(57)【要約】光起電セルから交流（ａ／ｃ）を直接的に発生させる装置、システム及び方法を提供する。光起電セルのペアを逆並列に接続してａ／ｃ接続部を形成した光起電セルアレイを利用する。光起電セルペアの露光及び遮光を機械的に緩やかに行うことで、ａ／ｃ接続部に交流電気を発生させる。２つのソーラセルを緩やかに及び交互に露光及び遮光することにより、ａ／ｃ接続部における電気の振幅と極性を緩やかに上昇及び下降させて交流電気を生成する。この緩やかで交互の露光及び遮光は、アレイ上に配置されるセグメントディスクを回転させてソーラセルを機械的に遮蔽及び露出させることにより達成される。
2012503891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電気を発生させる装置であって、
ベースと、
前記ベースに支持される複数のソーラセルペアであって、前記各ソーラセルペアが逆並列に接続されてａ／ｃ接続部が定められ、これら複数のソーラセルが前記ａ／ｃ接続部を介して互いに接続されており、前記ａ／ｃ接続部の接続が当該ａ／ｃ接続部の接続の一方の半分としての第１のａ／ｃ出力端子及び当該ａ／ｃ接続部の接続の他方の半分としての第２のａ／ｃ出力端子を定める、前記複数のソーラセルペアと、
前記ベースに支持されるモータと、
前記モータに接続され当該モータにより回転するディスクであって、前記ディスクは連続する開口部及びつなぎ部を定める空間的に離れた複数の切り欠きを有し、前記ディスクが前記複数のソーラセルペア上に位置し、前記モータによる前記ディスクの回転が前記複数のソーラセルペア上で前記開口部及びつなぎ部を交互に巡回させる、前記ディスクと、
を備え、ここで前記第１及び第２のａ／ｃ出力端子に交流電気が発生する装置。
【請求項２】
前記モータは直流モータを備える、請求項１の装置。
【請求項３】
前記モータはモータソーラセルにより動作される、請求項２の装置。
【請求項４】
前記複数のソーラセルペアは、単相の交流電気を供給するように接続される、請求項１の装置。
【請求項５】
前記複数のソーラセルペアは、三相の交流電気を供給するように接続される、請求項１の装置。
【請求項６】
前記第１及び第２のａ／ｃ出力端子に発生する交流電気の位相を参照位相に調整するように動作可能な位相同調器を更に備える、請求項１の装置。
【請求項７】
前記位相同調器は、回転する前記ディスクの位相を測定するためのフォトトランジスタを利用する、請求項６の装置。
【請求項８】
交流発電機であって、
ベースと、
前記ベースに支持されるモータと、
逆並列に接続される第１及び第２のソーラセルで形成され２つの端子ａ／ｃ接続部を形成する複数のソーラセルペアであって、前記ソーラセルペアがそれら２つの端子ａ／ｃ接続部を介して互いに接続されることにより第１のａ／ｃ電気出力端子及び第２のａ／ｃ電気出力端子を定める、前記複数のソーラセルペアと、
前記モータにより回転するディスクであって、前記ディスクは環状の連なりを有する開口部及びつなぎ部を定める空間的に離れた複数の切り欠きを有し、前記開口部は太陽光の通過を許容するが前記つなぎ部は太陽光の通過を禁止し、前記ディスクは、回転しながら、前記環状の連なりを有する開口部及びつなぎ部が前記複数のソーラセルペアの各ペアの前記第１及び第２のソーラセルを交互に緩やかに露光しそして遮光するように位置する、前記ディスクと、
を備え、前記第１及び第２のａ／ｃ電気出力端子に交流電気を生成する、交流発電機。
【請求項９】
前記モータを駆動するように接続されるソーラセルを更に備える、請求項８の交流発電機。
【請求項１０】
前記複数のソーラセルペアは、単相の交流電気を供給するように接続される、請求項９の交流発電機。
【請求項１１】
前記複数のソーラセルペアは、三相の交流電気を供給するように接続される、請求項９の交流発電機。
【請求項１２】
前記第１及び第２のａ／ｃ電気出力端子に発生する交流電気の位相を参照位相に調整するように動作可能な位相同調器を更に備える、請求項８の交流発電機。
【請求項１３】
前記位相同調器は、前記ディスクの前記開口部及びつなぎ部が連結される、回転する当該ディスクの位相を測定するためのフォトトランジスタを利用する、請求項１２の交流発電機。
【請求項１４】
複数の前記第１及び第２のソーラセルは、環状のパターンで前記ベースに支持される、請求項８の交流発電機。
【請求項１５】
前記第１及び第２のソーラセルの前記環状のパターンは、前記ディスクの前記開口部及びつなぎ部の前記環状の連なりに一致する、請求項１４の交流発電機。
