JP2012094684A

JP2012094684A - 太陽光発電システム

Info

Publication number: JP2012094684A
Application number: JP2010240798A
Authority: JP
Inventors: Akito Yoshida; 章人吉田; Masaki Kaga; 正樹加賀
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2012-05-17

Abstract

【課題】効率よく、かつ安定して発電および電力の供給を行なうことのできる太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】太陽光発電システム１００は、光電変換部２を含む生成装置３０を備える。光電変換部２で生じた電力は供給が要求された外部装置や系統電力に供給される他、蓄電池６０に蓄電される。生成装置３０では光電変換部２で生じた電力のうちの装置外に供給されなかった電力を用いて水分解し、水素を生成する。生成された水素は制御装置４０で流量・圧縮が調整されて貯蔵装置７０に貯蔵される。
【選択図】図１

Description

この発明は太陽光発電システムに関し、特に、太陽電池と気体製造装置とが一体型となった装置を含む太陽光発電システムに関する。

近年、地球温暖化の懸念から発電に伴い二酸化炭素が発生しない太陽光発電が普及しつつある。

太陽光発電は、電力供給が不安定な地域に対する安定した電力供給を可能とする手段としても注目されている。電力供給が不安定な地域としては、たとえば発展途上国や新興国あるいは先進国でもキャンプ場等の屋外などの電力網が十分に普及していない地域や、たとえば電力網が脆弱であったり停電が頻発したりするような電力網が十分に発達していない地域、などが挙げられる。

太陽光発電はその特性上、時間帯や季節などにより発電量が変動する。そのため、上述のような地域に対して安定した電力の供給とはならない。たとえば、太陽光発電の導入量が極端に増加すると創出されるエネルギーの変動幅が大きくなり、電力網が発達している地域であっても電力供給が不安定な地域となり得る。

その課題を解決するために、通常、太陽光発電で得られた太陽光エネルギーをバッテリー等の蓄電装置に貯蔵し、必要なときに蓄電装置から太陽光エネルギーを供給するような技術がすでに実用化されている。

しかしながら、この技術ではエネルギー利用効率が低いこと、太陽光エネルギーを蓄電装置に貯蔵し、電気を得るまでのトータルコストが依然高いこと、蓄電装置自体のコストも高いこと、などの課題がある。さらに、これら電気や熱というエネルギー形態は、短期のエネルギー変動を補完するような使用法は実現できるものの、たとえば季節変動などの長期での変動を補完することは極めて困難であることや、エネルギー量の増加により発電設備の稼働率低下を招く可能性があることが課題である。つまり、この技術では、上述のような電力供給が不安定な地域に対して安定して、かつ低コストで電力を供給する、ということが実現され難い。

これに対し、太陽光発電で得られた太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換し、化学エネルギーとして貯蔵する技術が開発されている。たとえば、特開２００３−２８８９５５号公報（以下、特許文献１）は、基板上に形成した透明電極膜の上に薄膜太陽電池と電解触媒層とを並列に形成し、薄膜太陽電池に光を照射することにより電解液を電気分解して水素を発生させる水素製造装置を開示している。

また、特開２００１−３３８６７２号公報（以下、特許文献２）は、太陽電池からの給電を受けて水電解装置で水素を生成し、生成した水素を貯蔵装置で貯蔵しておき、必要なタイミングで、貯蔵装置から発電装置に水素を供給して燃料として発電するシステムを開示している。

この技術では、長期変動を効率よく補完するとともに発電設備の稼働率を高めることが可能となり、上述のような電力供給が不安定な地域に対して安定して、かつ低コストで電力を供給する、ということが可能となる。

特開２００３−２８８９５５号公報特開２００１−３３８６７２号公報

しかしながら、特許文献１の装置は太陽電池の起電力を利用して水素を発生させるものであり、同じ太陽電池を利用して電力を外部回路に供給することができない。つまり、特許文献１の装置では生成された太陽光エネルギーである電力がいったん化学エネルギーである水素に変換されてから、再度、必要時に電力に変換されることになるため、貯蔵せずに直ちにエネルギーを使用する場合にはエネルギー効率が落ちる、という問題がある。

また、特許文献２のシステムはいったん太陽電池で生成された太陽光エネルギーを水電解装置に供給するものであるため、太陽電池装置に接続された抵抗に起因して起電力が低下し、発電効率が落ちる、という問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、効率よく、かつ安定して発電および電力の供給を行なうことのできる太陽光発電システムを提供することを目的の一つとしている。

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、太陽光発電システムは、光電変換部を含む水素生成装置と、蓄電装置と、水素生成装置で生成される水素を供給するための水素供給部と、光電変換部で生じる電力を供給するための電力供給部と、水素の供給および電力の供給を制御するための制御装置とを備える。制御装置は、電力の供給として、光電変換部で生じる電力のうちの、水素の生成に用いられる電力と水素の生成以外に用いられる電力との供給を制御する。蓄電装置は制御装置および水素生成装置に接続されて、これらとの間で電力をやり取りする。

好ましくは、蓄電装置は光電変換部で生じる電力を蓄電し、制御装置は光電変換部で生じ水素の生成以外に用いられる電力のうちの一部を当該制御装置に供給するよう制御し、供給された電力によって駆動される。

好ましくは、光電変換部は受光面と裏面とを有し、水素生成装置は、光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第１電解用電極と、光電変換部の裏面に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第２電解用電極とをさらに含む。

好ましくは、光電変換部は受光面と裏面とを有し、受光面で受光することによって受光面と前記裏面との間に電位差が生じる。水素生成装置は、受光面上に設けられた第１電極と、光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第１電解用電極と、光電変換部の裏面に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第２電解用電極とをさらに含む。

より好ましくは、蓄電装置は第１電極に接続される。
好ましくは、光電変換部は受光面と裏面とを有し、水素生成装置は、裏面の上にそれぞれ設けられた第１電解用電極および第２電解用電極をさらに含む。光電変換部は、受光することにより、裏面の、第１電解用電極に電気的に接続された第１区域と、第２電解用電極に電気的に接続された第２区域との間に電位差が生じ、第１電解用電極および第２電解用電極のいずれもが電解液に接触するとき、第１電解用電極は、光電変換部が受光することにより生じる起電力を利用して電解液から水素を発生させる水素発生部を形成し、第２電解用電極は起電力を利用して電解液から酸素を発生させる酸素発生部を形成することを特徴とする。

好ましくは、水素生成装置は、蓄電装置の蓄電電力を用いて水素を生成する。
好ましくは、制御装置は、水素生成装置を、起動させた起動状態、動作を停止させた停止状態、水素を供給する水素供給状態、電力を供給する電力供給状態、水素と電力とを共に供給する状態、のそれぞれの状態とするための制御モードを有し、制御モードのうちのいずれか１の制御モードを選択して制御処理を実行する。

好ましくは、制御装置は、光電変換部での受光状況により、水素生成装置において水素を製造するための駆動電力を、光電変換部で生じる電力と蓄電池に蓄えられた電力とで切替える。

好ましくは、制御装置は、蓄電池の蓄電量により、水素生成装置において水素を製造するための駆動電力を、光電変換部で生じる電力と蓄電池に蓄えられた電力とで切替える。

この発明によると、太陽光発電システムにおいて、効率よく、かつ安定して発電および電力の供給を行なうことができる。さらに、この発明によると、系統電力を使わず独立分散的な電力供給を行なうことが可能となる。さらに、この発明によると安全性を向上させることが可能となる。

実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成の具体例を示す図である。太陽光発電システムに含まれる生成装置の生成部の構成の第１の例を示す概略平面図である。図２の点線Ａ―Ａの概略断面図である。生成部の構成の第１の例を示す概略裏面図である。生成部の構成の第１の例を示す概略平面図である。生成部の構成の第１の例を示す概略断面図である。制御装置の制御部の制御構成を示すブロック図である。制御装置における制御の基本的な流れを示すフローチャートである。温度制御の具体例を示すフローチャートである。図８のステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第１の制御の流れを示すフローチャートである。図８のステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第２の制御の流れを示すフローチャートである。図８のステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第３の制御の流れを示すフローチャートである。図８のステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第４の制御の流れを示すフローチャートである。生成部の構成の第２の例を示す概略裏面図である。生成部の構成の第２の例を示す概略平面図である。生成部の構成の第２の例を示す概略断面図である。生成部の構成の第２の例を示す概略平面図である。生成部の構成の第２の例を示す概略断面図である。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。

＜システム構成＞
図１は、本実施の形態にかかる太陽光発電システム１００の構成の具体例を示す図である。

図１を参照して、太陽光発電システム１００は、エネルギーを生成するための装置である生成装置３０と、生成装置３０などを制御するための制御装置４０と、生成されたエネルギーを蓄積するための装置であって、電力を蓄積するための蓄電池６０および水素を貯蔵するための貯蔵装置７０とを含む。

生成装置３０は、太陽光発電を行なうための、後述する光電変換部２、および水素を生成するための、後述する水素発生部７（または８）が一体型で形成された生成部２３と、図示しない貯水タンクから導水して生成部２３に給水し、または生成部２３内の水を排水するためのバルブ、ポンプなどからなる給排水部３１とを含む。

給排水部３１は、後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、バルブの開閉や開き幅、ポンプの駆動電力などが制御部４１からの制御信号によって制御される。これにより、生成部２３に対する給水、排水、また、その水の量、速度が制御される。

生成部２３に含まれる光電変換部２は太陽光発電を行なって電力を生成する。生成された電力は、後述する構成によって水素発生部７（または８）に供給される。または、後述するケーブル６２で生成装置３０外に供給される。

生成部２３に含まれる水素発生部７（または８）は、光電変換部２で生成された電力と供給された水とを用いて水電解処理を行ない、水素を生成する。

生成装置３０には、さらに、生成部２３内の水量を検知するためのセンサ３５Ａと、生成部２３内の水温を検知するためのセンサ３５Ｂと、生成部２３内の水温を適正温度とするために給排水部３１で供給される水の温度を調整するためのヒータや冷却ファンなどで構成された温度調整部３６とが含まれる。

センサ３５Ａ，３５Ｂは、後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、それぞれ、検出された生成部２３内の水量および水温を示すセンサ信号を制御装置４０の制御部４１に入力する。温度調整部３６は、後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、制御部４１からの制御信号に従ってヒータや冷却ファンなどを駆動させて生成部２３の温度を調整する。

生成装置３０と蓄電池６０とはケーブル６２で接続される。生成装置３０で生成された電力は、ケーブル６２によって生成装置３０から蓄電池６０に供給され、蓄電池６０に蓄電される。ケーブル６２上には、供給する電力の電圧を変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータなどからなり、生成装置３０から出力される電力量を制御するための切替部３４が配される。切替部３４は後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、制御部４１からの制御信号によって供給する電力の電圧が制御される。

蓄電池６０には配電装置５０が接続される。配電装置５０は、後述する制御装置４０の制御部４１と電気的に接続され、その制御信号に従って蓄電池６０からの電力の供給を制御する。

ケーブル６２には、さらに、外部の電力を消費する装置（以下、単に外部装置とも称する）、系統電力などの外部の電源、および制御装置４０が接続される。生成装置３０で生成された電力がケーブル６２によって外部装置に供給されてもよいし、系統電力に供給されてもよいし、制御装置４０に供給されてもよい。または、蓄電池６０に蓄電された電力がケーブル６２によって外部装置に供給されてもよいし、系統電力に供給されてもよいし、制御装置４０に供給されてもよい。また、系統電力からの電力がケーブル６２によって外部装置に供給されてもよいし、制御装置４０に供給されてもよいし、生成装置３０に供給されてもよい。

生成装置３０と蓄電池６０との間のケーブル６２にはスイッチ６３Ａが設けられる。生成装置３０と外部装置との間のケーブル６２にはスイッチ６３Ｂが設けられる。生成装置３０と系統電力との間のケーブル６２にはスイッチ６３Ｃが設けられる。これらスイッチ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃは後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、制御部４１からの制御信号によってその開閉が制御される。スイッチが開放されることでケーブル６２での接続が切断され、電力のやり取りがなくなる。スイッチが閉塞されることでケーブル６２での接続が確立され、電力がやり取りされる。

生成装置３０と貯蔵装置７０とは制御装置４０を経てパイプ６１で接続される。生成装置３０で生成された水素は、パイプ６１によって、生成装置３０から制御装置４０を経て貯蔵装置７０に供給され、貯蔵装置７０に貯蔵される。

貯蔵装置７０はたとえばタンク、水素貯蔵合金、無機系、または有機系水素貯蔵材料などが該当し、その内部に水素が貯蔵可能である。貯蔵装置７０は、燃料電池などの水素消費装置に接続されて該装置に水素を供給する。または、貯蔵装置７０自身が燃料電池などの水素消費装置に含まれるものであってもよい。

貯蔵装置７０には、貯蔵装置７０内の水素量を検知するためのセンサ７１Ａと、貯蔵装置７０内の水素圧力を検知するためのセンサ７１Ｂとが含まれる。センサ７１Ａ，７１Ｂは、それぞれ、制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、検出された貯蔵装置７０内の水素量および圧力を示すセンサ信号を制御装置４０の制御部４１に入力する。

貯蔵装置７０には、さらに、図示しない貯蔵装置７０内の水素温度を検知するためのセンサと、その温度を調整するための調整装置とが含まれてもよい。そして、それらは制御装置４０の制御部４１に電気的に接続され、その制御信号に従って水素温度を調整するようにしてもよい。

