JP5497042B2 - 集積された光起電パネル及びバッテリを備えた光起電システム - Google Patents

Description

本発明は、ソーラーエネルギーから電気エネルギーへの変換、生成されるエネルギーの貯蔵、生成される電気エネルギーの管理等の複数の機能を単一デバイスに集積する光起電システムに関する。

光起電システムは、生成される電気エネルギーを貯蔵することができて、自律動作するか、電気ネットワークに接続されていて、以下の複数の別個の構成要素を備える：
‐ 光起電セルのマトリクスで形成されていて、受けるソーラーエネルギーを電気エネルギーに変換する一つ以上の光起電パネル（又はソーラーパネル）、
‐ 光起電パネルによって生成される電気エネルギーを貯蔵する一つ以上のバッテリ、
‐ 生成される電気エネルギーを管理する電子システム。

図１は、例えば、遠隔通信デバイス、路上施設、家や自動車等の孤立したサイト等に電力供給を行うために使用される自律光起電システム１の概略図を示す。光起電システム１は、光起電パネル２、電気化学的バッテリ４、スイッチ又はＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ６（ＤＣ／ＤＣコンバータとも称される）、スイッチ又はＤＣ／ＤＣコンバータ又はインバータ８、エネルギーを管理するための電子システム１０又は参照符号６及び８の構成要素を制御する制御パネルを備える。この光起電システム１は、デバイス１２に電力供給を行うためのものである。これらの構成要素は、電気ケーブルによって互いに接続されて、また、多かれ少なかれ互いに離隔され得る。

構成要素６がスイッチの場合、光起電パネル２の出力を光起電システム１の他の構成要素に接続すること又は接続しないことができる。構成要素６がＤＣ／ＤＣコンバータの場合、光起電パネル２の出力において得られるＤＣ電圧をバッテリ４の電圧に適合したＤＣ電圧に変換することができる。構成要素８がスイッチの場合、構成要素８の出力をデバイス１２に接続すること又は接続しないことができる。構成要素８がＤＣ／ＤＣコンバータ又はインバータの場合、構成要素６の出力で得られるＤＣ電圧を、デバイス１２の動作電圧に対応するＤＣ又はＡＣ電圧に変換することができる。

図２は、電気ネットワーク２０に接続された光起電システム１４の概略を示し、デバイス１２に電力供給を行うことに加えて、光起電システム１４によって生成される電気エネルギーを電気ネットワーク２０に供給することができる。図１に示される自律光起電システム１と比較して、この光起電システム１４はスイッチ１８を備え、そのスイッチは、エネルギーを管理する電子システム１０によって制御されて、インバータ８の出力を電気ネットワーク２０に接続すること又は接続しないことができる。

これらの光起電システムにおいて、鉛酸技術が、その妥当なコスト及び利用性に鑑みて、バッテリを製造する最も一般的な技術である。しかしながら、このようなバッテリは、それぞれ略４０Ｗｈ／ｋｇ、８０Ｗｈ／Ｌに等しい質量エネルギー、体積エネルギーを有し、貯蔵においてｋＷｈ当たりの高い占有体積、重量に相当する。

バッテリの重量及び体積は、輸送（特に、光起電システムが孤立しているか、又は路上施設から遠くにある場合）の際及び光起電システムの設置の際の主な制約となる。バッテリが邪魔なことは、スペースが限られていることの多い路上施設等の孤立した応用においても大きな制約となる。従って、鉛酸バッテリの設置は、コンクリートベースやベンチ等の装飾品内にバッテリをカモフラージュしたり、バッテリを埋設したりする追加コストを発生させる。孤立した、電気ネットワークに接続された、構造体内に組み込まれた光起電システムの場合、鉛酸バッテリの存在はその保管のための技術的空間を提供することを意味するので、この邪魔なことも制約となる。更に、エネルギー需要の増大、従って光起電システムの電力の増大の際には、バッテリを保管するのに最初に提供された空間が、制約となり、設備の寸法を変えることの妨げとなる。

