JP2009170640A - 色素増感太陽電池を用いた太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイを構成するセルの電圧逆転現象を防止して発電する色素増感太陽電池を用いた太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】太陽光発電装置１は、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧と出力電流とから出力電力を演算する電力演算部１８と、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を制御する制御指示値を所定の周期で変更する制御指示値変更部１５と、変更する前の制御指示値における出力電力と変更した後の制御指示値における出力電力との比較結果に基づいて、制御指示値変更部１５に対して制御指示値の変更指示を行って最大電力追従制御を行うと共に、変更した後の制御指示値における出力電圧が予め設定された下限値以下にならないように変更指示を行う制御部１３と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、色素増感太陽電池を用いた太陽光発電装置に関する。

近年、環境問題、エネルギー問題の観点から、太陽電池を電源とした発電システムが注目されている。特に、現在、実用化されている太陽電池は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質（アモルファス）シリコン等を用いたＰＮ接合を利用して形成されたものが主流となっている。これらの太陽電池はメンテナンスも少なく、当該太陽電池に日照さえあれば電力を得ることが可能であるが、当該電力は日射量に大きく影響する。そのため、これまでに、太陽電池から電力を効率良く取り出すことを目的とした、光電池の最大出力電力制御方式に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の光電池の最大出力電力方式は、所謂、山登り法という最大電力追従方式を採用している。この方法では、一定の時間間隔で太陽電池の動作点電圧を増加或いは減少させた際に、太陽電池の出力電力が増加した場合には、更に動作点電圧を同じ方向に変化させ、太陽電池の出力電力が減少した場合には、動作点電圧を逆方向に変化させる。このように特許文献１に記載の光電池の最大出力電力制御方式は、前回の出力電力と今回の出力電力とを比較し、より大きな出力電力が得られるように動作点電圧を移動させ太陽電池が最大電力点付近で発電可能なように制御を行っている。また、予め太陽電池の動作点電圧に閾値を設け、その範囲内で太陽電池の出力電流を増大させる制御を行っている太陽電池の最大電力制御方法がある（例えば、特許文献２）。

特開昭５７−２０６９２９号公報 特開２００１−６０１１７号公報

一方、上述のような太陽電池は、変換効率が低く、製造コストが高いという課題を有していることから、このような太陽電池に替わる技術として、色素増感太陽電池が注目されている。色素増感太陽電池は、半導体層に光増感色素を吸着させて形成され、上述のＰＮ接合による太陽電池とは異なるメカニズムで作動する。

色素増感太陽電池は、光透過性を有する基板と当該基板に積層された光透過性を有する導電層と受光に伴って電子を放出する色素とを有する光極と、当該光極に対して所定の間隔を隔てて対面すると共に導電性を有する対極と、光極と対極との間に挟持された電荷移動層とからなる。一般的に、色素としてはルテニウム錯体が使用され、電荷移動層としては、ヨウ素等の電解質を含む導電体が使用されている。色素増感太陽電池においては、色素が太陽光を吸収して励起されると電子を放出する現象、ルテニウム錯体からなる色素に残った正孔が電荷移動層のヨウ素を酸化させる現象、酸化されたヨウ素が対極から電子を受け取り還元される現象を利用して電力が得られる。単一のセルが光照射を受けた場合には、上述した一連の現象により電圧及び電流を発生する。ここで、単一セルの電圧は、１Ｖ未満であるため、太陽光発電装置を形成する場合には、所定の出力が得られるように複数個のセルを直並列に接続したモジュール、または複数個のモジュールを直並列に接続したアレイとして使用される。

色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイを構成するセルの特性が非常に均一である理想的な場合では、太陽電池電圧を開放状態から短絡状態へと変化させた場合、図１に示されるようにセル電圧も一様に開放状態から短絡状態、即ち１Ｖから０Ｖに変化する。しかしながら、現実の色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイでは全てのセルの特性を均一にすることは容易ではない。そのため、例えば直列に接続された色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの電圧を一定の電圧よりも低くする（短絡側に近づく）と、セルの特性の差等により、太陽電池電圧が０Ｖの場合に図２の（ａ）のようにセル電圧が０Ｖになるセルもあれば、セル電圧が０Ｖにならないセル、即ち図２の（ｂ）のようなプラスの電位を有するセルや図２の（ｃ）のようなマイナスの電位を有するセルが発生する。特に、このようなマイナス電位を有するセルは電力の供給時に抵抗体のように作用すると共に（〔０００６〕段落の５〜８行目のような）反応以外の構成部材に悪影響を及ぼす副反応が発生するため、長期耐久性を要する用途においては好ましくない。

