(57)【要約】【課題】単一セルを適用するとともに、外部温度や太陽光の光量変化に関わらず最大出力を具現することができる手段を提供する。【解決手段】本発明は太陽電池システムに関するものであり、本発明の太陽電池システムは、単一セルで構成され、前記セルに照射される太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールと、前記セルで生成された電圧を昇圧して電池に貯蔵して、前記セルの電圧を昇圧させることにより得られるレベルを前記電池の貯蔵状態及び太陽光の光量と外部温度によって異なるように調節し、前記昇圧レベルを前記光量と外部温度によって変化する最大出力点に該当する電圧レベル以下に制限する制御部を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一セルで構成され、前記セルに照射される太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池モジュール；及び
前記セルで生成された電圧を昇圧して電池に貯蔵し、前記セルの電圧を昇圧させることにより得られるレベルを前記電池の貯蔵状態及び太陽光の光量と外部温度によって異なるように調節し、前記昇圧レベルを前記光量と外部温度によって変化する最大出力点に該当する電圧レベル以下に制限する制御部；
を含む太陽電池システム。
【請求項２】
前記制御部は、
前記外部温度と光量の変化による最大出力点の変化を考慮して、一定の目標電圧範囲を予め設定し、この目標電圧範囲内で最大出力点を探索する請求項１に記載の太陽電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記電池の貯蔵状態を監視してその結果を伝送する監視部；
設定された昇圧レベルによって前記セルの電圧を昇圧させて出力するコンバーター；及び
前記電池の貯蔵状態、光量及び外部温度の変化によって前記昇圧レベルを調節し、前記最大出力点に該当する電圧レベル以下に前記昇圧レベルを制限する最大出力点探索部；
を含む請求項１に記載の太陽電池システム。
【請求項４】
単一セルで構成され、前記セルに照射される太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池モジュール；
前記セルの電圧を昇圧レベルに昇圧して電池に貯蔵するコンバーター；
前記電池の貯蔵状態を監視してその結果を伝送する監視部；及び
前記電池の貯蔵状態、前記太陽光の光量及び外部温度の変化によって前記昇圧レベルを調節し、前記昇圧レベルを前記光量及び外部温度によって変化する最大出力点に該当する電圧レベル以下に制限する最大出力点探索部；
を含む太陽電池システム。
【請求項５】
前記最大出力点探索部は、
前記外部温度と光量の変化による最大出力点の変化を考慮して、一定の目標電圧範囲を予め設定し、この目標電圧範囲内で最大出力点を探索する請求項４に記載の太陽電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池システムに関し、特に、光量や外部温度の変化に関わらず最大出力を具現することができる太陽電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、全世界的に化石燃料の埋蔵量は次第に減少しつつある一方、化石燃料の使用量はさらに増加している。これにより、化石燃料に代替可能な代替エネルギーの開発が活発になされていて、代替エネルギー市場が大きく成長している。このような代替エネルギーのうち一つである太陽エネルギーの場合、既に多くの技術が開発されて、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換して実生活に用いることができる多くの試作品が市場に出ている状態である。これらのうち一つが太陽電池である。太陽電池は、金属と半導体の接触面または半導体のＰＮ接合に太陽光が照射される時、光電効果によって光起電力が生ずる現象を用いたものであり、その使用範囲が次第に広がっている。
【０００３】
一方、太陽電池は太陽光が照射される複数のセルを直列または並列に連結したモジュールを備える。しかし、複数のセルを直列または並列に連結する場合、各セル間の連結のための工程コスト及び材料コストが必要であり、何れか一つのセルが不良であったり、効率が低下される場合、モジュール全体の効率が低下されるという問題点がある。また、太陽光の入射角によって特定セルにシェーディング（ｓｈａｄｉｎｇ）が発生する場合にも、モジュール全体の効率が低下されるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０２０２１８号公報
【特許文献２】特開２００６−０３９６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は単一セルを適用するとともに、外部温度や太陽光の光量変化に関わらず最大出力を具現することができる手段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】
【０００６】
