JP2016163487A - 充電器および充電器付きモバイル電子機器用カバー - Google Patents

Abstract

【課題】照度変化に伴う太陽電池の出力電圧に変動が生じた場合であっても、太陽電池からの電力を蓄電池に効率的に充電することができる充電器を提供する。【解決手段】充電器１００Ａは、太陽電池モジュール１０１と、太陽電池モジュールの最適動作点を追従する制御回路１０５と、太陽電池モジュールと制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニット１１０Ａと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池を備えた充電器およびそれを備えた充電器付きモバイル電子機器用カバーに関する。

近年、スマートフォンなどに代表されるモバイル電子機器を充電する、太陽電池を備えた充電器（「ソーラー充電器」と称される場合もある。）が知られている。充電器は、典型的には太陽電池（以下、「太陽電池モジュール」と称することがある。）と、１つまたは複数の蓄電池とを備えている。充電器の回路構成によって、太陽電池により生成された電力を、蓄電池または負荷（例えば、充電器に外部接続させるモバイル電子機器）に直接給電したり、電力変換機能を有する充電制御回路を介して蓄電池または負荷に給電したりすることができる。例えば、特許文献１がそのような充電器を開示している。

特許文献１に開示された充電器は、太陽電池からの電力を蓄電池に直接給電するパスと充電制御回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を介してその電力を蓄電池に給電するパスとを、照度に対応する照度情報に基づいて切り替えるスイッチ回路を備えている。具体的には、そのスイッチ回路を照度情報に基づいて制御することにより、低照度のときには、蓄電池に直接給電するパスが選択され、高照度のときには、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電池に給電するパスが選択される。この構成によると、低照度から高照度までの広い範囲にわたり、太陽光エネルギーをより有効に利用し得る充電器が提供される。

特開平１１−４６４５７号公報

しかしながら、充電器を使用する状況に応じて、太陽電池に照射される光量は異なるので、太陽電池の出力電圧が変動する。例えば、曇天時と晴天時との間では、照射される光量は大きく異なり、その出力電圧が大きく変動する。

従来、太陽電池の分野においては、限られた設置面積で如何に高い発電量を得られるかが重視されてきた。このため、太陽電池の変換効率については、これまで多くの議論がなされている。これに対して、照度と太陽電池の出力電圧との関係については、これまで着目されていなかったと言える。本願発明者は、この関係に着目し、照度変化に伴う出力電圧の変動が充電器の回路に影響を与えるという課題を新たに見出した。

図１は、太陽電池の出力電圧（開放電圧）の照度依存性を示す。図１の横軸は対数軸であり、照度（ｍＷ／ｃｍ²）を示し、縦軸は開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）を示している。図中には、多結晶シリコン太陽電池および色素増感太陽電池を例に、ソーラーシミュレータを用いてＪＩＳ規格において規定されている標準状態（ＡＭ−１．５、１００ｍＷ／ｃｍ²の疑似太陽光、表面温度２５℃、光入射方向はセルに直交）で測定した結果を示している。多結晶シリコン太陽電池の測定結果を「◆」でプロットし、色素増感太陽電池の測定結果を「■」でプロットしている。この結果から、太陽電池は、照度が低下するにつれて、開放電圧は低下するという特性を有していることが分かる。また、照度が低下した場合においても、多結晶シリコン太陽電池と比べ、色素増感太陽電池モジュールの開放電圧はより高いことが分かる。

このように、照度の低下に伴い、出力電圧は大きく変動する。その結果、充電器を用いてモバイル電子機器に内蔵された蓄電池を直接充電しようとした場合、出力電圧がモバイル電子機器の待機電力またはモバイル電子機器側の充電トリガー（例えば、動作電圧）等を下回ると、実質的にその蓄電池を充電できないという課題が生じ得る。また、モバイル電子機器を実質的に動作できないという課題が生じ得る。

また、照度の低下に伴い、充電器の回路の変換効率も悪化する。後述するように、充電器には、太陽電池の出力を制御する制御回路（ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）回路）が設けられている。出力電圧の低下によって、その電圧が制御回路の定格入力電圧を下回ると、制御回路を駆動できなくなったり、正しく動作させることができなくなったりするおそれがある。

特許文献１の充電器では、曇天時のように照度が低いとき、充電制御回路を介さずに直接蓄電池を充電することにより、確かに、充電制御回路の消費電力による電力ロスは回避できる。しかしながら、太陽電池の電力は電力変換されることなく蓄電池に給電されるので、蓄電池の充電量の低下に伴い充電効率は低下する。または、蓄電池自体を充電できなくなる。このように、特許文献１の充電器は、充電効率の観点からは十分とは言えない。充電効率とは、充電器を介して供給される電力量に対する蓄電池に実際に蓄積された電力量の割合で表される。

本発明の目的は、照度変化に伴う太陽電池の出力電圧に変動が生じた場合であっても、太陽電池からの電力を蓄電池または負荷により効率的に供給すること、すなわち充電効率を向上させることである。

本発明の実施形態による充電器は、太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの最適動作点を追従する制御回路と、前記太陽電池モジュールと前記制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットと、を備える。

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から１つの抵抗素子を前記太陽電池モジュールの出力電圧に応じて選択し、前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される。

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、前記太陽電池モジュールの出力電圧と第１の基準電圧とを比較する第１のコンパレータと、第１の抵抗値を有する第１の抵抗素子と、前記第１の抵抗値よりも小さい第２の抵抗値を有する第２の抵抗素子と、前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子とを前記第１のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第１のスイッチと、を含み、前記第１のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧以上であるとき、前記第１の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧未満であるとき、前記第２の抵抗素子を選択する。

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、前記太陽電池モジュールの出力電圧と第１の基準電圧とを比較する第１のコンパレータと、前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第１の基準電圧よりも小さい第２の基準電圧とを比較する第２のコンパレータと、第１の抵抗値を有する第１の抵抗素子と、前記第１の抵抗値よりも小さい第２の抵抗値を有する第２の抵抗素子と、前記第２の抵抗値よりも小さい第３の抵抗値を有する第３の抵抗素子と、前記第１の抵抗素子と前記第２または第３の抵抗素子とを前記第１のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第１のスイッチと、前記第２の抵抗素子と前記第３の抵抗素子とを前記第２のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第２のスイッチと、を含み、前記第１のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧以上であるとき、前記第１の抵抗素子を選択し、前記第２のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧未満であって前記第２の基準電圧以上であるとき、前記第２の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第２の基準電圧未満であるとき、前記第３の抵抗素子を選択する。

