CN101902171A - 太阳能发电系统和太阳能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种太阳能发电系统和太阳能发电装置。在太阳能发电系统中，包括：多个太阳能电池模块，各个太阳能电池模块的禁带宽度不同；以及升压电路，其控制负载电阻以使得各个太阳能电池模块的输出为最大值，并且升压电路以该输出作为输入，而且，将各升压电路的输出电压或者输出电流控制为预定的电压值或者电流值，并联连接或者串联连接该升压电路的输出电压，以获得预定的电力。

Description

太阳能发电系统和太阳能发电装置
技术领域
本发明涉及太阳能发电系统和太阳能发电装置。
背景技术
作为太阳能电池的单体(cell)大致分为使用形成pn结的两种半导体的单体、以及使用分散在称为染料敏化型的陶瓷中的染料的单体两种。本发明的太阳能电池表示上述两者。公知的是，作为太阳能电池的单体的开放电压通常主要比禁带宽度要低0.4V左右。另外，通过控制负载阻抗来获得最大功率，但是，由于通常动作电压比开放电压还要低，因此，在作为太阳能电池使用时，将多个单体串联连接起来使用。通常将多个单体串联连接起来的装置称为模块(module)。
为了进一步获得逆变器(inverter)的输入电压，将多个太阳能电池模块的电压串联连接起来使用。作为表示太阳能电池的性能的指标，有转换效率。通常硅半导体太阳能电池的电池的转换效率为14％-23％，模块的转换效率约为12％-20％。转换效率与太阳能电池单体、模块的系统成本直接相关，因此，要努力提高转换效率。在向半导体等照射了光的情况下，在相当于禁带宽度的光(光子)的情况下，转换成能量的效率、即量子效率(光子能量相对于制作电子和空穴的能量的比例)高，而禁带宽度以上的光能作为热转换到半导体中，而无法作为电能输出，因此，量子效率低。但是，来自太阳的光谱具有从紫外区域遍布红外区域的很宽的能量分布，因此，具有单一的禁带宽度的半导体存在极限。
因此，作为大幅度提高转换效率的方法，使用了将禁带宽度不同的多个半导体层叠起来的方法。该方法通过在各个波长区域中使用量子效率高的半导体来防止消灭成热能，当然，使用禁带宽度大的半导体可获得高的动作电压，但是，作为动作电流，减少了与不使用光能相应的量。但是，通过使上述动作电流恒定，能够获得与各个pn接合相当的动作电流，因此，能够提高转换效率。这样的太阳能电池单体通常称为堆叠(tandem)型单体和3复合层(triple)型单体，是用于将遍布大范围的光能有效地输出的有效的方法，使用任何太阳能电池，其效果都是可期的。
作为这样的单体，例如，具有在Ge基板上层叠砷化镓半导体、或者在砷化镓半导体上层叠磷化镓铟半导体的结构。有作为具体的半导体形成方法利用MOCVD法或MBE法进行层叠的单体。堆叠型单体、3复合层型单体都是使用隧道结(トンネル接合)而电连接。
作为其他示例，作为硅类薄膜太阳能电池，研究出了将由无定形硅锗、无定形硅、无定形硅碳化物构成的pn结进行三层重叠的电池。或者有将微晶硅pn结与无定形硅pn结层叠起来的电池。这些单体·模块的共同特征为都是串联连接，各个pn结通过隧道二极管而电连接，流过单体之间的电流设计成恒定。
作为提高效率的方法，在于将相同或不同种类的半导体层叠起来，由此，利用各个半导体的禁带宽度来确保适合于太阳光的能量谱的灵敏度，但是如果不将流过单体的电流设计成恒定，则反而会产生损失。
为了制造如上所述地高效率的太阳能电池单体·模块，需要层叠禁带宽度不同的半导体。层叠禁带宽度不同的半导体、换言之即晶格常数不同的半导体在现实中并不容易。但是，关于在堆叠型、3复合层型单体的制造工序中层叠各个结构不同的半导体，由于半导体层具有各自的晶格常数，因此，要层叠出良好的半导体层是极其困难的。因此，作为堆叠型、或者3复合层型太阳能电池，例如在将砷化镓半导体层叠在上述的Ge基板上的情况下，Ge和GaAs的组合由于晶格常数的错配度很小而比较容易。但是，在Ge与硅、或硅与砷化镓那样各自的晶格常数相差很大的情况下，在两方的半导体层会产生极大的形变应力，因此，半导体层中会产生结晶缺陷，该缺陷导致转换效率的严重降低。另外，用于将各个单体电连接起来的隧道结需要形成极高浓度的半导体层，但是，关于制作高浓度层本身，在禁带宽度大的半导体中，杂质顺次增大，难以形成良好的隧道二极管。
另一方面，还有利用无定形硅类半导体的方法，但是无定形半导体一般存在很多的结晶缺陷，因此，通过光而被激发的电子或者空穴会再结合，量子效率不高，因此，即使使用堆叠型、3复合层型，也不会获得转换效率超过15％的结果。
