(57)【要約】      （修正有）【課題】多接合太陽電池を構成するサブセルの吸収波長のすべてに対応する光源を送電装置に設けることなく、伝送された光を受電装置の多接合太陽電池により受光し、電気エネルギーに変換する。【解決手段】電力伝送システム１は、送電装置２、受電装置３及び光伝送部４を備える。送電装置は第１〜第Ｍの波長のレーザ光を出力可能な送電用光源部２０−１〜２０−Ｍを備える。受電装置は、多接合太陽電池部３０と、第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光を出力可能な補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎと、補助光伝送部３２と、制御部３３とを備える。多接合太陽電池セル３００は、第１〜第Ｎのサブセル３００−１〜３００−Ｎを備え、制御部は、送電側からの第１〜第Ｍの波長のレーザ光が同時に照射されるとき、補助光源部が第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光を同時に出力するよう制御する。【選択図】図１
2017169369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置、受電装置、及び光伝送部を備え、
前記送電装置は、第１〜第Ｍ（Ｍは１以上の整数）の波長のレーザ光をそれぞれ出力可能な第１〜第Ｍの送電用光源部を備え、
前記受電装置は、
少なくとも１つの多接合太陽電池セルを備える多接合太陽電池部と、
前記第１〜第Ｍの波長以外の第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光をそれぞれ出力可能な第Ｍ＋１〜第Ｎ（ＮはＭよりも大きい整数）の補助光源部と、
補助光伝送部と、
制御部と、
を備え、
前記多接合太陽電池セルは、第１〜第Ｎのサブセルを備え、
前記第１〜第Ｍの波長は、第１〜第Ｍの前記サブセルの吸収波長にそれぞれ対応し、
前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長は、第Ｍ＋１〜第Ｎの前記サブセルの吸収波長にそれぞれ対応し、
前記第１〜第Ｍの送電用光源部が出力する前記第１〜第Ｍの波長のレーザ光は、前記光伝送部を介して、前記多接合太陽電池部に同時に照射可能であり、
第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光は、前記補助光伝送部を介して、前記多接合太陽電池部に同時に照射可能であり、
前記制御部は、前記第１〜第Ｍの送電用光源部が出力する前記第１〜第Ｍの波長のレーザ光が前記多接合太陽電池部に同時に照射されるとき、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光を同時に出力するように制御可能である電力伝送システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流と前記第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルの各々からの出力電流がほぼ等しくなるように、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度をそれぞれ制御可能である、
請求項１に記載の電力伝送システム。
【請求項３】
Ｍは２以上の整数であって、前記制御部は、前記第１〜第Ｍのサブセルの各々からの出力電流と、前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流がほぼ等しくなるように、第１〜第Ｍの送電用光源部が出力する前記第１〜第Ｍの波長の光の強度をそれぞれ制御するための制御信号を生成可能である、
請求項１又は２に記載の電力伝送システム。
【請求項４】
前記多接合太陽電池部が発生する電力が、前記第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部の少なくとも１つに供給可能に構成される、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
【請求項５】
前記受電装置は探査機である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
【請求項６】
電力伝送システムに用いられる受電装置であって、
少なくとも１つの多接合太陽電池セルを備える多接合太陽電池部と、
前記第１〜第Ｍ（Ｍは１以上の整数）の波長以外の第Ｍ＋１〜第Ｎ（ＮはＭよりも大きい整数）の波長の光をそれぞれ出力可能な第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部と、
補助光伝送部と、
制御部と、
を備え、
前記多接合太陽電池セルは、第１〜第Ｎのサブセルを備え、
前記第１〜第Ｍの波長は、第１〜第Ｍの前記サブセルの吸収波長にそれぞれ対応し、
前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長は、第Ｍ＋１〜第Ｎの前記サブセルの吸収波長にそれぞれ対応し、
第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光は、前記補助光伝送部を介して、前記多接合太陽電池部に同時に照射可能であり、
前記制御部は、送電側からの前記第１〜第Ｍの波長のレーザ光が前記多接合太陽電池部に同時に照射されるとき、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光を同時に出力するように制御可能である受電装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流と前記第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルの各々からの出力電流がほぼ等しくなるように、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度をそれぞれ制御可能である、
