JP2011009612A - 太陽光発電システム及びそれを構成する太陽光発電セル、コントローラ、ユーザ端末 - Google Patents

Abstract

【課題】使用形態に合わせて容易に接続／分離できる太陽光発電セルを提供することである。
【解決手段】太陽光発電セル２０は、太陽光発電する発電部２２と、外観を形成する外枠部２１と、外枠部２１に設けられ、隣接する機器に接続される４組の電流Ｉ／Ｏ部２３及び制御信号Ｉ／Ｏ部２４と、電流Ｉ／Ｏ部２３に入力極性を割り当てるＩＮスイッチ切替部２５と、電流Ｉ／Ｏ部２３に出力極性を割り当てるＯＵＴスイッチ切替部２６と、ＩＮスイッチ切替部２５及びＯＵＴスイッチ切替部２６を制御する制御部２８とを備えた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、設置場所の形状に合わせて配置できる太陽光発電システムと、それを構成する太陽光発電セル、コントローラ、ユーザ端末に関する。

一般に、太陽光発電パネルは昇圧回路によって電圧を高めて使用する。しかし、昇圧回路では５Ｖ引き上げるのが限界であるため、高電圧を要する機器の利用には複数の太陽光発電パネルを備えた発電設備が必要であった。

例えば特許文献１では、複数の電池ユニットを並べ、ユニット間のスイッチを自動制御する仕組みを提案している。具体的には、検知した出力電圧値を制御装置にフィードバックすることで、直列／並列を切り替えるスイッチを自動制御し、効率の良い回路を提供するものである。例えば、雲によって太陽光が遮断された場合、電池ユニットである太陽光発電パネルの受光量に偏りが生じるが、このとき、適切な回路が選択されて可能な限りの発電が行われるようになっている。

特開平６−２２５４６２号公報

上記特許文献１によれば、太陽光発電パネルの物理的な配置が変わることはないため、最初に設置した太陽光発電パネルの配置内で回路が選択される。このような仕様は、建物の屋根に設置される太陽光発電システムの現状を反映しているといえる。現状では、太陽光発電システムが建物の屋根に設置された場合、数十年にわたり太陽光発電パネルが屋根に載ったままになる。

そのため、屋根のメンテナンスは基本的にできない。このような状況で一部の太陽光発電パネルが故障すると、ユーザ自身で対処することはできず、専門家によって故障した太陽光発電パネル又は太陽光発電パネルを構成する太陽光発電セルの切り離しと新しい太陽光発電パネル又は太陽光発電セルの設置、接続とが行われる。

上記のようにユーザ自身で対処できない理由としては、屋根に登るという危険性もあるが、太陽光発電システム自体を見ると、太陽光発電パネル又は太陽光発電セルの分離と接続が複雑で専門的な知識を必要とするからである。具体的には、太陽光発電パネルは電流の向きが重要であり、逆方向に電流を流すと破損してしまうため、接続の際には、配線設計に基づいて慎重に配線しなければならないからである。

また、太陽光発電システムは、屋根に設置される場合だけでなく、アウトドアで使用するなど、携帯用途で使用することも考えられる。その際、メンテナンスが複雑であれば利用範囲が限定されてしまい好ましくない。

本発明は、使用形態に合わせて容易に接続／分離できる太陽光発電セルを提供することを目的とする。また、該太陽光発電セルを制御するコントローラを提供することも目的とする。また、太陽光発電セルを制御するユーザ端末及びコントローラを提供することも目的とする。また、それらを含む太陽光発電システムを提供することも目的とする。

上記目的を達成するために本発明の太陽光発電セルは、太陽光発電する発電部と、外観を形成する外枠部と、前記外枠部に設けられ、隣接する機器に接続される複数組の電流Ｉ／Ｏ部及び制御信号Ｉ／Ｏ部と、前記電流Ｉ／Ｏ部に入力極性を割り当てるＩＮスイッチ切替部と、前記電流Ｉ／Ｏ部に出力極性を割り当てるＯＵＴスイッチ切替部と、前記ＩＮスイッチ切替部及び前記ＯＵＴスイッチ切替部を制御する制御部とを備えた構成とする。

上記太陽光発電セルにおいて、平面状に隙間なく接続して設置面積を効率よく利用する観点から、前記外枠部が、略正三角柱、略正四角柱又は略正六角柱であり、各側面に前記電流Ｉ／Ｏ部及び前記制御信号Ｉ／Ｏ部を設けることが好ましい。

また上記太陽光発電セルにおいて、様々な方向に接続するには、前記外枠部が多面体であり、各面に前記電流Ｉ／Ｏ部及び前記制御信号Ｉ／Ｏ部を設けることが好ましい。

また上記太陽光発電セルにおいて、隣接する機器との接続を物理的に安定的に支持する観点から、隣接する機器に接続するためのジョイント部を、前記電流Ｉ／Ｏ部及び前記制御信号Ｉ／Ｏ部と対で前記外枠部に備えることが好ましい。

また上記太陽光発電セルにおいて、電流の流れを制御して太陽光発電セルの故障を防止する観点から、隣接する機器との接続の際、前記ジョイント部が接続された後、前記電流Ｉ／Ｏ部が接続されるようにすることが好ましい。

また上記太陽光発電セルにおいて、発電効率を上げるとともに、太陽光発電セルの故障に備える観点から、特定波長の光を透過し、隣接する太陽光発電セルに重畳されるようにすることが好ましい。

