JPWO2015174188A1 - 光発電装置 - Google Patents

Abstract

機器の動作安定と故障防止とを簡単な構成で実現する。光発電装置（１）は、光を電力に変換するＤＳＣ（１１）と、電力によって動作する動作機器（１２）とを備え、動作機器（１２）は、電力が最大となるときのＤＳＣ（１１）の動作点（Ｐｍａｘ１・Ｐｍａｘ２）と、ＤＳＣ（１１）が開放されているときのＤＳＣ（１１）の非動作点である動作点（Ｐｏｃ）とを除く両者の間の範囲でＤＳＣ（１１）を動作させる電力消費特性を有する。

Description

本発明は、光を電力に変換する光発電装置などに関する。

光発電装置として、色素増感太陽電池（ＤＳＣ；Dye-sensitized Solar Cell）が知られている。ＤＳＣは、微弱光や散乱光に対して発電割合が高いという特徴を有する。ＤＳＣなどを用いることにより、光発電装置は、従来では設置されなかった室内や半屋内などへも設置することが検討されるようになった。

しかし、室内や半屋内などでは、屋根の上などの屋外とは異なり、光発電装置の発電量が不安定になる。なぜならば、光発電装置の周囲の障害物や、光発電装置の前を通る人などにより、光発電装置によって受光される光の光量が大きく変動するためである。

一般的に、最適な発電量が得られるように、つまり発電する電力が最大となるように、光発電装置は制御される。このとき、最大電力追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）制御などが用いられる。

特許文献１には、ＤＳＣの動作点を制御する制御部により電力損失を少なくするための太陽光発電装置が開示されている。

特許文献２には、太陽電池の出力電圧を調整して充電池を充電するために、充電コンバータおよび制御ＣＰＵを備えた充電制御装置および太陽光発電システムが開示されている。

特許文献３には、ＤＳＣを備えた空気調和装置が開示されている。

特許文献４には、ＤＳＣを備えた可搬型用品が開示されている。

特許文献５には、インバータを接続して太陽電池を概ね最大効率点で制御する太陽電池の制御方式が開示されている。

特許文献６には、太陽電池を入力電源として接続する充電装置が開示されている。

特許文献７には、太陽電池の出力効率が高く保たれるように、電圧変換回路（昇圧回路）を駆動する回路装置が開示されている。

特許文献８には、太陽電池の出力が低下する状態において、太陽電池の出力で二次電池を効率よく充電するための太陽電池システムが開示されている。

特許文献９には、太陽電池によって出力される電流が、水電解槽に対する限界電流を超えた際に、蓄電池に充電される、太陽電池を電源とする水電解装置の運転制御方式が開示されている。

日本国公開特許公報「特開２００９−１２３３９３号公報（２００９年６月４日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１３−１１５９９３号公報（２０１３年６月１０日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００６−２９７０５号公報（２００６年２月２日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００８−２０４６７７号公報（２００８年９月４日公開）」 日本国公開特許公報「特開平８−９５６５５号公報（１９９６年４月１２日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１０−２０６９１１号公報（２０１０年９月１６日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１１−１８６５８３号公報（２０１１年９月２２日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１１−４１３７８号公報（２０１１年２月２４日公開）」 日本国公開特許公報「特開平７−３３１４７４号公報（１９９５年１２月１９日公開）」

しかし、単に最適な発電量を得ることを目的とした従来の光発電装置では、発電される電力によって機器を動作させる場合、機器が安定動作せず故障するという問題がある。

なぜならば、発電される電力が単に最大化された結果、光発電装置によって受光される光が変動した場合には電力変動も大きくなり、機器が正常に動作する範囲を外れることがあるためである。また、受光される光の変動が速い場合には、十分に制御しきれなくなり、太陽電池の出力が不安定となる。また、ＭＰＰＴ制御において、太陽電池の一部に影ができると、ＩＶ曲線（太陽電池が出力する電圧と電流との関係を示す曲線）にピークが複数発生し、誤った動作点を設定することもある。