另一方面，还提出了机械地层叠具有不同禁带宽度的半导体的手法。例如，在将两种单体或者模块层叠起来的情况下，输出端子有正端子和负端子两个，由于各个单体的电压、电流和负载电阻不同，因此，输出需要有两组，而且逆变器也分别需要两台。当层叠的太阳能电池数量增多时，布线也变得复杂，因此现实中难以实现。单体的电压如上所述为0.5-1V左右，将该低电压高效地升压是极其困难的。升压电路虽然在电路技术中经常使用，但是，实现各自的电力损失的降低以及转换效率的提高是极其困难的。特别是在升压电路中，在输入电压低的情况下，升压电路的功率转换效率很低。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的。
为了降低升压电路的电力损失，使太阳能电池单体串联，以使得达到升压电路的输入电压的预定值，使模块的动作电压在预定值以上。对太阳能电池模块的负载电阻可以进行可变控制以便具有最大电力点跟踪功能。该模块的输出电压被设定为适当的电压以便提高升压电路的电力效率。
在具有不同禁带宽度的太阳能电池单体中，由于动作电压不同，因此，各个太阳能电池模块的输出电压设定成高达作为其最小公倍数的电压或者其整数倍的电压。
升压电路由低损失FET和电路部件(电抗器、电容器、二极管)构成。各个升压电路彼此通过数据通信而被进行反馈控制，各个升压电路的输出电压被控制成为同一电压。同时，负载电阻也通过同一数据通信而被控制，从而实现了构成部件的简化。
太阳能电池模块无论其种类即晶格常数或禁带宽度如何都能够纵向层叠化，因此，能够组合太阳光谱的特定区域中的量子效率高的半导体，所以能够高效地收集太阳光的整个区域中的能量。其能量通过具有最大电力点跟踪功能的负载电阻，并将电力输入到升压电路中。通过升压电路而被控制为预定的电压，从而能够有效地取出输出电力。来自各个升压电路的输出电流并联连接。或者可以将各个升压电路的输出电流控制为恒定，通过将输出电压串联连接来取出电力。
根据本发明，能够在电力转换的过程中降低来自各模块的输出的损失，并且能够进行合成。通过使用这样的方法，能够选择覆盖太阳光谱的太阳能电池，其作用为能够飞跃性地提高电力转换效率。
根据本发明，无论单体的输出电流值如何，都能够容易地层叠化，而且能够使各个单体.模块的输出为最大，而且能够合成电力，因此，对于太阳能发电的高效化非常有效。
此外，在本发明中，使构成发电系统的各连接电路作为单元来构成，并且能够作为单一的绝缘板来构成，通过该单元化，能够使太阳能发电系统的组装结构容易化。
通过采用本发明这样的结构，能够提高连接电路的稳定性和电缆连接的可靠性。
附图说明
图1表示将两个不同的单体层叠起来的太阳能发电系统概念说明图。
图2表示模块电路的连接图。
图3表示模块电路的连接图。
图4表示模块电路的连接图。
图5表示太阳能发电系统说明图。
图6表示具有冷却装置的太阳能发电系统。
图7表示连接端子单元板。
图8表示连接端子单元板。
具体实施方式
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，包括：多个太阳能电池模块，各个太阳能电池模块的禁带宽度不同；以及升压电路，其控制负载电阻以使得各个太阳能电池模块的输出为最大值，并且升压电路以该输出作为输入，而且，将各升压电路的输出电压控制为预定的电压值，并联连接该升压电路的输出电压，以获得预定的电力。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，包括：多个太阳能电池模块，各个太阳能电池模块的禁带宽度不同；以及升压电路，其控制负载电阻以使得各个太阳能电池模块的输出为最大值，并且升压电路以该输出作为输入，而且，将各升压电路的输出电流控制为预定的电流值，串联连接该升压电路的输出电压，以获得预定的电力。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块将一个以上的太阳能电池单体单块化并串联连接从而集成化，将输出电压控制为预定值，而且针对各个模块的每个模块具有负载电阻和升压电路。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块将一个以上的太阳能电池单体单块化并串联连接从而集成化，将输出电流控制为预定值，而且针对各个模块的每个模块具有负载电阻和升压电路。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块将一个以上的太阳能电池单体单块化并串联连接从而集成化，将输出电压控制为预定值，而且针对各个模块的每个模块，按每个单体而一体形成负载电阻和升压电路。