【請求項１６】
交流電気を発生させる方法であって、
第１及び第２のソーラセルの複数のペアを提供するステップであって、前記第１及び第２のソーラセルが逆並列に接続されて２つの端子ａ／ｃ接続部を形成し、各ａ／ｃ接続部が互いに接続されて第１及び第２のａ／ｃ電気出力端子を形成するステップと、
前記第１及び第２のソーラセルの１つをそれぞれ交互に緩やかに露光及び遮光して、前記第１及び第２のａ／ｃ電気出力端子に交流電気を生成するステップと、
を備える方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２のソーラセルは、ベースに環状に位置する、請求項１６の方法。
【請求項１８】
各ソーラセルペアの第１及び第２のセルが前記ベースにおいて互いに隣接する、請求項１７の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この特許出願は、２００８年９月２４日に出願された発明の名称「Tow or Three Phase Solar Alternator With 50-60 Cycle Phase Synchronizer」の米国仮特許出願第６１／１９４，１１４号に対する優先権を主張するものであり、ここではその全ての内容が引用によって具体的に組み入れられる。
【０００２】
本発明は、光起電工学（すなわち、実用的な発電における光起電セルの応用に関する技術及び研究）に関し、より詳細には、光起電セルから交流電気を発生させる装置、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
地球規模の気候変動が進行するなか、クリーンで再生可能なエネルギーの需要及びニーズが高まってきている。毎年大気中へ放出される二酸化炭素のうちの５０％以上が石炭からの発電による。また石炭その他の化石燃料は、いずれ使い果たされるであろう。水力発電は十分な水資源がある場所に制限される。核エネルギーによる発電は、核廃棄物を生じるという欠点がある。しかしながら、クリーンで再生可能なエネルギーのひとつとして、ソーラエネルギー又は太陽光がある。ソーラエネルギーは、地球上のすべての地域を照らすことができる安定したクリーンエネルギー資源である。
【０００４】
ソーラエネルギー又は太陽光は、光起電セルによって電気に変換することができる。ソーラセル（太陽電池）として知られる光起電セルは、太陽光を捉え、そして電気に変換する。ソーラセルは、太陽光を吸収するシリコンのような半導電性材料（半導体）から作られ、これはソーラセルを介して電流を生じさせる。半導体の特性により、ソーラセルの正極及び負極が静的となり、ソーラセルからの電子の流れが一方向的（すなわち、電気が一方向においてのみ流れること）となる。したがって、すべての光起電セルがそうであるように、ソーラセルは直流（ｄ／ｃ）電気のみを生じさせる。直流電気における問題は、任意相当の距離の伝送が困難であり、そのことで利用が制限されている。したがって、交流電気のほうが直流電気よりも使い勝手がよい。また、ほとんどの電気機器が交流（ａ／ｃ）電気を利用している。
【０００５】
光起電セル又はソーラセルから好適に交流電気を提供するために、様々な先行技術が試みられている。例えば、１９７８年２月２１日にバトラーに特許された米国特許第４，０７５，０３４号（以下、「バトラー」）は、複数の重み付けされた光起電セグメントで形成される光起電セルバンクアレイを用いることにより、ソーラエネルギーから振幅が変動する交流波形を直接的に生成するソーラコンバータを提供する。高速で回転しそして光を集中させる凹状の多面ミラーが、光起電バンクの重み付けされたセグメント上に光を供給し及び通過させることにより、セグメント毎にスキャンされるセルの数に比例する出力が瞬時に生成される。疑似的な交流（ａ／ｃ）波形が適宜に配列される光起電セグメントによって生成される。バトラーの疑似的ａ／ｃ波形及び高速回転ミラーによる疑似的ａ／ｃ波形を生成するその脆弱な手段（ガラスミラー）は、有効とはいえない。また、バトラーによれば、より大きな電圧／振幅に変更することが容易でないし、メンテナンス性も比較的良くない。
【０００６】
２００５年２月１７日に発行されたラビノビッチによる米国特許公報第２００５／００３４７５０号（以下、「ラビノビッチ」）において、動的にスピンする小型ミラーの連動群を用いることにより、太陽からの光線を集中させ及び変調して光起電コレクタアレイに供給するソーラセル交流発電機が提供される。焦点が合い及び重ね合わされるこのスピン動作により、単相及び多相の交流電気が生成される。ラビノビッチの問題もまた、ガラスミラーが使用され、これら小型ミラーの焦点合わせが必要であり、高速スピンの維持が効率的でない。