また、例えばリチウムイオン型等のリチウム製のバッテリも存在し、鉛酸バッテリよりも高い質量エネルギー（略１００Ｗｈ／ｋｇから１５０Ｗｈ／ｋｇの間）、体積エネルギー（略１５０Ｗｈ／Ｌから２００Ｗｈ／Ｌの間）を有する。更に、こうしたバッテリは、シリンダー、角柱、平面状等の多様な形状で製造可能である。更に、リチウムは、鉛と比較しての他の利点も有し、より長い寿命（鉛に対する３年と比較して、平面プレート状に製造されたバッテリに対する１００％での２０年及び３０００サイクル）、より良いエネルギー効率（この効率は、バッテリに投入されるｋＷｈ数と比較してのバッテリによって戻されるｋＷｈ数に対応する）、メンテナンス不要等が挙げられ、その応用の使用プロファイルが、深い放電深度（公称キャパシティの５０％以上）での連続的な充電放電サイクルを必要とする場合、最終的には、これらのバッテリに対して戻されるｋＷｈ当たりのコストが、鉛バッテリのもの以下になる。

バッテリの寿命は、鉛酸型でもリチウムイオン型でも、充電放電サイクル中に達する放電深度及び動作環境の温度により大きく影響を受ける。図３の曲線２２、２４及び２６は、所定の放電深度に対して、それぞれ２０℃、４０℃、６０℃の動作温度における初期ストレージキャパシティと比較してのリチウムイオンバッテリのストレージキャパシティを年を追って示す。これらの曲線は、大気動作温度の上昇が、バッテリの寿命の低下をもたらすことを示している。

このように、例えばエアコンを備えた技術的空間等の温度制御された領域にバッテリを保管することができない場合、到達している放電深度に関わらず、バッテリの寿命が低下する。更に、バッテリを埋設することは、バッテリの動作環境の熱変動を減じることができるものではあるが、バッテリのメンテナンス及びその動作の定期的な追跡の妨げとなり、バッテリの寿命が短くなる。

独国実用新案第９１０１４１７号明細書 米国特許出願公開第２００８／０８８２７２号明細書 米国特許出願公開第２００３／０３８６１０号明細書

本発明の目的は、特に単一の自律デバイス内でソーラーエネルギーを変換する機能及び生成される電気エネルギーを貯蔵する機能を集積し、孤立しているか電気ネットワークに接続されているかに関わらず、その集積及びあらゆる場所における設置を容易にし、また、生成される電気エネルギーを貯蔵する性能が時間経過と共に劣化することを防止することができる小型多機能光起電システムを提案することである。

このため、
‐ 光起電パネルと、
‐ 固定構造体によって光起電パネルに機械的に接続されたバッテリと、
‐ 光起電システムの外部環境に対して開かれていて、少なくとも略１ｃｍの距離でバッテリと光起電パネルとを離隔する空間とを備えた光起電システムを提案する。

バッテリと光起電パネルとを離隔する空間は、バッテリと光起電パネルとの間の空気の流れのための空間を形成することができる。

このように、光起電システムの構成要素は、そのシステム（特に光起電パネル）の動作中に放出される熱によって、システムの他の構成要素（特にバッテリ）の寿命を損なうことがない。このような集積方法は、システムの全構成要素間の相当の寿命を保証し、また、大気温度及び集積された多様な構成要素が受ける放射の影響を制限する。

本発明は更に、
‐ 光線を受けるための面を備えた光起電パネルと、
‐ 固定構造体によって光起電パネルに機械的に接続されたバッテリと、
‐ 光起電システムの外部環境に対して開かれていて、バッテリと光起電パネルとを離隔する空気層を形成し、少なくとも略１ｃｍの厚さを有する空間とを少なくとも備え、
光起電システムの厚さ対光起電パネルの面の一辺の寸法の比が略１／５以下である、光起電システムに関する。

従って、このような光起電システムは、平面形状、つまりシステムの他の寸法と比較して小さな厚さを有する。従って、本システムは、システムの全構成要素間の相当の寿命を保証し、また、システムの高度の小型化を提供しながら、大気温度及び集積された多様な構成要素が受ける放射の影響を制限することを可能にする。

バッテリと光起電パネルとを離隔する距離、つまり空気層の厚さは、略１ｃｍから３０ｃｍの間、１ｃｍから２０ｃｍの間、又は１ｃｍから１０ｃｍの間であり得る。

従って、このような構造は、光起電システムの重さ及び厚さを最適化することができて、光起電システムが小さな質量特性及び寸法特性を有して、その輸送、設置及びメンテナンスが容易になる。

