JP2013044032A - Power generation system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation system which suppresses the occurrence of power shortage when power sources are switched.SOLUTION: The power generation system includes: a water electrolysis part 21 for generating hydrogen gas and oxygen gas by electrolyzing water; a photoelectric conversion part 2 for outputting photovoltaic power generated by the reception of sunlight to the outside or the water electrolysis part 21; a fuel cell part 22 for generating an electric power by using hydrogen gas as a fuel and outputting the generated electric power to the outside according to the demand power or the photovoltaic power of the photoelectric conversion part 2; a hydrogen storage part 12 for storing hydrogen gas generated in the water electrolysis part 21 and supplying the stored hydrogen gas to the fuel cell part; a humidity adjusting part 10 for adjusting the humidity of hydrogen gas or air supplied to the fuel cell part; and a control part 17. The control part has a function to control the humidity adjusting part based on the information related to the photovoltaic power of the photoelectric conversion part 2 or the information related to the demand power.

Description

本発明は、太陽光を利用した発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation system using sunlight.

近年、化石燃料資源の枯渇および地球温暖化ガス排出抑制などの観点から、再生可能エネルギーの利用が望まれている。再生可能エネルギー源としては太陽光、水力、風力、地熱、潮力、バイオマスなど多岐にわたるが、その中でも、太陽光は利用可能なエネルギー量が大きいこと、他の再生可能エネルギーに対し地理的制約が比較的少ないことから、太陽光から効率よく利用可能なエネルギーを生み出す技術の早期な開発と普及が望まれている。   In recent years, the use of renewable energy has been desired from the viewpoint of depletion of fossil fuel resources and the suppression of global warming gas emissions. There are a wide variety of renewable energy sources such as solar, hydropower, wind power, geothermal, tidal power, and biomass. Because of the relatively small amount, early development and popularization of technology that can efficiently use energy from sunlight is desired.

太陽光から生み出される利用可能なエネルギーの形態としては、太陽電池や太陽光熱タービンを用いて製造される電気エネルギー、太陽光エネルギーを熱媒体に集めることによる熱エネルギー、その他にも太陽光を用いた物質還元による液体燃料や水素などの貯蔵可能な燃料エネルギー等が挙げられる。太陽電池技術および太陽熱利用技術については、すでに実用化されている技術が多いものの、エネルギー利用効率が未だ低いことと、電気および熱を作り出す際のコストが依然高いことから、これらの改善に向けた技術開発が行われている。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、例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。これに対し、液体燃料や水素など、エネルギーを物質として蓄えておくことは、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技術として極めて有力であり、今後エネルギー利用効率を最大限に高め、二酸化炭素の排出量を徹底的に削減するためには必要不可欠な技術である。   Possible forms of energy generated from sunlight include electrical energy produced using solar cells and solar thermal turbines, thermal energy by collecting solar energy in a heat medium, and other types of sunlight. Examples include storable fuel energy such as liquid fuel and hydrogen by substance reduction. Many solar cell technologies and solar heat utilization technologies have already been put into practical use, but the energy utilization efficiency is still low, and the cost of producing electricity and heat is still high. Technology development is underway. Furthermore, while these forms of electricity and heat can be used to supplement short-term energy fluctuations, it is extremely difficult to supplement long-term fluctuations such as seasonal fluctuations, It is a problem that there is a possibility that the operating rate of the power generation equipment may be reduced due to the increase in power generation. On the other hand, storing energy as a substance, such as liquid fuel and hydrogen, is extremely effective as a technology that efficiently supplements long-term fluctuations and increases the operating rate of power generation facilities. It is an indispensable technology to raise and reduce carbon dioxide emissions thoroughly.

貯蔵可能な燃料の形態としては、炭化水素などの液体燃料や、バイオガス、水素などの気体燃料、バイオマス由来の木材ペレットや太陽光で還元された金属などの固体燃料などに大別することができる。インフラ整備の容易性、エネルギー密度の観点では液体燃料、燃料電池などとのトータルの利用効率向上の観点では水素をはじめとする気体燃料、貯蔵可能性とエネルギー密度の観点では固体燃料というように、各形態において長所短所を有するが、原料として容易に入手可能な水を利用できる観点から、太陽光により水を分解することによる水素製造技術が特に注目されている。   The types of fuel that can be stored are roughly divided into liquid fuels such as hydrocarbons, gaseous fuels such as biogas and hydrogen, solid pellets such as biomass-derived wood pellets and metals reduced by sunlight. it can. In terms of ease of infrastructure development and energy density, liquid fuel, gaseous fuel including hydrogen in terms of total utilization efficiency improvement with fuel cells, etc., solid fuel in terms of storability and energy density, Although each form has advantages and disadvantages, a hydrogen production technique by decomposing water with sunlight has attracted particular attention from the viewpoint that water that can be easily obtained as a raw material can be used.

水を原料として太陽光エネルギーを利用し水素を製造する方法としては、酸化チタン等の光触媒に白金を担持させ、この物質を水中に入れ光照射することにより半導体中で電荷分離を行い、電解液中のプロトンを還元、水を酸化することによる光分解法や、高温ガス炉などの熱エネルギーを利用して水を高温で直接分解する、あるいは金属等の酸化還元と共役させて間接的に分解する熱分解法、藻類など光を利用する微生物の代謝を利用した生物法、太陽電池で発電した電気と水の電気分解水素製造装置を組み合わせた水電気分解法、太陽電池に使用される光電変換材料に水素発生触媒、酸素発生触媒を担持することにより、光電変換で得られる電子と正孔を水素生成触媒、酸素発生触媒で反応に利用する光起電力法等が挙げられる。この中で、光電変換部と水素生成部を一体化することにより、小型の水素製造装置を作製することの可能性を有するものは光分解法、生物法、光起電力法と考えられるが、太陽光エネルギーの変換効率の観点から、光起電力法は実用化に最も近い技術の一つと考えられる。
これまでに、光電変換と、その光起電力を利用し電解液を電気分解することにより水素を発生させる水素製造装置が開示されている(例えば、特許文献1)。このような水素製造装置を用いることにより、太陽光エネルギーを効率よく水素として貯蔵することができる。
As a method of producing hydrogen using solar energy using water as a raw material, platinum is supported on a photocatalyst such as titanium oxide, and this substance is put in water to perform light separation in a semiconductor, and an electrolytic solution. The water is decomposed directly at high temperature using the photolysis method by reducing protons and oxidizing water, or by using thermal energy such as a high-temperature gas furnace, or indirectly by coupling with redox of metals, etc. Pyrolysis method that uses the metabolism of microorganisms that use light such as algae, water electrolysis method that combines electricity generated by solar cells and water electrolysis hydrogen production equipment, photoelectric conversion used in solar cells Examples of the method include a photovoltaic method in which electrons and holes obtained by photoelectric conversion are used in a reaction by a hydrogen generation catalyst and an oxygen generation catalyst by supporting a hydrogen generation catalyst and an oxygen generation catalyst on the material. Among these, the one that has the possibility of producing a small hydrogen production device by integrating the photoelectric conversion unit and the hydrogen generation unit is considered to be a photolysis method, a biological method, a photovoltaic method, From the viewpoint of the conversion efficiency of solar energy, the photovoltaic method is considered to be one of the technologies closest to practical use.
So far, a hydrogen production apparatus has been disclosed in which hydrogen is generated by photoelectric conversion and electrolysis of an electrolytic solution using the photovoltaic power (for example, Patent Document 1). By using such a hydrogen production apparatus, solar energy can be efficiently stored as hydrogen.

また、発電機器、蓄電機器、蓄熱機器および水素貯蔵機器を備え、エネルギーの運用を最適化する分散エネルギーシステムが知られており(例えば、特許文献2)、燃料電池と水電解槽とを一体化した燃料電池が知られている(例えば、特許文献3)。   In addition, a distributed energy system that includes a power generation device, a power storage device, a heat storage device, and a hydrogen storage device and optimizes energy operation is known (for example, Patent Document 2), and a fuel cell and a water electrolyzer are integrated. Such a fuel cell is known (for example, Patent Document 3).

特許第4594438号公報Japanese Patent No. 4559438 特開2004−312798号公報JP 2004-31798 A 特許第4035313号公報Japanese Patent No. 4035313

しかし、従来のエネルギーシステムでは、電力源の切り換えについて十分に検討されていないため、効率よく安定した電力供給が行われていない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、効率よく安定して発電および電力の供給を行うことのできる発電システムを提供する。
However, in the conventional energy system, switching of the power source has not been sufficiently studied, and thus efficient and stable power supply is not performed.
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a power generation system capable of generating power and supplying power efficiently and stably.

本発明は、水を電気分解し水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水電解部と、太陽光を受光することにより生じる光起電力を外部出力または前記水電解部に出力する光電変換部と、需要電力または前記光電変換部の光起電力に応じて、水素ガスを燃料として発電し起電力を外部出力する燃料電池部と、前記水電解部により発生させた水素ガスを貯蔵し、貯蔵した水素ガスを前記燃料電池部に供給する水素貯蔵部と、前記燃料電池部に供給する水素ガスまたは空気の湿度を調節する調湿部と、制御部とを備え、前記制御部は、前記光電変換部の光起電力に関する情報または需要電力に関する情報に基づいて、前記調湿部を制御する機能を備えることを特徴とする発電システムを提供する。   The present invention includes a water electrolysis unit that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas, a photoelectric conversion unit that outputs photovoltaic power generated by receiving sunlight to an external output or the water electrolysis unit, and a demand According to the electric power or the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit, the fuel cell unit that generates hydrogen gas as fuel and outputs the electromotive force to the outside, the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit is stored, and the stored hydrogen gas A hydrogen storage unit that supplies the fuel cell unit, a humidity control unit that adjusts the humidity of hydrogen gas or air supplied to the fuel cell unit, and a control unit, wherein the control unit includes A power generation system comprising a function of controlling the humidity control unit based on information on photovoltaic power or information on demand power is provided.

本発明によれば、水を電気分解し水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水電解部と、太陽光を受光することにより生じる光起電力を外部出力または前記水電解部に出力する光電変換部と、前記水電解部により発生させた水素ガスを貯蔵する水素貯蔵部とを備えるため、電力需要が多い場合には、光電変換部の光起電力を外部出力することができる。また、電力需要が少ない場合には、光電変換部の光起電力を水電解部に出力し水を電気分解し水素ガスを発生させることができ、発生させた水素ガスを水素貯蔵部に貯蔵することができる。このことにより、太陽光のエネルギーを燃料電池の燃料となる水素ガスとして貯蔵することができる。
本発明によれば、貯蔵した水素ガスを前記燃料電池部に供給する水素貯蔵部と、水素ガスを燃料として発電し起電力を外部出力する燃料電池部と、燃料電池部に供給する水素ガスまたは空気の湿度を調節する調湿部とを備えるため、光電変換部の光起電力が低下した場合や電力需要が多くなった場合に、燃料電池部により発電し電力需要を満たすように電力を外部出力することができる。このことにより、電力不足が生じることを抑制することができる。また、燃料電池部は、水電解部により発生させ、水素貯蔵部に貯蔵した水素ガスを燃料とすることができるため、太陽光をエネルギー源として電力を外部出力することができる。
本発明によれば、制御部は光電変換部の光起電力に関する情報または需要電力に関する情報に基づいて調湿部を制御する機能を有するため、燃料電池部へ水素ガスまたは空気の供給を始める前に調湿部が加湿可能な状態となるように調湿部を制御することができる。このことにより、燃料電池部へ迅速に加湿された水素ガスまたは空気を供給することができ、燃料電池部が迅速に発電電力を外部出力することができる。このことにより、電力源に燃料電池部が加わった場合でも電力需要にすぐに対応することができ、効率よく安定して発電および電力の供給を行うことができる。
According to the present invention, a water electrolysis unit that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas, a photoelectric conversion unit that outputs a photovoltaic power generated by receiving sunlight to an external output or the water electrolysis unit, And a hydrogen storage unit that stores the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit, so that when the power demand is high, the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit can be output to the outside. In addition, when the power demand is small, the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit can be output to the water electrolysis unit to electrolyze the water and generate hydrogen gas, and the generated hydrogen gas is stored in the hydrogen storage unit be able to. As a result, the energy of sunlight can be stored as hydrogen gas as fuel for the fuel cell.
According to the present invention, a hydrogen storage unit that supplies stored hydrogen gas to the fuel cell unit, a fuel cell unit that generates electricity using hydrogen gas as fuel and outputs an electromotive force to the outside, hydrogen gas supplied to the fuel cell unit or And a humidity control unit that adjusts the humidity of the air, so that when the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit decreases or when the power demand increases, the fuel cell unit generates power to satisfy the power demand. Can be output. This can suppress the occurrence of power shortage. Further, since the fuel cell unit can use the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit and stored in the hydrogen storage unit as fuel, it can output electric power from sunlight as an energy source.
According to the present invention, since the control unit has a function of controlling the humidity control unit based on the information about the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit or the information about the demand power, before starting the supply of hydrogen gas or air to the fuel cell unit In addition, the humidity control unit can be controlled so that the humidity control unit can be humidified. Thus, the humidified hydrogen gas or air can be quickly supplied to the fuel cell unit, and the fuel cell unit can quickly output the generated power to the outside. As a result, even when a fuel cell unit is added to the power source, it is possible to immediately respond to the power demand, and to generate power and supply power efficiently and stably.

本発明の一実施形態の発電システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムの概略配管図である。1 is a schematic piping diagram of a power generation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の発電システムの概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a power generation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の発電システムの概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a power generation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the hydrogen production apparatus contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 図5の点線A−Aにおける水素製造装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the hydrogen production apparatus in dotted line AA of FIG. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略裏面図である。It is a schematic back view which shows the structure of the hydrogen production apparatus contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the hydrogen production apparatus contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the hydrogen production apparatus contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the hydrogen production apparatus contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the hydrogen production apparatus contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the hydrogen production apparatus contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the hydrogen production apparatus contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the hydrogen production apparatus contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる燃料電池部の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the fuel cell part contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムの概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a power generation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の発電システムの概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a power generation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の発電システムの概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a power generation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる制御部の制御方法のフローチャートである。It is a flowchart of the control method of the control part contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の発電システムに含まれる制御部の制御方法のフローチャートである。It is a flowchart of the control method of the control part contained in the electric power generation system of one Embodiment of this invention.

本発明の発電システムは、水を電気分解し水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水電解部と、太陽光を受光することにより生じる光起電力を外部出力または前記水電解部に出力する光電変換部と、需要電力または前記光電変換部の光起電力に応じて、水素ガスを燃料として発電し起電力を外部出力する燃料電池部と、前記水電解部により発生させた水素ガスを貯蔵し、貯蔵した水素ガスを前記燃料電池部に供給する水素貯蔵部と、前記燃料電池部に供給する水素ガスまたは空気の湿度を調節する調湿部と、制御部とを備え、
前記制御部は、前記光電変換部の光起電力に関する情報または需要電力に関する情報に基づいて、前記調湿部を制御する機能を備えることを特徴とする。
The power generation system of the present invention includes a water electrolysis unit that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas, and a photoelectric conversion unit that outputs photovoltaic power generated by receiving sunlight to an external output or the water electrolysis unit And storing the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit and the fuel cell unit that generates hydrogen gas as fuel and outputs the electromotive force to the outside according to the demand power or the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit A hydrogen storage unit for supplying the hydrogen gas to the fuel cell unit, a humidity control unit for adjusting the humidity of the hydrogen gas or air supplied to the fuel cell unit, and a control unit,
The said control part is provided with the function to control the said humidity control part based on the information regarding the photovoltaic power of the said photoelectric conversion part, or the information regarding demand power.

本発明の発電システムにおいて、前記制御部は、前記光電変換部の光起電力に関する情報および需要電力に関する情報に基づいて、前記燃料電池部へ水素ガスまたは空気の供給を始める前に前記調湿部が加湿可能な状態となるように前記調湿部を制御する機能を備えることが好ましい。
このような構成によれば、燃料電池部へ迅速に加湿された水素ガスまたは空気を供給することができ、燃料電池部が迅速に発電電力を外部出力することができる。このことにより、電力源に燃料電池部が加わった場合でも電力需要にすぐに対応することができ、効率よく安定して発電および電力の供給を行うことができる。
本発明の発電システムにおいて、制御部は、前記光電変換部の光起電力に関する情報および需要電力に関する情報に基づいて、前記燃料電池部へ水素ガスまたは空気の供給を始める前に前記燃料電池部が作動温度以下の所定の温度に昇温するように前記燃料電池部を制御する機能をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、燃料電池部を迅速に作動温度に昇温することができ、燃料電池部が迅速に発電電力を外部出力することができる。このことにより、電力源に燃料電池部が加わった場合でも電力需要にすぐに対応することができ、一時的な電力不足が生じるのを抑制することができる。
本発明の発電システムにおいて、前記調湿部は、前記水素貯蔵部に貯蔵する水素ガスの湿度を調節することが好ましい。
このような構成によれば、水電解部により発生させた水素ガスを調湿部により除湿し水素貯蔵部に貯蔵することができる。
In the power generation system of the present invention, the control unit is configured to control the humidity control unit before starting supply of hydrogen gas or air to the fuel cell unit based on information on photovoltaic power and information on demand power of the photoelectric conversion unit. It is preferable to have a function of controlling the humidity control unit so that the humidity can be humidified.
According to such a configuration, the humidified hydrogen gas or air can be quickly supplied to the fuel cell unit, and the fuel cell unit can quickly output the generated power to the outside. As a result, even when a fuel cell unit is added to the power source, it is possible to immediately respond to the power demand, and to generate power and supply power efficiently and stably.
In the power generation system of the present invention, the control unit is configured to start the supply of hydrogen gas or air to the fuel cell unit based on the information about the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit and the information about demand power. It is preferable to further include a function of controlling the fuel cell unit so as to raise the temperature to a predetermined temperature that is lower than the operating temperature.
According to such a configuration, the fuel cell unit can be quickly raised to the operating temperature, and the fuel cell unit can quickly output the generated power to the outside. As a result, even when the fuel cell unit is added to the power source, it is possible to immediately respond to the power demand, and to suppress the temporary shortage of power.
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the humidity control unit adjusts the humidity of hydrogen gas stored in the hydrogen storage unit.
According to such a configuration, the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit can be dehumidified by the humidity control unit and stored in the hydrogen storage unit.

本発明の発電システムにおいて、前記調湿部は、加湿部および除湿部を有することが好ましい。
このような構成によれば、調湿部により燃料電池部に供給する水素ガスおよび空気の加湿を行うことができる。また、調湿部により水電解部により発生させた水素ガスの除湿を行うことができる。
本発明の発電システムにおいて、水素流路をさらに備え、前記水素流路は、前記水電解部により発生させた水素ガスが前記除湿部を流れ、前記水素貯蔵部に貯蔵される経路と、前記燃料電池部の燃料となる水素ガスが前記加湿部を流れ前記燃料電池部に供給される経路とを有することが好ましい。
このような構成によれば、水電解部により発生させた水素ガスを水素貯蔵部に貯蔵することができ、燃料電池部の燃料となる水素ガスを加湿して燃料電池部に供給することができる。
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the humidity adjusting unit includes a humidifying unit and a dehumidifying unit.
According to such a configuration, the humidification of the hydrogen gas and air supplied to the fuel cell unit by the humidity control unit can be performed. Further, the humidity adjustment unit can dehumidify the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit.
The power generation system of the present invention further includes a hydrogen flow path, wherein the hydrogen flow path is a path where hydrogen gas generated by the water electrolysis unit flows through the dehumidification unit and is stored in the hydrogen storage unit, and the fuel It is preferable that hydrogen gas serving as a fuel for the battery unit flows through the humidification unit and is supplied to the fuel cell unit.
According to such a configuration, the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit can be stored in the hydrogen storage unit, and the hydrogen gas serving as the fuel of the fuel cell unit can be humidified and supplied to the fuel cell unit. .

本発明の発電システムにおいて、前記水素流路は、水素ガスが流れる経路を変更できるように設けられた複数のバルブを有することが好ましい。
このような構成によれば、複数のバルブにより水素ガスが流れる経路を変更することができる。
本発明の発電システムにおいて、前記光電変換部の光起電力を前記水電解部に出力する回路と、前記光電変換部の光起電力を外部出力する回路とを切り換える切換部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、切換部により光電変換部の光起電力の出力先を変更することができる。
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the hydrogen flow path has a plurality of valves provided so that a path through which hydrogen gas flows can be changed.
According to such a configuration, the path through which hydrogen gas flows can be changed by the plurality of valves.
The power generation system of the present invention preferably further includes a switching unit that switches between a circuit that outputs the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit to the water electrolysis unit and a circuit that outputs the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit to the outside. .
According to such a configuration, the output destination of the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit can be changed by the switching unit.

本発明の発電システムにおいて、前記切換部は、前記光電変換部の光起電力および前記燃料電池部の発電電力のうちどちらか一方または両方を回路を切り換えて外部出力できるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、切換部により光電変換部の光起電力および燃料電池部の発電電力のうちどちらか一方または両方を切り換えて外部出力することができる。
本発明の発電システムにおいて、前記制御部は、情報を入力する入力手段と、前記入力手段から入力された情報に基づき前記発電システムの制御モードを設定する設定手段と、前記設定手段により設定された情報を前記発電システムの構成要素に出力する出力手段とを備えることが好ましい。
このような構成によれば、制御部により発電システムの制御モードを切り換えることができる。
In the power generation system of the present invention, the switching unit is provided so that one or both of the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit and the generated power of the fuel cell unit can be switched and output to the outside. preferable.
According to such a configuration, one or both of the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit and the generated power of the fuel cell unit can be switched and output to the outside by the switching unit.
In the power generation system of the present invention, the control unit is set by an input unit that inputs information, a setting unit that sets a control mode of the power generation system based on information input from the input unit, and the setting unit. It is preferable to provide output means for outputting information to the components of the power generation system.
According to such a configuration, the control mode of the power generation system can be switched by the control unit.

本発明の発電システムにおいて、日射量計または照度センサを含むセンサ部をさらに備え、前記入力手段は、前記センサ部からの情報を入力することが好ましい。
このような構成によれば、制御部がセンサ部からの情報に基づき発電システムの制御モードを切り換えることができる。
本発明の発電システムにおいて、前記入力手段は、電力会社からの情報、Web情報、ソリューションサーバー情報を入力することが好ましい。
このような構成によれば、制御部が電力会社からの情報、Web情報、ソリューションサーバー情報に基づき発電システムの制御モードを切り換えることができる。
The power generation system of the present invention preferably further includes a sensor unit including a solar radiation meter or an illuminance sensor, and the input means inputs information from the sensor unit.
According to such a configuration, the control unit can switch the control mode of the power generation system based on information from the sensor unit.
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the input means inputs information from an electric power company, Web information, and solution server information.
According to such a configuration, the control unit can switch the control mode of the power generation system based on information from the electric power company, Web information, and solution server information.

本発明の発電システムにおいて、前記光電変換部は、受光面とその裏面を有し、前記水電解部は、前記光電変換部の裏面側に設けられ、前記光電変換部および前記水電解部は、水素製造装置を構成することが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部と水電解部との配線距離を短くすることができ、オーミックロスを少なくすることができる。
本発明の発電システムにおいて、前記水素製造装置は、前記光電変換部の裏面上にそれぞれ設けられた第1電解用電極および第2電解用電極を有し、前記光電変換部の受光面に太陽光が入射し第1および第2電解用電極が電解液と接触するとき、第1および第2電解用電極は、前記光電変換部が受光することより生じる起電力を利用して電解液を電気分解しそれぞれ第1気体および第2気体を発生させることができるように設けられ、第1気体および第2気体のうち、一方は水素ガスであり他方は酸素ガスであることが好ましい。
このような構成によれば、水素製造装置を構成する第1および第2電解用電極は、光電変換部が受光することより生じる起電力を利用して電解液を電気分解しそれぞれ第1気体および第2気体が発生するように設けられているため、第1電解用電極の表面で第1気体を発生させることができ、第2電解用電極の表面で第2気体を発生させることができる。また、光電変換部の裏面上に第1電解用電極および第2電解用電極を設けるため、光電変換部の受光面に電解液を介さず光を入射させることができ、電解液による入射光の吸収や入射光の散乱を防止することができる。このことにより、光電変換部へ入射光の量を多くすることができ、光利用効率を高くすることができる。また、光電変換部の裏面上に第1電解用電極および第2電解用電極を設けるため、受光面に入射する光が、第1および第2電解用電極、ならびにそこからそれぞれ発生する第1気体及び第2気体により吸収や散乱されることはない。このことにより、光電変換部へ入射光の量を多くすることができ、光利用効率を高くすることができる。
In the power generation system of the present invention, the photoelectric conversion unit has a light receiving surface and the back surface thereof, the water electrolysis unit is provided on the back side of the photoelectric conversion unit, the photoelectric conversion unit and the water electrolysis unit, It is preferable to constitute a hydrogen production apparatus.
According to such a configuration, the wiring distance between the photoelectric conversion unit and the water electrolysis unit can be shortened, and the ohmic cross can be reduced.
In the power generation system of the present invention, the hydrogen production apparatus includes a first electrolysis electrode and a second electrolysis electrode provided on a back surface of the photoelectric conversion unit, and sunlight is formed on a light receiving surface of the photoelectric conversion unit. When the first and second electrolysis electrodes come into contact with the electrolytic solution, the first and second electrolysis electrodes electrolyze the electrolytic solution using electromotive force generated by the photoelectric conversion unit receiving light. Preferably, the first gas and the second gas are generated, respectively, and one of the first gas and the second gas is preferably hydrogen gas and the other is oxygen gas.
According to such a configuration, the first and second electrolysis electrodes constituting the hydrogen production apparatus use the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit to receive light to electrolyze the electrolytic solution, respectively, Since the second gas is provided so as to be generated, the first gas can be generated on the surface of the first electrolysis electrode, and the second gas can be generated on the surface of the second electrolysis electrode. In addition, since the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode are provided on the back surface of the photoelectric conversion unit, light can be incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit without using the electrolytic solution, and the incident light from the electrolytic solution Absorption and scattering of incident light can be prevented. As a result, the amount of incident light to the photoelectric conversion unit can be increased, and the light use efficiency can be increased. In addition, since the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode are provided on the back surface of the photoelectric conversion portion, the light incident on the light receiving surface is generated by the first and second electrolysis electrodes and the first gas generated from the first and second electrolysis electrodes, respectively. And it is not absorbed or scattered by the second gas. As a result, the amount of incident light to the photoelectric conversion unit can be increased, and the light use efficiency can be increased.

