(57)【要約】【課題】本発明は、光半導体の水分解作用を利用して、水素および酸素を製造すると共に、透過型太陽電池による発電の両方を得ることのできる太陽光ハイブリッドモジュールを提供することを目的とする。【解決手段】本発明による太陽光ハイブリッドモジュールは、光透過性太陽電池に近接して水チャンバを設け、該水チャンバ内に水分解用光半導体を設けたことを特徴とする。また、本発明の太陽光ハイブリッドモジュールは、光の入射方向からみて光透過性太陽電池の裏面側に水チャンバを設けたことを特徴とする。また、本発明の太陽光ハイブリッドモジュールは、水分解用光半導体を、導電性基板の一側に導電性基板側から順にシリコン等の発電素子および酸素放出アノードを設けると共に導電性基板の他側に水素放出カソードを設けることにより構成したことを特徴とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池に近接して水チャンバを設け、該水チャンバ内に水分解用光半導体を設けたことを特徴とする太陽光ハイブリッドモジュール。
【請求項２】
水分解用光半導体を、導電性基板の一側に導電性基板側から順にシリコン等の発電素子および酸素放出アノードを設けると共に導電性基板の他側に水素放出カソードを設けることにより構成したことを特徴とする請求項１記載の太陽光ハイブリッドモジュール。
【請求項３】
太陽電池を光透過性のものとするとともに、光の入射方向からみて裏面側に水チャンバを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の太陽光ハイブリッドモジュール。
【請求項４】
光透過性太陽電池を平面方向に隙間をあけて配置し、太陽光を光透過性太陽電池を介しておよび直接水分解用光半導体に入射するようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の太陽光ハイブリッドモジュール。
【請求項５】
太陽電池の一部に導光部を設け、少なくとも該導光部に面して水分解用光半導体を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の太陽光ハイブリッドモジュール。
【請求項６】
太陽電池と水電解用光半導体に入射する太陽光を波長により分割して供給することを特徴とする請求項５記載の太陽光ハイブリッドモジュール。
【請求項７】
複数の太陽電池を直線上の隙間を設けて配置し、該直線上の隙間を導光部とし、この導光部の形状に合わせて棒状の水電解用光半導体を配置したことを特徴とする請求項５記載の太陽光ハイブリッドモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池により発電するとともに、燃料となる水素製造を行う太陽光ハイブリッドモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、太陽エネルギーを有効に利用するために電気と熱を得る光・熱ハイブリッドコレクタが市販され一般住宅に導入されている。太陽電池モジュールの効率は最高でも、約２０％程度であり、８０％の太陽エネルギーは熱となっている。一般住宅に光・熱ハイブリッドコレクタを導入したシステムの例をみると、３６枚のモジュール（面積０．６ｍ２／枚）が使用され、このうち光・熱ハイブリッドコレクタは６枚、残りの３０枚は太陽電池だけのモジュールになっている。
これは太陽電池モジュールの効率は高々２０％であるが、集熱効率は約５０％であり、この効率差によって、全て光・熱ハイブリッドコレクタにすると熱（温水）が余って無駄になるため、このような構成となっている。
【０００３】
熱と電気は消費され消滅するエネルギーであり、また、太陽エネルギーは時間や天候に左右され安定にエネルギーを得ることができない。そのため、現在一般住宅用としての小型のマイクロガスタービンや燃料電池が開発され、近い将来実用化が期待されている。これらを併設することにより、日射がなくても太陽で生産した燃料を使えば熱と電気が得られる。さらに、燃料電池自動車が実用化されれば、その燃料としても利用することができる。
【０００４】
図１０は、従来の熱・光ハイブリッドコレクタに水電解装置を組み合わせた装置の概要を示したものであり、ａは太陽電池、ｂは集熱器、ｃは水分解装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示す従来型の装置のように、太陽電池ａにより発電された電力を使用して水分解を行うものにあっては、太陽電池による発電電力の大部分を水分解に消費することになり、他に電力を配分できなかった。また、発電部分と水分解部分とが切り離された状態で構成されていたため、屋根などへの設置における配管などの取り回しが煩雑となり、大型化せざるをえないものであった。
また、従来の装置は、太陽電池の冷却を考慮に入れていないか、考慮していても冷却により得られる低温度の熱の有効利用手段が少なく、また明確に確立していないため熱が余る。冷却を考慮していない場合は、太陽熱による温度上昇のため性能が劣化し、晴天の最も発電量を期待できる時間帯に十分な電力を発生できない。
【０００６】
これらの問題を解決するために、発電に寄与しない熱となった太陽光の約８０％を太陽電池裏面に直結した水チャンバにより冷却、吸熱させると同時に、この水チャンバ内に太陽光の一部を導き、光半導体による水素製造を行う。これにより、装置は一体化し、小型、単純な構成となり、ひとつの装置で電力、熱、燃料の３つを発生する高効率なトライジェネレーション装置が可能となる。