さらに、特許文献１および２のように、太陽電池の出力電圧を所望の出力電圧に調整するために、制御回路を必要としている。また、特許文献１〜９に開示された従来の光発電装置に対し、電力変動を抑制するための構成を追加するとしても、新たな回路装置などが必要となるので、光発電装置が複雑化することは避けられない。

本発明は、以上の問題を鑑み、光発電装置が発電する電力によって動作する機器の動作安定化および故障防止を簡単な構成で達成することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光発電装置は、光を電力に変換する光発電部と、上記電力によって動作する機器とを備え、上記機器は、上記電力が最大となるときの上記光発電部の動作点と、上記光発電部が開放されているときの上記光発電部の非動作点とを除く両者の間の範囲で、上記光発電部を動作させる電力消費特性を有している。

本発明の一態様によれば、光発電部の出力電圧を調整する制御回路を必要とすることなく、光発電部の動作点の変動を抑制できるという効果を奏する。これにより、光発電部によって受光される光が変動する場所に、光発電装置を設置したとしても、機器を従来よりも安定して動作させることができる。また、光発電部が、機器が正常に動作できる範囲から外れる電力を出力することを抑制できるので、機器の故障を防止することもできる。

実施形態１の光発電装置の構成を示す図であって、（ａ）は光発電装置の概略構成を示すブロック図であり、（ｂ）は光発電装置が備える色素増感太陽電池の受光エネルギーが多いときの、色素増感太陽電池が出力する電圧と電流との関係を示すグラフであり、（ｃ）は当該エネルギーが少ないときの、当該関係を示すグラフであり、（ｄ）は光発電装置が可変抵抗を備えるときの構成を示すブロック図である。 色素増感太陽電池の受光エネルギーの変動に伴う動作点の変動を比較するグラフであり、（ａ）は従来の色素増感太陽電池の最適動作点の変動状態を示し、（ｂ）は図１に示される光発電装置の色素増感太陽電池の動作点の変動状態を示す。 図１に示される光発電装置の設置例を示す図である。 実施形態２の光発電装置の構成を示す図であって、（ａ）は色素増感太陽電池が並列に接続された構成を示すブロック図であり、（ｂ）は色素増感太陽電池が直列に接続された構成を示すブロック図であり、（ｃ）は（ａ）に示される光発電装置と（ｂ）に示される光発電装置とにおける動作点の変動状態を示すグラフである。 実施形態３の光発電装置に関する図であって、（ａ）は光発電装置の他の設置例を示す図であり、（ｂ）は複数の色素増感太陽電池を接続する形態における各動作特性の相互関係を示すグラフであり、（ｃ）は上記各動作特性の他の相互関係を示すグラフであり、（ｄ）は比較例としての当該相互関係を示すグラフである。 実施形態４の光発電装置の構成を示す図であって、（ａ）は光発電装置の全体構成を示す模式図であり、（ｂ）は色素増感太陽電池を構成する多孔質酸化チタンが含む酸化チタン微粒子を示す画像であり、（ｃ）は色素増感太陽電池に用いる色素の分子構造を示す構造式である。 （ａ）〜（ｆ）は、図６に示される光発電装置が備える太陽電池セルの製作手順を示す図である。 図６に示される光発電装置を複数のセルで構成する形態において、各セルの集積構造例を示す断面図であって、（ａ）はＷ型集積構造を示し、（ｂ）はＺ型集積構造を示し、（ｃ）はモノシリック型集積構造を示す。 図６に示される光発電装置に用いる色素のカラーバリエーションを示す画像である。 図６に示される光発電装置の動作を示す概念図である。 図６に示される光発電装置が出力する電圧に対する、光発電装置が出力する電流と、光発電装置が発電する電力とを示すグラフである。

〔実施形態１〕
本発明の第一実施形態について、図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

≪光発電装置１の構成≫
図１は、本実施形態の光発電装置１の構成を示す図であって、（ａ）は光発電装置１の概略構成を示すブロック図であり、（ｂ）は光発電装置１が備えるＤＳＣ１１の受光エネルギーが多いときの、ＤＳＣ１１が出力する電圧と電流との関係を示すグラフであり、（ｃ）は当該エネルギーが少ないときの、当該関係を示すグラフであり、（ｄ）は光発電装置１が可変抵抗１３を備えるときの構成を示すブロック図である。