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块将一个以上的太阳能电池单体单块化并串联连接从而集成化，将输出电流控制为预定值，而且针对各个模块的每个模块，按每个单体而一体形成负载电阻和升压电路。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，除了所述负载电阻和所述升压器之外，还具有降压器。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，除了所述负载电阻和所述升压器之外，还具有降压电路。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，对所述太阳能电池模块照射聚光后得到的光。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块和所述升压电路配置在冷却装置内。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述升压电路具有用于使来自太阳能电池的输出电力为最大的负载阻抗的控制功能，而且具有：用于反馈该升压电路的输出电压或者输出电流的控制装置；以及传递必要的信息的通信装置。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块和升压电路内置于冷却装置中，该冷却装置通过导管来收纳冷却液并且具有放热器。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，用光学上透明的绝缘体使各个太阳能电池模块狭窄，而且在绝缘体上配设有布线、模块、负载电阻和升压电路。
在本发明的太阳能发电装置中，其特征在于，包括：多个太阳能电池模块，各个太阳能电池模块的禁带宽度不同；将各个太阳能电池模块的输出控制成为最大值的负载电阻；以及升压电路，其对所述输出电压进行升压，将各升压电路的输出电压控制为预定的电压值，并联连接该升压电路的输出电压，以获得预定的电力。
在本发明的太阳能发电装置中，其特征在于，包括：多个太阳能电池模块，各个太阳能电池模块的禁带宽度不同；将各个太阳能电池模块的输出控制成为最大值的负载电阻；以及升压电路，其对所述输出电压进行升压，将各升压电路的输出电流控制为预定的电流值，并联连接该升压电路的输出电压，以获得预定的电力。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块由PN结合型单体构成。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块由硅和碳化硅构成。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块由硅和无定形硅构成。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块由无定形硅和锗构成。
在本发明的太阳能发电系统中，其特征在于，所述太阳能电池模块由染料敏化型单体构成。
关于本发明的太阳能电池模块用连接单元板，在太阳能发电装置中，具备：将太阳能电池模块的输出控制成为最大值的负载电阻；以及升压电路，其对所述输出电压进行升压，将升压电路的输出电压控制为预定的电压值，并联连接该升压电路，以获得预定的电力，在该太阳能发电装置中，使该负载电阻和该升压电路构成一组，所述组至少具备2组以上。
关于本发明的太阳能电池模块用连接单元板，在太阳能发电装置中，具备：将太阳能电池模块的输出控制成为最大值的负载电阻；以及升压电路，其对所述输出电压进行升压，将升压电路的输出电流控制为预定的电流值，串联连接该升压电路，以获得预定的电力，在该太阳能发电装置中，使该负载电阻和该升压电路构成一组，所述组至少具备2组以上。
在本发明的太阳能电池模块用连接单元板中，其特征在于，除了所述负载电阻和所述升压电路之外，还具有降压电路。
在本发明的太阳能电池模块用连接单元板中，其特征在于，除了所述负载电阻和所述升压电路之外，还具有降压电路。
图3表示本发明的模块电路的连接图。多个具有不同禁带宽度的太阳能电池从禁带宽度大的半导体起依次从表面进行排列。关于各个太阳能电池的输出，与太阳光能对应地控制负载电阻，以获得最大功率。图3控制负载电阻，将电流控制成恒定。基于各个负载电阻的电压不同。由于各个电压串联连接，因此，端子的电压为相加后的电压值(电流控制方式)。图4控制负载电阻，从而将电压控制成恒定。基于各个负载电阻的电流不同。各个电流并联连接，端子的电流为相加后的电流值(电压控制方式)。