請求項６に記載の受電装置。
【請求項８】
Ｍは２以上の整数であって、前記制御部は、前記第１〜第Ｍのサブセルの各々からの出力電流と、前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流がほぼ等しくなるように、第１〜第Ｍの送電用光源部が出力する前記第１〜第Ｍの波長の光の強度をそれぞれ制御するための制御信号を生成可能である、
請求項６又は７に記載の受電装置。
【請求項９】
前記多接合太陽電池部が発生する電力が、前記第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部の少なくとも１つに供給可能に構成される、
請求項６〜８のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項１０】
前記受電装置は探査機である、
請求項６〜９のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項１１】
第１〜第Ｍ（Mは１以上の整数）の波長にそれぞれ対応する第１〜第Ｍのサブセルを含む第１〜第Ｎ（ＮはＭよりも大きい整数）のサブセルを備える多接合太陽電池セルを備える多接合太陽電池部と、前記第１〜第Ｍの波長以外の第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光をそれぞれ出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部を受電側で用いて電力を伝送する方法であって、
送電側から前記第１〜第Ｍの波長のレーザ光をそれぞれ前記多接合太陽電池部に同時に照射すると共に、前記第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部から前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光をそれぞれ前記多接合太陽電池部に同時に照射する電力伝送方法。
【請求項１２】
前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流と前記第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルの各々からの出力電流がほぼ等しくなるように、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度をそれぞれ制御する、
請求項１１に記載の電力伝送方法。
【請求項１３】
Ｍは２以上の整数であって、前記第１〜第Ｍのサブセルの各々からの出力電流と、前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流がほぼ等しくなるように、前記第１〜第Ｍの波長の光の強度をそれぞれ制御する、
請求項１１又は１２に記載の電力伝送方法。
【請求項１４】
前記多接合太陽電池部が発生する電力が、前記第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部の少なくとも１つに供給可能に構成される、
請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の電力伝送方法。
【請求項１５】
前記多接合太陽電池部が探査機に設けられている、
請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力伝送のためのシステム、受電装置、方法に関するものであり、より詳細には、多接合太陽電池を用いて光により電力の伝送を行うためのシステム、受電装置、方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
送電装置の光源から出力された光を受電装置に伝送し、伝送された光を受電装置の太陽電池により受光し、受光した光エネルギーを太陽電池により電気エネルギーに変換することによって電力を伝送するシステムが知られている（特許文献１、２、非特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−８９１２０号公報
【特許文献２】特開２００８−２４５４０４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】武田和也，外1名，“半導体レーザーによる月氷探査ローバーモデルへの１００ｍエネルギー伝送実験”，日本航空宇宙学会論文集，2003年，第51巻，第594号，pp.393-396
【非特許文献２】鈴木拓明，外3名，“JAXAにおけるレーザー方式宇宙太陽光利用システムの研究状況”，電子情報通信学会技術研究報告SPS2009-01, 2009年，pp.1-4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
太陽光は広範な波長域におよぶため、１つのバンドギャップ（吸収波長）を持つ単接合太陽電池では発電効率に限界があり、これを改善するために、バンドギャップ（吸収波長）の異なる複数の太陽電池層（サブセル）を積み重ねた多接合太陽電池が開発されている。多接合太陽電池は、通常、複数のサブセルが積層されて作られるため、複数のサブセルが直列接続されている。そのため、各サブセルにおける出力電流のうち最小のものが多接合太陽電池の出力電流となる。通常の多接合太陽電池は、太陽光の波長スペクトルにあわせて、各サブセルでの出力がほぼ等しくなるように調整されている。したがって、このような多接合太陽電池に対しては、各サブセルの吸収波長に対応する波長の光をすべて同時に照射しないと、出力電流が０となるサブセルが生じるため、多接合太陽電池から電気エネルギーを取り出すことができない。例えば、単一の単波長のレーザ光を照射しても、その波長に対応するサブセルからは出力電流が得られるものの、他のサブセルからの出力電流が０となるため、結果として電気エネルギーを取り出すことができなくなる。
【０００６】