【０００７】
２００４年８月１０日にフォードに特許された米国特許第６，７７４，２９９号（以下、「フォード」）において、光起電セルの回転分割アレイを用いたソーラ交流発電機が提供される。適用される負荷に電流を伝送するため、ブラシ及びワイヤ接点が備えられる。フォードの欠点は、交流電気を発生させるためにブラシ及びワイヤ接点を必要とすることである。また、フォードの回転する光起電セルのベーンは効率的でない。
【０００８】
１９８８年３月１日にアンソニーに特許された米国特許第４，７２８，８７８号（以下、「アンソニー」）において、電力変換せずに環境光から交流を直接的に発生させる宇宙船のためのソーラエネルギー発電システムが提供される。変動する直流（ｄ／ｃ）電気を生成するために、光セルアレイへの入射光が機械的に又は電気的に開閉される。変動するｄ／ｃ電流を交流（ａ／ｃ）に変換するための数多くの変換装置が備えられる。出力電圧パルスの変動する周波数及びデューティサイクルを通して、ある参照値に対し周波数及び位相が制御される。しかし、アンソニーのソーラエネルギー発電システムでは、機械的な開閉が矩形波を生成し、これによって供給する交流の波形が条件付けされてしまう。
【０００９】
最後に、１９８６年３月１８日にシュッテンらに特許された米国特許第４，５７７，０５２号（以下、「シュッテン」）において、一対の主端子間に逆並列に接続されたソーラセル（Ｐ／Ｎ接合部）による交流ソーラセルが提供される。Ｐ／Ｎ接合部には、光線を分割しそして分割した光線をＰ／Ｎ接合部に入力するミラーシステムによって、光が交互に供給される。
【００１０】
以上より明らかなのは、光起電セル又はソーラセルから直接的に交流電気を発生させる先行技術の装置は、複雑であって、構築及び維持が困難であり、そして生成されるａ／ｃ電流を小規模及び大規模のものに適切にスケーリングすることができないことである。
【００１１】
以上に鑑みて、簡素、効率的並びに電圧及び／又は電流を容易にスケーリング可能な単相又は多相のａ／ｃ電気を生成する、ソーラパワー交流（ａ／ｃ）発電機、システム及び方法が望まれている。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、光起電セルから直接的に交流電気を発生させるシステム、装置及び方法である。このシステム、装置及び方法は、逆並列に接続される光起電セルペアに太陽光を機械的に緩やかに露光及び遮光することにより、ソーラセルペアのａ／ｃ接続部で交流電気を発生させる。各ソーラセルペアの２つの逆並列に接続されるソーラセルに対して緩やかにそして交互に露光及び遮光することにより、ａ／ｃ接続部における電気の振幅と極性を緩やかに上昇及び下降させて交流電気を生成する。この２つの逆並列に接続されるソーラセルの緩やか、交互の露光及び遮光は、ソーラセルペアを機械的に遮蔽しそして露出させることにより達成される。
【００１３】
詳細には、逆並列に接続されるソーラセルペアの一方のソーラセルで、そのソーラセル発電領域の０％露光（１００％遮光）からソーラセル発電領域の１００％露光（０％遮光）に太陽光の緩やかな露光が進行する間、このソーラセルペアの他方のソーラセルで、０％遮光（１００％露光）から１００％遮光（０％露光）に緩やかな遮光が進行する。それぞれ逆並列に接続されるソーラセルペアの各ソーラセルに対するこのような緩やか、交互の露光及び遮光は周期的である。この露光及び遮光の速度が周波数を定める。
【００１４】
ひとつの形態として、ソーラセルペアに適合される回転ディスクは、回転しながらソーラセルペアを交互に露光及び遮光するため、空間的に離れた複数の開口を有し、各開口の間にカバーリング（遮光部）が形成される。直流モータは、このセグメントディスクを回転するのに利用される。モータは別のソーラセルで駆動されることが好ましい。
【００１５】
本発明は、所望の交流周波数を維持するための位相同調器を更に備える。この位相同調器は、セグメントディスクの回転を制御するモータを制御する。
【００１６】