本発明は、光半導体の水分解作用を利用して、水素および酸素を製造すると共に、透過型太陽電池による発電の両方を得ることのできる太陽光ハイブリッドモジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽光ハイブリッドモジュールは、太陽電池に近接して水チャンバを設け、該水チャンバ内に水分解用光半導体を設けたことを特徴とする。
また、本発明の太陽光ハイブリッドモジュールは、水分解用光半導体を、導電性基板の一側に導電性基板側から順にシリコン等の発電素子および酸素放出アノードを設けると共に導電性基板の他側に水素放出カソードを設けることにより構成したことを特徴とする。
また、本発明の太陽光ハイブリッドモジュールは、太陽電池を光透過性のものとするとともに、光の入射方向からみて裏面側に水チャンバを設けたことを特徴とする。
また、本発明の太陽光ハイブリッドモジュールは、光透過性太陽電池を平面方向に隙間をあけて配置し、太陽光を光透過性太陽電池を介しておよび直接水分解用光半導体に入射するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の太陽光ハイブリッドモジュールは、太陽電池の一部に導光部を設け、少なくとも該導光部に面して水分解用光半導体を設けたことを特徴とする。
また、本発明の太陽光ハイブリッドモジュールは、太陽電池と水電解用光半導体に入射する太陽光を波長により分割して供給することを特徴とする。
また、本発明の太陽光ハイブリッドモジュールは、複数の太陽電池を直線上の隙間を設けて配置し、該直線上の隙間を導光部とし、この導光部の形状に合わせて棒状の水電解用光半導体を配置したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る太陽光ハイブリッドモジュールの概略を説明するための正面図である。
１は太陽光、２は太陽電池の保護カバー、３はアモルファス型などの薄膜による光透過性太陽電池であり、可視光域において比較的長波長以上の光は光透過性太陽電池３を透過して、光透過性太陽電池３に近接して設けられた水分解用光半導体４に導かれる。
水分解用光半導体４は、上面に光透過窓６を設けたケーシング５により覆われており、ケーシング５の内部は水分解用光半導体４を挟むようにして仕切壁１７で上下に分割されている。
上下に分割している仕切壁１７は、発生する水素と酸素の混合を防ぐためにあり、導電性の水分解用光半導体４とは後記のように絶縁された部材で接合している。水分解用光半導体４で生じた電位による電流は、水を介して仕切壁１７を通り反対側の電極に達する。
また、ケーシング５の内部は、その左側８から水９が導入されて水チャンバ７を形成するものであり、ケーシング５内に導入された水９は、水分解用光半導体４の水分解作用により酸素と水素とに分解され、右側１０から酸素１１および水素１２として排出される。
【０００９】
図２は、水分解用光半導体４の詳細を示したものである。
図２において、１３は透明保護フィルムで、Ｉｎ２Ｏ２、ＳｎＯ２などで構成された酸素放出アノードである。１４は長波長域特性の優れたシリコン等を用いた太陽電池を基本とした発電素子であり、導電性基板１５の上面側に設けられている。
１６は水素放出触媒溶着フィルムで、ＣｏＭｏなどにより構成された水素放出カソードであり、導電性基板１５の下面側に設けられる。
【００１０】
図１において、光透過性太陽電池３下部に接して設けられた冷却と水電解用をかねる水チャンバ７により３の太陽電池は冷却される。また、水チャンバ７内に設けられる図２で示した水分解用光半導体４において、上面から流入する太陽光により導電性基板１５の上面側にプラスの電位、下面側にマイナスの電位を生じ、水チャンバ７内の水を通して電流が流れる。この実施例においては発生する水素と酸素の混合をさけるため水チャンバ７内の水は上下に導電性の仕切壁１７により仕切られ、電流は流れるが水素と酸素は仕切りを通ることができない。この導電性の仕切壁１７は、光透過性太陽電池３を構成する導電性基板１５とは、絶縁材１８により絶縁されている。
【００１１】
（実施の形態２）
図３は、光透過性太陽電池３を、隙間１９をあけて配置した点が、実施の形態１と相違しており、実施の形態１と同じ符号のものは同じ部材を示している。
このように、光透過性太陽電池３は隙間１９をあけて配置することにより、太陽光は光透過性太陽電池を介しておよび直接水分解用光半導体に入射するため、さらに光透過率を上げることが可能となり、光半導体４への光の導入を多くできる。
【００１２】
（実施の形態３）
図４は、太陽電池３の周囲に、新たに導光部２０を設け、水電解用光半導体４の水分解効率を上げた例である。
この導光部２０は、透過率の高い光案内部材２１、例えば、光ファイバ、ガラス、プラスチックなどから所定の高さおよび幅をもって直線上あるいは円弧状に形成されたものであり、より積極的に太陽光を水電解用光半導体４へ導くものである。導光部２０に入射した光は、光案内部材２１側面の全反射により光の散乱を防ぐことができるため、太陽光強度の低下を防いでいる。この例では、太陽電池３を光透過性としているため、水電解用光半導体４は太陽電池３および導光部２０に面して設けられている。太陽電池３が光透過性でない場合は、水電解用光半導体４は導光部２０にのみ面して設ければ良い。
【００１３】
（実施の形態４）