本発明の発電システムにおいて、前記光電変換部は、受光することによりその受光面と裏面との間に起電力が生じ、第1電解用電極は、前記光電変換部の裏面と電気的に接続することができるように設けられ、第2電解用電極は、前記光電変換部の受光面と電気的に接続することができるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、水素製造装置に含まれる光電変換部に積層構造のものを利用することができる。
本発明の発電システムにおいて、前記水素製造装置は、第2電解用電極と前記光電変換部の裏面との間に設けられた絶縁部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、水素製造装置において第2電解用電極と光電変換部の裏面との間にリーク電流が発生するのを防止することができる。
In the power generation system of the present invention, the photoelectric conversion unit receives an electromotive force to generate an electromotive force between the light receiving surface and the back surface, and the first electrolysis electrode is electrically connected to the back surface of the photoelectric conversion unit. The second electrolysis electrode is preferably provided so as to be electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit.
According to such a structure, the thing of a laminated structure can be utilized for the photoelectric conversion part contained in a hydrogen production apparatus.
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the hydrogen production apparatus further includes an insulating part provided between the second electrolysis electrode and the back surface of the photoelectric conversion part.
According to such a configuration, it is possible to prevent a leak current from being generated between the second electrolysis electrode and the back surface of the photoelectric conversion unit in the hydrogen production apparatus.

本発明の発電システムにおいて、前記水素製造装置は、前記光電変換部の受光面に接触する第1電極をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、水素製造装置内の内部抵抗を小さくすることができる。
本発明の発電システムにおいて、前記水素製造装置は、第1電極と第2電解用電極とを電気的に接続する第1導電部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部の受光面と第2電解用電極とを電気的に接続することができる。
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the hydrogen production apparatus further includes a first electrode that contacts a light receiving surface of the photoelectric conversion unit.
According to such a configuration, the internal resistance in the hydrogen production apparatus can be reduced.
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the hydrogen production apparatus further includes a first conductive portion that electrically connects the first electrode and the second electrode for electrolysis.
According to such a structure, the light-receiving surface of a photoelectric conversion part and the 2nd electrode for electrolysis can be electrically connected.

本発明の発電システムにおいて、第1導電部は、前記光電変換部を貫通するコンタクトホールに設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部の受光面と第2電解用電極との間の配線距離を短くすることができ、内部抵抗を小さくすることができる。
本発明の発電システムにおいて、前記絶縁部は、前記光電変換部の側面を覆うように設けられ、第1導電部は、前記絶縁部の一部であり前記光電変換部の側面を覆う部分の上に設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、第1導電部を少ない工程で設けることができ、製造コストを低減することができる。
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the first conductive portion is provided in a contact hole that penetrates the photoelectric conversion portion.
According to such a configuration, the wiring distance between the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and the second electrolysis electrode can be shortened, and the internal resistance can be reduced.
In the power generation system of the present invention, the insulating part is provided so as to cover a side surface of the photoelectric conversion part, and the first conductive part is a part of the insulating part and covers a side surface of the photoelectric conversion part. It is preferable to be provided.
According to such a configuration, the first conductive portion can be provided with a small number of steps, and the manufacturing cost can be reduced.

本発明の発電システムにおいて、前記絶縁部は、前記光電変換部の側面を覆うように設けられ、第2電解用電極は、前記絶縁部の一部であり前記光電変換部の側面を覆う部分の上に設けられ、かつ、第1電極と接触することが好ましい。
このような構成によれば、第1導電部を設けることなく、第1電極と第2電解用電極とを電気的に接続することができる。
本発明の発電システムにおいて、前記光電変換部は、p型半導体層、i型半導体層およびn型半導体層からなる光電変換層を有することが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部に光を入射させることにより起電力を生じさせることができる。
In the power generation system of the present invention, the insulating part is provided so as to cover a side surface of the photoelectric conversion part, and the second electrolysis electrode is a part of the insulating part and covers a side surface of the photoelectric conversion part. It is preferable that the first electrode is provided on the upper surface and in contact with the first electrode.
According to such a configuration, the first electrode and the second electrolysis electrode can be electrically connected without providing the first conductive portion.
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the photoelectric conversion unit has a photoelectric conversion layer including a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer.
According to such a configuration, an electromotive force can be generated by causing light to enter the photoelectric conversion unit.

本発明の発電システムにおいて、前記光電変換部は、受光することにより前記光電変換部の裏面の第1および第2区域間に電位差が生じ、第1区域は、第1電解用電極と電気的に接続するように設けられ、第2区域は、第2電解用電極と電気的に接続するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部の第1区域と第2区域との間生じた起電力を第1電解用電極と第2電解用電極とに出力することができる。
本発明の発電システムにおいて、前記水素製造装置は、第1および第2電解用電極と前記光電変換部の裏面との間に設けられ、かつ、第1区域上および第2区域上に開口を有する絶縁部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、第1区域と第2区域との間に、光電変換部が受光することにより生じる起電力を効率よく発生させることができる。
In the power generation system of the present invention, the photoelectric conversion unit receives a light to generate a potential difference between the first and second areas on the back surface of the photoelectric conversion unit, and the first area is electrically connected to the first electrolysis electrode. Preferably, the second section is provided so as to be electrically connected to the second electrolysis electrode.
According to such a configuration, the electromotive force generated between the first area and the second area of the photoelectric conversion unit can be output to the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode.
In the power generation system of the present invention, the hydrogen production apparatus is provided between the first and second electrolysis electrodes and the back surface of the photoelectric conversion unit, and has openings on the first area and the second area. It is preferable to further include an insulating part.
According to such a configuration, an electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light can be efficiently generated between the first area and the second area.

本発明の発電システムにおいて、前記光電変換部は、n型半導体部およびp型半導体部を有する少なくとも1つの半導体材料からなり、第1および第2区域のうち、一方は前記n型半導体部の一部であり、他方は前記p型半導体部の一部であることが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部が受光することにより、光電変換部の裏面の第1および第2区域間に起電力を生じさせることができる。
本発明の発電システムにおいて、前記水素製造装置は、透光性基板をさらに備え、前記光電変換部は、前記透光性基板の上に設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、光電変換部を透光性基板の上に形成することができる。
In the power generation system of the present invention, the photoelectric conversion part is made of at least one semiconductor material having an n-type semiconductor part and a p-type semiconductor part, and one of the first and second areas is one of the n-type semiconductor part. It is preferable that the other is a part of the p-type semiconductor part.
According to such a configuration, an electromotive force can be generated between the first and second areas on the back surface of the photoelectric conversion unit when the photoelectric conversion unit receives light.
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the hydrogen production apparatus further includes a translucent substrate, and the photoelectric conversion unit is provided on the translucent substrate.
According to such a structure, a photoelectric conversion part can be formed on a translucent board | substrate.

本発明の発電システムにおいて、前記光電変換部は、直列接続した複数の光電変換層を含み、前記複数の光電変換層は、受光することにより生じる起電力を第1電解用電極および第2電解用電極に供給するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、容易に高電圧の起電力を第1および第2電解用電極に出力することができる。
本発明の発電システムにおいて、第1電解用電極および第2電解用電極のうち、一方は電解液からH2を発生させる水素発生部であり、他方は電解液からO2を発生させる酸素発生部であり、前記水素発生部および前記酸素発生部は、それぞれ電解液からH2が発生する反応の触媒である水素発生触媒および電解液からO2が発生する反応の触媒である酸素発生触媒を含むことが好ましい。
このような構成によれば、水素製造装置により燃料電池の燃料となる水素ガスを製造することができる。
In the power generation system of the present invention, the photoelectric conversion unit includes a plurality of photoelectric conversion layers connected in series, and the plurality of photoelectric conversion layers generate an electromotive force generated by receiving light in the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode. It is preferable to be provided so as to be supplied to the electrode.
According to such a configuration, a high voltage electromotive force can be easily output to the first and second electrolysis electrodes.
In the power generation system of the present invention, one of the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode is a hydrogen generation unit that generates H 2 from the electrolytic solution, and the other is an oxygen generation unit that generates O 2 from the electrolytic solution. The hydrogen generation part and the oxygen generation part each include a hydrogen generation catalyst that is a catalyst for generating H 2 from the electrolytic solution and an oxygen generation catalyst that is a catalyst for generating O 2 from the electrolytic solution. It is preferable.
According to such a configuration, hydrogen gas serving as fuel for the fuel cell can be produced by the hydrogen production apparatus.

本発明の発電システムにおいて、前記水素発生部および前記酸素発生部のうち少なくとも一方は、前記光電変換部の受光面の面積より大きい触媒表面積を有することが好ましい。
このような構成によれば、水素製造装置により、より効率的に水素ガスおよび酸素ガスを製造することができる。
本発明の発電システムにおいて、前記水素発生部および前記酸素発生部のうち少なくとも一方は、触媒が担持された多孔質の導電体であることが好ましい。
このような構成によれば、水素ガスまたは酸素ガスが発生する反応の触媒面積を広くすることができる。
In the power generation system of the present invention, it is preferable that at least one of the hydrogen generation unit and the oxygen generation unit has a catalyst surface area larger than an area of a light receiving surface of the photoelectric conversion unit.
According to such a configuration, hydrogen gas and oxygen gas can be more efficiently produced by the hydrogen production apparatus.
In the power generation system of the present invention, it is preferable that at least one of the hydrogen generation unit and the oxygen generation unit is a porous conductor carrying a catalyst.
According to such a configuration, the catalyst area for the reaction in which hydrogen gas or oxygen gas is generated can be increased.

本発明の発電システムにおいて、前記水素発生触媒は、Pt、Ir、Ru、Pd、Rh、Au、Fe、NiおよびSeのうち少なくとも1つを含むことが好ましい。
このような構成によれば、水素製造装置により電解液から水素ガスを効率よく発生させることができる。
本発明の発電システムにおいて、前記酸素発生触媒は、Mn、Ca、Zn、CoおよびIrのうち少なくとも1つを含むことが好ましい。
このような構成によれば、水素製造装置により電解液から酸素ガスを効率よく発生させることができる。
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the hydrogen generation catalyst includes at least one of Pt, Ir, Ru, Pd, Rh, Au, Fe, Ni, and Se.
According to such a configuration, hydrogen gas can be efficiently generated from the electrolytic solution by the hydrogen production apparatus.
In the power generation system of the present invention, it is preferable that the oxygen generation catalyst includes at least one of Mn, Ca, Zn, Co, and Ir.
According to such a configuration, oxygen gas can be efficiently generated from the electrolytic solution by the hydrogen production apparatus.

本発明の発電システムにおいて、前記水素製造装置は、透光性基板と、電解液室と、第1電解用電極および第2電解用電極の上に設けられた背面基板とをさらに備え、前記光電変換部は、前記透光性基板の上に設けられ、前記電解液室は、第1電解用電極および第2電解用電極と前記背面基板との間に設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、第1電解用電極の電解液に接触可能な面と、第2電解用電極の電解液に接触可能な面とを電解液室に面して設けることができ、第1および第2電解用電極を電解液に接触させることができる。
本発明の発電システムにおいて、前記水素製造装置は、第1電解用電極と前記背面基板との間の電解液室および第2電解用電極と前記背面基板との間の電解液室とを仕切る隔壁をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、隔壁により第1気体と第2気体を分離することができる。
本発明の発電システムにおいて、前記隔壁は、イオン交換体を含むことが好ましい。
このような構成によれば、電解液中で生じるイオン濃度の不均衡を容易に解消することができる。
In the power generation system of the present invention, the hydrogen production apparatus further includes a translucent substrate, an electrolyte chamber, and a back substrate provided on the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode, It is preferable that the conversion unit is provided on the translucent substrate, and the electrolytic solution chamber is provided between the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode and the back substrate.
According to such a configuration, the surface of the first electrolysis electrode that can contact the electrolyte solution and the surface of the second electrolysis electrode that can contact the electrolyte solution can be provided facing the electrolyte chamber, The first and second electrodes for electrolysis can be brought into contact with the electrolytic solution.
In the power generation system of the present invention, the hydrogen production apparatus includes a partition wall that partitions the electrolyte chamber between the first electrolysis electrode and the back substrate and the electrolyte chamber between the second electrolysis electrode and the back substrate. It is preferable to further comprise.
According to such a configuration, the first gas and the second gas can be separated by the partition wall.
In the power generation system of the present invention, the partition preferably includes an ion exchanger.
According to such a structure, the imbalance of the ion concentration which arises in electrolyte solution can be eliminated easily.

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.

発電システムの構成
図1は本実施形態の発電システムの概念図であり、図2は本実施形態の発電システムの概略配管図であり、図3、図4は本実施形態の発電システムの概略回路図である。
本実施形態の発電システムは、水を電気分解し水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水電解部21と、太陽光を受光することにより生じる光起電力を外部出力または水電解部21に出力する光電変換部2と、需要電力または光電変換部2の光起電力に応じて、水素ガスを燃料として発電し起電力を外部出力する燃料電池部22と、水電解部21により発生させた水素ガスを貯蔵し、貯蔵した水素ガスを記燃料電池部22に供給する水素貯蔵部12と、燃料電池部22に供給する水素ガスまたは空気の湿度を調節する調湿部10と、制御部17とを備え、制御部17は、光電変換部2の光起電力に関する情報または需要電力に関する情報に基づいて、調湿部10を制御する機能を有することを特徴とする。
Diagram 1 of the power generation system is a conceptual diagram of the power generation system of this embodiment, FIG. 2 is a schematic piping diagram of the power generation system of the present embodiment, FIG. 3, FIG. 4 is a schematic circuit of the power generation system of this embodiment FIG.
The power generation system of the present embodiment includes a water electrolysis unit 21 that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas, and a photoelectric that outputs photovoltaic power generated by receiving sunlight to an external output or the water electrolysis unit 21. In accordance with the conversion unit 2, the demand power or the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2, the fuel cell unit 22 that generates hydrogen gas as fuel and outputs the electromotive force to the outside, and the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit 21 A hydrogen storage unit 12 that stores and supplies the stored hydrogen gas to the fuel cell unit 22, a humidity control unit 10 that adjusts the humidity of the hydrogen gas or air supplied to the fuel cell unit 22, and a control unit 17. The control unit 17 has a function of controlling the humidity control unit 10 based on information on the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 or information on demand power.

1.光電変換部2
光電変換部2は、太陽光を受光することにより光起電力が生じる部分であり、この起電力を外部出力または水電解部21に出力する。光電変換部2の光起電力を外部出力することにより、この電力を外部回路において利用することができる。また、光電変換部2の光起電力を水電解部21に出力することにより、光起電力を利用して水を電気分解し、水素ガスおよび酸素ガスを発生させることができる。このことにより、電力需要が少ない場合や光電変換部2の光起電力が大きい場合に、光電変換部2の光起電力により水素ガスを発生させることができる。この水素ガスは、水電解部21から水素流路を流通させ除湿部49により除湿した後、水素貯蔵部12に貯蔵することができる。
1. Photoelectric conversion unit 2
The photoelectric conversion unit 2 is a portion where photovoltaic power is generated by receiving sunlight, and outputs the electromotive force to an external output or the water electrolysis unit 21. By outputting the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 to the outside, this power can be used in an external circuit. In addition, by outputting the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 to the water electrolysis unit 21, water can be electrolyzed using the photovoltaic power to generate hydrogen gas and oxygen gas. Thereby, when there is little electric power demand or when the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 is large, hydrogen gas can be generated by the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2. The hydrogen gas can be stored in the hydrogen storage unit 12 after being dehumidified by the dehumidifying unit 49 through the hydrogen flow path from the water electrolysis unit 21.

光電変換部2は、太陽光を受光することにより生じる光起電力を外部出力または水電解部21に出力するために、切換部29と電気的に接続することができる。このことにより、切換部29により光電変換部2の光起電力の出力先を切り換えることができる。   The photoelectric conversion unit 2 can be electrically connected to the switching unit 29 in order to output the photovoltaic power generated by receiving sunlight to the external output or the water electrolysis unit 21. As a result, the output destination of the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 can be switched by the switching unit 29.

光電変換部2は、太陽光を受光することにより光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。
また、光電変換部2は、後述する水素製造装置23に含まれてもよい。この場合の光電変換部2についての説明は後述する。また、水素製造装置23に含まれる光電変換部2についての説明は、水素製造装置23に含まれない光電変換部2についても矛盾がない限り当てはまる。
また、光電変換部2は、複数であってもよい。例えば、複数の太陽電池パネルと後述の水素製造装置からなってもよい。この場合、水素製造装置に含まれる光電変換部2の光起電力を水電解部21に出力し、太陽電池パネルの光起電力を外部出力してもよい。また、太陽電池パネルの光起電力を水電解部21に出力してもよい。また、水素製造装置に含まれる光電変換部2の光起電力および太陽電池パネルの光起電力のすべてを外部出力してもよい。この場合、発電システムは、図4のような回路図を有することができる。
The photoelectric conversion unit 2 is not particularly limited as long as a photovoltaic power is generated by receiving sunlight. For example, a photoelectric conversion unit using a silicon-based semiconductor, a photoelectric conversion unit using a compound semiconductor, and dye enhancement These include a photoelectric conversion unit using a sensitizer and a photoelectric conversion unit using an organic thin film.
Moreover, the photoelectric conversion unit 2 may be included in a hydrogen production apparatus 23 described later. A description of the photoelectric conversion unit 2 in this case will be described later. The description of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production apparatus 23 is applicable to the photoelectric conversion unit 2 not included in the hydrogen production apparatus 23 as long as there is no contradiction.
Moreover, the photoelectric conversion part 2 may be plural. For example, you may consist of a several solar cell panel and the hydrogen production apparatus mentioned later. In this case, the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production apparatus may be output to the water electrolysis unit 21 and the photovoltaic power of the solar cell panel may be output to the outside. Moreover, you may output the photovoltaic power of a solar cell panel to the water electrolysis part 21. FIG. Moreover, you may output externally all the photovoltaic power of the photoelectric conversion part 2 contained in a hydrogen production apparatus, and the photovoltaic power of a solar cell panel. In this case, the power generation system can have a circuit diagram as shown in FIG.

2.水電解部
水電解部21は、光電変換部2の光起電力を利用して水を電気分解し水素ガスおよび酸素ガスを発生させることができる。水電解部21は第1電解用電極8と第2電解用電極7とを含む電解槽とすることができる。この電解槽に電解液を溜めて、光電変換部2の光起電力を第1および第2電解用電極8、7に出力することにより、電解液に含まれる水を電気分解し水素ガスおよび酸素ガスを発生させることができる。
また、水電解部21は後述する水素製造装置23に含まれてもよい。この場合の第1電解用電極8および第2電解用電極7についての説明は後述する。また、水素製造装置23に含まれる第1電解用電極8および第2電解用電極7についての説明は、水素製造装置23に含まれない第1電解用電極8および第2電解用電極7についても矛盾がない限り当てはまる。
2. Water Electrolysis Unit The water electrolysis unit 21 can electrolyze water using the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 to generate hydrogen gas and oxygen gas. The water electrolysis unit 21 can be an electrolytic cell including the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. The electrolytic solution is stored in the electrolytic cell, and the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 is output to the first and second electrolysis electrodes 8 and 7, thereby electrolyzing the water contained in the electrolytic solution to generate hydrogen gas and oxygen. Gas can be generated.
Further, the water electrolysis unit 21 may be included in a hydrogen production apparatus 23 described later. The description of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 in this case will be described later. The description of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 included in the hydrogen production apparatus 23 also applies to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 that are not included in the hydrogen production apparatus 23. This is true as long as there is no contradiction.

3.水素製造装置
図5は、本実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略平面図であり、図6は、図5の点線A−Aにおける水素製造装置の概略断面図であり、図7は、本実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略裏面図である。
また、図8〜14は、それぞれ本実施形態の発電システムに含まれる水素製造装置の構成を示す概略断面図であり、図6に対応する概略断面図である。
水素製造装置23は、受光面とその裏面を有する光電変換部2と、光電変換部2の裏面側に設けられた水電解部21を有することができる。
また、水素製造装置23は、光電変換部2の裏面上にそれぞれ設けられた第1電解用電極8および第2電解用電極7を有し、光電変換部2の受光面に太陽光が入射し第1および第2電解用電極8、7が電解液と接触するとき、第1および第2電解用電極8、7は、光電変換部2が受光することより生じる起電力を利用して電解液を電気分解しそれぞれ第1気体および第2気体を発生させることができるように設けられ、第1気体および第2気体のうち、一方は水素ガスであり他方は酸素ガスである。
3. Hydrogen Production Device FIG. 5 is a schematic plan view showing the configuration of the hydrogen production device included in the power generation system of the present embodiment, and FIG. FIG. 7 is a schematic back view showing the configuration of the hydrogen production apparatus included in the power generation system of the present embodiment.
Moreover, FIGS. 8-14 is a schematic sectional drawing which shows the structure of the hydrogen production apparatus contained in the electric power generation system of this embodiment, respectively, and is a schematic sectional drawing corresponding to FIG.
The hydrogen production apparatus 23 can include a photoelectric conversion unit 2 having a light receiving surface and a back surface thereof, and a water electrolysis unit 21 provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit 2.
Further, the hydrogen production apparatus 23 has a first electrolysis electrode 8 and a second electrolysis electrode 7 respectively provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2, and sunlight enters the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2. When the first and second electrolysis electrodes 8 and 7 are in contact with the electrolytic solution, the first and second electrolysis electrodes 8 and 7 utilize the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light. Of the first gas and the second gas, one of which is hydrogen gas and the other is oxygen gas.

第1および第2電解用電極8、7は、光電変換部2が受光することより生じる起電力を利用して電解液を電気分解しそれぞれ第1気体および第2気体が発生するように設けられているため、第1電解用電極8の表面で第1気体を発生させることができ、第2電解用電極7の表面で第2気体を発生させることができる。また、第1気体および第2気体のうち一方は水素ガスであるため、水素ガスを製造することができる。
また、光電変換部2の裏面上に第1電解用電極8および第2電解用電極7を設けるため、光電変換部2の受光面に電解液を介さず光を入射させることができ、電解液による入射光の吸収や入射光の散乱を防止することができる。このことにより、光電変換部2へ入射光の量を多くすることができ、光利用効率を高くすることができる。
さらに、光電変換部2の裏面上に第1電解用電極8および第2電解用電極7を設けるため、受光面に入射する光が、第1および第2電解用電極8、7、ならびにそこからそれぞれ発生する第1気体及び第2気体により吸収や散乱されることはない。このことにより、光電変換部2へ入射する光量を多くすることができ、光利用効率を高くすることができる。
The first and second electrolysis electrodes 8 and 7 are provided so as to electrolyze the electrolytic solution using electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light to generate a first gas and a second gas, respectively. Therefore, the first gas can be generated on the surface of the first electrolysis electrode 8, and the second gas can be generated on the surface of the second electrolysis electrode 7. Moreover, since one of the first gas and the second gas is hydrogen gas, hydrogen gas can be produced.
Further, since the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 are provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2, light can be incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 without passing through the electrolyte solution. It is possible to prevent absorption of incident light and scattering of incident light. As a result, the amount of incident light to the photoelectric conversion unit 2 can be increased, and the light use efficiency can be increased.
Further, since the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 are provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2, the light incident on the light receiving surface is transmitted from the first and second electrolysis electrodes 8, 7 and from there. It is not absorbed or scattered by the first gas and the second gas generated respectively. As a result, the amount of light incident on the photoelectric conversion unit 2 can be increased, and the light use efficiency can be increased.

また、水素製造装置23は、透光性基板1、第1電極4、第2電極5、第1導電部9などを有することもできる。
以下、水素製造装置23について説明する。
Moreover, the hydrogen production apparatus 23 can also have the translucent substrate 1, the 1st electrode 4, the 2nd electrode 5, the 1st electroconductive part 9, etc.
Hereinafter, the hydrogen production apparatus 23 will be described.