貯蔵装置７０と上記水素消費装置とを接続するパイプには貯蔵装置７０内の水素を供給するためのバルブ、ポンプなどからなる供給部７２が配される。供給部７２は、後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、バルブの開閉や開き幅、ポンプの駆動電力などが制御部４１からの制御信号によって制御される。これにより、貯蔵装置７０から上記水素消費装置に対する水素の供給、また、その量、速度が制御される。

制御装置４０は、各部を制御するための制御部４１と、パイプ６１上に配され、バルブ等を含んで生成装置３０から貯蔵装置７０へ水素を供給するための機構である接続部４２と、生成装置３０から制御装置４０に供給される水素の圧力を検出するための圧力検知部４３と、制御装置４０から貯蔵装置７０に供給される水素の圧力を検出するための圧力検知部４４と、制御装置４０内の温度や制御装置４０内の各装置の温度を調整するためのヒータや冷却ファンなどで構成された温度調整部４５と、制御装置４０内の温度や制御装置４０内の各装置の温度を検知するためのセンサ４６とを含む。制御装置４０には外部装置からの信号を受付けるための通信機能が含まれ、他の装置からの信号が入力されてもよい。

制御装置４０の制御部４１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）を含み、図示しないメモリに記憶されるプログラムを読み出して実行することによって図１に示された各部に対して制御信号を出力する。

圧力検知部４３および圧力検知部４４は制御部４１に電気的に接続されて、検出された圧力を示すセンサ信号を制御部４１に入力する。センサ４６もまた制御部４１に電気的に接続されて、検出された温度を示すセンサ信号を制御部４１に入力する。

温度調整部４５は制御部４１に電気的に接続されて、制御部４１からの制御信号に従ってヒータや冷却ファンなどを駆動させて制御装置４０内の温度や制御装置４０内の各装置の温度を調整する。

接続部４２は、貯蔵装置７０へ供給する水素の流量を調整するためのバルブ、ポンプなどからなる流量調整部４２１と、貯蔵装置７０へ供給する水素の圧力を調整するためのコンプレッサなどからなる圧力調整部４２２とを含む。接続部４２は制御部４１に電気的に接続されて、制御部４１からの制御信号に従ってバルブの開閉や開き幅、ポンプの駆動電力、コンプレッサの駆動電力などが制御部４１からの制御信号によって制御される。これにより、生成装置３０から供給される水素の量や貯蔵装置７０へ供給される水素の量や圧力などが制御される。

＜生成部の構成の第１の例＞
生成部２３の第１の例について説明する。

図２は、生成装置３０に含まれる生成部２３の構成の第１の例を示す図であって、光電変換部の受光面側から見た概略平面図である。図３は、図２の点線Ａ−Ａの概略断面図である。図４は、生成装置３０に含まれる生成部２３の構成を示す図であって、光電変換部の裏面側から見た概略裏面図である。

図２を参照して、生成部２３は、受光面および裏面を有する光電変換部２と、光電変換部２の裏面側に該面に接して設けられた第１の気体発生部８と、光電変換部２の裏面側に該面に接して設けられた第２の気体発生部７とを備える。

光電変換部２の受光面側に第１電極４が設けられ、裏面側に第２電極５が設けられる。第１電極４および第２電極５は、いずれもケーブル６２に接続される。

第１の気体発生部８および第２の気体発生部７のうち、一方は電解液からＨ２を発生させるための水素発生部であり、他方は電解液からＯ₂を発生させるための酸素発生部である。第１の気体発生部８は光電変換部２の裏面と電気的に接続され、第２の気体発生部７は第１の導電部９を介して光電変換部２の受光面と電気的に接続される。

第１の導電部９は、第１電極４と第２の導電部１０とから構成されてもよい。また、生成部２３は、基板１、第２電極５、絶縁部１１、隔壁１３、天板１４、電解液流路１５、シール材１６、給水口１８、第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９を備えてもよい。

［基板］
基板１は生成部２３に含まれてもよい。また、光電変換部２は、受光面が基板１側となるように透光性の基板１の上に設けられてもよい。なお、光電変換部２が、半導体基板などからなり一定の強度を有する場合、基板１は省略することが可能である。また、光電変換部２が樹脂フィルムなど柔軟性を有する材料の上に形成可能な場合、基板１は省略することができる。

基板１は、生成部２３を構成するための土台となる部材である。また、太陽光を光電変換部２の受光面で受光するためには、透明であり光透過率が高いことが好ましいが、光電変換部２へ効率的な光の入射が可能な構造であれば、光透過率に制限はない。

光透過率が高い基板材料として、例えば、ソーダガラス、石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等の透明なリジッド材、または透明樹脂板やフィルム材等が好適に用いられる。化学的および物理的安定性を備える点より、ガラス基板を用いることが好ましい。

基板１の光電変換部２側の表面には、入射した光が光電変換部２の表面で有効に乱反射されるように、微細な凹凸構造に形成することができる。この微細な凹凸構造は、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理もしくはブラスト処理等の公知の方法により形成することが可能である。

［第１の導電部］
第１の導電部９は、第２の気体発生部７と光電変換部２の受光面とを電気的に接続させる。第１の導電部９は、１つの部材から構成されてもよいし、第１電極４と第２の導電部１０とから構成されてもよい。第１の導電部９を設けることにより、光電変換部２の受光面の電位と第２の気体発生部７の電位とをほぼ同じにすることができ、第２の気体発生部７で水素または酸素を発生させることができる。

第１の導電部９が１つの部材から構成される場合としては、第１の導電部９は、例えば、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７とを電気的に接続させる金属配線などである。また、例えば、第１の導電部９は、Ａｇからなる金属配線である。また、この金属配線は、光電変換部２に入射する光を減少させいないように、フィンガー電極のような形状を有してもよい。第１の導電部９は、基板１の光電変換部２側に設けられてもよく、光電変換部２の受光面に設けられてもよい。

［第１電極］
第１電極４は、基板１の上に設けることができ、光電変換部２の受光面と接触するように設けることができる。また、第１電極４は透光性を有してもよい。また、第１電極４は、基板１を省略可能の場合、光電変換部２の受光面に直接設けられてもよい。第１電極４を設けることにより、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７との間に流れる電流を大きくすることができる。

第１電極４は、例えば、ＩＴＯ、ＳｎＯ２などの透明導電膜から構成されてもよく、Ａｇ、Ａｕなどの金属のフィンガー電極からなってもよい。

以下に第１電極４を透明導電膜とした場合について説明する。
透明導電膜は、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７とのコンタクトを取りやすくするために用いている。

一般に透明電極として使用されているものを用いることが可能である。具体的にはＩｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、ＳｎＯ₂等を挙げることができる。なお本透明導電膜は、太陽光の光線透過率が８５％以上、中でも９０％以上、特に９２％以上であることが好ましい。このことにより光電変換部２が光を効率的に吸収することができるためである。

透明導電膜の作成方法としては公知の方法を用いることができ、スパッタリング、真空蒸着、ゾルゲル法、クラスタービーム蒸着法、ＰＬＤ（ＰｕｌｓｅＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などが挙げられる。

［光電変換部］
光電変換部２は、受光面および裏面を有し、光電変換部２の裏面の上に第１の気体発生部８と第２の気体発生部７とが設けられている。なお、受光面とは、光電変換するための光を受光する面であり、裏面とは、受光面の裏の面である。また、光電変換部２は、第１電極４が設けられた基板１の上に受光面を下にして設けることができる。

光電変換部２は、入射光により電荷分離することができ、受光面と裏面との間に起電力が生じるものであれば特に限定されないが、例えば、シリコン系半導体を用いた光電変換部、化合物半導体を用いた光電変換部、色素増感剤を利用した光電変換部、有機薄膜を用いた光電変換部などである。

光電変換部２は、光を受光することにより、水素発生部および酸素発生部においてそれぞれ水素と酸素が発生するために必要な起電力が生じる材料を使用する必要がある。水素発生部と酸素発生部との電位差は、水分解のための理論電圧（１．２３Ｖ）より大きくする必要があり、そのためには光電変換部２で十分大きな電位差を生み出す必要がある。そのため光電変換部２は、ｐｎ接合など起電力を生じさせる部分を二接合以上直列に接続することが好ましい。

光電変換を行なう材料は、シリコン系半導体、化合物半導体、有機材料をベースとしたものなどが挙げられるが、いずれの光電変換材料も使用することが可能である。また、起電力を大きくするために、これらの光電変換材料を積層することが可能である。積層する場合には同一材料で多接合構造を形成することが可能であるが、光学的バンドギャップの異なる複数の光電変換層を積層し、各々の光電変換層の低感度波長領域を相互に補完することにより、広い波長領域にわたり入射光を効率よく吸収することが可能となる。

また、光電変換層間の直列接続特性の改善や、光電変換部２で発生する光電流の整合のために、層間に透明導電膜等の導電体を介在させることが可能である。これにより光電変換部２の劣化を抑制することが可能となる。

光電変換部２の例を以下に具体的に説明する。また、光電変換部２は、これらを組み合わせたものでもよい。

［シリコン系半導体を用いた光電変換部］
シリコン系半導体を用いた光電変換部２は、例えば、単結晶型、多結晶型、アモルファス型、球状シリコン型、およびこれらを組み合わせたもの等が挙げられる。いずれもｐ型半導体とｎ型半導体とが接合したｐｎ接合を有することができる。また、ｐ型半導体とｎ型半導体との間にｉ型半導体を設けたｐｉｎ接合を有するものとすることもできる。また、ｐｎ接合を複数有するもの、ｐｉｎ接合を複数有するもの、ｐｎ接合とｐｉｎ接合とを有するものとすることもできる。

シリコン系半導体とは、シリコンを含む半導体であり、例えば、シリコン、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウムなどである。また、シリコンなどにｎ型不純物またはｐ型不純物が添加されたものも含み、また、結晶質、非晶質、微結晶のものも含む。

また、シリコン系半導体を用いた光電変換部２は、基板１の上に形成された薄膜または厚膜の光電変換層であってもよく、また、シリコンウェハなどのウェハにｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成したものでもよく、また、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成したウェハの上に薄膜の光電変換層を形成したものでもよい。

シリコン系半導体を用いた光電変換部２の形成例を以下に示す。
基板１上に積層した第１電極４上に、第１導電型半導体層をプラズマＣＶＤ法等の方法で形成する。この第１導電型半導体層としては、導電型決定不純物原子濃度が１×１０¹⁸〜５×１０²¹／ｃｍ³程度ドープされた、ｐ＋型またはｎ＋型の非晶質Ｓｉ薄膜、または多結晶あるいは微結晶Ｓｉ薄膜とする。第１導電型半導体層の材料としては、Ｓｉに限らず、ＳｉＣあるいはＳｉＧｅ，Ｓｉ_xＯ_1-x等の化合物を用いることも可能である。

このように形成された第１導電型半導体層上に、結晶質Ｓｉ系光活性層として多結晶あるいは微結晶の結晶質Ｓｉ薄膜をプラズマＣＶＤ法等の方法で形成する。なお、導電型は第１導電型半導体よりドーピング濃度が低い第１導電型とするか、あるいはｉ型とする。結晶質Ｓｉ系光活性層の材料としては、Ｓｉに限らず、ＳｉＣあるいはＳｉＧｅ，Ｓｉ_xＯ_1-x等の化合物を用いることも可能である。

次に、結晶質Ｓｉ系光活性層上に半導体接合を形成するため、第１導電型半導体層とは反対導電型である第２導電型半導体層をプラズマＣＶＤ等の方法で形成する。この第２導電型半導体層としては、導電型決定不純物原子が１×１０¹⁸〜５×１０²¹／ｃｍ³程度ドープされた、ｎ＋型またはｐ＋型の非晶質Ｓｉ薄膜、または多結晶あるいは微結晶Ｓｉ薄膜とする。第２導電型半導体層の材料としては、Ｓｉに限らず、ＳｉＣあるいはＳｉＧｅ，Ｓｉ_xＯ_1-x等の化合物を用いることも可能である。また接合特性をより改善するために、結晶質Ｓｉ系光活性層と第２導電型半導体層との間に、実質的にｉ型の非単結晶Ｓｉ系薄膜を挿入することも可能である。このようにして、受光面に最も近い光電変換層を一層積層することができる。

続けて第二層目の光電変換層を形成する。第二層目の光電変換層は、第１導電型半導体層、結晶質Ｓｉ系光活性層、第２導電型半導体層からなり、それぞれの層は、第一層目の光電変換層中の対応する第１導電型半導体層、結晶質Ｓｉ系光活性層、第２導電型半導体層と同様に形成する。二層のタンデムで水分解に十分な電位を得ることができない場合は、三層あるいはそれ以上の層状構造を取ることが好ましい。ただし第二層目の光電変換層の結晶質Ｓｉ系光活性層の体積結晶化分率は、第一層目の結晶質Ｓｉ系光活性層と比較すると高くすることが好ましい。三層以上積層する場合も同様に下層と比較すると体積結晶化分率を高くすることが好ましい。これは、長波長域での吸収が大きくなり、分光感度が長波長側にシフトし、同じＳｉ材料を用いて光活性層を構成した場合においても、広い波長域で感度を向上させることが可能となるためである。すなわち、結晶化率の異なるＳｉでタンデム構造にすることにより、分光感度が広くなり、光の高効率利用が可能となる。このとき低結晶化率材料を受光面側にしないと高効率とならない。また結晶化率が４０％以下に下がるとアモルファス成分が増え、劣化が生じてしまう。