したがって、電力の伝送効率を向上させるために、太陽電池として多接合太陽電池を採用しようとすると、送電装置に、多接合太陽電池を構成するサブセルの吸収波長のすべてに対応する光源を用意する必要があるが、多接合太陽電池を構成する複数のサブセルの吸収波長のいずれかに対して、送電用に適した光源がそもそも存在しなかったり、送電用に適した光源を送電装置に設けることが難しい場合や、送電装置に多接合太陽電池を構成するサブセルの吸収波長のすべてに対応する光源を設けることを回避したい場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、多接合太陽電池を構成するサブセルの吸収波長のすべてに対応する光源を送電装置に設けることなく、送電装置の光源から出力された光を受電装置に伝送し、伝送された光を受電装置の多接合太陽電池により受光し、受光した光エネルギーを多接合太陽電池により電気エネルギーに変換することによって電力を伝送することを可能とすることを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、送電装置、受電装置、及び光伝送部を備え、前記送電装置は、第１〜第Ｍ（Ｍは１以上の整数）の波長のレーザ光をそれぞれ出力可能な第１〜第Ｍの送電用光源部を備え、前記受電装置は、少なくとも１つの多接合太陽電池セルを備える多接合太陽電池部と、前記第１〜第Ｍの波長以外の第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光をそれぞれ出力可能な第Ｍ＋１〜第Ｎ（ＮはＭよりも大きい整数）の補助光源部と、補助光伝送部と、制御部と、を備え、前記多接合太陽電池セルは、第１〜第Ｎのサブセルを備え、前記第１〜第Ｍの波長は、第１〜第Ｍの前記サブセルの吸収波長にそれぞれ対応し、前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長は、第Ｍ＋１〜第Ｎの前記サブセルの吸収波長にそれぞれ対応し、前記第１〜第Ｍの送電用光源部が出力する前記第１〜第Ｍの波長のレーザ光は、前記光伝送部を介して、前記多接合太陽電池部に同時に照射可能であり、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光は、前記補助光伝送部を介して、前記多接合太陽電池部に同時に照射可能であり、前記制御部は、前記第１〜第Ｍの送電用光源部が出力する前記第１〜第Ｍの波長のレーザ光が前記多接合太陽電池部に同時に照射されるとき、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光を同時に出力するように制御可能である電力伝送システムを提供するものである。
【０００９】
前記制御部は、前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流と前記第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルの各々からの出力電流がほぼ等しくなるように、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度をそれぞれ制御するための制御信号を生成可能であるものとすることができる。
【００１０】
Ｍは２以上の整数であって、前記制御部は、前記第１〜第Ｍのサブセルの各々からの出力電流と、前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流がほぼ等しくなるように、第１〜第Ｍの送電用光源部が出力する前記第１〜第Ｍの波長の光の強度をそれぞれ制御可能であるものとすることができる。
【００１１】
前記多接合太陽電池部が発生する電力が、前記第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部の少なくとも１つに供給可能に構成されることができる。
【００１２】
前記受電装置は探査機とすることができる。
【００１３】
本発明の別の態様は、電力伝送システムに用いられる受電装置であって、少なくとも１つの多接合太陽電池セルを備える多接合太陽電池部と、前記第１〜第Ｍ（Ｍは１以上の整数）の波長以外の第Ｍ＋１〜第Ｎ（ＮはＭよりも大きい整数）の波長の光をそれぞれ出力可能な第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部と、補助光伝送部と、制御部と、を備え、前記多接合太陽電池セルは、第１〜第Ｎのサブセルを備え、前記第１〜第Ｍの波長は、第１〜第Ｍの前記サブセルの吸収波長にそれぞれ対応し、前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長は、第Ｍ＋１〜第Ｎの前記サブセルの吸収波長にそれぞれ対応し、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光は、前記補助光伝送部を介して、前記多接合太陽電池部に同時に照射可能であり、前記制御部は、送電側からの前記第１〜第Ｍの波長のレーザ光が前記多接合太陽電池部に同時に照射されるとき、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光を同時に出力するように制御可能である受電装置を提供するものである。
【００１４】
前記制御部は、前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流と前記第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルの各々からの出力電流がほぼ等しくなるように、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度をそれぞれ制御可能であるものとすることができる。
【００１５】
Ｍは２以上の整数であって、前記制御部は、前記第１〜第Ｍのサブセルの各々からの出力電流と、前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流がほぼ等しくなるように、第１〜第Ｍの送電用光源部が出力する前記第１〜第Ｍの波長の光の強度をそれぞれ制御可能であるものとすることができる。