3−1.透光性基板
透光性基板1は、水素製造装置23が備えてもよい。また、光電変換部2は、受光面が透光性基板1側となるように透光性基板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、透光性基板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、透光性基板1は省略することができる。
3-1. Translucent substrate The translucent substrate 1 may be provided in the hydrogen production apparatus 23. Moreover, the photoelectric conversion part 2 may be provided on the translucent board | substrate 1 so that a light-receiving surface may become the translucent board | substrate 1 side. In addition, when the photoelectric conversion part 2 consists of semiconductor substrates etc. and has fixed intensity | strength, the translucent board | substrate 1 can be abbreviate | omitted. Moreover, when the photoelectric conversion part 2 can be formed on a flexible material such as a resin film, the translucent substrate 1 can be omitted.

また、太陽光を光電変換部2の受光面で受光するため、透光性基板1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、あるい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。
透光性基板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。
In addition, since the sunlight is received by the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2, the translucent substrate 1 is preferably transparent and has high light transmittance. However, it is possible to efficiently enter the photoelectric conversion unit 2. If it is a simple structure, there is no restriction | limiting in the light transmittance.
As a substrate material having a high light transmittance, for example, a transparent rigid material such as soda glass, quartz glass, Pyrex (registered trademark), or a synthetic quartz plate, or a transparent resin plate or film material is preferably used. In view of chemical and physical stability, it is preferable to use a glass substrate.
On the surface of the translucent substrate 1 on the photoelectric conversion unit 2 side, a fine uneven structure can be formed so that incident light is effectively irregularly reflected on the surface of the photoelectric conversion unit 2. This fine concavo-convex structure can be formed by a known method such as reactive ion etching (RIE) treatment or blast treatment.

3−2.第1電極
第1電極4は、透光性基板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、透光性基板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は、第2電解用電極7と電気的に接続することができる。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電解用電極7との間に流れる電流を大きくすることができる。また、光電変換部2が図13、14のように光電変換部2の裏面の第1区域と第2区域との間に起電力が生じるものである場合、第1電極4は不要である。
第1電極4は、図6、9、12のように第1導電部9を介して第2電解用電極7と電気的に接続してもよく、図11のように第2電解用電極7と接触してもよい。また、第1電極4は、図8、10のような場合、切換部29および配線50を介して第2電解用電極7と電気的に接続することができる。
第1電極4は、例えば、ITO、SnO2などの透明導電膜からなってもよく、Ag、Auなどの金属のフィンガー電極からなってもよい。
3-2. 1st electrode The 1st electrode 4 can be provided on the translucent board | substrate 1, and can be provided so that the light-receiving surface of the photoelectric conversion part 2 may be contacted. Moreover, the 1st electrode 4 may have translucency. Moreover, the 1st electrode 4 may be directly provided in the light-receiving surface of the photoelectric conversion part 2, when the translucent board | substrate 1 can be abbreviate | omitted. The first electrode 4 can be electrically connected to the second electrolysis electrode 7. By providing the first electrode 4, the current flowing between the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the second electrolysis electrode 7 can be increased. Moreover, when the photoelectric conversion part 2 produces an electromotive force between the 1st area and the 2nd area of the back surface of the photoelectric conversion part 2 like FIG. 13, 14, the 1st electrode 4 is unnecessary.
The first electrode 4 may be electrically connected to the second electrolysis electrode 7 via the first conductive portion 9 as shown in FIGS. 6, 9, and 12, and the second electrolysis electrode 7 as shown in FIG. You may contact with. 8 and 10, the first electrode 4 can be electrically connected to the second electrolysis electrode 7 via the switching unit 29 and the wiring 50.
The first electrode 4 may be made of a transparent conductive film such as ITO or SnO 2, or may be made of a metal finger electrode such as Ag or Au.

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電解用電極7とのコンタクトを取りやすくするために用いていることができる。
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(Pulse Laser Deposition)法などが挙げられる。
A case where the first electrode 4 is a transparent conductive film will be described below.
The transparent conductive film can be used to facilitate contact between the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the second electrolysis electrode 7.
What is generally used as a transparent electrode can be used. Specifically, In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O, SnO 2 and the like can be given. The transparent conductive film preferably has a sunlight transmittance of 85% or more, particularly 90% or more, and particularly 92% or more. This is because the photoelectric conversion unit 2 can absorb light efficiently.
As a method for producing the transparent conductive film, a known method can be used, and examples thereof include sputtering, vacuum deposition, sol-gel method, cluster beam deposition method, and PLD (Pulse Laser Deposition) method.

3−3.光電変換部
光電変換部2は、受光面およびその裏面を有し、光電変換部2の裏面側に第1電解用電極8と第2電解用電極7が設けられる。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が設けられた透光性基板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、例えば、図6、8〜12のように受光面と裏面との間に起電力が生じるものであってもよく、図13、14のように光電変換部2の裏面の第1区域と第2区域との間に起電力が生じるものであってもよい。図13、14のような光電変換部2は、n型半導体領域37とp型半導体領域36を形成した半導体基板などにより形成することができる。
光電変換部2の形は、特に限定されないが、例えば、方形状とすることができる。
光電変換部2は、入射光により電荷分離することができ、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。
3-3. Photoelectric Conversion Unit The photoelectric conversion unit 2 has a light receiving surface and a back surface thereof, and a first electrolysis electrode 8 and a second electrolysis electrode 7 are provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit 2. The light receiving surface is a surface that receives light for photoelectric conversion, and the back surface is the back surface of the light receiving surface. Moreover, the photoelectric conversion part 2 can be provided on the translucent substrate 1 provided with the first electrode 4 with the light receiving surface facing down. For example, an electromotive force may be generated between the light receiving surface and the back surface of the photoelectric conversion unit 2 as illustrated in FIGS. 6 and 8 to 12. An electromotive force may be generated between the first area and the second area. The photoelectric conversion unit 2 as shown in FIGS. 13 and 14 can be formed by a semiconductor substrate on which the n-type semiconductor region 37 and the p-type semiconductor region 36 are formed.
Although the shape of the photoelectric conversion part 2 is not specifically limited, For example, it can be set as a square shape.
The photoelectric conversion unit 2 is not particularly limited as long as it can separate charges by incident light and generates an electromotive force. For example, the photoelectric conversion unit using a silicon-based semiconductor or the photoelectric conversion unit using a compound semiconductor A photoelectric conversion part using a dye sensitizer, a photoelectric conversion part using an organic thin film, and the like.

第1気体および第2気体のうちどちらか一方が水素ガスであり、他方が酸素ガスの場合、光電変換部2は、光を受光することにより、第1電解用電極8および第2電解用電極7において水素ガスと酸素ガス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。第1電解用電極8と第2電解用電極7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。例えば、図12、14のように並べて設けられた光電変換層を第4導電部33により直列接続した構造を有することができる。   When either one of the first gas and the second gas is hydrogen gas and the other is oxygen gas, the photoelectric conversion unit 2 receives the light so that the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7, it is necessary to use a material that generates an electromotive force necessary for generating hydrogen gas and oxygen gas. The potential difference between the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 needs to be larger than the theoretical voltage (1.23 V) for water decomposition, and for this purpose, a sufficiently large potential difference needs to be generated in the photoelectric conversion unit 2. There is. Therefore, it is preferable that the photoelectric conversion unit 2 connects two or more junctions in series such as a pn junction to generate an electromotive force. For example, the photoelectric conversion layers provided side by side as shown in FIGS. 12 and 14 can be connected in series by the fourth conductive portion 33.

光電変換を行う材料は、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。これらの複数の光電変換層は、それぞれ異なるバンドギャップを有することが好ましい。このような構成によれば、光電変換部2で生じる起電力をより大きくすることができ、電解液をより効率的に電気分解することができる。   Examples of the material that performs photoelectric conversion include silicon-based semiconductors, compound semiconductors, and materials based on organic materials, and any photoelectric conversion material can be used. In order to increase the electromotive force, these photoelectric conversion materials can be stacked. In the case of stacking, it is possible to form a multi-junction structure with the same material, but stacking multiple photoelectric conversion layers with different optical band gaps and complementing the low sensitivity wavelength region of each photoelectric conversion layer mutually By doing so, incident light can be efficiently absorbed over a wide wavelength region. The plurality of photoelectric conversion layers preferably have different band gaps. According to such a configuration, the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2 can be increased, and the electrolytic solution can be electrolyzed more efficiently.

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。また、以下の光電変換部2の例は、矛盾しない限り光電変換層とすることもできる。
Moreover, it is possible to interpose a conductor such as a transparent conductive film between the layers in order to improve the serial connection characteristics between the photoelectric conversion layers and to match the photocurrent generated in the photoelectric conversion unit 2. Thereby, it becomes possible to suppress deterioration of the photoelectric conversion unit 2.
An example of the photoelectric conversion unit 2 will be specifically described below. The photoelectric conversion unit 2 may be a combination of these. Moreover, as long as there is no contradiction, the example of the following photoelectric conversion parts 2 can also be made into a photoelectric converting layer.

3−3−1.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、及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、透光性基板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。
3-3-1. Photoelectric conversion part using a silicon-based semiconductor Examples of the photoelectric conversion part 2 using a silicon-based semiconductor include a single crystal type, a polycrystalline type, an amorphous type, a spherical silicon type, and combinations thereof. Any of them can have a pn junction in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are joined. Further, a pin junction in which an i-type semiconductor is provided between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor may be provided. Further, it may have a plurality of pn junctions, a plurality of pin junctions, or a pn junction and a pin junction.
The silicon-based semiconductor is a semiconductor containing silicon, such as silicon, silicon carbide, or silicon germanium. In addition, silicon or the like in which n-type impurities or p-type impurities are added is included, and crystalline, amorphous, or microcrystalline silicon is also included.
In addition, the photoelectric conversion unit 2 using a silicon-based semiconductor may be a thin film or a thick photoelectric conversion layer formed on the translucent substrate 1, or a pn junction or a wafer such as a silicon wafer. A pin junction may be formed, or a thin film photoelectric conversion layer may be formed on a wafer having a pn junction or a pin junction.

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。
透光性基板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,Six1-x等の化合物を用いることも可能である。
An example of forming the photoelectric conversion unit 2 using a silicon-based semiconductor is shown below.
A first conductivity type semiconductor layer is formed on the first electrode 4 laminated on the translucent substrate 1 by a method such as a plasma CVD method. As the first conductive type semiconductor layer, a p + type or n + type amorphous Si thin film doped with a conductivity type determining impurity atom concentration of about 1 × 10 18 to 5 × 10 21 / cm 3 , or many A crystalline or microcrystalline Si thin film is used. The material of the first conductivity type semiconductor layer is not limited to Si, and it is also possible to use a compound such as SiC, SiGe, or Si x O 1-x .

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,Six1-x等の化合物を用いることも可能である。 On the first conductivity type semiconductor layer thus formed, a polycrystalline or microcrystalline crystalline Si thin film is formed as a crystalline Si photoactive layer by a method such as plasma CVD. The conductivity type is the first conductivity type having a lower doping concentration than the first conductivity type semiconductor, or the i conductivity type. The material for the crystalline Si-based photoactive layer is not limited to Si, and it is also possible to use a compound such as SiC, SiGe, or Si x O 1-x .

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,Six1-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。 Next, in order to form a semiconductor junction on the crystalline Si-based photoactive layer, a second conductivity type semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type semiconductor layer is formed by a method such as plasma CVD. As the second conductive type semiconductor layer, an n + type or p + type amorphous Si thin film doped with about 1 × 10 18 to 5 × 10 21 / cm 3 of a conductivity type determining impurity atom, or polycrystalline Alternatively, a microcrystalline Si thin film is used. The material of the second conductivity type semiconductor layer is not limited to Si, and it is also possible to use a compound such as SiC, SiGe, or Si x O 1-x . In order to further improve the bonding characteristics, it is possible to insert a substantially i-type non-single-crystal Si-based thin film between the crystalline Si-based photoactive layer and the second conductive type semiconductor layer. In this manner, one photoelectric conversion layer closest to the light receiving surface can be stacked.

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。   Subsequently, a second photoelectric conversion layer is formed. The second photoelectric conversion layer is composed of a first conductivity type semiconductor layer, a crystalline Si-based photoactive layer, and a second conductivity type semiconductor layer, each layer corresponding to the first photoelectric conversion layer. The first conductive type semiconductor layer, the crystalline Si-based photoactive layer, and the second conductive type semiconductor layer are formed. When a potential sufficient for water splitting cannot be obtained with a two-layer tandem, it is preferable to take a three-layer structure or more. However, the volume crystallization fraction of the crystalline Si photoactive layer of the second photoelectric conversion layer is preferably higher than that of the first crystalline Si photoactive layer. Similarly, when three or more layers are laminated, it is preferable to increase the volume crystallization fraction as compared with the lower layer. This increases the absorption in the long wavelength region, shifts the spectral sensitivity to the long wavelength side, and can improve the sensitivity in a wide wavelength region even when the photoactive layer is configured using the same Si material. It is because it becomes. That is, by using a tandem structure with Si having different crystallization rates, the spectral sensitivity is widened, and light can be used with high efficiency. At this time, if the low crystallization rate material is not on the light receiving surface side, high efficiency cannot be achieved. Further, when the crystallization rate is lowered to 40% or less, the amorphous component increases and deterioration occurs.

次に、シリコン基板を用いた光電変換部2の形成例を以下に示す。
シリコン基板としては、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板などを用いることができ、p型であっても、n型であっても、i型であってもよい。このシリコン基板の一部にPなどのn型不純物を熱拡散またはイオン注入などによりドープすることによりn型半導体部37を形成し、シリコン基板のほかの一部にBなどのp型不純物を熱拡散またはイオン注入などによりドープすることによりp型半導体部36を形成することができる。このことにより、シリコン基板にpn接合、pin接合、npp+接合またはpnn+接合などを形成することができ、光電変換部2を形成することができる。
Next, the example of formation of the photoelectric conversion part 2 using a silicon substrate is shown below.
As the silicon substrate, a single crystal silicon substrate, a polycrystalline silicon substrate, or the like can be used, and may be p-type, n-type, or i-type. An n-type semiconductor portion 37 is formed by doping an n-type impurity such as P into a part of the silicon substrate by thermal diffusion or ion implantation, and a p-type impurity such as B is heated on the other part of the silicon substrate. The p-type semiconductor portion 36 can be formed by doping by diffusion or ion implantation. Thus, pn junction in the silicon substrate, pin junction can be formed and npp + junction or pnn + junction, it is possible to form a photoelectric conversion unit 2.

n型半導体部37およびp型半導体部36は、図13、14のようにシリコン基板にそれぞれ1つの領域を形成することができ、また、n型半導体領域37およびp型半導体領域36のうちどちらか一方を複数形成することもできる。また、図13のようにn型半導体領域37およびp型半導体領域36を形成したシリコン基板を並べて設置し、第4導電部33により直列接続することにより光電変換部2を形成することもできる。
なお、ここではシリコン基板を用いて説明したが、pn接合、pin接合、npp+接合またはpnn+接合などを形成することができる他の半導体基板を用いてもよい。また、n型半導体部37およびp型半導体部36を形成することができれば、半導体基板に限定されず、基板上に形成された半導体層であってもよい。
Each of the n-type semiconductor portion 37 and the p-type semiconductor portion 36 can form one region on the silicon substrate as shown in FIGS. 13 and 14, and either of the n-type semiconductor region 37 and the p-type semiconductor region 36 can be formed. A plurality of these can be formed. Alternatively, as shown in FIG. 13, the photoelectric conversion unit 2 can be formed by arranging and arranging silicon substrates on which the n-type semiconductor region 37 and the p-type semiconductor region 36 are arranged and connecting them in series by the fourth conductive unit 33.
Note that, although described with reference to a silicon substrate, pn junction, pin junction, may use other semiconductor substrate or the like can be formed npp + junction or pnn + junction. In addition, as long as the n-type semiconductor portion 37 and the p-type semiconductor portion 36 can be formed, the semiconductor layer is not limited to the semiconductor substrate, and may be a semiconductor layer formed on the substrate.

3−3−2.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。
3-3-2. Photoelectric conversion part using compound semiconductor The photoelectric conversion part using a compound semiconductor is, for example, GaP, GaAs, InP, InAs, or IId-VI group elements composed of III-V group elements, CdTe / CdS, Examples thereof include those in which a pn junction is formed using CIGS (Copper Indium Gallium DiSelenide) composed of a group I-III-VI.

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ガス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(Si26)、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。 An example of a method for manufacturing a photoelectric conversion unit using a compound semiconductor is shown below. In this manufacturing method, all film-forming processes are continuously performed using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus. Done. As a group III element material, for example, an organic metal such as trimethylgallium, trimethylaluminum, or trimethylindium is supplied to the growth apparatus using hydrogen gas as a carrier gas. For example, a gas such as arsine (AsH 3 ), phosphine (PH 3 ), and stibine (SbH 3 ) is used as the material of the group V element. As a dopant of p-type impurities or n-type impurities, for example, diethyl zinc for p-type conversion, monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), hydrogen selenide (H 2 Se) for n-type conversion. Etc. are used. These source gases can be thermally decomposed by supplying them onto a substrate heated to, for example, 700 ° C., and a desired compound semiconductor material film can be epitaxially grown. The composition of these growth layers can be controlled by the gas composition to be introduced, and the film thickness can be controlled by the gas introduction time. When multi-junction laminating these photoelectric conversion parts, it is possible to form a growth layer with excellent crystallinity by adjusting the lattice constant between layers as much as possible, and to improve the photoelectric conversion efficiency. Become.

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。   In addition to the portion where the pn junction is formed, for example, a known window layer on the light receiving surface side or a known electric field layer on the non-light receiving surface side may be provided to improve carrier collection efficiency. Further, a buffer layer for preventing diffusion of impurities may be provided.

3−3−3.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。
3-3-3. Photoelectric conversion part using a dye sensitizer The photoelectric conversion part using a dye sensitizer is mainly composed of, for example, a porous semiconductor, a dye sensitizer, an electrolyte, a solvent, and the like.
As a material constituting the porous semiconductor, for example, one or more kinds of known semiconductors such as titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, cadmium sulfide can be selected. As a method for forming a porous semiconductor on a substrate, a paste containing semiconductor particles is applied by a screen printing method, an ink jet method and the like, dried or baked, a method of forming a film by a CVD method using a raw material gas, etc. , PVD method, vapor deposition method, sputtering method, sol-gel method, method using electrochemical oxidation-reduction reaction, and the like.

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。   As the dye sensitizer adsorbed on the porous semiconductor, various dyes having absorption in the visible light region and the infrared light region can be used. Here, in order to firmly adsorb the dye to the porous semiconductor, the carboxylic acid group, carboxylic anhydride group, alkoxy group, sulfonic acid group, hydroxyl group, hydroxylalkyl group, ester group, mercapto group, phosphonyl in the dye molecule It is preferable that a group or the like is present. These functional groups provide an electrical bond that facilitates electron transfer between the excited state dye and the conduction band of the porous semiconductor.

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。   Examples of dyes containing these functional groups include ruthenium bipyridine dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, azo dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, and triphenylmethane dyes. Xanthene dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, berylene dyes, indigo dyes, naphthalocyanine dyes, and the like.

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。   Examples of the method for adsorbing the dye to the porous semiconductor include a method in which the porous semiconductor is immersed in a solution in which the dye is dissolved (dye adsorption solution). The solvent used in the dye adsorption solution is not particularly limited as long as it dissolves the dye, and specifically, alcohols such as ethanol and methanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran. Nitrogen compounds such as acetonitrile, aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, esters such as ethyl acetate, water, and the like.

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。
The electrolyte is composed of a redox pair and a solid medium such as a liquid or polymer gel holding the redox pair.
In general, iron- and cobalt-based metals and halogen substances such as chlorine, bromine, and iodine are preferably used as the redox pair, and metal iodides such as lithium iodide, sodium iodide, and potassium iodide and iodine are used. The combination of is preferably used. Furthermore, imidazole salts such as dimethylpropylimidazole iodide can also be mixed.

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。   Examples of the solvent include carbonate compounds such as propylene carbonate, nitrile compounds such as acetonitrile, alcohols such as ethanol and methanol, water, aprotic polar substances, and the like. Of these, carbonate compounds and nitrile compounds are preferred. Used.

3−3−4.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2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。
3-3-4. Photoelectric conversion part using organic thin film Photoelectric conversion part 2 using an organic thin film is an electron hole transport layer composed of an organic semiconductor material having electron donating properties and electron accepting properties, or an electron transport layer having electron accepting properties. And a hole transport layer having an electron donating property may be laminated.
The electron-donating organic semiconductor material is not particularly limited as long as it has a function as an electron donor, but it is preferable that a film can be formed by a coating method, and among them, an electron-donating conductive polymer is preferably used. The

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。   Here, the conductive polymer means a π-conjugated polymer, which is composed of a π-conjugated system in which double bonds or triple bonds containing carbon-carbon or hetero atoms are alternately linked to single bonds, and exhibits semiconducting properties. Point.

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。   Examples of the electron-donating conductive polymer material include polyphenylene, polyphenylene vinylene, polythiophene, polycarbazole, polyvinyl carbazole, polysilane, polyacetylene, polypyrrole, polyaniline, polyfluorene, polyvinyl pyrene, polyvinyl anthracene, and derivatives, Examples thereof include a polymer, a phthalocyanine-containing polymer, a carbazole-containing polymer, and an organometallic polymer. Among these, thiophene-fluorene copolymer, polyalkylthiophene, phenyleneethynylene-phenylene vinylene copolymer, fluorene-phenylene vinylene copolymer, thiophene-phenylene vinylene copolymer, and the like are preferably used.

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。
The electron-accepting organic semiconductor material is not particularly limited as long as it has a function as an electron acceptor. However, it is preferable that a film can be formed by a coating method, and among them, an electron-donating conductive polymer is preferably used. The
Examples of the electron-accepting conductive polymer include polyphenylene vinylene, polyfluorene, and derivatives and copolymers thereof, or carbon nanotubes, fullerene and derivatives thereof, CN group or CF 3 group-containing polymers, and -CF thereof. Examples thereof include 3- substituted polymers.

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。 In addition, an electron-accepting organic semiconductor material doped with an electron-donating compound, an electron-donating organic semiconductor material doped with an electron-accepting compound, or the like can be used. Examples of the electron-accepting conductive polymer material doped with the electron-donating compound include the above-described electron-accepting conductive polymer material. As the electron-donating compound to be doped, for example, a Lewis base such as an alkali metal such as Li, K, Ca, or Cs or an alkaline earth metal can be used. The Lewis base acts as an electron donor. Examples of the electron-donating conductive polymer material doped with the electron-accepting compound include the above-described electron-donating conductive polymer material. As the electron-accepting compound to be doped, for example, a Lewis acid such as FeCl 3 , AlCl 3 , AlBr 3 , AsF 6 or a halogen compound can be used. In addition, Lewis acid acts as an electron acceptor.

3−4.第2電極
第2電極5は、光電変換部2の裏面上に設けることができる。また、第2電極5は、光電変換部2の裏面と第1電解用電極8との間および光電変換部2の裏面と絶縁部11との間に設けることもできる。また、第2電極5は、第1電解用電極8と電気的に接続することができる。第2電極5を設けることにより、光電変換部2の裏面と第1電解用電極8との間のオーミックロスを低減することができる。また、第2電極5は、第1電解用電極8と接触してもよい。また、第2電極5は、切換部29および配線50を介して第1電解用電極8と電気的に接続してもよい。
また、第2電極5は、電解液に対する耐食性および電解液に対する遮液性を有することが好ましい。このことにより、電解液による光電変換部2の腐食を防止することができる。
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。
3-4. Second Electrode The second electrode 5 can be provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2. The second electrode 5 can also be provided between the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the first electrolysis electrode 8 and between the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the insulating unit 11. The second electrode 5 can be electrically connected to the first electrolysis electrode 8. By providing the second electrode 5, it is possible to reduce ohmic cross between the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the first electrolysis electrode 8. The second electrode 5 may be in contact with the first electrolysis electrode 8. Further, the second electrode 5 may be electrically connected to the first electrolysis electrode 8 via the switching unit 29 and the wiring 50.
Moreover, it is preferable that the 2nd electrode 5 has the corrosion resistance with respect to electrolyte solution, and the liquid shielding property with respect to electrolyte solution. Thereby, corrosion of the photoelectric conversion part 2 by electrolyte solution can be prevented.
Although it will not specifically limit if the 2nd electrode 5 has electroconductivity, For example, it is a metal thin film, for example, is thin films, such as Al, Ag, Au. These can be formed by, for example, sputtering. Further, for example, a transparent conductive film such as In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O, and SnO 2 is used.

3−5.第1導電部
第1導電部9は、第1電極4と第2電解用電極7とにそれぞれ接触するように設けることができる。第1導電部9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電解用電極7とを電気的に接続することができる。
また、第1導電部9は、図6、9のように光電変換部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、光電変換部2の受光面と第2電解用電極7との間の電流経路を短くすることができ、より効率的に第1気体および第2気体を発生させることができる。また、第1導電部9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、第1導電部9は、図12のように光電変換部2の側面を覆うように設けられてもよい。
3-5. First Conductive Part The first conductive part 9 can be provided in contact with the first electrode 4 and the second electrolysis electrode 7. By providing the first conductive portion 9, the first electrode 4 and the second electrolysis electrode 7 in contact with the light receiving surface of the photoelectric conversion portion 2 can be easily electrically connected.
Moreover, the 1st electroconductive part 9 may be provided in the contact hole which penetrates the photoelectric conversion part 2 like FIG. Thus, the current path between the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 and the second electrolysis electrode 7 can be shortened, and the first gas and the second gas can be generated more efficiently. Moreover, the contact hole provided with the 1st electroconductive part 9 may have one or more, and may have a circular cross section.
Moreover, the 1st electroconductive part 9 may be provided so that the side surface of the photoelectric conversion part 2 may be covered like FIG.