［化合物半導体を用いた光電変換部］
化合物半導体を用いた光電変換部は、例えば、III−Ｖ族元素で構成されるＧａＰ、ＧａＡｓやＩｎＰ、ＩｎＡｓ、II−VI族元素で構成されるＣｄＴｅ／ＣｄＳ、Ｉ−III−VI族で構成されるＣＩＧＳ（Copper Indium Gallium DiSelenide）などを用いｐｎ接合を形成したものが挙げられる。

化合物半導体を用いた光電変換部の製造方法の一例を以下に示すが、本製造方法では、製膜処理等はすべて有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置を使って連続して行われる。III族元素の材料としては、例えばトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムなどの有機金属が水素をキャリアガスとして成長装置に供給される。Ｖ族元素の材料としては、例えばアルシン（ＡｓＨ₃）、ホスフィン（ＰＨ₃）、スチビン（ＳｂＨ₃）等のガスが使われる。ｐ型不純物またはｎ型不純物のドーパントとしては、例えばｐ型化にはジエチルジンク、またはｎ型化には、モノシラン（ＳｉＨ₄）やジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、セレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）等が利用される。これらの原料ガスを、例えば７００℃に加熱された基板上に供給することにより熱分解させ、所望の化合物半導体材料膜をエピタキシャル成長させることが可能である。これら成長層の組成は導入するガス組成により、また膜厚はガスの導入時間によって制御することが可能である。これらの光電変換部を多接合積層する場合は、層間での格子定数を可能な限り合わせることにより、結晶性に優れた成長層を形成することができ、光電変換効率を向上することが可能となる。

ｐｎ接合を形成した部分以外にも、例えば受光面側に公知の窓層や、非受光面側に公知の電界層等を設けることによりキャリア収集効率を高める工夫を有してもよい。また不純物の拡散を防止するためのバッファ層を有していてもよい。

［色素増感剤を利用した光電変換部］
色素増感剤を利用した光電変換部は、例えば、主に多孔質半導体、色素増感剤、電解質、溶媒などにより構成される。

多孔質半導体を構成する材料としては、例えば、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム等公知の半導体から１種類以上を選択することが可能である。多孔質半導体を基板上に形成する方法としては、半導体粒子を含有するペーストをスクリーン印刷法、インクジェット法等で塗布し乾燥もしくは焼成する方法や、原料ガスを用いたＣＶＤ法等により製膜する方法、ＰＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、電気化学的な酸化還元反応を利用した方法等が挙げられる。

多孔質半導体に吸着する色素増感剤としては、可視光領域および赤外光領域に吸収を持つ種々の色素を用いることが可能である。ここで、多孔質半導体に色素を強固に吸着させるには、色素分子中にカルボン酸基、カルボン酸無水基、アルコキシ基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキシルアルキル基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基等が存在することが好ましい。これらの官能基は、励起状態の色素と多孔質半導体の伝導帯との間の電子移動を容易にする電気的結合を提供する。

これらの官能基を含有する色素として、例えば、ルテニウムビピリジン系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、アゾ系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素等が挙げられる。

多孔質半導体への色素の吸着方法としては、例えば多孔質半導体を、色素を溶解した溶液（色素吸着用溶液）に浸漬する方法が挙げられる。色素吸着用溶液に用いられる溶媒としては、色素を溶解するものであれば特に制限されず、具体的には、エタノール、メタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトニトリル等の窒素化合物類、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル等のエステル類、水等を挙げることができる。

電解質は、酸化還元対とこれを保持する液体または高分子ゲル等固体の媒体とからなる。

酸化還元対としては一般に、鉄系、コバルト系等の金属類や塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン物質が好適に用いられ、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等の金属ヨウ化物とヨウ素の組み合わせが好ましく用いられる。さらに、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド等のイミダゾール塩等を混入することもできる。

また、溶媒としては、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、アセトニトリル等のニトリル化合物、エタノール、メタノール等のアルコール、その他、水や非プロトン極性物質等が用いられるが、中でも、カーボネート化合物やニトリル化合物が好適に用いられる。

［有機薄膜を用いた光電変換部］
有機薄膜を用いた光電変換部は、電子供与性および電子受容性を持つ有機半導体材料で構成される電子正孔輸送層、または電子受容性を有する電子輸送層と電子供与性を有する正孔輸送層とが積層されたものであってもよい。

電子供与性の有機半導体材料としては、電子供与体としての機能を有するものであれば特に限定されないが、塗布法により製膜できることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子が好適に使用される。

ここで導電性高分子とはπ共役高分子を示し、炭素−炭素またはヘテロ原子を含む二重結合または三重結合が、単結合と交互に連なったπ共役系からなり、半導体的性質を示すものをさす。

電子供与性の導電性高分子材料としては、例えばポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、およびこれらの誘導体、共重合体、あるいはフタロシアニン含有ポリマー、カルバゾール含有ポリマー、有機金属ポリマー等が挙げられる。中でも、チオフェン−フルオレン共重合体、ポリアルキルチオフェン、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体、フルオレン−フェニレンビニレン共重合体、チオフェン−フェニレンビニレン共重合体等が好適に利用される。

電子受容性の有機半導体材料としては、電子受容体としての機能を有するものであれば特に限定されないが、塗布法により製膜できることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子が好適に使用される。

電子受容性の導電性高分子としては、例えばポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン、およびこれらの誘導体、共重合体、あるいはカーボンナノチューブ、フラーレンおよびこれらの誘導体、ＣＮ基またはＣＦ₃基含有ポリマーおよびそれらの−ＣＦ３置換ポリマー等が挙げられる。

また、電子供与性化合物がドープされた電子受容性の有機半導体材料や、電子受容性化合物がドープされた電子供与性の有機半導体材料等を用いることが可能である。電子供与性化合物がドープされる電子受容性の導電性高分子材料としては、上述の電子受容性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子供与性化合物としては、例えばＬｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｓ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属のようなルイス塩基を用いることができる。なお、ルイス塩基は電子供与体として作用する。また、電子受容性化合物がドープされる電子供与性の導電性高分子材料としては、上述した電子供与性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子受容性化合物としては、例えばＦｅＣｌ₃、ＡｌＣｌ₃、ＡｌＢｒ₃、ＡｓＦ₆やハロゲン化合物のようなルイス酸を用いることができる。なお、ルイス酸は電子受容体として作用する。

上記にて示した光電変換部２においては、第一義的には太陽光を受光させ光電変換を行なうことを想定しているが、用途により蛍光灯や白熱灯、ＬＥＤ、特定の熱源から発せられる光等の人工光を照射し光電変換を行なうことも可能である。

［第２電極］
第２電極５は、光電変換部２と第１の気体発生部８との間に設けることができる。第２電極５を設けることにより、光電変換部２の裏面の電位と第１の気体発生部８の電位とをほぼ同じにすることができる。また、光電変換部２の裏面と第１の気体発生部８との間に流れる電流を大きくすることができる。このことにより、光電変換部２で生じた起電力により水素または酸素をより効率的に発生させることができる。

第２電極５は、導電性を有すれば特に限定されないが、例えば、金属薄膜であり、また、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの薄膜である。これらは、例えば、スパッタリングなどにより形成することができる。また、例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、ＳｎＯ２等の透明導電膜である。

［絶縁部］
絶縁部１１は、光電変換部２の裏面と第２の気体発生部７との間に設けることができる。また、絶縁部１１は、第１の気体発生部８と第２の気体発生部７との間に設けることもできる。さらに、絶縁部１１は、第１の導電部９と光電変換部２との間、第２の導電部１０と光電変換部２との間、および第２の導電部１０と第２電極５との間に設けることができる。

絶縁部１１を設けることにより、光電変換部２で生じた起電力により、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７との間に電流を流し、光電変換部２の裏面と第１の気体発生部８との間に電流を流すことができる。また、リーク電流をより小さくすることができる。このことにより、光電変換部２の受光面の電位と第２の気体発生部７の電位とをほぼ同じにすることができ、また、光電変換部２の裏面の電位と第１の気体発生部８の電位とをほぼ同じにすることができ、より効率的に水素および酸素を発生させることができる。

絶縁部１１としては、有機材料、無機材料を問わず用いることが可能であり、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリアリーレン、芳香族ビニル化合物、フッ素系重合体、アクリル系重合体、ビニルアミド系重合体等の有機ポリマー、無機系材料としては、Ａｌ２Ｏ３等の金属酸化物、多孔質性シリカ膜等のＳｉＯ２や、フッ素添加シリコン酸化膜（ＦＳＧ）、ＳｉＯＣ、ＨＳＱ（ＨｙｄｒｏｇｅｎＳｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）膜、ＳｉＮｘ、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）をアルコール等の溶媒に溶かし塗布・加熱することにより製膜する方法を用いることが可能である。

絶縁部１１を形成する方法としては、絶縁性材料を含有するペーストをスクリーン印刷法、インクジェット法、スピンコーティング法等で塗布し乾燥もしくは焼成する方法や、原料ガスを用いたＣＶＤ法等により製膜する方法、ＰＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法を利用した方法等が挙げられる。

［第２の導電部］
第２の導電部１０は、第１電極４と第２の気体発生部７とにそれぞれ接触するように設けることができる。第２の導電部１０を設けることにより、容易に光電変換部２の受光面に接触した第１電極４と第２の気体発生部７とを電気的に接続することができる。

第２の導電部１０は光電変換部２の受光面と接触した第１電極４と光電変換部２の裏面上に設けられた第２の気体発生部７とに接触するため、光電変換部２の受光面と平行な第２の導電部の断面積を大きくしすぎると、光電変換部２の受光面の面積を小さくすることにつながる。また、光電変換部２の受光面に平行な第２の導電部１０の断面積を小さくしすぎると光電変換部２の受光面の電位と第２の気体発生部７の電位との間に差が生じ、電解液を分解する電位差が得られなくなる場合もあり、水素または酸素の発生効率の減少につながる場合もある。従って、光電変換部２の受光面と平行な第２の導電部の断面積は、一定の範囲である必要がある。例えば、光電変換部２の受光面と平行な第２の導電部の断面積（第２の導電部が複数の場合、その断面積の総計）は、光電変換部２の受光面の面積を１００％としたとき、０．１％以上１０％以下とすることができ、好ましくは、０．５％以上８％以下、さらに好ましくは、１％以上６％以下とすることができる。

また、第２の導電部１０は、光電変換部２を貫通するコンタクトホールに設けられてもよい。このことにより、第２の導電部１０を設けることによる光電変換部２の受光面の面積の減少をより小さくすることができる。また、このことにより、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７との間の電流経路を短くすることができ、より効率的に水素または酸素を発生させることができる。また、このことにより、光電変換部２の受光面と平行な第２の導電部１０の断面積を容易に調節することができる。

また、第２の導電部１０が設けられたコンタクトホールは、１つまたは複数でもよく、円形の断面を有してもよい。また、光電変換部２の受光面と平行なコンタクトホールの断面積（コンタクトホールが複数の場合、その断面積の総計）は、光電変換部２の受光面の面積を１００％としたとき、０．１％以上１０％以下とすることができ、好ましくは、０．５％以上８％以下、さらに好ましくは、１％以上６％以下とすることができる。

第２の導電部１０の材料は、導電性を有しているものであれば特に制限されない。導電性粒子を含有するペースト、例えばカーボンペースト、Ａｇペースト等をスクリーン印刷法、インクジェット法等で塗布し乾燥もしくは焼成する方法や、原料ガスを用いたＣＶＤ法等により製膜する方法、ＰＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、電気化学的な酸化還元反応を利用した方法等が挙げられる。

図５は生成部２３を受光面側から見た形態である。第２の導電部１０の光電変換部２の受光面と平行な断面は、図２のように円形でもよく、図５のように細長い形状を有してもよい。また、第２の導電部１０の数は、図２のように複数でもよく、図５のように１つでもよい。また、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７とを電気的に接続するためのコンタクトホールに設けられた第２の導電部１０が、隔壁１３と実質的に平行な長い形状を形成していてもよい。

［第１の気体発生部］
第１の気体発生部８は、光電変換部２の裏面の上に設けられる。このことにより、第１の気体発生部８は光電変換部２に入射する光を遮ることはない。また、第１の気体発生部８は、水素発生部および酸素発生部のいずれか一方であり、光電変換部２の裏面と電気的に接続する。このことにより、光電変換部２の裏面の電位と第１の気体発生部８の電位とをほぼ同じとすることができ、光電変換部２で生じた起電力により水素または酸素を発生させることができる。また、第１の気体発生部８は、第２の気体発生部７と接触しないように設けることができる。このことにより、第１の気体発生部８と第２の気体発生部７との間にリーク電流が流れるのを防止することとができる。さらに、第１の気体発生部８は、電解液流路１５に露出してもよい。このことにより、第１の気体発生部８の表面で電解液からＨ₂またはＯ₂を発生させることができる。