また上記太陽光発電セルにおいて、構成を簡単にしてコストを抑える観点から、前記制御部は、前記制御信号Ｉ／Ｏ部に直接接続された機器に関する情報を取得し、間接的に接続された機器に関する情報は取得しないようにすることが好ましい。

本発明のコントローラは、外観を形成する外枠部と、前記外枠部に設けられ、隣接する機器に接続される１以上の制御信号Ｉ／Ｏ部と、太陽光発電セルの接続状態を示す接続マップを生成するとともに、各太陽光発電セルに電流の入力極性又は出力極性の割り当て方を指示する制御部とを備えた構成とする。

また本発明のコントローラは、外観を形成する外枠部と、前記外枠部に設けられ、隣接する機器に接続される１以上の制御信号Ｉ／Ｏ部と、ユーザ端末とデータのやりとりを行う送受信部とを備えた構成としてもよい。

本発明のユーザ端末は、上記のコントローラとデータのやりとりを行う送受信部と、ユーザの入力操作を受け付ける操作部と、太陽光発電セルの接続状態を示す接続マップを生成するとともに、各太陽光発電セルに電流の入力極性又は出力極性の割り当て方を指示する制御部とを備えた構成とする。

そして本発明の太陽光発電システムは、上記の太陽光発電セルと、上記のコントローラとを含む構成とする。

また本発明の太陽光発電システムは、上記の太陽光発電セルと、上記のコントローラと、上記のユーザ端末とを含む構成としてもよい。

本発明によると、電流の入出力極性を気にすることなく、太陽光発電セル及びコントローラを容易に接続又は分離することができる。また、使用形態に合わせて太陽光発電セル及びコントローラを任意の形状に設置することができるので、四角形でない屋根の形状や窓枠の形状など、設置場所の形状に合わせて設置することができる。

また本発明によると、ユーザ端末を採用することで遠隔操作で通電経路を設定することができる。

本発明の太陽光発電システムの概略図である。 本発明のＰＶセルの概略図である。 本発明のＰＶセルのブロック図である。 本発明のＰＶセルの模式図である。 本発明のＰＶセルの接続過程を説明する図である。 本発明の他の形態のＰＶセルの接続過程を説明する図である。 本発明の他の形態のＰＶセルの接続形態を説明する図である。 本発明のコントローラの概略図である。 本発明のコントローラのブロック図である。 本発明のＰＶセルの接続例である。 本発明のＰＶセルの動作を示すフローチャートである。 本発明のＰＶセルの動作を示すフローチャートである。 本発明のＰＶセルの動作を示すフローチャートである。 本発明のＰＶセルの動作を示すフローチャートである。 本発明のＰＶセルの動作を示すフローチャートである。 本発明のコントローラの動作を示すフローチャートである。 通電可能なルートを求めるためのツリーである。 （ａ）〜（ｄ）予めユーザによって２Ｖの電圧が指定されている場合の通電経路の例である。 本発明の中継機となるコントローラのブロック図である。 本発明のユーザ端末のブロック図である。 本発明の通電経路の再構成を説明する図である。

図１は、本発明の太陽光発電システムの概略図である。太陽光発電システム１０は、複数の太陽光発電セル（以下、ＰＶセルと記すこともある）２０と、１以上のコントローラ５０とが接続されてなる。＋又は−の入出力端はＰＶセル２０で発電した電力を消費する機器（蓄電池でもよい）に接続される。

図２はＰＶセル２０の概略図であり、図３はＰＶセル２０のブロック図、図４はＰＶセル２０の模式図、図５はＰＶセル２０の接続過程を説明する図である。ここでは、一例としてＰＶセル２０の外観形状を略正四角柱とする。

ＰＶセル２０は、外観を形成する外枠部２１と、発電部２２と、電流Ｉ／Ｏ部２３と、制御信号Ｉ／Ｏ部２４と、ＩＮスイッチ切替部２５と、ＯＵＴスイッチ切替部２６と、ジョイント部２７と、制御部２８とを備えている。

外枠部２１は、少なくとも略正四角柱のＰＶセル２０の側面となる略正方形の額縁状の枠であり、金属や樹脂からなるものである。なお、外枠部２１は略正四角柱のＰＶセル２０の片底面又は両底面を含んでもよい。当然、ＰＶセル２０の上面の受光部分は透明材料で形成する。

発電部２２は、太陽光発電する部材であれば特に限定はなく、例えば、有機薄膜型、薄型アモルファスシリコン系、色素増感型などのパネルを用いることができる。太陽光には赤外線、可視光線、紫外線など様々な波長の光が含まれているので、複数種類のパネルを組み合わせるなどして、できるだけ多くの種類の光を吸収することで太陽エネルギーを有効活用することができる。

電流Ｉ／Ｏ部２３は、外枠部２１の４つの側面に１つずつ配設され、制御部２８に接続されており、隣接する機器の電流Ｉ／Ｏ部と接続されることで電流の入出力を行う。電流Ｉ／Ｏ部２３は、例えば図２、図４に示すように、外枠部２１の側面の中央に形成される。電流Ｉ／Ｏ部２３は、ＩＮスイッチ切替部２５でスイッチがＯＮになれば入力部として動作し、一方、ＯＵＴスイッチ切替部２６でスイッチがＯＮになれば出力部として動作する。

制御信号Ｉ／Ｏ部２４は、外枠部２１の４つの側面に１つずつ配設され、制御部２８に接続されており、隣接する機器の制御信号Ｉ／Ｏ部と接続されることで制御信号の入出力を行う。制御信号Ｉ／Ｏ部２４は、例えば図２、図４に示すように、ジョイント部２７の一部に形成されており、ジョイント部２７同士の接続とともに接続される。制御信号Ｉ／Ｏ部２４は、電流Ｉ／Ｏ部２３と対で設けられるものである。