空気層の厚さ対光起電パネルの面の一辺の寸法の比は、略１／１０以下であり得る。

光起電パネルの面の表面積は略０．２５ｍ^２から２ｍ^２の間であり得る。

光起電システムの厚さ対光起電パネルの面の一辺の寸法の比は略１／７から１／８の間であり得る。

バッテリは、リチウム製であり得て、及び／又は、角柱型の電気エネルギーを貯蔵するための素子を少なくとも一つ備え得る。バッテリは、リチウムイオン型であり得て、直列に電気的に接続された複数の角柱型の電気エネルギーを貯蔵するための素子を備え得る。このリチウム技術によって、バッテリが、光起電システム内に最適に集積されて、システムの厚さ及び重さを減じることができて、特にバッテリが薄型素子（例えば角柱）によって形成されている場合に、光起電パネルの表面の全て又は一部の下に存在することができる。

光線を受けるための光起電パネルの面に平行な面内におけるバッテリの表面積は、光線を受けるための光起電パネルの面に平行なその面内又は他の面内における光起電パネルの面の表面積以内に含まれ得る。光線を受けるための光起電パネルの面に平行な面内におけるバッテリの表面積は、光線を受けるための光起電パネルの面に平行なその面内又は他の面内における光起電パネルの面の表面積以下であり得るか、それ以下の寸法を有するものであり得る。このようにして、光起電パネル及び関連する開空間が、光起電パネルが受ける光線に対して光起電パネルの後方に配置された光起電システムの他の構成要素を熱的に保護するスクリーンを形成する。

光起電システムは、生成される電気エネルギーを管理及び／又は変換するための電子素子を更に備え得て、その電子素子は、バッテリに機械的に接続された支持プレート上に配置されていて、その支持プレートは電子素子とバッテリとの間に配置されている。このように、光起電システムは、単一デバイスに全て集積された機能素子を備える。また、管理及び／又は変換用の素子は、パネルの外縁とバッテリとの間に位置する自由空間内においてバッテリと同一平面上に組み込まれ得て、これらの電子素子の全厚が、光起電システムの全厚以下となる。

生成される電気エネルギーを管理及び／又は変換するための電子素子がバッテリに機械的に接続された支持プレート上に配置される場合、光起電システムは第二の空間を更に備え得て、その第二の空間は、光起電システムの外部環境に対して開かれていて、第二の空気層を形成し、少なくとも１ｃｍの距離でバッテリと支持プレートとを離隔して、その距離は第二の空気層の厚さに相当する。より好ましくは、この距離、つまりは第二の空気層の厚さは、略１ｃｍから３０ｃｍの間、略１ｃｍから２０ｃｍの間、又は略１ｃｍから１０ｃｍの間であり得る。このようにして、この空間は、バッテリと支持プレートとの間の、つまりバッテリと電子素子との間の空気の流れのための空間を形成することができる。バッテリと電子素子との間に形成されるこの空間は、管理及び／又は変換電子素子の動作中の加熱による温度上昇にバッテリが晒されることを防止する空気の流れを可能にする。

生成される電気エネルギーを管理及び／又は変換するための電子素子は、少なくとも一つのＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ、及び／又はエネルギーの最適変換用のデバイス、及び／又はバッテリ充電レギュレータ、及び／又はターミナルブロック、及び／又はバッテリ放電レギュレータ、及び／又はＤＣ／ＡＣ電圧コンバータ、及び／又はマイクロコントローラを備え得る。

光線を受けるための光起電パネルの面に平行な面内における支持プレート及び生成される電気エネルギーを管理及び／又は変換するための電子素子の表面積は、光線を受けるための光起電パネルの面に平行なその面又は他の面内における光起電パネルの面の表面積以内に含まれ得る。光線を受けるための光起電パネルの面に平行な面内における支持プレート及び生成される電気エネルギーを管理及び／又は変換するための電子素子の表面積は、光線を受けるための光起電パネルの面に平行なその面又は他の面内における光起電パネルの面の表面積以下のものであり得るか、又はそれ以下の寸法を有するものであり得る。

第二の空気層を形成する第二の空間によって、特に、その第二の空間内の空気の流れのおかげで電子素子を冷却し、経年によるバッテリの膨張を許容することができる。

光起電システムは、熱を散逸及び／又は除去する手段を備え、該手段は、バッテリと光起電パネルとを離隔する空気層を形成する空間に配置され、及び／又は、光起電システムが第二の空間を有する場合にはバッテリと支持プレートとを離隔する第二の空気層を形成する第二の空間に配置される。

