JP5124914B2

JP5124914B2 - 発電装置

Info

Publication number: JP5124914B2
Application number: JP2005200744A
Authority: JP
Inventors: 賢二坪根
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: JP2007019341A

Description

この発明は、太陽から受けるエネルギーによって発電を行うように構成した発電装置に関し、特に光エネルギーを電力に変換する光発電モジュールを備えた発電装置に関するものである。

周知のように太陽電池などの光発電モジュールは、太陽光を利用して発電できるので、太陽光を受ける機器や設備でのエネルギー源として有効である。その一例が、主として屋外を走行する車両であり、昨今の燃費の向上や排ガスの削減などの要求を背景として、エンジンを動力源とする発電機と共に光発電モジュールを併用することが考えられている。

例えば特許文献１に記載された発明は、太陽電池と発電機とを有し、バッテリーの充電量に応じて発電機の起動停止を制御するように構成されている。すなわち目標充電量に応じて発電機を起動停止制御するが、その目標充電量を低くしても太陽電池によって充電できるので、充電量の不足が生じないようになっている。そしてまた、特許文献１の発明では、その太陽電池による発電量を、時刻や天候、車両の姿勢、大気情報などのナビゲーションシステムで得られる情報で変更するようになっている。また、特許文献２には、太陽電池、熱発電素子、冷却手段をここに挙げた順に設けて、光発電とゼーベック効果による熱発電とを行うように構成した装置が記載されている。

さらに、特許文献３には、太陽電池素子の背面側に熱電素子を配置するとともに、その接続部を冷却装置によって冷却し、かつ熱電素子の他方の端部と太陽光発電素子とをヒートシンクで接続して、該端部を加熱するように構成した装置が記載されている。そしてまた、特許文献４には、太陽電池の温度に基づいてその温度での出力電圧を出力可能な最大値に調整するように構成した装置が記載されている。
特開２０００−２５３５０４号公報特開２００１−５３３２２号公報特開２００３−１４２７１９号公報特開２００４−２０８４２３号公報

上記の特許文献１に記載された発明は、エンジンで駆動する発電機による発電およびその電力の充電を可及的に少なくするために、太陽電池の使用頻度もしくは発電量を増大させるように構成した発明であり、したがって太陽電池の使用頻度が向上するものの、そのために太陽電池の温度が高くなってしまった場合には、太陽電池の発電効率が低下し、太陽エネルギーの回収効率あるいは利用効率が低下する可能性がある。

また、特許文献２に記載された発明では、太陽電池の熱を利用して熱発電素子により発電を行うので、太陽電池の温度上昇が抑制される。しかしながら、太陽電池自体は、太陽光を受けている間は発電を継続するので、太陽電池と熱発電素子との発電量のバランスが崩れた場合には、太陽電池の温度が上昇し、太陽エネルギーの回収効率あるいは利用効率が低下する可能性がある。

さらに、特許文献３に記載された発明は、上記の特許文献２に記載された発明と同様に、太陽光発電と熱発電とを、それぞれの熱を利用して同時に行うように構成されており、そのために、太陽光発電と熱発電とのバランスが崩れた場合には、太陽電池の温度が上昇し、太陽エネルギーの回収効率あるいは利用効率が低下する可能性がある。

そして、特許文献４に記載された発明は、太陽電池の温度に基づいて、その温度における出力電圧を、出力可能な最大値に調整するから、光発電に伴う発熱量が放熱量より多い状態が継続し、その結果、太陽電池による発電効率が低くなってエネルギー回収効率が悪くなり、あるいは太陽電池の温度が過剰に高くなってその耐久性が低下するなどの可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、太陽光を利用した光発電の効率を向上させ、ひいては太陽エネルギーの回収効率を向上させることのできる発電装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、太陽光を受けて発電する光発電モジュールを有し、かつ車両に搭載された発電装置において、前記光発電モジュールの温度に関係するデータを求める温度データ検出手段と、その温度データ検出手段で求められたデータが前記光発電モジュールの温度が相対的に高いことを示す場合には前記光発電モジュールの温度が相対的に低いことを示す場合に比較して前記光発電モジュールによる発電量を抑制する発電抑制手段とを備え、前記温度データ検出手段は、その車両の走行予定道路における走行環境情報を求めるとともにその走行予定道路における走行環境情報から温度を求める手段を含み、前記走行予定道路における走行環境情報は、前記車両の外気温度と、前記車両の車速もしくは車速に関連する情報と、前記車両に対する照射光量とのいずれかを含み、前記発電抑制手段は、前記外気温度が相対的に高い場合には前記外気温度が相対的に低い場合に比較して前記光発電モジュールによる発電量を抑制する手段と、前記車速が相対的に遅い場合には前記車速が相対的に速い場合に比較して前記光発電モジュールによる発電量を抑制する手段と、前記照射光量が相対的に多い場合には前記照射光量が相対的に少ない場合に比較して前記光発電モジュールによる発電量を抑制する手段とを含み、熱エネルギーによって発電する熱発電素子を更に備え、前記熱発電素子の発電の際に加熱すべき面が、前記光発電モジュールに熱伝達可能となるように設置されており、前記発電抑制手段は、前記光発電モジュールによる発電量を抑制する制御として前記光発電モジュールによる発電量の前記熱発電素子による発電量に対する割合が少なくなるように前記光発電モジュールによる発電量を制御する手段を含むことを特徴とするものである。