なお、電流Ｉ／Ｏ部２３及び制御信号Ｉ／Ｏ部２４の組は、２組以上あればよい。少なくとも２組あれば電流の入力、出力を割り当てることができるからである。

ＩＮスイッチ切替部２５は、制御部２８からの指示によって、４つの電流Ｉ／Ｏ部２３にそれぞれ入力極性を割り当てるスイッチである。

ＯＵＴスイッチ切替部２６は、制御部２８からの指示によって、４つの電流Ｉ／Ｏ部２３にそれぞれ出力極性を割り当てるスイッチである。機器が接続された電流Ｉ／Ｏ部２３には、必ず入力極性又は出力極性のいずれかが割り当てられる。

ジョイント部２７は、電流Ｉ／Ｏ部２３及び制御信号Ｉ／Ｏ部２４とともに外枠部２１の４つの側面に２つずつ配設され、１側面の少なくとも一方のジョイント部２７は制御部２８に接続され、隣接する機器のジョイント部と接続される。ジョイント部２７は、図４に示すように、凸部又は凹部からなり、図５に示すように、凸部と凹部が嵌合することで隣接する機器との接続を物理的に支持する役割を有する。

ジョイント部２７は、接続検知部２７ａと、接続／分離部２７ｂとを備えている。接続検知部２７ａは、ジョイント部２７に機器が接続又は分離されたことを検知して制御部２８へ伝える。また、接続／分離部２７ｂは、制御部２８からの接続又は分離の許可を接続先の機器に伝える。ジョイント部２７は、外枠部２１の４つの側面に２つずつ配設されているが、各側面に１つ以上設けられればその役割を果たすことができる。なお、電流Ｉ／Ｏ部２３や制御信号Ｉ／Ｏ部２４などで機器間の物理的な接続が維持できるような構造になっていれば、ジョイント部２７は必ずしも必要ではない。

制御部２８は、ＣＰＵとメモリとを備え、ＩＮスイッチ切替部２５、ＯＵＴスイッチ切替部２６、ジョイント部２７などを制御する。また、制御部２８は、接続されている機器と情報のやりとりを行う。例えば、接続されている機器がコントローラ５０であれば、コントローラ５０からの指示を受け、ＩＮスイッチ切替部２５又はＯＵＴスイッチ切替部２６を制御したり、接続されている機器がＰＶセル２０であれば、そのＰＶセル２０の少なくともＩＤを取得して記憶し、そのＰＶセル２０へコントローラ５０からの指示を転送したり、機器が接続又は分離された際に発電部２２が破損しないように保護したりする。

次に、ＰＶセル２０の特徴的な形状として、図４に示すように、凸部からなるジョイント部２７の突出長さは、電流Ｉ／Ｏ部２３の突出長さよりも長く設計されている。これは、図５に示すように、隣接する機器との接続の際、ジョイント部２７が先に接続され、その後、電流Ｉ／Ｏ部が接続されるようにするためである。このような順で接続されることにより、まず、接続検知部２７ａで接続が検知され、それに応じて制御部２８はＩＮスイッチ切替部２５又はＯＵＴスイッチ切替部２６を制御し発電部に逆に電流が流れないように保護してから、接続許可の指示を出し、電流Ｉ／Ｏ部２３の接続が行われる。これにより、ＰＶセル２０の故障を防ぐことができる。

図６は他の形態のＰＶセルの接続過程を説明する図であり、ジョイント部２７付近を側面から見た図である。凸部からなるジョイント部２７の突出長さは、電流Ｉ／Ｏ部２３の突出長さよりも長く設計されているので、上記と同じ効果が得られる。また、外枠部２１の側面が斜めに形成されているので、ＰＶセル２０の接続前又は分離後にＰＶセル２０同士の間隔が短くてもＰＶセル２０を上又は下方向に移動させることができ、少スペースでの接続又は分離作業が可能となり、作業効率が向上する。

図７は他の形態のＰＶセルの接続形態を説明する図である。ＰＶセル２０が３段に重畳されていることを示している。これを実現するには、略正四角柱のＰＶセル２０の両底面又は片底面に制御信号Ｉ／Ｏ部２４、ジョイント部２７、２つの電流Ｉ／Ｏ部２３の組を配設する。これにより、ＰＶセル同士を重畳させて接続できる。この場合、下側のＰＶセルでも発電可能とするために、上のＰＶセルが透過した波長の光で下のＰＶセルが発電する構成とする必要がある。

例えば、一番上のＰＶセル２０は赤外光を吸収して紫外光及び可視光を透過する構成とし、２番目のＰＶセル２０は紫外光を吸収して可視光を透過する構成とし、一番下のＰＶセル２０は可視光を吸収する構成とすればよい。図７のようなＰＶセル２０を重畳する構成では、重畳部分のＰＶセル２０は並列に接続されるので、いずれかのＰＶセル２０が故障しても回路全体としての通電は確保される。したがって、基幹経路などの重要な部分の故障対策として有効である。

次に、コントローラ５０について説明する。図８はコントローラ５０の概略図であり、図９はコントローラ５０のブロック図である。ここでは、一例としてコントローラ５０の外観形状をＰＶセル２０と同じ大きさの略正四角柱とする。