また、色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を出力電流で制御すると、日射が急激に低下した時等に、以下のような問題が生じる。日射が急激に変化した場合には、出力電圧−出力電流特性は図３に示されるＡからＢのように変化する。このような急激な日射の変化に伴って色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力状態が変化したにも拘らず、制御指示値が更新されない場合には、日射が急激に変化する前には、例えばＡで示される特性のａ点で出力が行われていたものが、日射が急激な変化した後には、Ｂで示される特性のｂ点で出力が行われることとなる。このようなｂ点での出力は、ａ点での出力に比べて出力電力の供給能力が低いため、色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を出力電流で制御すると、セルが短絡状態に近い状態となり、図２の（ｃ）のような電圧逆転現象が発生する可能性が高くなる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイを構成するセルの電圧逆転現象を防止して長期に渡って発電する色素増感太陽電池を用いた太陽光発電装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る色素増感太陽電池を用いた太陽光発電装置の特徴構成は、色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧と出力電流とから出力電力を演算する電力演算部と、前記色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を制御する制御指示値を所定の周期で変更する制御指示値変更部と、前記変更する前の制御指示値における出力電力と前記変更した後の制御指示値における出力電力との比較結果に基づいて、前記制御指示値変更部に対して前記制御指示値の変更指示を行って最大電力追従制御を行うと共に、前記変更した後の制御指示値における出力電圧が予め設定された下限値以下にならないように変更指示を行う制御部と、を備える点にある。

このような特徴構成であれば、制御指示値変更部が周期的に制御指示値を変更することで色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイが最大動作点付近で作動させる最大電力追従制御を行う場合に、色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの発電状態を色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧を用いて制御するため、日射が急激に変化した場合であっても、セルの特性のばらつき等による電圧逆転現象を防止することができる。また、日射変動等により色素増感太陽電池の発電状況が頻繁に変化するような場合であっても、色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が予め設定された下限値以下にならないように制御されるため、より確実にセル電圧の電圧逆転現象の発生を防止することができる。

また、前記下限値は、その時点のカレンダー情報に基づいて設定される構成とすると好適である。

このような構成であれば、季節や時刻の変化に伴う日射変化や温度変化により特性が変化する色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイから有効に出力電力を得ることが可能となる。

また、前記制御部は、前記出力電圧が予め設定された制御開始電圧を超えた場合に前記最大電力追従制御を開始する構成とすると好適である。

このような構成であれば、セル電圧の電圧逆転現象が発生しやすい出力電圧が低い状態を回避することができるため、より確実にセル電圧の電圧逆転現象の発生を防止することができる。

また、前記制御開始電圧は、その時点のカレンダー情報に基づいて設定される構成とすると好適である。

このような構成であれば、季節や時刻の変化に伴う日射変化や温度変化により特性が変化する色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイから有効に出力電力を得ることが可能となる。

また、前記制御部は、予め設定された時間における前記出力電力の変動幅に応じて、前記最大電力追従制御と、予め設定された制御開始電圧で制御する定電圧制御と、を切り替える構成とすると好適である。

このような構成であれば、例えば、日射変動等により色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの発電状況が頻繁に変化するような場合であっても、日射変動時にセル電圧の電圧逆転現象を防止できると共に、最大電力追従制御中に日射変動が発生した場合に生じる制御指示値のミスマッチによる出力低下を防止することができる。

また、前記制御指示値変更部は、所定の１周期の間に行われる前記制御指示値の変更を、少なくとも２段階以上となるように段階的に行う構成とすると好適である。

このような構成であれば、制御指示値変更部が制御指示値を変更する際、段階的に変更するため、１回あたりの変化量を小さくすることができる。そのため、制御指示値の変化量を大きくした場合に、セル電圧の電圧逆転現象が発生しやすい特徴を有する色素増感太陽電池であっても、電圧逆転現象の発生を防止することができる。

また、前記制御指示値変更部が前記制御指示値を変更した場合に、当該変更後、予め設定した時間が経過した後、電圧測定部が前記出力電圧を測定し、電流測定部が前記出力電流を測定する構成とすると好適である。

このような構成であれば、制御指示値を変更した場合であっても、制御指示値の変更に応じて変動する出力電圧を安定した状態で測定することができる。したがって、精度良く出力電圧を測定することが可能となる。