この発明によれば、光発電モジュールの温度に関するデータが求められ、そのデータが、光発電モジュールの温度が高いことを示す場合には、低いことを示す場合に比較して、発電量を抑制するように光発電モジュールの発電量が制御される。光発電モジュールは、発電することにより発熱するから、発電量を上記のように制御もしくは抑制することにより、光発電モジュールの発熱量が抑制されてその温度上昇が回避もしくは制限されるので、光発電モジュールの温度が高くなることやそれに伴って発電効率が低下したり、耐久性が低下することを防止もしくは抑制することができる。換言すれば、太陽エネルギーの回収効率を向上させることができる。また、光発電モジュールの温度に関係するデータとして走行環境情報を求めるように構成することができる。その走行環境情報は、現在時点で車両が位置する地点の環境だけでなく、今後走行が予定される地点の環境も含む。したがって、トンネルや樹林帯など、車両が日陰に入る頻度が高いことが走行環境情報で得られれば、発電量を多くしても、光発電モジュールの温度が相対的に低くなることが推定されるので、発電量を多くして太陽エネルギーの回収効率を向上させることができる。

走行環境情報は、車両の外気温度であってもよい。外気温度が相対的に低ければ、光発電モジュールの放熱量が増大してその温度が上昇し難く、反対に外気温度が高い場合には、光発電モジュールの温度が上昇し易くなる。そこで、外気温度が高い場合には、発電量が少なくなるなるように制御し、光発電モジュールの温度上昇を抑制するので、太陽光による発電効率を良好な状態に維持することができる。また、走行環境情報は、車速もしくは車速に関連する情報であってもよい。ここで車速に関連する情報は、一般道や高速道などの道路の種類、舗装道路と未舗装道路との区別、直線道路と曲線道路との区別、渋滞の有無、市街地と郊外との区別など、いわゆる車両の走り易さやスピードの出し易さに関連する情報を含む。したがって、高車速の場合、あるいは高車速になる可能性が高い場合、光発電モジュールが気流によって冷却され易くなり、反対に車速が遅い場合には、光発電モジュールが冷却され難いので、車速が遅い場合には、発電量を低下させ、光発電モジュールの発熱を抑制する。その結果、光発電モジュールの温度が相対的に低く維持され、その発電効率が良好になるので、太陽エネルギーの回収効率を向上させることができる。さらに、走行環境情報は、車両に照射する照射光量を含む。その照射光量は、照射角度として求めることができる。太陽光には、赤外線などの熱線を含むから、その照射量が多い場合には、光発電モジュールの温度が上昇し易く、したがってこの場合は、発電量を相対的に低下させ、光発電モジュールの温度上昇を抑制する。そのため、光発電モジュールの温度が過剰に高くなることが防止されて、その発電効率や耐久性の低下を防止もしくは抑制することができる。

一方、この発明によれば、光発電モジュールの温度が高くなり、あるいは高くなることが推定されてその発電量が低下させられた場合、その熱を利用できる熱発電素子による発電量を増大させることができるので、全体としての発電効率を向上させ、もしくは良好な状態に維持することができる。そして、熱発電素子の発電時に加熱する面が光発電モジュールに熱伝達可能に配置されているので、光発電モジュールの有する熱を利用して熱発電を行うことができ、同時に光発電モジュールから熱を奪って熱発電モジュールを冷却できるので、光発電モジュールの温度上昇を抑制もしくは防止してその発電効率の低下や耐久性の低下を防止もしくは抑制することができる。

この発明の発電装置は、車両に用いることによりその燃費や排ガスを好適に改善することができ、したがって以下の例では、車両に用いた場合を説明する。その車両１の一例を図２０にブロック図で示してあり、動力源２の出力側に変速機３が連結され、その出力軸４がデファレンシャルを介して駆動輪５に連結されている。その動力源２としては、ガソリンエンジンなどの内燃機関を単独で使用する以外に、電動機と内燃機関とを組み合わせたハイブリッド機構あるいは電動機を単独で使用する構成などを採用することができる。以下に述べる例では、動力源２としてエンジン６およびモータ・ジェネレータ７を併用したハイブリッド機構を用いた例を示す。なお、このエンジン６とモータ・ジェネレータ７とは、それぞれの出力軸を直接連結した構成としてもよく、あるいは遊星歯車機構などのトルク合成・分配機構を介してそれぞれの出力軸を連結するように構成してもよい。

また、変速機３は、要は、入力回転数と出力回転数との比率を適宜に変更できる構成のものであり、有段式の自動変速機や無段変速機を採用することができる。

エンジン６は、スロットル開度や点火時期あるいはバルブの開閉タイミングを電気的に制御できるように構成されており、その制御をおこなうエンジン用電子制御装置（Ｅ−ＥＣＵ）８が設けられている。また、変速機３は、変速比や変速パターンを電気的に制御できるように構成されており、その制御をおこなう変速機用電子制御装置（Ｔ−ＥＣＵ）９が設けられている。

前記モータ・ジェネレータ７は、一例として永久磁石式の同期電動機であって、インバータ１０を介して高圧バッテリー１１に接続されている。これらのインバータ１０および高圧バッテリー１１を制御するための電子制御装置（Ｍ−ＥＣＵ）１２が設けられている。そしてこの電子制御装置１２は、モータ・ジェネレータ７の出力や発電電力（すなわち高圧バッテリー１１に対する充電電力）を制御するようになっている。