【００１６】
前記多接合太陽電池部が発生する電力が、前記第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部の少なくとも１つに供給可能に構成されることができる。
【００１７】
前記受電装置は探査機とすることができる。
【００１８】
本発明の別の態様は、第１〜第Ｍ（Mは１以上の整数）の波長にそれぞれ対応する第１〜第Ｍのサブセルを含む第１〜第Ｎ（ＮはＭよりも大きい整数）のサブセルを備える多接合太陽電池セルを備える多接合太陽電池部と、前記第１〜第Ｍの波長以外の第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光をそれぞれ出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部を受電側で用いて電力を伝送する方法であって、送電側から前記第１〜第Ｍの波長のレーザ光をそれぞれ前記多接合太陽電池部に同時に照射すると共に、前記第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部から前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光をそれぞれ前記多接合太陽電池部に同時に照射する電力伝送方法を提供するものである。
【００１９】
前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流と前記第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルの各々からの出力電流がほぼ等しくなるように、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する前記第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度をそれぞれ制御することができる。
【００２０】
Ｍは２以上の整数であって、前記第１〜第Ｍのサブセルの各々からの出力電流と、前記第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流がほぼ等しくなるように、前記第１〜第Ｍの波長の光の強度をそれぞれ制御することができる。
【００２１】
前記多接合太陽電池部が発生する電力が、前記第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部の少なくとも１つに供給可能に構成されるものとすることができる。
【００２２】
前記多接合太陽電池部が探査機に設けられているものとすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る電力伝送システム、受電装置、電力伝送方法によれば、多接合太陽電池を構成するサブセルの吸収波長のすべてに対応する光源を送電装置に設けることなく、送電装置の光源から出力された光を受電装置に伝送し、伝送された光を受電装置の多接合太陽電池により受光し、受光した光エネルギーを多接合太陽電池により電気エネルギーに変換することによって電力を伝送することを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る電力伝送システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の１つの実施形態に係る電力伝送システムにおける受電装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態について説明する。
【００２６】
図１は、電力伝送システム１の構成を示す図である。また、図２は、電力伝送システム１における受電装置３の回路図である。なお、図２においては、簡単のため、多接合太陽電池部３０を１つの多接合太陽電池セル３００で代表させて記載している。
【００２７】
電力伝送システム１は、送電装置２、送電装置２とは別体の受電装置３、及び光伝送部であるレーザ光伝送部４を備える。
【００２８】
送電装置２は、第１〜第Ｍ（Ｍは１以上の整数）の送電用光源部である第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍを備える。第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍは、それぞれ第１〜第Ｍの波長のレーザ光を出力するレーザ光源とレーザ光源を駆動するレーザ光源駆動回路を備え、第１〜第Ｍ（Ｍは１以上の整数）の波長のレーザ光をそれぞれ出力可能である。そして、図示しない制御部によって、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍから第１〜第Ｍの波長のレーザ光を同時に出力することができる。レーザ光源としては、ファイバレーザ、レーザダイオード等の適切な任意のレーザ光源を用いることができる。また、送電用光源部の光源として、例えば高輝度ＬＥＤといった他の適切な任意の光源を用いることができる。送電装置２の各構成要素は、集中して配置されても分散して配置されてもよい。
【００２９】
受電装置３は、少なくとも１つの多接合太陽電池セル３００を備える多接合太陽電池部３０、第Ｍ＋１〜第Ｎ（ＮはＭよりも大きい整数）の補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎ、補助光伝送部３２、制御部３３、光センサ部３４、電源回路部３５、補助電源部３６を備える。受電装置３の各構成要素は、集中して配置されても分散して配置されてもよい。
【００３０】
第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎは、それぞれ第１〜第Ｍの波長以外の第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光をそれぞれ出力する補助光源と補助光源を駆動する補助光源駆動回路を備え、第１〜第Ｍの波長以外の第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光をそれぞれ出力可能である。補助光源としては、レーザ光源やＬＥＤ光源等の適切な任意の光源を用いることができる。
