(57)【要約】【課題】太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムおよび、前述の発電システム等に用いることができる発電監視装置を提供すること。【解決手段】光源からの光を受光して発電する太陽電池と、太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、太陽電池の発電能力を監視する発電量監視部と、電力需要取得部により得られた電力需要量に基づいて太陽電池に要求される適正発電量を求める適正発電量決定部と、適正発電量決定部により求められた太陽電池に要求される発電量に応じて、太陽電池の発電量を調整する発電量調整部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を受光して発電する太陽電池と、
前記太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、
前記太陽電池の発電能力を監視する発電量監視部と、
前記電力需要取得部により得られた電力需要量に基づいて前記太陽電池に要求される適正発電量を求める適正発電量決定部と、
前記適正発電量決定部により求められた前記太陽電池に要求される適正発電量に応じて、前記太陽電池の発電量を調整する発電量調整部と、
を備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
光源からの光を受光して発電する太陽電池と、
前記太陽電池の出力を最大電力点に制御する最大電力点追従制御部と、
前記最大電力点が、前記太陽電池の最適動作点にあるか否かを監視する最適動作点逸脱監視部と、
前記最適動作点逸脱監視部の監視結果に基づいて、前記太陽電池の発電量を調整する発電量調整部と、
を備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項３】
電力を一時的に蓄電する蓄電池を備え、
前記蓄電池は、前記発電量調整部が前記太陽電池の発電量を調整する過渡期に、前記太陽電池の発電量が前記電力需要量を上回った場合には過剰な電力を蓄え、前記太陽電池の発電量が前記電力需要量を下回った場合には不足する電力を放電することを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記発電量調整部は、前記太陽電池の受光面積を可変にする受光面積可変機構を有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の発電システム。
【請求項５】
前記太陽電池は可撓性を有し、
前記受光面積可変機構は、
前記太陽電池を巻きつけて収納可能なロール型収納部と、
前記ロール型収納部に収納された前記太陽電池を任意の受光面積だけ引き出したり巻き込んだりすることができる太陽電池展開機構と、
を有することを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項６】
前記受光面積可変機構は、
前記太陽電池を折り畳んで収納可能な折りたたみ型収納部と、
前記折りたたみ型収納部に収納された前記太陽電池を任意の受光面積だけ展開したり折りたたんだりすることができる太陽電池展開機構と、
を有することを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項７】
前記受光面積可変機構は、
前記太陽電池の受光面を遮光する遮光部材と、
前記遮光部材が前記太陽電池の受光面を遮光する面積を可変にする遮光部材展開機構と、
を有することを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項８】
前記発電量調整部は、前記太陽電池と光源とのなす角度を可変にする受光角度可変機構を有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の発電システム。
【請求項９】
前記太陽電池による発電の実行と停止とを指示する発電指示部を備え、
前記発電指示部により太陽電池による発電の停止が指示された場合、前記発電量調整部によって前記太陽電池に入射する光源からの光を遮光することを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の発電システム。
【請求項１０】
前記太陽電池は、発電材料に有機系材料を使用した、有機系太陽電池であることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の発電システム。
【請求項１１】
光源からの光を受光して発電する太陽電池と、
前記太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、
前記太陽電池の発電量を監視する発電量監視部と、
前記電力需要取得部により得られた電力需要量と、前記発電量監視部により得られた発電量との比較結果に基づいて前記太陽電池の発電量の調整を指示する調整指示部と、
を備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項１２】
光源からの光を受光して発電する太陽電池の発電量を監視する発電量監視部と、
前記太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、
前記電力需要取得部により得られた電力需要量と、前記発電量監視部により得られた発電量との比較結果を出力する比較結果出力部と、
を備えたことを特徴とする発電監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムおよび発電監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然エネルギーの活用の観点から、太陽電池を用いた発電に大きな関心が寄せられている。
【０００３】
通常、太陽電池を用いた発電システムにおいては、太陽電池から最も効率よく電力を取り出すために、太陽電池の最適動作点を追尾する最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御が行われている。
