(57)【要約】【課題】  軽量で安全に携行取扱ができ、容易でいかなる場所でも短時に必要電力の発電充電ができ、且使用目的に合せた出力電力の供給ができる太陽光発電ユニットを提供する。【解決手段】  所要面積と深さの長方形で上端開口部内側に係止縁が、下端開口部内側に底蓋固定縁が延出された枠体と、該枠体の底蓋固定縁に係合固定される底蓋とからなるケーシング内に太陽電池セルが所要数直列若しくは並列に接続されたうえ、二枚の透光板材で挟持され且透光性接着剤で一体的に接着された太陽電池モジュールが係止配位されたうえ、その下側には断熱板材若しくは放熱板材が配位され、更にその下側のケーシング１内一側に定電流充電回路、及び多数の扁平状電気二重層キャパシタが直列に接続され且それぞれの電気二重層キャパシタには並列に並列モニタが接続されて配位され、且その他側には電気変換回路が配位されてなる太陽光発電ユニット。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所要の面積及び深さの長方形状で、その上端開口部内側に適宜幅の係止縁、及び下端開口部内側には適宜幅で底蓋固定縁が延出された枠体、並びに底蓋固定縁に係合固定される底蓋とからなるケーシングの内部に、係止縁に係止しえる面積で二枚の透光板材に挟持されて所要面積の太陽電池セルが所要数配列され、且それぞれの太陽電池セルが直列若しくは並列に接続されたうえ、透光性接着剤により透光板材と一体的に接着されてなる太陽電池モジュールが係止配位され、更に該太陽電池モジュールの下側には断熱板材が配位されたうえ、而もこの断熱板材の下側には太陽電池モジュールで発電された電力を所定電流を以って電気ニ重層キャパシタに充電させる定電流充電回路、並びに直列に接続された複数個の扁平状電気ニ重層キャパシタ及びこの直列に接続された複数個の扁平状電気ニ重層キャパシタそれぞれに並列に並列モニタが接続された電気二重層キャパシタ、及び該電気ニ重層キャパシタに充電された電力を所定の直流定電圧を以って出力させるための電力変換回路とが配位されてなり、且この電力変換回路からの出力がケーシングの適宜位置に設けた出力端子と接続された構成からなる太陽光発電ユニット。
【請求項２】
ケーシング内に配位される太陽電池モジュールの下側に、アルミ板材からなる放熱板材が配位されてなる請求項１記載の太陽光発電ユニット。
【請求項３】
ケーシング内に太陽電池モジュール、断熱板材若しくは放熱板材、及び定電流充電回路並びに電気ニ重層キャパシタがそれぞれ配位され、且その充電電力をケーシングの適宜位置に設けた充電電力出力端子より出力されるよう構成された発電充電器と、適宜の形状及び容積で密閉可能な収納体の一側面には、発電充電器からの充電電力を入力させる充電電力入力端子が設けられ、且該収納体内には入力される充電電力を少なくとも二つ以上の異なる出力負荷にそれぞれ適合する直流定電圧の電力として変換出力する電力変換回路が配位されてなり而も該変換出力される直流定電圧の電力が、それぞれ収納体の他側面に設けられた複数個の直流定電圧出力端子と接続された構成の変換出力器とからなる請求項１若しくは請求項２記載の太陽光発電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は太陽電池モジュールにより発電した電力を短時間に大電力量に充電し、必要な時や場所で且使用目的に合せた出力がなしえる太陽光発電ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】  太陽光エネルギーを利用した発電は省資源、省エネルギー並びに環境保全のうえから極めて有効なエネルギーの獲得手段とされ、我が国においても古くから太陽電池の研究がなされてきており、且近年に至って発電効率に優れた太陽電池セルが開発されたこと、並びに太陽光発電の積極利用に係る施策がなされたこととも相俟って、家庭用電力や産業用電力への採用が図られつつある状況にある。