［第２の気体発生部］
第２の気体発生部７は、光電変換部２の裏面の上に設けられる。このことにより、第２の気体発生部７は光電変換部２に入射する光を遮ることはない。また、第２の気体発生部７は、水素発生部および酸素発生部のいずれか一方であり、光電変換部２の受光面と第１の導電部９を介して電気的に接続する。このことにより、光電変換部２の受光面の電位と第２の気体発生部７の電位とをほぼ同じにすることができ、光電変換部２で生じた起電力により水素または酸素を発生させることができる。また、第２の気体発生部７は、絶縁部１１を介して光電変換部２の裏面の上に設けられてもよい。また、第２の気体発生部７は、第１の気体発生部８と接触しないように設けることができる。このことによりリーク電流が流れることを防止することができる。また、第２の気体発生部７は、電解液流路１５に露出してもよい。このことにより、第２の気体発生部７の表面で電解液からＨ₂またはＯ₂を発生させることができる。

［水素発生部］
水素発生部は、電解液からＨ₂を発生させる部分であり、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７のうちどちらか一方である。また、水素発生部は、電解液からＨ₂が発生する反応の触媒を含んでもよい。このことにより、電解液からＨ₂が発生する反応の反応速度を大きくすることができる。水素発生部は、電解液からＨ₂が発生する反応の触媒のみからなってもよく、この触媒が担持体に担持されたものであってもよい。また、水素発生部は、光電変換部２の受光面の面積より大きい触媒表面積を有してもよい。このことにより、電解液からＨ₂が発生する反応をより速い反応速度とすることができる。また、水素発生部は、触媒が担持された多孔質の導電体であってもよい。このことにより、触媒表面積を大きくすることができる。また、光電変換部２の受光面または裏面と水素発生部に含まれる触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。また、この水素発生部を第１の気体発生部８としたとき、第２電極を省略しても光電変換部２の裏面と触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。さらに、水素発生部は、水素発生触媒としてＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｆｅ、ＮｉおよびＳｅのうち少なくとも１つを含んでもよい。

電解液からＨ₂が発生する反応の触媒（水素発生触媒）は、２つのプロトンと２つの電子とから１分子の水素への変換を促進する触媒であり、化学的に安定であり、水素生成過電圧が小さい材料を用いることができる。例えば、水素に対して触媒活性を有するＰｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｕ等の白金族金属およびその合金あるいは化合物、水素生成酵素であるヒドロゲナーゼの活性中心を構成するＦｅ，Ｎｉ，Ｓｅの合金あるいは化合物、およびこれらの組み合わせ等を好適に用いることが可能である。中でもＰｔおよびＰｔを含有するナノ構造体は水素発生過電圧が小さく好適に用いることが可能である。光照射により水素発生反応が確認されるＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＺｒＯ２などの材料を用いることもできる。

水素発生触媒を直接光電変換部２の裏面などに担持することは可能であるが、反応面積をより大きくし気体生成速度を向上させるために、触媒を導電体に担持することができる。触媒を担持する導電体としては、金属材料、炭素質材料、導電性を有する無機材料等が挙げられる。

金属材料としては、電子伝導性を有し、酸性雰囲気下で耐腐食性を有する材料が好ましい。具体的には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｕ、Ｓｉ等の金属並びにこれらの金属の窒化物および炭化物、ステンレス鋼、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔｉ−Ｐｔ等の合金が挙げられる。金属材料には、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含むことが、他の化学的な副反応が少ないという観点から、より好ましい。これら金属材料は、比較的電気抵抗が小さく、面方向に電流を取り出しても電圧の低下を抑制することができる。また、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の酸性雰囲気下での耐腐食性に乏しい金属材料を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の耐腐食性を有する貴金属および金属、カーボン、グラファイト、グラッシーカーボン、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等によって耐腐食性に乏しい金属の表面をコーティングしてもよい。

炭素質材料としては、化学的に安定で導電性を有する材料が好ましい。例えば、アセチレンブラック、バルカン、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、ＶＧＣＦ、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン等の炭素粉末や炭素繊維が挙げられる。

導電性を有する無機材料としては、例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、ＳｎＯ２、酸化アンチモンドープ酸化スズが挙げられる。

なお、導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン等が挙げられ、導電性窒化物としては、窒化炭素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化ゲルマニウム、窒化チタニウム、窒化ジルコニウム、窒化タリウム等が挙げられ、導電性炭化物としては、炭化タンタル、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタニウム、炭化モリブデン、炭化ニオブ、炭化鉄、炭化ニッケル、炭化ハフニウム、炭化タングステン、炭化バナジウム、炭化クロム等が挙げられ、導電性酸化物としては、酸化スズ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化アンチモンドープ酸化スズ等が挙げられる。

水素発生触媒を担持する導電体の構造としては、板状、箔状、棒状、メッシュ状、ラス板状、多孔質板状、多孔質棒状、織布状、不織布状、繊維状、フェルト状が好適に使用できる。また、フェルト状電極の表面を溝状に圧着した溝付き導電体は、電気抵抗と電極液の流動抵抗を低減できるので好適である。

［酸素発生部］
酸素発生部は、電解液からＯ₂を発生させる部分であり、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７のうちどちらか一方である。また、酸素発生部は、電解液からＯ₂が発生する反応の触媒を含んでもよい。このことにより、電解液からＯ₂が発生する反応の反応速度を大きくすることができる。また、酸素発生部は、電解液からＯ₂が発生する反応の触媒のみからなってもよく、この触媒が担持体に担持されたものであってもよい。また、酸素発生部は、光電変換部２の受光面の面積より大きい触媒表面積を有してもよい。このことにより、電解液からＯ₂が発生する反応をより速い反応速度とすることができる。また、酸素発生部は、触媒が担持された多孔質の導電体であってもよい。このことにより、触媒表面積を大きくすることができる。また、光電変換部２の受光面または裏面と酸素発生部に含まれる触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。また、この水素発生部を第１の気体発生部８としたとき、第２電極を省略しても光電変換部２の裏面と触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を小さくすることができる。さらに、酸素発生部は、酸素発生触媒としてＭｎ、Ｃａ、Ｚｎ、ＣｏおよびＩｒのうち少なくとも１つを含んでもよい。

電解液からＯ₂が発生する反応の触媒（酸素発生触媒）は、２つの水分子から１分子の酸素および４つのプロトンと４つの電子とへの変換を促進する触媒であり、化学的に安定であり、酸素発生過電圧が小さい材料を用いることができる。例えば、光を用い水から酸素発生を行なう反応を触媒する酵素であるPhotosystem IIの活性中心を担うＭｎ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｃｏを含む酸化物あるいは化合物や、Ｐｔ，ＲｕＯ２，ＩｒＯ２等の白金族金属を含む化合物や、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｅ，Ｆｅ，Ｎｉ等の遷移金属を含む酸化物あるいは化合物、および上記材料の組み合わせ等を用いることが可能である。中でも酸化イリジウム、酸化マンガン、酸化コバルト、リン酸コバルトは、過電圧が小さく酸素発生効率が高いことから好適に用いることができる。

酸素発生触媒を直接光電変換部２の受光面または裏面に担持することは可能であるが、反応面積をより大きくし気体生成速度を向上させるために、触媒を導電体に担持することができる。触媒を担持する導電体としては、金属材料、炭素質材料、導電性を有する無機材料等が挙げられる。これらの説明は、［水素発生部］に記載した水素発生触媒についての説明が矛盾がない限り当てはまる。

水素発生触媒および酸素発生触媒の単独の触媒活性が小さい場合、助触媒を用いることも可能である。例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｒｈ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｓｅの酸化物あるいは化合物などが挙げられる。

なお、水素発生触媒、酸素発生触媒の担持方法は、導電体または半導体に直接塗布する方法や、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の乾式塗工法、電析法など、材料により適宜その手法を変えて作製することが可能である。光電変換部と触媒との間に適宜導電物質を担持することが可能である。また水素発生および酸素発生のための触媒活性が十分でない場合、金属やカーボン等の多孔質体や繊維状物質、ナノ粒子等に担持することにより反応表面積を大きくし、水素および酸素発生速度を向上させることが可能である。

［天板］
天板１４は、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７の上に基板１と対向するように設けることができる。また、天板１４は、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７と天板１４との間に空間が設けられるように設けることができる。

また、天板１４は、電解液などの流路を構成し、生成した水素および酸素を閉じ込めるために構成される材料であり、機密性が高い物質が求められる。透明なものであっても不透明なものであっても特に限定されるものではないが、水素および酸素が発生していることを視認できる点においては透明な材料であることが好ましい。透明な天板としては特に限定されず、例えば石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等の透明なリジッド材、あるいは透明樹脂板、透明樹脂フィルムなどを挙げることができる。中でも、ガスの透過性がなく、化学的物理的に安定な物質である点でガラス材を用いることが好ましい。

［隔壁］
隔壁１３は、第１の気体発生部８と天板１４との間の空間および第２の気体発生部７と天板１４との間の空間とを仕切るように設けることができる。このことにより、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７で発生させた水素および酸素が混合することを防止することができ、水素および酸素を分離して回収することができる。

また、隔壁１３は、イオン交換体を含んでもよい。このことにより、第１の気体発生部８と天板１４との間の空間の電解液と第２の気体発生部７と天板１４との間の空間の電解液でアンバランスとなったプロトン濃度を一定に保つことができる。つまり、プロトンが隔壁１３を介してイオンの移動が起こることによりプロトン濃度のアンバランスを解消することができる。

隔壁１３は、例えば、図３のように天板１４に接触するように設けてもよく、図６のように天板１４と隔壁１３との間に空間が残るように設けてもよい。図６のように設けることにより、プロトンのアンバランスをより容易に解消できる。また、隔壁１３に孔を設けてもよい。このことによりプロトンのアンバランスをより容易に解消できる。なお、天板１４と隔壁１３との間に空間を設けても、水素製造装置を光電変換部２の受光面を上向きに設置することにより、水素と酸素の混合を防止することができる。また、隔壁１３の天板１４に近い部分に孔を設けることにより水素と酸素の混合を防止することができる。

図３においては第１の気体発生部８と天板１４との間の電解液流路１５と第２の気体発生部７と天板１４との間の電解液流路１５を隔壁１３で完全に隔離していたが、上記電解液流路間のイオン移動に障害が無ければ、図６のように隔壁１３をガス流路を形成するように設置することが可能である。この場合、図６に示すように、発生する水素および酸素が混合しないように隔壁１３を印刷法など、より低コストな手法にて設置することが可能となる。この際、基板１と天板１４とを結合する箇所はシール材１６となる。構造の安定性を増すために、一部に隔壁１３を天板１４に接触するように設けることも可能である。

電解液からの水素発生量および酸素発生量の割合は、２：１のモル比であり、第１の気体発生部８と第２の気体発生部７とでは気体発生量が異なる。このため、装置内の含水量を一定量にする目的から、隔壁１３は水を透過する材料であることが好ましい。隔壁１３は、例えば、多孔質ガラス、多孔質ジルコニア、多孔質アルミナ等の無機膜あるいはイオン交換体を用いることが可能である。

イオン交換体としては、当該分野で公知のイオン交換体をいずれも使用でき、プロトン伝導性膜、カチオン交換膜、アニオン交換膜等を使用できる。

プロトン伝導性膜の材質としては、プロトン伝導性を有しかつ電気的絶縁性を有する材質であれば特に限定されず、高分子膜、無機膜又はコンポジット膜を用いることができる。

高分子膜としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系電解質膜である、デュポン社製のナフィオン（登録商標）、旭化成社製のアシプレックス（登録商標）、旭硝子社製のフレミオン（登録商標）等の膜や、ポリスチレンスルホン酸、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン等の炭化水素系電解質膜等が挙げられる。

無機膜としては、例えば、リン酸ガラス、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸、ポリリン酸アンモニウム等からなる膜が挙げられる。コンポジット膜としては、スルホン化ポリイミド系ポリマー、タングステン酸等の無機物とポリイミド等の有機物とのコンポジット等からなる膜が挙げられ、具体的にはゴア社製のゴアセレクト膜（登録商標）や細孔フィリング電解質膜等が挙げられる。さらに、高温環境下（例えば、１００℃以上）で使用する場合には、スルホン化ポリイミド、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、スルホン化ポリベンゾイミダゾール、ホスホン化ポリベンゾイミダゾール、硫酸水素セシウム、ポリリン酸アンモニウム等が挙げられる。

カチオン交換膜としては、カチオンを移動させることができる固体高分子電解質であればよい。具体的には、パーフルオロカーボンスルフォン酸膜や、パーフルオロカーボンカルボン酸膜等のフッ素系イオン交換膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、ポリスチレンスルホン酸膜、スルホン酸化スチレン・ビニルベンゼン共重合体膜等が挙げられる。

支持電解質溶液のアニオン輸率が高い場合には、アニオン交換膜の使用が好ましい。アニオン交換膜としては、アニオンの移動可能な固体高分子電解質を使用できる。具体的には、ポリオルトフェニレンジアミン膜、アンモニウム塩誘導体基を有するフッ素系イオン交換膜、アンモニウム塩誘導体基を有するビニルベンゼンポリマー膜、クロロメチルスチレン・ビニルベンゼン共重合体をアミノ化した膜等が挙げられる。

水素発生、酸素発生がそれぞれ水素発生触媒、酸素発生触媒にて選択的に行なわれ、これに伴うイオンの移動が起こる場合、必ずしもイオン交換のための特殊な膜等の部材を配置する必要はない。ガスを物理的に隔離することのみの目的であれば、後述のシール剤に記載の紫外線硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を用いることが可能である。