【０００４】
例えば特許文献１には、ＭＰＰＴ制御において、最大電力点を追尾する追尾制御モードと、最大電力点を追尾中に太陽電池の出力電圧が一定電圧以上変化した場合は、所定時間一定の電圧に動作点を固定する一定制御モードとを有する制御方法が提示されている。
【０００５】
また、例えば特許文献２には、太陽電池の出力電圧と電力変換手段の出力電流の変動傾向から最適動作点を検出する、簡易ＭＰＰＴ制御とも言うべき方法が提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１７９８４０号公報
【特許文献２】特開平０７−１２９２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、何れの方法においても、太陽電池の発電能力よりも接続された機器の電力需要が小さい場合、太陽電池の最大能力よりも低い能力での運用、即ち最適動作点から外れた運用となり、太陽電池から取り出されなかった残留電荷が内部損失という形で太陽電池内で消費されることで発生する熱により、太陽電池の発電材料の劣化が引き起こされるという問題がある。
【０００８】
このような残留電荷による発熱が原因となる発電材料の劣化は、とりわけ、次世代の太陽電池の有力候補である、色素増感太陽電池あるいは有機薄膜太陽電池等の、発電材料に有機系材料を使用した有機系太陽電池で問題となる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムおよび、前述の発電システム等に用いることができる発電監視装置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】
【００１０】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１１】
１．光源からの光を受光して発電する太陽電池と、
前記太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、
前記太陽電池の発電能力を監視する発電量監視部と、
前記電力需要取得部により得られた電力需要量に基づいて前記太陽電池に要求される適正発電量を求める適正発電量決定部と、
前記適正発電量決定部により求められた前記太陽電池に要求される適正発電量に応じて、前記太陽電池の発電量を調整する発電量調整部と、
を備えたことを特徴とする発電システム。
【００１２】
２．光源からの光を受光して発電する太陽電池と、
前記太陽電池の出力を最大電力点に制御する最大電力点追従制御部と、
前記最大電力点が、前記太陽電池の最適動作点にあるか否かを監視する最適動作点逸脱監視部と、
前記最適動作点逸脱監視部の監視結果に基づいて、前記太陽電池の発電量を調整する発電量調整部と、
を備えたことを特徴とする発電システム。
【００１３】
３．電力を一時的に蓄電する蓄電池を備え、
前記蓄電池は、前記発電量調整部が前記太陽電池の発電量を調整する過渡期に、前記太陽電池の発電量が前記電力需要量を上回った場合には過剰な電力を蓄え、前記太陽電池の発電量が前記電力需要量を下回った場合には不足する電力を放電することを特徴とする前記１または２に記載の発電システム。
【００１４】
４．前記発電量調整部は、前記太陽電池の受光面積を可変にする受光面積可変機構を有することを特徴とする前記１から３の何れか一項に記載の発電システム。
【００１５】
５．前記太陽電池は可撓性を有し、
前記受光面積可変機構は、
前記太陽電池を巻きつけて収納可能なロール型収納部と、
前記ロール型収納部に収納された前記太陽電池を任意の受光面積だけ引き出したり巻き込んだりすることができる太陽電池展開機構と、
を有することを特徴とする前記４に記載の発電システム。
【００１６】
６．前記受光面積可変機構は、
前記太陽電池を折り畳んで収納可能な折りたたみ型収納部と、
前記折りたたみ型収納部に収納された前記太陽電池を任意の受光面積だけ展開したり折りたたんだりすることができる太陽電池展開機構と、
を有することを特徴とする前記４に記載の発電システム。
【００１７】
７．前記受光面積可変機構は、
前記太陽電池の受光面を遮光する遮光部材と、
前記遮光部材が前記太陽電池の受光面を遮光する面積を可変にする遮光部材展開機構と、
を有することを特徴とする前記４に記載の発電システム。
【００１８】
８．前記発電量調整部は、前記太陽電池と光源とのなす角度を可変にする受光角度可変機構を有することを特徴とする前記１から３の何れか一項に記載の発電システム。
【００１９】
９．前記太陽電池による発電の実行と停止とを指示する発電指示部を備え、
前記発電指示部により太陽電池による発電の停止が指示された場合、前記発電量調整部によって前記太陽電池に入射する光源からの光を遮光することを特徴とする前記１から８の何れか一項に記載の発電システム。
【００２０】
１０．前記太陽電池は、発電材料に有機系材料を使用した、有機系太陽電池であることを特徴とする前記１から９の何れか一項に記載の発電システム。
【００２１】
１１．光源からの光を受光して発電する太陽電池と、
前記太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、
前記太陽電池の発電量を監視する発電量監視部と、
前記電力需要取得部により得られた電力需要量と、前記発電量監視部により得られた発電量との比較結果に基づいて前記太陽電池の発電量の調整を指示する調整指示部と、
を備えたことを特徴とする発電システム。
【００２２】
１２．光源からの光を受光して発電する太陽電池の発電量を監視する発電量監視部と、
前記太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、
前記電力需要取得部により得られた電力需要量と、前記発電量監視部により得られた発電量との比較結果を出力する比較結果出力部と、