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、前記太陽電池モジュールの出力電圧と第１の基準電圧とを比較する第１のコンパレータと、前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第１の基準電圧よりも小さい第２の基準電圧とを比較する第２のコンパレータと、前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第２の基準電圧よりも小さい第３の基準電圧とを比較する第３のコンパレータと、第１の抵抗値を有する第１の抵抗素子と、前記第１の抵抗値よりも小さい第２の抵抗値を有する第２の抵抗素子と、前記第２の抵抗値よりも小さい第３の抵抗値を有する第３の抵抗素子と、前記第３の抵抗値よりも小さい第４の抵抗値を有する第４の抵抗素子と、前記第１の抵抗素子と前記第２、第３または第４の抵抗素子とを前記第１のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第１のスイッチと、前記第２の抵抗素子と前記第３または第４の抵抗素子とを前記第２のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第２のスイッチと、前記第３の抵抗素子と前記第４の抵抗素子とを前記第３のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第３のスイッチと、を含み、前記第１のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧以上であるとき、前記第１の抵抗素子を選択し、前記第２のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧未満であって前記第２の基準電圧以上であるとき、前記第２の抵抗素子を選択し、前記第３のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第２の基準電圧未満であって前記第３の基準電圧以上であるとき、前記第３の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第３の基準電圧未満であるとき、前記第４の抵抗素子を選択する。

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から１つの抵抗素子を照度信号に応じて選択し、前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される。

ある実施形態において、前記充電器は、前記照度信号を出力する照度センサをさらに備える。

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは可変抵抗器を含む。

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、第１の抵抗値を有する第１の抵抗素子と、前記第１の抵抗値よりも小さい第２の抵抗値を有する第２の抵抗素子と、前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子とを切り替え可能な第１のスイッチと、を含む。

ある実施形態において、前記太陽電池モジュールは、色素増感太陽電池モジュールまたは蛍光集光板を用いた太陽電池モジュールである。前記太陽電池モジュールは色素増感太陽電池モジュールであることが好ましい。

ある実施形態において、前記太陽電池モジュールからの最大出力電力が１０Ｗ以下であるとき、前記抵抗ユニットの可変抵抗値は、０．１Ωから５０ｋΩの範囲の値である。可変抵抗値の下限は０．１Ωに限らずより小さい方が好ましい。ただし、抵抗値が極端に小さくなると回路のコストが上昇し、製品として現実的ではなくなる。そのため、許容できるコストを考慮すると抵抗値の下限を０．１Ω程度とすることが望ましい。

ある実施形態において、前記充電器は、前記太陽電池モジュールからの電力を蓄積し、前記制御回路に接続された蓄電池をさらに備える。

ある実施形態において、充電器付きモバイル電子機器用カバーは、太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの最適動作点を追従する制御回路と、前記太陽電池モジュールと前記制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットと、を有する充電器を備える。

本発明の一実施形態によれば、太陽電池からの電力を蓄電池または負荷により効率的に供給できる充電器が提供される。

太陽電池の出力電圧の照度依存性を示すグラフである。 第１の実施形態による充電器１００Ａの回路構成を示す模式図である。 太陽電池の出力電圧の照度依存性を示すグラフである。 第１の実施形態による抵抗ユニット１１０Ａの回路構成を示す模式図である。 第２の実施形態による抵抗ユニット１１０Ｂの回路構成を示す模式図である。 第３の実施形態による抵抗ユニット１１０Ｃの回路構成を示す模式図である。 第４の実施形態による抵抗ユニット１１０Ｄの回路構成を示す模式図である。 第５の実施形態による抵抗ユニット１１０Ｅの回路構成を示す模式図である。 第５の実施形態の変形例による抵抗ユニット１１０Ｆの回路構成を示す模式図である。 比較例に用いた充電器の回路構成を示す模式図である。 比較例に用いた充電器の回路構成を示す模式図である。

本発明の実施形態による充電器は、太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの最適動作点を追従するＭＰＰＴ回路と、太陽電池モジュールとＭＰＰＴ回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットと、を備える。この充電器によれば、照度変化に伴う太陽電池の出力電圧の変動に応じて、太陽電池からの電力を蓄電池により効率的に給電できる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態による充電器を説明する。以下の説明において、同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付している。なお、本発明の実施形態による充電器は、以下で例示するものに限られない。例えば、一の実施形態と、他の実施形態とを組み合わせることも可能である。

（第１の実施形態）
図２および３を参照しながら、本実施形態による充電器１００Ａの回路構成および機能を説明する。

図２は、充電器１００Ａの回路構成を模式的に示している。図示するように、充電器１００Ａには、充電の対象として、外部負荷１０６を接続することができる。例えば、外部負荷１０６は、タブレット端末、スマートフォンに代表される携帯電話、および電子書籍リーダなどである。充電器１００Ａを外部負荷１０６に接続した状態で、充電器１００Ａから外部負荷１０６に電力が供給される。または、充電対象は、充電器１００Ａ内の蓄電池１０７であってもよい。その場合、蓄電池１０７を一旦充電してから、充電器１００Ａに外部負荷１０６を接続し、蓄電池１０７に蓄積された電力を外部負荷１０６に供給することもできる。

充電器１００Ａは、太陽電池モジュール１０１と、抵抗ユニット１１０Ａと、ＭＰＰＴ回路１０５とを備えている。ただし、上述したように、充電器１００Ａはオプションとして、太陽電池モジュール１０１からの電力を蓄積する蓄電池１０７をさらに備えていてもよい。

太陽電池モジュール１０１として、種々の太陽電池を用いることができる。例えば、結晶シリコン太陽電池およびアモルファスシリコン太陽電池などのシリコン系の太陽電池、ＧａＡｓ太陽電池などの化合物系の太陽電池、蛍光集光板を用いた太陽電池、および色素増感太陽電池などの有機系の太陽電池を広く用いることができる。なお、太陽電池は一般に「ＰＶ」と称され、図中には太陽電池モジュール１０１を「ＰＶ」と表記している。

ここで、太陽電池の出力電圧（開放電圧）の照度依存性を詳細に説明する。図３は、太陽電池の出力電圧（開放電圧）の照度依存性を示す。図３の横軸は対数軸であり、照度（ｍＷ／ｃｍ²）を示し、縦軸は開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）を示している。図中には、結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、色素増感太陽電池、および蛍光集光板を用いた太陽電池のそれぞれについて、ソーラーシミュレータを用いてＪＩＳ規格において規定されている標準状態（ＡＭ−１．５、１００ｍＷ／ｃｍ²の疑似太陽光、表面温度２５℃、光入射方向はセルに直交）で測定した各太陽電池の測定結果を示している。結晶シリコン太陽電池の測定結果を「◆」でプロットし、色素増感太陽電池の測定結果を「■」でプロットし、アモルファスシリコン太陽電池を「▲」でプロットし、蛍光集光板を用いた太陽電池の測定結果を「●」でプロットしている。

