JP2008159866A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セルの受光面に照射される太陽光を集光するので、太陽電池セルの受光面に太陽光を均一に照射させなくても、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を簡易に高めることを課題とする。
【解決手段】点線で示すように、太陽光のレンズ２に対する照射角がずれたとしても、レンズ２により集光されて太陽電池セル１の受光面上に照射される太陽光は、太陽電池セル１の受光面上を移動するだけで、レンズ２から集光された太陽光を受けた太陽電池セル１から昇圧回路に出力される出力電流は、各太陽電池セル１からの出力電流の総和となり、太陽電池セル１の中心付近に太陽光が照射される場合と同様である。
【選択図】 図２

Description

この発明は、太陽光を受光して発電する光電変換装置に関する。

従来、太陽光を受光して発電する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を高めることを目的として、太陽電池セルの受光面に太陽光を均一かつ効率的に照射させる技術が存在する。

例えば、特許文献１では、太陽電池モジュールの受光面に配置された太陽電池セルに対する太陽からの入射照度を増大させるために、季節や時間経過などの要因によって異なる太陽高度にあわせて、太陽電池セルの周辺に設置された光反射体と太陽電池モジュールとの角度調整する技術が開示されている。

特開平８−１４８７１１号公報

しかしながら、上記した従来の技術は、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を高める上で必ずしも効率的とはいえないという問題点があった。

すなわち、上記した従来の技術は、比較的大雑把な運転操作により光反射体の角度を調整するものであるため、太陽電池セルの受光面に太陽光が均一かつ効率的に照射されていない場合も考えられ、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を高める上で必ずしも効率的とはいえないという問題点があった。

また、従来、太陽電池モジュールにおいては、電子機器を駆動させるために必要な電圧を得るために、各太陽電池セルを直列接続して用いているが、太陽電池セルの受光面に太陽光が均一に照射されていない場合には、太陽電池モジュールから電子機器を駆動させるために必要な電圧を得ることができないという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、太陽電池セルの受光面に太陽光が均一に照射されていない場合であっても、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を高めることが可能な光電変換装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に係る発明は、太陽光を受光して発電する光電変換装置であって、太陽光を受光する受光面を備えた複数の太陽電池セルをそれぞれ並列に接続して構成され、当該太陽電池セルの受光面に照射される太陽光を集光する集光手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、上記の発明において、太陽電池セルの受光面に対して直接照射されない太陽光を当該受光面に照射させるように反射する反射手段をさらに備えたことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、上記の発明において、前記反射手段は、太陽電池セルの受光面との間で所定の角度をなすように、太陽電池セルの周囲に回転自在に設置されるものであって、太陽電池セルからの発電出力値を計測する計測手段と、前記計測手段により計測される前記発電出力値が最大となるように、前記反射手段を回転駆動制御する駆動制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、前記計測手段は、太陽電池セルからの発電電圧値および／または出力電流値を前記発電出力値として計測することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、上記の発明において、単一の太陽電池セルを接続して構成することを特徴とする。

本発明によれば、太陽光を受光する受光面を備えた複数の太陽電池セルをそれぞれ並列に接続して構成するとともに、太陽電池セルの受光面に照射される太陽光を集光するので、太陽電池セルの受光面に太陽光を均一に照射させなくても、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を簡易に高めることが可能である。

また、本発明によれば、太陽電池セルの受光面に対して直接照射されない太陽光を太陽電池セルの受光面に照射させるように反射するので、太陽電池セルの受光面に対して直接照射されない太陽光を太陽電池セルの受光面に均一に照射させなくても、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を簡易に高めることが可能であるとともに、太陽電池セルの受光面に対して直接照射されない太陽光を発電に利用することができ、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を効率的に高めることが可能である。

また、本発明によれば、太陽電池セルの受光面に対して直接照射されない太陽光を太陽電池セルの受光面に照射させるように反射する反射体を、太陽電池セルの受光面との間で所定の角度をなすように、太陽電池セルの周囲に回転自在に設置しておき、太陽電池セルからの発電出力値を計測するようにして、計測される発電出力値が最大となる位置に反射体を回転駆動制御するので、より多くの太陽光を太陽電池セルの受光面に照射させて発電に寄与させることが可能である。また、太陽電池セルの受光面に太陽光を均一に照射させなくても、太陽電池セルからの発電出力値を計測するだけで、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を最大限に高めることが可能である。