【００３１】
多接合太陽電池セル３００は、バンドギャップ（吸収波長）の異なる複数の太陽電池層（サブセル）を積み重ねたものであり、第１〜第Ｎのサブセル３００−１〜３００−Ｎを備える。例えば、２接合太陽電池セルとしては、ＩｎＧａＰ（吸収波長４００〜６００ｎｍ）のサブセルをトップ層、ＧａＡｓ（吸収波長７００〜９００ｎｍ）のサブセルをボトム層として積み重ねたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ２接合太陽電池セルがある。また、３接合太陽電池セルとしては、ＩｎＧａＰ（吸収波長４００〜６００ｎｍ）のサブセルをトップ層、ＧａＡｓ（吸収波長７００〜９００ｎｍ）のサブセルをミドル層、ＩｎＧａＡｓ（吸収波長９００〜１３００ｎｍ）のサブセルをボトム層として積み重ねたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ３接合太陽電池セルがある。この他に、４接合太陽電池セルや５接合太陽電池セルも実現されている。上述のように、多接合太陽電池セルにおいては、各サブセルが直列に接続されているので、多接合太陽電池セルに発電をさせるためには、各サブセルの吸収波長に対応する波長の光をすべて同時に照射する必要があり、また、各サブセルにおける出力電流のうち最小のものが多接合太陽電池セルの出力電流となる。
【００３２】
第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍがそれぞれ出力するレーザ光の波長である第１〜第Ｍの波長は、第１〜第Ｍのサブセル３００−１〜３００−Ｍの吸収波長にそれぞれ対応し、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎがそれぞれ出力する光の波長である第Ｍ＋１〜第Ｎの波長は、第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセル３００−（Ｍ＋１）〜３００−Ｎの吸収波長にそれぞれ対応する。例えば、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ３接合太陽電池セルを用いる場合、各サブセルの吸収波長４００〜６００ｎｍ、７００〜９００ｎｍ、９００〜１３００ｎｍのそれぞれに対応する波長の光を出力する光源を用意する必要がある。この場合、長距離伝送用のレーザ光源としては、約１０００ｎｍ、約８００ｎｍの波長のものが多く市販されているので、例えば、（１）送電装置のレーザ光源として約１０００ｎｍの波長のレーザ光源、受電装置の補助光源として波長４００〜６００ｎｍ、７００〜９００ｎｍのレーザ光源やＬＥＤ光源等の光源を用いる構成（この場合Ｍ＝１、Ｎ＝３）、（２）送電装置のレーザ光源として約８００ｎｍの波長のレーザ光源、受電装置の補助光源として波長４００〜６００ｎｍ、９００〜１３００ｎｍのレーザ光源やＬＥＤ光源等の光源を用いる構成（この場合Ｍ＝１、Ｎ＝３）、（３）送電装置のレーザ光源として約１０００ｎｍ、８００ｎｍの波長のレーザ光源、受電装置の補助光源として波長４００〜６００ｎｍのレーザ光源やＬＥＤ光源等の光源を用いる構成（この場合Ｍ＝２、Ｎ＝３）の３つの構成が考えられる。
【００３３】
レーザ光伝送部４は、送電装置２の第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍがそれぞれ出力するレーザ光を、受電装置３の多接合太陽電池部３０に照射するための機構であり、光学系等からなる。その光学系は、例えば、レーザビームの方向制御、波形制御、波面補償等のための送電装置２に設けられた光学系、及び送電装置２から送られるレーザビームを多接合太陽電池部３０に照射するための受電装置３に設けられた光学系とすることができる。また、レーザ光伝送部４は、光ファイバで構成してもよい。上述のように、送電装置２の図示しない制御部によって、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍから第１〜第Ｍの波長のレーザ光を同時に出力することができるので、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長のレーザ光は、レーザ光伝送部４を介して、多接合太陽電池部３０に同時に照射可能である。
【００３４】
補助光伝送部３２は、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎがそれぞれ出力する光を多接合太陽電池部３０に照射するための機構であり、光学系等からなる。
【００３５】
電源回路部３５には、多接合太陽電池部３０、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎ、制御部３３、光センサ部３４、補助電源部３６が接続される。多接合太陽電池部３０によって発生された電力、補助電源部３６からの電力が電源回路部３５に供給され、電源回路部３５から第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎ、制御部３３、光センサ部３４、その他の図示しない負荷に電力が供給される。
【００３６】
光センサ部３４は、多接合太陽電池部３０の受光面や受光面近傍の適切な場所に設けられ、レーザ光伝送部４を介して送られた、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長のレーザ光の強度と第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度を測定することができる。
【００３７】
補助電源部３６は、２次電池を備え、多接合太陽電池部３０が発電した電力によって充電されることができる。補助電源部３６は、２次電池以外の他の適切な任意の電源や、２次電池以外の他の適切な任意の電源と２次電池との組み合わせとすることができる。