１．第一の実施形態
以下、本発明の第一の実施形態について図面に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係る色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイを用いた太陽光発電装置１の概略構成を模式的に示したブロック図である。本太陽光発電装置１は、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイから出力される出力電圧と出力電流とから出力電力を算出し、当該出力電力に応じて色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を制御する制御指示値を変更し、変更後の制御指示値における出力電圧が予め設定された下限値以下にならないように制御する機能を備えている。

本太陽光発電装置１は、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイ、電流測定部１１、電圧測定部１２、制御部１３、下限値設定部１４、制御指示値変更部１５、電力変換部１６、電力比較部１７、電力演算部１８、記録部１９の各機能部を備える。以下、本太陽光発電装置１の各部の構成について説明する。

色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイに用いられるセルのセル電圧は１Ｖ程度である。そのため、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイは、太陽光発電装置１に接続される負荷２０を動作させるのに必要な電圧値にすると共に、負荷２０が消費する消費電流に応じた供給能力を確保するために、複数のセルを直並列に接続して用いられる。この色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイは、詳細は後述するが動作点を制御する制御指示値が制御部１３により制御されて動作する。

電流測定部１１は、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電流の測定を行う。この出力電流は直流電流であり、交流負荷である負荷２０が消費する消費電流及び電力変換部１６（後述する）での損失が含まれる。測定された出力電流値は、制御部１３に伝達される。また、電圧測定部１２は、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧の測定を行う。この出力電圧は直流電圧であり、測定された出力電圧値は、制御部１３に伝達される。

制御部１３は、電流測定部１１により測定された出力電流値及び電圧測定部１２により測定された出力電圧値を後述の電力演算部１８に伝達する。当該電力演算部１８は、制御部１３から伝達された出力電流値及び出力電圧値から、出力電力の演算を行う。この演算された出力電力は、記録部１９に記録される。

太陽光発電装置１は、下限値設定部１４を備えている。下限値設定部１４は、下限値の設定を行う。下限値とは、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの電圧逆転現象の発生を防止するために設けられる色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作閾値の下限値である。制御部１３は、電圧逆転現象の発生を防止するために、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が下限値設定部１４により設定される下限値以下にならないように制御指示値変更部１５に対して制御指示値の変更指示を行う。

制御指示値変更部１５は、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を制御する制御指示値を所定の周期で変更する。この制御指示値変更部１５により変更された制御指示値に応じて、制御部１３は色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイから効率よくエネルギーを取り出すために、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイにかかる出力端子間の電圧を、適切な状態となるように制御する。具体的には、電力比較部１７により行われる、変更する前の制御指示値における出力電力と、変更した後の制御指示値における出力電力との比較結果に基づいて、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点が常に最大出力点に追従して出力が最大となるように制御指示値変更部１５に対して制御指示値の変更指示を行って最大電力追従制御を行う。

以下に、本太陽光発電装置１が行う最大電力追従制御について説明する。まず、制御部１３は、制御指示値変更部１５により変更された制御指示値に応じて、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を制御指示値となるように制御する。そして、電流測定部１１により測定された出力電流値と、電圧測定部１２により測定された出力電圧値とから電力演算部１８が出力電力を演算し、演算結果が記録部１９に記録される。

次に、制御指示値変更部１５は制御指示値を所定の値（ΔＶ１）だけ変化させた値に変更する。制御部１３は、制御指示値変更部１５により変更された変更後の制御指示値に応じて、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点が制御指示値となるように制御を行う。そして、電流測定部１１により測定された出力電流値と、電圧測定部１２により測定された出力電圧値とから電力演算部１８が出力電力を演算し、演算結果が記録部１９に記録される。

電力比較部１７は、記録部１９に記録されている前回の出力電力値と、電力演算部１８により演算された今回の出力電力値との比較を行う。この比較結果から、前回の出力電力よりも今回の出力電力の方が大きい場合には、制御指示値変更部１５は、制御指示値の変更した量、即ちΔＶ１を今回の制御指示値に加算して次回の制御指示値として用いる。

一方、前回の出力電力よりも今回の出力電力の方が大きくない場合には、制御指示値変更部１５は、制御指示値の変更した量、即ちΔＶ１を今回の制御指示値から減算して次回の制御指示値として用いる。このような制御を繰り返すことにより、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイが、最大電力点付近で作動するように制御を行うことが可能となる。なお、電力比較部１７により行われる電力比較においては、上述のように、制御指示値を変更する前の出力電力は、記録部１９に記録されている出力電力値を用い、制御指示値を変更した後の出力電力は、電力演算部１８により演算された出力電力値を用いて行われる。

