(57)【要約】【課題】  太陽光発電の発電をできるだけ利用し、省エネ効果が期待できる電気管理システムを提供する。【解決手段】  太陽光発電部および予備電源部、太陽光発電部および予備電源部から供給される電気を管理する電気管理部、電気管理部を介して接続される電力負荷機器を具備する電気管理システムにおいて、太陽光発電部は、平均粒径５４８ｎｍ以下の酸化タングステン粉末を有する色素増感太陽電池と光センサを具備し、電気管理部は、光センサが感受する光量が一定値以下になったとき、予備電源から不足の電流を供給する信号または電子機器をオフまたは待機状態とする信号のいずれかを発信すること、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】
太陽光発電部および予備電源部、太陽光発電部および予備電源部から供給される電気を管理する電気管理部、電気管理部を介して接続される電力負荷機器を具備する電気管理システムにおいて、
太陽光発電部は、平均粒径５４８ｎｍ以下の酸化タングステン粉末を有する色素増感太陽電池と光センサを具備し、
電気管理部は、光センサが感受する光量が一定値以下になったとき、予備電源から不足の電流を供給する信号または電子機器をオフまたは待機状態とする信号のいずれかを発信すること、
を特徴とする電気管理システム。
【請求項２】
色素増感太陽電池は、蓄電機能を有することを特徴とする請求項１記載の電気管理システム。
【請求項３】
予備電源から不足の電流を供給する信号または電子機器をオフまたは待機状態とする信号のいずれかの信号は、色素増感太陽電池が供給する電流値がゼロになる前に発信されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の電気管理システム。
【請求項４】
色素増感太陽電池は、酸化チタン粉末を有する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項に記載の電気管理システム。
【請求項５】
太陽光発電部は、色素増感太陽電池以外の太陽電池を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電気管理システム。
【請求項６】
色素増感太陽電池以外の太陽電池がシリコン系太陽電池または化合物系太陽電池のいずれか１種以上であることを特徴とする請求項５記載の電気管理システム。
【請求項７】
太陽光発電部は、色素増感太陽電池と光センサが一体となったユニット構造を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電気管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電機能を有する色素増感太陽電池を用いた太陽光発電部を具備する電気管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を利用した太陽電池はクリーンな電気エネルギーとして注目を集めている。太陽電池としては、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を使ったものが発電効率が優れていることから主に使われている。また、コストダウンのためにシリコン基板を薄膜化した薄膜状アモルファスシリコンを使うことも検討されている。また、これらシリコン系以外の太陽電池としては、ガリウム、砒素、リン、ゲルマニウム、インジウムなどを使った化合物半導体系の太陽電池も知られている。
これまでの太陽電池は、太陽光を受けるシリコン基板の大型化や、化合物の合成プロセスの煩雑さから、コストが高く、思うように普及が進まないといった問題があった。一方、生産コストの低減を目的として、光吸収層（光電変換層）に有機化合物を用いた有機系太陽電池の開発が進められている。有機系太陽電池の中では、色素を使った色素増感太陽電池の開発が期待されている。
このように太陽電池には様々な種類があるが、いずれも太陽光の光量に応じて電力を発生させる仕組みである。そのため、例えば、くもりや雨などの太陽光の光量が少ない環境では太陽電池が作る電力はほぼゼロになり、電力会社から供給される一般電気や自家発電機などの予備電源に切り替えなければならなかった。
例えば、特開２０１１−８３０８５号公報（特許文献１）では、太陽電池からの電力と商用電源からの電力を合計し、出力する電力を管理する方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８３０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように従来の太陽電池を使った電力管理では電力が太陽光の光量に依存しているため安定した電力供給を考慮した場合、常に商用電源をオン状態にしなければならなかった。太陽電池の電力がゼロになってから商用電源をオンすると、接続している電子機器に電力が供給されない状態ができてしまう。例えば、パソコン、テレビ、録画機（ＤＶＤ型、ブルーレイ型など）などで電気が流れなくなると瞬間的に機能が停止してしまいデータ保存などに不具合が生じる。このような問題から、突然の機能停止が安全に関わる医療機器や工場設備では太陽光発電への切替が十分進まないといった問題もあった。
一方で、太陽光発電を利用する目的は電力会社から供給される商用電源を使用しないことによる電気料金の低減と省エネである。このため、できる限り太陽電池の電力を利用し、商用電源の使用を低減することが求められている。