【００３８】
制御部３３は、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長のレーザ光が多接合太陽電池部３０に同時に照射されるとき、電源回路部３５から第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎに電力が供給されるように電源回路部３５を制御し、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎの各補助光源駆動回路を駆動させ、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光を同時に出力するように制御することができる。よって、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光は、補助光伝送部３２を介して、多接合太陽電池部３０に同時に照射可能である。このような制御が行われると、第１〜第Ｎのサブセルのすべてのサブセルに対応する波長の光が照射されるので、多接合太陽電池部３０で発電が行われる。
【００３９】
ここで、上述のように多接合太陽電池セルに発電をさせるためには、各サブセルの吸収波長に対応する波長の光をすべて同時に照射する必要がある。そこで、受光した第１〜第Ｍの波長のレーザ光により発電される単位時間当たりの全エネルギーが、受電装置３で消費される単位時間当たりのエネルギーよりも大きいように予め設定しておき、制御部３３は、最初は補助電源部３６から第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎに電力が供給されるように電源回路部３５を制御し、それによって、多接合太陽電池部３０において発電が行われるようになると、次いで多接合太陽電池部３０から第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎに電力が供給されるように電源回路部３５を制御する。
【００４０】
多接合太陽電池部３０が発生する電力は、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部のすべてに供給される構成に換えて、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部の少なくとも１つに供給可能な構成とし、その他の補助光源部には、例えば補助電源部３６から電力を供給可能な構成としてもよい。
【００４１】
また、制御部３３は、第１〜第Ｍのサブセルからの出力電流のうちの最小の出力電流と第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルの各々からの出力電流がほぼ等しくなるように、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部が出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度をそれぞれ制御することができる。
【００４２】
多接合太陽電池セル３００の第ｊのサブセルが発生する電流ijは、Ijを第ｊの波長の光の強度、kjを第ｊのサブセルの光電変換係数とすると、
ij=kjIj  （１）
と表すことができる。制御部３３は、光センサ部３４が測定した第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長のレーザ光の強度I1〜IMと式（１）に基づいて、第１〜第Ｍのサブセルが発生する電流i1〜iMのうちの最小の電流i0を求める。そして、制御部３３は、光センサ部３４が測定した第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−Ｍ＋１〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度IM+1〜INと式（１）に基づいて、第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルが発生する電流iM+1〜iNの各々と、電流i1〜iMのうちの最小の電流i0がほぼ等しくなるように、各補助光源駆動回路を介して第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度を制御することができる。
【００４３】
これに換えて、第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルが発生する電流iM+1〜iNの各々と、電流i1〜iMのうちの最小の電流i0がほぼ等しくなるように、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度を制御してもよい。すなわち、最初に、制御部３３は、各補助光源駆動回路を介して、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度を、それぞれ、第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルが発生する電流が第１〜第Ｍのサブセルが発生する電流i1〜iMのうちの最小の電流i0よりも大きくなるような所定の強度（例えば、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎがそれぞれ出力可能な最大の強度）とする。このとき、多接合太陽電池セル３００の出力電流はi0である。次いで、制御部３３は、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎのうちの１つの補助光源部の補助光源駆動回路を介して、その補助光源部が出力する光の強度を、多接合太陽電池セル３００の出力電流が有意に下回らなくなるまで減少させる。この操作を第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎのすべてについてそれぞれ行う。本構成によれば、光センサ部３４を設けることなく、多接合太陽電池セル３００の出力電流を計測することによって、第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルが発生する電流iM+1〜iNの各々と、電流i1〜iMのうちの最小の電流i0がほぼ等しくなるように、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度を制御することができる。