本発明は、添付図面を参照して、例示目的であり非限定的なものとして提供される例示的な実施形態の説明を読むことによって、より良く理解されるものである。

従来技術による自律光起電システムの概略図を示す。 従来技術による電気ネットワークに接続された光起電システムの概略図を示す。 多様な動作温度における初期ストレージキャパシティと比較してのリチウムイオンバッテリのストレージキャパシティの変化を年を追ったものとして表す曲線を示す。 本発明の特定の実施形態による光起電システムの概略図を示す。 本発明の特定の実施形態による光起電システムの部分断面図を示す。 本発明の光起電システムの構成要素の一日の動作にわたる温度変化を、それらの構成要素の間の間隔に従って表す曲線を示す。 本発明の特定の実施形態による光起電システムの断面図を示す。 本発明の特定の実施形態による光起電システムの断面図を示す。

以下で説明される多様な図面の同様又は等価な部分には、同じ参照符号を付して、図面ごとの移行を容易にする。

図面に示される多様な部分は、図面を見易くするために均一スケールでは必ずしも描かれていない。

多様な可能性（代替例及び実施形態）は、互いに排他的なものではなく、互いに組み合わせ可能であると理解されたい。

図４を参照すると、本発明の特定の実施形態による光起電システム１００の概略図が示されている。

光起電システム１００は、出力が第一のＤＣ／ＤＣコンバータ１０４に電気的に接続されている光起電パネル１０２を備える。エネルギーの最適変換用のデバイス１０６（ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｅｒ）とも称される）は、第一のＤＣ／ＤＣコンバータ１０４に電気的に接続されている。第一のＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の出力は、バッテリ充電レギュレータ１０８（ＢＣＲ（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｈａｒｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）とも称される）の入力、及びターミナルブロック１１２を介して第二のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の入力に電気的に接続されている。バッテリ充電レギュレータ１０８の出力は、バッテリ１１４（ここではリチウムイオン型）、及び、バッテリ放電レギュレータ１１６（ＢＤＲ（ｂａｔｔｅｒｙ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）とも称される）の入力に接続されていて、そのＢＤＲ１１６は、バッテリ１１４、及び第二のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の入力に電気的にも電気的に接続されている。第二のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の出力は、ＤＣ／ＡＣ電圧コンバータ１１８の入力に電気的に接続されている。最後に、システム１００は、特にＭＰＰＴ１０６、ターミナルブロック１１２、ＢＣＲ１０８、ＢＤＲ１１６を制御するマイクロコントローラ１２０を更に備える。

光起電パネル１０２の出力で得られる電圧（例えば１２Ｖ）は、バッテリの１１４の公称電圧に対応するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１０４によって適合可能である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、ＭＰＰＴ１０６によっても制御される。このＭＰＰＴ１０６は、非線形な電力発生器の最大電力点に追従することを可能にする。実際、光起電パネル１０２は、Ｉ＝ｆ（Ｕ）の特性が極端に非線形である発生器と見なすことができる。結果として、同一の照明に対して、伝達される電力は、パネル１０２の出力に接続されたチャージによって異なる。従って、ＭＰＰＴ１０６は、最大電力をチャージに定期的に提供するようにチャージ（ここではバッテリ１１４）及び光起電パネル１０２を接続する静的コンバータ（ここではＤＣ／ＤＣコンバータ１０４）を制御することを可能にする。このＭＰＰＴ１０６自体は、マイクロコントローラ１２０によって制御される。

また、マイクロコントローラ１２０は、生成される電気エネルギーを、バッテリ１１４、又は電気ネットワーク（システム１００、又はそのシステム１００によって電力供給されるデバイスが接続されている）に向けるターミナルブロック１１２も制御する。マイクロコントローラ１２０は、バッテリ１１４に対して行き来する電力を規制することを可能にするＢＣＲ１０８及びＢＤＲ１１６も制御する。

ターミナルブロック１１２が、生成される電気エネルギーを電力供給されるデバイス又はネットワークに送り、また、バッテリが電気エネルギーを電力供給されるデバイス又はネットワークに送る場合には、電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０によって、次にＤＣ／ＡＣコンバータ１１８によって変換されて、例えば、電気ネットワーク（例えば５０Ｈｚ）に同期した２３０ＶのＡＣ電圧を出力において得ることができる。