该情况下，根据需要设置降压电路。
图5是本发明的太阳能发电系统说明图。来自接收到了光40的太阳能电池模块51、52、53、54的输出通过各个负载电阻3经高效率转换器(converter)56被进行电压控制，然后进行输出。高效率转换器56的电压被控制成彼此相同。当然，各个高效率转换器56的输出不同，但是作为输出，由于电压相同，因此，输出电流不同，各个输出并联连接。另外，可以采用通过将高效率转换器的电流控制成相同，并且串联连接将电压相加的电流控制方式。通过送电线200来供给电力。另外，在该情况下，根据需要来设置降压电路。
以将升压电路的转换效率控制成最大为目的，以在升压电路的输入电压的预定值以上的方式，将相同的太阳能电池单体串联配置，使模块的动作电压在预定值以上。在具有不同禁带宽度的太阳能电池单体中，由于动作电压不同，因此，各个太阳能电池模块的输出电压设定为成为其最小公倍数的电压或者其整数倍的电压附近。
关于太阳能电池模块的负载电阻，能够通过负载电阻进行控制以获得最大功率，但是，为了提高升压电路的转换效率，该模块的输出电压控制成设定为适合的电压。升压电路由低损失FET和电路部件(电抗器、电容器、二极管)构成，各个升压电路由相互通信用IC芯片通过数据通信进行控制，控制成各个升压电路的输出电压始终为同一电压。同时，负载电阻也通过同一数据通信控制，实现构成部件的简化。数据通信也可以使用别的线路，也可以使用电力线通信技术，与电力线重叠。由此，在构成阵列时，通过将转换器、通信用IC芯片、防逆流二极管安装在同一基板上来实现输出电压的稳定化。
如图8所示，具有多个太阳能电池模块每个的输出连接端子的单元，而且，该单元将负载电阻3、电力检测器6、转换器、防逆流电路5分别设置多对，从该单元设置共同的输出端子100、110来取出电力，由此消除了布线的复杂。具有输入端子1、2，以使得来自太阳能电池模块的输入数能够增设到2、3、4、5。另外，如图7所示，构成并联连接的单元。
另外，FET通常能够由硅、GaN、SiC(碳化硅)等半导体制作而成，因此，通过单块地(monolithic)组装到成为太阳能电池的半导体中，能够降低制造成本。
图6表示本发明的聚光用冷却单元。如图所示，具有聚光的透镜单元，并且，具有多个太阳能电池和升压电路构成的组，将它们导入到冷却单元中，并通过制冷剂充满，而且将制冷剂输送到放热器，对太阳能电池模块和升压电路产生的热进行回收，而且放热。由此，即使通过透镜或反射镜集中大量的太阳能，也会抑制发热导致的太阳能电池输出的降低，而且抑制来自升压电路的放热而导致的温度上升，能够降低损失提高动作特性。
关于太阳能电池模块，能够将两种以上的太阳能电池模块在纵向上层叠起来，组合太阳光谱的特定区域中的量子效率高的半导体，因此，能够高效地收集来自太阳光的很广区域的能量，而且通过电压控制和电流控制两方来合成电力。因此，未必需要将两种以上的半导体层叠于同一基板，而且太阳能电池的种类也能够根据所希望的光波长区域来任意选择。关于各个太阳能电池的能量，通过具有最大电力跟踪功能的负载电阻而将电力输入到升压电路中。即使太阳的照度发生变化、各个太阳能电池的输出变化，也能够每次都获得最大电力。另外，即使在将两种以上的太阳能电池层叠起来的情况下，如上所述，能够在控制成预定的电压后并联连接，并合成输出，或者控制成预定的电流值后串联连接并合成输出，来取出最大电力。由此，能够在电力转换的过程中减少来自各模块的输出的损失并容易地进行合成。另外，由于不使用隧道二极管，因此能够简化制造工序，并且能够消除其所致的光的吸收损失。通过使用这样的方法，能够选择覆盖太阳光谱的太阳能电池，其作用为能够飞跃性地提高电力转换效率。另外，在向电力线送电时，提高了电压，因此能够将少送电损失。
如图7所示，升压电路的输入电压由控制太阳能电池单体的串联数的模块来提供，因此，能够提高升压电路的转换效率。透明绝缘基板上，能够安装太阳能电池模块、负载电阻、升压电路以及电流检测电路，因此能够简化制造工序和检查工序。如图8所示，将由除了太阳能电池模块以外的连接端子1、2、负载电阻3、升压电路4、防逆流电路5、电流检测器6、7、连接端子8、9、10构成的电路作为一个单元，而且具有多个单元，并具有最终级的输出端子100、110和通信用IC芯片120，由此，能够简化制造工序。作为通信线130，还可以使用与输出端子相连的电力线。
实施例
下面，参照图1-8对本发明的实施例进行说明。
实施例1