【０００３】  ところで現状の太陽電池モジュールによる太陽光発電においては、太陽光の受光エネルギー量に対応して発電量が決定されるものであるから、設置場所における日照時間はもとより日々の晴天や曇天或いは降雨降雪等により著しく発電量が異なること、及び太陽光発電は専ら日照時間内でなされるものの、その電力の利用が産業用動力用として若しくは産業や家庭用照明用として使用される場合には十分な電力量が確保される必要があるため、該太陽光発電においては蓄電手段の付帯が不可欠となる。【０００４】  而して現在の太陽光発電に使用されてなる蓄電手段は専ら鉛蓄電池を用いたもので、該鉛蓄電池は電気化学反応による充電をなすものであるから極めて長時間の充電時間を要するばかりか、電力使用のための十分な充電をなすうえからは大容量の鉛蓄電池が必要となり、極めて大型且多重なものとなり、而も充放電の繰返しによる劣化も激しく長期使用が不能となる問題を抱えている。
加えて太陽光発電では日照時間により発電がなされるものであるから実質的発電量も少なく、従って太陽電池モジュールを広大面積を以って設置し且多量の発電量を以って発電させぬと、実用使用に供しえる電力の充電がなされぬ等の本質的問題も内在している。【０００５】  かかる蓄電手段が抱える問題を解決する手段として電解液に導電体（電極）を浸けると電解液の界面に電解液分子による略一分子の薄い膜が電気絶縁層として生成されること所謂電気ニ重層が生成され、この電気ニ重層に電荷が貯えられる現象を原理として多孔質材料と電解液とにより電気ニ重層キャパシタが形成されるに至り、該電気ニ重層キャパシタを太陽光発電における蓄電手段として利用することにより、極めて小型軽量で長期使用ができ特には急速な充放電と且充放電効率も高く、而も低温度においても充放電が可能となることから太陽光発電に該電気ニ重層キャパシタを利用することが試みられている。
【特許文献】  特開平５−２９２６８３
【特許文献】  特開平７−１７７６８３
【特許文献】  特開２００１−２１８３８７
【０００６】  而してかかる電気ニ重層キャパシタを蓄電手段として採用することにより、従来の鉛蓄電池の抱える問題の改善は可能となるものの、太陽光発電においては太陽電池セルとして珪素等からなる薄肉脆弱な半導体結晶板若しくはアモルファス板を受光方向に大多数配列させて太陽電池モジュールとして使用するものであるから、該太陽電池モジュールが風圧や飛来物による衝撃で破損したり、或いは雨水や降雪による浸水漏電等が発生せぬよう、その外表面に強度のガラス板を配し堅固で耐水性や耐候性に優れた十分な配列スペースを有する受光収納棚を固定設置させて収納させる必要があるため、依然として設置に際しての多額の初期投資が強いられ、更には電気ニ重層キャパシタの使用に際してはその周辺温度の高温化を回避せぬと、電解液の特性上充電機能が損われるためこれの対策も要請される。【０００７】  かかる如く電気ニ重層キャパシタを採用することにより、太陽光発電においてはその充放電機能が著しく改善されることが期待できるものの、従来の固定設置における太陽光発電への利用のみでは受光収納棚等の設置費用の削減が図られぬばかりか、折角の優れた充放電特性と且小型軽量化の利点を有効に活用できない。【０００８】  他方近年においては地震や台風による災害が著しく増大化し、かかる災害の発生に伴う電力供給の寸断により通信手段や照明手段が不能となり災害防止や救助活動に重大な支障が度々発生しており、更に山間僻地等電力供給の無い場所での測量調査や小工事等に際しての電力使用に際しては、多重な内燃発電機を搬入せねばならず極めて多大な労力が強いられており、而も今日の如きアウトドアライフの増加やモバイル通信の拡大等により、いかなる場所においてもこれら照明や通信手段のための電源確保も重要となりつつある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  