を備えたことを特徴とする発電監視装置。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池と、太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、太陽電池の発電能力を監視する発電量監視部と、電力需要取得部により得られた電力需要量に基づいて太陽電池に要求される適正発電量を求める適正発電量決定部と、適正発電量決定部により求められた太陽電池に要求される発電量に応じて、太陽電池の発電量を調整する発電量調整部とを備えることで、太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムを提供することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池と、太陽電池の出力を最大電力点に制御する最大電力点追従制御部と、最大電力点が、太陽電池の最適動作点にあるか否かを監視する最適動作点逸脱監視部と、最適動作点逸脱監視部の監視結果に基づいて、太陽電池の発電量を調整する発電量調整部と、を備えることで、太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムを提供することができる。
【００２５】
さらに、本発明によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池と、太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、太陽電池の発電量を監視する発電量監視部と、電力需要取得部により得られた電力需要量と、発電量監視部により得られた発電量との比較結果に基づいて太陽電池の発電量の調整を指示する調整指示部と、を備えることで、太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムを提供することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池の発電量を監視する発電量監視部と、太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、電力需要取得部により得られた電力需要量と、発電量監視部により得られた発電量との比較結果を出力する比較結果出力部とを備えることで、前述の発電システム等に用いることができ、太陽電池の内部損失を最小限にして、最適動作点で発電するように監視できる発電監視装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】発電システムの第１の実施の形態の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】太陽電池および発電量調整部の第１の例を示す模式図である。
【図３】発電システムの第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】発電システムの第２の実施の形態の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】太陽電池および発電量調整部の第２の例を示す模式図である。
【図６】ＭＰＰＴ制御の原理と、最適動作点逸脱監視部の動作との一例を示す図である。
【図７】発電システムの第２の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】太陽電池および発電量調整部の第３の例を示す模式図である。
【図９】太陽電池および発電量調整部の第４の例を示す模式図である。
【図１０】発電システムの第３の実施の形態の構成を説明するためのブロック図である。
【図１１】発電監視装置の一例の構成を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略することがある。
【００２９】
最初に、本発明における発電システムの第１の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する、図１は、発電システムの第１の実施の形態の構成を説明するためのブロック図である。
【００３０】
図１において、発電システム１は、太陽電池１０、発電量調整部２０、発電制御装置３０等で構成され、太陽電池１０に接続された機器であって、電力を消費する負荷である電力消費負荷９０に電力を供給する。
【００３１】
太陽電池１０は、太陽Ｓや、蛍光灯等の室内照明等の光源からの光を受光して発電する光電変換素子で、従来から知られている各種の太陽電池、例えば単結晶シリコン、アモルファスシリコン、薄膜シリコン等の無機系太陽電池でもよいし、色素増感型や有機薄膜型等の発電材料に有機系材料を使用した有機系太陽電池であってもよいが、後述するように可撓性を有する有機系太陽電池が好ましい。
【００３２】
発電量調整部２０は、後述する発電量指示情報３３ａに基づいて太陽電池１０の発電量を調整する機能を有し、図２で詳述するような太陽電池１０の受光面積を可変にする受光面積可変機構２１等で構成される。
【００３３】
発電制御装置３０は、一般にパワーコンディショナと呼ばれ、太陽電池１０で発電された電力を取り込み、電力消費負荷９０に電力を受け渡す機能を持ち、発電量監視部３１、電力需要取得部３２、適正発電量決定部３３、電力変換部３４、発電指示部３５等で構成される。その他に、蓄電池３６等を備えてもよい。
【００３４】
発電量監視部３１は、太陽電池１０の発電量を監視する機能を有し、例えば日照センサ等で構成される。日照センサで現在の日照量を測定し、太陽電池１０に固有の日照量−出力電力特性値に当てはめることで、太陽電池１０の発電量を一義的に推定できる。
【００３５】
電力需要取得部３２は、電力消費負荷９０が消費する消費電力を取得する機能を有し、例えば電力量計等で構成される。太陽電池１０から供給される電力は直流（ＤＣ）であるため、電圧Ｖと電流Ｉとを測定すれば、その積が電力（Ｗ＝Ｖ×Ｉ）となる。
【００３６】
