JP2007195397A - 太陽光電力供給システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明に係る太陽光電力供給システムはソーラー電池、電解液供給装置、電解液回収装置、水素回収装置、燃料電池、加熱装置及び電力管理装置から構成される。
【解決手段】 その発電については、熱源により電解液供給装置を起動し、電解液をソーラー電池内に注入し、電解液は水と光触媒の混合物であり、ソーラー電池が光源または熱源により発電し、発生した水蒸気と水素は電解液回収装置と水素回収装置により回収され再利用されるが、光源と熱源がない場合は回収した水素が燃料電池に継続して発電させたり、加熱装置によりソーラー電池の熱源を継続して発電させたりすることで、ソーラー電池と燃料電池により生じた電流は電力管理装置により最終的に使用する電力仕様となる。
【選択図】 図1

Description

本発明は太陽光電力供給システムに関わり、特に太陽エネルギーの熱源を利用することにより、電解液を自動的に供給し、光源或いは熱源があるときソーラー電池に発電をさせ、水素回収装置により回収した水素は光源或いは熱源がないとき、燃料電池に継続して発電させ、或いは加熱装置によりソーラー電池の熱源に継続して発電させる発電システムである。
従来の太陽光電力供給システムのソーラー電池のほとんどは太陽光パネル(Solar Module)を使用しており、多数のソーラーセル(Solar Cell,厚さ約0.3mmのシリコンセル)によりガラス枠組みパネルに組み合わせられている。ソーラーセルの直列接続の数と並列接続の数が前記太陽光パネルの電圧値と電流地を決め、もしそのうちの直列接続と並列接続の接点が不良であれば、全体の効果に大きな影響を及ぼし、且つ加工工程において前記マイクロセルも破損しやすくなる。太陽光パネルは日光がない場所では操作がほとんど行えず、並びに90乃至100度の高温時でも機能がなくなる。結晶型ソーラー電池の光を受ける面は同一平面上なので、一部分でも遮られると電力が低下するが発電できなくなる。また、もし大量の電力を得たいならば、太陽光パネルは広い面積が必要となり、光を受ける面が単一面であるので、常に太陽が正面になければ最適な効率は得られない。夜間に使用する際、ソーラー電池により昼間に発生した電流の蓄電池に蓄えられている蓄電量に完全に頼ることになるので、充電量は天候の影響を大きく受ける。
本発明の目的は、従来の太陽光電力供給システムの欠点を克服することであり、新構造の太陽光電力供給システムを提供し、解決すべき技術問題は従来のシステムを24時間電力供給できるシステムにすることで、さらに実用性に優れたものにすることである。
本発明の太陽光電力供給システムで述べているソーラー電池は、本発明人の前発明(すでにイギリス特許GB2418056を取得済み)を改良したもので、それは電解液に光触媒を添加し、並びに透明な耐熱絶縁ケースにより正極と負極と電解液を被覆し、照射光源或いは熱源により発電機能を向上させた新しいソーラー電池である。
本発明の太陽光電力供給システムで述べているソーラー電池は、日夜に関わらず光源か熱源があるだけで発電することができ、構造は簡単で強固であり、部分的に遮られても影響を受けず、且つ光を受ける面が多面であり、90乃至100度以上の高温時は逆にその発電機能を向上させられるなどのメリットを備えているので、上記の一般的な太陽光パネルの欠点を解決することができる。また、電解液供給装置、電解液回収装置、水素回収装置、燃料電池、加熱装置、電力管理装置等を組み合わせることにより完全な太陽光電力供給システムとなる。
本発明はソーラー電池と燃料電池により生じた電流は電力管理装置により最終的に使用する電力仕様となる。
本発明の太陽光電力供給システム(図1に示すように)はソーラー電池1、電解液供給装置2、電解液回収装置3、水素回収装置4、燃料電池5、加熱装置6及び電力管理装置7から構成される。