本発明は軽量で安全に携行取扱いができ、いかなる場所でも短時に必要電力が充電でき、使用目的に合せた出力電力の供給ができる太陽電池ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上述の課題を解決するために本発明が用いた技術的手段は、上端開口部内側に係止縁及び下端開口部内側に底蓋固定縁が延出形成された枠体と、該枠体に固定される底蓋とからなるケーシング内に、二枚の透光板材に挟持されて太陽電池セルが所要数配列され且直列若しくは並列に接続されたうえ、透光性接着剤により一体的に接着されてなる太陽電池モジュールを係止縁に係止配位させて、太陽電池モジュールを外的衝撃から保護し且雨水や湿気の浸入による漏電をも防止し、而もこの太陽電池モジュールの下側には断熱板材若しくは放熱板材を配位させることにより太陽電池モジュールの受光に伴う温度上昇を遮断し若しくは放熱させて、該断熱板材若しくは放熱板材の下側に配位される電気二重層キャパシタの昇温に伴う充電機能破壊の防止を図るとともに、太陽電池モジュールで発電された電力を該断熱板材若しくは放熱板材下側のケーシング内一側に配位させた定電流充電回路を介して所定電流を以って、断熱板材若しくは放熱板材下側の中央に多数直列に接続配位される扁平状の電気二重層キャパシタに入力されて充電をなし、且この多数直列に接続される電気二重層キャパシタそれぞれに等しく充電を図るうえから、該電気二重層キャパシタそれぞれには並列モニタが並列接続されている。そしてこの電気二重層キャパシタに充電された充電電力を所要の安定した直流定電圧を以って出力させるため、ケーシング内他側に配位させた電力変換回路を介して出力させる構成を特徴とする。【００１１】  更には充電された電力を広範な出力負荷に合せて出力をなすうえから、ケーシング内に太陽電池モジュールと、その下側に断熱板材若しくは放熱板材が配位され且この断熱板材若しくは放熱板材の下側には定電流充電回路及び電気二重層キャパシタを収納させて発電充電器となし、且この発電充電器から出力される充電電力を適宜収納体内に少なくとも二つ以上の異なる出力負荷に適合する直流定電圧でそれぞれ変換出力する電力変換回路が複数配位されてなる変換出力器とにより構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】  本発明は上述の如く肉薄脆弱な多数の太陽電池セルが二枚の透光板材により挟持され且直列若しくは接続されたうえ透光性接着剤により一体的に接着されて太陽電池モジュールが形成されたうえケーシング上端開口部係止縁に係止配位されてなるから、頻繁な携行移動や運搬等に伴う外部衝撃が付加されても、太陽電池セルの損傷が防止できるばかりか雨水や湿気の浸入も防止されて長期に亘って安定した発電がなしえるとともに、該太陽電池モジュールの下側には断熱板材若しくは放熱板材が配位されたうえ、その下側に電気二重層キャパシタが配位されるため、長時に若しくは強度の太陽光受光により太陽電池モジュールが高温化しても、かかる高温化した熱が遮断若しくは放熱により電気二重層キャパシタの昇温が阻止されるため、電気二重層キャパシタの充放電機能が安定して発揮されることとなる。【００１３】  更に太陽電池モジュールで発電された電力が定電流充電回路で所定電流に制御され電気二重層キャパシタに入力されるため、過剰電流の付加による電気二重層キャパシタの破損が防止されるとともに多数の電気二重層キャパシタが直列に接続され、且それぞれの電気二重層キャパシタには並列モニタが並列接続されてなるため、それぞれの電気二重層キャパシタには等しく電流が流入されることから、全体として極めて大容量の充電電力が短時間に充電される。