コントローラ５０は、外観を形成する外枠部５１と、制御信号Ｉ／Ｏ部５２と、ジョイント部５３と、表示部５４と、操作部５５と、データベース５６と、制御部５７とを備えている。

外枠部５１は、少なくとも略正四角柱のＰＶセル２０の側面となる略正方形の額縁状の枠であり、金属や樹脂からなるものである。なお、外枠部２１は略正四角柱のコントローラ５０の片底面又は両底面を含んでもよい。

制御信号Ｉ／Ｏ部５２は、外枠部５１の４つの側面に１つずつ、ＰＶセル２０の制御信号Ｉ／Ｏ部２４と同じ位置に配設され、制御部５７に接続されており、隣接する機器の制御信号Ｉ／Ｏ部と接続されることで制御信号の入出力を行う。なお、制御信号Ｉ／Ｏ部５２は、１以上あればよい。少なくとも１つあれば端にあるＰＶセル２０に接続することができるからである。

ジョイント部５３は、制御信号Ｉ／Ｏ部５２と対で外枠部５１の４つの側面に２つずつ配設され、同じ１側面の少なくとも一方（ＰＶセル２０で制御部２８に接続されたのと同じ位置）のジョイント部５３は制御部５７に接続され、隣接する機器のジョイント部と接続される。ジョイント部５３は、図４で示したジョイント部２７と同様に、凸部又は凹部からなり、凸部と凹部が嵌合することで隣接する機器との接続を物理的に支持する役割を有する。

ジョイント部５３は、接続検知部５３ａと、接続／分離部５３ｂとを備えている。接続検知部５３ａは、ジョイント部５３に機器が接続又は分離されたことを検知して制御部５７へ伝える。また、接続／分離部５３ｂは、制御部５７からの接続又は分離の許可があったときに、該当する物理的な動作を行う。ジョイント部５３は、外枠部５１の４つの側面に２つずつ配設されているが、各側面に１つ以上設けられればその役割を果たすことができる。なお、制御信号Ｉ／Ｏ部５２などで機器間の物理的な接続が維持できるような構造になっていれば、ジョイント部５３は必ずしも必要ではない。

表示部５４は、液晶パネルなどからなり、ユーザに対して太陽光発電システム１０の状態などを表示する。操作部５５は、キーボードなどからなり、ユーザの入力操作を受け付ける。なお、表示部５４及び／又は操作部５５は、コントローラ５０とは別に設け、コントローラ５０と接続するようにしてもよい。

データベース５６は、数個のＰＶセルが繋がった回路パターンを予め複数記憶しているなど、様々なＰＶセル２０の配置に対して太陽光発電システム１０の通電経路を決定できるようなデータを記憶している。なお、データベース５６は、コントローラ５０とは別に設け、コントローラ５０と接続するようにしてもよい。

制御部５７は、ＣＰＵとメモリとを備え、ジョイント部５３などを制御する。また、制御部５７は、接続されている機器と情報のやりとりを行う。それにより制御部５７は、ＰＶセル２０の接続状態を示す接続マップを生成するとともに、制御信号Ｉ／Ｏ部５２を介して各ＰＶセル２０に電流の入力極性又は出力極性の割り当て方を指示する。接続マップの詳細については後述する。また、制御部５７は、ＰＶセル２０の通電状態及び発電量も管理する。また、制御部５７は、通電経路や発電量などの情報を表示部５４に表示させる。

なお、コントローラ５０にも、ＰＶセル２０の電流Ｉ／Ｏ部２３に対向する位置に電流Ｉ／Ｏ部を設けてもよい。この場合、コントローラ５０内を電流が通過するように、スイッチ機構を設けて所望の電流Ｉ／Ｏ部同士を接続したり分離したりする必要がある。これにより、コントローラ５０がＰＶセル２０に囲まれて配設されるような場合に、コントローラ５０を通電経路の一部として利用できるので、通電経路のパターンが増える。

また、コントローラ５０は、図６で示したＰＶセルと同様の接続形態を採用することもできる。

また、コントローラ５０は、図７で示したＰＶセルの接続形態のようにＰＶセルと重ねて接続できるようにしてもよい。これを実現するには、略正四角柱のコントローラ５０の両底面又は片底面に制御信号Ｉ／Ｏ部５２、ジョイント部５３の組を配設する。

上記のＰＶセル２０及びコントローラ５０の外観形状は、略正四角柱を例に説明したが、略正三角柱又は略正六角柱とし、各側面に電流Ｉ／Ｏ部、制御信号Ｉ／Ｏ部、ジョイント部を設けることでも、略正四角柱の場合と同様に平面状に隙間なく接続することができ、設置面積を効率よく利用することができる。なお、ＰＶセル２０及びコントローラ５０の外観形状には特に限定はなく、他に、多面体としたり、曲面で形成したりしても構わない。多面体とした場合、各面に電流Ｉ／Ｏ部（コントローラ５０にはなくてもよい）、制御信号Ｉ／Ｏ部、ジョイント部を設けると、どの面でも隣接する機器に接続することができる。

次に、ＰＶセル２０とコントローラ５０との動作について説明する。ここでは、図１０のａ〜ｇのようにＰＶセル２０が接続されている例を用いて説明する。説明の便宜上、図１０の左上に示すように、ＰＶセル２０の各側面をＮ、Ｅ、Ｗ、Ｓで表す。図１０では、各ＰＶセルａ〜ｇについて、それぞれの側面Ｎ、Ｅ、Ｗ、ＳにどのＰＶセルが接続されているかを示しており、この内容は各ＰＶセルａ〜ｇに記憶される。