適正発電量決定部３３は、電力需要取得部３２で取得された電力需要量と、発電量監視部３１で得られた太陽電池１０の発電量とを比較し、発電量を電力需要量に一致させるための発電量指示情報３３ａを生成し、発電量調整部２０に送信する。
【００３７】
電力変換部３４は、太陽電池１０から供給される直流の電力を、電力消費負荷９０で使用できる電力に変換する機能を有し、例えば直流の電力を所定の電圧の交流の電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータや、直流の電力を所定の電圧の直流の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ等で構成される。
【００３８】
発電指示部３５は、発電システム１の動作をオン、オフさせるためのスイッチであり、オンされることで、電力消費負荷９０の電力需要量に応じた電力が太陽電池１０で発電されて供給される。また、オフされることで、発電システム１の動作が停止されるとともに、発電量調整部２０によって、太陽電池１０に光源からの光が照射されない状態にされる。
【００３９】
蓄電池３６は、適正発電量決定部３３で生成された発電量指示情報３３ａに基づいて、発電量調整部２０によって太陽電池１０の発電量が調整されるまでの過渡期の発電量と電力需要量とのアンバランスを補償するバッファ機能を有し、発電量が電力需要を上回っている場合には過剰な電力を蓄え、発電量が電力需要量を下回った場合には不足する電力を放電する。
【００４０】
図２は、太陽電池および発電量調整部の第１の例を示す模式図で、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）から（ｄ）は側面図である。
【００４１】
図２（ａ）において、太陽電池１０は、可撓性を有するシート状の平板である。発電量調整部２０は、太陽電池１０の受光面積を可変にする受光面積可変機構２１等で構成される。
【００４２】
図２（ｂ）から（ｄ）において、受光面積可変機構２１は、ロール型収納部２１１と太陽電池展開機構２１２等とで構成される。ロール型収納部２１１は、太陽電池１０をロール状に巻き込んで収納するための収納部である。太陽電池展開機構２１２は、適正発電量決定部３３から出力される発電量指示情報３３ａに基づいて、太陽電池１０をロール型収納部２１１から引き出して展開する、あるいはロール型収納部２１１に収納する機能を有する。
【００４３】
太陽電池展開機構２１２は、モータ等の電動で動作する機構であってもよいし、コードリールのようなバネ力と人力との組み合わせで動作する機構であってもよく、方法は問わない。また、後述する図１０あるいは図１１の例での発電量調整部２０においては、人力のみで、例えばハンドルを回して動作させる機構であってもよい。
【００４４】
図２（ｂ）の状態は、太陽電池１０をロール型収納部２１１から最大に引き出して展開した状態であり、発電量が最大となる状態である。図２（ｃ）の状態は、太陽電池１０をロール型収納部２１１から最小だけ引き出して展開した状態であり、発電量が最小となる状態である。太陽電池１０の受光面積を、図２（ｂ）の最大面積（Ｓ１）と図２（ｃ）の最小面積（Ｓ２）との間で調整することで、発電量を制御することができる。図２（ｄ）の状態は、太陽電池１０をロール型収納部２１１に完全に収納して遮光した状態であり、発電指示部３５がオフされた場合にはこの状態に収納される。
【００４５】
図３は、発電システムの第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【００４６】
図３において、ステップＳ１で、電力需要取得部３２によって、電力消費負荷９０によって消費される電力需要量が取得される。ステップＳ２で、発電量監視部３１によって、太陽電池１０の発電量が取得される。
【００４７】
ステップＳ３で、適正発電量決定部３３によって、ステップＳ２で取得された発電量をステップＳ１で取得された電力需要量に一致させる、即ち、太陽電池１０の発電量を適正発電量とするための受光面積を示す発電量指示情報３３ａが生成され、発電量調整部２０に送信される。ステップＳ４で、発電量指示情報３３ａに基づいて、発電量調整部２０によって、太陽電池１０の受光面積を、図２（ｂ）の最大値（Ｓ１）と図２（ｃ）の最小値（Ｓ２）との間で調整され、太陽電池１０の発電量が制御される。
【００４８】
ステップＳ５で、発電指示部３５がオフされたか否か、即ち発電システム１の動作を終了するか否かが確認される。発電指示部３５がオフされた場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、ステップＳ６で、太陽電池１０が図２（ｄ）に示したロール型収納部２１１に完全に収納され、動作が終了される。
【００４９】
発電指示部３５がオフされていない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、ステップＳ７で所定時間（例えば１分、５分、１０分等の固定値）だけ時間待ちをしてからステップＳ１に戻り、所定時間毎に上述した動作が繰り返される。
【００５０】
上述したように、発電システムの第１の実施の形態によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池と、太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、太陽電池の発電能力を監視する発電量監視部と、太陽電池の発電量を適正発電量とするための発電量指示情報を生成する適正発電量決定部と、発電量指示情報に基づいて、ロール型収納部から太陽電池を出し入れして、太陽電池の受光面積を調整する発電量調整部とを備えることで、太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムを提供することができる。
【００５１】
次に、発電システムの第２の実施の形態について、図４から図７を用いて説明する。図４は、発電システムの第２の実施の形態の構成を説明するためのブロック図である。
【００５２】