而もこの充電電力は電力変換回路により所定の直流定電圧で出力されるため、使用負荷に合せて安定した電力が供給されるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  ケーシング上端開口部に係止される太陽電池モジュールが、所要面積の太陽電池セルの所要数が二枚の透光板材に挟持され且直列若しくは並列に接続されたうえ、透光性接着剤で一体的に形成され、この太陽電池モジュールの下側に断熱板材若しくは放熱板材を配位し、且この下側に太陽電池モジュールで発電された電力を定電流充電回路と、該定電流充電回路で制御された所定電流を多数の扁平状の電気二重層キャパシタが直列に接続され且それぞれの電気二重層キャパシタに並列モニタが並列接続された電気二重層キャパシタと、この電気二重層キャパシタにより充電された充電電力を所定の直流定電圧を以って出力させる電力電力変換回路がケーシング内に配位された構成。
【実施例】
【００１５】  以下に本発明実施例を図とともに詳細に説明すれば、図１は本発明の断面内部説明図であって、ケーシング１は所要の面積及び深さを有する長方形状を有し且その上端開口部１０Ａにはその内側に向って所要の幅で係止縁１１Ａが延出形成され、且下端開口部１２Ａには内側に向って底蓋１Ｂを係合固定させる底蓋固定縁１３Ａが延出形成された枠体１Ａと、該枠体１Ａの底蓋固定縁１３Ａに係合して適宜の係止ビス１４Ａ等により係合固定される面積及び形状の底蓋１Ｂとにより形成されるものである。【００１６】  かかる場合のケーシング１の素材としては軽量で強靭なうえ耐候性や耐水性に優れることは無論、加工性にも優れる素材が望まれることからアルミ板材が好適であるが、ポリカーボネートやポリエステル等の合成樹脂素材を成形加工したものでも使用できる。更にケーシング１は携行を自在になすものであるうえから小型でコンパクトのものが望まれるため、その幅では略３０乃至６０ｃｍ程度、長さで略５０乃至１００ｃｍ程度及び厚さとしては略３乃至９ｃｍ程度に形成されるもので、且全体形状が長方形状であることには特段制約はなく、太陽電池モジュール２が通常長方形に形成されることによる。【００１７】  かくしてなるケーシング１内には、その上端開口部１０Ａに形成された係止縁１１Ａには、太陽電池モジュール２が係止配位されている。この太陽電池モジュール２は、図２に示すように所要面積の太陽電池セル２Ａを所要数直列若しくは並列に結線２Ｂで配列接続させ、且この結線２Ｂで配列接続された太陽電池セル２Ａを二枚の透光板材２Ｃ、２Ｃに挟持させたうえ透光性接着剤２Ｄにより一体的に接着形成されたものであって、太陽電池セル２Ａは珪素所謂シリコン結晶やガリウム砒素を使用したもの或いはアモルファス（非結晶）の半導体板材からなるもの等が使用される。【００１８】  そして透光板材２Ｃ、２Ｃは透光性に優れるとともに耐候性や耐水性及び強靭なものが望まれることから一般的にはガラス板材が使用されるが、軽量化のうえからは透明アクリル樹脂板材やポリカーボネート樹脂板材の使用が好適である。
加えて二枚の透光板材２Ｃ、２Ｃに太陽電池セル２Ａが挟持されたうえ一体的に接着させる透光性接着剤２Ｄとしては嫌気条件下において透光板材２Ｃ、２Ｃと太陽電池セル２Ａとを強固且密封状に接着させる必要上から嫌気性アクリル樹脂接着剤の使用が好都合である。【００１９】  かくしてケーシング１内に係止配位された太陽電池モジュール２の下側には、該太陽電池モジュール２が太陽光の受光による発電をなす場合において、長時間に亘り強度の受光をなした場合に、該太陽電池モジュール２の昇温に伴う温度が充電のために多数配位される電気二重層キャパシタ５に付加されぬよう断熱板材３若しくは放熱板材（図示せず）が配位されている。
この断熱板材３若しくは放熱板材は、太陽電池モジュール２の昇温に伴う温度を断熱遮断し若しくは熱放散させるものであるから、断熱板材３においてはその素材としてポリウレタンやポリエステル、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂素材が望ましく、且該素材により十分強靭で高い断熱効果を発揮させるうえからは、独立低発泡による硬質板材が好適であって、その厚さについては特段の制約は無いが、通常においては略２乃至５ｍｍ程度のものが使用される。反面放熱板材の使用においては熱伝導性に優れ且強靭で軽量のものが望まれるためアルミ板材が好適であり、その厚さとしては略１乃至３ｍｍ程度のもので十分で、且更に熱放散を高めるうえからは波形加工若しくはエンボス加工を施すことが提案される。【００２０】  かかる断熱板材若しくは放熱板材の下側のケーシング１内の一側には、定電流充電回路４が配位されている。