前記動力源２から駆動輪５に到る駆動系統との間で選択的に動力を授受する空調用コンプレッサー１３が設けられている。具体的には、動力源２の出力軸から選択的にトルクが伝達されるようにコンプレッサー１３が配置されている。そして、このコンプレッサー１３を含む空調装置を制御する電子制御装置（Ａ／Ｃ−ＥＣＵ）１４が設けられている。

さらに、前記エンジン６には、その回転数が予め定めた所定回転数以上の回転数のときに発電をおこなうオルタネータ１５が連結され、その発電した電力を低圧バッテリー１６に充電するようになっている。その充電を制御するための電子制御装置（Ｂ−ＥＣＵ）１７が設けられている。

上記の各電子制御装置８，９，１２，１４，１７は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータと予め記憶しているデータならびにプログラムとに従って演算をおこない、その演算の結果に基づいて指令信号を出力するようになっている。また、これらの各電子制御装置８，９，１２，１４，１７は相互にデータ通信可能に接続されており、さらにナビゲーション装置１８にデータ通信可能に接続されている。

このナビゲーション装置１８について更に説明すると、図２１に示すように、このナビゲーション装置１８は、光ディスクや磁気ディスクなどの情報記録媒体１９が装填され、情報記録媒体１９に記憶されている情報を読み取るプレーヤー２０と、プレーヤー２０により読み取られた情報を二次元や三次元で画像表示するための表示部２１とを備えている。

また、ナビゲーション装置１８は、車両の現在位置や道路状況を検出するための第１位置検出部２２および第２位置検出部２３と、道路状況を音声により運転者に知らせるスピーカ２４とを備えている。上記表示部２１は、室内のインストルメントパネルやグローブボックスの側方などに設けられた液晶ディスプレイ、ＣＲＴなどの他、フロントウィンドの視界に影響のない箇所に設けられた画像投影部などを用いることが可能である。

そして、これらプレーヤー２０と、表示部２１と、第１位置検出部２２および第２位置検出部２３と、スピーカ２４とは、電子制御装置２５により制御される。この電子制御装置２５は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）および記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ）ならびに入出力インターフェースを主体とするマイクロコンピュータにより構成されている。

前記情報記録媒体１９には車両の走行に必要な情報、例えば地図、地名、道路、道路周辺の主要建築物、交差点などが記憶されているとともに、道路の具体的な状況、例えば直線路やカーブあるいは登坂、降坂、その勾配もしくは標高（高度）、一般路、高速道路、未舗装道、砂利道、砂漠、河川敷、林道、農道、低摩擦係数路、踏切などが記憶されている。

また、第１位置検出部２２は自律航法により自車両の位置を検出するための検出部であり、車両の走行する方位を検出する地磁気センサ２６、車速センサ２７、ステアリングホイールの操舵角を検出するステアリングセンサ２８、車両と周囲の物体との距離を検出する距離センサ２９、変速機３の出力軸回転数の変化率から加速度を求める加速度センサ３０などを備えている。さらに、第２位置検出部２３はグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）によって自車両の位置を検出するための検出部であり、人工衛星３１からの電波を受信するＧＰＳアンテナ３２と、ＧＰＳアンテナ３２に接続されたアンプ３３と、アンプ３３に接続されたＧＰＳ受信機３４とを備えている。

この第２位置検出部２３は、路側、信号機、交差点の路面などに設置され、かつ、物体検知およびその伝達をおこなう地上検出システムや、道路情報を出力するビーコンまたはサインポストや、ＶＩＣＳ（ビークル・インフォメーション＆コミュニケーション・システム）、ＳＳＶＳ（スーパー・スマート・ビークル・システム）などの地上設置情報伝達システム３５から発信される電波を受信するアンテナ３６と、アンテナ３６に接続されたアンプ３７と、アンプ３７に接続された地上情報受信機３８とを備えている。

上記第１位置検出部２２および第２位置検出部２３により、現在位置の検出と走行予定道路に存在する走行阻害状態、例えば渋滞、工事中、積雪、土砂崩れ、河川の増水、通行止め、落石、倒木、交差点での停止車両、人や動物の存在、接近している前方交差点の信号機の表示（赤色、黄色、青色の別）、前方踏切の信号機や遮断機の動作状態、これらの信号機の表示もしくは遮断機の動作状態などが切り替わるまでの時間、天候、外気温度、日照量、風速などを検出し、あるいは受信することができるようになっている。すなわち、走行環境情報を得ることができるように構成されている。

さらに、上記のナビゲーション装置１８は、自律航法により検出した自車両の位置とＧＰＳにより検出した自車両の位置との一致・不一致を常時判定しており、例えばタイヤのスリップが原因となって自律航法での自車両の位置に狂いが生じたり、トンネルや構造物の内部における電波の受信状態の低下が原因となってＧＰＳでの自車両の位置に狂いが生じたりした場合に、自車両の位置情報を含む走行経路情報の検出精度の低下を判定するようになっている。

上記の車両１に搭載されたこの発明に係る発電装置４０は、図１に示すように、光発電モジュール４１と熱発電モジュール４２とを備えている。その光発電モジュール４１は、従来知られているいわゆる太陽電池であって、太陽光などの光エネルギーを電力に変換する装置であり、ｐ型半導体とｎ型半導体とを接合して構成されている。そして、この光発電モジュール４１は、フィルム状もしくはシート状に構成され、車体の外面側、例えばウィンドガラスなどに配置されている。また、熱発電モジュール４２は、ゼーベック効果によって熱を電力に変化するものであって、ｐ型半導体とｎ型半導体とを主体としてフィルム状もしくはシート状に構成されている。そして、この熱発電モジュール４２は、上記の光発電モジュール４１の背面側すなわち受光面とは反対側の面に熱伝達可能な状態に接合されている。