図４において、発電システム１は、太陽電池１０、発電量調整部２０、発電制御装置４０等で構成され、太陽電池１０に接続された機器であって、電力を消費する負荷である電力消費負荷９０に電力を供給する。
【００５３】
太陽電池１０は、第１の実施の形態と同様に、太陽Ｓや、蛍光灯等の室内照明等の光源からの光を受光して発電する光電変換素子で、従来から知られている各種の太陽電池、例えば単結晶シリコン、アモルファスシリコン、薄膜シリコン等の無機系太陽電池でもよいし、色素増感型や有機薄膜型等の、発電材料に有機系材料を使用した有機系太陽電池であってもよい。第２の実施の形態では、可撓性は必須ではない。
【００５４】
発電量調整部２０は、後述する最適動作点逸脱監視部の発電量調整信号４２ａに基づいて太陽電池１０の発電量を調整する機能を有し、図５で詳述するような太陽電池１０の受光面積を可変にする受光面積可変機構２２等で構成される。
【００５５】
発電制御装置４０は、一般にパワーコンディショナと呼ばれ、太陽電池１０で発電された電力を取り込み、電力消費負荷９０に電力を受け渡す機能を持ち、最大電力点追従制御部（以下、ＭＰＰＴ制御部と言う）４１、最適動作点逸脱監視部４２、電力変換部３４等で構成される。その他に、発電指示部３５や蓄電池３６等を備えてもよい。
【００５６】
ＭＰＰＴ制御部４１は、太陽電池１０の発電電力値Ｗが最大となるように、その出力電圧値Ｖと出力電流値Ｉとを制御する、所謂、最大電力点追従（ＭＰＰＴ；Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御機能を有する。ＭＰＰＴ制御では、所謂「山登り制御」が多く用いられる。
【００５７】
「山登り制御」では、太陽電池１０の出力電圧に周期的に変調をかけ、変調に対応する瞬時電力の変化を算出する。その結果を利用し、太陽電池１０の出力電力値Ｗが増大する方向に出力電圧値Ｖおよび出力電流値Ｉをフィードバック制御することで、最適な条件に追従させる。
【００５８】
最適動作点逸脱監視部４２は、電力消費負荷９０で消費される電力量に変動があっても、常に太陽電池１０の発電電力値Ｗが最大となるように、ＭＰＰＴ制御が適切に動作しているか否かを監視する機能を有する。図７で詳述するように、最適動作点逸脱監視部４２は、太陽電池１０の出力にダミー負荷を追加し、この時の出力電圧の変動状態から、ＭＰＰＴ制御が太陽電池１０の最適動作点近傍で機能しているか否かを検出し、太陽電池１０の発電量を調整するための発電量調整信号４２ａを生成し、発電量調整部２０に送信する。
【００５９】
電力変換部３４、発電指示部３５および蓄電池３６は、第１の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。
【００６０】
図５は、太陽電池１０および発電量調整部２０の第２の例を示す模式図で、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）から（ｅ）は側面図、図５（ｆ）は太陽電池１０の別構成図である。
【００６１】
図５（ａ）において、太陽電池１０は、可撓性を有した蛇腹状の平板である。発電量調整部２０は、太陽電池１０の受光面積を可変にする受光面積可変機構２２等で構成される。
【００６２】
図５（ｂ）から（ｅ）において、受光面積可変機構２２は、折りたたみ型収納部２２１と太陽電池展開機構２２２等とで構成される。折りたたみ型収納部２２１は、太陽電池１０を折りたたんで収納するための収納部である。太陽電池展開機構２２２は、最適動作点逸脱監視部４２から出力される発電量調整信号４２ａに基づいて、太陽電池１０を折りたたみ型収納部２２１から引き出して展開する、あるいは折りたたみ型収納部２２１に折りたたんで収納する機能を有する。
【００６３】
太陽電池展開機構２２２は、モータ等の電動で動作する機構であってもよいし、バネ力と人力との組み合わせで動作する機構であってもよく、方法は問わない。また、後述する図１０あるいは図１１の例での発電量調整部２０においては、人力のみで、例えばハンドルを回して動作させる機構であってもよい。
【００６４】
図５（ｂ）の状態は、太陽電池１０を折りたたみ型収納部２２１から最大面積Ｓ１引き出して平板状に展開した状態であり、発電量が最大となる状態である。図５（ｃ）の状態は、太陽電池１０を折りたたみ型収納部２２１から最小面積Ｓ２だけ引き出して展開した状態であり、発電量が最小になる状態である。太陽電池１０の引き出し状態を、面積Ｓ１からＳ２の間で調整することで、発電量を制御することができる。
【００６５】
なお、太陽電池１０は、図５（ｄ）に示したような蛇腹構造であり、図６（ｃ）のように一部分を展開するのではなく、蛇腹状のまま引き出して用いてもよい。
【００６６】
図５（ｅ）の状態は、太陽電池１０を折りたたみ型収納部２２１に完全に収納して遮光した状態であり、発電指示部３５がオフされた場合にはこの状態に収納される。
【００６７】
図５（ｆ）において、太陽電池１０を、蛇腹状の折りたたみ板１１上に太陽電池板１２を搭載した構成にすると、太陽電池板１２は可撓性を有する必要はなく、例えば単結晶シリコン板やアモルファスシリコン板等の板状の太陽電池であってもよい。
【００６８】
図６は、ＭＰＰＴ制御の原理と、最適動作点逸脱監視部の動作との一例を示す図で、図６（ａ）はＭＰＰＴ制御の原理を示す電圧−電流図（以下、Ｉ−Ｖ図と言う）、図６（ｂ）から（ｄ）は最適動作点逸脱監視部の動作を説明するためのＩ−Ｖ図である。
【００６９】
図６（ａ）において、太陽電池１０の出力電圧値Ｖと出力電流値Ｉとの交点（動作点）は、動作線ＡＰ上を移動する。例えば動作点Ｘの場合、出力電圧値Ｖ＝Ｖ１であり、その場合に取り出せる出力電流値Ｉ＝Ｉ１である。同様に、動作点Ｚの場合、Ｖ＝Ｖ２でＩ＝Ｉ２である。動作点Ｙの場合は、Ｖ＝Ｖ３でＩ＝Ｉ３である。
【００７０】
出力電力値Ｗ＝Ｖ×Ｉであるから、出力電力値Ｗが最大となる、即ち出力電圧値Ｖと出力電流値Ｉとの面積が最大となる動作点を動作点Ｚとすると、動作点Ｚの場合、最大電力Ｗｍａｘ＝Ｖ２×Ｉ２である。この最大電力Ｗｍａｘが太陽電池１０の発電能力である。この動作点Ｚを最大電力点と呼び、ＭＰＰＴ制御は、太陽電池１０を最大電力点Ｚ近傍の条件で動作させるように制御する。