図１の（ａ）に示されるように、光発電装置１は、色素増感太陽電池（ＤＳＣ；Dye-sensitized Solar Cell）１１（光発電部）と、動作機器１２（機器）とを備えている。

ＤＳＣ１１は、光を電力に変換するものである。

動作機器１２は、ＤＳＣ１１が光電変換によって生成した電力によって動作するものである。動作機器１２として、例えば、赤外線センサー（人感センサーなど）、温度センサー、照度センサー、ガスセンサー、動体センサー（ドップラーレーダーセンサーなど）が用いられる。以上に例示するように、動作機器１２には、一般的なセンサーのうち、消費電力が比較的小さなセンサーが用いられる。また、消費電力の比較的小さな機器が、本実施形態の動作機器１２として好適である。

（動作点の状態）
太陽電池は、接続した負荷にかかる電圧によって、取り出せる電流が決まるという性質がある。以下において「動作点」とは、機器（負荷）に接続されたＤＳＣ１１が光を受光して機器を動作させているときに、ＤＳＣ１１が出力する電圧と電流とにより特定される、ＤＳＣ１１の動作状態を表す変数である。

一般的に、ＤＳＣが受光する光の強さおよび／または量は、種々の原因によって変化し得る。受光される光の強さおよび／または量が変動する場合、当該光の単位時間あたりのエネルギーが変動するので、ＤＳＣが発電する電力も変動する。換言するならば、ＤＳＣ１１によって出力される、電圧および／または電流が変動する。

ＤＳＣ１１によって受光される光の単位時間あたりのエネルギー（以下、単に、ＤＳＣ１１の受光エネルギーと称する）が比較的多いときには、ＤＳＣ１１は、図１の（ｂ）に示されるように、短絡電流が比較的大きくなる電圧電流特性を示す。ここで、ＤＳＣ１１の動作点は、動作点Ｐ１に設定されている。また、ＤＳＣ１１の受光エネルギーが比較的少ないときには、ＤＳＣ１１は、図１の（ｃ）に示されるように、短絡電流が比較的小さくなる電圧電流特性を示す。この場合、ＤＳＣ１１の動作点は、動作点Ｐ１とほとんど変わらない動作点Ｐ２に設定されている。

以下において、「最適動作点」とは、ＤＳＣ１１によって出力される電力が最大になるときの電圧と電流とによって特定される動作点を意味する。また、「非動作点」とは、ＤＳＣ１１の出力が開放されているときの開放電圧と、値が０である電流とによって特定される動作点を意味する。なお、非動作点において、ＤＳＣ１１によって光から変換された電力は０となる。

図１の（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示した動作点Ｐｍａｘ１・Ｐｍａｘ２は、最適動作点である（以下、動作点Ｐｍａｘを最適動作点Ｐｍａｘと称する）。また、図１の（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示した動作点Ｐｏｃは、非動作点である（以下、動作点Ｐｏｃを非動作点Ｐｏｃと称する）。そして、図１の（ｂ）に示される状況において、ＤＳＣ１１の動作点は、最適動作点Ｐｍａｘ１と非動作点Ｐｏｃとを除く両者の間の範囲に含まれるように、動作機器１２の電力消費特性（後述）を定めている。また、図１の（ｃ）に示される状況において、動作機器１２の電力消費特性の同じ設定によって、ＤＳＣ１１の動作点は、最適動作点Ｐｍａｘ２と非動作点Ｐｏｃとを除く両者の間の範囲に含まれるようになっている。

すなわち、動作機器１２の電力消費特性を適切に定めるだけで、ＤＳＣ１１の受光エネルギーが変動しても、動作点Ｐ１と動作点Ｐ２との間の偏差は、最適動作点の偏差に比べて小さくなっている。このことについて、さらに説明する。

図２は、ＤＳＣの受光エネルギーの変動に伴う動作点の変動を比較するグラフであり、（ａ）は従来のＤＳＣの最適動作点の変動状態を示し、（ｂ）は図１に示される光発電装置１のＤＳＣの動作点の変動状態を示す。