図３から、色素増感太陽電池および蛍光集光板を用いた太陽電池の開放電圧は入射エネルギーによって緩やかに変化していることが分かる。これに対して、結晶シリコン太陽電池およびアモルファスシリコン太陽電池の開放電圧は、入射エネルギーの低下とともに大きく減少していることが分かる。このように、色素増感太陽電池および蛍光集光板を用いた太陽電池の、照度に対する電圧変動は、結晶シリコン太陽電池およびアモルファスシリコン太陽電池のそれに比べて小さいと言える。

結晶シリコン太陽電池およびアモルファスシリコン太陽電池を用いると、天候が変化し易い場合、または照度が非常に低い場合には、太陽電池の出力電圧の変動により、ＭＰＰＴ回路１０５への入力電圧が不安定になる。また、色素増感太陽電池および蛍光集光板を用いた太陽電池と比べ、低照度時の開放電圧はそもそも低い。そのため、太陽電池モジュール１０１の発電量に対する負荷１０６または蓄電池１０７に供給される電力量の割合は低下する。

これに対して、色素増感太陽電池および蛍光集光板を用いた太陽電池を用いると、天候が変化し易い場合、または照度が非常に低い場合でも、太陽電池の出力電圧の変動が小さいので、ＭＰＰＴ回路への入力電圧は安定する。そのため、太陽電池の発電量に対する負荷１０６または蓄電池１０７に供給される電力量の割合を高く維持できる。

また、太陽電池からの出力電流は、その種類を問わず、照度に応じて大きく変化する。そのため、照度に対する電流変動にはそれほど違いは見られない。従って、電力を安定的に供給する観点から、太陽電池モジュール１０１として、照度に対する電圧変動が小さく、また、低照度時の開放電圧がより高い色素増感太陽電池および蛍光集光板を用いた太陽電池を用いることが好ましい。これらの太陽電池を用いると、天候が変化し易い場合、および照度が極めて低い場合でも、充電器の回路の変換効率の悪化が抑制されて、太陽電池から電力を効率よく得ることができる。さらに、色素増感太陽電池を用いることがより好ましい。

太陽電池モジュール１０１は、複数のセルから構成される。例えば、色素増感太陽電池の集積構造として、様々な構成が提案されている。中でも、複数のセルを直列に接続することで、高密度な集積構造を簡単に実現できることが知られている。そのため、高集積化の観点からは、複数のセルが直列に接続された構造を有する色素増感太陽電池を用いることが好ましい。これにより、太陽電池モジュール１０１の出力を大きくすることができる。以下、太陽電池モジュール１０１は、特に断りがない限り、結晶シリコン太陽電池モジュールであるとする。

ＭＰＰＴ回路１０５は、太陽電池モジュール１０１の最適動作点を追従する制御を行う。最適動作点は、太陽電池モジュール１０１の出力電力（電流と電圧の積）が最大になる動作点を指す。ＭＰＰＴ回路１０５を用いることで、照度や温度が変化しても、その状況下での最大動作点において太陽電池モジュール１０１を発電させることができ、そのときの最大電力を得ることができる。ＭＰＰＴ回路１０５として、公知のものを広く用いることができる。

抵抗ユニット１１０Ａは、可変抵抗値を有している。抵抗ユニット１１０Ａは、太陽電池モジュール１０１の出力インピーダンスを調整する機能を有している。抵抗ユニット１１０Ａは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、複数の抵抗素子の中から１つの抵抗素子を太陽電池モジュール１０１の出力電圧に応じて選択する。その結果、太陽電池モジュール１０１は、選択された抵抗素子を介してＭＰＰＴ回路１０５に接続される。

図４を参照しながら、抵抗ユニット１１０Ａの構成および機能を詳細に説明する。

図４は、抵抗ユニット１１０Ａの回路構成を模式的に示している。抵抗ユニット１１０Ａは、コンパレータ（ＣＭＰ）１０２Ａと、スイッチ１０３Ａと、抵抗素子１０４Ａおよび１０４Ｂとを有している。抵抗ユニット１１０Ａは、これらの素子を同一の基板に集積することにより、集積回路として実現され得る。

抵抗素子１０４Ａおよび１０４Ｂは、互いに異なる抵抗値を有している。具体的には、抵抗素子１０４Ａの抵抗値は、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値よりも大きい。例えば、太陽電池モジュール１０１からの最大出力電力が１０Ｗ以下である場合、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を３０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を０．１ｋΩに設定することができる。

アモルファスシリコン太陽電池モジュールまたは色素増感太陽電池モジュールを用いるとき、そのモジュールからの最大出力電力が５Ｗ以下である場合、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を１０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を０．１ｋΩに設定することが好ましい。また、蛍光集光板を用いた太陽電池を用いるとき、そのモジュールからの最大出力電力が３Ｗ以下である場合、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を５ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を０．１ｋΩに設定することが好ましい。

コンパレータ１０２Ａは、太陽電池モジュール１０１の出力電圧を受けて、その出力電圧と第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１との大小を比較する。ここで、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１は太陽電池モジュールおよびＭＰＰＴ回路１０５の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を０．８Ｖ程度に設定することができる。

スイッチ１０３Ａは、例えばリレースイッチなどである。スイッチ１０３Ａは、抵抗素子１０４Ａと抵抗素子１０４Ｂとを、コンパレータ１０２Ａの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子１０４Ａが選択されると、太陽電池モジュール１０１は、抵抗素子１０４Ａを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続される。抵抗素子１０４Ｂが選択されると、太陽電池モジュール１０１は、抵抗素子１０４Ｂを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続される。以下、スイッチの動作を詳細に説明する。

コンパレータ１０２Ａは、太陽電池モジュール１０１の出力電圧と第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１との大小関係応じて、スイッチ１０３Ａを制御する電流をオン・オフする。太陽電池モジュール１０１の出力電圧が第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１以上であるとき、コンパレータ１０２Ａが制御電流をオンすることにより、スイッチ１０３Ａは、抵抗素子１０４Ａを選択する。このように、晴天時など照度が比較的高いときは、抵抗ユニット１１０Ａは抵抗素子１０４Ａに対応した抵抗値を有する。

太陽電池モジュール１０１の出力電圧が第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１未満であるとき、コンパレータ１０２Ａが制御電流をオフすることにより、スイッチ１０３Ａは、抵抗素子１０４Ｂを選択する。このように、曇天時など照度が比較的低いときは、抵抗ユニット１１０Ａは抵抗素子１０４Ｂに対応した抵抗値を有する。