图1是本发明的太阳能发电系统的基本概念的说明图。
硅和锗分别采用金刚石结构，它们各自的晶格常数为0.543nm和0.565nm，是没有相互进行晶格整合的半导体材料。基板均为单晶的<100>方位的p型基板。在表面层实施了n型扩散。n型的电极在表面的一部分实施了银电极，p型电极在背面的一部分实施了铝电极。锗单体13被分成11×11共121个，并分别与透明基板14串联连接。另外，硅单体11分成7×7共49个，并分别与石英制的透明绝缘基板12串联连接。分割前的单体的面积为1cm2，但是单体的面积本身与本发明无关。
单体的连接是利用实施了镀银的铜的接头(tab)，通过焊接进行连接。各个单体在透明石英基板12局部地实施了由钛/银构成的布线。各个单体的输出侧配置有附加了电流检测器的负载电阻，从而能够跟踪最大输出点。另外，3、4表示与电路连接的负载电阻和升压电路。
关于最大输出点，对来自电流检测器的信号通过通信用芯片在外部的数字信号处理器中进行运算，控制负载电阻的阻抗。来自该负载电阻的输出被导入升压电路的输入。升压电路4中，形成在同一石英基板上的升压电路由导通电阻小的硅MOSFET、电抗器、电容器、以及低电阻二极管构成。各个升压电路4的输出电压始终被电流检测器监视，并分别控制成预定的电压。电流检测器的信息通过安装在同一基板上的通信用IC芯片被进行数字处理，然后反馈到升压电路和负载电阻。
为了说明本实施例，表1表示锗单体、硅单体、硅单体下的锗单体以及将它们模块化时候的诸要素，表2表示300倍聚光时的性能。
表1
表1表示本实施例的太阳能电池模块的诸要素。(1SUN下为100mW/cm2)
  太阳能电池的种类   锗单体(1cm2)   硅单体(1cm2)   硅单体下的锗单体
  单个单体开放电压   0.28   0.65   0.26
  单个单体短路电流   0.045A   0.034A   0.043A
  单个单体曲率因子   0.65   0.79   0.64
  单个单体动作电压   0.25V   0.58V   0.24V
  单个单体动作电流   0.035A   0.03A   0.032A
  模块开放电压   33.88V(121级)   31.9V(49级)   31.46V
  模块短路电流   0.00037A   0.0007A   0.00035
  模块曲率因子   0.65   0.78   0.61
  模块动作电压   30.3V   28.4   29.0
  模块动作电流   0.00029A   0.00061   0.00026
  输出   0.0088W   0.0173   0.0075
表2
300倍聚光时的结果
Figure GSA00000136391900101
为了更易于理解本实施例的效果地进行表示，表1中分别示出了锗单体、模块的开放电压、短路电流、曲率因子、动作电流、动作电压。另外，在表2中，分别示出了本发明的硅模块和配置于其下的锗模块的聚光时的开放电压、短路电流、曲率因子、动作电流以及动作电压。
另外，示出了层叠起来时的位于硅单体的下层的锗单体的开放电压、短路电流、曲率因子、动作电流以及动作电压。并且示出了将这些层叠而成的模块聚光成300倍时的模块的动作电压、动作电流、模块的输出、升压电路后的输出以及作为本发明的结果的功率合成后的特性。将本发明的硅单体和锗单体层叠起来，并聚光成300倍，通过升压电路合成后是输出为7.82W、并且输出电压为375V、输出电流为0.29A。关于这些特性，可以确认到：与硅单体单体的输出5.28w相比，输出增加了48％。转换器的转换效率为97％。
公知的是，升压电路具有输入电压和输入功率的依存性，但是，在本实施例中，在输入电压为30V、输入功率在5W～10W附近的情况下，在输出电压为375V时，功率转换效率为97％。合成后的输出电流为0.29。来自各个输出的电流为0.18A和0.086A。只要能够降低FET的导通电阻，就能够进一步提高功率转换效率，这是理所当然的。当提高升压电路的FET的开关频率时，能够使电抗器和电容器的容量小型化。在本实施例中为50kHz。
升压电路的输出电压为375V，各个升压电路的输出并联连接，并与电力线连接来提供电力。另外，在本实施例中，将硅应用于太阳能电池，但是由于MOSFET也是由单晶硅制成，因此，可以将MOSFET单块地制作在太阳能电池基板上。
通过单块化，不仅能够节约材料，而且能够实现电路长短的缩短，因此，设计变得更加容易。