その状態を図２に模式的に示してあり、光発電モジュール４１で生じた熱を熱発電モジュール４２の一方の面に伝達して該面を加熱するようになっている。また、熱発電モジュール４２の他方の面は、大気で冷却し、あるいは図示しない適宜の冷却手段で冷やすようになっており、したがって熱発電モジュール４２は光発電モジュール４１の温度と大気もしくは冷却手段の温度との差異に応じて起電力を生じるようになっている。そして、これらの各モジュール４１，４２は、適宜の負荷４３に接続されている。なお、この負荷４３は、バッテリーや適宜のモータあるいはライトなどであってよい。

上記の各発電モジュール４１，４２による発電量を制御する制御装置４４が設けられている。この制御装置４４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、予め記憶しているデータおよび外部から入力されるデータならびに予め記憶しているプログラムに従って演算を行い、その結果に基づいて各発電モジュール４１，４２の発電量を制御するように構成されている。この制御装置４４に入力されるデータの例を挙げると、各発電モジュール４１，４２の温度やその放熱量、外気温センサ４５で検出された外気温度、車速センサ４６で検出された車速、日射量センサ４７で検出された日射量、前述したナビゲーション装置１８で得られる走行環境情報などである。

なお、その走行環境情報には、前述した情報記録媒体１９に記憶させてある走行環境情報と、人工衛星３１や地上設置情報伝達システム３５から得られる走行環境情報とが含まれる。したがって、これらの走行環境情報に基づいて、今後の走行環境における車速や外気温度、放熱量、電力の需要、太陽光の照射量などを求めることができる。すなわち、この発明における光発電モジュールの温度に関係するデータや車速に関連する情報には、上記のナビゲーション装置１８で得られる走行環境情報が含まれる。

上記の光発電モジュール４１を構成している太陽電池の温度特性は、所定の温度以上では、温度の上昇に伴って発電効率（光−電力変換効率）が次第に低下する特性を示す。そこで、この発明に係る発電装置４０は、太陽電池の温度に応じて光発電モジュール４１による発電量を変化させる。図３はその制御の一例を示しており、先ず、車速もしくはこれに関係する情報を読み込む（ステップＳ１）。これは、車速センサ４６で検出した実車速データであってもよく、あるいは前述したナビゲーション装置１８で得られるデータのうち走行予定路の道路の種類や形態などの車速を規定する要因を含むデータであってもよい。

つぎに、そのいわゆる車速情報に基づいて、自車両が市街地を走行しているか否か、もしくは直近の走行領域が市街地か否かが判断される（ステップＳ２）。この判断は、ナビゲーション装置１８で得られる走行環境情報に基づいて行うことができるが、車速の変化に基づいて行うことができる。その例を図４に示してある。図４は、走行時間と停車時間との比率、および平均車速をパラメータとした判定マップであって、停車時間の比率が相対的に大きくかつ平均車速が相対的に遅い領域を市街地、これとは反対の領域を郊外と定めたマップであり、車速情報からこれらのパラメータに対応する値を演算し、このマップと比較して市街地か、郊外かの判定を行うことができる。

ステップＳ２で肯定的に判断された場合、すなわち市街地を走行し、あるいは市街地に進入する状態にある場合、予め用意した市街マップに基づいて光・熱発電割合を算出する（ステップＳ３）。その市街マップの一例を図５に示してある。このマップは、横軸に平均車速、縦軸に作動比（光発電量／熱発電量）をそれぞれ採った二次元マップであって、夏季、中間季、冬季における作動比を平均車速に応じて定めたものである。その作動比は、要は、所定の時間内での前記光発電モジュール４１による発電量と前記熱発電モジュール４２による発電量との比率であるから、その所定時間内での各々の発電継続時間の割合として定め、制御することができる。

そして、この作動比は、平均車速が速いほど大きい値に設定されている。すなわち、光発電モジュール４１による発電量が低車速の場合より多くなるように設定されている。高車速であれば、外気の相対的な流速が速くなって太陽電池が冷却されやすくなるので、光発電モジュール４１による発電量を増大させてもその温度が上昇したり、それに伴って発電効率が低下したりすることが少なく、あるいはそのような事態が生じないからである。また、作動比は、夏季より中間季、中間季より冬季で大きくなるように設定されている。平均気温は、一般に、これらの季節の順に低くなるから、作動比をこれらの季節の順に大きい値に設定して光発電モジュール４１による発電量を相対的に増大させても、その温度が上昇したり、それに伴って発電効率が低下したりすることが少なく、あるいはそのような事態が生じないからである。

一方、郊外を走行し、あるいは走行することになるためにステップＳ２で否定的に判断された場合には、郊外マップから光・熱発電割合を算出する（ステップＳ４）。そのマップの一例を図６に示してあり、これは、基本的に上述した市街マップと同様のマップであって、作動比が相対的に大きい値に設定されている。すなわち、夏季、中間季、冬季のそれぞれにおける作動比が平均車速に応じて設定されており、その値が、上記の市街マップによる値より相対的に大きくなっている。これは、郊外では、市街地に比較して連続走行する時間が長く、また空気が澄んでいてその温度も相対的に幾分低いなどの事情により、光発電モジュール４１が冷却され易く、したがって光発電モジュール４１による発電量（作動比）を大きくしてもその温度が高くなったり、それに伴って発電効率が低下したりすることがなく、あるいはそのような事態が生じ難いと考えられるからである。なお、市街地を走行する場合と郊外を走行する場合との顕著な相違が平均車速である場合には、図５あるいは図６に示すマップのいずれか一方のみを使用し、もしくは前記作動比をこれらのマップの中間の値に設定した単一のマップを使用することとしてもよい。

