勝手を向上できる。
【００５７】
［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１０は、本発明における他の発電窓システムを示す斜視図である。なお、上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１Ａの変形例で、太陽電池４２が設けられたガラス板４１とは異なるガラス板に、調光パネル４４を貼付するものである。
すなわち、図１０に示すように、調光パネル４４を光非散乱性素子４４Ａおよび受信制御回路４４Ｂを有し、一面側に粘着層を有したシート状に形成する。そして、調光パネル４４を貼付するガラス板４１が設けられた窓枠３１を有する壁９内に窓枠３１に近接して配設する。なお、窓枠３１内に配設してもよい。そして、制御手段８は、例えば外光が取り込まれるガラス板４１に取り付けられた太陽電池４２の電力を蓄電する蓄電池６に接続しておく。
このような構成により、太陽電池４２が設けられていないガラス板４１に貼付することで、調光パネル４４を設けたガラス板４１に例えばカーテンやブラインドなどのような遮光機能を付与でき、使い勝手を向上できる。
【００５８】
［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１１は、本発明における他の発電窓システムを示す斜視図である。なお、上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１Ａの変形例で、ガラス板４１にシート状の太陽電池４２を貼付するとともに、壁９に表示パネル４４Ｃを貼付するものである。
すなわち、図１１に示すように、発電窓システム１Ｂは、シート状で一面に粘着層を有した太陽電池４２を窓枠３１のガラス板４１に貼付し、太陽電池４２の一縁に設けた図示しないコネクタを介してケーブル６Ａにより携帯可能な蓄電池６に接続し、発電した電力を蓄電池６に蓄電可能とする。また、表示素子４４Ｃ１および制御手段８を有しシート状で一面に粘着層が設けられた表示パネル４４Ｃを壁９に貼付し、ケーブル６Ａを介して制御手段８を蓄電池６に接続する。さらに、表示パネル４４Ｃの表示を制御する負荷としてのパーソナルコンピュータ１０を、ケーブル６Ａを介して蓄電池６に接続するとともに、ケーブル６Ａを介して表示パネル４４Ｃの制御手段８に接続する構成が採られている。
【００５９】
この構成により、第六実施形態の効果の他、以下の効果を奏する。
すなわち、既に設置されている窓に太陽電池４２を設けて発電機能を持たせ、発電した電力を用いて各種表示パネル４４Ｃやパーソナルコンピュータ１０を動作させることが可能となる。さらに、使用後は、取り外せば元の状態に容易に復帰できることから、汎用性を向上できる。
なお、この第七実施形態において、蓄電池６は、壁９や窓枠３１内に設けておいてもよい。
【００６０】
［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。
【００６１】
例えば、第三実施形態において、太陽電池４２と表示パネル４４Ｃとを積層形成したが、１つのガラス板４１に太陽電池４２と表示パネル４４Ｃとを並列状に設けてもよい。
【００６２】
また、第四実施形態において、一方のガラス板４１に太陽電池４２を設け、他方のガラス板４１に表示パネル４４Ｃを設けたが、表示パネル４４Ｃに代えて調光パネル４４としてもよい。
さらには、第一実施形態のようにガラス板４１に太陽電池４２および表示パネル４４Ｃや調光パネル４４を設けた太陽光発電モジュール４を、窓枠３１に２つ設け、それぞれの送電手段４３に対向する位置に１つの受電手段５を配設し、それぞれの受信制御回路４４Ｃ２に対向する位置に１つの送信手段７を配置してもよい。このことにより、１つの受電手段５および１つの送信手段７で無接点送受信でき、構成を簡略化できるとともに製造性の向上が図れる。
【００６３】
また、各実施形態において、蓄電池６は、窓枠３１内に配設される場合に限らず、例えば図１１の第七実施形態のように、外部に設置した蓄電池としてケーブル６Ａで接続するなどしてもよい。
同様に、調光パネル４４や表示パネル４４Ｃ、パーソナルコンピュータ１０などの蓄電池６に蓄電された電力の供給を受けて動作する負荷についても、ガラス板４１に設ける場合に限らず、また無線による送受信のみならずケーブル６Ａで接続して動作させるようにしてもよい。
【００６４】
無線にて送受信する場合、窓枠体３全体を非磁性体材料にて形成する場合に限らず、送受信による磁場が乱れないように、部分的に非磁性体材料にて形成してもよい。
そして、建造物２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４１を対象とするなどしてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１，１Ａ，１Ｂ…発電窓システム
５…受電手段
６…蓄電池
７…送信手段
３１…窓枠
４１…ガラス板
４２…太陽電池
４３…送電手段
４４…負荷としての調光パネル
４４Ａ…負荷として機能する光非散乱性素子
４４Ｂ…受信手段としての受信制御回路
４４Ｃ…負荷としての表示パネル
【図１】
2015151798.tif 000003
【図２】
2015151798.tif 000004
【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】
2015151798.tif 000009
【図８】
2015151798.tif 000010
【図９】
2015151798.tif 000011
【図１０】
2015151798.tif 000012
【図１１】
2015151798.tif 000013