ソーラー電池1は酸化し難い低電位導体或いは水を活性化、解離する機能を備える酸化し難い低電位導体である正極11と、高電位の導体である負極12と、複数のマイクロ孔を有し、浸透膜であり負極12上を直接被覆するフィルム13と、水或いは弱酸に光触媒と非光触媒の混合物を加えた電解液15と、透明な耐熱材料からなる多面採光の熱容器で正極11と負極12と電解液15の外部を被覆し少なくとも一つ以上の接続孔が設置されている絶縁ケース14と、電解液15を吸収する機能を持つ高吸収性物質16と、絶縁ケース14内の水素と水蒸気9の圧力が設定圧力を超えたとき、自動的に圧を大気中に開放する安全弁17と、水を活性化、解離する機能を持つ磁場を発生することのできる永久磁石8を含む。
ソーラー電池1は水或いは弱酸が光触媒と非光触媒により生じたイオンにより前記電池内部の伝導をし、正極11と負極12の電位差により前記電池の電力供給源となり、発電過程では水蒸気が発生し、水の電気分解により水素と酸素も生じる。
電解液15を形成する光触媒は光源があるとき、水を活性化、解離する機能を持ち、熱源があるとき、水を活性化、解離する機能を増す。前記光触媒にはナノ酸化チタン(TiO2)、ナノ酸化亜鉛(ZnO)、ナノ酸化スズ(SnO2)、ナノ酸化ジルコニウム(ZrO2)、ナノ硫化カドミニウム(CdS)、ナノ硫化亜鉛(ZnS)等を少なくとも一つ含む。電解液15を形成する非光触媒は光源や熱源がないとき、電解液15中の水を活性化、解離する機能を持ち、前記非光触媒は遠赤外線のナノセラミック、ナノマイナスイオン、ナノカーボン、ナノカーボンチューブ、ナノ銀イオン、ナノ金イオン、活性炭と酸基等を少なくとも一つ含む。正極11は電磁波を発することの出来る導体或いは上記の非光触媒(酸基を除く)の材料が適当な割合によって混合された導体の粒子或いは繊維からなる。正極11が水を活性化、解離する機能を持つ吸水導体(例えば活性炭あるいはその繊維)により高吸水性物質16の機能に取って代わることもできる。電圧値は正極11と負極12間の電位差に対して正比例の関係をなし、前記二者の離れている距離とは反比例の関係をなす。正極11は低電位の酸化し難い導体が優れており、負極12は高電位の導体(例えばアルミニウム、亜鉛、Al-Zn合金、Al-Zn-Li合金、Al-Zn-Mg合金、Al-Zn-Li-Mg合金、Al-Li合金、Al-Mg合金、Al-Li-Mg合金、Zn-Li合金、Zn-Mg合金とZn-Li-Mg合金)が優れている。フィルム13は高分子膜か陽子交換膜(Proton Exchange Membrance)或いは化成膜(Conversion Coating)等である。
電解液供給装置2はシリンダー容器21、ピストン22、駆動装置23、注入口24、第一チェックバルブ25を含み、駆動装置23は熱膨張する形状記憶合金或いは二重金属であり、電解液15は注入口24から注入され、駆動装置23は熱膨張した後ピストン22を押し、電解液15をシリンダー容器21からパイプラインbを経て絶縁ケース14(すなわちパイプラインbは前記電解液供給装置2と前記ソーラー電池1に繋がっている)に送り出し、電解液15を補充する。反対に熱源がなくなると、駆動装置23が収縮し、ピストン22は電解液15を絶縁ケース14からパイプラインbを経てシリンダー容器21内に送り出す。
電解液回収装置3は冷却器31、第一回収パイプラインcを含む。
水素回収装置4は容器41と第二チェックバルブ42及びフィルター43を含み、フィルター43は水素中の不純物を濾過し、水素しか通過できない。
燃料電池5には第三チェックバルブ51、第一ソレノイドバルブ52、第二回収パイプラインeがある。
加熱装置6は自動点火装置61、ガス噴射口62、第二ソレノイドバルブ63を含む。