上述の課題を解決するための本発明の実施形態による太陽電池システムは、単一セルで構成され、前記セルに照射される太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールと、前記セルで生成された電圧を昇圧して電池に貯蔵し、前記セルの電圧を昇圧させることにより得られるレベルを前記電池の貯蔵状態及び太陽光の光量と外部温度によって異なるように調節し、前記昇圧レベルを前記光量と外部温度によって変化する最大出力点に該当する電圧レベル以下に制限する制御部を含む。
【０００７】
また、上述の課題を解決するための本発明の実施形態による太陽電池システムは、単一セルで構成され、前記セルに照射される太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールと、前記セルの電圧を昇圧レベルに昇圧して電池に貯蔵するコンバーターと、前記電池の貯蔵状態を監視してその結果を伝送する監視部と、前記電池の貯蔵状態、前記太陽光の光量及び外部温度の変化によって前記昇圧レベルを調節し、前記昇圧レベルを前記光量及び外部温度によって変化する最大出力点に該当する電圧レベル以下に制限する最大出力点探索部を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態は並列または直列に連結される複数のセルに代わって、単一セルでモジュールを構成して製作コストを節減することができる。
【０００９】
また、本発明の実施形態は単一セルで生成された電圧を昇圧する場合、太陽光の光量と外部温度の変化に関わらず最大出力点に該当する電圧まで昇圧させることにより、システムの効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による太陽電池システムの構成を図示したブロック図である。
【図２ａ】太陽光の光量変化による太陽電池システムの出力と電圧の関係を図示した図面である。
【図２ｂ】外部温度の変化による太陽電池システムの出力と電圧の関係を図示した図面である。
【図３】本発明の実施形態によって目標電圧範囲内で最大出力点を探索する方法を説明するために出力と電圧の関係を図示した図面である。
【図４】図３の最大出力点の探索方法を図示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を説明する。しかし、これは例示に過ぎず、本発明はこれに限定されない。
【００１２】
本発明の説明において、本発明に係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は本発明においての機能を考慮して定義された用語であり、これは使用者、運用者の意図または慣例などによって変わることができる。従って、その定義は本明細書の全体における内容を基に下すべきであろう。
【００１３】
本発明の技術的思想は特許請求の範囲によって決まり、以下の実施形態は本発明の技術的思想を本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に効率的に説明するための一つの手段に過ぎない。
【００１４】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態による太陽電池システムを説明すると次の通りである。
【００１５】
図１は本発明の実施形態による太陽電池システム１００の構成を図示したブロック図である。
【００１６】
本発明の実施形態による太陽電池システム１００は、太陽電池モジュール１０２、制御部１０４及び電池１０６を含む。
【００１７】
このように構成された太陽電池システム１００の各ブロックの機能を説明すると次の通りである。
【００１８】
まず、太陽電池モジュール１０２は太陽光が直接照射される単一セル１０７で構成される。ここで、セル１０７は太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を遂行する。
【００１９】
制御部１０４はセル１０７で生成される電圧の印加を受けて昇圧し、この昇圧された電圧を電池１０６に貯蔵する。この際、制御部１０４は、電池１０６の貯蔵状態と太陽電池システム１００に照射される光量及び外部温度によって、セル１０７の電圧を昇圧させることにより得られるレベルを異なるように調節する。例えば、電池１０６に電荷が十分に貯蔵された場合、制御部１０４はセル１０７で生成された電圧を相対的に低い電圧レベルに昇圧させることができる。
【００２０】
制御部１０４は、監視部１０８、直流−直流コンバーター（ＤＣ−ＤＣ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０９及び最大出力点探索部１１０を含み、各ブロックの機能を説明すると次の通りである。
【００２１】
監視部１０８は電池１０６の貯蔵状態をリアルタイムで監視し、その結果を最大出力点探索部１１０に伝送する。
【００２２】