また、制御部１３は、制御指示値を変更した後の色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が下限値設定部１４により設定される下限値以下にならないように制御指示値変更部１５に対して制御指示値の変更指示を行う。

このように、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作状態を出力電圧により制御することにより、特に日射の急激な変化（急激な減少等）があった場合であっても、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイを構成するセルのセル電圧の電圧逆転現象の発生を防止することが可能となる。また、出力電圧に対して下限値を設けることにより、より確実にセル電圧の電圧逆転現象の発生を防止することが可能となる。

ここで、上述のように、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイから出力される出力電圧及び出力電流は直流である。一方、負荷２０は交流負荷であるため、色素増感太陽電池１０からの出力を交流に変換する必要がある。この変換は、電力変換部１６により行われる。電力変換部１６は、公知のインバータ回路からなり、ＰＷＭ制御により周波数変換が行われる。したがって、電力変換部１６の出力は交流出力となり、交流負荷である負荷２０に適した電力供給が可能となる。

次に、本実施形態に係る太陽光発電装置１において実行される色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの最大電力追従制御について説明する。図５は、本実施形態に係る太陽光発電装置１の制御の全体の手順を示すフローチャートである。以下に説明する手順は、上記の太陽光発電装置１の各機能部を構成するハードウェア又はソフトウェア（プログラム）或いはその両方の組み合わせにより実行される。

まず、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイは、動作点が制御部１３により所定の制御指示値で制御され（ステップ＃１０１）、発電を行う。この状態で、電圧測定部１２は出力電圧の測定を行い（ステップ＃１０２）、電流測定部１１は出力電流の測定を行う（ステップ＃１０３）。測定された出力電圧値と出力電流値とが、制御部１３を介して電力演算部１８に伝達される。電力演算部１８は、これらの出力電圧値と出力電流値とから出力電力を演算し、演算結果を記録部１９に記録する（ステップ＃１０４）。

次に、電力比較部１７が、前回の出力電力と今回の出力電力との比較を行う（ステップ＃１０５）。前回の出力電力は記録部１９に記録されている出力電力が用いられ、今回の出力電力は電力演算部１８により演算された出力電力が用いられる。ここで、前回の出力電力より今回の出力電力の方が大きい場合には（ステップ＃１０６：Ｙｅｓ）、制御指示値変更部１５は、制御指示値を所定の値（ΔＶ１）だけ大きい値に変更する（ステップ＃１０７）。一方、前回の出力電力より今回の出力電力の方が小さい場合には（ステップ＃１０６：Ｎｏ）、制御指示値変更部１５は、制御指示値を所定の（ΔＶ１）だけ小さい値に変更する（ステップ＃１０８）。

制御部１３は、変更された制御指示値における色素増感太陽電池１０の出力電圧が下限値設定部１４により設定される下限値以下であるか否かの判定を行う（ステップ＃１０９）。色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が、下限値以下であれば（ステップ＃１１０：Ｎｏ）、制御部１３は、制御指示値変更部１５に対して制御指示値を所定の値（ΔＶ２）だけ大きい値に変更するように変更指示を行う。この変更指示に従って、制御指示変更部１５は制御指示値を所定の値（ΔＶ２）だけ大きい値に変更する（ステップ＃１１１）。この時、ΔＶ２は、変更された制御指示値における色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が、少なくとも下限値よりも大きい値になるように設定される。

ステップ＃１１０において、変更された制御指示値における色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が下限値設定部１４により設定される下限値より大きい場合（ステップ＃１１０：Ｙｅｓ）、或いはステップ＃１１１において制御指示値が変更された場合において、制御を継続する場合には（ステップ＃１１２：Ｎｏ）、ステップ＃１０１に戻り処理を継続する。制御を継続しない場合には（ステップ＃１１２：Ｙｅｓ）、処理を終了する。このようなフローに応じて、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を制御する制御指示値を制御することにより、セルの電圧逆転現象を防止して最大電力追従制御を行うことが可能となる。

２．第二の実施形態
以下、本発明に係る第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、制御部１３が行う最大電力追従制御を開始する制御開始電圧が設けられている点と、予め設定された時間における色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電力の変動幅に応じて最大電力追従制御と定電圧制御とを切り替える点とにおいて、第一の実施形態と異なる。これら以外の構成については、第一の実施形態と同様である。そのため、以下では制御開始電圧、及び最大電力追従制御と定電圧制御との切り替えを中心に説明する。