在本实施例中，关于升压电路4，形成在同一石英基板上的升压电路由导通电阻小的硅MOSFET、电抗器、电容器和低电阻二极管构成。各个升压电路4的输出电压通过电力检测器6而被一直监视，并分别被控制为预定的电压。在本实施例中，升压电路4的输出电压为400V，各个升压电路的输出并联连接，并与电力线连接，来提供电力。
在上述的说明中，除了升压电路之外，当然还根据需要连接降压电路。
在太阳能电池单体·模块中，有时会像无定形硅薄膜太阳能电池那样容易获得动作电压高、动作电流低的输出。在这样的模块中，除了升压电路之外，还根据需要设置降压电路。
实施例2
硅与砷铝化镓(GaAlAs)的晶格常数分别为0.543nm和0.562-0.563nm，当对外延生长(epitaxial growth)进行试验时，形变很大，是不可能的类型。表3表示每单体单位面积的特性和每100cm2模块的诸要素。
下层的第一单体为硅单体。上层的第二单体使用了砷铝化镓。砷铝化镓单体和硅单体安装在石英等透明绝缘体上，而且被层叠化。各个单体通过含有升压电路的负载电阻来取出输出。在照度为AM1.5时，将电流控制在恒定的0.027A，各个输出电路的输出电压为17.4V和16.6V。该电压串联地合成，合计的电压为40V。并且设计成：当照度变化时，各个输出电压也随之变化。
一般公知的是：太阳光谱在一天之中会变化，但是，在现有的层叠化单体中，在每个单体的电流变化了的情况下，根据电流恒定的法则，通过单体的最小的电流值来确定，因此存在模块整体的输出降低的问题。根据本发明，能够通过各个单体获得最大电力，因此，例如即使光谱变化，也能够以成为最大的方式有效地取出输出。
表3硅单体和砷铝化镓单体的诸要素
表3硅单体和砷铝化镓单体的诸要素
Figure GSA00000136391900121
Figure GSA00000136391900131
实施例3
在生产层叠化而成的太阳能电池模块的情况下，在模块中都需要有端子盒，而在该端子盒内组装有连接端子单元。图7表示连接端子单元的连接图。来自太阳能电池的输入从端子1和端子2导入。端子1相对于端子2处于高电位。端子与负载电阻3连接，并输入到升压电路4中。来自升压电路4的输出从防逆流二极管5导入到连接端子8、9、10并被合成。合成后的电力从输出端子100、110取出。通信用IC芯片120与通信线路连接。在图7中，使输入为2个，但是当然也可以将输入数进一步增加到3个、4个。图8是电压控制型的连接单元的结构。
图7是本发明涉及的太阳能发电系统的模块的连接电路，是如图3所示地电流控制型。
分别设置有负载电阻3、升压器4、防逆流电路5、电力检测器6、通信用IC芯片120，它们并联连接并获得输出电力，在本发明中，将这些连接电路作为单元来构成，并且作为单一的绝缘板构成。另外，在绝缘板上设置有用于获得连接性和电路的稳定性的输出端子100、110。通过这样的单元化，能够使发电系统的组装结构容易化。另外，能够组装到模块的通常设置的端子盒中。在这样的模块中，能够提高模块的输出电压，因此能够减小送电用电缆的直径，关于通信用芯片的信号，通过使用脉冲宽度调制等技术来进行电力线通信，能够减小电缆的根数。130是通信线。
图8是本发明涉及的太阳能发电系统的模块的连接电路，是如图4所示的电压控制型。
分别设置有负载电阻3、升压器4、防逆流电路5、电力检测器6、通信用芯片120，它们并联连接并获得输出电力。在本发明中，将这些连接电路作为单元来构成，并且作为单一的绝缘板构成。另外，在绝缘板上配置输出端子100、110。通过采用这样的结构，能够提高连接电路的稳定和电缆连接的可靠性。
130是通信线。
实施例4
图6是将单体模块设置在冷却装置内的例子。
使用实施例2所示的模块来制作带有冷却装置的聚光装置。
将模块放入到冷却装置62内。装置内被冷却液64充满。如图所示，通过透镜61进行聚光，即使硅单体和砷铝化镓单体的动作时的单体温度上升，冷却液也会瞬间夺走热量，通过导管6而使得温度上升了的冷却液被输送到放热器63进行冷却。该冷却液通过导管而返回聚光部，因此，单体·模块被再次冷却。特别是对于禁带宽度小的太阳能电池，能够有效地防止温度所致的输出降低。
在该实施例中，升压电路4也被冷却，因此能够实现很高的转换效率。升压电路和单体·模块10、10’通过柔性导线65连接。冷却液使用了乙醇(ethanol)，但是也能够使用水溶液或有机溶剂、氟利昂等。其结果为，升压电路后的输出电流为0.0035A，输出电压为375V。
实施例5
是锗单体、硅单体、无定形碳化硅单体以及碳化硅单体的结构。
在本发明中，将大量单体层叠化。由于不需要使各个单体的电流值恒定，因此层叠化变得容易。在本实施例中，使用了锗单体、硅单体、无定形碳化硅单体以及碳化硅单体4个单体。与太阳光的分布照度对应地算出每个波长的光子数及其累计值。