図５は、光起電システム１００の部分断面図を示す。

光起電パネル１０２は、ソーラーエネルギーを受けるための光起電システム１００の前面を形成する。この前面は、図５に示されるＸ及びＹ軸による平面（Ｘ，Ｙ）に平行である。システム１００の全ての構成要素は、パネル１０２の後方に配置され、互いに重ね合わせられ、連続する層の積層体を形成して、光起電パネル１０２がこれらの構成要素に対する熱保護スクリーンを形成する。バッテリ１１４はここでは、角柱型のリチウムイオン素子として実装されている。平面（Ｘ，Ｙ）に平行な平面を占めるリチウムイオン素子の表面積は、パネル１０２の前面で受けられる光線からの保護を保ちながら、パネル１０２の前面の表面積に実質的に相当するように最大化される。バッテリ１１４の素子は、光起電パネル１０２に接続された機械的固定構造体１２２を介してシステム１００に保持されている。

本例では、システム１００は、支持プレート１２４（例えばエポキシベース）を更に備え、その上に、制御電子素子１２６（例えば電子ボード型）が実装され、その電子素子１２６は、図４に関して上述した制御素子１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１６、１１８及び１２０を備える。電子ボードは、各素子に関連する電子ブロックを備え、バッテリの充電及び放電並びにそのバランスを管理する。電子ボード１２６は、支持プレート１２４を介してバッテリ１１４にネジ留めされるが、これは、ネジ１３１によってバッテリの端子１３０に対して直に為される。この非常に短い接続は、例えばワイヤ接続が用いられた場合に生じる可能性のある抵抗低下を防止する。このようにして、システムのエネルギー効率及び電力が最適化される。更に、バッテリの端子に対する直接のネジ留めによる接続は、非常に信頼性があり、簡単に為されるものである。最後に、保護プレート１２８が光起電システム１００の背面を形成する。しかしながら、電子ボード１２６をワイヤ接続によってバッテリに接続することも可能ではある。

光起電システム１００は第一の空間１３２を更に備え、この第一の空間１３２は空気層を形成して、光起電パネル１０２とバッテリ１１４との間におけるシステム１００の空気の流れを可能にする。空間１３２によってこれらの構成要素の間に形成される距離（図５に示されるＺ軸に沿った寸法）は、例えば略１ｃｍと１０ｃｍとの間である。

更に、本例では、光起電システム１００は第二の空間１３３を更に備え、この第二の空間１３３は、バッテリ１１４と支持プレート１２４との間に第二の空気層を形成する。この第二の空間１３３は、光起電パネル１０２と支持プレート１２４との間、つまり光起電パネル１０２と制御電子素子１２６との間で空気の流れを生じさせることを可能にする。バッテリ１１４は、例えば支持プレート１２４から略１ｃｍから１０ｃｍの間の距離に維持される。

光起電システム１００の多様な構成要素は、重ね合わせられ、また、空間１３２、１３３（本例では隙間）によって離隔されて、これら空間１３２、１３３を介して、システム１００の一つの構成要素とシステム１００の他の構成要素との熱相互作用が制限されるように、空気が流れることができる。このようにして、システム１００の動作中に、特に、システム１００の全構成要素のうち一般的に最も熱を放出する構成要素である光起電パネル１０２及び制御電子素子１２６の構成要素によって放出される熱によって、他の構成要素の寿命が損なわれることがない。

図６に示される曲線は、夏の一日中におけるバッテリ１１４及び光起電パネル１０２の最大温度の変化を、時間を追って示す。曲線１３４及び１３６はそれぞれ、空間１３２、１３３が存在せずバッテリ１１４が光起電パネル１０２及び支持プレート１２４に対して固定されている場合における、光起電パネル１０２及びバッテリ１１４の温度変化を示す。曲線１３８及び１４０はそれぞれ、空間１３２、１３３が略１ｃｍの厚さを有する場合における光起電パネル１０２及びバッテリ１１４の温度変化を示す。曲線１４２及び１４４は、空間１３２、１３３が略５ｃｍの厚さを有する場合の同じ構成要素における変化を示す。曲線１４６は、その日の大気温度の変化を示す。

これらの曲線は、二次元平面における、静的な方法で行われる研究に対応していて、ここで、光起電パネル１０２、バッテリ１１４及び空間１３２、１３３が同じ長さ及び同じ幅の三つの矩形の平行六面体とされ、固定構造体１２２とシステム１００の残りの部分との間の熱交換が無視されて、動作中のバッテリにおいて熱として散逸するエネルギーが無視されている。

