(57)【要約】【課題】本発明は、太陽光エネルギーを最大限利用して、トータル的に光電変換効率を上げることができる光電変換システムを提供する【解決手段】本出願の光電変換システム５は、太陽電池１０と、太陽電池１０から出力される電気が供給されて発熱する発熱体３０と、発熱体３０と熱伝達可能に配置され、発熱体３０から発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための熱電変換素子４０と、を具備する。【選択図】      図１
2005026515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、
前記太陽電池から出力される電気が供給されて発熱する発熱体と、
前記発熱体と熱伝達可能に配置され、前記発熱体から発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための熱電変換素子と、
を具備することを特徴とする光電変換システム。
【請求項２】
前記太陽電池から発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための熱電変換素子を具備することを特徴とする請求項１に記載の光電変換システム。
【請求項３】
前記太陽電池から出力される電気を蓄電し、所定の電気を発熱体に供給する蓄電体を具備することを特徴とする請求項１に記載の光電変換システム。
【請求項４】
前記発熱体の発熱温度を検知する温度検知手段と、
前記発熱温度に基づいて前記発熱体に供給される電力量を制御する電力量制御手段と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の光電変換システム。
【請求項５】
前記蓄電体は、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項３に記載の光電変換システム。
【請求項６】
前記発熱体は、錫と鉛の酸化化合物を含んで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換システム。
【請求項７】
前記発熱体は、塩素が含有されていることを特徴とする請求項６に記載の光電変換システム。
【請求項８】
前記発熱体は、少なくとも、酸化錫と、酸化鉛と、塩化鉛と、を原料とし、この原料に還元剤を添加して混合して混合物を形成し、この混合物を加熱した後、冷却することによって得られる上澄み液、または沈殿物から製造されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球上のエネルギー資源の節約と地球環境保護の観点から、無尽蔵でクリーンな代替エネルギー源としての太陽電池を利用した太陽光発電システムの開発がなされている。また、太陽光発電システムとは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するシステムである。しかし、太陽電池を利用した太陽光発電システムの光電変換効率は低く、太陽光エネルギーの利用を社会に普及させるには、太陽光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率の高効率化が必要不可欠である。
【０００３】
これを解決するために、太陽光エネルギーのうち太陽電池で変換できない部分のエネルギー（最終的に熱となる部分）を、熱電変換素子によって電気エネルギーに変換し、トータル的に光電変換効率を上げる方法が検討されている。ここで、熱電変換素子とは、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する素子をいう。
【０００４】
例えば、太陽電池パネルの背面に熱電変換素子を配して、光電変換できなかったエネルギーを回収する方法が開示されている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１４２７５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示すような太陽光光電変換システムにあっては、太陽光エネルギーを太陽電池セルを介して電気エネルギーに変換するとともに、太陽電池セルにより太陽光エネルギーから電気エネルギーに変換する際に太陽電池セルに発生する熱エネルギーを熱電変換素子により電気エネルギーに変換し、トータル的に光電変換効率を上げている。
【０００７】
上記に示すように、太陽から得られた太陽光エネルギーを利用してトータル的に光電変換効率を上げることができれば便利である。