［シール材］
シール材１６は、基板１と天板１４とを接着し、生成部２３内を流れる電解液および生成部２３内で生成した水素および酸素を密閉するための材料である。シール材１６は、例えば、紫外線硬化性接着剤、熱硬化性接着剤等が好適に使用されるが、その種類は限定されるものではない。

紫外線硬化性の接着剤としては、２００〜４００ｎｍの波長を持つ光を照射することにより重合が起こり光照射後数秒で硬化反応が起こる樹脂である。このような樹脂は、ラジカル重合型とカチオン重合型とに分けられる。ラジカル重合型樹脂としてはアクリルレート、不飽和ポリエステルが挙げられる。カチオン重合型としては、エポキシ、オキセタン、ビニルエーテル等が挙げられる。

また熱硬化性の高分子接着剤としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、熱硬化性ポリイミド等の有機樹脂が挙げられる。熱硬化性の高分子接着剤は、熱圧着時に圧力を掛けた状態で加熱重合し、その後、加圧したまま、室温まで冷却することにより、各部材を良好に接合させるため、締め付け部材等を要しない。

また、有機樹脂に加えて、ガラス基板に対して密着性の高いハイブリッド材料を用いることが可能である。ハイブリッド材料を用いることによって、弾性率や硬度等の力学的特性が向上し、耐熱性や耐薬品性が飛躍的に向上する。ハイブリッド材料は、無機コロイド粒子と有機バインダ樹脂とから構成される。例えば、シリカなどの無機コロイド粒子と、エポキシ樹脂、ポリウレタンアクリレート樹脂やポリエステルアクリレート樹脂などの有機バインダ樹脂とから構成されるものが挙げられる。

ここではシール材１６と記しているが、基板１と天板１４とを接着させる機能を有するものであれば限定されず、樹脂製あるいは金属製のガスケットを用い外部からネジ等の部材を用いて物理的に圧力を加え機密性を高める方法等を適宜用いることも可能である。

［電解液流路］
電解液流路１５は、第１の気体発生部８と天板１４との間の空間および第２の気体発生部７と天板１４との間の空間とすることができる。また、電解液流路１５は、隔壁１３により仕切ることができる。

生成した水素および酸素の気泡が効率よく第１の気体発生部８または第２の気体発生部７から離れるように、電解液流路の内部で電解液を循環させるような例えばポンプやファン、熱による対流発生装置などの簡易装置を備え付けることも可能である。

［給水口、第１ガス排出口および第２ガス排出口］
給水口１８は、生成部２３に含まれるシール材１６の一部に開口を作ることにより設けることができる。給水口１８は、水素および酸素へと分解された水を補充するために配置される。その配置箇所および形状は、原料となる水が効率よく水素製造装置へ供給されさえすれば、特に限定されるものではないが、流動性および供給の容易性の観点から、水素製造装置下部に設置することが好ましい。

また、第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９は、給水口１８を下側にして生成部２３を設置したとき、生成部２３の上側の部分のシール材１６に開口を作ることにより設けることができる。また、第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９は、それぞれ、隔壁１３を挟んで第１の気体発生部８側および第２の気体発生部７側に設けることができる。

このように給水口１８、第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９を設けることにより、生成部２３を光電変換部２の受光面が上向きの状態で水平面に対し傾斜し、給水口１８が下側になり第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９が上側になるように設置することができる。このように設置することにより、給水口１８から電解液を生成部２３内に導入し、電解液流路１５を電解液で満たすことができる。この状態で、生成部２３に光を入射させることにより、水素発生部および酸素発生部で、それぞれ、連続して水素および酸素を発生させることができる。この発生した水素および酸素は、隔壁１３により分離することができる。水素および酸素は、それぞれ、生成部２３の上部へ上昇し、第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９から回収することができる。

［電解液］
電解液は、電解質を含む水溶液であり、例えば、０．１ＭのＨ₂ＳＯ₄を含む電解液、０．１Ｍリン酸カリウム緩衝液などである。

＜生成部の構成の第２の例＞
生成部２３の構成は、第１の例に示された構成に限定されるものではない。

そこで、生成部２３の他の構成例について第２の例として説明する。
図１４〜図１８は、それぞれ、生成装置３０に含まれる生成部２３の構成の第２の例としての様々な構成を示す図であって、図２に示された点線Ａ−Ａと同様の位置の概略断面図である。生成部２３の第２の例に示される構成は、第１の例に示された構成と電極構成が異なる。

［光電変換部］
裏面の第１および第２区域間に起電力が生じる光電変換部２を形成する方法としては、例えば、半導体ウェハを材料として用い、ｐ型半導体部４’の一部およびｎ型半導体部５’の一部が半導体ウェハの裏面にそれぞれ形成されるようにｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’を形成することが挙げられる。このように形成した光電変換部２の受光面から光を入射させると、光電変換部の裏面のｐ型半導体部４’が形成された区域とｎ型半導体部５’が形成された区域との間に電位差を生じさせることができる。なお、半導体基板には半導体ウェハを加工したものが含まれる。

半導体ウェハにｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’をこれらが接するように形成すると、光電変換部２にｐｎ接合を形成することができる。また、ｉ型半導体からなる半導体ウェハにｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’をこれらが接しないように形成すると、光電変換部２にｐｉｎ接合を形成することができる。また、ｐ型半導体の半導体ウェハを用いるとｎｐｐ＋接合を有する光電変換部２を形成することができ、ｎ型半導体の半導体ウェハを用いるとｐｎｎ＋接合を有する光電変換部２を形成することができる。

ｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’は、図１４のように半導体ウェハにそれぞれ一箇所ずつ形成してもよい。また、図１６のように半導体ウェハにｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’をそれぞれ複数形成してもよく、図１７のように半導体ウェハにｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’のうちどちらか一方を一箇所形成し、他方をその両側に二箇所形成してもよい。

光電変換部２の材料となる半導体ウェハは、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ｎｐｐ＋接合またはｐｎｎ＋接合を形成し光電変換可能なものであれば特に限定されないが、例えば、シリコンウェハである。また、半導体ウェハは、単結晶のものを用いてもよく、多結晶のものを用いてもよい。

ｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、半導体ウェハにｐ型不純物およびｎ型不純物をそれぞれ熱拡散する方法または、半導体ウェハにｐ型不純物およびｎ型不純物をそれぞれイオン注入する方法が挙げられる。これらの方法によりｐ型不純物およびｎ型不純物を半導体ウェハの一方の面から熱拡散またはイオン注入することによりｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’を形成することができ、光電変換部２の裏面にｐ型半導体部４’の一部およびｎ型半導体部５’の一部をそれぞれ形成することができる。

光電変換部２は、好ましくは、直列接続された複数のｐｉｎ接合、複数のｐｎ接合、複数のｎｐｐ＋接合または複数のｐｎｎ＋接合を有する。このことにより、光電変換部２が受光することにより生じる起電力を大きくすることができ、水分解に必要な起電力を第１の気体発生部８および第２の気体発生部７に出力することができる。直列接続された複数のｐｉｎ接合などを有する光電変換部２を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、図１４および図１８のように、ｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’を形成した半導体ウェハを並列に設け、隣接する半導体ウェハを第３導電部２９で接続することにより、形成することができる。また、図１６のように半導体ウェハをトレンチアイソレーション２６で区切られた複数の部分を形成し、各部分にｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’を形成した後、各部分を第３導電部２９により接続することにより形成することができる。

なお、ここでは、半導体ウェハを用いて形成した光電変換部２について説明したが、光電変換部２は、裏面の２つの区域間に電位差が生じるものであれば、半導体薄膜、有機半導体などを用いたものであってもよい。

［絶縁部］
絶縁部１１は、光電変換部２の裏面と第１の気体発生部８との間の一部および光電変換部２の裏面と第２の気体発生部７との間の一部に設けることができる。このことにより、第１の気体発生部８と電気的に接続する光電変換部２の裏面の第１区域と、第２の気体発生部７と電気的に接続する光電変換部２の裏面の第２区域との間隔を広くすることができ、光電変換部２の光電変換効率を高くすることができる。また、光電変換部２が直列接続されたｐｉｎ接合などを有する場合、絶縁部１１を設けることによりリーク電流の発生を防止することができる。

絶縁部１１は、第１の気体発生部８と電気的に接続する光電変換部２の裏面の第１区域の上および第２の気体発生部７と電気的に接続する光電変換部２の裏面の第２区域の上には、形成されない。このことにより、第１区域の上に第１の気体発生部８を、第２区域の上に第２の気体発生部７を形成することができ、第１または第２区域を介してｐ型半導体部４’またはｎ型半導体部５’と第１の気体発生部８または第２の気体発生部７とを電気的に接続することができる。

例えば、図１４、図１６、および図１８のようにｐ型半導体部４’の一部である光電変換部２の裏面の第２区域上およびｎ型半導体部５’の一部である光電変換部２の裏面の第１区域上に絶縁部１１の開口をそれぞれ設け、第１区域上の開口中と絶縁部１１の上とに第１の気体発生部８を設け、第２区域上の開口中と絶縁部１１の上とに第２の気体発生部７を設けることができる。

また、第１の気体発生部８の光電変換部側に第１の気体発生部８と接触するように第１導電部２７を設けることができ、第２の気体発生部７の光電変換部側に第２の気体発生部７と接触するように第２導電部２８を設けることもできる。例えば、図１５および図１７のように第１区域上の絶縁部１１の開口の内壁と第１の気体発生部８との間および絶縁部１１と第１の気体発生部８との間に第１導電部２７を設け、第２区域上の絶縁部１１の開口の内壁と第２の気体発生部７との間および絶縁部１１と第２の気体発生部７との間に第２導電部２８を設けることができる。

第１導電部２７および第２導電部２８に電気伝導率の高い材料を用いることができ、光電変換部２が受光することにより生じた起電力を第１の気体発生部８および第２の気体発生部７に出力する場合に内部抵抗を低減することができる。

［気体発生部］
第１の気体発生部８および第２の気体発生部７は、並列に設けることができ、また、第１の気体発生部８と第２の気体発生部７との間に隔壁１３を設けることもできる。第１の気体発生部８および第２の気体発生部７は図１４〜図１６のようにそれぞれ１つずつ設けてもよく、それぞれ複数設けもよく、交互に設けてもよい。また、図１７および図１８のように第１の気体発生部８および第２の気体発生部７のうち一方を１つ設け、その両側に他方を設けてもよい。

さらに第１の気体発生部８および第２の気体発生部７は、電解液流路１５の内壁に設けてもよい。このことにより、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７と電解液とを接触させることができ、電解液から水素および酸素を発生させることができる。

＜制御装置の制御構成＞
制御装置４０の制御部４１における制御構成について説明する。

図７は、制御装置４０の制御部４１の制御構成を示すブロック図である。図７の各部は、制御部４１に含まれる図示しないＣＰＵが図示しないメモリに記憶されるプログラムを読み出して実行することによって主にＣＰＵ上に形成される機能であってもよいし、電気回路などのハードウェアで形成される機能であってもよい。

図７を参照して、制御部４１は、センサ３５Ａ，３５Ｂ，７１Ａ，７１Ｂ、圧力検知部４３，４４、および外部装置からの信号の入力を受付けるための入力部４１１と、給排水部３１での生成部２３に対する給排水量や給排水速度を制御するための水量制御部４１２と、流量調整部４２１での貯蔵装置７０への水素の供給量、および圧力調整部４２２での貯蔵装置７０へ供給する水素の圧力を制御するための流量・圧縮制御部４１３と、生成部２３から供給される電力の電圧を制御するための電圧制御部４１４と、温度調整部３６での生成部２３の温度の調整を制御するための温度制御部４１５と、温度調整部４５での制御装置４０内や制御装置４０内の各装置の温度の調整を制御するための温度制御部４１６と、スイッチ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの切り替えを制御するための切替制御部４１７と、貯蔵装置７０からの燃料電池等に対する水素の供給を制御するための供給制御部４１８と、後述する動作モードを判定するための判定部４１９とを含む。

判定部４１９は、入力部４１１で入力を受付けた各センサ信号、外部装置からのエネルギー供給を要求する信号、および図示しない生成部２３の受光面での受光を検知する機構からの信号、などに基づいて、後述する動作モードを判定する。そして、判定された動作モードでの制御を実行させるために、必要な制御ブロックに対して制御信号を出力する。

＜電力供給の制御＞
前述のように、生成部２３の光電変換部２は受光面に太陽光の照射を受けることによって発電し、電力を生成する。その電力が第１電極４に接続された第２の気体発生部７または第２電極５に接続された第１の気体発生部８のうちの水素発生部７（または８）に導電されることで、水分解に用いられる。よって、生成された電力が水素に変換される。

一方、生成された電力は、第１電極４および第２電極５に接続されたケーブル６２によって生成装置３０の外部に出力される。

制御装置４０の制御部４１は、後述する動作モードに対応させて、光電変換部２で生成された電力のうちの水素生成に用いられる電力の供給と、生成装置３０の外部に出力される電力とを制御する。

具体的には、生成部２３内の水と水素発生部７（または８）との接する面積が少なくなるほど生成部２３における水分解が進まなくなり、逆に、接する面積が多くなるほど水分解が進む。すなわち、生成部２３内の水と水素発生部７（または８）との接する面積によって光電変換部２で生成された電力のうちの水分解に用いられる電力量が影響される。光電変換部２で生成された電力のうちの水分解に用いられる電力量が多くなるほど生成装置３０の外部に出力可能な電力量が少なくなり、水分解に用いられる電力量が少なくなるほど生成装置３０の外部に出力可能な電力量が多くなる。