電力管理装置7は制御装置71、交流電源コンセント72、直流電源コンセント73、蓄電池74を含み、制御装置71はソーラー電池1と燃料電池5により生じた電流を回路mを経て蓄電池74に充電し、蓄電池74も回路mを経て蓄えられた電力を制御装置71に送り、交直流電力を交流電源コンセント73と直流電源コンセント72に供給すると共に、回路k、回路j、回路iにより第一ソレノイド52、自動点火装置、第二ソレノイド63の電源スイッチを制御する。第一チェックバルブ25、第二チェックバルブ42、第三チェックバルブ51は流体を予め設定されている方向(図4に示す矢印の方向)に強制的に流動させ、逆流させることはない。
図1に本発明である太陽光電力供給システムのソーラー電池1が光源と熱源がない時の発電過程を示す。駆動装置23が収縮し、高吸水性物質16は電解液15を吸収し、永久磁石8は電解液15中の前記非光触媒と電解液15中の水を活性化或いは解離してイオンの状態にし、正極11と負極12の電位差は回路gを経て制御装置71に送られ、回路mを経て蓄電池74に充電される。同時に発生した水素と水蒸気9はパイプラインaを経て冷却器31(即ちパイプラインaは前記電解液回収装置3と前記ソーラー電池1に繋がっている)に送られ、水蒸気は冷却され水になった後、第一回収パイプラインcを経て絶縁ケース14内に送られる。水素はパイプラインdを経て容器41内(即ちパイプラインdは前記水素回収装置4と前記電解液回収装置3につながっている)に送られる。
図2に本発明である太陽光電力供給システムのソーラー電池1が日光或いは熱源を受ける時の発電過程を示す。駆動装置23が熱膨張しピストン22を押し、電解液15はシリンダー容器21からパイプラインbを経て絶縁ケース14内(即ち前記ソーラー電池1)に送られ、永久磁石8は電解液15中の前記光触媒、前記非光触媒と電解液15中の水をすばやく活性化或いは解離してイオンの状態にし、正極11と負極12の電位差は回路gを経て制御装置71に送られ、回路mを経て蓄電池74に充電される。同時に発生した水素と水蒸気9はパイプラインaを経て冷却器31に送られ、水蒸気は冷却され水になった後、第一回収パイプラインcを経て絶縁ケース14内に送られる。熱を受け体積が膨張した電解液15はパイプラインaを経て冷却器31にあふれ出し、第一回収パイプラインcを経て絶縁ケース14内に送られ、水素はパイプラインdを経て容器41内に送られる。
図3に本発明である太陽光電力供給システムのソーラー電池1が光源と熱源がない時、蓄えられた水素を用いて熱源を生じさせ発電する過程を示す。蓄電池74は回路mを経て蓄えられた電力を制御装置71に送り、制御装置71は回路iを経て第二ソレノイドバルブ63を開け、水素は容器41からパイプラインfを経てガス噴射口62(即ちパイプラインfは前記水素回収装置4と前記加熱装置6に繋がっている)に送られ、制御装置71は回路jを経て自動点火装置61を起動させ水素を燃焼させることによりソーラー電池1と電解液供給装置2に熱源を供給する。駆動装置23が熱膨張しピストン22を押し、電解液15はシリンダー容器21からパイプラインbを経て絶縁ケース14内に送られ、永久磁石8は電解液15中の前記光触媒、前記非光触媒と電解液15中の水をすばやく活性化或いは解離してイオンの状態にし、正極11と負極12の電位差は回路gを経て制御装置71に送られる。同時に発生した水素と水蒸気9はパイプラインaを経て冷却器31に送られ、水蒸気は冷却され水になった後、第一回収パイプラインcを経て絶縁ケース14内に送られる。熱を受け体積が膨張した電解液15はパイプラインaを経て冷却器31にあふれ出し、第一回収パイプラインcを経て絶縁ケース14内に送られ、水素はパイプラインdを経て容器41内に送られる。