为了获得最大输出，对策是尽量使用禁带宽度大的半导体。按以往的想法，如果不使流过单体的电流恒定，则用最小的电流值来规定层叠化模块的电流，即使其他模块的电流很大，也不能将其差取出。根据本发明，由于能够消除这样的限制，因此，能够以较大的自由度来选择工业上可以使用的太阳能电池单体。
与太阳能电池模块的种类数向对应地，如上所述，根据本发明，无论单体的输出电流值如何，都能够容易地层叠化，而且能够使各个单体·模块的输出为最大，而且能够合成电力，因此对于太阳能发电的高效化非常有效。另外，在本发明中以半导体单体为中心进行了描述，但是对于有机半导体和染料敏化型太阳能电池的层叠化也是有效的。另外，对于半导体单体与染料敏化型单体的层叠化当然也是有效的。
表4表示实施例5的各个单体的每1cm2的诸要素。
表4表示各个单体的每1cm2的诸要素。
表5表示实施例5的各个模块的特性和合成输出。
表4实施例5的各自的每1cm2的诸要素
  太阳能电池的种类   锗单体   硅单体   无定形碳化硅单体   碳化硅单体
  单个单体开放电压   0.25   0.65   1.2   1.6
  单个单体短路电流   0.045   0.034   0.02   0.01
  曲率因子   0.65   0.79   0.75   0.8
  单个单体动作电压   0.25   0.58   1.0   1.3
  单个单体动作电流   0.035   0.03   0.018   0.007
表5实施例5的各模块的特性和合成输出
Figure GSA00000136391900151
Figure GSA00000136391900161
在上述的说明中，以半导体单体为中心进行了描述，但是对于有机半导体和染料敏化型太阳能电池的层叠化，也能够采用同样的构成，是很有效的。另外，对于半导体单体和染料敏化型单体的层叠化，也能够采用同样地构成，是很有效的。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明，无论单体的输出电流值如何，都能够容易地层叠化，而且能够使各个单体·模块的输出为最大，而且能够合成电力，因此，对于太阳能发电的高效化是很有效果的。
另外，在本发明中，使构成发电系统的各连接电路作为单元来构成，并且能够单一的绝缘板构成，通过这样的单元化，能够使太阳能发电系统的组装结构容易化。
在太阳能电池单体·模块中，有时容易像无定形硅薄膜太阳能电池那样获得动作电压高、动作电流低的输出。在这样的模块中，除了升压电路之外，还能够根据需要设置降压电路。

Claims (24)

1.一种太阳能发电系统，其特征在于，
该太阳能发电系统包括：多个太阳能电池模块，各个太阳能电池模块的禁带宽度不同；以及升压电路，其控制负载电阻以使得各个太阳能电池模块的输出为最大值，并且升压电路以该输出作为输入，
而且，将各升压电路的输出电压控制为预定的电压值，并联连接该升压电路的输出电压，以获得预定的电力。
2.一种太阳能发电系统，其特征在于，
该太阳能发电系统包括：多个太阳能电池模块，各个太阳能电池模块的禁带宽度不同；以及升压电路，其控制负载电阻以使得各个太阳能电池模块的输出为最大值，并且升压电路以该输出作为输入，
而且，将各升压电路的输出电流控制为预定的电流值，串联连接该升压电路的输出电压，以获得预定的电力。
3.根据权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块将一个以上的太阳能电池单体单块化并串联连接从而集成化，将输出电压控制为预定值，而且针对各个模块的每个模块具有负载电阻和升压电路。
4.根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块将一个以上的太阳能电池单体单块化并串联连接从而集成化，将输出电流控制为预定值，而且针对各个模块的每个模块具有负载电阻和升压电路。
5.根据权利要求3所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块将一个以上的太阳能电池单体单块化并串联连接从而集成化，将输出电压控制为预定值，而且针对各个模块的每个模块，按每个单体而一体形成负载电阻和升压电路。
6.根据权利要求4所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块将一个以上的太阳能电池单体单块化并串联连接从而集成化，将输出电流控制为预定值，而且针对各个模块的每个模块，按每个单体而一体形成负载电阻和升压电路。