【０００８】
本発明は、上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その課題の一例として、太陽光エネルギーを最大限利用して、トータル的に光電変換効率を上げることができる光電変換システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１０】
本願の光電変換システム（５）は、太陽電池（１０）と、前記太陽電池から出力される電気が供給されて発熱する発熱体（３０）と、前記発熱体と熱伝達可能に配置され、前記発熱体から発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための熱電変換素子（４０）と、を具備することを特徴とする。また、前記太陽電池から発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための熱電変換素子（７０）を具備することを特徴とする。
【００１１】
このようにすれば、太陽から得られる光エネルギーをトータル的に光電変換効率を上げて電気エネルギーに変換することができる。
【００１２】
また、前記発熱体は、好ましくは、錫と鉛の酸化化合物を含んで形成されているとよい。また、上記酸化化合物に塩素が含有されていてもよい。また、前記発熱体は、好ましくは、少なくとも、酸化錫と、酸化鉛と、塩化鉛と、を原料とし、この原料に還元剤を添加して混合して混合物を形成し、この混合物を加熱した後、冷却することによって得られる上澄み液、または沈殿物から製造されるものであるとよい。
【００１３】
このようにすれば、発熱体は小さい電圧（３Ｖ程度）から発熱し、少ない電気エネルギーから大きな熱エネルギーを得ることができる。また、この熱エネルギーを熱電変換素子に効率よく伝達することにより、熱電変換素子は、１対の伝導体間において大きな温度差を得ることができる。この温度差により、熱電変換素子は、電気エネルギーを発生する。これにより、トータル的に光電変換効率を上げることができる。
【００１４】
また、前記太陽電池から出力される電気を蓄電し、所定の電気を発熱体に供給する蓄電体（２０）を備えていてもよい。また、前記蓄電体は、好ましくは、電気二重層コンデンサであるとよい。
【００１５】
このようにすれば、所定の電圧を安定して発熱体に印加することができるとともに、発熱体が発生する熱量も安定する。これにより、発熱体、および熱電変換素子の低寿命化を防止できる。また、電気二重層コンデンサを用いることにより、太陽電池パネルから出力された電気を蓄えるとともに、所定の電気を発熱体に供給することができる。また、電気二重層コンデンサは、充放電を化学反応を伴わずに行うため、十万回以上の充放電が可能であり、充放電を繰り返しても長期間の使用に耐えることができる。また、常に充放電を繰り返すため、太陽電池の出力の大小にあまり影響を受けずに、電気を安定して他の機器に送ることが可能となる。
【００１６】
また、前記発熱体の発熱温度を検知する温度検知手段（５０）と、前記発熱温度に基づいて前記発熱体に供給される電力量を制御する電力量制御手段（５５）と、を備えていてもよい。
【００１７】
このようにすれば、例えば、蓄電体は、発熱体が所定の熱エネルギーを発生するための最適な電気量を安定して供給できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本願の光電変換システムの各実施形態について説明する。
【００１９】
−第１の実施形態−
図１は本実施形態の光電変換システムの概要を示すブロック図、図２は太陽電池パネルの構造図、図３は発熱体と熱電変換素子とを組み合わせた図、図４は電源ボックスの構造図である。
【００２０】
本実施形態の光電変換システム５は、太陽から得られる光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを発熱体３０により熱エネルギーに変換した後、熱電変換素子４０により電気エネルギーに変換するものである。
【００２１】
光電変換システム５は、図１に示すように、太陽電池パネル１０と、蓄電体２０と、発熱体３０と、熱電変換素子４０と、温度検知部５０と、制御部５５と、を備えている。
【００２２】
また、太陽電池パネル１０は、本発明の太陽電池を構成し、温度検知部５０は、本発明の温度検知手段を構成する。さらに、制御部５５は、本発明の電力量制御手段を構成する。
【００２３】