【００７１】
図６（ｂ）において、太陽電池１０の発電能力と電力消費負荷９０の電力需要量とがほぼ釣り合っている場合、太陽電池１０は、最大電力点Ｚで発電しており、最も効率のよい状態である。よって、最大電力点Ｚが最適動作点であり、内部損失が最も少ない。
【００７２】
図６（ｃ）において、電力消費負荷９０の電力需要量が低下して、消費電流がＩ２の状態からＩ１の状態に変化すると、太陽電池１０の動作点はＳからＸに移動する。これによって、太陽電池１０は、その発電能力Ｗｍａｘ＝Ｖ２×Ｉ２と、電力消費負荷９０で消費される電力Ｗ＝Ｖ１×Ｉ１との差分のエネルギーを内部損失として熱に変えて消費することになり、発生する熱によって、発電材料の劣化が起こる。特に、色素増感太陽電池あるいは有機薄膜太陽電池等の、発電材料に有機系材料を使用した有機系太陽電池の場合には、発熱による発電材料の劣化への影響が大きい。
【００７３】
そこで、図６（ｄ）において、電力消費負荷９０の電力需要量が低下して消費電流がＩ２の状態からＩ１の状態に変化すると、図５に例示したような受光面積可変機構２２によって、太陽電池１０を折りたたみ、受光面積を小さくすることで発電能力を小さくする。これによって、受光面積の小さくなった太陽電池１０を最大電力点Ｚ’近傍で動作させることが可能となる。最大電力点Ｚ’での最大電力Ｗｍａｘ＝Ｖ２’×Ｉ１である。この場合、最大電力点Ｚ’が最適動作点である。
【００７４】
これによって、太陽電池１０の発電能力と電力消費負荷９０の電力需要量とのバランスがとれ、ＭＰＰＴ制御によって、太陽電池１０を最大電力点、即ち最適動作点近傍で動作させることが可能となり、内部損失による発熱に起因する発電材料の劣化を防止することができる。
【００７５】
図７は、発電システムの第２の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【００７６】
図７において、ステップＳ１１で、ＭＰＰＴ制御部４１によって、太陽電池１０のＭＰＰＴ制御が開始される。ステップＳ１２で、ＭＰＰＴ制御開始から所定時間が経過したか否かが確認される。所定時間（例えば１分、５分、１０分等の固定値）経過するまで、ステップＳ１１とＳ１２とが繰り返される。
【００７７】
ステップＳ１３で、最適動作点逸脱監視部４２によって、太陽電池１０の出力にダミー負荷が追加される。ステップＳ１４で、最適動作点逸脱監視部４２によって、ダミー負荷追加時の太陽電池１０の出力電圧の変動状態から、ＭＰＰＴ制御が太陽電池１０の最適動作点近傍で機能しているか否かが検出される。
【００７８】
最適動作点近傍で動作しているとみなされた場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、ステップＳ１５で、最適動作点逸脱監視部４２から太陽電池１０の受光面積を１段階だけ増加させる発電量調整信号４２ａが出力される。発電量調整信号４２ａに基づいて、発電量調整部２０により、太陽電池１０の受光面積が１段階だけ増加され、ステップＳ１７に進む。
【００７９】
最適動作点近傍で動作していないとみなされた場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）、ステップＳ１６で、最適動作点逸脱監視部４２から太陽電池１０の受光面積を１段階だけ減少させる発電量調整信号４２ａが出力される。発電量調整信号４２ａに基づいて、発電量調整部２０により、太陽電池１０の受光面積が１段階だけ減少され、ステップＳ１７に進む。
【００８０】
ステップＳ１７で、発電指示部３５がオフされたか否か、即ち発電システム１の動作を終了するか否かが確認される。発電指示部３５がオフされた場合（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、ステップＳ１８で、太陽電池１０が図５（ｅ）に示した折りたたみ型収納部２２１に完全に収納され、動作が終了される。
【００８１】
発電指示部３５がオフされていない場合（ステップＳ１７；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻り、上述した動作が繰り返される。
【００８２】
上述したように、発電システムの第２の実施の形態によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池と、太陽電池の出力を最大電力点に制御する最大電力点追従制御部と、最大電力点が電力需要量に対する太陽電池の最適動作点にあるか否かを監視して発電量調整信号を生成する最適動作点逸脱監視部と、発電量調整信号に基づいて、折りたたみ型収納部から太陽電池を出し入れして、太陽電池の受光面積を調整する発電量調整部とを備えることで、太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムを提供することができる。
【００８３】
次に、太陽電池および発電量調整部の第３の例について、図８を用いて説明する。図８は、太陽電池および発電量調整部の第３の例を示す模式図で、図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）から（ｄ）は側面図である。
【００８４】
図８（ａ）において、太陽電池１０は、固定の平板である。太陽電池１０は可撓性を有する必要はなく、あらゆる種類の太陽電池が適用可能である。発電量調整部２０は、遮光部材２３３を含み、太陽電池１０の受光面積を可変にする受光面積可変機構２３等で構成される。
【００８５】
図８（ｂ）から（ｄ）において、受光面積可変機構２３は、遮光部材２３３、遮光部材収納部２３１および遮光部材展開機構２３２等で構成される。遮光部材収納部２３１は、遮光部材２３３をロール状に巻き込んで収納するための収納部である。遮光部材展開機構２３２は、遮光部材２３３を遮光部材収納部２３１から引き出して展開する、あるいは遮光部材収納部２３１に収納する機能を有する。遮光部材２３３は、光源から太陽電池１０に入射する光を遮光するための可撓性を有する遮光性のシートである。