図１１〜図１５は、ＰＶセル２０の動作を示すフローチャートである。図１１はＰＶセル２０に他の機器（ＰＶセル、コントローラ、電力供給先の入力端又は電力供給先の出力端）が接続された際の動作である。まず、ステップＳ１０において、制御部２８は接続検知部２７ａから接続を検知した旨の通知があるか否かを判別する。

ステップＳ１０においてどの接続検知部２７ａからも接続の通知がなければ、他の機器が接続されていないと判断して２（図１２）へ進む。一方、いずれかの接続検知部２７ａから接続の通知があれば、ステップＳ１１へ進んで、その接続検知部２７ａと同じ側面に配設されている制御信号Ｉ／Ｏ部２４を通じて、接続されている機器へその機器の情報を要求し、ステップＳ１２でその機器の情報を取得する。機器の情報としては、少なくともその機器がＰＶセルか、コントローラか、電力供給先の入力端か、電力供給先の出力端かの識別情報であり、他に、ＰＶセルであればＩＤも必要であり、さらに発電の電圧を含んでいてもよい。ＰＶセルの電圧を含めれば、異なった電圧のＰＶセルでも接続することができる。

ステップＳ１２からステップＳ１３へ進んで、ステップＳ１２で取得した機器の情報から、その機器がＰＶセルであるか否かを判別する。ステップＳ１３においてＰＶセルであると判別した場合は、ステップＳ１４へ進んでそのＩＤを接続されている側面に対応させてメモリに保存する。

一方、ステップＳ１３において、ＰＶセルでないと判別した場合は、ステップＳ１５へ進んでステップＳ１２で取得した機器の情報から、その機器がコントローラであるか否かを判別する。ステップＳ１５においてコントローラであると判別した場合は、ステップＳ１６へ進んでコントローラである旨を接続されている側面に対応させてメモリに保存する。

一方、ステップＳ１５において、コントローラでないと判別した場合は、ステップＳ１７へ進んでステップＳ１２で取得した機器の情報から、その機器が電力供給先の入力端又は電力供給先の出力端であるか否かを判別する。ステップＳ１７において入力端又は出力端であると判別した場合は、ステップＳ１８へ進んで入力端又は出力端である旨を接続されている側面に対応させてメモリに保存する。

ステップＳ１４、Ｓ１６、Ｓ１８からはステップＳ１９へ進んで、制御部２８は接続／分離部２７ｂへ接続の指示を出す。ステップＳ１９からはステップＳ１０に戻り、他の側面の接続についても同様に処理する。

図１１の処理により、各ＰＶセルは直接接続された機器に関する情報を取得して記憶することになる。この記憶した情報をＮＥＷＳテーブルと称する。例えば、図１０のＰＶセルａには、側面ＥにＰＶセルｂが、側面ＳにＰＶセルｃが接続されていると記憶されることでＮＥＷＳテーブルが生成される。

図１２はＰＶセル２０に接続されていた機器が分離された際の動作である。まず、ステップＳ２０において、制御部２８は接続検知部２７ａから分離を検知した旨の通知があるか否かを判別する。

ステップＳ２０においてどの接続検知部２７ａからも分離の通知がなければ、接続されている機器が分離されていないと判断して３（図１３）へ進む。一方、いずれかの接続検知部２７ａから分離の通知があれば、ステップＳ２１へ進んで、その接続検知部２７ａのある側面に接続されていた機器がＰＶセル又は入出力端であるか否かを判別する。

ステップＳ２１においてＰＶセル又は入出力端でないと判別された場合、つまりコントローラであると判別された場合は、分離に関して特に処理はないため、図１１のステップＳ１０に戻る。

一方、ステップＳ２１においてＰＶセル又は入出力端であると判別された場合、ステップＳ２２へ進んで制御部２８はＩＮスイッチ切替部２５及びＯＵＴスイッチ切替部２６へ通電の遮断を指示する。

その後、ステップＳ２３へ進んで分離されたことを反映した内容にメモリを更新する。そして、ステップＳ２４へ進んで制御部２８は接続／分離部２７ｂへ分離の指示を出し、図１１のステップＳ１０に戻る。

図１３は、通電経路を決定したコントローラから、通電経路生成のための指示を受信した際の動作である。まず、ステップＳ３０において、コントローラ５０から接続の仕方（極性設定情報）を受信したか否かを判別する。接続の仕方（極性設定情報）とは、どのように通電経路を設定するかの指示であり、具体的にはＩＮスイッチ切替部２５及びＯＵＴスイッチ切替部２６の割り当ての仕方（情報）である。

ステップＳ３０において受信がなければ、この処理はまだ行えないと判断して４（図１４）へ進む。一方、ステップＳ３０において受信があった場合は、ステップＳ３１へ進んでメモリ内に、隣接するＰＶセル２０の情報が記憶されているか否かを判別する。

ステップＳ３１において情報があれば、ステップＳ３２へ進んでメモリに待機状態である旨を追記し、ステップＳ３３へ進む。ステップＳ３３においては、隣接する他の機器が待機状態であるか否かを判別する。

ステップＳ３３において隣接する機器が待機状態であれば回路を接続してもショートするおそれがないので、ステップＳ３４へ進んでコントローラ５０から受信した極性設定情報に基づいてＩＮスイッチ切替部２５及びＯＵＴスイッチ切替部２６の割り当てを行い、ステップＳ３５へ進んでその内容をメモリに保存し、図１１のステップＳ１０に戻る。