第1導電部9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。   The material of the 1st electroconductive part 9 will not be restrict | limited especially if it has electroconductivity. A paste containing conductive particles, for example, a carbon paste, an Ag paste or the like applied by screen printing, an inkjet method, etc., dried or baked, a method of forming a film by a CVD method using a raw material gas, a PVD method, Examples thereof include a vapor deposition method, a sputtering method, a sol-gel method, and a method using an electrochemical redox reaction.

3−6.絶縁部
絶縁部11は、リーク電流の発生を防止するために設けることができる。例えば、図6、9のように第1導電部9を光電変換部2を貫通するコンタクトホール内に設ける場合、コンタクトホールの側壁に絶縁部11を設けることができる。
また、絶縁部11は、例えば、図6、8〜12のように第2電解用電極7と光電変換部2の裏面との間に設けることができる。このことにより、第2電解用電極7と光電変換部2の裏面との間でリーク電流が生じるのを防止することができる。また、光電変換部2が図13、14のように受光することにより光電変換部2の裏面の第1区域と第2区域との間に電位差を生じるものである場合、絶縁部11は、第1電解用電極8と光電変換部2の裏面との間、および第2電解用電極7と光電変換部2の裏面との間に設けられ、絶縁部11は、第1区域上および第2区域上に開口を有してもよい。このことにより、光電変換部2が受光することにより形成される電子およびホールを効率よく分離することができ、光電変換効率をより高くすることができる。
また、絶縁部11は、電解液に対する耐食性および電解液に対する遮液性を有することが好ましい。このことにより、リーク電流の発生を防止することができ、また、電解液による光電変換部2の腐食を防止することができる。
3-6. Insulating part The insulating part 11 can be provided in order to prevent the occurrence of leakage current. For example, when providing the 1st electroconductive part 9 in the contact hole which penetrates the photoelectric conversion part 2 like FIG. 6, 9, the insulating part 11 can be provided in the side wall of a contact hole.
Moreover, the insulation part 11 can be provided between the electrode 7 for 2nd electrolysis and the back surface of the photoelectric conversion part 2 like FIG. This can prevent a leak current from being generated between the second electrolysis electrode 7 and the back surface of the photoelectric conversion unit 2. When the photoelectric conversion unit 2 receives light as shown in FIGS. 13 and 14 to generate a potential difference between the first area and the second area on the back surface of the photoelectric conversion unit 2, 1 between the electrode 8 for electrolysis and the back surface of the photoelectric conversion unit 2, and between the second electrode for electrolysis 7 and the back surface of the photoelectric conversion unit 2. You may have an opening on it. Thereby, the electrons and holes formed by the photoelectric conversion unit 2 receiving light can be efficiently separated, and the photoelectric conversion efficiency can be further increased.
Moreover, it is preferable that the insulation part 11 has the corrosion resistance with respect to electrolyte solution, and the liquid shielding property with respect to electrolyte solution. Thereby, generation | occurrence | production of a leakage current can be prevented and corrosion of the photoelectric conversion part 2 by electrolyte solution can be prevented.

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、Al23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(Hydrogen Silsesquioxane)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。 The insulating part 11 can be used regardless of an organic material or an inorganic material. For example, polyamide, polyimide, polyarylene, aromatic vinyl compound, fluorine polymer, acrylic polymer, vinylamide polymer, etc. Examples of organic polymers and inorganic materials include metal oxides such as Al 2 O 3 , SiO 2 such as porous silica films, fluorine-added silicon oxide films (FSG), SiOC, HSQ (Hydrogen Silsesquioxane) films, SiN x , It is possible to use a method of forming a film by dissolving silanol (Si (OH) 4 ) in a solvent such as alcohol and applying and heating.

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。   As a method for forming the insulating portion 11, a film containing a paste containing an insulating material is applied by a screen printing method, an ink jet method, a spin coating method, etc., dried or baked, or a CVD method using a source gas is used. And a method using a PVD method, a vapor deposition method, a sputtering method, a sol-gel method, and the like.

3−7.第2導電部、第3導電部、第4導電部
第2導電部24、第3導電部25は、絶縁部11と第2電解用電極7との間、または、絶縁部11と第1電解用電極8との間に設けることができる。第2導電部24、第3導電部25を設けることにより、光電変換部2が受光することにより生じた起電力を効率よく第1電解用電極8または第2電解用電極7に出力することができ、オーミックロスを低減することができる。第2導電部24、第3導電部25は、例えば、図12〜14に示すように設けることができる。
第2導電部24、第3導電部25は、電解液に対する耐食性および電解液に対する遮液性を有することが好ましい。このことにより、オーミック抵抗の上昇を防止することができ、また、電解液による光電変換部2の腐食を防止することができる。
第4導電部33は、図12、14のように光電変換層を直列接続するように設けることができる。
3-7. Second conductive part, third conductive part, fourth conductive part The second conductive part 24 and the third conductive part 25 are provided between the insulating part 11 and the second electrolysis electrode 7 or between the insulating part 11 and the first electrolytic part. It can be provided between the electrodes 8 for use. By providing the second conductive portion 24 and the third conductive portion 25, the electromotive force generated by the photoelectric conversion portion 2 receiving light can be efficiently output to the first electrolysis electrode 8 or the second electrolysis electrode 7. It is possible to reduce ohmic cross. The 2nd conductive part 24 and the 3rd conductive part 25 can be provided as shown in Drawings 12-14, for example.
The second conductive part 24 and the third conductive part 25 preferably have corrosion resistance against the electrolytic solution and liquid shielding properties against the electrolytic solution. Thereby, an increase in ohmic resistance can be prevented, and corrosion of the photoelectric conversion unit 2 due to the electrolytic solution can be prevented.
The 4th electroconductive part 33 can be provided so that a photoelectric converting layer may be connected in series like FIG.

第2導電部24、第3導電部25または第4導電部33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。 The second conductive portion 24, the third conductive portion 25, or the fourth conductive portion 33 is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, the second conductive portion 24, the third conductive portion 25, or the fourth conductive portion 33 is a metal thin film. is there. These can be formed by, for example, sputtering. Further, for example, a transparent conductive film such as In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O, and SnO 2 is used.

3−8.第1電解用電極、第2電解用電極
第1電解用電極8および第2電解用電極7は、光電変換部2の裏面上にそれぞれ設けられる。また、第1電解用電極8および第2電解用電極7は、光電変換部2の裏面側の面とその裏面であり電解液に接触可能な面とをそれぞれ有することができる。このことにより、第1電解用電極8および第2電解用電極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1電解用電極8および第2電解用電極7は、電解液と接触するとき、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を利用して電解液を電気分解しそれぞれ第1気体および第2気体を発生させることができるように設けられる。例えば、光電変換部2が受光することにより受光面とその裏面との間に起電力が生じる場合、図6、12のように、第1電解用電極8は、光電変換部2の裏面と電気的に接続することができ、第2電解用電極7は、光電変換部2の受光面と電気的に接続することができる。また、光電変換部2が受光することによりその裏面の第1区域と第2区域との間に起電力が生じる場合、図13、14のように第1電解用電極8は第1区域と第2区域のうちどちらか一方と電気的に接続し、第2電解用電極7は第1区域と第2区域のうち他方と電気的に接続することができる。
3-8. First Electrolysis Electrode, Second Electrolysis Electrode The first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 are respectively provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2. Moreover, the electrode 8 for 1st electrolysis and the electrode 7 for 2nd electrolysis can each have the surface of the back surface side of the photoelectric conversion part 2, and the surface which is the back surface and can contact electrolyte solution. Thus, the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 do not block light incident on the photoelectric conversion unit 2.
In addition, when the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 are in contact with the electrolytic solution, the electrolysis solution is electrolyzed by using the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light, and the first gas is obtained. And the second gas can be generated. For example, when an electromotive force is generated between the light receiving surface and the back surface when the photoelectric conversion unit 2 receives light, the first electrolysis electrode 8 is electrically connected to the back surface of the photoelectric conversion unit 2 as shown in FIGS. The second electrolysis electrode 7 can be electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2. Further, when an electromotive force is generated between the first area and the second area on the back surface when the photoelectric conversion unit 2 receives light, the first electrolysis electrode 8 is connected to the first area and the second area as shown in FIGS. The second electrolysis electrode 7 can be electrically connected to the other of the first area and the second area.

図9、10のように第1電解用電極8が光電変換部2の裏面または第2電極5と接触していない場合、第1電解用電極8は、切換部29を介して光電変換部2の裏面と電気的に接続することができる。また、図8、10のような場合、第2電解用電極7は、光電変換部2の受光面と切換部29を介して電気的に接続することができる。   9 and 10, when the first electrolysis electrode 8 is not in contact with the back surface of the photoelectric conversion unit 2 or the second electrode 5, the first electrolysis electrode 8 is connected to the photoelectric conversion unit 2 via the switching unit 29. It can be electrically connected to the back surface of. 8 and 10, the second electrolysis electrode 7 can be electrically connected to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 via the switching unit 29.

第1電解用電極8および第2電解用電極7は、少なくとも一方が複数であってもよく、それぞれ帯状の電解液に接触可能な面を有してもよく、その面の長辺が隣接するように交互に設けられてもよい。このように、第1電解用電極8および第2電解用電極7を設けることにより、第1気体が発生する反応が生じる部分と、第2気体が発生する反応が生じる部分との間の距離を短くすることができ、電解液中で生じるイオン濃度の不均衡をより少なくすることができる。また、電解液に接触可能な面を帯状とすることにより、第1気体および第2気体を容易に回収することができる。
第1電解用電極8および第2電解用電極7は、電解液に対する耐食性および電解液に対する遮液性を有することが好ましい。このことにより、安定して第1気体および第2気体を発生させることができ、また、電解液による光電変換部2の腐食を防止することができる。例えば、第1電解用電極8および第2電解用電極7に電解液に対する耐食性を有する金属板または金属膜を用いることができる。
At least one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 may be plural, and each may have a surface that can contact the strip-shaped electrolyte solution, and the long sides of the surfaces are adjacent to each other. Alternatively, they may be provided alternately. In this way, by providing the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7, the distance between the portion where the reaction generating the first gas occurs and the portion where the reaction generating the second gas occurs is increased. It can be shortened, and the ion concentration imbalance generated in the electrolyte can be reduced. Moreover, the 1st gas and 2nd gas can be collect | recovered easily by making the surface which can contact electrolyte solution into strip | belt shape.
The first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 preferably have corrosion resistance to the electrolytic solution and liquid shielding properties to the electrolytic solution. Thereby, the first gas and the second gas can be stably generated, and corrosion of the photoelectric conversion unit 2 due to the electrolytic solution can be prevented. For example, a metal plate or a metal film having corrosion resistance against the electrolytic solution can be used for the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.

また、第1電解用電極8および第2電解用電極7のうち少なくとも一方は、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することが好ましい。このような構成によれば、光電変換部2で生じる起電力により、より効率的に第1気体または第2気体を発生させることができる。
また、第1電解用電極8および第2電解用電極7のうち少なくとも一方は、触媒が担持された多孔質の導電体であることが好ましい。このような構成によれば、第1電解用電極8および第2電解用電極7のうち少なくとも一方の触媒表面積を大きくすることができ、より効率的に第1気体または第2気体を発生させることができる。また、多孔質の導電体を用いることにより、光電変換部2と触媒との間の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、より効率的に第1気体または第2気体を発生させることができる。また、この場合、第1電解用電極8または第2電解用電極7を電解液に対する遮液性を有する部分と多孔質からなる部分の二層構造とすることもできる。
第1電解用電極8および第2電解用電極7のうち、一方は水素発生部であってもよく、他方が酸素発生部であってもよい。この場合、第1気体および第2気体のうち一方は水素ガスであり、他方は酸素ガスである。
Moreover, it is preferable that at least one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 has a catalyst surface area larger than the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2. According to such a configuration, the first gas or the second gas can be generated more efficiently by the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2.
In addition, at least one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 is preferably a porous conductor carrying a catalyst. According to such a configuration, the surface area of at least one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 can be increased, and the first gas or the second gas can be generated more efficiently. Can do. Further, by using a porous conductor, it is possible to suppress a change in potential due to a current flowing between the photoelectric conversion unit 2 and the catalyst, and to generate the first gas or the second gas more efficiently. Can be made. In this case, the first electrolysis electrode 8 or the second electrolysis electrode 7 can also have a two-layer structure of a portion having a liquid shielding property against the electrolytic solution and a porous portion.
One of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 may be a hydrogen generation unit, and the other may be an oxygen generation unit. In this case, one of the first gas and the second gas is hydrogen gas, and the other is oxygen gas.

3−9.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電解用電極8および第2電解用電極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。さらに、水素発生部は、水素発生触媒を含んでよく、水素発生触媒は、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。このような構成によれば、光電変換部2で生じる起電力により、より速い反応速度で水素ガスを発生させることができる。
3-9. Hydrogen generating part The hydrogen generating part is a part for generating H 2 from the electrolytic solution, and is one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.
Further, the hydrogen generation unit may include a catalyst for a reaction in which H 2 is generated from the electrolytic solution. Thereby, the reaction rate of the reaction in which H 2 is generated from the electrolytic solution can be increased. The hydrogen generation part may consist only of a catalyst for the reaction in which H 2 is generated from the electrolytic solution, or this catalyst may be supported on a support. Further, the hydrogen generation unit may have a catalyst surface area larger than the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2. Thereby, the reaction in which H 2 is generated from the electrolytic solution can be set to a faster reaction rate. The hydrogen generation part may be a porous conductor carrying a catalyst. This can increase the catalyst surface area. In addition, a change in potential due to a current flowing between the light receiving surface or the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the catalyst included in the hydrogen generation unit can be suppressed. Furthermore, the hydrogen generation unit may include a hydrogen generation catalyst, and the hydrogen generation catalyst may include at least one of Pt, Ir, Ru, Pd, Rh, Au, Fe, Ni, and Se. According to such a configuration, hydrogen gas can be generated at a higher reaction rate by the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2.

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。 The catalyst for the reaction of generating H 2 from the electrolyte (hydrogen generation catalyst) is a catalyst that promotes the conversion of two protons and two electrons into one molecule of hydrogen, is chemically stable, and generates hydrogen overvoltage. Can be used. For example, platinum group metals such as Pt, Ir, Ru, Pd, Rh, and Au, which have catalytic activity for hydrogen, and alloys or compounds thereof, Fe, Ni, and Se that constitute the active center of hydrogenase that is a hydrogen-producing enzyme. An alloy or a compound, a combination thereof, or the like can be preferably used. Among them, a nanostructure containing Pt and Pt has a small hydrogen generation overvoltage and can be suitably used. Materials such as CdS, CdSe, ZnS, and ZrO 2 whose hydrogen generation reaction is confirmed by light irradiation can also be used.

水素発生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。
The hydrogen generating catalyst can be supported on the conductor. Examples of the conductor carrying the catalyst include metal materials, carbonaceous materials, and conductive inorganic materials.
As the metal material, a material having electronic conductivity and resistance to corrosion in an acidic atmosphere is preferable. Specifically, noble metals such as Au, Pt, Pd, metals such as Ti, Ta, W, Nb, Ni, Al, Cr, Ag, Cu, Zn, Su, Si, and nitrides and carbides of these metals, Examples of the alloy include stainless steel, Cu—Cr, Ni—Cr, and Ti—Pt. It is more preferable that the metal material contains at least one element selected from the group consisting of Pt, Ti, Au, Ag, Cu, Ni, and W from the viewpoint that there are few other chemical side reactions. These metal materials have a relatively small electric resistance, and can suppress a decrease in voltage even when a current is extracted in the surface direction. Further, when using a metal material having poor corrosion resistance in an acidic atmosphere such as Cu, Ag, Zn, etc., noble metals and metals having corrosion resistance such as Au, Pt, Pd, carbon, graphite, glassy carbon, A metal surface having poor corrosion resistance may be coated with a conductive polymer, a conductive nitride, a conductive carbide, a conductive oxide, or the like.

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。   As the carbonaceous material, a chemically stable and conductive material is preferable. Examples thereof include carbon powders and carbon fibers such as acetylene black, vulcan, ketjen black, furnace black, VGCF, carbon nanotube, carbon nanohorn, and fullerene.

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。 Examples of the inorganic material having conductivity include In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O, SnO 2 , and antimony oxide-doped tin oxide. .

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。   In addition, examples of the conductive polymer include polyacetylene, polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, and the like, and examples of the conductive nitride include carbon nitride, silicon nitride, gallium nitride, indium nitride, and nitride. Germanium, titanium nitride, zirconium nitride, thallium nitride, etc. are listed, and conductive carbides include tantalum carbide, silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, molybdenum carbide, niobium carbide, iron carbide, nickel carbide, hafnium carbide, tungsten carbide. , Vanadium carbide, chromium carbide, and the like. Examples of the conductive oxide include tin oxide, indium tin oxide (ITO), and antimony oxide-doped tin oxide.

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。   The structure of the conductor supporting the hydrogen generation catalyst includes a plate shape, a foil shape, a rod shape, a mesh shape, a lath plate shape, a porous plate shape, a porous rod shape, a woven fabric shape, a nonwoven fabric shape, a fiber shape, and a felt shape. It can be used suitably. Further, a grooved conductor in which the surface of the felt-like electrode is pressure-bonded in a groove shape is preferable because the electric resistance and the flow resistance of the electrode liquid can be reduced.

3−10.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電解用電極8および第2電解用電極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。さらに、酸素発生部は、酸素発生触媒を含んでもよく、酸素発生触媒は、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。このような構成によれば、光電変換部で生じる起電力により、より速い反応速度で酸素ガスを発生させることができる。
3-10. Oxygen generating portion The oxygen generating portion is a portion that generates O 2 from the electrolytic solution, and is one of the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.
Further, the oxygen generation unit may include a catalyst for a reaction in which O 2 is generated from the electrolytic solution. Thereby, the reaction rate of the reaction in which O 2 is generated from the electrolytic solution can be increased. Further, the oxygen generation part may consist only of a catalyst for the reaction that generates O 2 from the electrolytic solution, or the catalyst may be supported on a carrier. Further, the oxygen generation unit may have a catalyst surface area larger than the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2. Thereby, the reaction in which O 2 is generated from the electrolytic solution can be set to a faster reaction rate. The oxygen generation part may be a porous conductor carrying a catalyst. This can increase the catalyst surface area. In addition, a change in potential due to a current flowing between the light receiving surface or the back surface of the photoelectric conversion unit 2 and the catalyst included in the oxygen generation unit can be suppressed. Furthermore, the oxygen generation unit may include an oxygen generation catalyst, and the oxygen generation catalyst may include at least one of Mn, Ca, Zn, Co, and Ir. According to such a configuration, oxygen gas can be generated at a higher reaction rate by the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit.

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。 The catalyst for the reaction of generating O 2 from the electrolyte (oxygen generating catalyst) is a catalyst that promotes the conversion of two water molecules into one molecule of oxygen, four protons, and four electrons, and is chemically stable. In addition, a material having a small oxygen generation overvoltage can be used. For example, oxides or compounds containing Mn, Ca, Zn, Co, which are active centers of Photosystem II, which is an enzyme that catalyzes the reaction of generating oxygen from water using light, and platinum such as Pt, RuO 2 , IrO 2 It is possible to use compounds containing group metals, oxides or compounds containing transition metals such as Ti, Zr, Nb, Ta, W, Ce, Fe, Ni, and combinations of the above materials. Among these, iridium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, and cobalt phosphate can be suitably used because they have low overvoltage and high oxygen generation efficiency.

酸素発生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、「3−9.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。
The oxygen generating catalyst can be supported on the conductor. Examples of the conductor carrying the catalyst include metal materials, carbonaceous materials, and conductive inorganic materials. These explanations apply as long as there is no contradiction in the explanation of the hydrogen generation catalyst described in “3-9. Hydrogen generation section”.
When the catalytic activity of the hydrogen generating catalyst and the oxygen generating catalyst alone is small, a promoter can be used. Examples thereof include oxides or compounds of Ni, Cr, Rh, Mo, Co, and Se.

なお、水素発生触媒、酸素発生触媒の担持方法は、導電体もしく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作製ことが可能である。光電変換部と触媒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、水素及び酸素発生速度を向上させることが可能である。   The method for supporting the hydrogen generating catalyst and the oxygen generating catalyst can be applied directly to a conductor or semiconductor, PVD methods such as vacuum deposition, sputtering, and ion plating, dry coating methods such as CVD, The method can be appropriately changed depending on the material such as an analysis method. A conductive material can be appropriately supported between the photoelectric conversion unit and the catalyst. Also, when the catalytic activity for hydrogen generation and oxygen generation is not sufficient, the reaction surface area is increased by supporting it on porous materials such as metals and carbon, fibrous materials, nanoparticles, etc., and the hydrogen and oxygen generation rates are improved. It is possible to make it.

3−11.背面基板
背面基板14は、第1電解用電極8および第2電解用電極7の上に透光性基板1と対向するように設けることができる。
また、背面基板14は、第1電解用電極8および第2電解用電極7と背面基板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。この空間を電解液室15とすることができ、電解液室15に電解液を導入することにより、第1電解用電極8および第2電解用電極7を電解液に接触させることができる。また、背面基板14に箱状のものを用いる場合、背面基板14は箱体の底の部分であってもよい。
3-11. Back Substrate The back substrate 14 can be provided on the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 so as to face the translucent substrate 1.
The back substrate 14 can be provided such that a space is provided between the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 and the back substrate 14. This space can be used as the electrolytic solution chamber 15, and the first electrolytic electrode 8 and the second electrolytic electrode 7 can be brought into contact with the electrolytic solution by introducing the electrolytic solution into the electrolytic solution chamber 15. Moreover, when using a box-shaped thing for the back substrate 14, the back substrate 14 may be the bottom part of a box.

また、背面基板14は、電解液室15を構成し、生成した第1気体および第2気体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、第1気体および第2気体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。透明な背面基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。   Further, the back substrate 14 is a material that constitutes the electrolyte chamber 15 and confines the generated first gas and second gas, and a highly confidential substance is required. It is not particularly limited whether it is transparent or opaque, but it is preferably a transparent material in that it can be visually confirmed that the first gas and the second gas are generated. . The transparent back substrate is not particularly limited, and examples thereof include a transparent rigid material such as quartz glass, Pyrex (registered trademark), and a synthetic quartz plate, a transparent resin plate, and a transparent resin film. Among them, it is preferable to use a glass material because it is a gas that is not chemically permeable and is chemically and physically stable.

3−12.隔壁
隔壁13は、第1電解用電極8と背面基板14との間の空間である電解液室15および第2電解用電極7と背面基板14との間の空間である電解液室15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電解用電極8および第2電解用電極7で発生させた第1気体および第2気体が混合することを防止することができ、第1気体および第2気体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電解用電極8と背面基板14との間の空間の電解液と第2電解用電極7と背面基板14との間の空間の電解液でアンバランスとなったイオン濃度を一定に保つことができる。
3-12. The partition wall 13 includes an electrolyte chamber 15 that is a space between the first electrolysis electrode 8 and the back substrate 14 and an electrolyte chamber 15 that is a space between the second electrolysis electrode 7 and the back substrate 14. It can be provided so as to partition. As a result, the first gas and the second gas generated by the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7 can be prevented from mixing, and the first gas and the second gas can be separated. It can be recovered.
The partition wall 13 may include an ion exchanger. As a result, the ion concentration that is unbalanced by the electrolytic solution in the space between the first electrolysis electrode 8 and the back substrate 14 and the electrolytic solution in the space between the second electrolysis electrode 7 and the back substrate 14 is reduced. Can be kept constant.

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。
For the partition wall 13, for example, an inorganic film such as porous glass, porous zirconia, or porous alumina or an ion exchanger can be used.
As the ion exchanger, any ion exchanger known in the art can be used, and a proton conductive membrane, a cation exchange membrane, an anion exchange membrane, or the like can be used.
The material of the proton conductive film is not particularly limited as long as it is a material having proton conductivity and electrical insulation, and a polymer film, an inorganic film, or a composite film can be used.

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。   Examples of the polymer membrane include Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, Aciplex (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Co., and Flemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., which are perfluorosulfonic acid electrolyte membranes. Examples thereof include membranes and hydrocarbon electrolyte membranes such as polystyrene sulfonic acid and sulfonated polyether ether ketone.

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。   Examples of the inorganic film include films made of phosphate glass, cesium hydrogen sulfate, polytungstophosphoric acid, ammonium polyphosphate, and the like. Examples of the composite membrane include a membrane made of a sulfonated polyimide polymer, a composite of an inorganic material such as tungstic acid and an organic material such as polyimide, and specifically, Gore Select membrane (registered trademark) or pores manufactured by Gore. Examples thereof include a filling electrolyte membrane. Furthermore, when used in a high temperature environment (for example, 100 ° C. or higher), sulfonated polyimide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS), sulfonated polybenzimidazole, phosphonated polybenzimidazole, sulfuric acid. Examples include cesium hydrogen and ammonium polyphosphate.