第二の実施形態においても、制御部１３が制御指示値変更部１５により設定される制御指示値に応じて色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を制御する。図６は、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの単一セルの出力電圧（太陽電池電圧）−出力電流特性の一例を示したものである。実線で示された特性が、出力電力に相当する。ここで、図２中の（ｃ）で示されたような電圧反転現象が生じる可能性がある出力電圧が低い状態で、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイが最大出力追従制御を行わないように制御開始電圧が設定される。色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイは、早朝等、まだ日射が少ない状態においても、所定の強度の日射があれば色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力端子間に開放端電圧を発生させる。本実施形態においては、当該開放端電圧が、予め設定された制御開始電圧を超えた場合に、制御部１３が第一の実施形態と同様の最大出力追従制御を開始する。この制御開始電圧は制御部１３に記憶される。なお、本実施形態でも上述の第一の実施形態と同様、下限値が設定される。本実施形態に係る制御開始電圧は、当該下限値よりも大きい値で設定される。このように下限値と制御開始電圧との間でヒステリシスを設定すると、最大電力追従制御と後述する定電圧制御との切り替えをスムーズに行うことができるため好適である。

また、本実施形態においては、予め設定された時間における色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電力の変動幅が、所定値以下である場合には制御部１３は最大出力追従制御を行うが、例えば雲等の影響から生じる日射の変動により、予め設定された時間における色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電力の変動幅が、所定値を超えた場合には、最大電力追従制御を一時停止し、上述の制御開始電圧で定電圧制御を行う。そして、定電圧制御状態で出力電力の変動幅が、所定値以下になった後に、最大電力追従制御が再開される。ここで、出力電力の変動幅は、電力演算部１８により演算された演算結果に基づいて算出可能であり、所定値（例えば、出力電力の±７％等）を閾値として、制御部１３が最大電力追従制御と定電圧制御とを切り替える。

このように色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの開放端電圧が制御開始電圧以上となった状態で制御部１３が最大電力追従制御を行うと共に、予め設定された時間における色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電力の変動幅が、所定値を超えた場合に定電圧制御を行うため、セルの電圧逆転現象の発生を防止することが可能となる。また、最大電力追従制御中に日射変動が発生した場合に生じる制御指示値のミスマッチによる出力低下を防止することができる。

次に、第二の実施形態に係る太陽光発電装置１において実行される色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの最大電力追従制御について説明する。図７は、第二の実施形態に係る太陽光発電装置１の制御の全体の手順を示すフローチャートである。

まず、電圧測定部１２により色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が測定され（ステップ＃２０１）、測定結果が制御部１３に伝達される。この場合の出力電圧は、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの開放端電圧に相当する。当該出力電圧が、予め設定された制御開始電圧を超えていない場合には（ステップ＃２０２：Ｎｏ）、所定時間経過後（ステップ＃２０３）、出力電圧を測定する（ステップ＃２０１）。

一方、出力電圧が、予め設定された制御開始電圧を超えた場合には（ステップ＃２０２：Ｙｅｓ）、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイは、動作点が制御部１３により所定の制御指示値で制御され（ステップ＃２０４）、発電を行う。この状態で、電圧測定部１２は出力電圧の測定を行い（ステップ＃２０５）、電流測定部１１は出力電流の測定を行う（ステップ＃２０６）。測定された出力電圧値と出力電流値とが、制御部１３を介して電力演算部１８に伝達される。電力演算部１８は、これらの出力電圧値と出力電流値とから出力電力を演算し、演算結果を記録部１９に記録する（ステップ＃２０７）。

次に、制御部１３が予め設定された時間における色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電力の変動幅が、所定値以下であるか否かの判定を行う。予め設定された時間における出力電力の変動幅が所定値以下であれば（ステップ＃２０８：Ｙｅｓ）、電力比較部１７が、前回の出力電力と今回の出力電力との比較を行う（ステップ＃２０９）。前回の出力電力は記録部１９に記録されている出力電力が用いられ、今回の出力電力は電力演算部１８により演算された出力電力が用いられる。ここで、前回の出力電力より今回の出力電力の方が大きい場合には（ステップ＃２１０：Ｙｅｓ）、制御指示値変更部１５は、制御指示値を所定の値（ΔＶ１）だけ大きい値に変更する（ステップ＃２１１）。一方、前回の出力電力より今回の出力電力の方が小さい場合には（ステップ＃２１０：Ｎｏ）、制御指示値変更部１５は、制御指示値を所定の（ΔＶ１）だけ小さい値に変更する（ステップ＃２１２）。