晴天時など照度が比較的高いとき、太陽電池モジュール１０１は、抵抗素子１０４Ａを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続され、曇天時など照度が比較的低いとき、抵抗素子１０４Ａよりも小さい抵抗値を有する抵抗素子１０４Ｂを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続される。このように、抵抗ユニット１１０Ａは、高照度のとき、高い抵抗値を有し、低照度のとき、低い抵抗値を有するように構成されている。

低照度のときは、太陽電池モジュール１０１からの出力電圧、電流および電力は小さい。そのため、仮に抵抗値が高く設定されると、ＭＰＰＴ回路１０５への入力電圧は低くなり、ＭＰＰＴ回路１０５において検出され得る出力の変化が小さくなる。その結果、ＭＰＰＴ回路１０５の演算精度の低下を招く。本実施形態では、低照度のとき、抵抗値を小さく設定しているので、それを回避することができ、ＭＰＰＴ回路１０５に効率よく電力を供給できる。

また、高照度のとき、太陽電池モジュール１０１からの出力電圧、電流および電力は比較的大きい。そのため、仮に抵抗値が小さく設定されると、ＭＰＰＴ回路１０５に電力を効率よく供給できない。また、ＭＰＰＴ回路１０５の入力電圧が最適動作点電圧からずれてしまう可能性がある。本実施形態では、高照度のとき、抵抗値を大きく設定しているので、それらを回避することができる。

上述したとおり、充電器１００Ａは、蓄電池１０７をさらに備えていても構わない。その場合、蓄電池１０７は、太陽電池モジュール１０１において発電された電力を蓄積する。蓄電池としては、例えばリチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池およびニッケル・水素電池などを用いることができる。

本実施形態によると、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール１０１からの電力を負荷１０６または蓄電池１０７に効率よく供給できる。また、低照度においてもＭＰＰＴ回路１０５を介して電力を給電することにより、蓄電池１０７の充電効率を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図５を参照しながら、本実施形態による充電器１００Ｂの構造および機能を説明する。

図５は、充電器１００Ｂの回路構成を模式的に示している。第２の実施形態による充電器１００Ｂは、抵抗ユニット１１０Ｂが２つのコンパレータおよび３つの抵抗素子を備えている点で、第１の実施形態による充電器１００Ａとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。

抵抗ユニット１１０Ｂは、コンパレータ１０２Ａおよび１０２Ｂと、抵抗素子１０４Ａ、１０４Ｂおよび１０４Ｃと、スイッチ１０３Ａおよび１０３Ｂとを有している。

抵抗素子１０４Ａ、１０４Ｂおよび１０４Ｃは、互いに異なる抵抗値を有している。具体的には、抵抗素子１０４Ａの抵抗値は、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値よりも大きい。抵抗素子１０４Ｂの抵抗値は、抵抗素子１０４Ｃの抵抗値よりも大きい。例えば、太陽電池モジュールからの最大出力電力が１０Ｗ以下であるとき、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を５０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を５ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｃの抵抗値を０．５ｋΩに設定することができる。

コンパレータ１０２Ａは、太陽電池モジュール１０１の出力電圧を受けて、その出力電圧と第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１との大小を比較する。コンパレータ１０２Ａは、その大小関係応じて、スイッチ１０３Ａを制御する電流をオン・オフする。ここで、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１は太陽電池モジュールおよびＭＰＰＴ回路１０５の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を０．８Ｖ程度に設定することができる。

コンパレータ１０２Ｂは、太陽電池モジュール１０１の出力電圧を受けて、その出力電圧と第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２との大小を比較する。コンパレータ１０２Ｂは、その大小関係応じて、スイッチ１０３Ｂを制御する電流をオン・オフする。ここで、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２は太陽電池モジュールおよびＭＰＰＴ回路１０５の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２を０．５Ｖ程度に設定することができる。このように、本実施形態では、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１は、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも大きい。

スイッチ１０３Ａは、抵抗素子１０４Ａと、抵抗素子１０４Ｂまたは１０４Ｃとを、コンパレータ１０２Ａの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子１０４Ａが選択されると、太陽電池モジュール１０１は、抵抗素子１０４Ａを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続される。

スイッチ１０３Ｂは、抵抗素子１０４Ｂと抵抗素子１０４Ｃとを、コンパレータ１０２Ｂの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子１０４Ｂが選択されると、太陽電池モジュール１０１は、抵抗素子１０４Ｂを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続される。抵抗素子１０４Ｃが選択されると、太陽電池モジュール１０１は、抵抗素子１０４Ｃを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続される。以下、スイッチの動作を詳細に説明する。

太陽電池モジュール１０１の出力電圧が第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１以上であるとき、スイッチ１０３Ａは、抵抗素子１０４Ａを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル１」と称することにする。照度レベル１は、比較的高い照度に対応したレベルを示している。

太陽電池モジュール１０１の出力電圧が第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１未満であって、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２以上であるとき、スイッチ１０３Ｂは、抵抗素子１０４Ｂを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル２」と称することにする。また、太陽電池モジュールの出力電圧が第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２未満であるとき、スイッチ１０３Ｂは、抵抗素子１０４Ｃを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル３」と称することにする。照度レベル２および３は、比較的低い照度に対応したレベルを示している。

このように、スイッチ１０３Ａは、高照度であるか否かによって、照度レベル１に対応した抵抗素子１０４Ａと、抵抗素子１０４Ｂまたは抵抗素子１０４Ｃとを切り替える。低照度のとき、そのレベルはさらに分類され、スイッチ１０３Ｂは、照度レベル２に対応した抵抗素子１０４Ｂと照度レベル３に対応した抵抗素子１０４Ｃとを切り替える。

特に、低照度のとき、太陽電池モジュール１０１からの出力電圧、電流および電力は小さい。そのため、仮に抵抗ユニット１１０Ｂの抵抗値が高く設定されると、ＭＰＰＴ制御回路１０５への入力電圧が低くなり、ＭＰＰＴ回路１０５において検出され得る出力の変化が小さくなる。その結果、ＭＰＰＴ回路１０５の演算精度の低下を招く。本実施形態では、コンパレータ１０２Ｂ、スイッチ１０３Ｂおよび抵抗素子１０４Ｃを設けることにより、低照度時において、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２を参照して、抵抗素子を細かく切り替えることができる。そのため、照度が極めて低い場合でも、その照度に対応した適切な抵抗値を抵抗ユニット１１０Ｂに設定することができ、ＭＰＰＴ回路１０５に効率よく電力を供給できる。

本実施形態によると、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール１０１からの電力を負荷１０６または蓄電池１０７に効率よく供給できる。また、照度が極めて低い場合でもＭＰＰＴ回路１０５を介して電力を給電することにより、蓄電池１０７の充電効率を向上させることができる。