図4に本発明である太陽光電力供給システムが光源と熱源がない時、蓄えられた水素を用いて燃料電池5が発電する過程を示す。駆動装置23が収縮し、蓄電池74は回路mを経て蓄えられた電力を制御装置71に送り、制御装置71は回路kを経て第一ソレノイドバルブ52を開け、水素は容器41からパイプラインfを経て燃料電池5(即ちパイプラインfは前記燃料電池5と前記水素回収装置4に繋がっている)に送られ、燃料電池5により生じた電流は回路hを経て制御装置71に送られ、発生した水や水蒸気は第二回収パイプラインeを経て冷却器31に送られ、冷却後第一回収パイプラインcを経て絶縁ケース14内に送られる。
図5に本発明のソーラー電池の実施例を示す。本実施例のソーラー電池1aと図1で示されているソーラー電池1は異なり、本実施例は正極11aがケースとなっている。
本実施例のソーラー電池1aは酸化し難い低電位導体或いは水を活性化、解離する機能を備える酸化し難い低電位導体である正極11aと、高電位導体である負極12と、複数のマイクロ孔を有し、浸透膜であり、負極12上を直接被覆するフィルム13と、正極11aは負極12と電解液15を覆いケースとして用いられ、少なくとも一つ以上の接続孔が設置されていることと、正極11aと負極12の接続面に短絡を予防するための絶縁体14bが設置されていることと、水或いは弱酸に光触媒と非光触媒の混合物を加えた電解液15と、正極11a内の水素と水蒸気9の圧力が設定圧力を超えたとき、自動的に圧を大気中に開放する安全弁17と、水を活性化、解離する機能を持つ磁場を発生することのできる永久磁石8を含む。
図6に本発明に係わるソーラー電池の別の実施例を示す。本実施例のソーラー電池1bと図5で示されているソーラー電池1aは異なり、本実施例は正極11aと負極12のフィルム13の間に高吸水性物質16が設けられ、並びに正極11aの外面に導電ケース14aが覆われケースとなっている。
ソーラー電池1は光源や熱源がある時発電量を増やすことができるが、ソーラー電池1aとソーラー電池1は熱源がある時にしか発電量を増やすことができない。 上記の各実施例のフィルム13にはナノ光触媒やナノ非光触媒を添加することができ、水を活性化、解離する効率を向上させることもできる。
以上述べたことをまとめれば、本発明の太陽光電力供給システムは光源或いは熱源の有る無しに関わらず発電ができ、24時間の電力供給システムである。実際製品の応用上、製品の大きさ、コスト、用途など異なるニーズに基づいてさまざまな組み合わせをしてもその原理は同じである。
本発明である太陽光電力供給システムが、光源と熱源がない時の発電を示す概略図である。 本発明である太陽光電力供給システムが、日光或いは熱源を受ける時の発電を示す概略図である。 本発明である太陽光電力供給システムが、蓄えられた水素により熱源に発電をさせることを示す概略図である。 本発明である太陽光電力供給システムが、蓄えられた水素により燃料電池に発電をさせることを示す概略図である。 本発明のソーラー電池の実施例を示す概略図である。 本発明のソーラー電池の別の実施例を示す概略図である。
符号の説明
1、1a 、1b ソーラー電池
11、11a 正極
12 負極
13 フィルム
14 絶縁ケース
14a 導電ケース
14b 絶縁体
15 電解液
16 高吸収性物質
2 電解液供給装置
21 シリンダー容器
22 ピストン
23 駆動装置
24 注入口
25 第一チェックバルブ
3 電解液回収装置
31 冷却器
4 水素回収装置
41 容器
42 第二チェックバルブ
43 フィルター
5 燃料電池
51 第三チェックバルブ
52 第一ソレノイドバルブ
6 加熱装置
61 自動点火装置
62 ガス噴射口
63 第二ソレノイドバルブ
7 電力管理装置
71 制御装置
72 直流電源コンセント
73 交流電源コンセント
74 蓄電池
a パイプライン
b パイプライン
c 回収パイプライン
g、h 二つの回路
e 第二回収パイプライン
m 回路
k、i、j 三つの回路
b、a、 d、 f 4つのパイプライン

Claims (17)

  1. ソーラー電池と、
    電解液を供給するための電解液供給装置と、