本発明は、このような問題を解決するためのものであり、蓄電機能を有する色素増感太陽電池を利用することにより、太陽光の光量低下時に商用電源への切替を効率よく行うことを可能とする電気管理システムを提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電気管理システムは、太陽光発電部および予備電源部、太陽光発電部および予備電源部から供給される電気を管理する電気管理部、電気管理部を介して接続される電力負荷機器を具備する電気管理システムにおいて、太陽光発電部は、平均粒径５４８ｎｍ以下の酸化タングステン粉末を有する色素増感太陽電池と光センサを具備し、電気管理部は、光センサが感受する光量が一定値以下になったとき、予備電源から不足の電流を供給する信号または電子機器をオフまたは待機状態とする信号のいずれかを発信すること、を特徴とするものである。
また、色素増感太陽電池は、蓄電機能を有することが好ましい。また、予備電源から不足の電流を供給する信号または電子機器をオフまたは待機状態とする信号のいずれかの信号は、色素増感太陽電池が供給する電流値がゼロになる前に発信されることが好ましい。また、色素増感太陽電池は、酸化チタン粉末を有することが好ましい。
また、太陽光発電部は、色素増感太陽電池以外の太陽電池を有することが好ましい。また、色素増感太陽電池以外の太陽電池がシリコン系太陽電池または化合物系太陽電池のいずれか１種以上であることが好ましい。
また、太陽光発電部は、色素増感太陽電池と光センサが一体となったユニット構造を具備することが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、平均粒径５４８ｎｍ以下の酸化タングステン粉末を有する色素増感太陽電池を用いていることから、太陽光の光量が低下したとしても電力供給が垂直にゼロにならない蓄電効果を有している。そのため、光センサによって感受した光量に応じて、商用電源等の予備電源への切替を太陽電池からの電力供給がゼロになる前に行うことができる。その結果、太陽電池からの供給電力をできるだけ使用することができ、商用電源等の予備電源の使用をできるだけ低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の電力管理システムの一例を示す図である。
【図２】本発明の電力管理システムの他の一例を示す図である。
【図３】蓄電効果を有する色素増感太陽電池の発電量グラフの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の電力管理システムは、太陽光発電部および予備電源部、太陽光発電部および予備電源部から供給される電気を管理する電気管理部、電気管理部を介して接続される電力負荷機器を具備する電気管理システムにおいて、太陽光発電部は、平均粒径５４８ｎｍ以下の酸化タングステン粉末を有する色素増感太陽電池と光センサを具備し、電気管理部は、光センサが感受する光量が一定値以下になったとき、予備電源から不足の電流を供給する信号または電子機器をオフまたは待機状態とする信号のいずれかを発信すること、を特徴とするものである。
図１に本発明の電力管理システムの一例を示した。図中、１は太陽光発電部、２は色素増感太陽電池、３は光センサ、４は電気管理部、５は予備電源、６は電力負荷機器である。
太陽光発電部１は色素増感太陽電池２と光センサ３を具備している。色素増感太陽電池２と光センサ３はそれぞれ電気管理部４に接続されている。電気管理部４には、予備電源５と電力負荷機器６が接続されている。
また、図２は電力管理システムの他の一例を示す図である。図２では、太陽光発電部（１−１、１−２、１−３）を複数台、予備電源（５−１、５−２）を複数台、電子機器（６−１、６−２）を複数台、それぞれ電気管理部４に接続した例である。図２では、複数台の電子機器を電気管理部４で制御する方式である。なお、図２では太陽光発電部を３台、予備電源５を２台（２系統）、電力負荷機器を２台接続した例を示しているが、それぞれ接続台数を増やしてよいことは言うまでもない。
【０００９】
以下に本発明の実施例を兼ねて実施の形態について説明する。
まず、太陽光発電部１は、色素増感太陽電池２と光センサ３を具備している。色素増感太陽電池は太陽光の光量に応じて発電する太陽電池である。そのため、太陽光の光量が低下したときに発電量が低下する。光センサ３を具備させることにより、光量の変化を素早く感受することができる。例えば、曇りや雨など光量（照度）が低下する天気予報が出ていたとしても、実際に曇り始める時間を前もって正確に把握することはできない。そのため、光センサを具備させることによって、光量の変化を随時観測できるようにする。
光センサ３が感受した光量を電気管理部４に伝えることにより、太陽光発電部３での電気量の変化を前もって予測することができる。
また、色素増感太陽電池と光センサは一体となったユニット構造であることが好ましい。色素増感太陽電池と光センサは近傍（例えば１ｍ以内）にあれば太陽電池に照射される光量を随時把握できる。一方で、ユニット構造とすることにより、取付を簡単にし、ユニット毎の交換・修理を可能とする。
【００１０】
また、色素増感太陽電池は、平均粒径５４８ｎｍ以下の酸化タングステン粉末を有している。これまでの色素増感太陽電池、シリコン系太陽電池や化合物系太陽電池は、光量が一定量以下になると電力量が一気に発電量がゼロになっていた。しかしながら、平均粒径５４８ｎｍ以下の酸化タングステン粉末を具備する色素増感太陽電池には光量が一定値以下になったとしても発電量が垂直的にゼロにはならない。なお、酸化タングステン粉末の平均粒径は１〜１００ｎｍ、さらには１〜５０ｎｍが好ましい。