太陽電池パネル１０は、図２に示すように、例えば、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、アモルファスシリコン等のシリコン系、又は単結晶化合物半導体、多結晶化合物半導体等の化合物半導体系等から形成される複数の太陽電池セル１１、１１、・・・、１１をアルミ枠１２ａで囲まれたベース材１２に装着し、表面を強化ガラス１３で覆ったものである。複数の太陽電池セル１１は互いに電気的に接続される。また、太陽電池パネル１０は、電力取り出し用の出力端子１４、１４を備えている。太陽光により得られた光エネルギーは、太陽電池セル１１によって電気エネルギーに変換され、電力取り出し用の正負極を有する出力端子１４に出力される。この出力端子１４は後述する蓄電体２０の入力端子と電気的に接続される。
【００２４】
また、太陽電池パネル１０は、太陽光エネルギーを集光するための集光部を備え、集光部により集光された光エネルギーを太陽電池セル（光電変換素子）に伝達するようにしてもよい。集光部は、例えば、単純なレンズや薄型のフレネルレンズを用いた屈折レンズ、放物面鏡の反射鏡を用いた反射レンズ、又はその両者を複合した複合レンズ等があげられる。
【００２５】
蓄電体２０は、図示しないが、電気二重層コンデンサを用いる。
【００２６】
電気二重層コンデンサは、リチウムイオン電池等の２次電池より電気容量の面で小さいが、急速充電が可能である（数秒程度）。また、電気二重層コンデンサは、化学反応に伴う電子の移動を行うことなく電荷を蓄積し、その端子電圧は充電電流量にしたがって上昇する。即ち、完全放電時の場合は０Ｖであるため、少しでも電圧がかかったり、電流量があれば充電モードとなる。これにより、蓄電体２０は、太陽電池パネル１０から出力された電気を蓄えるとともに、所定の電気を発熱体３０に供給することができる。また、電気二重層コンデンサは、所定の容量に応じて所定の数量備えられ、各電気二重層コンデンサは電気的に接続されている。また、電気二重層コンデンサは、図示しないが、電気を入力するための入力端子と蓄電した電気を出力するための出力端子と、を備える。また、蓄電体２０の出力端子は、発熱体３０の入力端子と電気的に接続される。
【００２７】
発熱体３０は、３Ｖ程度の電圧（３Ｖ〜２８０Ｖ程度）から発熱する素子であり、特に、特願２００３−１４８３４７号において開示された発熱機能材が好ましい。また、本実施形態における発熱体３０の形状は、矩形状であるが、どのような形状であっても構わない。
【００２８】
具体的には、例えば、錫（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）の酸化化合物を主成分とする半導体が好ましい。また、これに塩素（Ｃｌ）が含有されていてもよい。また、副成分として、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化鉛、酸化ガリウム、酸化インジウム、ＩＴＯ等の他の金属酸化物が少量含有されていてもよい。上記金属酸化物としては種々の原子価の酸化物を使用することができる。また、亜鉛、錫、アンチモン、ビスマス、鉛、ガリウム、インジウム等の金属単体を少量含有してもよい。一般的に高原子価酸化物は高抵抗値を与え、低原子価酸化物および金属単体は低抵抗値を与える。また、発熱体は、具体的には、酸化第一錫と、酸化第二錫を１：１の割合で混合して主成分混合物とし、酸化鉛系の物質と塩化鉛系の物質とを混合しこれを有機溶剤で溶解して溶解物とし、上記主成分混合物と上記溶解物とを還元剤使用のもとに混合して、１５０℃〜２３０℃に加熱し、これをフィルム状に形成し、そのフィルム３１を熱伝導性のある基材３２で挟んだ（覆った）ものが用いられる。また、フィルム３１には電気を供給するための正負極を有する入力端子３３、３３を備える。
【００２９】
また、発熱体３０としては、特許第２６２８５１９号に開示されている半導体電熱変換材料を用いることも可能である。
【００３０】
すなわち、四塩化錫と、三塩化アンチモン、塩化鉛、塩化亜鉛、及び塩化インジウムから選ばれた少なくとも１つの塩化物をエチルアルコール、メチルアルコール、及びアセトンから選ばれた１つの有機溶剤に溶解し、この有機溶液に沸化アンモニウム、沸化水素酸、及び酒石酸の水溶液から選ばれた１つの水溶液を加えて還元し、これを１５０〜２５０℃に加熱して形成された材料をバインダー（テフロン（Ｒ）等）でフィルム状に形成したもの、或いは蒸着、溶着させたものを用いることも可能である。
【００３１】