【００４４】
上述のように、各サブセルにおける出力電流のうち最小のものが多接合太陽電池セルの出力電流となるので、多接合太陽電池セル３００全体で発生する電流ｉは、
i=min(k1I1,・・・,kMIM,kM+1IM+1,・・・,kNIN)  （２）
と表すことができる。すなわち、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍからの第１〜第Ｍの波長のレーザ光によって第１〜第Ｍのサブセルが発生する電流i1〜iMのうちの最小の電流i0よりも大きい電流を各サブセルに発生させるような強度の光を照射することは無駄である一方、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎからの第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光によって第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルが発生する電流iM+1〜iNがi0を下回ると、その分だけ、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍからの第１〜第Ｍの波長のレーザ光から伝送されるエネルギーを無駄にしてしまうことになる。そこで、上記のような制御を行うことにより、送電側から伝送される光エネルギーを無駄にせず、且つ補助光源部において無駄なエネルギーを消費することを回避することができる。
【００４５】
更に、Ｍが２以上の場合、制御部３３は、光センサ部３４が測定した第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長のレーザ光の強度I1〜IMと式（１）に基づいて、第１〜第Ｍのサブセルが発生する電流i1〜iMの各々と、電流i1〜iMのうちの最小の電流i0がほぼ等しくなるように、各レーザ光源駆動回路を介して第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長の光の強度を制御するための制御信号を生成し、送電装置２に送信することができる。このような制御を行うことにより、更にレーザ光源部において無駄なエネルギーを消費することを回避することができる。このような制御を行うことに換えて又は加えて、予め把握されている、第１〜第Ｍのサブセルの各々の特性やレーザ光伝送部４の特性に基づいて、第１〜第Ｍのサブセルが発生する電流i1〜iMの各々がほぼ等しくなるように、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長のレーザ光の強度I1〜IMを設定してもよいことはもちろんである。
【００４６】
続いて、本実施形態の電力伝送システムの動作について説明する。
【００４７】
まず、送電装置２の図示しない制御部によって、送電装置２の第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍから第１〜第Ｍの波長のレーザ光が同時に出力され、レーザ光伝送部４を介して、多接合太陽電池部３０に同時に照射される。一方、受電装置３の制御部３３は、補助電源部３６から第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎに電力が供給されるように電源回路部３５を制御し、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎの各補助光源駆動回路を駆動させ、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎから第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光が同時に出力されるように制御する。これによって、第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光が、補助光伝送部３２を介して、多接合太陽電池部３０に同時に照射され、多接合太陽電池部３０において発電が行われるようになると、次いで制御部３３は、多接合太陽電池部３０から第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎに電力が供給されるように電源回路部３５を制御し、以降は補助電源部３６からの電力供給を必要とすることなく、多接合太陽電池部３０は発電を続ける。
【００４８】
第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎから第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光を同時に出力するタイミングは、第１〜第Ｍの波長のレーザ光と第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光が同時に多接合太陽電池部３０に照射されることになるのであれば、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍから第１〜第Ｍの波長のレーザ光を同時に出力するタイミングの前でも後でも同時でもよい。第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎから第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光を同時に出力するタイミングを、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍから第１〜第Ｍの波長のレーザ光を同時に出力するタイミングと同時とすれば、無駄なエネルギーを消費することを回避することができる。