本発明は、ソーラエネルギーを住居用及び／又は商業利用のための実現可能でコスト効率が良く環境フレンドリーな選択肢に加える。本発明は、ソーラセルａ／ｃ発電機の適切なスケーリング及び／又はこれらの複数の使用を通して、微小規模、小規模又は大規模の利用が可能である。ソーラセルａ／ｃ発電機アレイは、今日の平均的な発電プラントと同等の電力を容易に生成することができ、運動場や学校の近く又はいかなる都市環境に設置されても十分に環境フレンドリーである。大規模ソーラセルａ／ｃ発電機アレイは、世界の最も遠い場所においてすら設置を容易とすることができる。本発明は、他の電力形態のニーズを減少させる。更には、本ソーラセルａ／ｃ発電機は、場所を問わずに設置でき利用することができる。
【００１７】
したがって、本発明の目的は、コスト効率が良く簡素な手段でソーラセルから特定の周波数及び単相又は三相の交流電気を生成することである。
【００１８】
上述の及び他の特徴、本発明の有利性と目的及びそれらを解決する手段は、添付される図面とともに以下の発明の実施形態の説明が参照されることにより明らかにされ、そして発明そのものがより理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の原理に従って具体化された光起電交流（ａ／ｃ）発電機の斜視図である。
【図２】図１の他の側のより低い位置からみた光起電ａ／ｃ発電機の斜視図である。
【図３】図１の光起電ａ／ｃ発電機の回転ディスクを取り除いた状態での斜視図である。
【図４】図１の光起電ａ／ｃ発電機の回転ディスクの斜視図である。
【図５】図１の光起電ａ／ｃ発電機の下側接続部の概略図である。
【図６】図１の光起電ａ／ｃ発電機に用いられる光起電セルペアの逆並列接続を示す図である。
【図７】図１の光起電ａ／ｃ発電機に用いることができる代表的な光起電セルペアアレイの並列接続を示す図である。
【図８Ａ】図１の光起電ａ／ｃ発電機の光起電セルペアアレイの１つの光起電セルペアからａ／ｃ電気を発生する方法を示す代表的な連続図における第１の図である。
【図８Ｂ】図１の光起電ａ／ｃ発電機の光起電セルペアアレイの１つの光起電セルペアからａ／ｃ電気を発生する方法を示す代表的な連続図における第２の図である。
【図８Ｃ】図１の光起電ａ／ｃ発電機の光起電セルペアアレイの１つの光起電セルペアからａ／ｃ電気を発生する方法を示す代表的な連続図における第３の図である。
【図８Ｄ】図１の光起電ａ／ｃ発電機の光起電セルペアアレイの１つの光起電セルペアからａ／ｃ電気を発生する方法を示す代表的な連続図における第４の図である。
【図８Ｅ】図１の光起電ａ／ｃ発電機の光起電セルペアアレイの１つの光起電セルペアからａ／ｃ電気を発生する方法を示す代表的な連続図における第５の図である。
【図９】図１の光起電ａ／ｃ発電機に用いられる代表的な位相同調器の線図である。
【図１０】図１の光起電ａ／ｃ発電機の位相同調器の代表的な実施形態のロジック図を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
いくつかの図を通して似通った参照符号は、同一又は類似の構成部分を指し示す。
【００２１】
これらの図に描かれた要素の特徴、機能及び／又は構成の詳細な説明をこれから行う。図の要素の特徴の全てが必ずしも記載されていないことを認識すべきである。これら記載されない特徴のいくつかは、記載がされるものと同様に図から固有のものである。記載されない他の特徴は、要素の幾何学上及び／又は構成において固有のものである。
【００２２】
図１から図５を参照し、これらには、概して１０が付され、本発明の原理に従って具体化される光起電交流（ａ／ｃ）発電機の代表的な実施形態の様々な図が描かれる。光起電ａ／ｃ発電機１０は、ソーラセルａ／ｃ発電機１０が実施形態とされるが、本発明の原理に従って具体化される光起電ａ／ｃ発電機は、ソーラセルよりもむしろ光起電セルが用いられるであろう。
【００２３】
ソーラセルａ／ｃ発電機１０は、種々の要素部品を支持するベース、フレーム又はその他の取付構造体（「ベース１２」）を有している。ベース１２は、木材、プラスチック又はその他の適当な材料であって、必須ではないが非導電材料であることが好ましい。ベース１２は、箱又は箱状の構造体として示されるが、基体、基板又はその他の適当な取付又は支持構造体でもよい。ベース１２は、ディスク１５と複数の光起電又はソーラセル２０（以下、「ソーラセル２０」）とで形成される交流（ａ／ｃ）電気生成部１４を含む。図３に最もよく示されるように、複数のソーラセル２０は、略環状のアレイ２１としてベース１２の上面１３に配列される。本原理においては環状ということよりもむしろアレイが用いられることを認識すべきである。また、ソーラセル２０は矩形状に示されるが、ソーラセル２０の寸法及び形状は、切頭円錐形状、三角形状、多角形状又は直方形状のような他のものでもよい。