例えば、照度１２０００Ｌｘ（ルクス）の光量を照射したときの発電量を１００とし、その後、光を遮断して暗所にしたとしても数秒間〜数分間は３０〜７０の電力量を維持することができる。太陽光の光を遮断したとしても発電量が垂直的にゼロにはならず、一定期間一定量の発電量が維持されることを蓄電効果と呼ぶ。なお、平均粒径５４８ｎｍ以下の酸化タングステン粉末を具備する色素増感太陽電池であれば、晴れのときの一般的な光量は１０万Ｌｘ以上であるから、１２０００Ｌｘで蓄電効果を有するのであれば、太陽光の下で一定期間は一定量の発電量を維持する蓄電効果を示す。また、１２０００Ｌｘは一般の家庭用電球を想定した光量である。従って、光の光源としては太陽光に限らず、一般電球を光源としてもよい。
蓄電効果により、光量が一定値以下になったとしても発電量が垂直的にゼロにならないため、太陽光発電部からの発電量がゼロになる前に予備電源から不足の電流を供給する信号または電力負荷機器をオフまたは待機状態とする信号のいずれかの信号は、色素増感太陽電池が供給する電流値がゼロになる前に発信させることができる。図３に蓄電効果の一例を示した。実線矢印で示したグラフが蓄電効果を示すものである。これまでの太陽電池は蓄電効果がないので光照射オフ（光が当たらない状態）とすると点線矢印で示したように垂直的に発電力がゼロになっていた。一方、平均粒径５４８ｎｍ以下の酸化タングステン粉末を有する色素増感太陽電池は図３に示したように一定期間一定量の発電量が維持される。この蓄電機能を利用して、太陽光発電部の発電力がゼロになる前に電力負荷機器に信号を発信するのである。また、電力負荷機器への各種信号の発信するタイミングは太陽光発電部の発電量がゼロになる直前である必要はなく、予め設定した発電力を下回ったときに各種信号を発信することも効果的である。
【００１１】
また、色素増感太陽電池は、電池効率を上げるために酸化チタン粉末を用いることが好ましい。酸化チタン粉末は平均粒径５００ｎｍ以下の微粉末を用いることが好ましい。酸化タングステン粉末の発電効果および蓄電効果と、酸化チタン粉末の発電効果を利用して発電効率の良い色素増感太陽電池をなし得ることもできる。
また、色素増感太陽電池のみでは発電量が足りない場合は、太陽光発電部に色素増感太陽電池以外の太陽電池を具備させてもよい。色素増感太陽電池以外の太陽電池としては、シリコン系太陽電池または化合物系太陽電池のいずれか１種以上であるこが好ましい。シリコン系太陽電池および化合物系太陽電池は、発電効果（光電変換効率）が高いので大型太陽光発電設備を作製する場合に特に有効である。
また、予備電源５とは、電力会社の商用電力系統、蓄電池からの電力、自家発電装置（コジェネを含む）などの太陽光発電以外の電気系統である。また、電力負荷機器６は、パソコン、テレビ、録画機、冷蔵庫、洗濯機などの家庭やオフィス用の各種家電機器、ＣＴなどの各種医療機器、電気炉やエレベータなどの各種工業機器などの電気を使用して稼働する設備を示すものである。
【００１２】
電気管理部４では、太陽光発電部１の光センサ３が感受する光量によって色素増感太陽電池を含む太陽光発電部の発電量の低下度合いが随時把握することができる。このとき、色素増感太陽電池が蓄電効果を有しているので光量が低下したとしても太陽電池の発電量が垂直的にゼロにはならないため、太陽電池の発電量がゼロになる前に、予備電源から不足の電流を供給する信号または電力負荷機器をオフまたは待機状態とする信号のいずれかの信号を発信することができる。「予備電源から不足の電流を供給する信号」「電力負荷機器をオフする信号」「電力負荷機器を待機状態とする信号」のどれを選択するかは、接続される電力負荷機器毎に設定すれば良い。例えば、医療機器や工業機器のようにいきなり電力供給がゼロになると安全問題が生じるケースでは予備電源から不足の電流を供給する信号を選択するように設定すれば良い。家電機器であっても冷蔵庫のように機能が停止すると、食べ物が腐るといった衛生面の問題が生じる場合も予備電源から不足の電流を供給する信号を選択するようにすることが好ましい。また、録画機のように途中で電源が切れると録画機能が停止するような機器である場合も予備電源から不足の電流を供給する信号を選択するようにすることが好ましい。
一方、パソコンのような場合は、「電力負荷機器をオフする信号」や「電力負荷機器を待機状態とする信号」であってもよい。このとき、併せてセーブ機能を稼働する信号を発信することも効果的である。
以上のような電気管理システムであれば、太陽光発電の発電力が低下するのを随時把握することができるので、予備電源への切替タイミング、電力負荷機器への信号発信タイミングを効率よく行うことができるので、各種電力負荷機器への悪影響をなくし、その上で太陽光発電のエネルギーを最大限利用することができる。言い換えれば、商用電力系統の使用をできるだけ抑えることができるので、大幅な省エネ効果を得ることができる。
また、太陽光発電の発電量を大きくすることにより、一般家庭に限らず、医療設備や工場の電気管理システムにも有効である。
【符号の説明】
【００１３】
１、１−１、１−２、１−３…太陽光発電部
２…色素増感太陽電池
３…光センサ
４…電気管理部
５、５−１、５−２…予備電源
６、６−１、６−２…電力負荷機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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