制御部１３は、変更された制御指示値における色素増感太陽電池１０の出力電圧が下限値設定部１４により設定される下限値以下であるか否かの判定を行う（ステップ＃２１３）。色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が、下限値以下であれば（ステップ＃２１４：Ｎｏ）、制御部１３は、制御指示値変更部１５に対して制御指示値を所定の値（ΔＶ２）だけ大きい値に変更するように変更指示を行う。この変更指示に従って、制御指示変更部１５は制御指示値を所定の値（ΔＶ２）だけ大きい値に変更する（ステップ＃２１５）。この時、ΔＶ２は、変更された制御指示値における色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が、少なくとも下限値よりも大きい値になるように設定される。

ステップ＃２１４において、変更された制御指示値における色素増感太陽電池１０の出力電圧が下限値設定部１４により設定される下限値より大きい場合（ステップ＃２１４：Ｙｅｓ）、或いはステップ＃２１５において制御指示値が変更された場合において、制御を継続する場合には（ステップ＃２１６：Ｎｏ）、ステップ＃２０４に戻り処理を継続する。制御を継続しない場合には（ステップ＃２１６：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

ステップ＃２０８に戻り、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電力の変動幅が所定値より大きければ（ステップ＃２０８：Ｎｏ）、制御部１３は、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が制御開始電圧となるように制御指示値を設定し（ステップ＃２１７）、制御開始電圧で定電圧制御を行う（ステップ＃２１８）。この状態で、電圧測定部１２が出力電圧の測定を行い（ステップ＃２１９）、電流測定部１１が出力電流の測定を行う（ステップ＃２２０）。そして、これらの測定結果から電力演算部１８が出力電力の演算を行う（ステップ＃２２１）。予め設定された時間における演算された出力電力の変動幅が、所定位置以下であれば（ステップ＃２２２：Ｙｅｓ）、ステップ＃２０４に戻り、処理が継続される。一方、演算された出力電力の変動幅が、所定値よりも大きければ（ステップ＃２２２：Ｎｏ）、ステップ＃２１９に戻り、再度出力電力の測定を行う（ステップ＃２１９）。このようなフローに応じて、色素増感太陽電池の制御指示値を制御することにより、セルの電圧逆転現象を防止して最大電力追従制御を行うことが可能となる。

３．第三の実施形態
以下、本発明に係る第三の実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係る色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイを用いた太陽光発電装置１の概略構成を模式的に示したブロック図である。第三の実施形態は、下限値設定部１４が設定する下限値と、制御部１３が設定する制御開始電圧とがパラメータ格納部２１に格納されるパラメータに基づいて設定される点において、上述の実施形態と異なる。第三の実施形態に係るパラメータ格納部２１が設けられている点以外の構成については、第二の実施形態と同様である。そのため、以下ではパラメータ格納部２１を中心に説明する。

上述の実施形態においては、制御部１３により制御指示値に基づいて最大電力が得られるように制御されるが、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力特性は日射条件や温度条件により変化する。周知のように、年間を通じて日射条件や温度条件が同じであることは稀である。したがって、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力特性は、常に変化する。制御開始電圧と下限値とを固定すると、上述のような変化に対応しきれずに、最大電力追従制御ができなくなると共に、電圧反転現象が生じる可能性がある。そこで、本実施形態においては、その時点のカレンダー情報、即ち現在の月や時刻により制御開始電圧と下限値とを変更する構成となっている。制御開始電圧と下限値とは、パラメータ格納部２１に予め格納されている。

図９に、パラメータ格納部２１に格納される制御開始電圧のパラメータを示す。月と時間に対応するように制御開始電圧のパラメータが格納される。例えば、２月の２時には「ｄａｔａ０２０２」のパラメータを使用し、３月の２時には「ｄａｔａ０３０２」のパラメータを使用する。このようなパラメータを現在の月と時間とに応じて、制御部１３が参照して制御開始電圧を変更する。図示はしないが、下限値においてもパラメータ格納部２１に設定された下限値のパラメータを下限値設定部１４が参照して設定する。なお、現在の月と時間とを示すカレンダー情報は、制御部１３により取得され、制御部１３から下限値設定部１４に伝達される。

次に、第三の実施形態に係る太陽光発電装置１において実行される色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの最大電力追従制御について説明する。図１０は、第三の実施形態に係る太陽光発電装置１の制御の全体の手順を示すフローチャートである。

まず、制御部１３が現在のカレンダー情報を取得する（ステップ＃３０１）。そして、カレンダー情報が下限値設定部１４に伝達され、下限値設定部１４が当該カレンダー情報に対応する下限値を設定し、制御部１３が取得されたカレンダー情報に対応する制御開始電圧を設定する（ステップ＃３０２）。