よって、電力供給のための第１の制御として、制御部４１は、生成部２３に供給される水量を制御することによって水素生成の程度を制御することが可能となる。すなわち、生成部２３に供給する水量を多くすることによって生成される水素量を多くすることができ、出力可能な電力量を抑えることができる。逆に、生成部２３に供給する水量を少なくすることによって生成される水素量を少なくすることができ、出力可能な電力量を増やすことができる。

電力供給のための第２の制御として、制御部４１は、生成部２３から供給される水素量を制御することによって水素生成の程度を制御することが可能となる。すなわち、生成部２３から供給される水素量を多くしてパイプ６１内またはパイプ６１に接続し設けられた図示されない１次バッファ槽内の水素圧力を増加させることによって水素発生部７（または８）付近に存在する水素量が減り、生成される水素量を多くすることができ、出力可能な電力量を抑えることができる。逆に、生成部２３から供給される水素量を少なくしてパイプ６１内またはパイプ６１に接続し設けられた図示されない１次バッファ槽内の水素圧力を減少させることによって水素発生部７（または８）付近に存在する水素量が増し、生成される水素量を少なくすることができ、出力可能な電力量を増やすことができる。

電力供給のための第３の制御として、制御部４１は、切替部３４を制御することによって生成装置３０から出力される電力の量を調整することが可能となる。生成装置３０から出力される電力量を多くすることで、水分解に用いることのできる電力量が減るため生成される水素量が少なくなる。生成装置３０から出力される電力量を少なくすることで、水分解に用いることのできる電力量が増えるため生成される水素量が多くなる。

制御部４１は、後述する動作モードに対応させて上記第１〜第３の制御の少なくとも１つを実行することで、光電変換部２で生成された電力のうちの、水素生成に用いられる電力の供給と、生成装置３０の外部に出力される電力とを制御する。

＜制御モード＞
制御装置４０の制御部４１は、図示しないＣＰＵがメモリからプログラムを読み出して実行することによって後述する制御動作を行なって各部を制御する。制御部４１の実行する、太陽光発電システム１００全体の制御には、「起動モード」および「停止モード」が含まれる。生成装置３０でのエネルギーの生成および供給の制御には、「発電モード」、「水素生成モード」、および「発電および水素生成モード」が含まれる。メモリに記憶されている基本制御のためのメインのプログラムは、それぞれのモードの制御のためのプログラムに分岐する。

［起動モード］
「起動モード」は、生成装置３０および制御装置４０に動作の開始が可能な電力を供給し、流量調整部４２１に含まれるバルブを開放させる制御を指す。ここでの電力の供給は、蓄電池６０に必要な電力量が蓄電されている場合には蓄電池６０からなされ、そうでない場合には、いわゆる系統電力などの外部の電源からなされる。この制御によって、制御装置４０は図示しない操作部からの動作開始を指示する操作信号や他の装置からの信号の入力を待機する状態となる。この制御によって実現される状態を「起動状態」または「スタンバイ状態」とも称する。

［発電モード］
「発電モード」は、生成部２３の光電変換部２に太陽光が照射されることで発電された電力をケーブル６２で生成装置３０から出力させるための制御を指す。この制御によって実現される状態を「発電状態」とも称する。

なお、制御装置４０が、貯蔵装置７０に接続された燃料電池に電気的に接続されている場合には、「発電モード」には、さらに、当該燃料電池に対して発電させ、その電力を当該燃料電池から出力させるための制御が含まれる。

また、「発電モード」には、発電によって生成された電力を供給するための制御が含まれてもよい。供給先は、要求された外部装置であってもよいし、蓄電池６０であってもよいし、当該制御装置４０自身であってもよい。供給先が蓄電池６０である場合には、その制御は充電モードになる。制御装置４０の制御部４１は要求された装置に対して電力を供給するために、スイッチ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの開閉や切替部３４での出力される電力量を制御する。また、いずれの装置にも生成された電力を供給せず、放電させる制御も電力を供給するための制御に含まれる。

［水素生成モード］
「水素生成モード」は、生成部２３の水素発生部７（または８）に水分解に必要な電力を供給して水素の生成を行なわせる制御を指す。この制御によって実現される状態を「水素生成状態」とも称する。また、「水素生成モード」には、生成された水素を貯蔵装置７０に供給するための制御が含まれてもよい。

生成部２３の水素発生部７（または８）に水分解に必要な電力が生成部２３の光電変換部２から供給される場合、「水素生成モード」には必要な電力を生成するための「発電モード」が含まれることになる。このときの制御モードを「発電および水素生成モード」と称する。すなわち、「発電および水素生成モード」は、生成部２３の光電変換部２に太陽光が照射されることで発電された電力をケーブル６２で生成装置３０から出力させ、かつ、生成部２３の水素発生部７（または８）に水分解に必要な電力を供給して水素の生成を行なわせる制御を指す。この制御によって実現される状態を「発電および水素生成状態」とも称する。そして、「発電および水素生成モード」に含まれる「発電モード」には、上述した制御が含まれてもよい。

［停止モード］
「停止モード」は、生成装置３０および制御装置４０への電力の供給を終了し（または動作可能な電力よりも低い電力を供給し）、流量調整部４２１に含まれるバルブを閉塞させる制御を指す。この制御によって実現される状態を「停止状態」とも称する。

＜制御装置の制御フロー＞
［全体フロー］
図８は、制御装置４０における制御の基本的な流れを示すフローチャートである。図８のフローチャートに示される制御は、制御部４１の図示しないＣＰＵがメモリからプログラムを読み出して図７の各部を制御することによって実現される。

図８を参照して、始めに、ステップＳ１でＣＰＵは、貯蔵装置７０を始めとする他の装置との電気的な接続を確認する。この確認は特定の方法には限定されず、たとえば、物理的にコネクタが接続されていることを確認することでなされてもよいし、接続確認のための通信を行なうことでなされてもよい。接続が確認されないと（ステップＳ１でＮＯ）、以降の制御を実行せずに接続が確認されるまで待機する。制御装置４０が図示しないブザーや表示装置などの報知機能を有する場合、ＣＰＵはこれら報知機能を用いて接続がなされていないことを報知してもよい。

接続が確認されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、ステップＳ３でＣＰＵは起動制御を実行する。起動制御は起動モードでの制御であって、メインのプログラムから起動モード用のプログラムに分岐することで実行される。

起動モードでの制御で、ＣＰＵは、生成装置３０に対して光電変換部２において太陽光発電の開始が可能な電力を供給すると共に、制御装置４０に対して以降の制御の開始が可能な電力を供給する。また、流量調整部４２１に含まれるバルブを開放して貯蔵装置７０への水素の供給を可能な状態にする。これにより、制御装置４０は待機状態となり、図示しない操作部からの動作開始を指示する操作信号や他の装置からの信号の入力を待機する。

待機状態において上述の入力を受付けると（ステップＳ５でＹＥＳ）、ステップＳ７でＣＰＵは、その入力に応じて、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定した上で、決定された制御モードでの制御を実行する。それぞれの制御モードでの制御は、メインのプログラムから該当する制御モード用のプログラムに分岐することで実行される。

そして、その制御が終了すると、ステップＳ９でＣＰＵは、当該太陽光発電システム１００での動作を終了するための制御を実行する。

ステップＳ９の制御は停止モードでの制御であって、メインのプログラムから起動モード用のプログラムに分岐することで実行される。

停止モードでの制御で、ＣＰＵは、生成装置３０および制御装置４０に対する電力の供給を終了する。または、生成装置３０および制御装置４０に対して供給する電力を動作可能な電力よりも低い電力に切り替える。また、流量調整部４２１に含まれるバルブを閉塞させて貯蔵装置７０への水素の供給を遮断する。これにより、制御装置４０は停止状態となる。そして、ＣＰＵは、一連の制御を終了する。

なお、この全体制御に並行して、ＣＰＵは、各部の制御を行なう。各部の制御としては、給水制御、温度制御、流量・圧縮制御、および接続制御が挙げられる。

［給水制御］
給水制御とは、生成装置３０の生成部２３への給水の制御を指す。

制御装置４０の制御部４１は電気的に接続されたセンサ３５Ａからのセンサ信号に基づいて生成部２３内の水量を検出し、その水量が予め規定されている水量を下回っていないか否かを判断する。予め規定される水量とは、少なくとも生成部２３において水分解が行なわれて水素の生成に必要な水量を指す。

この判断は、一定間隔で行なわれてもよいし、上記ステップＳ７のエネルギーを生成し、供給するための制御モードを開始する際に行なわれてもよい。その結果、生成部２３内の水量が上記規定されている水量を下回っていた場合、予め規定された水量だけ生成装置３０の生成部２３に給水させるための制御信号を、電気的に接続された給排水部３１に対して出力する。

なお、制御部４１は、生成部２３内の水量、光電変換部２における受光量、生成部２３における水素の生成速度、パイプ６１内またはパイプ６１に接続し設けられた図示されない１次バッファ槽内の水素圧力、および光電変換部２における発電量の少なくとも１つを検出し、これらに基づいて給水を制御するようにしてもよい。すなわち、光電変換部２における発電量が多い場合、または、光電変換部２における受光量が多い場合には、発電量が多くなるため、生成部２３に多く給水するよう制御してもよい。生成部２３における水素の生成速度が速い場合、または、パイプ６１内またはパイプ６１に接続し設けられた図示されない１次バッファ槽内の水素圧力が高い場合には、水素が多く生成されているため、生成部２３に少なく給水するよう制御してもよい。

この制御によって、生成装置３０の生成部２３には、少なくとも水分解が行なわれて水素が生成されるために必要な量の水、または適切な量の水が存在することになり、必要なときに安定して水素の生成が可能となる。

［流量・圧縮制御］
流量・圧縮制御とは、貯蔵装置７０に供給される水素の流量や圧力の制御を指す。この制御は、貯蔵装置７０への水素供給の要求があったときに行なわれる。

制御装置４０の制御部４１は電気的に接続された圧力検知部４３および圧力検知部４４からのセンサ信号に基づいて生成装置３０から供給された水素の圧力と、貯蔵装置７０に供給される水素の圧力とを検出する。そして、貯蔵装置７０に供給される水素の圧力の方が生成装置３０から供給された水素の圧力よりも高くなるようにする。すなわち、これらの圧力を比較して、生成装置３０から供給された水素の圧力の方が貯蔵装置７０に供給される水素の圧力よりも高い場合には、パイプ６１内の水素を圧縮させるための制御信号を、電気的に接続された圧力調整部４２２に対して出力する。その上で、予め規定される所定量の水素をパイプ６１で貯蔵装置７０に水素を供給させるための制御信号を、電気的に接続された流量調整部４２１に対して出力する。

なお、圧力検知部４４からのセンサ信号に替えてセンサ７１Ｂからのセンサ信号を用いて、貯蔵装置７０内の水素の圧力と生成装置３０から供給された水素の圧力とを比較して圧力制御を行なうようにしてもよい。

この制御によって、生成装置３０からの水素は圧縮されて貯蔵装置７０に供給されることになる。

［温度制御］
温度制御とは、一例として、生成装置３０の生成部２３内の水および制御装置４０の温度の制御を指す。他の例として、貯蔵装置７０内の水素の温度の制御が含まれてもよい。また、これらのうちの少なくとも１装置のみの温度制御であってもよい。

制御装置４０の制御部４１は電気的に接続されたセンサ３５Ｂおよびセンサ４６からのセンサ信号に基づいて生成部２３内の水温および制御装置４０本体（たとえば圧力調整部４２２等）の温度を検出し、それらの温度が所定範囲内とするための制御信号を、電気的に接続された温度調整部３６，４５に対して出力する。

図９は、制御部４１での温度制御の具体例を示すフローチャートである。
図９を参照して、具体的な制御方法として、たとえば、ステップＳ１１でＣＰＵは生成部２３内の水温および制御装置４０本体を検出する。ＣＰＵは、予め規定されている限界温度と検出された制御装置４０本体の温度とを比較する。また、生成部２３内の規定水温と生成部２３内の水温とを比較する。

制御装置４０本体の温度が限界温度以上であり、かつ生成部２３内の水温が規定水温を下回っていない場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ、かつステップＳ１５でＮＯ）、ステップＳ１７でＣＰＵは、制御装置４０本体を冷却させるための制御信号を、電気的に接続されている温度調整部４５に対して出力する。

制御装置４０本体の温度が限界温度以上であり、かつ生成部２３内の水温が規定水温を下回っている場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ、かつステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１９でＣＰＵは、生成部２３内の水温を上昇させ、かつ制御装置４０本体を冷却させるため、これらの熱交換を行なう。または、電気的に接続されている温度調整部３６，４５に対して制御信号を出力してもよい。

制御装置４０本体の温度が限界温度を上回っておらず、かつ生成部２３内の水温が規定水温を下回っている場合には（ステップＳ１３でＮＯ、かつステップＳ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２３でＣＰＵは制御装置４０本体を冷却するための制御信号を、電気的に接続されている温度調整部４５に対して出力する。