図２の（ａ）に示される、従来のＤＳＣの動作点Ｐ１０１〜Ｐ１０４は、最適動作点である。例えば、最大電力追従（ＭＰＰＴ；Maximum Power Point Tracking）制御により、受光エネルギーが変動しても動作点は常に最適動作点に制御される。なお、動作点Ｐ１０１から動作点Ｐ１０４に向かうにつれて、ＤＳＣの受光エネルギーは小さくなっている。

ＭＰＰＴ制御では、ＤＳＣの受光エネルギーが変動した場合、ＤＳＣから出力される電流が特に大きく変動することが、図２の（ａ）のグラフから明らかである。

一方、図２の（ｂ）に示される、ＤＳＣ１１の動作点Ｐ１は、最適動作点Ｐｍａｘ１と、非動作点Ｐｏｃとを除く両者の間の範囲に含まれている。同様に、動作点Ｐ２は、最適動作点Ｐｍａｘ２と非動作点Ｐｏｃとを除く両者の間の範囲に含まれている。また、動作点Ｐ３は、最適動作点Ｐｍａｘ３と非動作点Ｐｏｃとを除く両者の間の範囲に含まれている。また、動作点Ｐ４は、最適動作点Ｐｍａｘ４と非動作点Ｐｏｃとを除く両者の間の範囲に含まれている。

望ましくは、動作点Ｐ１〜Ｐ４の電流値は互いにほぼ等しく、例えば、動作点Ｐ１〜Ｐ４の電流の偏差は、平均電流値の±５％以内である。かつ、動作点Ｐ１〜Ｐ４の電圧値も互いにほぼ等しく、例えば、動作点Ｐ１〜Ｐ４の電圧の偏差は、平均電圧値の±５％以内である。

ここで、図２の（ｂ）に範囲αとして示す電流の偏差（±ΔＩ）および電圧の偏差（±ΔＶ）は、動作機器１２に流れる電流または印加される電圧の値が、動作機器１２が正常に動作するのに許容される変動範囲（定格電流の範囲および／または定格電圧の範囲）内に収まるようにする。これにより、動作機器１２に、定格電流から外れた電流が流れたり、定格電圧から外れた電圧が印加されたりすることがないので、動作機器１２の安定した動作が保証されるとともに、動作機器１２の故障を防止することができる。

（動作機器が有する電力消費特性）
動作機器１２は、ＤＳＣ１１によって光から変換された電力を消費するように、直接にまたは間接的にＤＳＣ１１と接続される。電力がどの程度変換され消費されるかは、動作機器１２が有する電力消費特性によって定まる。動作機器１２が消費する電力が定まれば、ＤＳＣ１１によって出力される電圧と電流とにより特定されるＤＳＣ１１の動作点も定まる。

ここで、動作機器１２が有する電力消費特性は、動作機器１２の抵抗であってよい。これにより、ＤＳＣ１１の種類によらず、動作機器１２の抵抗を決めるだけで、動作点が定まる。

例えば、動作機器１２の抵抗（値）が高ければ、ＤＳＣ１１によって出力される電圧は高くなるとともに、ＤＳＣ１１によって出力される電流は低くなる。この結果、図２の（ｂ）に示される動作点Ｐ１〜Ｐ４は、非動作点Ｐｏｃに近づく。動作機器１２の抵抗を大きくすることによって、動作点Ｐ１〜Ｐ４が、非動作点Ｐｏｃに近づくほど、動作点Ｐ１〜Ｐ４の間の偏差は小さくなる。

≪動作機器の動作電圧の設定例≫
動作機器１２として、４．７５Ｖ以上５．２５Ｖ以下の電圧範囲で正常に動作する（つまり、定格電圧範囲が５Ｖ（中心電圧）±５％である）動体センサー（例えば、Parallax社製のもの）を用いた。この場合、適切な抵抗値を備えた動体センサーを選択することによって、ＤＳＣ１１の受光エネルギーがどのように変動しても、動体センサーの動作電圧を４．７５Ｖ以上５．２５Ｖ以下の電圧範囲に収めることができる。動作電圧が定格電圧範囲に収まれば、動作電流も自ずと、定格電流範囲に収まる。