この定電流充電回路４は、本発明の如く電気二重層キャパシタ５を多数直列に接続して大容量の充電電力を充電させるものでは、電気二重層キャパシタ５の特性として充電量の増加とともに充電電圧が指数的に上昇して耐電圧を容易に超えて電気二重層キャパシタ５が損壊する危険を伴う。即ち電気二重層キャパシタ５の充電されるエネルギーと電圧とには、電気二重層キャパシタ電圧ＥＶ、電気二重層容量ＣＦ、充電されたエネルギーＷＪとすると、ＷＪ＝０．５ＣＦ・ＥＶ２の関係が成り立つ。【００２１】  そこで多数の接続される電気二重層キャパシタ５の端子電圧を検出して、最大充電電流以下の定電流を以って、電気二重層キャパシタ５に入力させることが効率的充電となすうえから望まれる。
これがため定電流充電回路４としては多くの電気回路が提案されるが、具体的には図３に示すようにコンバーター４Ａの如き電圧変換手段を備え、且電圧検出回路４Ｂを付帯させてあらかじめ設定した基準電圧Ｖ１、Ｖ２に比べて電気二重層キャパシタ５の端子電圧を検知し該端子電圧が適正充電レベルの電圧か否かを検出し、適正レベルの場合はスイッチＳ１を遮断しスイッチＳ２を通電状態となるよう制御させ、基準電圧Ｖ１、Ｖ２を満充電レベルに設定することにより電気二重層キャパシタ５が満充電となるまで充電がなされる。【００２２】  かくして定電流充電回路４により所定電流に制御された発電電力は、断熱板材３若しくは放熱板材下側のケーシング１内中央に多数直列に接続されてなる電気二重層キャパシタ５に充電される。この電気二重層キャパシタ５自体は特別なものは要請されないが、本発明は必要な場所に携行し発電をなすものであるから軽量で薄型のものが望ましく、従って使用される電気二重層キャパシタ５は扁平状のものが使用される。【００２３】  そして肝要なことは、多数の電気二重層キャパシタ５が直列に接続使用される場合、それぞれの電気二重層キャパシタ５内に流れ込む充電電流は等しいことから、キャパシタ容量のバラツキにより充電電圧にも大きなバラツキが発生する結果となる。
これがため電気二重層キャパシタ５に並列に並列モニタ５Ａが接続されるもので、該並列モニタ５Ａは電気二重層キャパシタ５が定格電圧にまで達すると、充電電流のバイパス回路を閉じてその電気二重層キャパシタ５にそれ以上の充電が行われぬよう制御するもので、これにより直列に接続された多数の電気二重層キャパシタ５の全てが定格電圧まで充電されることとなる。
並列モニタ５Ａも多様な電子回路のものが提案されるが、具体的なものとしては逆充電防止ダイオードを内臓したモノリシック回路が挙げられる。【００２４】  かくしてなる電気二重層キャパシタ５に充電された充電電力は、出力負荷に合せて所定電圧を以って出力させるため、図４に示すごとく該電気二重層キャパシタ５が配位されてなるケーシング１内の他側に電力変換回路６が配位されている。
即ち電気二重層キャパシタ５により充電された充電電力を出力させること所謂放電させることにより、電気二重層キャパシタ５からの出力電圧は著しく変動し低電圧化する特性を有する。これがためには出力負荷に適合した電圧及び電流の安定した出力を図るうえで電力変換回路６が要請されることになる。【００２５】  この電力変換回路６は多様な回路が提案されるが、簡便な回路としては出力負荷の電圧で出力されるよう設定されたＤＣ−ＤＣコンバーター６Ａの採用が極めて有利である。
そしてかかる電力変換回路６で出力負荷に適合する電圧と電流に変換された出力電力は、ケーシング１の適宜位置に設けた出力端子７に接続されるもので、これらがケーシング１内に密閉収納され図５の如き本発明が形成される。