    冷却器と第一回収パイプラインからなる電解液回収装置と、
    容器と第二チェックバルブ及びフィルターからなる水素回収装置と、
    自動点火装置、ガス噴射口、第二ソレノイドバルブからなる加熱装置と、
    第三チェックバルブ、第一ソレノイドバルブ、第二回収パイプラインからなる燃料電池と、
    制御装置、蓄電池、交流電源コンセント、直流電源コンセントからなる電力管理装置であって、前記制御装置は前記ソーラー電池と前記燃料電池により生じた電流を回路を介して前記蓄電池に充電し、前記蓄電池が蓄えた電力は前記回路を経て制御装置に伝送され、交直流電力を前記交流電源コンセントと前記直流電源コンセントに供給すると共に、前記制御装置は異なる三つの回路により前記燃料電池の第一ソレノイド、前記加熱装置の第二ソレノイド及び前記自動点火装置の電源スイッチを制御するものと、
    前記電解液供給装置と前記ソーラー電池、前記電解液回収装置と前記ソーラー電池、前記水素回収装置と前記電解液回収装置、前記燃料電池及び前記水素回収装置と前記加熱装置をそれぞれ接続する少なくとも4個のパイプラインを含み、
    その発電については、前記電解液を前記電解液供給装置から前記パイプラインを経て前記ソーラー電池内に注入し、前記ソーラー電池は照射光源と熱源のいずれかの一つの工程により発電し水蒸気と水素を生じさせ、かつ、発生した前記水蒸気は前記パイプラインを経由し前記電解液回収装置に送られ、前記冷却器により水に冷却された後、前記電解液回収装置の第一回収パイプラインを経て前記ソーラー電池に送られ回収、再利用され、同時に発生した前記水素は前記パイプラインを経て前記水素回収装置に送られ回収されるが、光源と熱源がない場合は回収された前記水素は前記パイプラインにより選択された前記ソーラー電池と前記加熱装置に送られ熱を発生し前記ソーラー電池が加熱するいずれかの一つの工程を継続して発電し、前記ソーラー電池と前記燃料電池により発生した電流はそれぞれ2つの回路により前記電力管理装置に送られ前記電力管理装置により最終的に使用する電力仕様となることを特徴とする太陽光電力供給システム。
  2. 前記ソーラー電池内に前記電解液を有し、且つさらに
    酸化し難い低電位導体と水を活性化、解離する機能を備える酸化し難い低電位導体のいずれかの一つものから選択される正極と、
    高電位の導体である負極と、
    複数のマイクロ孔を有し前記負極上を直接被覆するフィルムと、
    透明な耐熱材料からなる多面採光の熱容器で前記正極と負極と前記電解液の外部を被覆し少なくとも一つ以上の接続孔が設置されている前記絶縁ケースを少なくとも含み、
    前記電解液は水と弱酸から選択されるいずれか一つものと光触媒の混合物であり、前記光触媒は光源と熱源のいずれか一つものがある場合に水を活性化、解離する機能を有し、前記ソーラー電池は前記水と弱酸のいずれかの一つのものが前記光触媒により生じたイオンにより前記ソーラー電池内部の伝導をし、前記正極と前記負極の電位差により電力供給源となることを特徴とする請求項1に記載する太陽光電力供給システム。
  3. 前記ソーラー電池内に前記電解液を有し、かつさらに酸化し難い低電位導体と水を活性化、解離する機能を備える酸化し難い低電位導体のいずれかの一つものから選択される正極と、
    高電位の導体である負極と、
    複数のマイクロ孔を有し前記負極上を直接被覆するフィルムを含み、
    前記正極は前記負極と電解液を被覆しケースとなり、少なくとも一つ以上の接続孔が設置されており、正極と負極の接続面に短絡を予防するための絶縁体を設置し、
    前記電解液は水と弱酸から選択されるいずれか一つものと光触媒の混合物であり、前記光触媒は光源と熱源のいずれか一つものがある場合に水を活性化、解離する機能を有し、前記ソーラー電池は前記水と弱酸のいずれかの一つのものが前記光触媒により生じたイオンにより前記ソーラー電池内部の伝導をし、前記正極と前記負極の電位差により電力供給源となることを特徴とする請求項1に記載する太陽光電力供給システム。