（第３の実施形態）
図６を参照しながら、本実施形態による充電器１００Ｃの構造および機能を説明する。

図６は、充電器１００Ｃの回路構成を模式的に示している。第３の実施形態による充電器１００Ｂは、抵抗ユニット１１０Ｃが３つのコンパレータおよび４つの抵抗素子を備えている点で、第１の実施形態による充電器１００Ａとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。

抵抗ユニット１１０Ｃは、コンパレータ１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃと、抵抗素子１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃおよび１０４Ｄと、スイッチ１０３Ａ、１０３Ｂおよび１０３Ｃとを有している。

抵抗素子１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃおよび１０４Ｄは、互いに異なる抵抗値を有している。具体的には、抵抗素子１０４Ａの抵抗値は、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値よりも大きい。抵抗素子１０４Ｂの抵抗値は、抵抗素子１０４Ｃの抵抗値よりも大きい。抵抗素子１０４Ｃの抵抗値は、抵抗素子１０４Ｄの抵抗値よりも大きい。例えば、太陽電池モジュールからの最大出力電力が１０Ｗ以下であるとき、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を５０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を１０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｃの抵抗値を０．５ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｄの抵抗値を０．１Ωに設定することができる。

コンパレータ１０２Ａは、太陽電池モジュール１０１の出力電圧を受けて、その出力電圧と第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１との大小を比較する。コンパレータ１０２Ａは、その大小関係応じて、スイッチ１０３Ａを制御する電流をオン・オフする。ここで、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１は、太陽電池モジュールおよびＭＰＰＴ回路１０５の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を１Ｖ程度に設定することができる。

コンパレータ１０２Ｂは、太陽電池モジュール１０１の出力電圧を受けて、その出力電圧と第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２との大小を比較する。コンパレータ１０２Ｂは、その大小関係応じて、スイッチ１０３Ｂを制御する電流をオン・オフする。ここで、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２は、太陽電池モジュールおよびＭＰＰＴ回路１０５の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２を０．７Ｖ程度に設定することができる。

コンパレータ１０２Ｃは、太陽電池モジュール１０１の出力電圧を受けて、その出力電圧と第３の基準電圧Ｖｒｅｆ３との大小を比較する。コンパレータ１０２Ｃは、その大小関係応じて、スイッチ１０３Ｃを制御する電流をオン・オフする。ここで、第３の基準電圧Ｖｒｅｆ３は、太陽電池モジュールおよびＭＰＰＴ回路１０５の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第３の基準電圧Ｖｒｅｆ２を０．３Ｖ程度に設定することができる。このように、本実施形態では、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１は、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも大きく、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２は、第３の基準電圧Ｖｒｅｆ３よりも大きい。

スイッチ１０３Ａは、抵抗素子１０４Ａと、抵抗素子１０４Ｂ、１０４Ｃまたは１０４Ｄとを、コンパレータ１０２Ａの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子１０４Ａが選択されると、太陽電池モジュール１０１は、抵抗素子１０４Ａを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続される。

スイッチ１０３Ｂは、抵抗素子１０４Ｂと、抵抗素子１０４Ｃまたは１０４Ｄとを、コンパレータ１０２Ｂの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子１０４Ｂが選択されると、太陽電池モジュール１０１は、抵抗素子１０４Ｂを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続される。

スイッチ１０３Ｃは、抵抗素子１０４Ｃと抵抗素子１０４Ｄとを、コンパレータ１０２Ｃの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子１０４Ｃが選択されると、太陽電池モジュール１０１は、抵抗素子１０４Ｃを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続され、抵抗素子１０４Ｄが選択されると、太陽電池モジュール１０１は、抵抗素子１０４Ｄを介してＭＰＰＴ回路１０５に接続される。以下、スイッチの動作を詳細に説明する。

太陽電池モジュール１０１の出力電圧が第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１以上であるとき、スイッチ１０３Ａは、抵抗素子１０４Ａを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル１」と称することにする。また、太陽電池モジュールの出力電圧が第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１未満であって、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２以上であるとき、スイッチ１０３Ｂは、抵抗素子１０４Ｂを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル２」と称することにする。照度レベル１および２は、比較的高い照度に対応したレベルを示している。

太陽電池モジュール１０１の出力電圧が第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２未満であって、第３の基準電圧Ｖｒｅｆ３以上であるとき、スイッチ１０３Ｃは、抵抗素子１０４Ｃを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル３」と称することにする。また、太陽電池モジュールの出力電圧が第３の基準電圧Ｖｒｅｆ３未満であるとき、スイッチ１０３Ｃは、抵抗素子１０４Ｄを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル４」と称することにする。照度レベル３および４は、比較的低い照度に対応したレベルを示している。

このように複数の基準電圧を設定し、太陽電池モジュール１０１の出力電圧とその基準電圧との大小関係を判定することにより、照度に対応した適切な抵抗値を抵抗ユニット１１０Ｃに細かく設定することができる。その結果、太陽電池モジュール１０１の電力をＭＰＰＴ回路１０５により効率よく供給できる。

本実施形態によると、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール１０１からの電力を負荷１０６または蓄電池１０７に効率よく供給できる。また、照度が極めて低い場合、または極めて高い場合でも、ＭＰＰＴ回路１０５を介して電力を給電することにより、蓄電池１０７の充電効率を向上させることができる。

なお、本願発明においては、コンパレータ、抵抗素子およびスイッチの数は特に限定されない。コンパレータ、抵抗素子およびスイッチをさらに設けることにより、照度に対応した適切な抵抗値をより緻密に精度よく抵抗ユニット１１０Ｃに設定することができる。製品仕様およびコストなどを考慮し、種々のバリエーションから最適な回路構成を選択ることができる。

（第４の実施形態）
図７を参照しながら、本実施形態による充電器１００Ｄの構造および機能を説明する。

図７は、充電器１００Ｄの回路構成を模式的に示している。第４の実施形態による充電器１００Ｄは、コンパレータ１０２Ａに接続された照度センサ１０８を備えている点で、第１の実施形態による充電器１００Ａとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。

充電器１００Ｄは、コンパレータ１０２Ａに接続された照度センサ１０８をさらに備えている。照度センサ１０８としては、公知のものを広く用いることができる。照度センサ１０８は、太陽電池モジュール１０１を照射する光の照度を検出する。照度センサ１０８は、その検出結果に応じた電流を発生し、スイッチ１０３Ａに出力する。

抵抗ユニット１１０Ｄは、各々が異なる抵抗値を有する抵抗素子１０４Ａおよび１０４Ｂを含み、その２つの抵抗素子の中から１つを照度センサ１０８からの照度信号に応じて選択する。なお、第１の実施形態と同様に、抵抗素子１０４Ａの抵抗値は、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値よりも大きいとする。