図６において、全ての曲線が夜間では重なっていることが見て取れる。しかしながら、光起電パネル１０２の温度は、光起電パネル１０２が受ける光線によって、太陽が出ている期間では上昇する。また、光起電パネル１０２の温度は、パネル１０２によって行われるソーラーエネルギーから電気エネルギーへの変換によっても上昇する。バッテリ１１４の温度は、太陽が出ている期間及びパネル１０２によって放出される熱で上昇する。空間１３２、１３３が無いと（曲線１３４、１３６）、バッテリ１１４の温度が光起電パネル１０２の温度にほぼ相当していて、日中の最も暑い時間帯では、略６０℃から６５℃の間の温度である。略１ｃｍの厚さの空間１３２、１３３があると、隙間１３２、１３３の無い構成と比較して、光起電パネル１０２が達する最大温度は略７℃下がって（曲線１３８）、バッテリ１１４の温度は略２５℃下がる（曲線１４０）。略５ｃｍの厚さの空間１３２、１３３に対しては、空間１３２、１３３の無い構成と比較して、光起電パネル１０２の達する最大温度は略１８℃下がり（曲線１４２）、バッテリ１１４の温度は略３３℃下がる（曲線１４４）。その日の勾配（最大温度と最低温度との間の差）も、二種類の厚さの空間１３２、１３３において、バッテリ１１４でもパネル１３２でも下がっている。

従って、空気層を形成する空間１３２、１３３の存在のおかげで、バッテリ１１４に対する光起電パネル１０２及び制御電子素子１２６の熱的影響が実質的に減じられる。バッテリ１１４がその動作中に晒される熱的制約は緩和されて、その寿命に対する熱的制約の影響が減じられる。空間１３２、１３３は、光起電パネル１０２の達する最大温度も制限して、光起電パネル１０２の効率は低温において優れるので、電気エネルギーのより良い日産量が提供される。

光起電パネルとバッテリとの間、バッテリとシステム１００の他の構成要素との間の空気の流れのための空間の集積によって、システム１００の多様な構成要素間の相当の寿命を得ることができて、その期間は、少なくとも１５年間と見積もられ、当初と同じレベルの性能が満たされる。この期間を超えると、最大で略３０年間までで、性能の僅かな劣化が生じ得る。メンテナンスの少なさを保つため、この不利点は、以下で説明されるように、より長い期間にわたる応用の必要性に答えることができるようにバッテリ１１４の寸法を決めることによって、考慮される。

空間１３２、１３３の一方の厚さは少なくとも略１ｃｍに等しく、バッテリ１１４の寿命にわたる光起電パネル１０２の熱的影響を制限する。更に、この厚さが、例えば１０ｃｍ以下に選択されて、所望の集積レベルに対するシステム１００の障害を制限する。

図７Ａ及び図７Ｂは、システム１００の詳細な断面図を示す。これらの図面の参照符号は、図４及び図５のものに対応している。

光起電パネル１０２は例えば、略７５Ｗｐ（ワットピーク）の公称電力、略１２３７ｍｍ×５５６ｍｍ×２４．５ｍｍの全寸法、７．８ｋｇの総重量を有する。このようなパネルは、平均で略３５０Ｗｈの電気の日産量（１３％のパネル効率で）を得ることを可能にし、これは、略１２５ｋＷｈ／年である。

一般的に、光線を受けるための光起電パネル１０２の面の表面積は、略０．２５ｍ^２から２ｍ^２の間であり、パネル１０２（例えば、矩形であり、長方形や正方形が考えられる）の辺の寸法は略０．５ｍから２ｍの間である。光起電パネル１０２の出力は、光線を受けるための表面積及び使用される技術に直に比例するが、数十Ｗから略２５０Ｗの間である。パネル１０２は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン及び／又は薄膜で成る光起電セルを含み得る。最後に、パネル１０２は、金属フレームに固定されるか、又はソーラータイル状に集積され得る。パネル１０２の厚さは略２４ｍｍから５０ｍｍの間であり得る。

バッテリ１１４の寸法決めは、光起電パネル１０２によって生成可能な電気量並びにバッテリ１１４を流れるエネルギーフローを考慮して行われる。

このような光起電システム１００は、例えば、電気ネットワークに接続され平均で２ｋＷを消費する家において使用されて、正午の消費ピーク（１０００Ｗｈ）及び夕方の消費ピーク（２０００Ｗｈ）に対処する。また、光起電システム１００は、停電（例えば０．５時間にわたる略１０００Ｗｈ）における電源を提供することもできる。この家には、例えば光起電システム１００と同様の２５個の光起電システムが提供され得て、その各々が、略７５Ｗｐの公称電力の光起電パネルを備え、２５個の光起電パネルに対しては全部で１８７５Ｗｐとなる。