この制御によって、たとえば冬等の外気温の低い環境において生成部２３内の水温が低い場合に電解効率が低くなることに対して、給排水部３１を加熱することにより温水を供給して生成部２３の温度を高くすることにより、水素生成効率を向上させることが可能となる。

また、制御装置４０本体の温度を適正に保つことが可能となり、異常な高温による誤動作などを防止することができる。すなわち、夏等の外気温の高い環境において接続部４２の温度が高くなるため装置の誤動作が増加することに対し、接続部４２を温度調整部４５に含まれるファンで冷却することにより、接続部４２の動作の安定性を向上させることが可能となる。

［接続制御］
接続制御とは、制御装置４０の貯蔵装置７０との接続の制御であって、具体的には、流量調整部４２１に含まれるバルブの開閉の制御を指す。

制御部４１は、貯蔵装置７０と制御装置４０との間のパイプ６１での接続を確認するための機構を有する。該機構の一例として、貯蔵装置７０に対してパイプ６１を継ぎ手などのジョイントで接続／非接続とすることが可能であって、制御部４１は、そのジョイントに設けられたコネクタの接続／非接続を電気的に検出することで貯蔵装置７０と制御装置４０との間のパイプ６１での接続を確認することができる。または、制御部４１は、パイプ６１のジョイント部分の圧力を検知するための図示しない検知器と電気的に接続され、そのセンサ信号に基づいて貯蔵装置７０と制御装置４０との間のパイプ６１での接続を圧力に基づいて確認してもよい。

制御部４１は、貯蔵装置７０と制御装置４０との間のパイプ６１での接続が確認されると、流量調整部４２１に含まれるバルブを開放させるための制御信号を、電気的に接続された流量調整部４２１に対して出力する。

これにより、生成装置３０からのパイプ６１が貯蔵装置７０に接続されることになる。
なお、制御部４１は、好ましくは、接続時に、生成装置３０の気体発生部７，８中の気体を排出するためのガスパージ処理を行なう。一例として、制御装置４０に図示しない窒素ガス等のガスパージ処理に用いられる気体が充填された容器が接続され、該容器から気体を気体発生部７，８内に注入するための機構に制御部４１が電気的に接続されている場合、該制御部４１は、接続が完了した時点で該機構に対して制御信号を出力し、上記気体を気体発生部７，８に所定量注入させる。これにより、生成された水素の純度を向上させることができる。

また、制御部４１は、電気的に接続されたセンサ７１Ｂからのセンサ信号に基づいて貯蔵装置７０内の圧力を検出し、その圧力変化がなくなった（または、変化幅がある程度小さな所定範囲内となった）ことを検出することで貯蔵装置７０への水素の供給が停止していることを検出する。貯蔵装置７０への水素の供給が停止したことが検出されると、流量調整部４２１に含まれるバルブを閉塞させるための制御信号を、電気的に接続された流量調整部４２１に対して出力する。

これにより、生成装置３０からのパイプ６１の貯蔵装置７０への接続が切断されることになる。

［状態制御フロー１］
図１０は、上記ステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第１の制御の流れを示すフローチャートである。この第１の制御は、外部装置からの信号に基づいた動作のための制御ではなく、当該太陽光発電システム１００内での信号に基づいた動作のための制御を指す。

図１０を参照して、始めに、ＣＰＵは、生成装置３０の光電変換部２での発電量を監視するなどして、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。その結果、光電変換部２が太陽光を受光していないと判断された場合（ステップＳ１０１でＮＯ）、ステップＳ１０３でＣＰＵは、蓄電池６０の蓄電量を確認して、水素発生部７（または８）で電気分解を実行するために必要な蓄電量である場合には（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、以降の動作に移行する。そうでない場合には（ステップＳ１０３でＮＯ）、ＣＰＵは、一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。

光電変換部２が太陽光を受光していると判断された場合（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、さらに、ＣＰＵは、その受光量が水素発生部７（または８）で電気分解を実行するために必要な電力を発電し得る、一定量以上であるか否かを判断する。

その結果、受光量が上記一定量以上であると判断された場合に（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ＣＰＵはさらに、水素供給の要求の有無を判断する。または、蓄電池６０の蓄電量が水素発生部７（または８）で電気分解を実行するために必要な蓄電量である場合にも（ステップＳ１０３でＮＯ）、同様に、ＣＰＵは水素供給の要求の有無を判断する。

詳しくは、ＣＰＵは、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量を確認して、予め規定されている必要量が貯蔵されているか否かを判断することによって、貯蔵装置７０への水素供給の要求の有無を判断する。または、貯蔵装置７０に図示しない貯蔵量を維持するための装置が含まれている場合、ＣＰＵは、該装置から水素の供給を要求する信号が受信されたか否かで水素供給の要求の有無を判断してもよい。

なお、水素供給の要求の有無を判断するに先立って、ＣＰＵは、貯蔵装置７０に水素の供給が可能であるか否かを判断する。その判断としては、貯蔵装置７０との接続状態が適切であるか、生成装置３０内の水量が適切であるか、およびパイプ６１内の水素圧力が適切であるか、の少なくとも一つの判断が該当する。貯蔵装置７０との接続状態が適切であるか否かの判断は上述の接続制御における判断と同様であり、生成装置３０内の水量が適切であるか否かの判断は上述の給水制御における判断と同様でありパイプ６１内の水素圧力が適切であるか否かの判断は上述の流量・圧縮制御における判断と同様である。貯蔵装置７０との接続状態、生成装置３０内の水量、およびパイプ６１内の水素圧力が適切である（またはこのうちの判断対象とする少なくとも１つのが満たされている）場合に、ＣＰＵは、貯蔵装置７０への水素供給の要求の有無を判断する。

なお、上記条件の少なくとも１つが満たされていない場合には、ＣＰＵは貯蔵装置７０への水素供給の要求の有無を判断することなく、次の処理へ進む。その結果、上記条件の少なくとも１つが満たされていない場合には水素供給が行なわれない。

上記条件がすべて満たされ、かつ、貯蔵装置７０に対する水素供給の要求があると判断された場合（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、ＣＰＵは、水素を生成させるための制御が必要と判断する。なおこのとき、ＣＰＵは、さらに電力供給の要求の有無を判断する。詳しくは、ＣＰＵは、蓄電池６０の蓄電量を確認して、蓄電量が予め規定されている必要量であるか否か、また、制御装置４０での以降の制御に必要な蓄電量であるか否か、を判断することによって、電力供給の要求の有無を判断する。その結果、蓄電池６０にいずれの条件も満たす蓄電量が蓄電されている場合には、ＣＰＵは電力供給の要求はないものと判断して（ステップＳ１１１でＮＯ）、ステップＳ１１３で制御モードとして「水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において水素が生成され、要求元である貯蔵装置７０に対して供給されて貯蔵される。

ステップＳ１１３の水素生成モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。

一方、蓄電池６０に上記いずれかの条件を満たす蓄電量が蓄電されていない場合には、ＣＰＵは電力供給の要求もあると判断し（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、ステップＳ１１５で制御モードとして「発電および水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において水素が生成されて、要求元である貯蔵装置７０に対して供給されて貯蔵されると共に、電力も生成されて、蓄電池６０に対して供給されて蓄電される。

ステップＳ１１５の発電および水素生成モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。

光電変換部２での受光量が水素発生部７（または８）で電気分解を実行するために必要な電力を発電し得る受光量に満たないと判断された場合であって、蓄電池６０からの電力供給の要求がある場合には（ステップＳ１０７でＮＯ、かつステップＳ１１７でＹＥＳ）、ステップＳ１１９でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において電力が生成されて、蓄電池６０に対して供給されて蓄電される。

ステップＳ１１９の発電モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。

なお、光電変換部２での受光量が水素発生部７（または８）で電気分解を実行するために必要な電力を発電し得る受光量に満たないと判断された場合であって、蓄電池６０からの電力供給の要求もない場合には（ステップＳ１０７でＮＯ、かつステップＳ１１７でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を抜けて、制御を上記ステップＳ３の起動モードの制御に移行する。これにより、制御装置４０が待機状態となる。

上述のように、制御部４１は、制御開始時に光電変換部２や蓄電池６０において電気分解に必要な発電量が確保できていない場合には、水素供給の要求の有無を判断することなく電力供給の要求の有無を判断し、それに応じた制御モードとする。一方、制御開始時に光電変換部２や蓄電池６０において電気分解に必要な発電量が確保できている場合には、電力供給の要求の有無を判断するよりも先に水素供給の要求の有無を判断し、それに応じた制御モードとする。

これにより、太陽光発電システム１００では、まずは制御部４１での開始以降の制御が可能な電気量が確保されるまで発電が行なわれることになる。そしてその後、電気分解が可能な電気量が確保されると、要求に応じてその電力を用いて電気分解を行なって水素を供給し、さらに電力供給の要求がある場合には電力も供給する。すなわち、この制御によって、太陽光発電システム１００での動作開始時に必要な電力が蓄電池６０に蓄電されていない場合にはその必要分が外部の電源または系統電力から供給されるものの、それ以降、待機状態より後の動作においては太陽光発電システム１００内で生成された電力によって動作が行なわれることになる。このため、開始時の電力のみ必要であれば供給することによって、太陽光発電システム１００内での信号に基づいた動作は外部からの電力供給を受けることなく、自立して動作が可能となる。

［状態制御フロー２］
図１１は、上記ステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第２の制御の流れを示すフローチャートである。この第２の制御は、当該太陽光発電システム１００内での信号に基づいた動作のための制御ではなく、外部装置からの信号に基づいた動作のための制御を指す。

図１１を参照して、ＣＰＵは、制御装置４０がいずれの外部装置とも接続されていない場合には（ステップＳ２０１でＮＯ）、一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。

制御装置４０が１または複数の外部装置と接続されている場合（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、接続されている外部装置から水素供給の要求があったか否かを判断する。ここでの外部装置としては、たとえば、貯蔵装置７０に接続された（または貯蔵装置７０を含んだ）燃料電池や水素を消費する装置などが該当する。

水素供給の要求がある場合（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、ＣＰＵは、蓄電池６０の蓄電量を確認して、蓄電量が予め規定されている必要量であるか否か、また、制御装置４０での以降の制御に必要な蓄電量であるか否か、を判断することによって、蓄電池６０への電力供給の要求の有無を判断する。その結果、蓄電池６０にいずれの条件も満たす蓄電量が蓄電されている場合には、ＣＰＵは蓄電池６０への電力供給の要求はないものと判断する（ステップＳ２０５でＮＯ）。また、接続された外部装置や外部装置などから電力供給の要求があったか否かを判断する。

水素供給の要求があり、かつ蓄電池６０へも外部装置へも電力供給の要求がない場合には（ステップＳ２０３でＹＥＳ、Ｓ２０５でＮＯ、かつＳ２０７でＮＯ）、ステップＳ２０９でＣＰＵは、制御モードとして「水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において水素が生成されて、要求元である他の装置に水素が供給される。

ステップＳ２０９の水素生成モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、制御装置４０が外部装置と接続されているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。

水素供給の要求があり、かつ蓄電池６０または外部装置のいずれかへの電力供給の要求がある場合には（ステップＳ２０３でＹＥＳ、かつＳ２０５でＹＥＳ、またはＳ２０７でＹＥＳ）、ステップＳ２１１でＣＰＵは制御モードとして「発電および水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において水素が生成されて要求元である他の装置に対して供給されると共に、電力も生成されて、蓄電池６０または外部装置に対して供給される。

ステップＳ２１１の発電および水素生成モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、制御装置４０が外部装置と接続されているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。

一方、水素供給の要求がなく、かつ蓄電池６０または外部装置のいずれかへの電力供給の要求がある場合には（ステップＳ２０３でＮＯ、かつＳ２１３でＹＥＳ、またはＳ２１５でＹＥＳ）、ステップＳ２１７でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において電力が生成されて、蓄電池６０または外部装置に対して供給される。

ステップＳ２１７の発電モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、制御装置４０が外部装置と接続されているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。

水素供給の要求がなく、かつ蓄電池６０へも外部装置へも電力供給の要求がない場合には（ステップＳ２０３でＹＥＳ、Ｓ２１３でＮＯ、かつＳ２１５でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を抜けて、制御を上記ステップＳ３の起動モードの制御に移行する。これにより、制御装置４０が待機状態となる。

制御部４１が以上の制御を行なうことで、太陽光発電システム１００では、外部装置に対して、要求に応じた形態でエネルギーを供給することが可能となる。

［状態制御フロー３］
図１２は、上記ステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第３の制御の流れを示すフローチャートである。この第３の制御は、主に太陽光発電システム１００の外部装置からの信号に基づいた動作のための制御を指す。

図１２を参照して、ＣＰＵは、始めに、接続されている外部装置や系統電力などからの電力供給の要求の有無を判断する。

外部装置から電力供給の要求がある場合（ステップＳ３０１でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。その結果、光電変換部２が太陽光を受光していないと判断された場合（ステップＳ３０３でＮＯ）、ＣＰＵは、さらに貯蔵装置７０の水素貯蔵量が接続された燃料電池において発電可能な水素量であるか否かを確認する。燃料電池において発電可能な水素量が貯蔵されていない場合には（ステップＳ３０５でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を抜けて、制御を上記ステップＳ３の起動モードの制御に移行する。これにより、制御装置４０が待機状態となる。