コンパレータ１０２Ａは、照度センサ１０８からの電流値と基準電流Ｉｒｅｆとの大小関係を判定する。例えば、基準電流Ｉｒｅｆに１ｍＡを設定することができる。

スイッチ１０３Ａは、照度センサ１０８からの電流値が基準電流Ｉｒｅｆ以上であるとき、抵抗素子１０４Ａを選択し、照度センサ１０７の電流値が基準電流Ｉｒｅｆ未満であるとき、抵抗素子１０４Ｂを選択する。このように、抵抗ユニット１１０Ｄの抵抗値は、高照度のとき、抵抗素子１０４Ａの抵抗値に変化し、低照度のとき、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値に変化する。

第１から第３の実施形態では、太陽電池モジュール１０１の出力電圧によって各スイッチを切り替えるので、その分だけ電力損失が発生する。本実施形態では、照度センサ１０８の電流を用いて、各スイッチを切り替えるので、電力損失を抑止することができる。そのため、第１から第３の実施形態に比べて、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール１０１からの電力を負荷１０６または蓄電池１０７により効率よく供給できる。また、低照度においてもＭＰＰＴ回路１０５を介して電力を給電することにより、蓄電池１０７の充電効率を向上させることができる。

（第５の実施形態）
図８を参照しながら、本実施形態による充電器１００Ｅの構造および機能を説明する。

図８は、充電器１００Ｅの回路構成を模式的に示している。第５の実施形態による充電器１００Ｅは、抵抗ユニット１１０Ｅが可変抵抗器１０９を含んでいる点で、第１の実施形態による充電器１００Ａとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。

抵抗ユニット１１０Ｅは、ユーザが抵抗値（ボリューム）を外部から調整することが可能なつまみなどを有する可変抵抗器１０９を含んでいる。抵抗ユニット１１０Ｅは、１つの可変抵抗器１０９で構成され得るので、他の実施形態による抵抗ユニットと比べ、抵抗ユニット１１０Ｅのサイズを小さくすることができる。

本実施形態によると、例えば、太陽電池モジュール１０１の出力電圧、出力電流、または出力電力を表示する表示計（不図示）などを設置してそれをモニタすることにより、ユーザは、可変抵抗器１０９のつまみを調整して、細かく抵抗値を設定することができる。つまり、照度の微小な変化に応じて、適切な抵抗値を精度よく設定することができる。そのため、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール１０１からの電力を負荷１０６または蓄電池１０７により効率よく供給できる。

図９を参照しながら、ユーザによる外部制御が可能な抵抗ユニットの変形例を説明する。

図９は、本変形例による充電器１００Ｆの回路構成を模式的に示している。図示するように、充電器１００Ｆは、スイッチ１０３Ａはユーザから外部制御を受ける点で、第１の実施形態による充電器１００Ａとは異なる。

この変形例によると、例えば、太陽電池モジュール１０１の出力を表示する表示計（不図示）などを設置してそれをモニタすることによって、自動制御に代えて手動により、ユーザは照度に適した抵抗値を選択できる。また、コンパレータなどを設ける必要がないので、それらによる電力損失を抑制できる。

なお、本願発明においては、可変抵抗器の数は特に限定されない。可変抵抗器をさらに設けることにより、照度に対応した適切な可変抵抗値をより緻密に精度よく抵抗ユニット１１０Ｅに設定することができる。また、ユーザによる外部制御および抵抗素子の数は特に限定されない。ユーザによる外部制御および抵抗素子をさらに設けることにより、照度に対応した適切な抵抗値をより緻密に精度よく抵抗ユニット１１０Ｆに設定することができる。製品仕様およびコストなどを考慮し、種々のバリエーションから最適な回路構成を選択ることができる。

（実施例）
本願発明者は、各実施形態に対応した回路構成を有する抵抗ユニットを備える充電器をそれぞれ試作し、それらの性能評価を行った。具体的には、以下に示される実施例１から８において、２つの条件下で、太陽電池モジュール１０１の出力電力量に対するＭＰＰＴ回路１０５の出力電力量の割合（以下、「給電効率」と称する。）を測定した。ここで、電力量は、太陽電池モジュール１０１およびＭＴＴＰ回路１０５の出力電圧Ｖおよび出力電流Ｉを測定することにより得られる電力（Ｐ＝ＩＶ）の積算値である。また、給電効率は、各条件下での測定により得られた積算値の平均値を意味する。

１つ目の条件（条件１）の下では、照度が比較的高い状況を想定し、太陽電池モジュール１０１に、１０００００ルクスの疑似太陽光を約２時間照射し、その後２０００ルクスのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｅｄ Ｄｉｏｄｅ）光を約３時間照射した。

２つ目の条件（条件２）の下では、照度が比較的低い状況を想定し、太陽電池モジュール１０１に、１０００００ルクスの疑似太陽光を約５分照射し、その後２０００ルクスのＬＥＤ光を約４時間照射し、２００ルクスのＬＥＤ光を約６時間照射した。なお、照度が極めて低いときを想定し、２００ルクスのＬＥＤ光を照射している。

実施例１は、図４に示される回路構成に対応した充電器１００Ａである。太陽電池モジュール１０１からの最大出力電力を１０Ｗとして、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を３０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を０．１ｋΩに設定し、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を０．５Ｖに設定した。また、太陽電池モジュール１０１として、結晶シリコン太陽電池モジュールを用いた。

実施例２は、図５に示される回路構成に対応した充電器１００Ｂである。太陽電池モジュール１０１からの最大出力電力を１０Ｗとして、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を５０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を５ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｃの抵抗値を０．５ｋΩに設定した。また、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を０．５Ｖに設定し、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２を０．４Ｖに設定した。太陽電池モジュール１０１として、結晶シリコン太陽電池モジュールを用いた。

実施例３は、図６に示される回路構成に対応した充電器１００Ｃである。太陽電池モジュール１０１からの最大出力電力を１０Ｗとして、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を５０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を１０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｃの抵抗値を０．５ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｄの抵抗値を０．１Ωに設定した。また、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を０．５Ｖに設定し、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２を０．４Ｖに設定し、第３の基準電圧Ｖｒｅｆ３を０．３５Ｖに設定した。太陽電池モジュール１０１として、結晶シリコン太陽電池モジュールを用いた。

実施例４は、図７に示される回路構成に対応した充電器１００Ｄである。太陽電池モジュール１０１からの最大出力電力を１０Ｗとして、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を３０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を０．１ｋΩに設定し、基準電流Ｉｒｅｆを１ｍＡに設定した。また、太陽電池モジュール１０１として、結晶シリコン太陽電池モジュールを用いた。