ついで、これらいずれかのマップから求められた光・熱発電割合に基づいて、光発電を行うべく光発電モジュール４１を作動させ（ステップＳ５）、また熱発電を行うべく熱発電モジュール４２を作動させる（ステップＳ６）。すなわち、求められた作動比となるように、光発電モジュール４１の発電量および熱発電モジュール４２による発電量を制御する。したがって、車速が相対的に遅いために光発電モジュール４１（太陽電池）の温度が高い場合、もしくは高くなる状況にある場合には、その温度が低い場合もしくは低くなる状況にある場合に比較して前記作動比が小さい値に設定され、その結果、光発電モジュール４１の発電量が抑制される。この発電量の抑制制御は、抑制させるべき判断が成立した時点の直前の発電量に対して発電量を低下させる制御と、その温度状態での許容発電量に対する実発電量の割合を低下させる制御とのいずれであってもよい。

したがって、光発電モジュール４１による発電量が少なくなることによりその発熱量も抑制され、その結果、光発電モジュール４１もしくは太陽電池の温度が高くならないので、その発電効率の低下を防止もしくは抑制することができる。また、上記の例では、作動比を小さくするから、熱発電モジュール４２による発電量が相対的に増大し、光発電モジュール４１の熱を熱発電モジュール４２が奪うので、光発電モジュール４１の熱を発電に利用できるとともに、光発電モジュール４１の温度を効果的に下げてその発電効率を良好な状態とすることができる。

ところで、市街地では、建物の間を走行することが多く、その場合には車両に対する日射が遮られ、光発電が一時的に途絶える。光発電が途絶えた場合には、光発電モジュール４１の発熱も途絶えるから、これが光発電モジュール４１の温度上昇を抑制する要因として作用することが考えられ、これを考慮した場合には、以下のように制御することが好ましい。図７はその一例を示しており、前述した図３に示す制御例に日射の情報を考慮した制御を組み込んだ例である。

すなわち、市街地を走行していることにより、もしくは市街地に進入する状態にあることにより、ステップＳ２で肯定的に判断され、かつ光・熱発電割合を算出した後、日射量センサ４７からの情報が読み込まれる（ステップＳ３１）。その情報に基づいて光発電量の低下の影響があるか否かが判断される（ステップＳ３２）。この判断は、例えば、日射情報を一定時間の間にＮ回読み込むとともに、その最大値（ＭＡＸ値）と最小値（ＭＩＮ値）との差を求め、その差に基づいて行えばよい。その判断のためのマップの一例を図８に示してある。なお、車速が大きいほど、日陰に入っている時間が短くなるから、影響なしの判断が成立する領域を、前記差が大きい値になる領域に拡大させてある。

光発電量で低下することによりステップＳ３２で肯定的に判断された場合には、発電割合すなわち前記作動比の補正量αが求められる（ステップＳ３３）。これは一例として、図９に示すマップに基づいて求めることができる。図９に示すマップは、縦軸に補正係数αを採り、横軸に太陽光の照射角度を採ったマップであり、照射角度が大きいほど補正係数αが小さくなるように設定してある。なお、補正係数αは“１”より大きい値（α≧１）である。

そして、前記ステップＳ３で求められた光・熱発電割合にこの補正係数αを掛けて補正し、その補正された光・熱発電割合に応じて光発電モジュール４１を作動させて光発電を行い（ステップＳ５）、また熱発電モジュール４２を作動させて熱発電を行う（ステップＳ６）。なお、光発電量の低下がないことによりステップＳ３２で否定的に判断された場合には、直ちにステップＳ５およびステップＳ６に進んで、上記のステップＳ３で算出された光・熱発電割合に応じた光発電および熱発電が行われる。

一方、郊外を走行しており、あるいは郊外を走行する直前の場合であることによりステップＳ２で否定的に判断された場合には、図３に示す例と同様に、郊外マップに基づいて光・熱発電割合を算出し（ステップＳ４）、その後、上述したステップＳ５およびステップＳ６に進む。

したがって、図７に示すように制御することにより、市街地での日陰の影響により光発電モジュール４１による発電量が低下する場合には、光発電モジュール４１による発電量もしくは光発電の継続時間を、日陰の影響を受けない場合に比較して増大させる。そのため、光発電で得られる電力の低減を防止もしくは抑制でき、また日陰の影響で発熱が抑制されるので、発電効率の低下を防止もしくは抑制して効率の良い発電を行うことができる。

前述したナビゲーション装置１８は、自車両の位置を地図上の位置として検出することができ、またその地図上の位置に関する各種の情報を予め記憶した情報から取り出し、あるいは人工衛星３１や地上設置情報伝達システム３５から得ることができる。さらに、渋滞や工事、天候の急変などの突発的な道路情報や走行環境情報を得ることができる。これらの走行環境情報を利用することにより、更に効率よく太陽エネルギーを回収することができる。