以上は例であって、例えば、動作機器１２として、４．８Ｖ以上５．２Ｖ以下の電圧範囲で正常に動作する動体センサーや、２．２Ｖ以上１５Ｖ以下の電圧範囲で正常に動作する赤外線センサー（例えば、日本セラミックス株式会社製のもの）などを用いてもよい。

（光発電装置１の設置例）
図３は、図１に示される光発電装置１の設置例を示す図である。

図３に示されるように、光発電装置１は、例えば、建築物２１の屋内に設置された物品２２（窓、ショーウィンドウなど）にＤＳＣ１１を配することによって動作する。これにより、ＤＳＣ１１は、太陽光および／または建築物２１に配された照明装置を光源とする光を受光して発電できる。

一般的に、光発電装置が、図３に示されるように、屋内や、半屋内で用いられる場合、ＤＳＣに入射する光は、屋外で太陽光を受光する場合に比べて弱い。その元々弱い光が、通行人などによって遮られるので、当該ＤＳＣが出力する電力は、光発電装置が屋外で用いられる場合と比較して大きく変動する。

例えば、光発電装置１において、通行人２３の数が少なければ、ＤＳＣ１１によって受光される光の単位時間あたりのエネルギーが比較的多くなるので、ＤＳＣ１１は、図１の（ｂ）に示される電圧と電流とを出力する。また、通行人２３の数が多ければ、ＤＳＣ１１によって受光される光の単位時間あたりのエネルギーが比較的少なくなるので、ＤＳＣ１１は、図１の（ｃ）に示される電圧と電流とを出力する。

（シミュレーション）
図３に示される状況を再現するシミュレーションを実施した。

当該シミュレーションにおいて、通行人２３がＤＳＣ１１に入射する光を遮る動作は、障害物により、ＤＳＣ１１の受光面の３分の１のエリアに影（光が入射しないエリア）をつくることによって再現されている。

ＤＳＣ１１として、３０ｃｍ×３０ｃｍの受光面を有するとともに、変換効率が８．５％であるＤＳＣパネル（以下、パネル）が用いられている。

パネルが受光する光は、１００Ｗ／ｍ^２の単位時間面積あたりのエネルギーを有する。

動作機器１２として、抵抗値が１５０Ωである抵抗素子を利用している。なお、当該抵抗素子は、動作機器１２を模擬する模擬抵抗である。

パネルが発電する電力を、抵抗素子が消費するように、パネルと抵抗素子とは構成されている。

パネルの最適動作点は、４．２Ｖの電圧と、０．１７５Ａの電流とによって特定される。また、パネルの非動作点は、５．４Ｖの電圧（開放電圧）と、０Ａの電流とによって特定される。

なお、パネルの短絡電流は０．２４６Ａである。

（シミュレーション結果）
以下の表１は、図３に示される状況を再現したシミュレーション結果を示す。

表１において、「Ｖ」として１行目に記載された数値は、パネルが出力する電圧の値を示す。また、「Ｉ」として２行目に記載された数値は、パネルが出力する電流の値を示す。

表１に示される、パネルが出力する電圧と電流とによって特定される動作点は、最適動作点と非動作点との間に含まれる。

表１に示されるように、障害物が有るときの電圧値は、障害物が無いときの電圧値と比較し、０．１Ｖ小さくなっている。つまり、障害物が無いときの電圧値である５．３Ｖを基準にすると、電圧値は、約１．９％変動している。

また、障害物が有るときの電流値は、障害物が無いときの電流値と比較し、０．００１Ａ小さくなっている。つまり、障害物が無いときの電流値である０．０３６Ａを基準にすると、電流値は、約２．８％変動している。

（比較例）
以下の表２は、表１に結果が示されるシミュレーションにおいて、同じ動作機器１２に対して最適動作点で動作するようにしたときのシミュレーション結果を示す。

表２に示されるように、障害物が無いときの電圧値である４．３Ｖを基準にすると、電圧値は、約９．３％変動している。当該変動と比較すると、表１に結果が示されるシミュレーションでの電圧値の変動（１．９％）は、小さくなっている。