一方、ステップＳ３１において情報がなければ、どこかに障害が発生しているので、ステップＳ３６へ進んで接続不可の旨をコントローラ５０に返し、図１１のステップＳ１０に戻る。

この処理により、ＩＮスイッチ切替部２５及びＯＵＴスイッチ切替部２６の割り当てが完了し、隣接する他の機器と通電経路が形成される。

図１４は、コントローラ５０から通電経路生成のために必要な情報を要求された際の動作である。まず、ステップＳ４０において、何れかの制御信号Ｉ／Ｏ部２４を通じて残り３辺の接続情報が要求されたか否かを判別する。

ステップＳ４０において要求がない場合は５（図１５）へ進む。一方、ステップＳ４０において要求があった場合は、ステップＳ４１へ進んでメモリ内に要求された情報があるか否かを判別する。

ステップＳ４１において情報があれば、ステップＳ４２へ進んでその制御信号Ｉ／Ｏ部２４を通じて要求された情報を送信し、ステップＳ４３へ進む。一方、ステップＳ４１において情報がなければ、残りの３辺に他の機器は接続されていないということなので、接続なしというメッセージをその制御信号Ｉ／Ｏ部２４を通じて要求された情報を送信し、ステップＳ４３へ進む。

ステップＳ４３においては、残りの３辺についても同様の処理を完了したか否かを判別し、完了していなければステップＳ４０に戻り、完了すれば図１１のステップＳ１０に戻る。

この処理により、各ＰＶセル２０は隣接する機器の接続状態を知ることができる。

図１５は、間接的に接続されているＰＶセル２０へ情報を転送する際の動作である。まず、ステップＳ５０において、コントローラ５０から何れかの制御信号Ｉ／Ｏ部２４を介して接続状態に関する情報を送信せよという旨の指示を、隣接するＰＶセルへ次々転送していくようにという指示があったか否かを判別する。

ステップＳ５０においてそのような転送指示を受信していない場合は、図１１のステップＳ１０に戻る。一方、ステップＳ５０において転送指示を受信した場合は、ステップＳ５１へ進んで転送先となる隣接するＰＶセル２０があるか否かを判別する。

ステップＳ５１において隣接するＰＶセル２０があれば、ステップＳ５２へ進んでそのＰＶセル２０へステップＳ５０で受信したメッセージを転送し、図１１のステップＳ１０に戻る。一方、ステップＳ５１において隣接するＰＶセル２０がなければ、ステップＳ５３へ進んで転送不可のメッセージをコントローラ５０に返し、図１１のステップＳ１０に戻る。

この処理により、コントローラ５０からの転送指示がＰＶセル２０間でバケツリレー式に転送されるので、この処理の後、各ＰＶセルから逆にバケツリレー式に接続状態に関する情報がコントローラ５０に転送される。

図１６は、コントローラ５０の動作を示すフローチャートである。図１０のような状態であるとき、図１１の処理により各ＰＶセル２０は直接接続された機器に関する情報（ＮＥＷＳテーブル）を有する状態となる。ここでは、図１０のＰＶセルｆにコントローラ５０が接続された場合を例に説明する。

まず、コントローラ５０がＰＶセル２０に接続されれば、ステップＳ６０においてコントローラ５０の制御部５７は、接続検知部５３ａからの信号により、ＰＶセル２０に接続されたことを判別し、ステップＳ６１へ進んで接続されたＰＶセルｆのＩＤとＮＥＷＳテーブルとを取得し、ステップＳ６２へ進んでＮＥＷＳツリーとして記憶する。ＮＥＷＳツリーとは、コントローラ５０からＰＶセルａ〜ｇがどのように繋がっているかを示すツリー状の情報であり、ＰＶセル２０の接続状態を示す接続マップを生成するのに利用される。

ステップＳ６２からはステップＳ６３へ進んで、ＮＥＷＳツリーの葉のＰＶセルが有するＮＥＷＳツリーがあるかないか、あれば既知か否かを判別する。ステップＳ６２において葉のＰＶセルが有するＮＥＷＳツリーが未知であれば、ステップＳ６４へ進んでそのＮＥＷＳツリーを取得し、ステップＳ６２に戻ってＮＥＷＳツリーを更新する。ステップＳ６４では図１５に示した転送処理によって各ＰＶセルのＮＥＷＳツリーを取得する。

一方、ステップＳ６３において葉のＰＶセルが有するＮＥＷＳツリーがないか、あっても既知であれば、ＮＥＷＳツリーは完成していると判断し、ステップＳ６５へ進んでＮＥＷＳツリーに基づいて図１０に示したような接続マップを生成する。

そしてステップＳ６６へ進んでデータベース５６から図１０の接続マップに使えそうな回路パターンを読み出し、それを元に制御部５７で接続マップに適した通電経路を生成し、ステップＳ６７へ進んで、通電経路を表示部５４に表示する。通電経路は複数でもよい。予めユーザによって所望の電圧が指定されていれば、制御部５７はその電圧を発生するように通電経路を生成する。

図１０の接続マップを用いて、通電経路の具体的な生成方法を説明する。ここでは、各ＰＶセルａ〜ｇが１Ｖであるとし、ＰＶセルｃの側面Ｗが入力端に、ＰＶセルｅの側面Ｅが出力端に接続されているとする。

通電経路の生成は、以下のルールに基づいて図１７に示すツリーを生成し、そこから通電可能なルートを求め、それぞれのルートで所望の電圧が得られるように通電経路が生成される。上記のルールとしては、第１に、入力端があるＰＶセルｃを最初の葉とし、第２に、隣接するＰＶセルを子としてツリーに追加し、第３に、閉路のないツリー構造にするため、循環しないように子をツリーに追加する、つまり、隣接するＰＶセルであっても、既に先祖に含まれていれば子に追加しないということである。