  4. 前記ソーラー電池における正極は電磁波を発することができる導体から選択されるものと、遠赤外線のナノセラミック、ナノマイナスイオン、ナノカーボン、ナノカーボンチューブ、ナノ銀イオン、ナノ金イオン、活性炭とその混合物のいずれか一つものが適当な割合によって混合された導体の粒子と繊維のいずれか一つものからなることを特徴とする請求項2に記載する太陽光電力供給システム。
  5. 前記ソーラー電池における正極は活性炭と活性炭繊維のいずれか一つであり、前記負極はアルミニウム、亜鉛、Al-Zn合金、Al-Zn-Li合金、Al-Zn-Mg合金、Al-Zn-Li-Mg合金、Al-Li合金、Al-Mg合金、Al-Li-Mg合金、Zn-Li合金、Zn-Mg合金とZn-Li-Mg合金のいずれか一つものから選択することを特徴とする請求項2に記載する太陽光電力供給システム。
  6. 前記ソーラー電池のフィルムが浸透膜であることを特徴とする請求項2に記載する太陽光電力供給システム。
  7. 前記ソーラー電池のフィルムが陽子交換膜(Proton Exchange Membrance)であることを特徴とする請求項2に記載する太陽光電力供給システム。
  8. 前記ソーラー電池の光触媒がナノ酸化チタン(TiO2)、ナノ酸化亜鉛(ZnO)、ナノ酸化スズ(SnO2)、ナノ酸化ジルコニウム(ZrO2)、ナノ硫化カドミニウム(CdS)、ナノ硫化亜鉛(ZnS)を少なくとも一つ含む材料から選択されることを特徴とする請求項2に記載する太陽光電力供給システム。
  9. 前記ソーラー電池はさらに非光触媒を含み、前記非光触媒は光源と熱源がない場合、水を活性化、解離する機能を有することを特徴とする請求項2に記載する太陽光電力供給システム。
  10. 前記ソーラー電池における非光触媒が遠赤外線のナノセラミック、ナノマイナスイオン、ナノカーボン、ナノカーボンチューブ、ナノ銀イオン、ナノ金イオン、活性炭と酸基のいずれか一つのものから選択されることを特徴とする請求項9に記載する太陽光電力供給システム。
  11. 前記ソーラー電池はさらに水を活性化、解離する機能を有する磁場を発生できることを特徴とする請求項2に記載する太陽光電力供給システム。
  12. 前記ソーラー電池はさらに高吸水性物質を含み、前記高吸水性物質が前記正極と前記フィルムの間にあることを特徴とする請求項2に記載する太陽光電力供給システム。
  13. 前記ソーラー電池はさらに高吸水性物質を含み、前記高吸水性物質が前記正極と前記フィルムの間にあることを特徴とする請求項3に記載する太陽光電力供給システム。
  14. 前記ソーラー電池のフィルムが高分子膜と化成膜のいずれかの一つものから選択されることを特徴とする請求項2に記載する太陽光電力供給システム。
  15. 前記電解液供給装置はシリンダー容器、ピストン、駆動装置、注入口、第一チェックバルブを含み、前記駆動装置は熱膨張する形状記憶合金と二重金属のいずれかの一つものから選択されるもので、熱源により前記電解液供給装置の駆動装置を起動させ前記電解液を前記電解液供給装置から前記パイプを経て前記前記ソーラー電池内に注入することを特徴とする請求項1に記載する太陽光電力供給システム。
  16. 前記ソーラー電池はさらに導電ケースを含み、前記導電ケースは前記正極の外部に被覆することを特徴とする請求項3に記載する太陽光電力供給システム。
  17. 前記ソーラー電池のフィルムには水を活性化、解離する効率を向上させるために、ナノ光触媒とナノ非光触媒のいずれかの一つから選ばれるものを添加することを特徴とする請求項2に記載する太陽光電力供給システム。
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