また、この発熱体３０は片面、又は両面を加熱することが可能であり、図３に示すように、発熱体３０の加熱面には、熱電変換素子４０が設けられる。また、発熱体３０と熱電変換素子４０は、好ましくは熱伝導性の良い接着剤４５により接着される。これにより発熱体３０から熱電変換素子４０への熱伝達がスムースに行われる。なお、発熱体３０の両面を加熱する場合は、両方の加熱面に熱電変換素子４０が設けられる。
【００３２】
熱電変換素子４０は、通常、ゼーベック効果を利用した半導体素子が用いられる。この半導体素子（熱電変換材料）として用いられる物質は、ビスマス−テルル系合金、鉛−テルル系合金、シリコン−ゲルマニウム系合金、セレン化合物、鉄けい化物等が用いられる。
【００３３】
熱電変換素子４０は、図３に示すように、半導体素子４１と、その半導体素子４１を挟みこむようにして設けられる熱伝導体４２、４３と、電力取り出し用の正負極を有する出力端子４４、４４を備えている。
【００３４】
一方の熱伝導体４２には、上記発熱体３０の加熱面が設けられる。他方の熱伝導体４３には、例えば、放熱フィン４６が設けられる。また、熱電変換素子４０と放熱フィン４６とは、好ましくは熱伝導性の良い接着剤４５により接着される。これにより熱電変換素子４０から空中への放熱がスムースに行われる。
【００３５】
このようにすれば、一方の熱伝導体４２が加熱され、他方の熱伝導体４３が放熱フィン４６により放熱され所定の温度（空気中の温度）に維持されるので、熱電変換素子４０は、効率よく温度差を得ることができるとともに、電気を得ることができる。
【００３６】
また、図１に示すように、発熱体３０の加熱面と接触する熱電変換素子４０の熱伝導体４２との間には、温度検知部５０を備える。この温度検知部５０は、例えば温度センサである。この温度検知部５０は制御部５５と接続される。
【００３７】
制御部５５は、温度検知部５０により検知した温度に基づいて、蓄電体２０から発熱体３０に供給される電力量を制御する。これにより、蓄電体２０は、発熱体３０が所定の熱エネルギーを発生するための最適な電気量を安定して供給できる。また、加熱しすぎによる熱電変換素子４０、発熱体３０の破壊、低寿命化を防ぐことができる。
【００３８】
また、熱電変換素子４０の対向する熱伝導体４２、４３の間は、一方の熱伝導体４２から発生する熱が他方の熱伝導体４３に影響しないように熱電変換素子４０の周りに断熱材等を設ける必要がある。
【００３９】
また、図４に示すように、蓄電体２０と発熱体３０と熱電変換素子４０と温度検知部５０としての温度センサと制御部５５とは、例えば、発電ボックス６０に納められる。この発電ボックス６０は独立して設けられてもよいし、太陽電池パネル１０の裏面等に設けられてもよい。
【００４０】
発電ボックス６０は、箱状のケース本体６０ａを有する。このケース本体６０ａは内部に空間部を有する。また、ケース本体６０ａは、外部からのほこり等が侵入しないように密閉されて形成される。また、ケース本体６０ａには、電源（太陽電池パネルにより光電変換された電気）入力用の正負極を有する入力端子６２、６２、及び電源取り出し用の正負極を有する出力端子６３、６３を備える。
【００４１】
また、ケース本体６０ａの内部の底部には、蓄電体２０としての電気二重層コンデンサが並べて備えられている。また、制御部５５は、ＣＰＵを有する基板５５ａであり、この基板５５ａはケース本体内部の所定の位置に固定されている。
【００４２】
またケース本体６０ａの一部は、所定の形状の開口部６５を有する。この開口部６５には、熱電変換素子４０の一方の熱伝導体４３に密着して備えられる放熱フィン４６が外部に突出して設けられる。この開口部６５と放熱フィン４６との隙間は接着剤等で密閉される。また、熱電変換素子４０の外周は、一方の熱伝導体４３から発生する熱が他方の熱伝導体４２（又は他方の熱伝導体４２から発生する熱が一方の熱伝導体４３）に影響しないように断熱材６８等により覆われる。また、熱電変換素子４０の他方の熱伝導体４２には発熱体３０が密着して備えられる。
【００４３】
また、太陽電池パネル１０の出力端子１４は発電ボックス６０のケース本体６０ａに備えられる入力端子６２と電気的に接続され、この入力端子６２は蓄電体２０の入力端子２１と電気的に接続される。また、蓄電体２０の出力端子２２は制御部５５としての基板を介して、発熱体３０の入力端子３３と電気的に接続される。また、熱電変換素子４０の出力端子４４は、発電ボックス６０のケース本体６０ａに備えられる出力端子６５と電気的に接続される。
【００４４】
−第２の実施形態−