図１０はその制御例を示しており、先ず、ナビゲーション装置１８による情報（ナビ情報）が読み込まれる（ステップＳ４１）。この情報とは、上述した走行環境情報であり、自車両の現在位置に関する情報であってもよく、あるいは走行予定路に関する情報であってもよい。つぎに、市街地か否かが判断される（ステップＳ４２）。これは、前述した図３あるいは図７に示す例におけるステップＳ２と同様の判断であり、平均車速に基づいて判断してもよく、あるいはナビ情報に基づいて判断してもよい。

ステップＳ４２で肯定的に判断された場合には、予め用意されている市街地マップから光・熱発電割合が求められる（ステップＳ４３）。これは、前述した図３あるいは図７に示す例におけるステップＳ３と同様のステップであり、前述した図５に示すマップを使用することができる。これに続けて、更に太陽光の照射角が推定される（ステップＳ４４）。この推定は、自車両の位置する緯度および経度、ならびに日時に基づいて、自車両と太陽との相対位置を算出して行うことができる。

さらに、市街地を走行することに伴う光発電量の低下が生じるか否かが判断される（ステップＳ４５）。これは、前述した図７に示すステップＳ３２による判断と同様である。そして、このステップＳ４５で肯定的に判断された場合には、発電割合が補正される（ステップＳ４６）。この補正は、前述した図７に示す例におけるステップＳ３３と同様の制御であり、したがって前述した図９に示すマップを使用して補正係数αを求め、これをステップＳ４３で算出した光・熱発電割合に掛けることにより行うことができる。その補正した光・熱発電割合に基づいて光発電モジュール４１を作動させ（ステップＳ４７）、また熱発電モジュール４２を作動させる（ステップＳ４８）ことは、前述した各例と同様である。さらに、光発電量の低下がないことによりステップＳ４５で否定的に判断された場合には、光・熱発電割合を補正することなく、直ちにステップＳ４７およびステップＳ４８に進む。

一方、市街地を走行しないことによりステップＳ４２で否定的に判断された場合には、郊外マップに基づいて光・熱発電割合が算出される（ステップＳ４９）。これは、前述した図３あるいは図７に示す例におけるステップＳ４と同様の制御である。ついで、自車両が渋滞に巻き込まれているか否か、もしくは自車両の前方で渋滞が生じているか否かが判断される（ステップＳ５０）。この判断は、道路情報として外部から伝達される情報に基づいて行うことができる。

渋滞が生じていることによりステップＳ５０で肯定的に判断された場合には、光・熱発電割合が補正係数βによって補正される（ステップＳ５１）。すなわち、渋滞していると車速が低下するので、自車両に対する大気の相対的な流速が低下し、太陽電池もしくは光発電モジュール４１が冷却され難くなる。このような冷却能の低下分、光発電モジュール４１の発電量を低下させてその発熱を抑制するために、光・熱発電割合を補正することとしたのである。具体的には、図１１に示す照射角と補正係数βとの関係を定めたマップから補正係数βを求め、これをステップＳ４９で算出された光・熱発電割合に掛けることにより補正を行う。なお、その補正係数βは、“１”以下（β≦１）の値であって、照射角が大きいほど小さい値になるように設定されている。したがって渋滞がないことによりステップＳ５０で否定的に判断された場合には、この補正は行わない。

こうして郊外を走行することに伴って光・熱発電割合が算出され、また渋滞に伴う補正が行われた後、上述したステップＳ４７およびステップＳ４８に進み、各状況に応じた光・熱発電割合に応じて光発電モジュール４１および熱発電モジュール４２が作動させられる。

したがって、このように制御すれば、郊外を走行する場合であっても、その車速が制限もしくは低下させられる走行環境の場合には、その走行環境の情報に基づいて光発電モジュール４１による発電量を、その情報がない場合に比較して低下させる。すなわち、走行する道路の地域性のみならず、実際の道路状況をも考慮して発電量を制御することになるので、太陽電池もしくは光発電モジュール４１が冷却され難い場合にその発電量を抑制し、発熱を低減させるから、光発電モジュール４１の発電効率の低下を防止もしくは抑制して効率良く太陽エネルギーを回収することが可能になり、また光発電モジュール４１の耐久性の低下を抑制できる。

上述した図１０に示す例は、走行環境情報として渋滞情報を利用した例であるが、この発明では、更に他の情報を利用して光発電量および熱発電量を制御することができる。その例を図１２に示してあり、ここに示す例は、前述した図１０の例におけるステップＳ４７の直前に、インフラストラクチャー情報（インフラ情報）を読み込むステップＳ５２およびそのインフラ情報に基づいて光・熱発電割合を補正するステップＳ５３を加えた例である。他の制御ステップは、図１０に示す例と同様であるから、図１２に図１０と同様の符号を付してその説明を省略する。

上記のインフラ情報は、上述した人工衛星３１や地上設置情報伝達システム３５などによって得られる情報であって、一例として天候である。このインフラ情報に基づく補正は、先ず、補正係数γを求め、これを前記ステップＳ４３もしくはステップＳ４９で算出された光・熱発電割合に掛け、あるいはステップＳ４６もしくはステップＳ５１で補正された光・熱発電割合に掛けることにより行われる（ステップＳ５３）。