【００２４】
図４に最もよく示されるように、太陽光を遮断する材料で作られる略平坦なボディを有するディスク１５は、使用時（例えば図１及び図２参照）にソーラセルアレイ２１上で拡張するようにソーラセルアレイ２１の略外周を囲んでいる。ディスク１５はまた、反りを抑え又は反りが生じにくい軽量の材料から作られることが好ましい。ディスク１５は、材料本来の性質により、若しくはコーティング、フィルム又は塗料などを介して光反射性を有することが好ましい。ディスク１５は、必要ならば部分的に光反射性を有し又は有さないものでも良いことを認識すべきである。ディスク１５には、複数の切り欠き、開口、窓など１６（「切り欠き１６」）が形成される。切り欠き１６の寸法及び形状は、ソーラセル２０の寸法及び形状に一致し、特に切り欠き１６がソーラセル２０に位置するときに太陽光に対するソーラセル２０の全露光が許容されるような寸法及び形状とされる。切り欠き１６は、複数のカバー、カバーリング、ブロックなど１８（「カバーリング１８」）を定める位置及び間隔をおいて設けられる。カバーリング１８は、このカバーリングがソーラセル２０上に位置するときにソーラセル２０を完全にカバー又はブロックする寸法及び形状とされる。
【００２５】
切り欠き１６及びカバーリング１８は、ディスク１５において交互に放射状に位置している。切り欠き１６の数はソーラセル２０の数の１／２に一致し、それゆえカバーリング１８の数はソーラセル２０の数の１／２に一致する。したがってディスク１５がフレーム１２においてソーラセルアレイ２１上にあるときには、切り欠き１６とカバーリング１８はソーラセルアレイの全領域の１／２を露光し、ソーラセルアレイの全領域の１／２を遮光する。ディスク１５がソーラセル２０のアレイ２１上を回転するのに従って、切り欠き１６及びカバーリング１８は、連続的に緩やかにソーラセルのアレイを露光及び遮光する。
【００２６】
ディスク１５は、ベース１２に支持される直流モータ２６（例えば図３参照）によってソーラセルアレイ２１上を回転する。回転は時計回り又は反時計回りの何れでもよい。ディスク１５の反時計回りの回転が曲線状の矢印により図に表示される。モータ２６は、モータコネクション４４（図５参照）を介して位相同調器４０に接続される。位相同調器４０は、モータ２６に対し、ディスク１５の回転速度を変化させるための制御／制御信号の供給を行う。ディスク１５の回転速度は、ソーラセルａ／ｃ発電機１０からの最終的な交流周波数を定める。加えて位相同調器４０は、予め定められる位相又は位相値（例えば６０Ｈｚ）に対する最終的なａ／ｃ電気の位相を定め、もし必要であればモータ２６の速度を上げ下げする。
【００２７】
モータ２６は、常に太陽光に対し連続的に露光されるベース１２上の位置に設けられる光起電（ソーラ）セル２２によって駆動される。図５に最もよく描かれているように、ソーラセル２２は、モータ２６と、ディスク１５を回転させるモータ２６を適切に動作させるための位相同調器４０のモータ制御装置と、に対して適切な電圧及び電流を供給するためにコネクタ２３を介して接続される。必要であるならば再充電可能なバッテリ２８を位相同調器４０に接続し、ソーラセル２２からのエネルギーを充電してモータ２６に始動エネルギーを供給してもよい。
【００２８】
ソーラセルａ／ｃ発電機１０は、ソーラセルａ／ｃ発電機１０を動作可能又は動作不可能にする電源オン／オフスイッチ１１を含んでよい。それの代わりに又はそれに加えて、ソーラセルａ／ｃ発電機１０は、太陽光が存在するときにソーラセルａ／ｃ発電機１０をオンさせる光センサ４２（図５に示される）を含んでよい。他の構成が用いられてもよい。
【００２９】
図１と図２から分かるように、ディスク１５が回転することで、切り欠き１６及びカバーリング１８が隣接するソーラセル２０を交互に露光し遮光することとなる。ソーラセル２０の露光及び遮光（ディスク１５の回転速度）が速いほど、生成されるａ／ｃ電気の周波数が高くなる。ソーラセル２０の露光及び遮光（ディスク１５の回転速度）が遅いほど、生成されるａ／ｃ電気の周波数が低くなる。ソーラセル２０は逆並列（並列に接続される素子の極性又は特性が互いに逆であること）に結線され、ソーラセルペアが交互に緩やかに露光及び遮光されるために、ソーラセルペアのａ／ｃ接続部の間に交流が発生する。別の言い方をするならば、ソーラセルペアの１００％の全ソーラセル領域は、ソーラセルペアの一方のソーラセルがその全領域の５０％を占め、他方のソーラセルがその全領域の他の５０％を占める。逆並列に接続されるソーラセルペアのこの一方のソーラセルで、そのソーラセル発電領域の０％露光（１００％遮光）からソーラセル発電領域の１００％露光（０％遮光）に太陽光の緩やかな露光が進行し、このソーラセルペアの他方のソーラセルで、０％遮光（１００％露光）から１００％遮光（０％露光）に緩やかな遮光が進行する。それぞれ逆並列に接続されるソーラセルペアの各ソーラセルに対するこのような緩やかで交互の露光及び遮光は周期的である。