また、本発明によれば、太陽電池セルからの発電電圧値および／または出力電流値を前記発電出力値として計測するので、発電電圧値または出力電流値のいずれか一つ、あるいは両方の積で算出される電力値に基づいて、太陽電池セルからの発電電力値が最大となるように反射体の位置を調整することが可能である。

また、本発明によれば、単一の太陽電池セルを接続して構成するので、例えば、単一の太陽電池セルで電子機器の駆動に必要な電力が得られる場合には、コストの削減および装置の小型化が可能である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る光電変換装置の実施例を詳細に説明する。

以下の実施例１では、実施例１に係る光電変換装置の概要および特徴を説明した後に、実施例１による効果を説明する。

［光電変換装置の概要および特徴（実施例１）］
まず、図１および図２を用いて、実施例１に係る光電変換装置の概要および特徴を説明する。図１および図２は、実施例１に係る光電変換装置の概要を示す図である。

実施例１に係る光電変換装置は、太陽光を受光して発電することを概要とするが、太陽電池セルの受光面に太陽光が均一に照射されていない場合であっても、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を高めることが可能である点に主たる特徴がある。

この主たる特徴について具体的に説明すると、図１に示すように、実施例１に光電変換装置は、太陽光を受光する受光面を備えた複数の太陽電池セル１をそれぞれ並列に接続するとともに、太陽電池セル１により発電された電流を昇圧回路に対して出力可能なように構成される。また、図２に示すように、実施例１に係る光電変換装置は、太陽電池セル１の上部にレンズ２を備えて構成される。

ここで、昇圧回路は、例えば、電子機器の駆動に必要な電圧を得ることを目的として、スイッチ素子が「オン」されている間に太陽電池セル１から入力された入力電流をインダクタに電気エネルギとして蓄えて、スイッチ素子が「オフ」されている間にインダクタに蓄えられた電気エネルギを回路内に出力することにより、太陽電池セル１から入力された入力電流を昇圧する。昇圧回路の代表的なものとしては、インダクタを用いたチョッパ型昇圧回路やトランスを用いた絶縁型昇圧回路が存在する。

また、レンズ２は、太陽電池セル１の受光面に照射される太陽光を集光するためのものであり、凸レンズと同等の集光作用があれば適用することができ、代表的な例としては、円形フレネルレンズや線形フレネルレンズなどが存在する。

そして、図２において実線で示すように、上方から照射される太陽光がレンズ２により集光されて、太陽電池セル１の中心付近に照射される。ここで、レンズ２から集光された太陽光を受けた太陽電池セル１から昇圧回路に出力される出力電流は、太陽電池セル１が複数並列接続されているため、各太陽電池セル１からの出力電流の総和となる。

また、図２において点線で示すように、太陽光のレンズ２に対する照射角がずれたとしても、レンズ２により集光されて太陽電池セル１の受光面上に照射される太陽光は、太陽電池セル１の受光面上を移動するだけで、レンズ２から集光された太陽光を受けた太陽電池セル１から昇圧回路に出力される出力電流は、各太陽電池セル１からの出力電流の総和となり、太陽電池セル１の中心付近に太陽光が照射される上記の場合と同様である。

すなわち、太陽電池セル１の受光面に対して太陽光を均一に照射させなくとも、同一の出力電流を得ることができる。

［実施例１による効果］
上述してきたように、実施例１によれば、太陽光を受光する受光面を備えた複数の太陽電池セル１をそれぞれ並列に接続して構成するとともに、太陽電池セル１の受光面に照射される太陽光を集光するので、太陽電池セル１の受光面に太陽光を均一に照射させなくても、太陽電池セル１の単位面積当たりの発電性能を簡易に高めることが可能である。

上記の実施例１において、太陽電池セル１の受光面に対して直接照射されない太陽光を受光面に照射させるように反射してもよい。そこで、以下の実施例２では、太陽電池セル１の受光面に対して直接照射されない太陽光を受光面に照射させるように反射する場合を説明する。

図３および図４に実施例２に係る光電変換装置の概要を示す。まず、図３に示すように、実施例２に係る光電変換装置は、太陽電池セル１の周辺に設置され、太陽電池セル１の受光面に対して直接照射されない太陽光を受光面に照射させるように反射するための反射体３と、上述した実施例１と同様に、それぞれが並列に接続された複数の太陽電池セル１を備えて構成される。

ここで、反射体３としては、太陽光の反射率の高いものあれば適用することができ、例えば、金属鏡面や白色紙などがこれに該当する。なお、太陽光を反射するのみならず、建築物等により反射された太陽光を反射するようにしてもよい。