ここで、補正係数γは、マップから求めることができ、そのマップの一例を図１３に示してある。ここに示すマップは、平均車速を横軸に、補正係数γを縦軸に採ったマップであり、快晴、晴天、曇天に応じて、平均車速毎の補正係数γが異なるように設定されている。すなわち、快晴および晴天の場合には、平均車速が大きいほど、補正係数γが小さい値となるようになっており、また曇天の場合には、平均車速に関わらず補正係数γがほぼ一定となるように設定されている。なお、この補正係数γは、“１”以下（γ≦１）の値であり、天気が良くて太陽光の照射量が多い場合には、光発電モジュール４１による発電量を相対的に少なくしてその発熱を抑制するようになっている。

したがって図１２に示す例では、道路情報に加えてインフラ情報に基づいて光発電モジュール４１の発電量もしくは利用率を設定するので、光発電モジュール４１の温度が過度に高くなったり、それに伴って発電効率が低下するなどの事態を未然に防止もしくは抑制でき、さらにはその耐久性の低下を抑制することができる。

この発明に係る装置は、太陽電池もしくは光発電モジュール４１の発電効率がその温度の上昇によって低下することを防止もしくは抑制するように構成した装置であり、したがって光発電モジュール４１の温度に基づいてその発電量もしくは前述した作動比を制御するように構成してもよい。その制御の例を図１４に示してある。この制御例では、先ず、外気温センサ４５の情報が読み込まれる（ステップＳ６１）。すなわち、外気温が検出される。つぎに車速情報が読み込まれる（ステップＳ６２）。このステップＳ６２は、前述した図３あるいは図７に示す制御例でのステップＳ１と同様の制御ステップである。

ついで、上記のステップＳ６１で得られた外気温とステップＳ６２で得られた車速とに基づいて光・熱発電割合が算出される（ステップＳ６３）。これは、一例として、図１５に示すマップを使用して行うことができる。この図１５に示すマップは、前述した図５あるいは図６に示すマップと類似するマップであり、これら図５あるいは図６のマップにおける季節を示す線を、外気温を示す線に替えたものである。したがって低い外気温を示す線が上側に位置している。このマップによれば、外気温が低いほど、また車速が大きいほど、作動比が大きく、光発電による発電量が多くなるようになっている。

これに続けて光発電モジュール４１の温度が読み込まれる（ステップＳ６４）。これは、光発電モジュール４１に温度センサ（図示せず）を取り付けておき、そのデータを読み込むことにより行えばよい。この温度情報を利用して光・熱発電割合を補正する（ステップＳ６５）。その補正の一例を説明すると、先ず、光発電モジュール４１の温度と外気温との差ΔＴを求める。一方、その温度差ΔＴに対応させて補正係数δを定めたマップが予め用意されている。そのマップの一例を図１６に示してある。ここに示すマップは、横軸に前記温度差ΔＴを採り、縦軸に補正係数δを採ったマップであって、外気温が高いほど、また前記温度差ΔＴが大きいほど、補正係数δが小さくなるように設定されている。このマップに基づいて補正係数δを求め、これをステップＳ６３で算出された光・熱発電割合に掛けて光・熱発電割合の補正が行われる。なお、この補正係数δは、“１”以下（δ≦１）の値である。

こうして得られた光・熱発電割合となるように、光発電モジュール４１が作動させられ（ステップＳ６６）、また熱発電モジュール４２が作動させられる（ステップＳ６７）。これは、前述した各制御例と同様である。

したがって、図１４の制御を実行するように構成された装置では、外気温が高くて光発電モジュール４１から放熱し難く、そのために光発電モジュール４１の温度が高くなり易い状況にある場合には、小さい補正係数によって前記作動比が小さい値に補正され、その結果、光発電モジュール４１による発電量が相対的に低下させられるので、光発電モジュール４１の温度上昇を防止もしくは抑制してその発電効率を良好な状態に維持し、またその耐久性の低下を防止もしくは抑制することができる。

また、上述した各制御例では、前記の作動比を大小に変化させることにより、光発電モジュール４１による発電量あるいはその利用率を制御している。したがって作動比を低下させて光発電モジュール４１による発電量を低下させた場合、それに応じて熱発電モジュール４２による発電量が増大する。そのため、光発電モジュール４１による発電量の減少を熱発電モジュール４２による発電量で補うことができるので、全体としての発電量あるいはエネルギー回収量が減少することがなく、太陽エネルギーの利用効率が良好になる。さらに、熱発電モジュール４２は、光発電モジュール４１の熱を利用するから、熱発電を行うことにより光発電モジュール４１が冷却され、光発電モジュール４１の発電効率を良好な状態に維持できる。

なお、この発明では、光発電モジュール４１と熱発電モジュール４２とを選択的に使用するように構成することができる。そのように構成した場合の制御例を図１７に示してある。この制御例では、先ず、外気温センサ４５の情報が読み込まれ（ステップＳ７１）、また日射量センサ４７の情報が読み込まれる（ステップＳ７２）。さらにも各発電モジュール４１，４２の温度が読み込まれる（ステップＳ７３）。これらの情報に基づいて光発電効率η1が推定される（ステップＳ７４）。

前述したように太陽電池もしくは光発電モジュール４１は、太陽光の照射量（日射量）が多いほど発電量が多くなるが、その温度が高いと発電効率が低下する。したがって、これら日射量および温度に応じた発電効率η1を予めマップとして求めておくことができる。そのマップの一例を図１８に示してある。ステップＳ７４ではこのマップを利用して光発電効率η1を推定することができる。