【００３０】
この周期的な連続動作（シーケンス）が図８Ａから８Ｅにかけて図示される。図８Ａから８Ｅは、ソーラセルペアの２つのソーラセルが交互に緩やかに露光及び遮光されてａ／ｃ波形を生成する方法を表示する。本発明の原理は、図８Ａから８Ｅのように互いに逆向きか、又は図３のように互いに隣接するかに関わらず、ソーラセルペアの任意の接続構成に適用できる。
【００３１】
図８Ａは、このシーケンスの任意に定めた開始であり、そこにはソーラセルペアの出力端子ＡＯＵＴ及びＢＯＵＴにおいて負の振幅がピークとなる負電流が示される。図８Ａにおいて、ソーラセルペアのソーラセル２０Ｂは１００％露光（０％遮光）される一方で、ソーラセル２０Ａは０％露光（１００％遮光）される。詳細には、切り欠き１６がソーラセル２０Ｂの真上にあるためソーラセル２０Ｂを完全に露光し、これと同時にカバーリング１８がソーラセル２０Ａの真上にあるためソーラセル２０Ａを完全に遮光（カバーリング又はブロッキング）する。したがって電流ポイントｉ８Ａとして図８Ａのグラフに示される負のピーク電流が出力端子ＡＯＵＴ及びＢＯＵＴにおいて供給される。このシーケンスの図８Ｂにおいて、ソーラセル２０Ｂを全体的に露光していた開口１６がこの時点でソーラセル２０Ｂの領域の１／２だけ露光（及び／又は１／２の遮光）し、ソーラセル２０Ａを全体的に遮光していたカバーリング１８がこの時点でソーラセル２０Ａの領域の１／２だけ遮光（及び／又は１／２の露光）するように、回転ディスク１５が僅かに反時計回りに移動している。電流ポイントｉ８Ｂとして図８Ｂのグラフに示されるように、出力端子ＡＯＵＴ及びＢＯＵＴにおいてはゼロ（０）電流の結果となる。図８Ａで示される位置から図８Ｂで示される位置へのディスク１５の回転動作は、上述したようにソーラセルを緩やかに露光及び遮光し、このため図８Ｂのグラフに描かれるように緩やかで階段的でないａ／ｃ波形を生成することを認識すべきである。
【００３２】
このシーケンスの図８Ｃにおいて、回転ディスク１５は更に僅かに反時計回りに移動している。図８Ｃにおいて、ソーラセルペアのソーラセル２０Ａはこの時点で１００％露光（０％遮光）される一方で、ソーラセル２０Ｂはこの時点で０％露光（１００％遮光）される。切り欠き１６がソーラセル２０Ａの真上にあるためソーラセル２０Ａを完全に露光し、これと同時にカバーリング１８がソーラセル２０Ｂの真上にあるためソーラセル２０Ｂを完全に遮光（カバーリング又はブロッキング）する。したがって電流ポイントｉ８Ｃとして図８Ａのグラフに示される正のピーク電流が出力端子ＡＯＵＴ及びＢＯＵＴにおいて供給される。再び、図８Ｂで示される位置から図８Ｃで示される位置へのディスク１５の回転動作は、上述したようにソーラセルを緩やかに露光及び遮光し、このため図８Ｃのグラフに描かれるように緩やかで階段的でないａ／ｃ波形を生成することを認識すべきである。
【００３３】
このシーケンスの図８Ｄにおいて、ソーラセル２０Ａを全体的に露光していた開口１６がこの時点でソーラセル２０Ａの領域の１／２だけ露光（及び／又は１／２の遮光）し、ソーラセル２０Ｂを全体的に遮光していたカバーリング１８がこの時点でソーラセル２０Ｂの領域の１／２だけ遮光（及び／又は１／２の露光）するように、回転ディスク１５が更に僅かに反時計回りに移動している。図８Ｂとは反対に、電流ポイントｉ８Ｄとして図８Ｄのグラフに示されるように、出力端子ＡＯＵＴ及びＢＯＵＴにおいてはゼロ（０）電流の結果となる。再び、図８Ｃで示される位置から図８Ｄで示される位置へのディスク１５の回転動作は、上述したようにソーラセルを緩やかに露光及び遮光し、このため図８Ｄのグラフに描かれるように緩やかで階段的でないａ／ｃ波形を生成することを認識すべきである。
【００３４】