次に、電圧測定部１２により色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が測定され（ステップ＃３０３）、測定結果が制御部１３に伝達される。この場合の出力電圧は、色素増感太陽電池１０の開放端電圧に相当する。当該出力電圧が、予め設定された制御開始電圧を超えていない場合には（ステップ＃３０４：Ｎｏ）、所定時間待機後（ステップ＃３０５）、出力電圧を測定する（ステップ＃３０３）。

一方、出力電圧が、予め設定された制御開始電圧を超えた場合には（ステップ＃３０４：Ｙｅｓ）、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイは、動作点が制御部１３により所定の制御指示値で制御され（ステップ＃３０６）、発電を行う。この状態で、電圧測定部１２は出力電圧の測定を行い（ステップ＃３０７）、電流測定部１１は出力電流の測定を行う（ステップ＃３０８）。測定された出力電圧値と出力電流値とが、制御部１３を介して電力演算部１８に伝達される。電力演算部１８は、これらの出力電圧値と出力電流値とから出力電力を演算し、演算結果を記録部１９に記録する（ステップ＃３０９）。

次に、制御部１３が予め設定された時間における色素増感太陽電池１０の出力電力の変動幅が、所定値以下であるか否かの判定を行う。予め設定された時間における出力電力の変動幅が所定値以下であれば（ステップ＃３１０：Ｙｅｓ）、電力比較部１７が、前回の出力電力と今回の出力電力との比較を行う（ステップ＃３１１）。前回の出力電力は記録部１９に記録されている出力電力が用いられ、今回の出力電力は電力演算部１８により演算された出力電力が用いられる。ここで、前回の出力電力より今回の出力電力の方が大きい場合には（ステップ＃３１２：Ｙｅｓ）、制御指示値変更部１５は、制御指示値を所定の値（ΔＶ１）だけ大きい値に変更する（ステップ＃３１３）。一方、前回の出力電力より今回の出力電力の方が小さい場合には（ステップ＃３１２：Ｎｏ）、制御指示値変更部１５は、制御指示値を所定の（ΔＶ１）だけ小さい値に変更する（ステップ＃３１４）。

この状態で、ステップ＃３０１で取得された時間から、下限値及び制御開始電圧が変更を要する程度に時間が進行している場合には（ステップ＃３１５：Ｙｅｓ）、下限値設定部１４が現在のカレンダー情報に対応する下限値に変更し、制御部１３が現在のカレンダー情報に対応する制御開始電圧を変更する（ステップ＃３１６）。一方、時間が進行していない場合には（ステップ＃３１５：Ｎｏ）、下限値及び制御開始電圧を変更せずに、処理を継続する。制御部１３は、ステップ＃３１３或いはステップ＃３１４において変更された制御指示値における色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が下限値設定部１４により設定される下限値以下であるか否かの判定を行う（ステップ＃３１７）。色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が、下限値以下であれば（ステップ＃３１８：Ｎｏ）、制御部１３は、制御指示値変更部１５に対して制御指示値を所定の値（ΔＶ２）だけ大きい値に変更するように変更指示を行う。この変更指示に従って、制御指示変更部１５は制御指示値を所定の値（ΔＶ２）だけ大きい値に変更する（ステップ＃３１９）。この時、ΔＶ２は、変更された制御指示値が、少なくとも下限値よりも大きい値になるように設定される。

ステップ＃３１８において、変更された制御指示値における色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が下限値設定部１４により設定される下限値より大きい場合（ステップ＃３１８：Ｙｅｓ）、或いはステップ＃３１９において制御指示値が変更された場合において、制御を継続する場合には（ステップ＃３２０：Ｎｏ）、ステップ＃３０６に戻り処理を継続する。制御を継続しない場合には（ステップ＃３２０：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

ステップ＃３１０に戻り、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電力の変動幅が所定値より大きければ（ステップ＃３１０：Ｎｏ）、制御部１３は、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧が制御開始電圧となるように制御指示値を設定し（ステップ＃３２１）、制御開始電圧で定電圧制御を行う（ステップ＃３２２）。この状態で、電圧測定部１２が出力電圧の測定を行い（ステップ＃３２３）、電流測定部１１が出力電流の測定を行う（ステップ＃３２４）。そして、これらの測定結果から電力演算部１８が出力電力の演算を行う（ステップ＃３２５）。予め設定された時間における演算された出力電力の変動幅が、所定位置以下であれば（ステップ＃３２６：Ｙｅｓ）、ステップ＃３０６に戻り、処理が継続される。一方、演算された出力電力の変動幅が、所定値よりも大きければ（ステップ＃３２６：Ｎｏ）、ステップ＃３２３に戻り、再度出力電力の測定を行う（ステップ＃３２３）。このようなフローに応じて、色素増感太陽電池の制御指示値を制御することにより、長期耐久性に悪影響があると懸念される状態を回避しながら、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイからの出力を有効に取り出すことが可能となる。