この家の光起電システムの動作の代表的なサイクルは例えば４日間で行われる。一日目、各光起電システムが略３５０Ｗｈを生成することができる。バッテリは最初１００％に充電されているので、生成される電気エネルギーは、家において消費されるか、又は電気ネットワーク会社に売られる。バッテリは、光起電システム毎に略８０Ｗｈの夕方の過剰消費分を提供する。二日目、システムは電気を生成しない（太陽光無し）。この場合、バッテリは、正午及び夕方における過剰消費分並びに０．５時間の停電に対する２ｋＷの消費分を提供して、光起電システム毎に全部で１６０Ｗｈとなる。三日目、光起電システムは電気を生成しない（太陽光無し）。バッテリは、光起電システム毎に略１２０ｋＷの正午及び夕方の過剰消費分を提供する。四日目、各光起電システムは略３５０Ｗｈを生成する。光起電パネルによって生成される全ての電気は、バッテリを再充電するのに使用される。

従って、本動作サイクルによると、利用可能な電気エネルギーが略３５０Ｗｈであることがわかる。この値を寿命の最後において提供するためには、バッテリの初期ストレージキャパシティは略４８０Ｗｈとなる。

図７Ａ及び図７Ｂに示される例では、バッテリ１１４は、１５個の角柱型のリチウムイオン素子によって形成されていて、平面（Ｘ，Ｙ）内において光起電パネル１０２の利用可能な表面の大部分をカバーすることができる。バッテリ１１４の各素子の寸法は、以下の通りである：幅（Ｙ軸に沿った寸法）＝１８５ｍｍ； 長さ（Ｘ軸に沿った寸法）＝１４５ｍｍ； 厚さ（Ｚ軸に沿った寸法）＝１０ｍｍ。各素子は１０Ａｈの公称キャパシティを有する。素子の数、寸法及び配置は、特に素子の公称電圧を決めるバッテリ１１４（例えばリチウムイオン）の技術的特性に従って、また特定のエネルギーを得ることができるように選択され得る。一般的に、バッテリの厚さは略１０ｍｍから４０ｍｍの間であり得る。更に、バッテリ１１４を光起電パネル１０２に機械的に接続する固定構造体１２２の素子は、パネル１０２とバッテリ１１４の厚さ方向に平行に略１０ｍｍから２５ｍｍの間の寸法を有し得る。

システム１００の全質量は、本例では３０ｋｇ未満である。長さ及び幅（Ｘ軸及びＹ軸に沿った寸法）は、単一の光起電パネル１０２のものに相当し、例えば、長さ１２３７ｍｍ、幅５５６ｍｍである。システム１００の全厚は例えば略６０．５ｍｍであり、又は略６０ｍｍから２４０ｍｍの間であり得る。

一般的に、バッテリの素子の寸法、構成及び数は、孤立型（例えば路上施設）、又は本例に示されるようなネットワーク接続型のいずれかに対して光起電システムが満たさなければならないエネルギー需要に従って選択される。光起電システムの電力、つまり実質的な表面積が高くなる程、バッテリ１１４の容量が高くなり、空気層が厚くなり、固定構造体が大きくなる。辺の寸法が略０．５ｍの低電力光起電パネルに対して、そのシステムの厚さは例えば略６６ｍｍである。よって、光起電システムの厚さ対光起電パネルの面の一辺の寸法の比は略１／７である。辺の寸法が略２ｍである高電力光起電パネルに対して、そのシステムの厚さは例えば略２４０ｍｍである。よって、光起電システムの厚さ対光起電パネルの面の一辺の寸法の比は、略１／８である。

上述の空間１３２、１３３は、光起電システム内、特にバッテリ周辺の空気の流れを許容するように空である。代替例では、空間１３２、１３３が、空ではないことが考えられ、熱を除去又は散逸させるデバイスを含み、そのデバイスが例えば光起電パネル１０２や制御電子素子１２６（又は支持プレート１２４）等の熱を放出する構成要素に対して配置され得る。このようなデバイスは例えば熱散逸翼、並びに／又は、熱の散逸を改善することができる及び／若しくは光起電システム１００の外への熱の除去を加速することができる他のデバイスを備え得る。