また一方、車速情報を読み込み（ステップＳ７５）、これに基づいて熱発電効率η2を推定する（ステップＳ７６）。前述した熱発電モジュール４２は、光発電モジュール４１側の温度と外気との温度差に応じて発電を行うから、気流によって冷却されやすい高車速ほど発電効率が高くなる。また、外気との温度差が大きいほど、光発電モジュール４１側とは反対側の面が冷却され易い。すなわち、温度差が大きくなりやすい。したがって、これら車速および外気温との温度差ΔＴに応じた発電効率η2を予めマップとして求めておくことができる。そのマップの一例を図１９に示してある。ステップＳ７６ではこのマップを利用して熱発電効率η2を推定することができる。

これに続くステップＳ７７では、上記の各発電効率η1，η2が比較され、光発電効率η1が熱発電効率η2以上の場合には、光発電モジュール４１が作動させられ光発電が実行される（ステップＳ７８）。これとは反対に熱発電効率η2が光発電効率η1より大きい場合には、熱発電モジュール４２が作動させられて熱発電が実行される（ステップＳ７９）。

このように図１７に示す制御を実行するよう構成した場合には、光発電と熱発電とのうち、発電効率の良い方の発電を行うので、太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる。

ここで上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、上記のナビゲーション装置１８および外気温センサ４５、車速センサ４６、日射量センサ４７がこの発明における温度データ検出手段および走行環境情報を求める手段に相当し、またこれらの手段で得られた情報（データ）がこの発明の走行環境情報に相当する。さらに、前記光発電モジュール４１に取り付けられた温度センサがこの発明の温度測定手段に相当する。

なお、この発明は上述した各具体例に限定されないのであって、車両以外に固定設置された太陽エネルギーを回収して発電する装置にも適用することができる。また、この発明における走行環境情報には、道路工事や臨時のイベントなどの車両の走行を制限する状況が生じていることを示す情報なども含む。

この発明に係る発電装置の制御系統を模式的に示すブロック図である。その光発電モジュールと熱発電モジュールとの相互の組み合わせ状態の一例を模式的に示す図である。この発明に係る発電装置の制御の一例を説明するためのフローチャートである。走行領域を判定するマップの一例を示す図である。市街地での作動比を求めるためのマップの一例を示す図である。郊外での作動比を求めるためのマップの一例を示す図である。この発明に係る発電装置の制御の他の例を説明するためのフローチャートである。市街地での日陰による発電量の低下に対する影響を判定するためのマップの一例を示す図である。太陽光の照射角度に基づいて作動比の補正係数を求めるためのマップの一例を示す図である。この発明に係る発電装置の制御の更に他の例を説明するためのフローチャートである。渋滞中に太陽光の照射角度に基づいて作動比の補正係数を求めるためのマップの一例を示す図である。この発明に係る発電装置の制御のまた更に他の例を説明するためのフローチャートである。天候に基づく作動比の補正係数を求めるためのマップの一例を示す図である。この発明に係る発電装置の光発電量と熱発電量とを外気温に基づいて制御する制御例を説明するためのフローチャートである。作動比を外気温および車速に基づいて求めるためのマップの一例を示す図である。その作動比の補正係数を外気温と発電モジュールとの温度差および外気温に基づいて求めるためのマップの一例を示す図である。発電効率に基づいて光発電と熱発電とを選択する制御例を説明するためのフローチャートである。日射量に基づいて光発電効率を求めるためのマップの一例を示す図である。発電モジュールと外気温との温度差に基づいて熱発電効率を求めるためのマップの一例を示す図である。この発明に係る発電装置を搭載できる車両の一例を制御系統を含めて模式的に示すブロック図である。そのナビゲーション装置を示すブロック図である。

符号の説明

１…車両、１８…ナビゲーション装置、４０…発電装置、４１…光発電モジュール、４２…熱発電モジュール、４４…制御装置、４５…外気温センサ、４６…車速センサ、４７…日射量センサ。

Claims

太陽光を受けて発電する光発電モジュールを有し、かつ車両に搭載された発電装置において、
前記光発電モジュールの温度に関係するデータを求める温度データ検出手段と、
その温度データ検出手段で求められたデータが前記光発電モジュールの温度が相対的に高いことを示す場合には前記光発電モジュールの温度が相対的に低いことを示す場合に比較して前記光発電モジュールによる発電量を抑制する発電抑制手段と
を備え、
前記温度データ検出手段は、その車両の走行予定道路における走行環境情報を求めるとともにその走行予定道路における走行環境情報から温度を求める手段を含み、
前記走行予定道路における走行環境情報は、前記車両の外気温度と、前記車両の車速もしくは車速に関連する情報と、前記車両に対する照射光量とのいずれかを含み、
前記発電抑制手段は、前記外気温度が相対的に高い場合には前記外気温度が相対的に低い場合に比較して前記光発電モジュールによる発電量を抑制する手段と、前記車速が相対的に遅い場合には前記車速が相対的に速い場合に比較して前記光発電モジュールによる発電量を抑制する手段と、前記照射光量が相対的に多い場合には前記照射光量が相対的に少ない場合に比較して前記光発電モジュールによる発電量を抑制する手段とを含み、
熱エネルギーによって発電する熱発電素子を更に備え、
前記熱発電素子の発電の際に加熱すべき面が、前記光発電モジュールに熱伝達可能となるように設置されており、
前記発電抑制手段は、前記光発電モジュールによる発電量を抑制する制御として前記光発電モジュールによる発電量の前記熱発電素子による発電量に対する割合が少なくなるように前記光発電モジュールによる発電量を制御する手段を含む
ことを特徴とする発電装置。