実施例５は、図４に示される回路構成に対応した充電器１００Ａである。太陽電池モジュール１０１からの最大出力電力を５Ｗとして、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を１０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を０．１ｋΩに設定し、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を０．５Ｖに設定した。また、太陽電池モジュール１０１として、アモルファスシリコン太陽電池モジュールを用いた。

実施例６は、図４に示される回路構成に対応した充電器１００Ａである。太陽電池モジュール１０１からの最大出力電力を５Ｗとして、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を１０ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を０．１ｋΩに設定し、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を０．６５Ｖに設定した。また、太陽電池モジュール１０１として、色素増感太陽電池モジュールを用いた。

実施例７は、図４に示される回路構成に対応した充電器１００Ａである。太陽電池モジュール１０１からの最大出力電力を３Ｗとして、抵抗素子１０４Ａの抵抗値を５ｋΩに設定し、抵抗素子１０４Ｂの抵抗値を０．１ｋΩに設定し、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を０．６Ｖに設定した。また、太陽電池モジュール１０１として、蛍光集光板を用いた太陽電池を用いた。

実施例８は、図８に示される回路構成に対応した充電器１００Ｅである。太陽電池モジュール１０１からの最大出力電力を１０Ｗとして、可変抵抗値の範囲を０．１Ωから５０ｋΩとした。また、太陽電池モジュール１０１として、結晶シリコン太陽電池モジュールを用いた。

以下、比較例１から８に言及しつつ、実施例１から８の各測定結果を説明する。表１にそれぞれの測定結果を示す。

図１０Ａおよび１０Ｂは、比較例に対応した回路構成を模式的に示している。比較例では、充電器は、可変抵抗値を有する抵抗ユニットではなく、図示するように、低照度に対応した抵抗値または高照度に対応した抵抗値を有している。比較例では、低照度に対応した抵抗素子１１１Ａの抵抗値を０．１ｋΩに設定し、高照度に対応した抵抗素子１１１Ｂの抵抗値を３０ｋΩに設定した。

図１０Ａに示されるように、比較例１は、実施例１に対して、抵抗ユニット１１０Ａを低照度用の抵抗素子１１１Ａに置き換えたものである。比較例３は、実施例１に対して、抵抗ユニット１１０Ａを抵抗素子１１１Ａに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールをアモルファスシリコン太陽電池に置き換えたものである。比較例５は、実施例１に対して、抵抗ユニット１１０Ａを抵抗素子１１１Ａに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールを色素増感太陽電池に置き換えたものである。比較例７は、実施例１に対して、抵抗ユニット１１０Ａを抵抗素子１１１Ａに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールを蛍光集光板を用いた太陽電池に置き換えたものである。

図１０Ｂに示されるように、比較例２は、実施例１に対して、抵抗ユニット１１０Ａを高照度用の抵抗素子１１１Ｂに置き換えたものである。比較例４は、実施例１に対して、抵抗ユニット１１０Ａを抵抗素子１１１Ｂに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールをアモルファスシリコン太陽電池に置き換えたものである。比較例６は、実施例１に対して、抵抗ユニット１１０Ａを抵抗素子１１１Ｂに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールを色素増感太陽電池に置き換えたものである。比較例８は、実施例１に対して、抵抗ユニット１１０Ａを抵抗素子１１１Ｂに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールを蛍光集光板を用いた太陽電池に置き換えたものである。

実施例１と２とを比較すると、条件１および２のいずれにおいても、実施例２における給電効率がより高いことが分かる。また、実施例２と３とを比較すると、条件１および２のいずれにおいても、実施例３における給電効率がより高いことが分かる。これは、コンパレータ、抵抗素子およびスイッチをより多く設けることにより、照度に対応した適切な抵抗値をより緻密に精度よく抵抗ユニットに設定することができるので、給電効率が向上することを示している。

実施例１と４とを比較すると、条件１および２のいずれにおいても、実施例４における給電効率がより高いことが分かる。これは、照度センサの電流を用いて各スイッチを切り替えることでコンパレータによる電力損失を抑制でき、給電効率が向上することを示している。

実施例１および５から７の中で、条件１および２のいずれにおいても、実施例６の測定結果が最もよいことが分かる。これは、太陽電池モジュール１０１として、照度に対する電圧変動が小さい色素増感太陽電池を用いることが好ましいことを示している。

実施例１と８とを比較すると、条件１および２のいずれにおいても、実施例８における給電効率がより高いことが分かる。これは、手動により照度に適した抵抗値を選択することにより給電効率が向上することを示し、また、コンパレータなどによる電力損失を抑制できることを示している。

実施例と比較例とを比較する。比較例のように、太陽電池モジュール１０１に接続される抵抗素子の抵抗値を低照度用の抵抗値に固定すると、高照度のときに、ＭＰＰＴ回路１０５に電力を効率よく供給できない。そのため、条件１の給電効率は低下することが分かる。一方で、太陽電池モジュール１０１に接続される抵抗素子の抵抗値を高照度用の抵抗値に固定すると、低照度のときに、ＭＰＰＴ回路１０５の演算精度が低下する。そのため、条件２の給電効率は著しく低下していることが分かる。抵抗素子の抵抗値を高照度用の抵抗値に固定することにより、特に低照度時の給電効率に大きな影響が出ることが分かる。

本願発明は、太陽電池を備えた種々の充電器に好適に利用される。例えば、本願発明の充電器は、スマートフォンに代表されるモバイル電子機器を保護するカバーまたはケースに搭載され得る。その充電器付きカバーによると、照度変化に伴う太陽電池モジュールの出力電圧に変動が生じた場合であっても、太陽電池モジュールからの電力をモバイル電子機器に効率的に供給することができる。

本明細書は、以下の項目に記載の充電器およびモバイル電子機器用カバーを開示している。

〔項目１〕
太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールの最適動作点を追従する制御回路と、
前記太陽電池モジュールと前記制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットと、
を備える、充電器。

項目１に記載の充電器によると、太陽電池モジュールからの電力を効率的に供給できる。

〔項目２〕
前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から１つの抵抗素子を前記太陽電池モジュールの出力電圧に応じて選択し、
前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される、項目１に記載の充電器。

項目２に記載の充電器によると、照度に対応した適切な抵抗素子を選択することができるので、照度変化に伴う太陽電池モジュールの出力電圧に変動が生じた場合であっても、太陽電池モジュールからの電力を効率的に供給できる。

〔項目３〕
前記抵抗ユニットは、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と第１の基準電圧とを比較する第１のコンパレータと、
第１の抵抗値を有する第１の抵抗素子と、
前記第１の抵抗値よりも小さい第２の抵抗値を有する第２の抵抗素子と、
前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子とを前記第１のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第１のスイッチと、
を含み、
前記第１のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧以上であるとき、前記第１の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧未満であるとき、前記第２の抵抗素子を選択する、項目２に記載の充電器。