【００８６】
遮光部材展開機構２３２は、モータ等の電動で動作する機構であってもよいし、コードリールのようなバネ力と人力との組み合わせで動作する機構であってもよく、方法は問わない。また、後述する図１０あるいは図１１の例での発電量調整部２０においては、人力のみで、例えばハンドルを回して動作させる機構であってもよい。
【００８７】
図８（ｂ）の状態は、遮光部材２３３を遮光部材収納部２３１から最小面積だけ引き出して展開した状態であり、太陽電池１０の受光面積が最大面積Ｓ１となる状態、即ち発電量が最大になる状態である。図８（ｃ）の状態は、遮光部材２３３を遮光部材収納部２３１から最大に引き出して展開した状態であり、太陽電池１０の受光面積が最小面積Ｓ２となる状態、即ち発電量が最小となる状態である。太陽電池１０の受光面積を、図８（ｂ）の最大面積（Ｓ１）と図８（ｃ）の最小面積（Ｓ２）との間で調整することで、発電量を制御することができる。図８（ｄ）の状態は、遮光部材２３３で太陽電池１０を完全に遮光した状態であり、発電指示部３５がオフされた場合にはこの状態にされる。
【００８８】
続いて、太陽電池および発電量調整部の第４の例について、図９を用いて説明する。図９は、太陽電池および発電量調整部の第４の例を示す模式図で、図９（ａ）は最大発電量の場合の模式図、図９（ｂ）は発電量を調整する場合の模式図である。
【００８９】
図９（ａ）において、太陽電池１０は、固定の平板である。太陽電池１０は可撓性を有する必要はなく、あらゆる種類の太陽電池が適用可能である。発電量調整部２０は、光源追尾装置２４を流用する。
【００９０】
光源追尾装置２４は、基台２４１、支持軸２４３および太陽電池台２４５等で構成される。支持軸２４３は、基台２４１上に設けられ、基台２４１に垂直な軸２４２の周りに回動可能である。太陽電池台２４５は、太陽電池１０を支持し、支持軸２４３に設けられた回転軸２４４の周りに回動可能に取り付けられている。
【００９１】
光源として例えば太陽Ｓを考えると、太陽Ｓは時間とともに移動する。太陽電池による通常の発電の場合、光源追尾装置２４によって太陽電池台２４５を回転軸２４４および軸２４２の周りに回動させることで、太陽電池１０が常に太陽Ｓに正対するように制御される。
【００９２】
図９（ｂ）において、発電量調整部の第４の例では、光源追尾装置２４によって太陽電池台２４５を回転軸２４４および軸２４２の周りに回動させて、光源からの光の入射角θを制御する。これによって、太陽電池１０の発電量を制御することができる。
【００９３】
次に、本発明における発電システムの第３の実施の形態について、図１０を用いて説明する、図１０は、発電システムの第３の実施の形態の構成を説明するためのブロック図である。
【００９４】
図１０において、発電システム１は、太陽電池１０、発電量調整部２０、発電監視装置５０等で構成され、太陽電池１０に接続された機器であって、電力を消費する負荷である電力消費負荷９０に電力を供給する。
【００９５】
太陽電池１０は、太陽Ｓや、蛍光灯等の室内照明等の光源からの光を受光して発電する光電変換素子で、従来から知られている各種の太陽電池、例えば単結晶シリコン、アモルファスシリコン、薄膜シリコン等の無機系太陽電池でもよいし、色素増感型や有機薄膜型等の発電材料に有機系材料を使用した有機系太陽電池であってもよいが、後述するように可撓性を有する有機系太陽電池が好ましい。
【００９６】
発電量調整部２０は、太陽電池１０の発電量を調整する機能を有し、図２、図５、図８および図９で詳述したような各種の発電量調整部２０を用いることができる。
【００９７】
発電監視装置５０は、太陽電池１０で発電された電力を取り込み、電力消費負荷９０に電力を受け渡す機能を持ち、発電量監視部３１、電力需要取得部３２、電力変換部３４、発電指示部３５および調整指示部５１等で構成される。その他に、第１および第２の実施の形態と同様に、図示しない蓄電池３６等を備えてもよい。
【００９８】
発電量監視部３１、電力需要取得部３２、電力変換部３４、発電指示部３５および蓄電池３６については、第１の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。
【００９９】
調整指示部５１は、電力需要取得部３２で取得された電力需要量と、発電量監視部３１で得られた太陽電池１０の発電量とを比較し、発電量を電力需要量に一致させるための発電量指示情報を生成する。
【０１００】
生成された発電量指示情報は、例えば発電監視装置５０が備える、表示パネルやメータ等に表示される、あるいは音声によって指示される等の方法により、例えばオペレータに伝達され、オペレータが発電量調整部２０を操作することで太陽電池１０の発電量が調整される。
【０１０１】
上述した発電システムの第３の実施の形態によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池と、太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、太陽電池の発電量を監視する発電量監視部と、電力需要取得部により得られた電力需要量と、発電量監視部により得られた発電量との比較結果に基づいて太陽電池の発電量の調整を指示する調整指示部とを備えることで、例えばオペレータによって発電量調整部が操作されて太陽電池１０の発電量が調整されるので、複雑な制御装置を用いることなく、太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムを提供することができる。
【０１０２】
次に、本発明における発電システムに用いることのできる発電監視装置の一例について、図１１を用いて説明する、図１１は、発電監視装置の一例の構成を説明するためのブロック図である。
【０１０３】
図１１において、発電監視装置６０は、発電システム１を構成する、太陽電池１０、発電量調整部２０等とともに用いられ、太陽電池１０で発電された電力を取り込み、電力消費負荷９０に電力を受け渡す機能を持つ。発電監視装置６０は、発電量監視部３１、電力需要取得部３２、電力変換部３４および比較結果出力部６１等で構成される。その他に、図示しない発電指示部３５、蓄電池３６等を備えてもよい。