最後にシーケンスの図８Ｅにおいて、ソーラセル２０Ｂが再び１００％露光（０％遮光）されるように切り欠き１６がソーラセル２０Ｂの真上に移動し、ソーラセル２０Ａが再び０％露光（１００％遮光）するようにカバーリング１８がソーラセル２０Ａの真上に移動するように、回転ディスク１５が更に反時計回りに移動している。詳細には、切り欠き１６がソーラセル２０Ｂの真上にあるためソーラセル２０Ｂを完全に露光し、これと同時にカバーリング１８がソーラセル２０Ａの真上にあるためソーラセル２０Ａを完全に遮光（カバーリング又はブロッキング）する。したがって電流ポイントｉ８Ｅとして図８Ｅのグラフに示される負のピーク電流が出力端子ＡＯＵＴ及びＢＯＵＴにおいて再び供給される。また、図８Ｄで示される位置から図８Ｅで示される位置へのディスク１５の回転動作は、上述したようにソーラセルを緩やかに露光及び遮光し、このため図８Ｅのグラフに描かれるように緩やかで階段的でないａ／ｃ波形を生成することを認識すべきである。図８Ｅでａ／ｃ波形の全サイクルが終了する。
【００３５】
図３に戻り、２つのソーラセル２０が単一のａ／ｃ接続部を有する１つのソーラセルペアとなるように使用されるので、ソーラセル２０の総数は偶数でなければならない。多数のソーラセルペアが一緒に接続し、その接続に応じて電圧又は電流が増加する。アレイ２１の全てのソーラセルペアの接続は、単相のａ／ｃ波形を生成する。ソーラセルペアは、三相のａ／ｃ波形を達成するために、ソーラセルペアの３接続バンクを利用してもよい。図３ではソーラセルペアの総数が１５なので、単相のａ／ｃ波形を生成するためにそれら全てを接続することができ、又は三相のａ／ｃ波形を達成するためにそれぞれ５つのソーラセルペアの３バンクに分割することができる。
【００３６】
加えて図６には、ソーラセル２０Ａ及び２０Ｂのソーラセルペア６６が示される。示されるように、ソーラセルペア６６はａ／ｃ接続部（すなわち、２つのａ／ｃ出力端子ＡＯＵＴ及びＢＯＵＴ）を備えて逆並列に接続される。詳細には、ソーラセル２０Ｂの正極がソーラセル２０Ａの負極に接続される一方で、ソーラセル２０Ａの正極がソーラセル２０Ｂの負極に接続される。図６は、ソーラセルペア６６が接続され、そしてａ／ｃ接続部を形成する手段を図示するものとして認識すべきである。他の構成が考えられる。例えば図３には、２つの隣接するソーラセル２０が逆並列に接続され、２つのａ／ｃ出力端子ＡＯＵＴ及びＢＯＵＴに相当する接続部６０及び６１のようなソーラセルペアが提供される。
【００３７】
単一のソーラセルペア６６は、適宜に形成される回転ディスクを利用してａ／ｃ電気を生じさせるのに用いられてもよい。したがって単一のソーラセルペアは、単相のａ／ｃ波形を生成するであろう。３つの単一のソーラセルペアは、三相のａ／ｃ波形を生成することができる。多数の単一のソーラセルペアは、多相のａ／ｃ波形を生成することができる。しかしながら６０Ｈｚのａ／ｃ波形を発生させるためには、（１つの切り欠きのみを有する）ディスクが１秒当たり６０回の比率で回転する必要があるだろう。それゆえに、単相のａ／ｃ波形を生成するため多数のソーラセルペアを一緒に接続してもよい。このような直列又は並列に接続されるソーラセルの数は、ディスク１５の回転率を遅くすることと同様に制限が無いので、これにより所望の電圧及び電流に増加させることができる。
【００３８】
図７には単相のａ／ｃ波形のためのアレイ２１が示され、ここではソーラセル２０Ａ１、２０Ａ２、２０Ａ３、２０Ａ４、２０Ａ５乃至２０Ａｎによって表記される任意の数のソーラセルが単一のａ／ｃ接続端子ＡＯＵＴを形成するように接続され、ソーラセル２０Ｂ１、２０Ｂ２、２０Ｂ３、２０Ｂ４、２０Ｂ５乃至２０Ｂｎによって表記される任意の数のソーラセルが単一のａ／ｃ接続端子ＢＯＵＴを形成するように接続され、これにより「ソーラセルペア」を形成している。ソーラセル２０は、電流を増加させ電圧を維持するために並列に接続されている。ソーラセル２０を直列に接続するならば、電圧を増加させ電流を維持するであろう。図３においてソーラセルアレイ２１は、単相のａ／ｃ電気を生成するように結線される。アレイ２１の各ソーラセルペアは、単一のａ／ｃ接続部５６、５８を提供するように接続され、図５に見られる第１及び第２のａ／ｃ接続部６０、６１を有している。このような出力端子４６、４８の１つは、単相のａ／ｃ電気を供給するであろう。
【００３９】
図５において最も明確に分かるように、位相同調器４０に対する及び位相同調器からのコネクション２４が、位相同調器からのａ／ｃ出力と位相同調器に対する信号入力とを提供する。端子４６及び４８はａ／ｃ電気出力を提供する。端子５１は共用信号入力を提供し、端子５２は商用信号入力を提供する。これらは、本ａ／ｃ発電機を制御するため位相同調器によって使用される。