このルールに基づくと、図１７のようなツリーが生成される。そして、このツリーから出力端があるＰＶセルｅを最終の葉とするルートを選ぶことで、通電可能なルートを求めることができる。このルートは、図１７に太い矢印で示す３つのルートである。各ルートをＰＶセルの符号ａ〜ｇで示すと、第１のルートはｃ→ａ→ｂ→ｄ→ｅ、第２のルートはｃ→ｄ→ｅ、第３のルートはｃ→ｆ→ｇ→ｄ→ｅとなる。

ここで、それぞれのルートの深さが直列接続したときの電圧であり、第１及び第３のルートが５Ｖ、第２のルートが３Ｖである。これらのルートに基づいて所望の電圧が得られるように直列接続又は並列接続を考慮して通電経路を生成する。

直列接続を考える場合、最大の電圧値は５Ｖとなり、この電圧値内で通電経路を設定することになる。５Ｖの接続例としては、上記の第１又は第３のルートを採用すればよい。また、４Ｖの接続例としては、上記の第１又は第３のルートにおいて、何れか１つのＰＶセルが通電だけするように設定すればよい。つまり、そのＰＶセル内では発電部２２を介さず、入力側の電流Ｉ／Ｏ部２３と出力側の電流Ｉ／Ｏ部２３とを直接接続する形である。

また、３Ｖの接続例としては、上記の第１又は第３のルートにおいて、何れか２つのＰＶセルが通電だけするように設定するか、上記の第２のルートを採用すればよい。また、２Ｖの接続例としては、上記の第１又は第３のルートにおいて、何れか３つのＰＶセルが通電だけするように設定するか、上記の第２のルートにおいて、何れか１つのＰＶセルが通電だけするように設定すればよい。また、１Ｖの接続例としては、上記の第１又は第３のルートにおいて、何れか４つのＰＶセルが通電だけするように設定するか、上記の第２のルートにおいて、何れか２つのＰＶセルが通電だけするように設定すればよい。

一方、並列接続を考える場合、まず、上記の第１〜第３のそれぞれのルートについて、他のルートに含まれていないＰＶセルを抽出する。その結果、第１のルートにおいてＰＶセルａ、ｂが、第３のルートにおいてＰＶセルｆ、ｇが抽出される。ここで、抽出されたＰＶセルは各ルートにおいて最大２つなので、並列接続の最大電圧値は２Ｖであることがわかる。

そして、第１のルートのａ→ｂと、第３のルートのｆ→ｇとを通電経路に組み込む。次に、第２のルートにおいて、まだ通電経路に組み込まれていないＰＶセルの中から２つを選んで通電経路に組み込む。ここでは、ＰＶセルｃ、ｄ、ｅの中の何れか２つである。そして、第１〜第３のルートから通電経路に組み込まれたＰＶセルを並列に接続することで２Ｖの並列接続の通電経路が生成される。

図１８（ａ）〜（ｄ）は、予めユーザによって２Ｖの電圧が指定されている場合の、表示部５４に表示される通電経路の例である。図１８（ａ）は直列接続の通電経路を、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の回路を、図１８（ｃ）は並列接続の通電経路を、図１８（ｄ）は図１８（ｃ）の回路をそれぞれ示している。図１８（ａ）、（ｃ）では通電経路を太線で示し、ＰＶセル内を通電だけする部分はコ字型で示している。

なお、生成した複数の通電経路の候補は、常時保存しておき、通電中のＰＶセルに異常が生じた場合には、直ちにそれらの通電経路の候補の中から異常が生じたＰＶセルを含まない経路を選んで切り替えることで、安定した電源供給を実現できる。

図１６の説明に戻り、ステップＳ６７からステップＳ６８へ進んで、表示部５４に表示された通電経路を見たユーザによって操作部５５が操作されて所望の通電経路が選択されると、ステップＳ６９へ進んでその通電経路を記憶し、各ＰＶセルａ〜ｇへその通電経路になるように極性設定情報を送信する。各ＰＶセルａ〜ｇへの極性設定情報の送信は、図１５と同じようなバケツリレー式の転送によって行う。具体的には、例えば、ＰＶセルｆには、ＰＶセルｆの極性設定情報と合わせてＰＶセルｃ、ｇの極性設定情報も送信され、さらにＰＶセルｃへのメッセージにはＰＶセルａ、ｄ、ｂ、ｅの極性設定情報も含められる。

この処理により、コントローラ５０で全てのＰＶセルａ〜ｇが制御される。なお、コントローラは複数設けてもよく、その場合、各コントローラで一部のＰＶセルずつ制御するようにし、何れかのコントローラでその他のコントローラが集めた情報を用いて接続マップの生成や通電経路の生成を行えばよい。そうすることで１つのコントローラに掛かる負荷が軽減され、処理速度が向上する。

上記の実施形態では、太陽光発電システム１０はＰＶセル２０とコントローラ５０とを含んでいたが、他の形態として、コントローラ５０の役割を中継機となるコントローラとそれに無線などで接続されるユーザ端末とに分けてもよい。

図１９に中継機となるコントローラ８０のブロック図を、図２０にユーザ端末９０のブロック図を示す。図１９、２０においてコントローラ５０の対応する構成と同じ機能を有する構成には同符号を付し、その詳細な説明を省略する。