そして、図３において実線で示すように、上方から照射される太陽光のうち、太陽電池セル１の受光面に直接照射されないものは、太陽電池セル１の周辺に設置された反射体３により反射されて、太陽電池セル１の受光面に間接的に照射される。ここで、直接的あるいは反射体３により間接的に照射される太陽光を受けた太陽電池セル１から昇圧回路に出力される出力電流は、太陽電池セル１が複数並列接続されているため、各太陽電池セル１からの出力電流の総和となる。

続いて、図４に示すように、実施例２に係る光電変換装置は、受光面と反対側を太陽に向けて設置された太陽電池セル１の下方に設置され、太陽電池セル１の受光面に対して太陽光を照射させるように反射するための凹面鏡４と、上述したものと同様の太陽電池セル１を備えて構成される。

ここで、凹面鏡４は、太陽光の反射率の高いものあれば適用することができ、例えば、金属鏡面や白色紙などがこれに該当する。なお、太陽光を反射するのみならず、建築物等により反射された太陽光を反射するようにしてもよい。

そして、図４において実線で示すように、上方から照射される太陽光は、太陽電池セル１の下方に設置された凹面鏡４により反射されて、太陽電池セル１の受光面に間接的に照射される。ここで、凹面鏡４により間接的に照射される太陽光を受けた太陽電池セル１から昇圧回路に出力される出力電流は、太陽電池セル１が複数並列接続されているため、各太陽電池セル１からの出力電流の総和となる。

また、図４において点線で示すように、凹面鏡４に対する太陽光の照射角がずれたとしても、凹面鏡４により照射されて太陽電池セル１の受光面上に照射される太陽光は、太陽電池セル１の受光面上を移動するだけで、太陽電池セル１から昇圧回路に出力される出力電流は、上記と同様に、各太陽電池セル１からの出力電流の総和となる。

すなわち、太陽電池セルの受光面に対して直接照射されない太陽光を太陽電池セル１の受光面に対して太陽光を均一に照射させなくとも、同一の出力電流を得ることができる。

［実施例２による効果］
上述してきたように、実施例２によれば、太陽電池セル１の受光面に対して直接照射されない太陽光を太陽電池セル１の受光面に照射させるように反射するので、太陽電池セル１の受光面に対して直接照射されない太陽光を太陽電池セル１の受光面に均一に照射させなくても、太陽電池セル１の単位面積当たりの発電性能を簡易に高めることが可能であるとともに、太陽電池セル１の受光面に対して直接照射されない太陽光を発電に利用することができ、太陽電池セル１の単位面積当たりの発電性能を効率的に高めることが可能である。

ところで、上記の実施例２のように、反射体３が固定の場合には、図５に例示するように、反射体３に該当する反射板５によって太陽から照射される太陽光の一部が遮られて発電に寄与されない。そこで、上記の実施例２において、反射体３に該当する反射板５を駆動できるようにして、より多くの太陽光を太陽電池セルの受光面に照射させるようにしてもよい。そこで、以下の実施例３では、反射板５を駆動できるようにして、より多くの太陽光を太陽電池セルの受光面に照射させるようにする場合を説明する。

図６に実施例３に係る光電変換装置の構成を示す。同図に示すように、実施例３に係る光電変換装置は、上記の実施例２と同様に、それぞれが並列に接続された複数の太陽電池セル１を備えるとともに、反射板５が取り付けられた回転軸を駆動制御部６により挟み込んで、太陽電池セル１を取り囲むように設置して構成される。

ここで、反射板５は、太陽電池セル１の受光面との間で所定の角度をなすように、回転自在な状態で設置される。また、駆動制御部６は、反射板５が取り付けられている回転軸の軸受けとして機能するとともに、図７に示すように、発電出力計測部６ａおよび反射板調整部６ｂを備える。発電出力計測部６ａは、太陽電池セル１からの発電出力値として、発電電圧値または出力電流値を計測し、反射板調整部６ｂは、反射板５を回転駆動制御する。

図８および図９に実施例３に係る光電変換装置の概要を示す。具体的に説明すると、図８および図９にそれぞれ示すように、駆動制御部６は、発電出力計測部６ａにより太陽電池セル１から出力される発電電圧値または出力電流値を計測しつつ、反射板調整部６ｂにより反射板５を回転駆動させる。そして、発電出力計測部６ａにより計測された発電電圧値または出力電流値が最大となる位置に、反射板５の位置を反射板調整部６ｂにより調整する。