【００４９】
制御部３３は、光センサ部３４が測定した第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長のレーザ光の強度I1〜IMと式（１）に基づいて、第１〜第Ｍのサブセルが発生する電流i1〜iMのうちの最小の電流i0を求め、光センサ部３４が測定した第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度IM+1〜INと式（１）に基づいて、第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルが発生する電流iM+1〜iNの各々と、電流i1〜iMのうちの最小の電流i0がほぼ等しくなるように、各補助光源駆動回路を介して第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度を制御してもよい。
【００５０】
これに換えて、第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルが発生する電流iM+1〜iNの各々と、電流i1〜iMのうちの最小の電流i0がほぼ等しくなるように、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度を制御してもよい。すなわち、最初に、制御部３３は、各補助光源駆動回路を介して、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎが出力する第Ｍ＋１〜第Ｎの波長の光の強度を、それぞれ、第Ｍ＋１〜第Ｎのサブセルが発生する電流が第１〜第Ｍのサブセルが発生する電流i1〜iMのうちの最小の電流i0よりも大きくなるような所定の強度（例えば、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎがそれぞれ出力可能な最大の強度）とする。このとき、多接合太陽電池セル３００の出力電流はi0である。次いで、制御部３３は、第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎのうちの１つの補助光源部の補助光源駆動回路を介して、その補助光源部が出力する光の強度を、多接合太陽電池セル３００の出力電流が有意に下回らなくなるまで減少させる。この操作を第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎのすべてについてそれぞれ行う。
【００５１】
Ｍが２以上の場合、制御部３３は、光センサ部３４が測定した第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長のレーザ光の強度I1〜IMと式（１）に基づいて、第１〜第Ｍのサブセルが発生する電流i1〜iMの各々と、電流i1〜iMのうちの最小の電流i0がほぼ等しくなるように、各レーザ光源駆動回路を介して第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長の光の強度を制御するための制御信号を生成し、送電装置２に送信してもよい。このような制御を行うことに換えて又は加えて、予め把握されている、第１〜第Ｍのサブセルの各々の特性やレーザ光伝送部４の特性に基づいて、第１〜第Ｍのサブセルが発生する電流i1〜iMの各々がほぼ等しくなるように、第１〜第Ｍのレーザ光源部２０−１〜２０−Ｍが出力する第１〜第Ｍの波長のレーザ光の強度I1〜IMを設定してもよいことはもちろんである。
【００５２】
上記実施形態を宇宙探査における母船（着陸機）から探査ローバへの電力伝送に適用した場合、すなわち、送電装置２が母船で受電装置３が探査ローバとした場合、以下のような効果が得られる。すなわち、現在、宇宙探査においては、太陽光エネルギーを太陽電池により電気エネルギーに変換して使用しているが、月や火星の表面探査においては、夜や日影の領域が存在する。例えば月の極域の探査を行う場合、高台は比較的日照期間が長い（半年程度昼間が続く）のに対して、探査したい領域（水氷などの揮発性物質の存在する場所）はクレータの底などの日照の短い領域である。そのため、主に原子力エネルギーが使われているが、原子力エネルギーは被曝などの点で管理が重要であり、コスト高になっている。そこで、レーザ送光機を搭載した母船を日照条件の良い場所に着陸させ、そこから日陰領域を探査する探査ローバに電力を送ることができれば、探査活動を効率的に行うことが可能となる。探査ローバは、昼間の時間、あるいは日照のある領域での活動のために、太陽電池を搭載しているが、本実施形態を適用すれば、探査ローバに、その太陽電池とは別のレーザ無線電力伝送専用の光電変換装置を搭載することなく、探査ローバに搭載する太陽電池を発電効率のよい多接合太陽電池とするとともにレーザ無線電力伝送にも用いることを可能とすることができる。また、太陽光入力とレーザ光入力の場合で太陽電池以降の電源系の構成が全く同じであるため、地上試験の工数が減り、信頼性を向上させることができる。
【００５３】
以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施例に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。
【符号の説明】
【００５４】
１  電力伝送システム
２  送電装置
２０−１〜２０−Ｍ  第１〜第Ｍのレーザ光源部
３  受電装置
３０  多接合太陽電池部
３００  多接合太陽電池セル
３００−１〜３００−Ｎ  第１〜第Ｎのサブセル
３１−（Ｍ＋１）〜３１−Ｎ  第Ｍ＋１〜第Ｎの補助光源部
３２  補助光伝送部
３３  制御部
３４  光センサ部
３５  電源回路部
３６  補助電源部
４  レーザ光伝送部
【図１】
2017169369.tif 000003
【図２】
2017169369.tif 000004