【００４０】
図９は、位相同調器のモータ制御部の代表的な実施形態の線図である。モータの速度は、正確な位相を提供するためディスク１５の回転速度を調整するように制御される。図２及び図３において分かるように、本ソーラセルａ／ｃ発電機１０は、１つのソーラセル２０に近接する位置に設けられる、３つのフォト又はオプトトランジスタ３０、３２及び３４を含む。詳細には、第１のフォトトランジスタ３０は、ディスク１５の反時計回りの回転に従う方向において、ソーラセル２０Ｐ（図３参照）の前方に位置する。第２のフォトトランジスタ３２はソーラセル２０Ｐの中央に位置し、第３のフォトトランジスタ３４はソーラセル２０Ｐの後方に位置する。第１、第２及び第３のフォトトランジスタ３０、３２、３４は、発生するａ／ｃ電気の周波数を制御するディスク１５の回転率を制御するところのモータを制御する信号を提供するために動作する。位相同調器に対する入力（予め定められる動作周波数）として６０Ｈｚが示されるが、本ソーラセルａ／ｃ発電機１０により他の周波数が発生され及び同調されることができる。入力された信号は、トランジスタＴ１を介してフォトトランジスタ３０、３２、３４に電力を供給する。フォトトランジスタは、ディスク１５、詳細にはフォトトランジスタ３０、３２、３４に対する切り欠き１６及び／又はカバーリング１８の回転を通して波形の位相を制御する。
【００４１】
フォトトランジスタ３０は遅れ位相信号を提供し、フォトトランジスタ３２は同位相信号を提供し、フォトトランジスタ３４は進み位相信号を提供する。フォトトランジスタは、これらの信号を信号処理回路ＴＮに供給し、次いで信号処理回路が１つの信号をモータ２６に供給する。フォトトランジスタ３０はトランジスタＴ２を介して接続しており、フォトトランジスタ３４はトランジスタＴ３を介して接続している。同位相ＬＥＤ６８は、波形が同位相である時を表示するために備えられる。同様に位相の視覚的表示のためのＬＥＤのバンク７７０が備えられてもよい。抵抗Ｒ１及びＲ２は、信号処理回路ＴＮの調整において必要であれば可変抵抗であってもよいことも認識すべきである。
【００４２】
図１０は、本ソーラセルａ／ｃ発電機１０の代表的な動作方法のフローチャート１００である。フォトセル４２の使用を通して、光センサ１０２により光強度がチェックされる。もし光が低強度又は光が無い場合には、発電機１０は時限待機１０４となる。待機期間が終ると、再び１０２で光強度がチェックされる。もし光が充分ある場合には、位相選択１０６が開始される。この光強度チェックは、スイッチがオン及びオフされる時に実行されてもよいことを認識すべきである。位相選択１０６が開始された後、商用信号を受信１０８したかどうかを判断する。Ｎｏである場合には共用信号１１０かどうかを判断する。Ｙｅｓである場合にはモータ制御１１４をする。Ｎｏである場合には内部用信号１１２かどうかを判断する。その場合にはモータ制御１１４が開始される。
【００４３】
モータ制御が開始されると、位相一致を受信１１６したかどうかを判断する。Ｙｅｓならば、発電機１０は負荷１１８に接続する。Ｎｏならば位相が調整１２０される。その後、負荷１１８に接続するため、位相一致を受信する時まで判断がされる。また、位相一致が発生していない場合に負荷の可能な切り離しを伴うように、位相一致を判断する定期的なチェック又は継続的なチェックがあってもよい。
【００４４】
本ソーラセルａ／ｃ発電機１０は、発電所又は任意の電力装置を形成することができる複数のソーラセルａ／ｃ発電機の中の１つであってもよい。複数のソーラセルａ／ｃ発電機を任意に接続することで、様々な電力態様を供給することができる。
【００４５】
図面及び前述の明細書により本発明が詳細に図説及び記載されたが、１つの好ましい実施形態のみが示され記載されたのであって、本発明の精神の範囲内での全ての変更および修正が保護のために要求されることを理解した上で、説明されたようなそして特徴において限定されない同一発明を考慮すべきである。
【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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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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