コントローラ８０は、外枠部５１と、制御信号Ｉ／Ｏ部５２と、ジョイント部５３と、送受信部８１とを備え、ＰＶセル２０に直接接続される。送受信部８１は、無線又は有線の通信手段であり、制御信号Ｉ／Ｏ部５２又はジョイント部５３からの信号をユーザ端末９０へ送信したり、ユーザ端末９０から受信した信号を制御信号Ｉ／Ｏ部５２又はジョイント部５３へ出力したりする。

ユーザ端末９０は、例えば携帯端末であり、送受信部９１と、表示部５４と、操作部５５と、データベース５６とを備えている。送受信部９１は、送受信部８１と無線又は有線で通信する通信手段であり、制御部５７に接続されている。なお、表示部５４及び／又は操作部５５及び／又はデータベース５６は、ユーザ端末９０とは別に設け、ユーザ端末９０と接続するようにしてもよい。

このような、コントローラ８０とユーザ端末９０とを含む太陽光発電システムでは、ネットワークを介したユーザ端末９０から遠隔操作することも可能である。これは、僻地にＰＶセル２０及びコントローラ８０を設置した場合に、一部のＰＶセル２０が故障しても遠隔操作で応急処置として通電経路の再設定ができるという利点がある。また、ユーザ端末９０は風雨にさらされることがないので、精密な部品を採用でき、高度な設定も可能となる。

本発明の太陽光発電システムは、屋根の上に設置したり、アウトドアに携帯して利用することができる。アウトドアで使用する場合、例えば、照明の電源として利用したり、お湯を沸かしたいときは照明の電源として利用していた一部のＰＶセルを分離して湯沸かし器に接続したりすることができる。これは、図２１に示すように、照明用の電源として１セル群での通電を行って、必要なときに、一部のＰＶセルを分離してそれにもコントローラを接続して通電経路を再構成することで、照明用と湯沸かし器用との２セル群での通電を行うようにするといった使い方である。

また、ユーザ端末を用いて遠隔操作する場合は、屋根の上にＰＶセル及び中継機となるコントローラを設置しておき、管理者が建物内や発電所からユーザ端末で操作することが想定される。

１０ 太陽光発電システム
２０ 太陽光発電セル
２１、５１ 外枠部
２２ 発電部
２３ 電流Ｉ／Ｏ部
２４、５２ 制御信号Ｉ／Ｏ部
２５ ＩＮスイッチ切替部
２６ ＯＵＴスイッチ切替部
２７、５３ ジョイント部
２８、５７ 制御部
５０、８０ コントローラ
５５ 操作部
８１、９１ 送受信部
９０ ユーザ端末

Claims (12)

1. 太陽光発電する発電部と、
   外観を形成する外枠部と、
   前記外枠部に設けられ、隣接する機器に接続される複数組の電流Ｉ／Ｏ部及び制御信号Ｉ／Ｏ部と、
   前記電流Ｉ／Ｏ部に入力極性を割り当てるＩＮスイッチ切替部と、
   前記電流Ｉ／Ｏ部に出力極性を割り当てるＯＵＴスイッチ切替部と、
   前記ＩＮスイッチ切替部及び前記ＯＵＴスイッチ切替部を制御する制御部とを備えた太陽光発電セル。
2. 前記外枠部が、略正三角柱、略正四角柱又は略正六角柱であり、各側面に前記電流Ｉ／Ｏ部及び前記制御信号Ｉ／Ｏ部を設けることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電セル。
3. 前記外枠部が多面体であり、各面に前記電流Ｉ／Ｏ部及び前記制御信号Ｉ／Ｏ部を設けることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電セル。
4. 隣接する機器に接続するためのジョイント部を、前記電流Ｉ／Ｏ部及び前記制御信号Ｉ／Ｏ部と対で前記外枠部に備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の太陽光発電セル。
5. 隣接する機器との接続の際、前記ジョイント部が接続された後、前記電流Ｉ／Ｏ部が接続されることを特徴とする請求項４記載の太陽光発電セル。
6. 特定波長の光を透過し、隣接する太陽光発電セルに重畳される請求項１〜５の何れかに記載の太陽光発電セル。
7. 前記制御部は、前記制御信号Ｉ／Ｏ部に直接接続された機器に関する情報を取得することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の太陽光発電セル。
8. 外観を形成する外枠部と、
   前記外枠部に設けられ、隣接する機器に接続される１以上の制御信号Ｉ／Ｏ部と、
   太陽光発電セルの接続状態を示す接続マップを生成するとともに、各太陽光発電セルに電流の入力極性又は出力極性の割り当て方を指示する制御部とを備えたコントローラ。
9. 外観を形成する外枠部と、
   前記外枠部に設けられ、隣接する機器に接続される１以上の制御信号Ｉ／Ｏ部と、
   ユーザ端末とデータのやりとりを行う送受信部とを備えたコントローラ。
10. 請求項８記載のコントローラとデータのやりとりを行う送受信部と、
    ユーザの入力操作を受け付ける操作部と、
    太陽光発電セルの接続状態を示す接続マップを生成するとともに、各太陽光発電セルに電流の入力極性又は出力極性の割り当て方を指示する制御部とを備えたユーザ端末。
11. 請求項１〜７の何れかに記載の太陽光発電セルと、請求項８記載のコントローラとを含む太陽光発電システム。
12. 請求項１〜７の何れかに記載の太陽光発電セルと、請求項９記載のコントローラと、請求項１０記載のユーザ端末とを含む太陽光発電システム。

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