【実施例２】
【００２６】  本発明はかかる構成よりなるため軽量で安全に携行でき、いかなる場所においても短時に大容量の充電がなしえ且出力負荷に合せて使用できるものであるが、反面使用に際しての出力負荷は地震や台風等非常時における照明や通信用電力を初め、各種の測量調査機器の電力や電動工具等の電力或いはアウトドアライフに伴う照明や車輌用の電力若しくはモバイル通信用電力等多様な出力負荷に係る電力供給の可能なものがより好都合であって、具体的には照明や電動工具等においては直流１２Ｖの出力が、ラジオや通信機器等では直流９Ｖが、更に携帯電話用充電には直流５Ｖの出力のものが要請される。【００２７】  そこで本発明においてかかる多様な出力負荷への対処手段として、図６に示す如く太陽光の受光により大容量の発電電力を充電しえる発電充電器８と、該発電充電器８で大容量に充電された充電電力を、少なくとも二つ以上の異なる出力負荷に適合した直流定電圧で出力がなしえる電力変換回路が内臓された変換出力器９とからなる構成のものが提案される。【００２８】  即ちかかる場合における発電充電器８は、前述のケーシング１の開口部１０Ａに太陽電池モジュール２が係止配位されたうえ、その下側に断熱板材３若しくは放熱板材が配位され、且この断熱板材３若しくは放熱板材の下側ケーシング１内の一側には定電流充電回路４が配位されたうえ、該定電流充電回路４で所定電流に制御された発電電力を充電させるために、多数直列に接続された扁平状の電気二重層キャパシタ５が配位され、且この充電電力を出力させるための出力端子とにより構成されるものである。【００２９】  他方変換出力器９は該発電充電器８により発電され充電された電力を、図７に示すように適宜の収納体９Ａの適宜位置に設けられた充電電力入力端子９Ｂより入力されたうえ、該充電電力入力端子９Ｂには少なくとも二つ以上の複数で、且それぞれが出力負荷に適合する直流定電圧を以って出力できる分岐電力変換回路９Ｃ、９Ｃ、９Ｃ‥に接続されて配位されてなり、且この出力負荷に適合するよう変換された直流定電圧が出力使用できるよう、収納体９Ａの適宜側面に変換出力端子９Ｄ、９Ｄ、９Ｄ‥が設けられた構成からなる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】  太陽電池モジュール２の発電電力量の増大と且電気二重層キャパシタ５の多数直列接続による充電電力量を増大させることにより、照明や通信機器の電力ばかりか産業用動力の長時に亘る供給も容易になすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】  本発明の断面内部構造説明図である。
【図２】  太陽電池モジュールの説明図である。
【図３】  定電流充電回路の回路図である。
【図４】  電力変換回路の配位図である。
【図５】  本発明の見取図である。
【図６】  発電充電器と変換出力器の見取図である。
【図７】  変換出力器の内部説明図である。
【符号の説明】
【００３２】    １    ケーシング
１Ａ  枠体
１Ｂ  底蓋
１０Ａ  上端開口部
１１Ａ  係止縁
１２Ａ  下端開口部
１３Ａ  底蓋固体縁
１４Ａ  係止ビス
２    太陽電池モジュール
２Ａ  太陽電池セル
２Ｂ  結線
２Ｃ  透光板材
２Ｄ  透光性接着剤
３    断熱板材
４    定電流充電回路
４Ａ  コンバーター
４Ｂ  電圧検出回路
５    電気二重層キャパシタ
５Ａ  並列モニタ
６    電力変換回路
６Ａ  ＤＣ−ＤＣコンバーター
７    出力端子
８    発電充電器
９    変換出力器
９Ａ  収納体
９Ｂ  充電電力入力端子
９Ｃ  分岐電力変換回路
９Ｄ  変換出力端子
【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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