図５は、導光部２０を太陽電池３表面の保護カバー２と一体化した例である。導光部２０は、実施の形態３と同じように透過率の高い部材により形成されており、例えば、図６に示す４００−７００ｎｍの波長領域の太陽光▲２▼を透過させ太陽電池３に供給する。また、光透過部２０内部にドーピングした蛍光体により、例えば、図６に示す紫外寄りの３００−５００ｎｍの波長領域の太陽光▲１▼を光透過部内部２２に取り込み、水電解用光半導体４へ導く。水電解用光半導体４は、太陽電池３の外側に、かつ、水チャンバ７内に設けられる。この例では、太陽電池３は光透過性でないものが使用されている。
このように、光透過部内部２２を水電解用光半導体４に直結することで、到達する太陽光は水を通過させず、水への光吸収が無くし、より広い波長域に対応できる。また、保護カバー２と一体の上記カバーを用いて、太陽電池３と水電解用光半導体４に入射する太陽光を分割することで、より高効率な装置とすることができる。
すなわち、利用する太陽光をカバーのフィルタ作用により、各光発電素子の特性にあわせて分割することで、より高効率なトライジェネレーション装置を得ることができる。
【００１４】
（実施の形態５）
図７〜図９は、複数の太陽電池３が配置されたものにおいて、各列の太陽電池３間の隙間を光透過部２０とし、この直線的な光透過部２０の形状に合わせてその下部に棒状の水電解用光半導体４を配置した例を示したもので、図７は平面図、図８は図７のＡ−Ａ断面図、図９は水電解用光半導体４の断面図である。
図８に示すように、ケーシング５内部の水チャンバ７は仕切板２３により各列の光透過部２０の下部で仕切られ、仕切られた水チャンバ７ごとに酸素あるいは水素が収集されるようになっている。そのため、水電解用光半導体４の酸素放出アノード１３あるいは水素放出カソード１６は図９に示すように「型に形成され、各水チャンバ７ごとに同じものが向かい合って配置されている。したがって、水素と酸素は交互に各水チャンバ７内に発生する。
水９は、例えば、図７の上部より下部に向かって流せば良い。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
（１）太陽電池による発電と共に、光半導体による水分解作用を利用できるため、水素および酸素製造が可能となり、広範囲のエネルギー利用が可能となる。
（２）特に、光透過型で比較的短波長域に有利なアモルファス型太陽電池を用い、その裏面に水チャンバ内に透過した太陽光から水分解により水素および酸素製造用の光半導体を設置することにより、上面の太陽電池が吸収しない赤外域寄りの太陽光を有効に利用できる。
（３）太陽電池に近接して水チャンバを設けることにより、太陽電池の温度上昇が抑制でき、性能低下をすることなくエネルギーの利用の拡大が行われ、太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる。
（４）公知の光・熱ハイブリッドコレクタと本発明の太陽光ハイブリッドモジュールとを組み合わせることによって、太陽から熱、電気および燃料を得ることができ、一つのエネルギーから三つのエネルギーを得るトライジェネレーションが実現できる。これによって、我が国のエネルギーセキュリティーの一助となるとともに太陽エネルギー利用技術の拡大に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る太陽光ハイブリッドモジュールの概略を説明した正面図である。
【図２】水分解用光半導体の詳細を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る太陽光ハイブリッドモジュールの概略を説明した正面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る太陽光ハイブリッドモジュールの概略を説明した正面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る太陽光ハイブリッドモジュールの概略を説明した正面図である。
【図６】太陽光のスペクトル分布を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る太陽光ハイブリッドモジュールの平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】実施の形態５に係る水電解用光半導体の断面図である。
【図１０】従来の熱・光ハイブリッドコレクタに水電解装置を組み合わせた装置の概要を示した図である。
【符号の説明】
１　太陽光
２　太陽電池の保護カバー
３　光透過性太陽電池
４　水分解用光半導体
５　ケーシング
６　光透過窓
７　水チャンバ
８　ケーシングの左側
９　水
１０　ケーシングの右側
１１　酸素
１２　水素
１３　透明保護フィルム（酸素放出アノード）
１４　発電素子
１５　導電性基板
１６　水素放出触媒溶着フィルム（水素放出カソード）
１７　導電性の仕切壁
１８　絶縁材
１９　隙間
２０　導光部
２１　光案内部材
２２　光透過部内部
２３　仕切板
【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】
2004039942.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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