最大出力点探索部１１０は、太陽電池システム１００の最大出力点を探索し、昇圧レベルが最大出力点に該当する電圧レベルを超えないように直流−直流コンバーター１０９の動作を制御する。また、最大出力点探索部１１０は電池１０６の貯蔵状態によっても昇圧レベルを調節する。即ち、電池１０６に電荷が十分に貯蔵されたかの可否によって、最大出力点に該当する電圧レベルを超過しない範囲内で昇圧レベルを調節することができる。最大出力点は外部温度や照射される太陽光の光量の変化によって変わるが、このような最大出力点の変化によってこれに該当する電圧レベルも変わるため、最大出力点探索部１１０は光量と外部温度を考慮して昇圧レベルを調節しなければならない。
【００２３】
一方、直流−直流コンバーター１０９は、最大出力点探索部１１０によって制御される昇圧レベルによって、セル１０７の電圧を昇圧して電池１０６に貯蔵する。
【００２４】
図２ａ及び図２ｂを参照して光量と温度の変化と電圧と出力の関係を具体的に説明すると次の通りである。
【００２５】
まず、図２ａを参照すると、照射される光量の変化がある場合にも最大出力点Ｐｍａｘに該当する電圧レベルは殆ど同一に維持される。一方、図２ｂを参照すると、外部温度の変化によって最大出力点Ｐｍａｘは相対的に大きく変化する。例えば、外部温度が高くなるほど最大出力点Ｐｍａｘは電圧が低くなる方向に移動するようになる。これにより、セル１０７で生成された電圧を直流−直流コンバーター１０９で昇圧する場合、光量の変化よりは外部温度の変化をもっと考慮して昇圧レベルを調節する必要がある。もし、外部温度が上昇するにも関わらず昇圧レベルをそのまま維持すると、太陽電池システム１００の最大出力点は却って落ちるようになる。
【００２６】
最大出力点探索部１１０は光量と外部温度、特に、外部温度によって変化する最大出力点Ｐｍａｘを迅速に探索し、最大出力点Ｐｍａｘに該当する電圧レベル以内に直流−直流コンバーター１０９の昇圧レベルを制限する。この際、最大出力点探索部１１０が全ての電圧範囲に対して最大出力点Ｐｍａｘを探索することは現実的に難しいため、太陽電池システム１００の出力特性を考慮して一定の目標電圧範囲を予め設定し、この目標電圧範囲内で最大出力点Ｐｍａｘを探索することにより、探索時間を減らす。普通、目標電圧範囲は外部温度２５度での最大出力点に対応する電圧から最大出力点の７０％に対応する電圧までに設定することができる。勿論、平均気温がもっと高かったりもっと低い地方では目標電圧範囲を再設定することもできる。
【００２７】
図３及び図４を参照して、最大出力点Ｐｍａｘを探索する方法に対して説明すると次の通りである。
【００２８】
まず、太陽電池システム１００の出力特性を考慮して、目標電圧範囲を予め設定する（Ｓ４０２）。この際、目標電圧範囲の電圧のうち最小値をＶ１、最大値をＶ２だと仮定する。次に、Ｖ１とＶ２を用いてこれらの中間値であるＶ３を算出する（Ｓ４０４）。そして、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に該当する出力点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を比較して、最大値であるＰ３を選択する（Ｓ４０６）。次に、Ｐ３を基準にして、左右中間値に該当する電圧であるＶ４、Ｖ５を算出する（Ｓ４０８）。ここで、Ｖ４は（Ｖ３−Ｖ１）／２であり、Ｖ５は（Ｖ２−Ｖ３）／２である。また、Ｖ４、Ｖ５に対応する出力点であるＰ４、Ｐ５とＰ３を比較して、最大出力点であるＰ３を選択する（Ｓ４１０）。この際、Ｐ３からＰ５に該当する電圧範囲であるＶ３からＶ５は、最初の電圧範囲であるＶ１からＶ２に比べて１／２ずつ減少した範囲である。その後、Ｓ４０８段階とＳ４１０段階を繰り返して遂行して、探索する電圧範囲を続けて１／２ずつ減らしていくことにより、もっと正確な最大出力点Ｐｍａｘを探索することができるようになる。
【００２９】
このように、最大出力点探索部１１０は予め設定された目標電圧範囲を１／２ずつ減らしていきながら、現在の外部温度に対応する最大出力点Ｐｍａｘを探索する。これにより、直流−直流コンバーター１０９は最大出力点Ｐｍａｘに該当する電圧レベルまでセル１０７の電圧を昇圧する。即ち、太陽電池システム１００は外部温度の変化や光量の変化に関わらず最大出力を具現することができるようになる。
【００３０】
以上、代表的な実施形態を参照して本発明に対して詳細に説明したが、本発明に属する技術分野にて通常の知識を有する者は、上述の実施形態に対して本発明の範囲を外れない限度内で多様な変形が可能であることを理解するであろう。
【００３１】
従って、本発明の権利範囲は上述の実施形態に限定されてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなくこの特許請求の範囲と均等なものによって決まるべきである。
【符号の説明】
【００３２】
１００  太陽電池システム
１０２  太陽電池モジュール
１０４  制御部
１０６  充電池
１０７  セル
１０８  監視部
１０９  直流−直流コンバーター
１１０  最大出力点探索部
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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