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。
The cation exchange membrane may be any solid polymer electrolyte that can move cations. Specifically, fluorine ion exchange membranes such as perfluorocarbon sulfonic acid membranes and perfluorocarbon carboxylic acid membranes, polybenzimidazole membranes impregnated with phosphoric acid, polystyrene sulfonic acid membranes, sulfonated styrene / vinylbenzene copolymers Examples include membranes.
When the anion transport number of the supporting electrolyte solution is high, it is preferable to use an anion exchange membrane. As the anion exchange membrane, a solid polymer electrolyte capable of transferring anions can be used. Specifically, a polyorthophenylenediamine film, a fluorine-based ion exchange film having an ammonium salt derivative group, a vinylbenzene polymer film having an ammonium salt derivative group, a film obtained by aminating a chloromethylstyrene / vinylbenzene copolymer, etc. Can be mentioned.

3−13.シール材
シール材16は、透光性基板1と背面基板14を接着し、水素製造装置23内の電解液および水素製造装置23内で生成した第1気体および第2気体を密閉するための材料である。背面基板14に箱状のものを用いる場合、この箱体と透光性基板1とを接着するためにシール材16が用いられる。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り、ラジカル重合型とカチオン重合型に分けられ、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、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。
3-13. Seal material The seal material 16 is a material for adhering the translucent substrate 1 and the back substrate 14 and sealing the electrolyte in the hydrogen production apparatus 23 and the first gas and the second gas generated in the hydrogen production apparatus 23. It is. When a box-shaped substrate is used for the back substrate 14, a sealing material 16 is used for bonding the box and the translucent substrate 1. As the sealing material 16, for example, an ultraviolet curable adhesive, a thermosetting adhesive, or the like is preferably used, but the type thereof is not limited. The UV curable adhesive is a resin that undergoes polymerization upon irradiation with light having a wavelength of 200 to 400 nm and undergoes a curing reaction within a few seconds after light irradiation, and is divided into a radical polymerization type and a cationic polymerization type. Examples of the polymerization type resin include acrylates, unsaturated polyesters, and examples of the cationic polymerization type include epoxy, oxetane, and vinyl ether. Examples of the thermosetting polymer adhesive include organic resins such as phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, and thermosetting polyimide. The thermosetting polymer adhesive is heated and polymerized in a state where pressure is applied at the time of thermocompression bonding, and then cooled to room temperature while being pressurized. I don't need it. In addition to the organic resin, a hybrid material having high adhesion to the glass substrate can be used. By using a hybrid material, mechanical properties such as elastic modulus and hardness are improved, and heat resistance and chemical resistance are dramatically improved. The hybrid material is composed of inorganic colloidal particles and an organic binder resin. For example, what is comprised from inorganic colloidal particles, such as a silica, and organic binder resin, such as an epoxy resin, a polyurethane acrylate resin, and a polyester acrylate resin, is mentioned.

ここではシール材16と記しているが、透光性基板1と背面基板14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。   Here, the sealing material 16 is described. However, the sealing material 16 is not limited as long as it has a function of adhering the translucent substrate 1 and the back substrate 14, and a member such as a screw is externally used using a resin or metal gasket. It is also possible to appropriately use a method of applying pressure physically to increase confidentiality.

3−14.電解液室
電解液室15は、第1電解用電極8と背面基板14との間の空間および第2電解用電極7と背面基板14との間の空間とすることができる。また、電解液室15は、隔壁13により仕切ることができる。
3-14. Electrolyte Chamber The electrolyte chamber 15 can be a space between the first electrolysis electrode 8 and the back substrate 14 and a space between the second electrolysis electrode 7 and the back substrate 14. Further, the electrolyte chamber 15 can be partitioned by the partition wall 13.

3−15.給水口
給水口18は、水素製造装置23に含まれるシール材16の一部、もしくは背面基板14の一部など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、第1気体及び第2気体へと分解された電解液を補充するために配置され、その配置箇所および形状は、原料となる電解液が効率よく水素製造装置23へ供給されさえすれば、特に限定されるものではない。
3-15. Water Supply Port The water supply port 18 can be provided by making an opening in a part of the sealing material 16 included in the hydrogen production apparatus 23 or a part of the back substrate 14. The water supply port 18 is arranged to replenish the electrolytic solution that has been decomposed into the first gas and the second gas, and the location and shape of the water supply port 18 can even supply the electrolytic solution as a raw material to the hydrogen production device 23 efficiently. If it does, it will not be limited in particular.

3−16.第1気体排出口、第2気体排出口
第1気体排出口20、第2気体排出口19は、第1電解用電極8の端部および第2電解用電極7の端部にそれぞれ近接して設けられる。このことにより、第1気体排出口20から第1気体を回収することができ、第2気体排出口19から第2気体を回収することができる。
3-16. 1st gas exhaust port, 2nd gas exhaust port The 1st gas exhaust port 20 and the 2nd gas exhaust port 19 are adjoining to the edge part of the electrode 8 for 1st electrolysis, and the edge part of the electrode 7 for 2nd electrolysis, respectively. Provided. Thus, the first gas can be recovered from the first gas discharge port 20 and the second gas can be recovered from the second gas discharge port 19.

また、第1気体排出口20は、光電変換部2の受光面を水平面に対して傾斜するように水素製造装置23を設置したとき、第1電解用電極8の電解液に接触可能な面の上端に近接して設けることができる。また、第2気体排出口19は、光電変換部2の受光面を水平面に対して傾斜するように水素製造装置23を設置したとき、第2電解用電極7の電解液に接触可能な面の上端に近接して設けることができる。このことにより、水素製造装置23を光電変換部2の受光面が水平面に対して傾斜するように設置し、前記受光面に太陽光を入射させた場合に、第1電解用電極8で発生させた第1気体を気泡として電解液中を上昇させ第1気体排出口20から回収することができ、第2電解用電極7で発生させた第2気体を気泡として電解液中を上昇させ第2気体排出口19から回収することができる。
第1気体排出口20、第2気体排出口19は、例えば、シール材16に開口を設けることにより形成することができる。また、第1気体排出口20、第2気体排出口19に電解液が流入しないように流入防止弁を設けることもできる。
The first gas outlet 20 is a surface that can contact the electrolyte of the first electrolysis electrode 8 when the hydrogen production device 23 is installed so that the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 is inclined with respect to the horizontal plane. It can be provided close to the upper end. Further, the second gas discharge port 19 is a surface that can contact the electrolytic solution of the second electrolysis electrode 7 when the hydrogen production device 23 is installed so that the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 is inclined with respect to the horizontal plane. It can be provided close to the upper end. Thus, when the hydrogen production device 23 is installed so that the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 is inclined with respect to the horizontal plane, and sunlight is incident on the light receiving surface, the hydrogen generating device 23 is generated at the first electrolysis electrode 8. The first gas can be raised as bubbles in the electrolyte solution and recovered from the first gas discharge port 20, and the second gas generated at the second electrolysis electrode 7 can be raised as bubbles in the electrolyte solution to be second. It can be recovered from the gas outlet 19.
The 1st gas exhaust port 20 and the 2nd gas exhaust port 19 can be formed by providing opening in the sealing material 16, for example. An inflow prevention valve may be provided so that the electrolyte does not flow into the first gas outlet 20 and the second gas outlet 19.

また、第1気体排出口20は、第1気体排出路と導通することができ、第2気体排出口19は第2気体排出路と導通することができる。また、第1気体排出路は、複数の第1気体排出口20と導通することができ、第2気体排出路は、複数の第2気体排出口19と導通することができる。このことにより、水素製造装置23で発生させた第1気体および第2気体を回収することができる。また、第1気体排出路または第2気体排出路は、水素貯蔵部12と接続することができる。このことにより水素製造装置23で発生させた水素ガスを水素貯蔵部12で貯蔵することができる。なお、第1気体排出路および第2気体排出路のうち一方は、水素流路を構成することができ、他方は、空気流路を構成することができる。   Moreover, the 1st gas exhaust port 20 can be connected with a 1st gas exhaust path, and the 2nd gas exhaust port 19 can be connected with a 2nd gas exhaust path. In addition, the first gas discharge path can be connected to the plurality of first gas discharge ports 20, and the second gas discharge path can be connected to the plurality of second gas discharge ports 19. Thereby, the first gas and the second gas generated in the hydrogen production apparatus 23 can be recovered. Further, the first gas discharge path or the second gas discharge path can be connected to the hydrogen storage unit 12. As a result, the hydrogen gas generated by the hydrogen production device 23 can be stored in the hydrogen storage unit 12. One of the first gas discharge path and the second gas discharge path can constitute a hydrogen flow path, and the other can constitute an air flow path.

3−17.電解液
電解液は、第1気体および第2気体の原料となるものであれば特に限定されないが、例えば、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。この場合、電解液から第1気体および第2気体として水素ガスおよび酸素ガスを製造することができる。
3-17. Electrolytic Solution The electrolytic solution is not particularly limited as long as it is a raw material for the first gas and the second gas. For example, the electrolytic solution is an aqueous solution containing an electrolyte, for example, an electrolytic solution containing 0.1 M H 2 SO 4 , 0.1M potassium phosphate buffer. In this case, hydrogen gas and oxygen gas can be produced from the electrolytic solution as the first gas and the second gas.

4.燃料電池部
燃料電池部22は、水素ガスを燃料として発電し起電力を外部出力する。また、燃料電池部22は、電力需要および光電変換部2の光起電力に応じて発電することができる。このことにより、光電変換部2の変動や電力需要の変動により供給電力の不足が生じることを抑制することができる。
図15は、本実施形態の発電システムに含まれる燃料電池部22の概略断面図である。
燃料電池部22は、燃料極51と、空気極52と、燃料極51と空気極52との挟まれた電解質膜53を有することができる。燃料極51に水素ガスを供給し、空気極52に空気または酸素ガスを供給することにより、燃料極51と空気極52との間に起電力を発生させることができる。燃料極51および空気極52は、起電力を外部出力するため外部回路と電気的に接続することができる。燃料極51および空気極52は、切換部29を介して起電力を外部回路に出力することもできる。
4). Fuel Cell Unit The fuel cell unit 22 generates electricity using hydrogen gas as fuel and outputs electromotive force to the outside. Further, the fuel cell unit 22 can generate power according to the power demand and the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2. Thereby, it is possible to suppress a shortage of supply power due to fluctuations in the photoelectric conversion unit 2 and fluctuations in power demand.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the fuel cell unit 22 included in the power generation system of the present embodiment.
The fuel cell unit 22 can include a fuel electrode 51, an air electrode 52, and an electrolyte membrane 53 sandwiched between the fuel electrode 51 and the air electrode 52. By supplying hydrogen gas to the fuel electrode 51 and supplying air or oxygen gas to the air electrode 52, an electromotive force can be generated between the fuel electrode 51 and the air electrode 52. The fuel electrode 51 and the air electrode 52 can be electrically connected to an external circuit in order to output an electromotive force to the outside. The fuel electrode 51 and the air electrode 52 can also output an electromotive force to an external circuit via the switching unit 29.

また、電解質膜53は、湿潤した状態でイオン導電性を示す電解質膜であってもよい。また、電解質膜53は、イオン導電種をH+とするものであってもよく、OH-とするものであってもよい。
燃料電池部22は、例えば、固体高分子形燃料電池とすることができる。この場合、電解質膜53は、固体高分子膜とすることができ、電解質膜53、燃料極51および空気極52は、膜電極接合体(MEA)を構成することができる。
電解質膜53としては、例えば、パーフルオロスルホン酸基ポリマーを含む電解質膜とすることができる。このような電解質膜53は、水分を含まなければイオン導電性は示さないため、電解質膜53に水分を供給する必要がある。また、このようなイオン導電性を示すために水分が必要な電解質膜53は、適度な湿潤状態を維持する必要があり、燃料電池部22に水分を適切に供給する必要がある。燃料電池部22に供給する水分量が多すぎると、電解質膜53の含水率が高くなり電解質膜53の機械的強度が低下する場合や燃料極51内または空気極52内の細孔がふさがれ反応ガスの拡散を低下しセル電圧を低下させる場合(フラディング現象)などがある。また、燃料電池部22に供給する水分量が少なすぎると、電解質膜53のイオン伝導率が低下し、セル電圧が低下する場合がある。従って、電解質膜53が適度な湿潤状態で維持されるように燃料電池部22に水分を供給する必要がある。
The electrolyte membrane 53 may be an electrolyte membrane that exhibits ionic conductivity in a wet state. Further, the electrolyte membrane 53 may be one in which the ion conductive species is H + or OH .
The fuel cell unit 22 may be a polymer electrolyte fuel cell, for example. In this case, the electrolyte membrane 53 can be a solid polymer membrane, and the electrolyte membrane 53, the fuel electrode 51, and the air electrode 52 can constitute a membrane electrode assembly (MEA).
As the electrolyte membrane 53, for example, an electrolyte membrane containing a perfluorosulfonic acid group polymer can be used. Since such an electrolyte membrane 53 does not exhibit ionic conductivity unless it contains moisture, it is necessary to supply moisture to the electrolyte membrane 53. In addition, the electrolyte membrane 53 that needs moisture in order to exhibit such ionic conductivity needs to maintain an appropriate wet state, and it is necessary to supply moisture to the fuel cell unit 22 appropriately. If the amount of water supplied to the fuel cell unit 22 is too large, the moisture content of the electrolyte membrane 53 increases and the mechanical strength of the electrolyte membrane 53 decreases, or the pores in the fuel electrode 51 or the air electrode 52 are blocked. There are cases where the diffusion of the reaction gas is reduced to reduce the cell voltage (flooding phenomenon). In addition, if the amount of water supplied to the fuel cell unit 22 is too small, the ionic conductivity of the electrolyte membrane 53 may decrease, and the cell voltage may decrease. Therefore, it is necessary to supply moisture to the fuel cell unit 22 so that the electrolyte membrane 53 is maintained in a moderately wet state.

燃料電池部22に水分を供給する方法として、燃料である水素ガスを加湿して燃料極51に供給する方法がある。また、空気極52に供給する空気(または酸素ガス)を加湿してもよい。この方法によれば、水素ガス、空気(酸素ガス)の湿度を制御することにより燃料電池部22に供給する水分量を制御することができ、燃料電池部22に水分を適切に供給することができる。
燃料電池部22に供給する水素ガス、空気(酸素ガス)には、調湿部10により加湿できる。調湿部10による水素ガス、空気(酸素ガス)の加湿については後述する。
As a method of supplying moisture to the fuel cell unit 22, there is a method of humidifying and supplying hydrogen gas as fuel to the fuel electrode 51. Further, the air (or oxygen gas) supplied to the air electrode 52 may be humidified. According to this method, the amount of water supplied to the fuel cell unit 22 can be controlled by controlling the humidity of hydrogen gas and air (oxygen gas), and water can be appropriately supplied to the fuel cell unit 22. it can.
The hydrogen gas and air (oxygen gas) supplied to the fuel cell unit 22 can be humidified by the humidity control unit 10. The humidification of hydrogen gas and air (oxygen gas) by the humidity control unit 10 will be described later.

燃料電池部22は、発電するためには一定の温度以上である必要がある。例えば、燃料電池部22が固体高分子形燃料電池である場合、その作動温度は、60〜100℃である。従って、特に燃料電池部22の起動時において、迅速に燃料電池部22を作動温度に昇温する必要がある。なお、燃料電池部22は、燃料電池部22を昇温するために加熱部を有することができる。
また、燃料電池部22が発電を開始した後は、水素ガスなどが燃料極51、空気極52で化学反応することにより反応熱が生じるため、燃料電池部22を冷却する必要がある。このため、燃料電池部22は、ラジエターなどの冷却器を備えることができる。
The fuel cell unit 22 needs to be at a certain temperature or higher in order to generate power. For example, when the fuel cell unit 22 is a polymer electrolyte fuel cell, the operating temperature is 60 to 100 ° C. Therefore, particularly when the fuel cell unit 22 is started, it is necessary to quickly raise the fuel cell unit 22 to the operating temperature. In addition, the fuel cell unit 22 can have a heating unit to raise the temperature of the fuel cell unit 22.
In addition, after the fuel cell unit 22 starts power generation, hydrogen gas or the like chemically reacts with the fuel electrode 51 and the air electrode 52 to generate reaction heat, and thus the fuel cell unit 22 needs to be cooled. For this reason, the fuel cell unit 22 can include a cooler such as a radiator.

従って、燃料電池部22による発電を迅速に開始するためには、燃料電池部22を迅速に作動温度に昇温することと、電解質膜53が適度な湿潤状態で維持されるように燃料電池部22に水分を迅速に供給することと、燃料極51に水素ガスを供給し空気極52に空気(酸素ガス)を供給することが必要である。
なお、燃料電池部22は、燃料電池発電準備モードとすることができる。具体的には、制御部17からの信号により、燃料電池部22を作動温度以下の所定の温度に昇温することができる。このことにより、燃料電池部22の発電電力を外部出力したいときに燃料電池部22を迅速に作動温度とすることができ、燃料電池部22の発電電力を迅速に外部術力することができる。また、燃料電池部22と共に調湿部10も燃料電池準備モードとすることができる。
Therefore, in order to quickly start the power generation by the fuel cell unit 22, the fuel cell unit 22 is quickly heated to the operating temperature and the fuel cell unit 53 is maintained in a moderately wet state. It is necessary to quickly supply moisture to 22, supply hydrogen gas to the fuel electrode 51, and supply air (oxygen gas) to the air electrode 52.
The fuel cell unit 22 can be set to the fuel cell power generation preparation mode. Specifically, the fuel cell unit 22 can be raised to a predetermined temperature that is equal to or lower than the operating temperature by a signal from the control unit 17. As a result, when it is desired to output the generated power of the fuel cell unit 22 to the outside, the fuel cell unit 22 can be quickly brought to the operating temperature, and the generated power of the fuel cell unit 22 can be quickly externally manipulated. In addition, the humidity control unit 10 can be set in the fuel cell preparation mode together with the fuel cell unit 22.

燃料電池部22の燃料極51に供給する水素ガスは、水素貯蔵部12に貯蔵した水素ガスであってもよく、水素ボンベから供給される水素ガスであってもよい。また、メタノールやガソリンや都市ガスを改質することにより発生させた水素ガスであってもよい。
また、燃料電池部22の空気極52に供給する空気(酸素ガス)は、空気圧縮機から供給される空気または酸素ガスであってもよく、ボンベから供給される空気または酸素ガスであってもよく、外気から取り込んだ空気であってもよい。
また、燃料電池部22は、図1のように信号線により制御部17と接続してもよく、制御部17の信号により制御されてもよい。また、燃料電池部22と制御部17は、無線により信号の送受信ができるように設けられてもよい。
さらに燃料電池部22は、制御部17から入力される情報により電力負荷追従運転できるように設けられてもよい。
The hydrogen gas supplied to the fuel electrode 51 of the fuel cell unit 22 may be hydrogen gas stored in the hydrogen storage unit 12 or hydrogen gas supplied from a hydrogen cylinder. Alternatively, hydrogen gas generated by reforming methanol, gasoline, or city gas may be used.
The air (oxygen gas) supplied to the air electrode 52 of the fuel cell unit 22 may be air or oxygen gas supplied from an air compressor, or may be air or oxygen gas supplied from a cylinder. Well, it may be air taken from outside air.
The fuel cell unit 22 may be connected to the control unit 17 through a signal line as shown in FIG. 1 or may be controlled by a signal from the control unit 17. Further, the fuel cell unit 22 and the control unit 17 may be provided so that signals can be transmitted and received wirelessly.
Furthermore, the fuel cell unit 22 may be provided so as to be able to perform a power load following operation based on information input from the control unit 17.

5.切換部
切換部29は例えば図3または図4のような電気回路を有することができる。また、図16〜18は、それぞれ本実施形態の発電システムの概略回路図である。なお、図面では1つの切換部29を示しているが、複数の切換部29からなってもよい。
切換部29は、光電変換部2の光起電力を水電解部21に出力する回路と、光電変換部2の光起電力を第1外部回路に出力する回路とを切り換えることができるように設けられる。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第1外部回路へ電力として供給でき、また、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を用いて水を電気分解し水素ガスを製造することができる。
5. Switching Unit The switching unit 29 can have an electric circuit as shown in FIG. 3 or FIG. Moreover, FIGS. 16-18 is a schematic circuit diagram of the electric power generation system of this embodiment, respectively. In addition, although one switching part 29 is shown in drawing, you may consist of a several switching part 29. FIG.
The switching unit 29 is provided so as to switch between a circuit that outputs the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 to the water electrolysis unit 21 and a circuit that outputs the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 to the first external circuit. It is done. As a result, the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light can be supplied as power to the first external circuit, and water is electrolyzed using the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light to generate hydrogen. Gas can be produced.

また、切換部29は、第2外部回路と電気的に接続することができ、かつ、第2外部回路から入力される起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力し電解液から水素ガスおよび酸素ガスを発生させる回路に切り換えることができる。このことにより、第2外部回路から入力される起電力を利用して、電解液から水素ガスおよび酸素ガスを製造することができる。例えば、深夜電力を用いて水素ガスを製造することができる。切換部29が第2外部回路と電気的に接続する方法は特に限定されないが、例えば、切換部29が入力端子を備え、入力端子を介して第2外部回路と電気的に接続してもよい。
また、切換部29は、図1のように信号線により制御部17と接続してもよく、制御部17の信号により制御されてもよい。また、切換部29と制御部17は、無線により信号の送受信ができるように設けられてもよい。
The switching unit 29 can be electrically connected to the second external circuit, and outputs an electromotive force input from the second external circuit to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. It is possible to switch to a circuit that generates hydrogen gas and oxygen gas from the electrolyte. Thus, hydrogen gas and oxygen gas can be produced from the electrolyte using the electromotive force input from the second external circuit. For example, hydrogen gas can be produced using midnight power. The method for electrically connecting the switching unit 29 to the second external circuit is not particularly limited. For example, the switching unit 29 may include an input terminal and be electrically connected to the second external circuit via the input terminal. .
The switching unit 29 may be connected to the control unit 17 through a signal line as shown in FIG. The switching unit 29 and the control unit 17 may be provided so that signals can be transmitted and received wirelessly.

例えば、水素製造装置23が図10のような断面を有し、発電システムが図3のような電気回路を有する場合、例えば、SW(スイッチ)1、SW2がON状態であり、SW3、SW4がOFF状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力することができる。また、この場合で燃料電池部22により発電する場合、SW7、SW8をON状態とすることにより、光電変換部2の光起電力と燃料電池部22の発電電力の両方を第1外部回路に出力することができる。
また、SW1、SW2、SW5、SW6がOFF状態であり、SW3、SW4がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8と第2電解用電極7に出力することができる。
また、例えば、SW3、SW4がOFF状態であり、SW5、SW6がON状態である場合、第2外部回路から入力される起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。また、SW1、SW2がOFF状態であり、SW3、SW4、SW5、SW6がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力および第2外部回路から入力される起電力の両方を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。
For example, when the hydrogen production apparatus 23 has a cross section as shown in FIG. 10 and the power generation system has an electric circuit as shown in FIG. 3, for example, SW (switch) 1 and SW2 are in an ON state, and SW3 and SW4 are In the OFF state, the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light can be output to the first external circuit. In this case, when power is generated by the fuel cell unit 22, both the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 and the generated power of the fuel cell unit 22 are output to the first external circuit by turning SW7 and SW8 to the ON state. can do.
Further, when SW1, SW2, SW5, and SW6 are in the OFF state and SW3 and SW4 are in the ON state, the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light is used as the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode. 7 can be output.
For example, when SW3 and SW4 are in an OFF state and SW5 and SW6 are in an ON state, an electromotive force input from the second external circuit is output to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. be able to. When SW1 and SW2 are in the OFF state and SW3, SW4, SW5, and SW6 are in the ON state, both the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light and the electromotive force input from the second external circuit Can be output to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.

また、発電システムが複数の光電変換部2を有する場合、例えば、水素製造装置23と太陽電池パネルとの両方を備える場合であって、発電システムが図4のような電気回路を有する場合、SW1、SW2、SW11、SW12をON状態であり、SW3、SW4、SW9、SW10がOFF状態である場合、複数の光電変換部2の光起電力を第1外部回路に出力することができる。なお、図4では、発電システムが2つの光電変換部2を有する場合についての回路図であるが、発電システムは3つ以上の光電変換部2を有することもできる。例えば、発電システムは、水素製造装置32と複数の太陽電池パネルを備える場合である。
また、SW3、SW4、SW9、SW10がON状態であり、SW1、SW2、SW11、SW12をOFF状態である場合、複数の光電変換部2の光起電力を水電解部21に出力することができる。
また、SW3、SW4、SW11、SW12がON状態であり、SW1、SW2、SW9、SW10がOFF状態の場合、一方の光電変換部2の光起電力を第1外部回路に出力することができ、他方の光電変換部2の光起電力を水電解部21に出力することができる。
Further, when the power generation system includes a plurality of photoelectric conversion units 2, for example, when both the hydrogen production device 23 and the solar battery panel are provided and the power generation system includes an electric circuit as illustrated in FIG. , SW2, SW11, and SW12 are in the ON state and SW3, SW4, SW9, and SW10 are in the OFF state, the photovoltaic power of the plurality of photoelectric conversion units 2 can be output to the first external circuit. 4 is a circuit diagram in the case where the power generation system includes two photoelectric conversion units 2, the power generation system may include three or more photoelectric conversion units 2. For example, the power generation system includes a hydrogen production device 32 and a plurality of solar battery panels.
Further, when SW3, SW4, SW9, and SW10 are in the ON state and SW1, SW2, SW11, and SW12 are in the OFF state, the photovoltaic power of the plurality of photoelectric conversion units 2 can be output to the water electrolysis unit 21. .
Further, when SW3, SW4, SW11, SW12 are in the ON state and SW1, SW2, SW9, SW10 are in the OFF state, the photovoltaic power of one photoelectric conversion unit 2 can be output to the first external circuit, The photovoltaic power of the other photoelectric conversion unit 2 can be output to the water electrolysis unit 21.