また、障害物が無いときの電流値である０．１３８Ａを基準にすると、電流値は、約２５．９％変動している。当該変動と比較すると、表１に結果が示されるシミュレーションでの電流値の変動（約２．８％）は、小さくなっている。

≪光発電装置１の効果≫
以上のように、光発電装置１は、ＤＳＣ１１の動作点の変動を抑制できる。これにより、ＤＳＣ１１の受光エネルギーが変動する場所に、光発電装置１を設置したとしても、動作機器１２を従来よりも安定して動作させることができる。また、ＤＳＣ１１が、動作機器１２が正常に動作できる範囲から外れる電力を出力することを抑制できるので、動作機器１２を従来よりも安定して動作させるとともに、動作機器１２の故障を防止することもできる。

さらに、ＤＳＣ１１によって発電される電力が変動したときに、当該変動を打ち消すための動作点制御回路（例えば、昇圧回路や降圧回路）を必要としないので、簡単な構成によって光発電装置１を実現できる。これにより、安定して電力を発電可能であるとともに、低コストである光発電装置１を提供できる。

≪その他の構成≫
図１の（ｄ）に示されるように、光発電装置１は、ＤＳＣ１１が光から変換した電力を消費する可変抵抗１３をさらに備えてよい。この場合、可変抵抗１３によって、光発電装置１全体の抵抗を調整できるので、最適な動作点の設定が容易になる。

また、ＤＳＣ１１は、動作機器１２に電力を供給する独立電源として設けられてよい。この場合、動作機器１２は、変動が抑制された電力のみを利用できるので、確実に動作機器１２を従来よりも安定して動作させるとともに、動作機器１２の故障を防止できる。

また、ＤＳＣ１１の光電変換によって生成された電力が供給される動作機器１２の電力消費特性を定めることにより、電力が最大となるときのＤＳＣ１１の動作点と、ＤＳＣ１１が開放されているときの非動作点とを除く両者の間の範囲で、ＤＳＣ１１を動作させる光発電方法も、本実施形態に含まれる。当該光発電方法によって上述した効果が得られる。

〔実施形態２〕
本発明の第二実施形態について、図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上述の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

≪光発電装置２ａ・２Ａの構成および動作≫
図４は、本実施形態の光発電装置２ａ・２Ａの構成を示す図であって、（ａ）はＤＳＣ１１ａ・１１ｂ・１１ｃが並列に接続された構成を示すブロック図であり、（ｂ）はＤＳＣ１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃが直列に接続された構成を示すブロック図であり、（ｃ）は（ａ）に示される光発電装置２ａと（ｂ）に示される光発電装置２Ａとにおける動作点の変動状態を示すグラフである。

図４の（ａ）に示されるように、光発電装置２ａは、ＤＳＣ１１ａ・１１ｂ・１１ｃ（光発電部）と、動作機器１２（機器）とを備える。また、図４の（ｂ）に示されるように、光発電装置２Ａは、ＤＳＣ１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃ（光発電部）と、動作機器１２（機器）とを備える。

（動作点の状態）
光発電装置２ａ・２Ａでは、図４の（ｃ）に示されるように、ＤＳＣ１１ａまたは１１Ａの動作点Ｐａと、ＤＳＣ１１ｂまたは１１Ｂの動作点Ｐｂと、ＤＳＣ１１ｃまたは１１Ｃの動作点Ｐｃとは、範囲βに含まれる。

ここで、範囲βは、ＤＳＣ１１ａ・１１ｂ・１１ｃの受光エネルギーが大きく変動した場合に、ＤＳＣ１１ａ・１１ｂ・１１ｃのうちの一つのＤＳＣから、電圧が相対的に低い他のＤＳＣへ、電流が流れ込んでも、当該他のＤＳＣの特性を低下させることが無い範囲、または、ＤＳＣ１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃのうちの一つのＤＳＣから、電圧が相対的に低い他のＤＳＣへ、電流が流れ込んでも、当該他のＤＳＣの特性を低下させることが無い範囲、を示す。範囲βは、実験などによって定められる。