【０１０４】
発電量監視部３１、電力需要取得部３２、電力変換部３４および図示しない発電指示部３５、蓄電池３６については、上述した発電システムの第１の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。
【０１０５】
比較結果出力部６１は、電力需要取得部３２で取得された電力需要量と、発電量監視部３１で得られた太陽電池１０の発電量とを比較し、比較結果を出力する。
【０１０６】
出力された発電量指示情報は、例えば表示パネルやメータ等に表示される、あるいは音声によって指示される等の方法により、例えばオペレータに伝達され、オペレータが発電量調整部２０を操作することで太陽電池１０の発電量が調整される。あるいは、比較結果を発電量調整部２０に出力することで、太陽電池１０の発電量の自動制御に用いてもよい。
【０１０７】
上述した発電監視装置の一例によれば、太陽電池の発電量を監視する発電量監視部と、太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、電力需要取得部により得られた電力需要量と、発電量監視部により得られた発電量との比較結果を出力する比較結果出力部とを備えることで、前述の発電システム等に用いることができ、太陽電池の内部損失を最小限にして、最適動作点で発電するように監視できる発電監視装置を提供することができる。
【０１０８】
以上に述べたように、本発明によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池と、太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、太陽電池の発電能力を監視する発電量監視部と、電力需要取得部により得られた電力需要量に基づいて太陽電池に要求される適正発電量を求める適正発電量決定部と、適正発電量決定部により求められた太陽電池に要求される発電量に応じて、太陽電池の発電量を調整する発電量調整部と、を備えることで、太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムを提供することができる。
【０１０９】
また、本発明によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池と、太陽電池の出力を最大電力点に制御する最大電力点追従制御部と、最大電力点が、太陽電池の最適動作点にあるか否かを監視する最適動作点逸脱監視部と、最適動作点逸脱監視部の監視結果に基づいて、太陽電池の発電量を調整する発電量調整部と、を備えることで、太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムを提供することができる。
【０１１０】
さらに、本発明によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池と、太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、太陽電池の発電量を監視する発電量監視部と、電力需要取得部により得られた電力需要量と、発電量監視部により得られた発電量との比較結果に基づいて太陽電池の発電量の調整を指示する調整指示部と、を備えることで、太陽電池の内部損失を最小限にすることができ、最適動作点で発電する発電システムを提供することができる。
【０１１１】
また、本発明によれば、光源からの光を受光して発電する太陽電池の発電量を監視する発電量監視部と、太陽電池に接続された機器の電力需要量を取得する電力需要取得部と、電力需要取得部により得られた電力需要量と、発電量監視部により得られた発電量との比較結果を出力する比較結果出力部とを備えることで、前述の発電システム等に用いることができ、太陽電池の内部損失を最小限にして、最適動作点で発電するように監視できる発電監視装置を提供することができる。
【０１１２】
なお、本発明に係る発電システムおよび発電監視装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  発電システム
１０  太陽電池
２０  発電量調整部
２１  受光面積可変機構
２１１  ロール型収納部
２１２  太陽電池展開機構
２２  受光面積可変機構
２２１  折りたたみ型収納部
２２２  太陽電池展開機構
２３  受光面積可変機構
２３１  遮光部材収納部
２３２  遮光部材展開機構
２３３  遮光部材
２４  光源追尾装置
２４１  基台
２４２  軸
２４３  支持軸
２４４  回転軸
２４５  太陽電池台
３０  発電制御装置
３１  発電量監視部
３２  電力需要取得部
３３  適正発電量決定部
３４  電力変換部
３５  発電指示部
３６  蓄電池
４０  発電制御装置
４１  最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御部
４２  最適動作点逸脱監視部
５０  発電監視装置
５１  調整指示部
６０  発電監視装置
６１  比較結果出力部
９０  電力消費負荷
Ｓ  太陽
Ｘ  動作点
Ｙ  動作点
Ｚ  最大電力点、最適動作点
Ｚ’  最大電力点、最適動作点
【図１】
2012108829.tif 000003
【図２】
2012108829.tif 000004
【図３】
2012108829.tif 000005
【図４】
2012108829.tif 000006
【図５】
2012108829.tif 000007
【図６】
2012108829.tif 000008
【図７】
2012108829.tif 000009
【図８】
2012108829.tif 000010
【図９】
2012108829.tif 000011
【図１０】
2012108829.tif 000012
【図１１】
2012108829.tif 000013