４．その他の実施形態
上記各実施形態では、制御指示値を変更する場合には、制御指示値が制御指示値変更部１５により変更されるとして説明した。この場合に、所定の１周期の間に行われる制御指示値の変更を、少なくとも２段階以上となるように段階的に行うと好適である。色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を制御する制御指示値を変更する際、変化量が大きい場合には電圧逆転現象が発生する可能性が高い。したがって、制御指示値を変更する際には変化量を小さくして行うと良い。具体的には、例えば制御指示値を１Ｖ大きくする場合には、０．５Ｖステップで２段階に分けて大きくすると好適である。勿論、更にステップ（段階）を細かく０．１Ｖステップで大きくすることも、好適である。

上記実施形態では、電圧測定部１２が出力電圧を測定し、電流測定部１１が出力電流を測定するとして説明した。これらの測定を行うにあたり、制御指示値変更部１５が制御指示値を変更した場合には、当該変更後、予め設定した時間（例えば、数秒程度）が経過した後、測定すると好適である。色素増感太陽電池１０は制御指示値の変更直後は、出力電圧及び出力電流が安定しない状態となる可能性があるため、このように所定時間経過した後、測定する構成とすると、色素増感太陽電池１０を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力が安定した状態で測定することが可能となる。

理想的な色素増感太陽電池セルの出力特性を示す図 実際の色素増感太陽電池セルの出力特性を示す図 色素増感太陽電池の動作点を出力電流により制御した場合の例を示す図 第一の実施形態に係る色素増感太陽電池を用いた太陽光発電装置の概略構成を模式的に示したブロック図 第一の実施形態に係る太陽光発電装置の制御の示すフローチャート 色素増感太陽電池の単一セルの出力特性の一例を示した図 第二の実施形態に係る太陽光発電装置の制御の示すフローチャート 第三の実施形態に係る色素増感太陽電池を用いた太陽光発電装置の概略構成を模式的に示したブロック図 パラメータ格納部に格納される制御開始電圧のパラメータの一例を示す図 第三の実施形態に係る太陽光発電装置の制御の示すフローチャート

符号の説明

１：太陽光発電装置
１０：色素増感太陽電池
１１：電流測定部
１２：電圧測定部
１３：制御部
１４：下限値設定部
１５：制御指示値変更部
１６：電力変換部
１７：電力比較部
１８：電力演算部
１９：記録部
２０：負荷

Claims (7)

1. 色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの出力電圧と出力電流とから出力電力を演算する電力演算部と、
   前記色素増感太陽電池を用いた太陽電池モジュールまたはアレイの動作点を制御する制御指示値を所定の周期で変更する制御指示値変更部と、
   前記変更する前の制御指示値における出力電力と前記変更した後の制御指示値における出力電力との比較結果に基づいて、前記制御指示値変更部に対して前記制御指示値の変更指示を行って最大電力追従制御を行うと共に、前記変更した後の制御指示値における出力電圧が予め設定された下限値以下にならないように変更指示を行う制御部と、
   を備える太陽光発電装置。
2. 前記下限値は、その時点のカレンダー情報に基づいて設定される請求項１に記載の太陽光発電装置。
3. 前記制御部は、前記出力電圧が予め設定された制御開始電圧を超えた場合に前記最大電力追従制御を開始する請求項１又は２に記載の太陽光発電装置。
4. 前記制御開始電圧は、その時点のカレンダー情報に基づいて設定される請求項３に記載の太陽光発電装置。
5. 前記制御部は、予め設定された時間における前記出力電力の変動幅に応じて、前記最大電力追従制御と、予め設定された制御開始電圧で制御する定電圧制御と、を切り替える請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽光発電装置。
6. 前記制御指示値変更部は、所定の１周期の間に行われる前記制御指示値の変更を、少なくとも２段階以上となるように段階的に行う請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽光発電装置。
7. 前記制御指示値変更部が前記制御指示値を変更した場合に、当該変更後、予め設定した時間が経過した後、電圧測定部が前記出力電圧を測定し、電流測定部が前記出力電流を測定する請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽光発電装置。

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