項目３に記載の充電器によると、低照度および高照度のそれぞれに適した抵抗値をモジュールユニットに設定することができ、低照度から高照度までの広範囲にわたり効率的に電力を供給できる。

〔項目４〕
前記抵抗ユニットは、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と第１の基準電圧とを比較する第１のコンパレータと、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第１の基準電圧よりも小さい第２の基準電圧とを比較する第２のコンパレータと、
第１の抵抗値を有する第１の抵抗素子と、
前記第１の抵抗値よりも小さい第２の抵抗値を有する第２の抵抗素子と、
前記第２の抵抗値よりも小さい第３の抵抗値を有する第３の抵抗素子と、
前記第１の抵抗素子と前記第２または第３の抵抗素子とを前記第１のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第１のスイッチと、
前記第２の抵抗素子と前記第３の抵抗素子とを前記第２のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第２のスイッチと、
を含み、
前記第１のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧以上であるとき、前記第１の抵抗素子を選択し、
前記第２のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧未満であって前記第２の基準電圧以上であるとき、前記第２の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第２の基準電圧未満であるとき、前記第３の抵抗素子を選択する、項目２に記載の充電器。

項目４に記載の充電器によると、照度が極めて低い場合にも適切な抵抗値を抵抗ユニットに設定でき、低照度から高照度までの広範囲にわたりより効率的に電力を供給できる。

〔項目５〕
前記抵抗ユニットは、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と第１の基準電圧とを比較する第１のコンパレータと、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第１の基準電圧よりも小さい第２の基準電圧とを比較する第２のコンパレータと、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第２の基準電圧よりも小さい第３の基準電圧とを比較する第３のコンパレータと、
第１の抵抗値を有する第１の抵抗素子と、
前記第１の抵抗値よりも小さい第２の抵抗値を有する第２の抵抗素子と、
前記第２の抵抗値よりも小さい第３の抵抗値を有する第３の抵抗素子と、
前記第３の抵抗値よりも小さい第４の抵抗値を有する第４の抵抗素子と、
前記第１の抵抗素子と前記第２、第３または第４の抵抗素子とを前記第１のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第１のスイッチと、
前記第２の抵抗素子と前記第３または第４の抵抗素子とを前記第２のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第２のスイッチと、
前記第３の抵抗素子と前記第４の抵抗素子とを前記第３のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第３のスイッチと、
を含み、
前記第１のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧以上であるとき、前記第１の抵抗素子を選択し、
前記第２のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第１の基準電圧未満であって前記第２の基準電圧以上であるとき、前記第２の抵抗素子を選択し、
前記第３のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第２の基準電圧未満であって前記第３の基準電圧以上であるとき、前記第３の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第３の基準電圧未満であるとき、前記第４の抵抗素子を選択する、項目２に記載の充電器。

項目５に記載の充電器によると、照度が極めて低い場合または照度が極めて高い場合にも適切な抵抗値を抵抗ユニットに設定でき、低照度から高照度までの広範囲にわたりより効率的に電力を供給できる。

〔項目６〕
前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から１つの抵抗素子を照度信号に応じて選択し、
前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される、項目１に記載の充電器。

項目６に記載の充電器によると、照度信号に応じてより細かく抵抗値を選択できる。また、コンパレータによる電力損失を抑制することができる。

〔項目７〕
前記照度信号を出力する照度センサをさらに備える、項目６に記載の充電器。

項目７に記載の充電器によると、充電器の照度センサからの照度信号に応じてより細かく抵抗値を選択できる。また、コンパレータによる電力損失を抑制することができる。

〔項目８〕
前記抵抗ユニットは可変抵抗器を含む、項目１に記載の充電器。

項目８に記載の充電器によると、手動でより細かく抵抗値を選択できる。

〔項目９〕
前記抵抗ユニットは、
第１の抵抗値を有する第１の抵抗素子と、
前記第１の抵抗値よりも小さい第２の抵抗値を有する第２の抵抗素子と、
前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子とを切り替え可能な第１のスイッチと、
を含む、項目１に記載の充電器。

項目９に記載の充電器によると、手動でスイッチを制御できるバリエーションを提供することができる。

〔項目１０〕
前記太陽電池モジュールは、色素増感太陽電池モジュールまたは蛍光集光板を用いた太陽電池モジュールである、項目１から９のいずれかに記載の充電器。

項目１０に記載の充電器によると、照度に対する太陽電池モジュールの電圧変動を小さくすることができる。

〔項目１１〕
前記太陽電池モジュールからの最大出力電力が１０Ｗ以下であるとき、前記抵抗ユニットの可変抵抗値は、０．１Ωから５０ｋΩの範囲の値である、項目１から１０のいずれかに記載の充電器。

項目１１に記載の充電器によると、太陽電池モジュールからの最大出力電力が１０Ｗ以下であるとき、可変抵抗値をより好適に設定できる。

〔項目１２〕
前記太陽電池モジュールからの電力を蓄積し、前記制御回路に接続された蓄電池をさらに備える、項目１から１１のいずれかに記載の充電器。

項目１２に記載の充電器によると、太陽電池モジュールからの電力を効率的に蓄電する蓄電池を備える充電器を提供できる。

〔項目１３〕
項目１から１２のいずれかに記載の充電器を備える、充電器付きモバイル電子機器用カバー。

項目１３に記載の充電器付きモバイル電子機器用カバーによると、太陽電池モジュールからの電力を効率的に供給する充電器を備えたモバイル電子機器用カバーを提供できる。

本発明は、太陽電池を備えた充電器に用いることができる。

１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ 充電器
１０１ 太陽電池モジュール
１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ コンパレータ
１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ スイッチ
１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄ、１１１Ａ、１１１Ｂ 抵抗素子
１０５ ＭＰＰＴ回路
１０６ 負荷
１０７ 蓄電池
１０８ 照度センサ
１０９ 可変抵抗器
１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆ 抵抗ユニット

Claims (5)

1. 太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールの最適動作点を追従する制御回路と、
   前記太陽電池モジュールと前記制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットと、
   を備える、充電器。
2. 前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から１つの抵抗素子を前記太陽電池モジュールの出力電圧に応じて選択し、
   前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される、請求項１に記載の充電器。
3. 前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から１つの抵抗素子を照度信号に応じて選択し、
   前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される、請求項１に記載の充電器。
4. 前記太陽電池モジュールは、色素増感太陽電池モジュールまたは蛍光集光板を用いた太陽電池モジュールである、請求項１から３のいずれかに記載の充電器。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の充電器を備える、充電器付きモバイル電子機器用カバー。

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