図５により本発明の第２の実施形態の光電変換システムを説明する。なお、図５において、図１と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４５】
図５は本実施形態の光電変換システムの全体構成を示す。
【００４６】
本実施形態の光電変換システム５Ａは、太陽から得られる光エネルギーのうち太陽電池で変換できない部分のエネルギー（熱）を、熱電変換素子によって電気エネルギーに変換するとともに、太陽から得られる光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを発熱体３０により熱エネルギーに変換した後、熱電変換素子４０により電気エネルギーに変換し、トータル的に光電変換効率を上げるものである。
【００４７】
光電変換システム５Ａは、図５に示すように、太陽電池パネル１０と、蓄電体２０と、発熱体３０と、第１及び第２の熱電変換素子４０、７０と、温度検知部５０と、制御部５５と、を備えている。
【００４８】
第１の熱電変換素子４０は、発熱体３０から発生する熱を熱電変換するものである。
【００４９】
また、第２の熱電変換素子７０は、太陽電池パネル１０から得られる光エネルギーのうち太陽電池で変換できない部分のエネルギー（熱）を熱電変換するものである。
【００５０】
第２の熱電変換素子７０は、太陽電池パネル１０の背面側に備えられる。特に、熱電変換素子は、特願平７−１４２７５０号において開示されたものが好ましい。具体的には、この熱電変換素子７０は、有機系熱電変換素子であって、グラファイト又はグラファイト含有物からなる正極と、金属板により形成された負極と、グリコール系有機物を主剤とする電解質とを備えたものである。
【００５１】
また、第２の熱電変換素子７０は、太陽電池セルの背面側に備えるようにしてもよい。その場合は、特開２００３−６９０６５号公報において開示されるように太陽電池セル１１（光電変換素子）と熱電変換素子７０とを接続するようにするとよい。
【００５２】
以上に説明したように、本願の光電変換システム５は、太陽電池１０と、太陽電池１０から出力される電気が供給されて発熱する発熱体３０と、発熱体３０と熱伝達可能に配置され、発熱体３０から発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための熱電変換素子４０と、を具備している。また、前記太陽電池１０から発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための熱電変換素子７０を具備するようにしてもよい。また、太陽電池１０から出力される電気を蓄電し、所定の電気を発熱体３０に供給する蓄電体２０を具備するようにしてもよい。また、発熱体３０の発熱温度を検知する温度検知部５０と、発熱温度に基づいて発熱体３０に供給される電力量を制御する制御部５５と、を具備するようにしてもよい。
【００５３】
また、好ましくは、蓄電体２０は、電気二重層コンデンサであるとよい。また、発熱体３０は、錫と鉛の酸化化合物を含んで形成されているとよい。また、発熱体３０は、上記酸化化合物に塩素が含有されていてもよい。また、発熱体３０は、少なくとも、酸化錫と、酸化鉛と、塩化鉛と、を原料とし、この原料に還元剤を添加して混合して混合物を形成し、この混合物を加熱した後、冷却することによって得られる上澄み液、または沈殿物から製造されていてもよい。
【００５４】
このようにすれば、太陽電池から得られる光エネルギーをトータル的に光電変換効率を上げて電気エネルギーに変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における光電変換システムの概要を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態における太陽電池パネルの構造図である。
【図３】第１の実施形態における発熱体と光電変換素子とを組み合わせた図である。
【図４】第１の実施形態における発電ボックスの構造図である。
【図５】第２の実施形態における光電変換システムの概要を示すブロック図である。
【符号の説明】
５  光電変換システム
１０  太陽電池
２０  蓄電体
３０  発熱体
４０  熱電変換素子
５０  温度検知部（温度検知手段）
５５  制御部（電力量制御手段）
【図１】
2005026515.tif 000003
【図２】
2005026515.tif 000004
【図３】
2005026515.tif 000005
【図４】
2005026515.tif 000006
【図５】
2005026515.tif 000007