例えば、水素製造装置23が図8のような断面を有し、発電システムが図16のような電気回路を有する場合、例えば、SW1、SW2がON状態であり、SW3、SW4がOFF状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力することができる。また、この場合で燃料電池部22により発電する場合、SW7、SW8をON状態とすることにより、光電変換部2の光起電力と燃料電池部22の発電電力の両方を第1外部回路に出力することができる。また、SW1、SW2、SW3、SW5がOFF状態であり、SW4がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8と第2電解用電極7に出力することができる。
また、例えば、SW1、SW2、SW4がOFF状態であり、SW3、SW5がON状態である場合、第2外部回路から入力される起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。また、SW1、SW2がOFF状態であり、SW3、SW4、SW5がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力および第2外部回路から入力される起電力の両方を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。
For example, when the hydrogen production apparatus 23 has a cross section as shown in FIG. 8 and the power generation system has an electric circuit as shown in FIG. 16, for example, SW1 and SW2 are in an ON state, and SW3 and SW4 are in an OFF state. In this case, the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light can be output to the first external circuit. In this case, when power is generated by the fuel cell unit 22, both the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 and the generated power of the fuel cell unit 22 are output to the first external circuit by turning SW7 and SW8 to the ON state. can do. Further, when SW1, SW2, SW3, and SW5 are in the OFF state and SW4 is in the ON state, the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light is applied to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Can be output.
For example, when SW1, SW2, and SW4 are in an OFF state and SW3 and SW5 are in an ON state, an electromotive force input from the second external circuit is applied to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Can be output. When SW1 and SW2 are in the OFF state and SW3, SW4 and SW5 are in the ON state, both the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light and the electromotive force input from the second external circuit are It can output to the electrode 8 for 1 electrolysis and the electrode 7 for 2nd electrolysis.

例えば、水素製造装置23が図9のような断面を有し、発電システムが図17のような電気回路を有する場合、例えば、SW1、SW2がON状態であり、SW3、SW4がOFF状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力することができる。また、この場合で燃料電池部22により発電する場合、SW7、SW8をON状態とすることにより、光電変換部2の光起電力と燃料電池部22の発電電力の両方を第1外部回路に出力することができる。また、SW1、SW2、SW3、SW5がOFF状態であり、SW4がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8と第2電解用電極7に出力することができる。
また、例えば、SW1、SW2、SW4がOFF状態であり、SW3、SW5がON状態である場合、第2外部回路から入力される起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。また、SW1、SW2がOFF状態であり、SW3、SW4、SW5がON状態である場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力および第2外部回路から入力される起電力の両方を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。
For example, when the hydrogen production apparatus 23 has a cross section as shown in FIG. 9 and the power generation system has an electric circuit as shown in FIG. In this case, the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light can be output to the first external circuit. In this case, when power is generated by the fuel cell unit 22, both the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 and the generated power of the fuel cell unit 22 are output to the first external circuit by turning SW7 and SW8 to the ON state. can do. Further, when SW1, SW2, SW3, and SW5 are in the OFF state and SW4 is in the ON state, the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light is applied to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Can be output.
For example, when SW1, SW2, and SW4 are in an OFF state and SW3 and SW5 are in an ON state, an electromotive force input from the second external circuit is applied to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Can be output. When SW1 and SW2 are in the OFF state and SW3, SW4 and SW5 are in the ON state, both the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light and the electromotive force input from the second external circuit are It can output to the electrode 8 for 1 electrolysis and the electrode 7 for 2nd electrolysis.

例えば、水素製造装置23が図6、11〜14のような断面を有し、発電システムが図18のような電気回路を有する場合、例えば、SW1、SW2がON状態であり、SW3、SW4がOFF状態である場合であって、光電変換部が受光することにより生じる起電力が電解液の電解電圧に達しない場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1外部回路へ出力することができる。また、この場合で燃料電池部22により発電する場合、SW7、SW8をON状態とすることにより、光電変換部2の光起電力と燃料電池部22の発電電力の両方を第1外部回路に出力することができる。
また、SW1、SW2、SW3、SW4がOFF状態である場合であって、光電変換部2が受光することにより生じる起電力が電解液の電解電圧に達する場合、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7へ出力することができる。従って、図18のような電気回路を有する場合でも、切換部29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第1外部回路へ出力させる回路と、光電変換部2が受光することにより生じる起電力を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力させる回路とを切り換えることができる。
また、SW3、SW4がON状態であり、SW1,SW2がOFF状態の場合、第2外部回路から入力される起電力、または第2外部回路から入力される起電力と光電変換部2が受光することにより生じる起電力の両方を第1電解用電極8および第2電解用電極7に出力することができる。
For example, when the hydrogen production apparatus 23 has a cross section as shown in FIGS. 6 and 11 and the power generation system has an electric circuit as shown in FIG. 18, for example, SW1 and SW2 are in an ON state, and SW3 and SW4 are When the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light does not reach the electrolytic voltage of the electrolytic solution in the OFF state, the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light is output to the first external circuit. can do. In this case, when power is generated by the fuel cell unit 22, both the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 and the generated power of the fuel cell unit 22 are output to the first external circuit by turning SW7 and SW8 to the ON state. can do.
Further, when SW1, SW2, SW3, and SW4 are in the OFF state, and the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light reaches the electrolytic voltage of the electrolytic solution, the photoelectric conversion unit 2 receives the light. The generated electromotive force can be output to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7. Therefore, even when the electric circuit as shown in FIG. 18 is provided, the switching unit 29 causes the photoelectric conversion unit 2 to receive the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit 2 receiving light and the photoelectric conversion unit 2 to receive light. It is possible to switch between the circuit that outputs the electromotive force generated by the above to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.
When SW3 and SW4 are in the ON state and SW1 and SW2 are in the OFF state, the electromotive force input from the second external circuit or the electromotive force input from the second external circuit and the photoelectric conversion unit 2 receive light. Both the electromotive forces generated by this can be output to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.

また、切換部29は、制御部12からの情報を入力することができ、入力した情報に基づき回路の切換を行うことができる。このことにより、切換部29は、制御部12が選択した回路に切り換えることができる。
また、切換部29は、光電変換部2が受光することにより生じる起電力の大きさに基づき回路の切換を行うこともできる。このことにより、第1外部回路に出力する電力が光電変換部2で生じている場合、第1外部回路に光電変換部2で生じた起電力を出力することができ、第1外部回路に出力する電力が光電変換部2で生じていない場合、第1電解用電極8および第2電解用電極7に光電変換部2で生じた起電力を出力することができる。
さらに切換部29は、第2外部回路の起電力の大きさに基づき回路の切換を行うこともできる。このことにより、第2外部回路が供給する電力が電気需要より大きくなっている場合、第2外部回路が供給する電力を利用して第1気体および第2気体を製造することができる。
The switching unit 29 can input information from the control unit 12, and can switch circuits based on the input information. Thereby, the switching unit 29 can switch to the circuit selected by the control unit 12.
The switching unit 29 can also switch circuits based on the magnitude of the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit 2 receives light. As a result, when the electric power output to the first external circuit is generated in the photoelectric conversion unit 2, the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2 can be output to the first external circuit and output to the first external circuit. When the power to be generated is not generated in the photoelectric conversion unit 2, the electromotive force generated in the photoelectric conversion unit 2 can be output to the first electrolysis electrode 8 and the second electrolysis electrode 7.
Furthermore, the switching unit 29 can also switch circuits based on the magnitude of the electromotive force of the second external circuit. Thereby, when the electric power supplied from the second external circuit is larger than the electric demand, the first gas and the second gas can be produced using the electric power supplied from the second external circuit.

6.調湿部
調湿部10は、燃料電池部22に供給する水素ガスまたは空気(酸素ガス)の湿度を調節する部分である。また、調湿部10は、水電解部21により発生させ、水素貯蔵部12に貯蔵する水素ガスを除湿する部分であってもよい。
調湿部10は、加湿部48または除湿部49を有することができる。また、調湿部10は、加湿部48と除湿部49の両方を有することもできる。また、離れて設けられた加湿部48と除湿部49からなってもよい。また、調湿部10は、水素流路の経路内および空気(酸素ガス)流路の経路内にそれぞれ設けられてもよい。
調湿部10は、燃料電池部22の燃料となる水素ガスの湿度および水素貯蔵部12に貯蔵する水素ガスの湿度を調節するように設けることができる。このことにより、加湿された水素ガスを燃料電池部22の燃料極51に供給することができ、水電解部21により発生させた水素ガスを除湿した後、水素貯蔵部12に貯蔵することができる。
また、調湿部10は、燃料電池部22の空気極52に供給する空気または酸素ガスの湿度を調節するように設けられてもよく、水電解部21により発生させた酸素ガスを除湿するように設けられてもよい。
6). Humidity adjustment unit The humidity adjustment unit 10 is a part that adjusts the humidity of hydrogen gas or air (oxygen gas) supplied to the fuel cell unit 22. Further, the humidity control unit 10 may be a part that dehumidifies the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit 21 and stored in the hydrogen storage unit 12.
The humidity control unit 10 can include a humidification unit 48 or a dehumidification unit 49. In addition, the humidity control unit 10 can include both the humidification unit 48 and the dehumidification unit 49. Moreover, you may consist of the humidification part 48 and the dehumidification part 49 which were provided apart. Moreover, the humidity control part 10 may be provided in the path | route of a hydrogen flow path, and the path | route of an air (oxygen gas) flow path, respectively.
The humidity control unit 10 can be provided so as to adjust the humidity of the hydrogen gas serving as the fuel of the fuel cell unit 22 and the humidity of the hydrogen gas stored in the hydrogen storage unit 12. Accordingly, the humidified hydrogen gas can be supplied to the fuel electrode 51 of the fuel cell unit 22, and the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit 21 can be dehumidified and stored in the hydrogen storage unit 12. .
The humidity control unit 10 may be provided to adjust the humidity of the air or oxygen gas supplied to the air electrode 52 of the fuel cell unit 22 so as to dehumidify the oxygen gas generated by the water electrolysis unit 21. May be provided.

加湿部48としては、例えば、昇温した水に気体をバブリングするバブラー加湿方式のものや気体に水蒸気を直接供給する水蒸気添加方式のものが挙げられる。
なお、「調湿部10が加湿可能な状態となる」とは、調湿部10がすぐに燃料電池部22に供給する水素ガスまたは空気(酸素ガス)の加湿を行える状態となることをいう。例えば、調湿部10がバブラー加湿方式である場合、水素ガスまたは空気をバブリングさせる水の温度を昇温した状態とすることをいう。この昇温された水に水素ガス又は空気をバブリングさせることにより加湿された水素ガス又は空気を燃料電池部22に供給することができる。また、例えば、調湿部48が水蒸気添加方式の場合、調湿部48が水素流路または空気流路にすぐに水蒸気を添加できる状態とすることをいう。なお、加湿部48が他の方式であってもよい。調湿部10を加湿可能な状態にすることにより、調湿部10を燃料電池発電準備モードとすることができる。
Examples of the humidifying unit 48 include a bubbler humidifying method in which a gas is bubbled into heated water and a water vapor adding method in which water vapor is directly supplied to the gas.
Note that “the humidity control unit 10 is in a humidified state” means that the humidity control unit 10 can immediately humidify the hydrogen gas or air (oxygen gas) supplied to the fuel cell unit 22. . For example, when the humidity control part 10 is a bubbler humidification system, it means that the temperature of water for bubbling hydrogen gas or air is raised. The hydrogen gas or air that is humidified by bubbling hydrogen gas or air into the heated water can be supplied to the fuel cell unit 22. Further, for example, when the humidity control unit 48 is a water vapor addition method, it means that the humidity control unit 48 can immediately add water vapor to the hydrogen channel or the air channel. In addition, the humidification part 48 may be another method. By making the humidity control unit 10 in a humidifiable state, the humidity control unit 10 can be put into the fuel cell power generation preparation mode.

また、除湿部49としては、例えば、気体を露点温度以下に冷却して除湿を行う冷却方式のものや圧縮機で気体を圧縮することにより除湿を行う圧縮方式のものや水分を吸着しやすい固体に気体を通過させる吸着方式のものであってもよい。
また、調湿部10は燃料電池部22に供給する気体の湿度または水素貯蔵部12に貯蔵する水素ガスの湿度を検知する湿度センサを備えてもよい。このことにより、湿度センサの測定値に基づき調湿部10を制御することができる。なお、この湿度センサは、センサ部41に含まれてもよい。
また、調湿部10は、図1のように信号線により制御部17と接続してもよく、制御部17の信号により制御されてもよい。また、調湿部10と制御部17は、無線により信号の送受信ができるように設けられてもよい。また、調湿部10は、制御部17からの信号により「加湿可能な状態となる」ことができる。
Moreover, as the dehumidifying part 49, for example, a cooling type that dehumidifies by cooling the gas below the dew point temperature, a compression type that dehumidifies by compressing gas with a compressor, or a solid that easily adsorbs moisture It may be of an adsorption type that allows gas to pass through.
The humidity control unit 10 may include a humidity sensor that detects the humidity of the gas supplied to the fuel cell unit 22 or the humidity of the hydrogen gas stored in the hydrogen storage unit 12. Thereby, the humidity control part 10 can be controlled based on the measured value of a humidity sensor. The humidity sensor may be included in the sensor unit 41.
The humidity control unit 10 may be connected to the control unit 17 through a signal line as shown in FIG. 1 or may be controlled by a signal from the control unit 17. Moreover, the humidity control part 10 and the control part 17 may be provided so that signal transmission / reception can be performed wirelessly. Further, the humidity control unit 10 can “be in a humidified state” by a signal from the control unit 17.

7.水素貯蔵部
水素貯蔵部12は、水電解部21により発生させた水素ガスを貯蔵することができるように設けられ、また、貯蔵した水素ガスを燃料電池部22に供給できるように設けられる。また、水素貯蔵部12は水素流路を介して水電解部21または燃料電池部22と導通することができる。
水素貯蔵部12は、例えば、圧縮水素タンク、水素吸蔵合金である。また、水素貯蔵部12が圧縮水素タンクの場合、水素貯蔵部12は、水電解部21により発生させた水素ガスを圧縮させるための圧縮機を備えてもよい。なお、除湿部49が圧縮方式である場合、除湿部49で圧縮した水素ガスを圧縮水素タンクに貯蔵することができ、水素貯蔵部12が圧縮機を備えなくてもよい。
7). Hydrogen Storage Unit The hydrogen storage unit 12 is provided so that the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit 21 can be stored, and the stored hydrogen gas can be supplied to the fuel cell unit 22. Further, the hydrogen storage unit 12 can be electrically connected to the water electrolysis unit 21 or the fuel cell unit 22 through the hydrogen flow path.
The hydrogen storage unit 12 is, for example, a compressed hydrogen tank or a hydrogen storage alloy. When the hydrogen storage unit 12 is a compressed hydrogen tank, the hydrogen storage unit 12 may include a compressor for compressing the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit 21. In addition, when the dehumidification part 49 is a compression system, the hydrogen gas compressed by the dehumidification part 49 can be stored in a compression hydrogen tank, and the hydrogen storage part 12 does not need to be equipped with a compressor.

8.水素流路、空気(酸素ガス)流路
水素流路は、水電解部21により発生させた水素ガスが除湿部49を流れ、水素貯蔵部12に貯蔵される経路と、燃料電池部22の燃料となる水素ガスが加湿部48を流れ燃料電池部22の燃料極51に供給される経路とを有してもよい。また、水素流路は、水素ガスが流れる経路を変更できるように設けられた複数のバルブを有してもよい。このことにより水電解部21の稼働状況および燃料電池部22の稼働状況に合わせて水素流路を変更することができる。なお、これらのバルブは信号線により制御部17と接続してもよく、制御部17の信号により制御されてもよい。また、これらのバルブと制御部17は、無線により信号の送受信ができるように設けられてもよい。また、バルブは、水素流路または空気流路を流れる気体の流量を調節できるように設けられてもよい。また、水素流路または空気流路は、流量調節弁を備えてもよく、流量計を備えてもよい。
8). Hydrogen channel, air (oxygen gas) channel In the hydrogen channel, the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit 21 flows through the dehumidification unit 49 and is stored in the hydrogen storage unit 12, and the fuel in the fuel cell unit 22 A hydrogen gas that flows through the humidifying section 48 and is supplied to the fuel electrode 51 of the fuel cell section 22 may be provided. Moreover, the hydrogen flow path may have a plurality of valves provided so that the path through which hydrogen gas flows can be changed. Thus, the hydrogen flow path can be changed in accordance with the operation status of the water electrolysis unit 21 and the operation status of the fuel cell unit 22. Note that these valves may be connected to the control unit 17 by signal lines, or may be controlled by signals from the control unit 17. Further, these valves and the control unit 17 may be provided so that signals can be transmitted and received wirelessly. The valve may be provided so that the flow rate of the gas flowing through the hydrogen channel or the air channel can be adjusted. Further, the hydrogen flow path or the air flow path may be provided with a flow rate adjusting valve or a flow meter.

また、水素流路は、燃料電池部22に含まれる燃料流路60を流通した水素ガスが再び燃料電池部22に供給されるような経路を有してもよく、水素ボンベの水素ガスが燃料電池部22に供給されるような経路を有してもよい。これらの経路もバルブにより変更することができ、制御部17により制御されてもよい。なお、燃料流路60を流通した水素ガスは、凝縮器45により水素ガスに含まれる水が除去されてもよい。
水素流路は、例えば、図2のように設けることができる。
Further, the hydrogen flow path may have a path through which the hydrogen gas that has flowed through the fuel flow path 60 included in the fuel cell unit 22 is supplied to the fuel cell unit 22 again. You may have a path | route which is supplied to the battery part 22. FIG. These paths can also be changed by a valve, and may be controlled by the control unit 17. Note that the water contained in the hydrogen gas may be removed from the hydrogen gas flowing through the fuel flow path 60 by the condenser 45.
The hydrogen channel can be provided, for example, as shown in FIG.

空気流路は、水電解部21により発生させた酸素ガスが除湿部49を流れ、空気圧縮機44に貯蔵される経路と、空気圧縮機44の空気または酸素ガスが加湿部48を流れ燃料電池部22の空気極52に供給される経路とを有してもよい。また、空気流路は、空気(酸素ガス)が流れる経路を変更できるように設けられた複数のバルブを有してもよい。このことにより水電解部21の稼働状況および燃料電池部22の稼働状況に合わせて空気流路を変更することができる。なお、これらのバルブは信号線により制御部17と接続してもよく、制御部17の信号により制御されてもよい。また、これらのバルブと制御部17は、無線により信号の送受信ができるように設けられてもよい。また、空気流路は、燃料電池部22に含まれる空気流路61を流れた空気(酸素ガス)が外部へ排出されるように設けられてもよい。また、空気(酸素ガス)を排出する前に凝縮器45により空気(酸素ガス)に含まれる水を除去してもよい。
空気流路は、例えば、図2のように設けることができる。
In the air flow path, the oxygen gas generated by the water electrolysis unit 21 flows through the dehumidifying unit 49 and is stored in the air compressor 44, and the air or oxygen gas of the air compressor 44 flows through the humidifying unit 48 and the fuel cell. And a path supplied to the air electrode 52 of the unit 22. Moreover, the air flow path may have a plurality of valves provided so that a path through which air (oxygen gas) flows can be changed. As a result, the air flow path can be changed in accordance with the operation status of the water electrolysis unit 21 and the operation status of the fuel cell unit 22. Note that these valves may be connected to the control unit 17 by signal lines, or may be controlled by signals from the control unit 17. Further, these valves and the control unit 17 may be provided so that signals can be transmitted and received wirelessly. The air flow path may be provided so that air (oxygen gas) flowing through the air flow path 61 included in the fuel cell unit 22 is discharged to the outside. Further, the water contained in the air (oxygen gas) may be removed by the condenser 45 before the air (oxygen gas) is discharged.
For example, the air flow path can be provided as shown in FIG.

9.水流路
水流路は、調湿部10(加湿部48、除湿部49)、水電解部21および凝縮器45と水タンク46とを導通させるように設けることができる。水流路は、水を流通させるためにポンプまたはバルブを有することができる。
水流路は、例えば図2のように設けることができる。図2を用いて説明すると、水タンク46に溜めた水をポンプ1(P1)により水電解部21に供給することにより水電解部21中の電解液の減少を防止することができる。また、凝縮器45により分離した水をバルブ9、10(V9、V10)を開くことにより水タンク46に回収することができる。また、除湿部49により発生した水は加湿部48で利用することができ、また、P2、P3で加湿部48に水タンク46の水を供給することができる。
なお、これらのバルブ、ポンプは信号線により制御部17と接続してもよく、制御部17の信号により制御されてもよい。また、これらのバルブ、ポンプと制御部17は、無線により信号の送受信ができるように設けられてもよい。
9. Water Channel The water channel can be provided so that the humidity control unit 10 (humidification unit 48, dehumidification unit 49), the water electrolysis unit 21, the condenser 45, and the water tank 46 are electrically connected. The water flow path can have a pump or a valve for circulating water.
The water channel can be provided as shown in FIG. 2, for example. If it demonstrates using FIG. 2, the reduction | decrease of the electrolyte solution in the water electrolysis part 21 can be prevented by supplying the water stored in the water tank 46 to the water electrolysis part 21 with the pump 1 (P1). Further, the water separated by the condenser 45 can be collected in the water tank 46 by opening the valves 9 and 10 (V9 and V10). The water generated by the dehumidifying unit 49 can be used by the humidifying unit 48, and the water in the water tank 46 can be supplied to the humidifying unit 48 at P2 and P3.
In addition, these valves and pumps may be connected to the control unit 17 through signal lines, or may be controlled by signals from the control unit 17. Moreover, these valves, pumps, and controller 17 may be provided so that signals can be transmitted and received wirelessly.

10.センサ部
センサ部41は、日射量計または照度センサを含むことができる。このことにより、光電変換部2に入射する光量に関する情報を得ることができる。また、センサ部41に含まれる日射量計または照度センサの出力は、「光電変換部2の光起電力に関する情報」となってもよい。
また、センサ部41は、燃料電池部22に供給する水素ガスまたは空気(酸素ガス)の湿度を検知する湿度センサを含むことができる。
センサ部41は制御部17に検知信号を出力することができる。このことにより、センサ部41の検知信号に基づき制御部17により本実施形態の発電システムを制御することができる。
10. Sensor Unit The sensor unit 41 can include a solar radiation meter or an illuminance sensor. Thereby, information regarding the amount of light incident on the photoelectric conversion unit 2 can be obtained. Further, the output of the solar radiation meter or the illuminance sensor included in the sensor unit 41 may be “information relating to the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2”.
The sensor unit 41 may include a humidity sensor that detects the humidity of hydrogen gas or air (oxygen gas) supplied to the fuel cell unit 22.
The sensor unit 41 can output a detection signal to the control unit 17. Thereby, the power generation system of the present embodiment can be controlled by the control unit 17 based on the detection signal of the sensor unit 41.

11.制御部
制御部17は、光電変換部2の光起電力に関する情報または需要電力に関する情報に基づいて発電システムを制御する機能を備える。また、制御部17は、切換部29、燃料電池部22、調湿部10、センサ部41、バルブおよびポンプと信号線または無線により接続することができる。また、制御部17は、外部の情報通信網と接続することができる。このことにより、制御部17により本実施形態の発電システムを制御することができる。
11. Control Unit The control unit 17 has a function of controlling the power generation system based on information on the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 or information on demand power. Further, the control unit 17 can be connected to the switching unit 29, the fuel cell unit 22, the humidity control unit 10, the sensor unit 41, the valve, and the pump by a signal line or wirelessly. The control unit 17 can be connected to an external information communication network. As a result, the power generation system of the present embodiment can be controlled by the control unit 17.

制御部17は、入力手段、設定手段、出力手段を有することができる。また、制御部17は、入力手段による入力をするため、または出力手段により出力をするために、有線または無線の信号線によりセンサ部14、外部情報網、サーバー、調湿部10、燃料電池部22、切換部29、バルブ、ポンプ、光電変換部2などと接続することができる。   The control unit 17 can have input means, setting means, and output means. In addition, the control unit 17 has a sensor unit 14, an external information network, a server, a humidity control unit 10, and a fuel cell unit through a wired or wireless signal line for input by an input unit or output by an output unit. 22, a switching unit 29, a valve, a pump, the photoelectric conversion unit 2, and the like.