１００ 光起電システム
１０２ 光起電パネル
１０４ 第一のＤＣ／ＤＣコンバータ
１０６ ＭＰＰＴ
１０８ ＢＣＲ
１１０ 第二のＤＣ／ＤＣコンバータ
１１２ ターミナルブロック
１１４ バッテリ
１１６ ＢＤＲ
１１８ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１２２ 固定構造体
１２４ 支持プレート
１２６ 制御電子素子
１３０ 端子
１３１ ネジ
１３２ 第一の空間
１３３ 第二の空間

Claims (13)

1. 光起電システム（１００）であって、
   光線を受けるための面を備えた光起電パネル（１０２）と、
   固定構造体（１２２）によって前記光起電パネル（１０２）に機械的に接続されたバッテリ（１１４）と、
   前記光起電システム（１００）の外部環境に対して開かれていて、前記バッテリ（１１４）と前記光起電パネル（１０２）とを離隔する空気層を形成していて、少なくとも略１ｃｍの厚さを有する空間（１３２）とを備え、
   前記光起電システムの厚さ対前記光起電パネルの面の一辺の寸法の比が略１／５以下であり、
   生成される電気エネルギーを管理及び／又は変換するための電子素子（１２６）を更に備え、該電子素子（１２６）が、前記バッテリ（１１４）に機械的に接続された支持プレート（１２４）上に配置されていて、前記支持プレート（１２４）が、前記電子素子（１２６）と前記バッテリ（１１４）との間に配置されており、
   前記光起電システム（１００）の外部環境に対して開かれていて、前記バッテリ（１１４）と前記支持プレート（１２４）とを離隔する第二の空気層を形成していて、少なくとも略１ｃｍの厚さを有する第二の空間（１３３）を更に備える、光起電システム（１００）。
2. 前記空気層（１３２）の厚さが略１ｃｍから１０ｃｍの間である、請求項１に記載の光起電システム（１００）。
3. 前記空気層（１３２）の厚さ対前記光起電パネルの面の一辺の寸法の比が略１／１０以下である、請求項１又は２に記載の光起電システム（１００）。
4. 前記光起電パネルの面の表面積が略０．２５ｍ^２から２ｍ^２の間である、請求項１から３のいずれか一項に記載の光起電システム（１００）。
5. 前記光起電システムの厚さ対前記光起電パネルの面の一辺の寸法の比が略１／７から１／８の間である、請求項１から４のいずれか一項に記載の光起電システム（１００）。
6. 前記バッテリ（１１４）がリチウム製である、請求項１から５のいずれか一項に記載の光起電システム（１００）。
7. 前記バッテリ（１１４）が、電気エネルギーを貯蔵するための角柱型の素子を少なくとも一つ備える、請求項６に記載の光起電システム（１００）。
8. 前記バッテリ（１１４）が、リチウムイオン型であり、電気エネルギーを貯蔵するための電気的に直列に接続された複数の角柱型の素子を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の光起電システム（１００）。
9. 前記光起電パネル（１０２）の面に平行な面内における前記バッテリ（１１４）の表面積が、該光起電パネル（１０２）の面の表面積以下である、請求項１から８のいずれか一項に記載の光起電システム（１００）。
10. 前記第二の空気層（１３３）の厚さが略１ｃｍから１０ｃｍの間である、請求項１から９のいずれか一項に記載の光起電システム（１００）。
11. 前記生成される電気エネルギーを管理及び／又は変換するための電子素子（１２６）が、少なくとも一つのＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ（１０４、１１０）、及び／又はエネルギーの最適変換用のデバイス（１０６）、及び／又はバッテリ充電レギュレータ（１０８）、及び／又はターミナルブロック（１１２）、及び／又はバッテリ放電レギュレータ（１１６）、及び／又はＤＣ／ＡＣ電圧コンバータ（１１８）、及び／又はマイクロコントローラ（１２０）を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光起電システム（１００）。
12. 前記光起電パネル（１０２）の面に平行な面内における前記支持プレート（１２４）及び前記生成される電気エネルギーを管理及び／又は変換するための電子素子（１２６）の表面積が、該光起電パネル（１０２）の面の表面積以下である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の光起電システム（１００）。
13. 熱を散逸及び／又は除去する手段を更に備え、該手段が、前記バッテリ（１１４）と前記光起電パネル（１０２）とを離隔する前記空気層（１３２）に配置され、及び／又は、前記光起電システム（１００）が第二の空気層（１３３）を備える場合に前記バッテリ（１１４）と支持プレート（１２４）とを離隔する該第二の空気層（１３３）に配置されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の光起電システム（１００）。

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