ここで、反射板５の位置を調整する場合には、反射板調整部６ｂにより各反射板５を一枚ずつ回転駆動させて、発電出力計測部６ａにより太陽電池セル１から出力される発電電圧値または出力電流値を計測する。そして、最後の反射板５の位置の調整を終えると、最初の反射板５に戻って反射板５の位置を調整する動作を繰り返し実行する。すなわち、他の反射板５を駆動させたことで、太陽電池セル１の受光面に照射される太陽光の量を減少させている反射板５を最適化する趣旨である。

また、発電出力計測部６ａは、太陽電池セル１から出力される発電電圧値および出力電流値の双方を計測して、電圧値と電流値との積で算出される電力値が最大となる位置に、反射板５の位置を反射板調整部６ｂにより調整するようにしてもよい。なお、太陽電池セル１からの発電出力として電力値を直接測定するようにしてもよい。

［実施例３による効果］
上述してきたように、実施例３によれば、また、本発明によれば、太陽電池セルの受光面に対して直接照射されない太陽光を太陽電池セル１の受光面に照射させるように反射する反射板５を、太陽電池セル１の受光面との間で所定の角度をなすように、太陽電池セル１の周囲に回転自在に設置しておき、太陽電池セル１からの発電出力値を計測するようにして、計測される発電出力値が最大となる位置に反射板５を回転駆動制御するので、より多くの太陽光を太陽電池セルの受光面に照射させて発電に寄与させることが可能である。また、太陽電池セル１の受光面に太陽光を均一に照射させなくても、太陽電池セル１からの発電出力値を計測するだけで、太陽電池セル１の単位面積当たりの発電性能を最大限に高めることが可能である。

また、本発明によれば、太陽電池セル１からの発電電圧値および／または出力電流値を発電出力値として計測するので、発電電圧値または出力電流値のいずれか一つ、あるいは両方の積で算出される電力値に基づいて、太陽電池セル１からの発電電力値が最大となるように反射板５の位置を調整することが可能である。

さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。

（単一の太陽電池セルで装置を構成）
上記の実施例では、それぞれが並列に接続された複数の太陽電池セル１を備えて光電変換装置を構成する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１０に示すように、単一の太陽電池セル１を備えて構成するようにしてもよい。

このように、単一の太陽電池セルを接続して構成するので、例えば、単一の太陽電池セルで電子機器の駆動に必要な電力が得られる場合には、コストの削減および装置の小型化が可能である。

以上のように、本発明に係る光電変換装置は、太陽光を受光して発電する場合に有用であり、特に、太陽電池セルの受光面に太陽光が均一に照射されていない場合であっても、太陽電池セルの単位面積当たりの発電性能を高めることに適する。

実施例１に係る光電変換装置の概要を示す図である。 実施例１に係る光電変換装置の概要を示す図である。 実施例２に係る光電変換装置の概要を示す図である。 実施例２に係る光電変換装置の概要を示す図である。 実施例３に係る光電変換装置の一例を示す図である。 実施例３に係る光電変換装置の構成例を示す図である。 実施例３に係る駆動制御部の構成例を示す図である。 実施例３に係る光電変換装置の概要を示す図である。 実施例３に係る光電変換装置の概要を示す図である。 実施例４に係る光電変換装置の概要を示す図である。

符号の説明

１ 太陽電池セル
２ レンズ
３ 反射体
４ 凹面鏡
５ 反射板
６ 駆動制御部
６ａ 出力電流計測部
６ｂ 反射板調整部

Claims (5)

1. 太陽光を受光して発電する光電変換装置であって、
   太陽光を受光する受光面を備えた複数の太陽電池セルをそれぞれ並列に接続して構成され、当該太陽電池セルの受光面に照射される太陽光を集光する集光手段を備えたことを特徴とする光電変換装置。
2. 太陽電池セルの受光面に対して直接照射されない太陽光を当該受光面に照射させるように反射する反射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記反射手段は、太陽電池セルの受光面との間で所定の角度をなすように、太陽電池セルの周囲に回転自在に設置されるものであって、
   太陽電池セルからの発電出力値を計測する計測手段と、
   前記計測手段により計測される前記発電出力値が最大となるように、前記反射手段を回転駆動制御する駆動制御手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
4. 前記計測手段は、太陽電池セルからの発電電圧値および／または出力電流値を前記発電出力値として計測することを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
5. 単一の太陽電池セルを接続して構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光電変換装置。

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