一方、燃料電池において発電可能な水素量が貯蔵されている場合には（ステップＳ３０５でＹＥＳ）、ステップＳ３０７でＣＰＵは、制御モードとして「発電モード」のうちの燃料電池での発電モードを決定し、当該制御モードでの処理を実行する。すなわち、ＣＰＵは、燃料電池に対して貯蔵装置７０に貯蔵されている水素を供給し、当該燃料電池で発電させる。これにより、燃料電池において電力が生成されて、要求元の外部装置に対して供給される。

光電変換部２が太陽光を受光していると判断された場合には（ステップＳ３０３でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、その発電力と外部装置から供給を要求された電力量とを比較する。発電量が供給を要求された電力量を上回っていない場合には（ステップＳ３０９でＮＯ）、ステップＳ３１１でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において電力が生成されて、要求元の外部装置に対して供給される。

光電変換部２での発電量が供給を要求された電力量を上回っている場合には（ステップＳ３０９でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、蓄電池６０の蓄電量が予め規定されている最低量を満たしているか否かを判断する。蓄電池６０の蓄電量が上記最低量よりも少ないと判断されると（ステップＳ３１３でＮＯ）、ステップＳ３１５でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。そして、ＣＰＵは、要求された量の電力を外部装置に供給すると共に、余剰分を蓄電池６０に供給して蓄電させる。

蓄電池６０の蓄電量が上記最低量を満たしている場合には（ステップＳ３１３でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が予め規定されている水素量を満たしているか否かを判断する。貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量よりも少ないと判断されると（ステップＳ３１７でＮＯ）、ステップＳ３１９でＣＰＵは制御モードとして「発電および水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。そして、ＣＰＵは、要求された量の電力を外部装置に供給すると共に、余剰分を水素として貯蔵装置７０に供給し貯蔵させる。

貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量を満たしている場合には（ステップＳ３１７でＹＥＳ）、ステップＳ３２１でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行して、要求された量の電力を外部装置に供給する。この場合、余剰分は制御装置４０に供給してその稼動に用いてもよいし、放電されてもよい。

なお、外部装置から電力供給の要求がない場合（ステップＳ３０１でＮＯ）、光電変換部２が太陽光を受光していないときには（ステップＳ３２３でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。

光電変換部２が太陽光を受光しているときには（ステップＳ３２３でＹＥＳ）、蓄電池６０の蓄電量が上記最低量よりも少ない場合には（ステップＳ３２５でＮＯ）、ステップＳ３２７でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行して、生成された電力を蓄電池６０に蓄電する。

蓄電池６０の蓄電量が上記最低量を満たしており（ステップＳ３２５でＹＥＳ）、かつ、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量よりも少ない場合には（ステップＳ３２９でＮＯ）、ステップＳ３３１でＣＰＵは制御モードとして「水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行して、生成された電力を水素として貯蔵装置７０に貯蔵する。

蓄電池６０の蓄電量も貯蔵装置７０の水素の貯蔵量も十分である場合には（ステップＳ３２５でＹＥＳ、かつステップＳ３２９５でＹＥＳ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を抜けて、制御を上記ステップＳ３の起動モードの制御に移行する。これにより、制御装置４０が待機状態となる。

制御部４１が以上の制御を行なうことで、太陽光受光時に電力供給の要求がある場合には、いったん水素に変換されることなく、直接発電された電力が供給される。蓄電池６０には当該太陽光発電システム１００の起動に必要最低限の電力が貯蔵され、余剰に発電された電力は水素として貯蔵される。これにより、蓄電池の蓄電容量を小さくすることができる。一方、太陽光を受光していない場合には貯蓄されている水素を元に燃料電池で発電し、その電力が供給される。

これにより、最も効率的なエネルギー利用を可能とし、低コストで安定した電力供給を実現し得る。

［状態制御フロー４］
図１３は、上記ステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第４の制御の流れを示すフローチャートである。この第４の制御は、主に太陽光発電システム１００の外部装置からの信号に基づいた動作のための制御を指す。

図１３を参照して、ＣＰＵは、接続されている外部装置から電力供給の要求がある場合（ステップＳ４０１でＹＥＳ）、さらに、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。その結果、光電変換部２が太陽光を受光していないと判断された場合（ステップＳ４０３でＮＯ）、ＣＰＵは、系統電力から電力の供給を受けて利用が可能であるか否かを判断する。また、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が予め規定されている水素量を確認する。ここでは、接続されている燃料電池において発電可能な水素量が貯蔵装置７０が貯蔵されているか否かを確認する。

その結果、系統電力を利用ができず、かつ水素の貯蔵量が発電可能な水素量を満たしている場合には（ステップＳ４０５でＮＯ、かつステップＳ４０７でＹＥＳ）、ステップＳ４０９でＣＰＵは、制御モードとして「発電モード」のうちの燃料電池での発電モードを決定し、当該制御モードでの処理を実行する。すなわち、ＣＰＵは、燃料電池に対して貯蔵装置７０に貯蔵されている水素を供給し、当該燃料電池で発電させる。これにより、燃料電池において電力が生成されて、要求元の外部装置に対して供給される。

系統電力を利用ができず、かつ水素の貯蔵量も発電可能な水素量を満たしていない場合には（ステップＳ４０５でＮＯ、かつステップＳ４０７でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。

系統電力を利用可能であって、かつ水素の貯蔵量が発電可能な水素量を満たしていない場合には（ステップＳ４０５でＹＥＳ、かつステップＳ４１１でＮＯ）、ステップＳ４１３でＣＰＵは、系統電力から電力の供給を受け、該電力を供給の要求のあった外部装置に供給する。

系統電力を利用可能であって、かつ水素の貯蔵量も発電可能な水素量を満たしている場合であっても（ステップＳ４０５でＹＥＳ、かつステップＳ４１１でＹＥＳ）、ステップＳ４１５でＣＰＵは、ステップＳ４０９と同様に、制御モードとして「発電モード」のうちの燃料電池での発電モードを決定し、当該制御モードでの処理を実行する。すなわち、ＣＰＵは、燃料電池に対して貯蔵装置７０に貯蔵されている水素を供給し、当該燃料電池で発電させる。これにより、燃料電池において電力が生成されて、要求元の外部装置に対して供給される。

光電変換部２が太陽光を受光していると判断された場合には（ステップＳ４０３でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、その発電力と外部装置から供給を要求された電力量とを比較する。発電量が供給を要求された電力量を上回っていない場合には（ステップＳ４１７でＮＯ）、ステップＳ４１９でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。そして、光電変換部２で生成された電力を外部装置に供給する。

光電変換部２での発電量が供給を要求された電力量を上回っている場合には（ステップＳ４１７でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が予め規定されている水素量を満たしているか否かを判断する。貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量よりも少ないと判断されると（ステップＳ４２１でＮＯ）、ステップＳ４２３でＣＰＵは制御モードとして「発電および水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理して、要求された量の電力を外部装置に供給すると共に、余剰分を水素として貯蔵装置７０に貯蔵する。

貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量を満たしている場合には（ステップＳ４２１でＹＥＳ）、ステップＳ４２５でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行して、要求された量の電力を外部装置に供給する。この場合、余剰分は制御装置４０に供給してその稼動に用いてもよいし、放電されてもよい。

なお、外部装置から電力供給の要求がない場合（ステップＳ４０１でＮＯ）、光電変換部２が太陽光を受光していないときであって、かつ、系統電力を利用ができないときには（ステップＳ４２７でＮＯ、かつステップＳ４２９でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。

系統電力を利用可能であって、かつ水素の貯蔵量が予め規定されている所定の水素量を満たしていない場合には（ステップＳ４２９でＹＥＳ、かつステップＳ４３１でＮＯ）、ステップＳ４３３でＣＰＵは制御モードとして「水素生成モード」を決定し、系統電力から電力の供給を受けて当該制御モードでの処理を実行する。生成された水素は、貯蔵装置７０に供給され、貯蔵される。

系統電力を利用可能であって、かつ水素の貯蔵量も上記水素量を満たしている場合であっても（ステップＳ４２９でＹＥＳ、かつステップＳ４３１でＹＥＳ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。

光電変換部２が太陽光を受光しているときには（ステップＳ４２７でＹＥＳ）、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量よりも少ない場合には（ステップＳ４３５でＮＯ）、ステップＳ４３７でＣＰＵは制御モードとして「水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行して、生成された電力を水素として貯蔵装置７０に貯蔵する。

貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量を満たしている場合には（ステップＳ４３５でＹＥＳ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を抜けて、制御を上記ステップＳ３の起動モードの制御に移行する。これにより、制御装置４０が待機状態となる。

制御部４１が以上の制御を行なうことで、太陽光受光時に電力供給の要求がある場合には、いったん水素に変換されることなく、直接発電された電力が供給される。電力供給の要求がない場合には、水素に変換した上で貯蔵される。

一方、太陽光を受光していない場合、系統電力の利用ができないときには貯蔵された水素を燃料電池に供給することで発電させ、電力を得る。系統電力の利用が可能なときは、その供給を受けて水素を生成し、水素を貯蔵する。

これにより、当該太陽光発電システム１００では常に余剰な水素を確保するが可能になり、安定した電力供給を実現し得る。すなわち、より強固なライフラインの確保が可能となる。

なお、以上のエネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための第１の制御〜第４の制御は、適宜組み合わされてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１基板、２光電変換部、４第１電極、４’ ｐ型半導体部、５第２電極、５’ ｎ型半導体部、７第２の気体発生部、８第１の気体発生部、９第１の導電部、１０第２の導電部、１１絶縁部、１３隔壁、１４天板、１５電解液流路、１６シール材、１８給水口、１９第２ガス排出口、２０第１ガス排出口、２３生成部、３０生成装置、３１給排水部、３４切替部、３５Ａ，３５Ｂ，４６，７１Ａ，７１Ｂセンサ、３６，４５温度調整部、４０制御装置、４１制御部、４２接続部、４３，４４圧力検知部、５０配電装置、６０蓄電池、６１パイプ、６２ケーブル、７０貯蔵装置、７２供給部、１００太陽光発電システム、４１１入力部、４１２水量制御部、４１３流量・圧縮制御部、４１４電圧制御部、４１５，４１６温度制御部、４１７切替制御部、４１８配電制御部、４１９判定部、４２１流量調整部、４２２圧力調整部。

Claims

光電変換部を含む水素生成装置と、
蓄電装置と、
前記水素生成装置で生成される水素を供給するための水素供給部と、
前記光電変換部で生じる電力を供給するための電力供給部と、
前記水素の供給および前記電力の供給を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電力の供給として、前記光電変換部で生じる電力のうちの、水素の生成に用いられる電力と前記水素の生成以外に用いられる電力との供給を制御し、
前記蓄電装置は前記制御装置および前記水素生成装置に接続されて、これらとの間で電力をやり取りする、太陽光発電システム。
前記蓄電装置は前記光電変換部で生じる電力を蓄電し、
前記制御装置は前記光電変換部で生じ前記水素の生成以外に用いられる電力のうちの一部を当該制御装置に供給するよう制御し、供給された電力によって駆動される、請求項１に記載の太陽光発電システム。
前記光電変換部は受光面と裏面とを有し、
前記水素生成装置は、
前記光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第１電解用電極と、
前記光電変換部の裏面に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第２電解用電極とをさらに含む、請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
前記光電変換部は受光面と裏面とを有し、前記受光面で受光することによって前記受光面と前記裏面との間に電位差が生じ、
前記水素生成装置は、
前記受光面上に設けられた第１電極と、
前記光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第１電解用電極と、
前記光電変換部の裏面に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第２電解用電極とをさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽光発電システム。
前記蓄電装置は前記第１電極に接続される、請求項４に記載の太陽光発電システム。
前記光電変換部は受光面と裏面とを有し、
前記水素生成装置は、前記裏面の上にそれぞれ設けられた第１電解用電極および第２電解用電極をさらに含み、
前記光電変換部は、受光することにより、前記裏面の、前記第１電解用電極に電気的に接続された第１区域と、前記第２電解用電極に電気的に接続された第２区域との間に電位差が生じ、
前記第１電解用電極および前記第２電解用電極のいずれもが電解液に接触するとき、前記第１電解用電極は、前記光電変換部が受光することにより生じる起電力を利用して前記電解液から水素を発生させる水素発生部を形成し、前記第２電解用電極は前記起電力を利用して前記電解液から酸素を発生させる酸素発生部を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽光発電システム。
前記水素生成装置は、前記蓄電装置の蓄電電力を用いて水素を生成する、請求項１〜６のいずれかに記載の太陽光発電システム。
前記制御装置は、前記水素生成装置を、起動させた起動状態、動作を停止させた停止状態、水素を供給する水素供給状態、電力を供給する電力供給状態、水素と電力とを共に供給する状態、のそれぞれの状態とするための制御モードを有し、前記制御モードのうちのいずれか１の制御モードを選択して制御処理を実行する、請求項１〜７のいずれかに記載の太陽光発電システム。
前記制御装置は、前記光電変換部での受光状況により、前記水素生成装置において水素を製造するための駆動電力を、前記光電変換部で生じる電力と前記蓄電池に蓄えられた電力とで切替える、請求項１〜７のいずれかに記載の太陽光発電システム。
前記制御装置は、前記蓄電池の蓄電量により、前記水素生成装置において水素を製造するための駆動電力を、前記光電変換部で生じる電力と前記蓄電池に蓄えられた電力とで切替える、請求項１〜７のいずれかに記載の太陽光発電システム。