入力手段は、例えば、センサ部41からの信号または光電変換部2の光起電力の測定値の信号を入力することができる。このことにより、制御部17は、「光電変換部2の光起電力に関する情報」を入力することができる。
また、入力手段は、電力会社からの情報、Web情報、ソリューションサーバー情報を入力することができる。このことにより、制御部17は、「需要電力に関する情報」を入力することができる。
設定手段は、入力手段に入力された情報に基づき、切換部29に含まれるスイッチのオン・オフ、燃料電池部22の起動・停止・出力の調整、調湿部10の起動・停止、バルブの開閉、ポンプの起動・停止などを設定することができる。
出力手段は、設定手段で設定した情報を調湿部10、燃料電池部22、切換部29、バルブ、ポンプなどに出力することができる。調湿部10、燃料電池部22、切換部29、バルブ、ポンプなどはこの出力手段から出力された情報により制御されることができる。
これらの手段により本実施形態の発電システムを制御することができる。
The input unit can input, for example, a signal from the sensor unit 41 or a signal of a measured value of the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2. Thus, the control unit 17 can input “information on the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2”.
The input means can input information from the electric power company, Web information, and solution server information. Thus, the control unit 17 can input “information on demand power”.
Based on the information input to the input means, the setting means turns on / off the switch included in the switching unit 29, starts / stops / adjusts the output of the fuel cell unit 22, starts / stops the humidity control unit 10, Open / close, pump start / stop, etc. can be set.
The output unit can output the information set by the setting unit to the humidity control unit 10, the fuel cell unit 22, the switching unit 29, a valve, a pump, and the like. The humidity control unit 10, the fuel cell unit 22, the switching unit 29, the valve, the pump, and the like can be controlled by information output from the output unit.
The power generation system of this embodiment can be controlled by these means.

図19は、制御部により発電システムを制御するフローチャートである。このフローチャートのように制御することにより、発電システムを燃料電池発電モード、水素生成モード、太陽電池+燃料電池発電モード、太陽電池発電モード、太陽電池発電+水素生成モードを切り換えることができる。
ここでは、図1〜4、図19により発電システムの各モードについて説明する。なお、ここでは、上述の水素製造装置23と燃料電池部22を備えた発電システムについて説明する。また、水素製造装置23の他に太陽電池パネルを備えた発電システムについても説明する。この場合、光電変換部2は、水素製造装置23に含まれるものと、太陽電池パネルに含まれるものとになり、複数となる。
FIG. 19 is a flowchart for controlling the power generation system by the control unit. By controlling as in this flowchart, the power generation system can be switched between the fuel cell power generation mode, the hydrogen generation mode, the solar cell + fuel cell power generation mode, the solar cell power generation mode, and the solar cell power generation + hydrogen generation mode.
Here, each mode of the power generation system will be described with reference to FIGS. Here, a power generation system including the above-described hydrogen production apparatus 23 and the fuel cell unit 22 will be described. Moreover, the power generation system provided with the solar cell panel in addition to the hydrogen production apparatus 23 will also be described. In this case, the photoelectric conversion unit 2 is included in the hydrogen production apparatus 23 and included in the solar cell panel, and becomes a plurality.

まず、制御部17は、入力手段により光電変換部2の光起電力(光電変換部2の光起電力に関する情報)および需要電力(需要電力に関する情報)を入力することができる。光電変換部2の光起電力は、光電変換部2の配線や切換部29の配線から測定した光電変換部2の光起電力であってもよく、センサ部41に含まれる日射計や照度計などから予測される光電変換部2の光起電力であってもよい。後者の場合、入力部に入力されるのは、日射量や照度となり、制御部17により光起電力を計算することもできる。
需要電力は、入力手段が外部情報網、サーバーより入力することができる。消費される電力を供給するために必要な電力であり、サーバーなどにより予測された電力量を入力することができる。
First, the control part 17 can input the photovoltaic power (information regarding the photovoltaic power of the photoelectric conversion part 2) and demand power (information regarding demand power) of the photoelectric conversion part 2 by an input means. The photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 may be the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 measured from the wiring of the photoelectric conversion unit 2 or the wiring of the switching unit 29. The photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 predicted from the above may be used. In the latter case, the amount of solar radiation and illuminance are input to the input unit, and the control unit 17 can also calculate the photovoltaic power.
The power demand can be input from an external information network or server by an input means. This is the power necessary to supply the consumed power, and the amount of power predicted by the server or the like can be input.

次に、制御部17は、光電変換部2の光起電力および需要電力のうちどちらか一方が所定値を上回っているか否かを判断する。ここで所定値とは、光電変換部2の光起電力の場合、光起電力を外部回路に出力、または水電解部21に出力するのに十分な所定の電力量である。また、需要電力の所定値とは、光電変換部2または燃料電池部22からの電力の供給を必要としない所定の需要電力量である。例えば、電力系統からの電力のみで満たすことができる需要電力量である。
制御部17が光電変換部2の光起電力および需要電力の両方が所定値を下回っていると判断する場合には、制御部17は、出力手段から、発電システムを待機モードとする信号を各構成要素に出力する。例えば、夜間であり、発電システムが電力を供給する施設の電力需要がほとんどない場合などである。
このような場合、例えば、制御部17は、切換部29に対して、すべてのスイッチをOFFとする信号を出力することができ、バルブに対しては閉じる信号、ポンプ、燃料電池部22、調湿部10に対してはOFFとする信号を出力することができる。このことにより発電システムを待機モードとすることができる。
Next, the control unit 17 determines whether one of the photovoltaic power and the demand power of the photoelectric conversion unit 2 exceeds a predetermined value. Here, in the case of the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2, the predetermined value is a predetermined power amount sufficient to output the photovoltaic power to an external circuit or to the water electrolysis unit 21. The predetermined value of the demand power is a predetermined demand power amount that does not require the supply of power from the photoelectric conversion unit 2 or the fuel cell unit 22. For example, it is the amount of power demand that can be satisfied only with power from the power system.
When the control unit 17 determines that both the photovoltaic power and the demand power of the photoelectric conversion unit 2 are lower than the predetermined values, the control unit 17 sends a signal for setting the power generation system to the standby mode from the output unit. Output to the component. For example, it is nighttime and there is almost no power demand of the facility where the power generation system supplies power.
In such a case, for example, the control unit 17 can output a signal for turning off all the switches to the switching unit 29, and for the valve, a closing signal, a pump, a fuel cell unit 22, and a control unit. A signal for turning OFF can be output to the wet portion 10. As a result, the power generation system can be set to the standby mode.

制御部17が光電変換部2の光起電力および需要電力のうちどちらか一方が所定値を上回っていると判断する場合、制御部17は、光電変換部2の光起電力が所定値を上回っているか否かを判断する。
制御部17が光電変換部2の光起電力が所定値を下回り、需要電力が所定値を上回ると判断する場合、制御部17は、出力手段から、発電システムを燃料電池発電モードとする信号を各構成要素に出力する。例えば、夜間であり、発電システムにより電力を供給する必要がある場合である。
このような場合、例えば、制御部17は、燃料電池部22が起動する信号を燃料電池部22に対して出力し、加湿部48に対してONとする信号を出力し、V1(バルブ1)またはV2、V3、V4、V5、V6を開ける信号を各バルブに出力する。また、制御部17は、切換部29に対して、SW7(スイッチ7)およびSW8をONとする信号を出力する。このことにより、第1外部回路に燃料電池部22が発電した電力を供給することができ、燃料電池発電モードにすることができる。
この後、制御部17は、燃料電池発電制御信号を燃料電池部22などに出力することができる。具体的には、制御部17は、入力手段により需要電力を入力し、この入力した需要電力に基づいて燃料電池部22の発電電力を変動させ、電力負荷追従運転をするような信号を燃料電池部22、調湿部10、バルブなどに出力することができる。
When the control unit 17 determines that one of the photovoltaic power and the demand power of the photoelectric conversion unit 2 exceeds a predetermined value, the control unit 17 determines that the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 exceeds the predetermined value. Judge whether or not.
When the control unit 17 determines that the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 is lower than the predetermined value and the demand power is higher than the predetermined value, the control unit 17 outputs a signal for setting the power generation system to the fuel cell power generation mode from the output unit. Output to each component. For example, it is nighttime and it is necessary to supply power by the power generation system.
In such a case, for example, the control unit 17 outputs a signal for starting the fuel cell unit 22 to the fuel cell unit 22 and outputs a signal for turning on the humidifying unit 48, and V1 (valve 1). Alternatively, a signal for opening V2, V3, V4, V5, and V6 is output to each valve. Further, the control unit 17 outputs a signal for turning on SW7 (switch 7) and SW8 to the switching unit 29. Thereby, the electric power generated by the fuel cell unit 22 can be supplied to the first external circuit, and the fuel cell power generation mode can be set.
Thereafter, the control unit 17 can output a fuel cell power generation control signal to the fuel cell unit 22 or the like. Specifically, the control unit 17 inputs demand power from the input means, changes the generated power of the fuel cell unit 22 based on the input demand power, and sends a signal for performing a power load following operation to the fuel cell. It can output to the part 22, the humidity control part 10, a valve | bulb, etc.

制御部17が、光電変換部2に光起電力が所定値を上回っていると判断する場合、制御部17は、需要電力が所定値を上回っているか否かを判断する。
制御部17が光電変換部2の光起電力が所定値を上回り、需要電力が所定値を下回ると判断する場合、制御部17は、出力手段から、発電システムを水素生成モードとする信号を各構成要素に出力する。例えば、日中であり、発電システムが電力を供給する施設の電力需要がほとんどない場合などである。
このような場合、制御部17は、切換部29に対しSW1、SW2をOFFとし、SW3、SW4をONとする信号を出力する。このことにより、光電変換部2の光起電力を水電解部21に出力することができ、水電解部21により水素ガスを製造することができる。また、発電システムが太陽電池パネルを備える場合、具体的には、発電システムが図4のような電気回路図を有する場合、制御部17は、切換部29に対しSW1、SW2、SW11、SW12をOFFとし、SW3、SW4、SW9、SW10をONとする信号を出力する。このことにより、水素製造装置23に含まれる光電変換部2の光起電力と、太陽電池パネルの光起電力との両方を利用して水電解部21により水素ガスを製造することができる。
また、制御部17は、除湿部49、空気圧縮機44、水素貯蔵部12に対してONとする信号を出力し、V2(バルブ2)、V3、V7、V8に対してバルブを開く信号を出力することができる。このことにより、水電解部21で発生させた水素ガスおよび酸素ガスを除湿部49で除湿した後、それぞれ水素貯蔵部12および空気圧縮機44に貯蔵することができる。この貯蔵した水素ガスおよび酸素ガスは、燃料電池部22を稼動させたときに燃料電池部22に供給することができる。
When the control unit 17 determines that the photovoltaic power in the photoelectric conversion unit 2 exceeds the predetermined value, the control unit 17 determines whether the demand power exceeds the predetermined value.
When the control unit 17 determines that the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 exceeds the predetermined value and the demand power is lower than the predetermined value, the control unit 17 outputs a signal for setting the power generation system to the hydrogen generation mode from the output unit. Output to the component. For example, this is the case when there is little demand for power at a facility where the power generation system supplies power during the day.
In such a case, the control unit 17 outputs a signal for turning off SW1 and SW2 and turning on SW3 and SW4 to the switching unit 29. Thereby, the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 can be output to the water electrolysis unit 21, and hydrogen gas can be produced by the water electrolysis unit 21. Further, when the power generation system includes a solar battery panel, specifically, when the power generation system has an electric circuit diagram as shown in FIG. 4, the control unit 17 switches SW1, SW2, SW11, and SW12 to the switching unit 29. A signal that turns off and turns on SW3, SW4, SW9, and SW10 is output. Thus, hydrogen gas can be produced by the water electrolysis unit 21 using both the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 included in the hydrogen production device 23 and the photovoltaic power of the solar cell panel.
In addition, the control unit 17 outputs a signal for turning on the dehumidifying unit 49, the air compressor 44, and the hydrogen storage unit 12, and outputs a signal for opening the valve to V2 (valve 2), V3, V7, and V8. Can be output. Accordingly, the hydrogen gas and oxygen gas generated in the water electrolysis unit 21 can be dehumidified by the dehumidification unit 49 and then stored in the hydrogen storage unit 12 and the air compressor 44, respectively. The stored hydrogen gas and oxygen gas can be supplied to the fuel cell unit 22 when the fuel cell unit 22 is operated.

制御部17が、光電変換部2の光起電力および需要電力の両方が所定値を上回っていると判断する場合、制御部17は、光電変換部2の光起電力が需要電力を上回っているか否かを判断する。
制御部17が光電変換部2の光起電力が需要電力を下回っていると判断する場合、制御部17は、出力手段から、発電システムを太陽電池+燃料電池発電モードとする信号を各構成要素に出力する。例えば、日中であり、発電システムが電力を供給する施設の電力需要が多い場合などである。
このような場合、制御部17は、例えば、燃料電池部22が起動する信号を燃料電池部22に対して出力し、加湿部48に対してONとする信号を出力し、V1(バルブ1)またはV2、V3、V4、V5、V6を開ける信号を各バルブに出力する。また、制御部17は、切換部29に対して、SW1、SW2、SW7およびSW8をONとし、SW3、SW4をOFFとする信号を出力する。このことにより、燃料電池部22が発電した電力と、光電変換部2の光起電力との両方を第1外部回路に供給することができ、太陽電池+燃料電池発電モードにすることができる。
この後、制御部17は、燃料電池発電制御信号を燃料電池部22などに出力することができる。具体的には、制御部17は、入力手段により需要電力および光電変換部2の光起電力を入力し、この入力した需要電力および光起電力に基づいて燃料電池部22の発電電力を変動させ、電力負荷追従運転をするような信号を燃料電池部22、調湿部10、バルブなどに出力することができる。
When the control unit 17 determines that both the photovoltaic power and the demand power of the photoelectric conversion unit 2 exceed a predetermined value, the control unit 17 determines whether the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 exceeds the demand power. Judge whether or not.
When the control unit 17 determines that the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 is lower than the demand power, the control unit 17 outputs a signal for setting the power generation system to the solar cell + fuel cell power generation mode from the output unit. Output to. For example, this is the case when there is a large amount of power demand in a facility where the power generation system supplies power during the daytime.
In such a case, for example, the control unit 17 outputs a signal for starting the fuel cell unit 22 to the fuel cell unit 22 and outputs a signal for turning on the humidifying unit 48, and V1 (valve 1). Alternatively, a signal for opening V2, V3, V4, V5, and V6 is output to each valve. Further, the control unit 17 outputs a signal for turning on SW1, SW2, SW7, and SW8 and turning off SW3 and SW4 to the switching unit 29. Thereby, both the electric power generated by the fuel cell unit 22 and the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 can be supplied to the first external circuit, and the solar cell + fuel cell power generation mode can be set.
Thereafter, the control unit 17 can output a fuel cell power generation control signal to the fuel cell unit 22 or the like. Specifically, the control unit 17 inputs the demand power and the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 by input means, and varies the generated power of the fuel cell unit 22 based on the inputted demand power and photovoltaic power. Then, a signal for performing the power load following operation can be output to the fuel cell unit 22, the humidity control unit 10, the valve, and the like.

制御部17が、光電変換部2の光起電力が需要電力を上回っていると判断する場合、制御部17は、光電変換部2の光起電力が需要電力を大きく上回っているか否かを判断する。
制御部17が光電変換部2の光起電力が需要電力を大きく上回っていないと判断する場合、制御部17は、出力手段から、発電システムを太陽電池発電モードとする信号を各構成要素に出力する。例えば、日中であり、需要電力を光電変換部2の光起電力で満たすことができ、余剰電力があまりない場合などである。
このような場合、制御部17は、例えば、切換部29に対して、SW1、SW2をONとし、SW3、SW4、SW7およびSW8をOFFとする信号を出力する。このことにより、光電変換部2の光起電力を第1外部回路に供給することができ、太陽電池発電モードにすることができる。
When the control unit 17 determines that the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 exceeds the demand power, the control unit 17 determines whether the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 greatly exceeds the demand power. To do.
When the control unit 17 determines that the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 does not greatly exceed the demand power, the control unit 17 outputs, from the output means, a signal for setting the power generation system to the solar cell power generation mode to each component. To do. For example, it is in the daytime, the demand power can be satisfied with the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2, and there is not much surplus power.
In such a case, for example, the control unit 17 outputs a signal for turning on SW1 and SW2 and turning off SW3, SW4, SW7, and SW8 to the switching unit 29. Thereby, the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 can be supplied to the first external circuit, and the solar cell power generation mode can be set.

制御部17が光電変換部2の光起電力が需要電力を大きく上回っていると判断する場合、制御部17は、出力手段から、発電システムを太陽電池発電+水素生成モードとする信号を各構成要素に出力する。例えば、日中であり、需要電力を光電変換部2の光起電力で満たすことができ、余剰電力がある場合などである。
例えば、図4のように発電システムが複数の光電変換部2を有する場合、一部の光電変換部2の光起電力を水電解部21に出力し、他の光電変換部2の光起電力を第1外部回路に出力することができる。切換部29が図4のような電気回路を有する場合、制御部17は、切換部29に対してSW3、SW4、SW11、SW12をONとし、SW1、SW2、SW9、SW10をOFFとする信号を出力することができる。このことにより光電変換部2の光起電力を水電解部21と第1外部回路の両方に出力することができ、太陽電池発電+水素生成モードとすることができる。
When the control unit 17 determines that the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 greatly exceeds the demand power, the control unit 17 outputs a signal for setting the power generation system to the solar cell power generation + hydrogen generation mode from the output unit. Output to the element. For example, there is daytime, demand power can be satisfied with the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2, and there is surplus power.
For example, when the power generation system includes a plurality of photoelectric conversion units 2 as illustrated in FIG. 4, the photovoltaic power of some of the photoelectric conversion units 2 is output to the water electrolysis unit 21 and the photovoltaic power of other photoelectric conversion units 2 is output. Can be output to the first external circuit. When the switching unit 29 has an electric circuit as shown in FIG. 4, the control unit 17 sends a signal that turns on SW3, SW4, SW11, and SW12 and turns off SW1, SW2, SW9, and SW10 to the switching unit 29. Can be output. Thereby, the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 can be output to both the water electrolysis unit 21 and the first external circuit, and the solar cell power generation + hydrogen generation mode can be obtained.

図19のようなフローチャートにより、発電システムを各モードに切り換えることができるが、例えば、太陽電池発電モードから太陽電池+燃料電池発電モードに切り換える場合、燃料電池部22が起動し一定の電力を供給するために一定の時間を要するために一時的に電力不足が生じるおそれがある。この電力不足が生じるのを抑制するために、需要電力をある程度大きくすることが考えられるが、この場合、燃料電池部22の起動が早くなりエネルギー損失が生じるおそれがある。
このような電力不足が生じるのを抑制することができ、エネルギー損失をできるだけ少なくする方法として、燃料電池部22による発電を開始する前に燃料電池部22、調湿部10を燃料電池発電準備モードとすることが考えられる。
The power generation system can be switched to each mode according to the flowchart as shown in FIG. 19. For example, when switching from the solar cell power generation mode to the solar cell + fuel cell power generation mode, the fuel cell unit 22 is activated to supply constant power. It takes a certain amount of time to do so, and there is a possibility that power shortage may occur temporarily. In order to suppress the occurrence of this power shortage, it is conceivable to increase the demand power to some extent. In this case, however, the fuel cell unit 22 may be started earlier and energy loss may occur.
As a method for suppressing such power shortage and reducing energy loss as much as possible, the fuel cell unit 22 and the humidity control unit 10 are set in the fuel cell power generation preparation mode before the power generation by the fuel cell unit 22 is started. It can be considered.

図20は、制御部17により発電システムを太陽電池発電モードから太陽電池+燃料電池発電モードに切り換える場合のフローチャートである。図20を用いて燃料電池発電準備モードについて説明する。なお、ここでは太陽電池発電モードから太陽電池+燃料電池発電モードへの切り換えについて説明するが、他の場合で燃料電池部22を起動させるときにも光電変換部2の光起電力または需要電力に基づいて燃料電池部22および調湿部10を燃料電池発電準備モードとすることもできる。
光電変換部2の光起電力が需要電力を上回り、余剰電力があまりないとき、発電システムは、太陽電池発電モード制御される。この場合、光電変換部2に入射する光量の減少による光起電力の減少や、需要電力の増加が生じると、発電システムを太陽電池+燃料電池発電モードに切り換える必要が生じる。
この切り換えのため、まず、制御部17は、入力手段により光電変換部2の光起電力および需要電力を入力することができる。次に、制御部17は、光起電力から需要電力を引いた差が所定値を下回っているか否かを判断する。この所定値は、電力不足が生じないための値に設定することができる。
FIG. 20 is a flowchart when the controller 17 switches the power generation system from the solar cell power generation mode to the solar cell + fuel cell power generation mode. The fuel cell power generation preparation mode will be described with reference to FIG. Here, the switching from the solar cell power generation mode to the solar cell + fuel cell power generation mode will be described. Based on this, the fuel cell unit 22 and the humidity control unit 10 can be set to the fuel cell power generation preparation mode.
When the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 exceeds the demand power and there is not much surplus power, the power generation system is controlled in the solar cell power generation mode. In this case, if the photovoltaic power decreases due to the decrease in the amount of light incident on the photoelectric conversion unit 2 or the demand power increases, it is necessary to switch the power generation system to the solar cell + fuel cell power generation mode.
For this switching, first, the control unit 17 can input the photovoltaic power and demand power of the photoelectric conversion unit 2 by the input means. Next, the control unit 17 determines whether or not the difference obtained by subtracting the demand power from the photovoltaic power is less than a predetermined value. This predetermined value can be set to a value for preventing power shortage.

制御部17が光起電力から需要電力を引いた差が所定値を下回っていると判断した場合、制御部17は、出力手段から、燃料電池部22および調湿部10を燃料電池発電準備モードとする信号を各構成要素に出力する。例えば、制御部17は、燃料電池部22に対し、作動温度以下の所定温度まで昇温する信号を出力し、水素流路内および空気流路内の加湿部48をONとする信号を出力することができる。このことにより、燃料電池部22をすぐに作動温度とすることができ、燃料電池部22にすぐに加湿された水素ガスと加湿された空気とを供給できる状態である燃料電池発電準備モードとすることができる。
この後、制御部17は、光電変換部2の光起電力が需要電力を下回っているか否かを判断する。制御部17が光電変換部2の光起電力が需要電力を下回っていると判断した場合、制御部17は、出力手段から、発電システムを太陽電池+燃料電池発電モードとする信号を各構成要素に出力する。
このとき、燃料電池部22および調湿部10をあらかじめ燃料電池発電準備モードとしているため、燃料電池部22は、早く発電電力を第1外部回路に出力することができ、電力不足が生じるのを抑制することができる。また、燃料電池部22をあらかじめ燃料電池発電準備モードとすることにより、燃料電池部22を早めに起動する必要がなくなり、エネルギー損失を抑制することができる。
When the control unit 17 determines that the difference obtained by subtracting the demand power from the photovoltaic power is less than a predetermined value, the control unit 17 sets the fuel cell unit 22 and the humidity control unit 10 from the output unit to the fuel cell power generation preparation mode. Is output to each component. For example, the control unit 17 outputs a signal for raising the temperature to a predetermined temperature equal to or lower than the operating temperature, and outputs a signal for turning on the humidifying unit 48 in the hydrogen flow channel and the air flow channel to the fuel cell unit 22. be able to. As a result, the fuel cell unit 22 can be immediately brought to the operating temperature, and the fuel cell power generation preparation mode in which the humidified hydrogen gas and the humidified air can be immediately supplied to the fuel cell unit 22 is set. be able to.
Thereafter, the control unit 17 determines whether or not the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 is lower than the demand power. When the control unit 17 determines that the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit 2 is lower than the demand power, the control unit 17 outputs a signal for setting the power generation system to the solar cell + fuel cell power generation mode from the output unit. Output to.
At this time, since the fuel cell unit 22 and the humidity control unit 10 are set in the fuel cell power generation preparation mode in advance, the fuel cell unit 22 can output the generated power to the first external circuit quickly, and power shortage occurs. Can be suppressed. In addition, by setting the fuel cell unit 22 in the fuel cell power generation preparation mode in advance, it is not necessary to start the fuel cell unit 22 early, and energy loss can be suppressed.