7.根据权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，
除了所述负载电阻和所述升压器之外，还具有降压器。
8.根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
除了所述负载电阻和所述升压器之外，还具有降压电路。
9.根据权利要求1或2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
对所述太阳能电池模块照射聚光后得到的光。
10.根据权利要求1或2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块和所述升压电路配置在冷却装置内。
11.根据权利要求1或2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述升压电路具有用于使来自太阳能电池的输出电力为最大的负载阻抗的控制功能，而且具有：用于反馈该升压电路的输出电压或者输出电流的控制装置；以及传递必要的信息的通信装置。
12.根据权利要求1或2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块和升压电路内置于冷却装置中，该冷却装置通过导管来收纳冷却液并且具有放热器。
13.根据权利要求1或2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
用光学上透明的绝缘体使各个太阳能电池模块狭窄，而且在绝缘体上配设有布线、模块、负载电阻和升压电路。
14.一种太阳能发电装置，其特征在于，
该太阳能发电装置包括：多个太阳能电池模块，各个太阳能电池模块的禁带宽度不同；将各个太阳能电池模块的输出控制成为最大值的负载电阻；以及升压电路，其对所述输出电压进行升压，
将各升压电路的输出电压控制为预定的电压值，并联连接该升压电路的输出电压，以获得预定的电力。
15.一种太阳能发电装置，其特征在于，
该太阳能发电装置包括：多个太阳能电池模块，各个太阳能电池模块的禁带宽度不同；将各个太阳能电池模块的输出控制成为最大值的负载电阻；以及升压电路，其对所述输出电压进行升压，
将各升压电路的输出电流控制为预定的电流值，并联连接该升压电路的输出电压，以获得预定的电力。
16.根据权利要求1或2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块由PN结合型单体构成。
17.根据权利要求16所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块由硅和碳化硅构成。
18.根据权利要求16所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块由硅和无定形硅构成。
19.根据权利要求16所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块由无定形硅和锗构成。
20.根据权利要求1或2所述的太阳能发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池模块由染料敏化型单体构成。
21.一种太阳能电池模块用连接单元板，
在太阳能发电装置中，具备：将太阳能电池模块的输出控制成为最大值的负载电阻；以及升压电路，其对所述输出电压进行升压，将升压电路的输出电压控制为预定的电压值，并联连接该升压电路，以获得预定的电力，
在该太阳能发电装置中，使该负载电阻和该升压电路构成一组，所述组至少具备2组以上。
22.一种太阳能电池模块用连接端子单元板，
在太阳能发电装置中，具备：将太阳能电池模块的输出控制成为最大值的负载电阻；以及升压电路，其对所述输出电压进行升压，将升压电路的输出电流控制为预定的电流值，串联连接该升压电路，以获得预定的电力，
在该太阳能发电装置中，使该负载电阻和该升压电路构成一组，所述组至少具备2组以上。
23.根据权利要求21所述的太阳能电池模块用连接端子单元板，其特征在于，
除了所述负载电阻和所述升压电路之外，还具有降压电路。
24.根据权利要求22所述的太阳能电池模块用连接端子单元板，其特征在于，
除了所述负载电阻和所述升压电路之外，还具有降压电路。
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