1:透光性基板 2:光電変換部 4:第1電極 5:第2電極 7:第2電解用電極 8:第1電解用電極 9:第1導電部 10:調湿部 11:絶縁部 12:水素貯蔵部 13:隔壁 14:第2基板 15:電解液室 16:シール材 17:制御部 18:給水口 19:第2気体排出口 20:第1気体排出口 21:水電解部 22:燃料電池部 23:水素製造装置 24:第2導電部 25:第3導電部 28:光電変換層 29:切換部 30:透光性電極 31:裏面電極 33:第4導電部 35:半導体部 36:p型半導体部 37:n型半導体部 40:アイソレーション 41:センサ部 42:水素ボンベ 44:空気圧縮機 45:凝縮器 46:水タンク 48:加湿部 49:除湿部 50:配線 51:燃料極 52:空気極 53:電解質膜 55:集電板 57:セパレータ 58:接続板 60:燃料流路 61:空気流路     1: Translucent substrate 2: Photoelectric conversion part 4: First electrode 5: Second electrode 7: Electrode for second electrolysis 8: Electrode for first electrolysis 9: First electroconductive part 10: Humidity control part 11: Insulation part 12: Hydrogen storage unit 13: Partition 14: Second substrate 15: Electrolyte chamber 16: Sealing material 17: Control unit 18: Water supply port 19: Second gas discharge port 20: First gas discharge port 21: Water electrolysis unit 22 : Fuel cell unit 23: Hydrogen production device 24: Second conductive unit 25: Third conductive unit 28: Photoelectric conversion layer 29: Switching unit 30: Translucent electrode 31: Back electrode 33: Fourth conductive unit 35: Semiconductor unit 36: p-type semiconductor part 37: n-type semiconductor part 40: isolation 41: sensor part 42: hydrogen cylinder 44: air compressor 45: condenser 46: water tank 48: humidification part 49: Dehumidification part 50: Wiring 51: Fuel electrode 52: Air electrode 53: Electrolyte membrane 55: Current collector plate 57: Separator 58: Connection plate 60: Fuel flow path 61: Air flow path

Claims (35)

水を電気分解し水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水電解部と、太陽光を受光することにより生じる光起電力を外部出力または前記水電解部に出力する光電変換部と、需要電力または前記光電変換部の光起電力に応じて、水素ガスを燃料として発電し起電力を外部出力する燃料電池部と、前記水電解部により発生させた水素ガスを貯蔵し、貯蔵した水素ガスを前記燃料電池部に供給する水素貯蔵部と、前記燃料電池部に供給する水素ガスまたは空気の湿度を調節する調湿部と、制御部とを備え、
前記制御部は、前記光電変換部の光起電力に関する情報または需要電力に関する情報に基づいて、前記調湿部を制御する機能を備えることを特徴とする発電システム。
A water electrolysis unit that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas; a photoelectric conversion unit that outputs photovoltaic power generated by receiving sunlight to an external output or the water electrolysis unit; A fuel cell unit that generates hydrogen gas as fuel and outputs the electromotive force externally according to the photovoltaic power of the conversion unit, stores the hydrogen gas generated by the water electrolysis unit, and stores the stored hydrogen gas in the fuel cell A hydrogen storage unit supplied to the fuel cell unit, a humidity control unit that adjusts the humidity of the hydrogen gas or air supplied to the fuel cell unit, and a control unit,
The said control part is provided with the function which controls the said humidity control part based on the information regarding the photovoltaic power of the said photoelectric conversion part, or the information regarding demand power, The power generation system characterized by the above-mentioned.
前記制御部は、前記光電変換部の光起電力に関する情報および需要電力に関する情報に基づいて、前記燃料電池部へ水素ガスまたは空気の供給を始める前に前記調湿部が加湿可能な状態となるように前記調湿部を制御する機能を備える請求項1に記載の発電システム。   The control unit is in a state where the humidity control unit can be humidified before starting supply of hydrogen gas or air to the fuel cell unit based on information on photovoltaic power and information on demand power of the photoelectric conversion unit. The power generation system according to claim 1, further comprising a function of controlling the humidity control unit. 前記制御部は、前記光電変換部の光起電力に関する情報および需要電力に関する情報に基づいて、前記燃料電池部へ水素ガスまたは空気の供給を始める前に前記燃料電池部が作動温度以下の所定の温度に昇温するように前記燃料電池部を制御する機能をさらに備える請求項1または2に記載の発電システム。   Based on the information about the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit and the information about demand power, the control unit is configured to determine whether the fuel cell unit has a predetermined operating temperature or less before starting to supply hydrogen gas or air to the fuel cell unit. The power generation system according to claim 1, further comprising a function of controlling the fuel cell unit so as to raise the temperature. 前記調湿部は、前記水素貯蔵部に貯蔵する水素ガスの湿度を調節する請求項1〜3のいずれか1つに記載の発電システム。   The said humidity control part is a power generation system as described in any one of Claims 1-3 which adjusts the humidity of the hydrogen gas stored in the said hydrogen storage part. 前記調湿部は、加湿部および除湿部を有する請求項1〜4のいずれか1つに記載の発電システム。   The power generation system according to any one of claims 1 to 4, wherein the humidity adjusting unit includes a humidifying unit and a dehumidifying unit. 水素流路をさらに備え、
前記水素流路は、前記水電解部により発生させた水素ガスが前記除湿部を流れ、前記水素貯蔵部に貯蔵される経路と、前記燃料電池部の燃料となる水素ガスが前記加湿部を流れ前記燃料電池部に供給される経路とを有する請求項5に記載の発電システム。
A hydrogen flow path;
In the hydrogen flow path, hydrogen gas generated by the water electrolysis unit flows through the dehumidification unit, a path where the hydrogen gas is stored in the hydrogen storage unit, and hydrogen gas serving as fuel for the fuel cell unit flows through the humidification unit. The power generation system according to claim 5, further comprising a path supplied to the fuel cell unit.
前記水素流路は、水素ガスが流れる経路を変更できるように設けられた複数のバルブを有する請求項6に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 6, wherein the hydrogen flow path has a plurality of valves provided so that a path through which hydrogen gas flows can be changed. 前記光電変換部の光起電力を前記水電解部に出力する回路と、前記光電変換部の光起電力を外部出力する回路とを切り換える切換部をさらに備える請求項1〜7のいずれか1つに記載の発電システム。   The switching unit for switching between a circuit for outputting the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit to the water electrolysis unit and a circuit for outputting the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit to the outside. The power generation system described in 1. 前記切換部は、前記光電変換部の光起電力および前記燃料電池部の発電電力のうちどちらか一方または両方を回路を切り換えて外部出力できるように設けられた請求項8に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 8, wherein the switching unit is provided so that either one or both of the photovoltaic power of the photoelectric conversion unit and the generated power of the fuel cell unit can be externally switched by switching a circuit. 前記制御部は、情報を入力する入力手段と、前記入力手段から入力された情報に基づき前記発電システムの制御モードを設定する設定手段と、前記設定手段により設定された情報を前記発電システムの構成要素に出力する出力手段とを備える請求項1〜9のいずれか1つに記載の発電システム。   The control unit includes: an input unit that inputs information; a setting unit that sets a control mode of the power generation system based on information input from the input unit; and a configuration of the power generation system that includes information set by the setting unit. The power generation system according to any one of claims 1 to 9, further comprising output means for outputting to the element. 日射量計または照度センサを含むセンサ部をさらに備え、
前記入力手段は、前記センサ部からの情報を入力する請求項10に記載の発電システム。
A sensor unit including a solar radiation meter or an illuminance sensor;
The power generation system according to claim 10, wherein the input unit inputs information from the sensor unit.
前記入力手段は、電力会社からの情報、Web情報、ソリューションサーバー情報を入力する請求項10または11に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 10 or 11, wherein the input means inputs information from an electric power company, Web information, and solution server information. 前記光電変換部は、受光面とその裏面を有し、
前記水電解部は、前記光電変換部の裏面側に設けられ、
前記光電変換部および前記水電解部は、水素製造装置を構成する請求項1〜12のいずれか1つに記載の発電システム。
The photoelectric conversion unit has a light receiving surface and a back surface thereof,
The water electrolysis unit is provided on the back side of the photoelectric conversion unit,
The said photoelectric conversion part and the said water electrolysis part are the electric power generation systems as described in any one of Claims 1-12 which comprise a hydrogen production apparatus.
前記水素製造装置は、前記光電変換部の裏面上にそれぞれ設けられた第1電解用電極および第2電解用電極を有し、
前記光電変換部の受光面に太陽光が入射し第1および第2電解用電極が電解液と接触するとき、
第1および第2電解用電極は、前記光電変換部が受光することより生じる起電力を利用して電解液を電気分解しそれぞれ第1気体および第2気体を発生させることができるように設けられ、
第1気体および第2気体のうち、一方は水素ガスであり他方は酸素ガスである請求項13に記載の発電システム。
The hydrogen production apparatus includes a first electrolysis electrode and a second electrolysis electrode provided on the back surface of the photoelectric conversion unit, respectively.
When sunlight is incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and the first and second electrolysis electrodes are in contact with the electrolytic solution,
The first and second electrolysis electrodes are provided so that the electrolysis solution can be electrolyzed using the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit receiving light to generate the first gas and the second gas, respectively. ,
The power generation system according to claim 13, wherein one of the first gas and the second gas is hydrogen gas and the other is oxygen gas.
前記光電変換部は、受光することによりその受光面と裏面との間に起電力が生じ、
第1電解用電極は、前記光電変換部の裏面と電気的に接続することができるように設けられ、
第2電解用電極は、前記光電変換部の受光面と電気的に接続することができるように設けられた請求項14に記載の発電システム。
The photoelectric conversion unit generates an electromotive force between the light receiving surface and the back surface by receiving light,
The first electrolysis electrode is provided so as to be electrically connected to the back surface of the photoelectric conversion unit,
The power generation system according to claim 14, wherein the second electrolysis electrode is provided so as to be electrically connected to a light receiving surface of the photoelectric conversion unit.
前記水素製造装置は、第2電解用電極と前記光電変換部の裏面との間に設けられた絶縁部をさらに備える請求項15に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 15, wherein the hydrogen production apparatus further includes an insulating part provided between the second electrolysis electrode and the back surface of the photoelectric conversion part. 前記水素製造装置は、前記光電変換部の受光面に接触する第1電極をさらに備える請求項16に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 16, wherein the hydrogen production apparatus further includes a first electrode that contacts a light receiving surface of the photoelectric conversion unit. 前記水素製造装置は、第1電極と第2電解用電極とを電気的に接続する第1導電部をさらに備える請求項17に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 17, wherein the hydrogen production apparatus further includes a first conductive portion that electrically connects the first electrode and the second electrolysis electrode. 第1導電部は、前記光電変換部を貫通するコンタクトホールに設けられた請求項18に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 18, wherein the first conductive portion is provided in a contact hole that penetrates the photoelectric conversion portion. 前記絶縁部は、前記光電変換部の側面を覆うように設けられ、
第1導電部は、前記絶縁部の一部であり前記光電変換部の側面を覆う部分の上に設けられた請求項18に記載の発電システム。
The insulating part is provided so as to cover a side surface of the photoelectric conversion part,
The power generation system according to claim 18, wherein the first conductive portion is provided on a portion that is a part of the insulating portion and covers a side surface of the photoelectric conversion portion.
前記絶縁部は、前記光電変換部の側面を覆うように設けられ、
第2電解用電極は、前記絶縁部の一部であり前記光電変換部の側面を覆う部分の上に設けられ、かつ、第1電極と接触する請求項17に記載の発電システム。
The insulating part is provided so as to cover a side surface of the photoelectric conversion part,
The power generation system according to claim 17, wherein the second electrolysis electrode is provided on a portion that is a part of the insulating portion and covers a side surface of the photoelectric conversion portion, and is in contact with the first electrode.
前記光電変換部は、p型半導体層、i型半導体層およびn型半導体層からなる光電変換層を有する請求項15〜21のいずれか1つに記載の発電システム。   The power generation system according to any one of claims 15 to 21, wherein the photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion layer including a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer. 前記光電変換部は、受光することにより前記光電変換部の裏面の第1および第2区域間に電位差が生じ、
第1区域は、第1電解用電極と電気的に接続するように設けられ、第2区域は、第2電解用電極と電気的に接続するように設けられた請求項14に記載の発電システム。
The photoelectric conversion unit generates a potential difference between the first and second areas on the back surface of the photoelectric conversion unit by receiving light,
The power generation system according to claim 14, wherein the first area is provided to be electrically connected to the first electrolysis electrode, and the second area is provided to be electrically connected to the second electrolysis electrode. .
前記水素製造装置は、第1および第2電解用電極と前記光電変換部の裏面との間に設けられ、かつ、第1区域上および第2区域上に開口を有する絶縁部をさらに備える請求項23に記載の発電システム。   The said hydrogen production apparatus is further provided with the insulation part which is provided between the 1st and 2nd electrode for electrolysis, and the back surface of the said photoelectric conversion part, and has an opening on a 1st area and a 2nd area. 24. The power generation system according to 23. 前記光電変換部は、n型半導体部およびp型半導体部を有する少なくとも1つの半導体材料からなり、
第1および第2区域のうち、一方は前記n型半導体部の一部であり、他方は前記p型半導体部の一部である請求項23または24に記載の発電システム。
The photoelectric conversion part is made of at least one semiconductor material having an n-type semiconductor part and a p-type semiconductor part,
The power generation system according to claim 23 or 24, wherein one of the first and second areas is a part of the n-type semiconductor part, and the other is a part of the p-type semiconductor part.
前記水素製造装置は、透光性基板をさらに備え、
前記光電変換部は、前記透光性基板の上に設けられた請求項14〜25のいずれか1つに記載の発電システム。
The hydrogen production apparatus further includes a translucent substrate,
The said photoelectric conversion part is a power generation system as described in any one of Claims 14-25 provided on the said translucent board | substrate.
前記光電変換部は、直列接続した複数の光電変換層を含み、
前記複数の光電変換層は、受光することにより生じる起電力を第1電解用電極および第2電解用電極に供給するように設けられた請求項14〜26のいずれか1つに記載の発電システム。
The photoelectric conversion unit includes a plurality of photoelectric conversion layers connected in series,
The power generation system according to any one of claims 14 to 26, wherein the plurality of photoelectric conversion layers are provided so as to supply an electromotive force generated by receiving light to the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode. .
第1電解用電極および第2電解用電極のうち、一方は電解液からH2を発生させる水素発生部であり、他方は電解液からO2を発生させる酸素発生部であり、
前記水素発生部および前記酸素発生部は、それぞれ電解液からH2が発生する反応の触媒である水素発生触媒および電解液からO2が発生する反応の触媒である酸素発生触媒を含む請求項14〜27のいずれか1つに記載の発電システム。
Of the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode, one is a hydrogen generation unit that generates H 2 from the electrolytic solution, and the other is an oxygen generation unit that generates O 2 from the electrolytic solution,
The hydrogen generation part and the oxygen generation part each include a hydrogen generation catalyst that is a catalyst for a reaction in which H 2 is generated from the electrolytic solution and an oxygen generation catalyst that is a catalyst for a reaction in which O 2 is generated from the electrolytic solution. The power generation system according to any one of -27.
前記水素発生部および前記酸素発生部のうち少なくとも一方は、前記光電変換部の受光面の面積より大きい触媒表面積を有する請求項28に記載の発電システム。   29. The power generation system according to claim 28, wherein at least one of the hydrogen generation unit and the oxygen generation unit has a catalyst surface area larger than an area of a light receiving surface of the photoelectric conversion unit. 前記水素発生部および前記酸素発生部のうち少なくとも一方は、触媒が担持された多孔質の導電体である請求項28または29に記載の発電システム。   30. The power generation system according to claim 28 or 29, wherein at least one of the hydrogen generation unit and the oxygen generation unit is a porous conductor carrying a catalyst. 前記水素発生触媒は、Pt、Ir、Ru、Pd、Rh、Au、Fe、NiおよびSeのうち少なくとも1つを含む請求項28〜30のいずれか1つに記載の発電システム。   The power generation system according to any one of claims 28 to 30, wherein the hydrogen generation catalyst includes at least one of Pt, Ir, Ru, Pd, Rh, Au, Fe, Ni, and Se. 前記酸素発生触媒は、Mn、Ca、Zn、CoおよびIrのうち少なくとも1つを含む請求項28〜31のいずれか1つに記載の発電システム。   32. The power generation system according to claim 28, wherein the oxygen generation catalyst includes at least one of Mn, Ca, Zn, Co, and Ir. 前記水素製造装置は、透光性基板と、電解液室と、第1電解用電極および第2電解用電極の上に設けられた背面基板とをさらに備え、
前記光電変換部は、前記透光性基板の上に設けられ、
前記電解液室は、第1電解用電極および第2電解用電極と前記背面基板との間に設けられた請求項14〜32のいずれか1つに記載の発電システム。
The hydrogen production apparatus further includes a translucent substrate, an electrolytic solution chamber, and a back substrate provided on the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode,
The photoelectric conversion unit is provided on the translucent substrate,
The power generation system according to any one of claims 14 to 32, wherein the electrolyte chamber is provided between the first and second electrolysis electrodes and the back substrate.
前記水素製造装置は、第1電解用電極と前記背面基板との間の電解液室および第2電解用電極と前記背面基板との間の電解液室とを仕切る隔壁をさらに備える請求項33に記載の発電システム。   The hydrogen production apparatus further includes a partition partitioning an electrolyte chamber between the first electrolysis electrode and the back substrate and an electrolyte chamber between the second electrolysis electrode and the back substrate. The power generation system described. 前記隔壁は、イオン交換体を含む請求項34に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 34, wherein the partition wall includes an ion exchanger.
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101343032B1 (en) * 2013-07-29 2013-12-18 조영숙 Fuel cell power generator apparatus for using solar cell and streetlight having this
JP2015167132A (en) * 2015-03-31 2015-09-24 株式会社エクォス・リサーチ Sunlight using system
KR101915848B1 (en) 2016-09-23 2019-01-08 재단법인대구경북과학기술원 Hybrid electricity supplying system containing solid oxide fuel cell and secondary battery and controlling method
KR101986642B1 (en) * 2018-08-27 2019-06-07 울산과학기술원 Fuel cell systme having hydrogen generation apparatus using carbon dioxide
US10384195B2 (en) 2016-02-23 2019-08-20 Fujifilm Corporation Artificial photosynthesis module
WO2020045945A1 (en) * 2018-08-27 2020-03-05 울산과학기술원 Hydrogen generating apparatus using carbon dioxide, and fuel cell system having same
CN110880610A (en) * 2019-11-12 2020-03-13 上海莒纳新材料科技有限公司 Novel fuel cell system, power generation system and electric vehicle
JP2020058168A (en) * 2018-10-03 2020-04-09 東京電力ホールディングス株式会社 Hydrogen supply system and hydrogen supply method
KR20210027925A (en) * 2019-09-03 2021-03-11 한국과학기술연구원 High temperature-type unitized regenerative fuel cell using water vapor and method of operating the same
JPWO2021149281A1 (en) * 2020-01-22 2021-07-29
WO2021149281A1 (en) * 2020-01-22 2021-07-29 健司 反町 Method for fixing carbon dioxide, method for producing fixed carbon dioxide, and apparatus for fixing carbon dioxide
KR20210131499A (en) * 2020-04-23 2021-11-03 한국수력원자력 주식회사 Multi power generation system responsive to power demand and operation methd for the same
KR20210133414A (en) * 2020-04-29 2021-11-08 한국수력원자력 주식회사 Power generation system capturing CO2 and operation method for the same
WO2021251207A1 (en) * 2020-06-09 2021-12-16 東レ株式会社 Method for operating fuel cell
US11305228B2 (en) 2019-08-29 2022-04-19 Kenji SORIMACHI Method for fixing carbon dioxide, method for producing fixed carbon dioxide, and fixed carbon dioxide production apparatus

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105154907B (en) * 2015-09-22 2017-12-08 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 A kind of electrolysis water oxygen generation system and method based on solid oxide electrolyte
JP6795439B2 (en) * 2017-03-28 2020-12-02 東京瓦斯株式会社 Compressed hydrogen production system

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0935737A (en) * 1995-07-18 1997-02-07 Fuji Electric Co Ltd Solid polymer electrolyte fuel cell
JP2001313050A (en) * 2000-04-28 2001-11-09 Japan Metals & Chem Co Ltd Hydrogen supply system for the equipment using hydrogen as fuel and device for the same
JP2002194579A (en) * 2000-10-18 2002-07-10 Honda Motor Co Ltd Water electrolysis system
JP2002352836A (en) * 2001-05-23 2002-12-06 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2003197226A (en) * 2001-12-26 2003-07-11 Fuji Electric Co Ltd Operating method of solid high polymer fuel cell
JP2004197167A (en) * 2002-12-18 2004-07-15 Honda Motor Co Ltd Hydrogen producing apparatus
JP2005053353A (en) * 2003-08-05 2005-03-03 Chube Univ Airship
JP2007031813A (en) * 2005-07-29 2007-02-08 Honda Motor Co Ltd Water electrolysis system, and method for operating the same
JP2009123616A (en) * 2007-11-16 2009-06-04 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2011116581A (en) * 2009-12-02 2011-06-16 Sharp Corp Hydrogen producing apparatus and hydrogen producing method
WO2011096142A1 (en) * 2010-02-08 2011-08-11 シャープ株式会社 Hydrogen production apparatus and method for producing hydrogen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3909001B2 (en) * 2002-01-24 2007-04-25 株式会社荏原製作所 Fuel cell power generation system receiving hydrogen gas from hypochlorite generator
JP2006127967A (en) * 2004-10-29 2006-05-18 Ebara Ballard Corp Cogeneration system and its operation method
JP2008258120A (en) * 2007-04-09 2008-10-23 Nissan Motor Co Ltd Device and method of aging fuel cell
JP2009183120A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Equos Research Co Ltd Vehicle control system

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0935737A (en) * 1995-07-18 1997-02-07 Fuji Electric Co Ltd Solid polymer electrolyte fuel cell
JP2001313050A (en) * 2000-04-28 2001-11-09 Japan Metals & Chem Co Ltd Hydrogen supply system for the equipment using hydrogen as fuel and device for the same
JP2002194579A (en) * 2000-10-18 2002-07-10 Honda Motor Co Ltd Water electrolysis system
JP2002352836A (en) * 2001-05-23 2002-12-06 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2003197226A (en) * 2001-12-26 2003-07-11 Fuji Electric Co Ltd Operating method of solid high polymer fuel cell
JP2004197167A (en) * 2002-12-18 2004-07-15 Honda Motor Co Ltd Hydrogen producing apparatus
JP2005053353A (en) * 2003-08-05 2005-03-03 Chube Univ Airship
JP2007031813A (en) * 2005-07-29 2007-02-08 Honda Motor Co Ltd Water electrolysis system, and method for operating the same
JP2009123616A (en) * 2007-11-16 2009-06-04 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2011116581A (en) * 2009-12-02 2011-06-16 Sharp Corp Hydrogen producing apparatus and hydrogen producing method
WO2011096142A1 (en) * 2010-02-08 2011-08-11 シャープ株式会社 Hydrogen production apparatus and method for producing hydrogen

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101343032B1 (en) * 2013-07-29 2013-12-18 조영숙 Fuel cell power generator apparatus for using solar cell and streetlight having this
JP2015167132A (en) * 2015-03-31 2015-09-24 株式会社エクォス・リサーチ Sunlight using system
US10384195B2 (en) 2016-02-23 2019-08-20 Fujifilm Corporation Artificial photosynthesis module
KR101915848B1 (en) 2016-09-23 2019-01-08 재단법인대구경북과학기술원 Hybrid electricity supplying system containing solid oxide fuel cell and secondary battery and controlling method
KR101986642B1 (en) * 2018-08-27 2019-06-07 울산과학기술원 Fuel cell systme having hydrogen generation apparatus using carbon dioxide
WO2020045945A1 (en) * 2018-08-27 2020-03-05 울산과학기술원 Hydrogen generating apparatus using carbon dioxide, and fuel cell system having same
JP7286071B2 (en) 2018-10-03 2023-06-05 東京電力ホールディングス株式会社 Hydrogen supply system and hydrogen supply method
JP2020058168A (en) * 2018-10-03 2020-04-09 東京電力ホールディングス株式会社 Hydrogen supply system and hydrogen supply method
US11305228B2 (en) 2019-08-29 2022-04-19 Kenji SORIMACHI Method for fixing carbon dioxide, method for producing fixed carbon dioxide, and fixed carbon dioxide production apparatus
KR102280859B1 (en) * 2019-09-03 2021-07-23 한국과학기술연구원 High temperature-type unitized regenerative fuel cell using water vapor and method of operating the same
KR20210027925A (en) * 2019-09-03 2021-03-11 한국과학기술연구원 High temperature-type unitized regenerative fuel cell using water vapor and method of operating the same
US11127967B2 (en) 2019-09-03 2021-09-21 Korea Institute Of Science And Technology High temperature-type unitized regenerative fuel cell using water vapor and method of operating the same
CN110880610A (en) * 2019-11-12 2020-03-13 上海莒纳新材料科技有限公司 Novel fuel cell system, power generation system and electric vehicle
JPWO2021149281A1 (en) * 2020-01-22 2021-07-29
JP7008305B2 (en) 2020-01-22 2022-01-25 健司 反町 How to fix carbon dioxide and how to make fixed carbon dioxide
WO2021149281A1 (en) * 2020-01-22 2021-07-29 健司 反町 Method for fixing carbon dioxide, method for producing fixed carbon dioxide, and apparatus for fixing carbon dioxide
KR20210131499A (en) * 2020-04-23 2021-11-03 한국수력원자력 주식회사 Multi power generation system responsive to power demand and operation methd for the same
KR102423015B1 (en) * 2020-04-23 2022-07-22 한국수력원자력 주식회사 Multi power generation system responsive to power demand and operation methd for the same
KR20210133414A (en) * 2020-04-29 2021-11-08 한국수력원자력 주식회사 Power generation system capturing CO2 and operation method for the same
KR102410689B1 (en) * 2020-04-29 2022-06-22 한국수력원자력 주식회사 Power generation system capturing CO2 and operation method for the same
WO2021251207A1 (en) * 2020-06-09 2021-12-16 東レ株式会社 Method for operating fuel cell
JPWO2021251207A1 (en) * 2020-06-09 2021-12-16
JP7315001B2 (en) 2020-06-09 2023-07-26 東レ株式会社 How to operate a fuel cell

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