なお、図４の（ｃ）において、曲線ａＡは、ＤＳＣ１１ａまたは１１Ａの動作特性を示す。また、動作点Ｐｍａｘ＿ａは、ＤＳＣ１１ａまたは１１Ａの最適動作点を示す。また、曲線ｂＢは、ＤＳＣ１１ｂまたは１１Ｂの動作特性を示す。また、動作点Ｐｍａｘ＿ｂは、ＤＳＣ１１ｂまたは１１Ｂの最適動作点を示す。また、曲線ｃＣは、ＤＳＣ１１ｃまたは１１Ｃの動作特性を示す。また、動作点Ｐｍａｘ＿ｃは、ＤＳＣ１１ｃまたは１１Ｃの最適動作点を示す。また、動作点Ｐｏｃは、ＤＳＣ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１Ａ、１１Ｂ、または１１Ｃの非動作点を示す。

そして、動作点Ｐａは、動作点Ｐｍａｘ＿ａと、動作点Ｐｏｃとを除く両者の間の範囲に含まれる。同様に、動作点Ｐｂは、動作点Ｐｍａｘ＿ｂと動作点Ｐｏｃとを除く両者の間の範囲に含まれる。また、動作点Ｐｃは、動作点Ｐｍａｘ＿ｃと動作点Ｐｏｃとを除く両者の間の範囲に含まれる。

（シミュレーション）
図４の（ａ）・（ｂ）・（ｃ）に示される状況を再現するための複数のシミュレーションを実施した。

当該複数のシミュレーションにおいて、ＤＳＣ１１ａ・１１ｂ・１１ｃ・１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃが出力する電圧と電流との相違は、障害物により、ＤＳＣ１１ａ・１１ｂ・１１ｃ・１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃの受光面に影をつくることによって再現されている。

ＤＳＣ１１ａ・１１Ａとして、３０ｃｍ×３０ｃｍの受光面を有するとともに、変換効率が８．５％であるＤＳＣパネル（以下、パネル）ａが用いられている。また、ＤＳＣ１１ｂ・１１Ｂとして、パネルａと同一構成のパネルｂが用いられている。また、ＤＳＣ１１ｃ・１１Ｃとして、パネルａと同一構成のパネルｃが用いられている。

パネルａ・ｂ・ｃが受光する光は、１００Ｗ／ｍ^２の単位時間面積あたりのエネルギーを有する。

動作機器１２として、抵抗値が１５０Ωである抵抗素子を利用している。なお、当該抵抗素子は、動作機器１２を模擬する模擬抵抗である。

パネルａ・ｂ・ｃの最適動作点は、４．２Ｖの電圧と、０．１７５Ａの電流とによって特定される。また、パネルａ・ｂ・ｃの非動作点は、５．４Ｖの電圧（開放電圧）と、０Ａの電流とによって特定される。

なお、パネルａ・ｂ・ｃの短絡電流は０．２４６Ａである。

（個別のパネルのシミュレーション結果）
以下の表３は、パネルａ・ｂ・ｃが個別に抵抗素子へ接続された場合の、動作点の変動を確認した結果を示す。

表３は、表１と同様の形式で示されている。

表３に示されるように、障害物により、パネルａの受光面の５０％のエリアに影がつくられたときの電圧値は、障害物が無いときにパネルｃが出力する電圧値と比較し、０．１Ｖ小さくなっている。つまり、障害物が無いときの電圧値である５．３Ｖを基準にすると、電圧値は、約１．９％変動している。

また、障害物により、パネルａの受光面の５０％のエリアに影がつくられたときの電流値は、障害物が無いときにパネルｃが出力する電流値と比較し、０．００１Ａ小さくなっている。つまり、障害物が無いときの電流値である０．０３６Ａを基準にすると、電流値は、約２．８％変動している。

次に、障害物により、パネルｂの受光面の２０％のエリアに影がつくられたときの電圧値は、障害物が無いときにパネルｃが出力する電圧値と同一である。

また、障害物により、パネルｂの受光面の２０％のエリアに影がつくられたときの電流値は、障害物が無いときにパネルｃが出力する電流値と同一である。

（並列に接続されたパネルのシミュレーション結果）
以下の表４は、パネルａ・ｂ・ｃが、図４の（ａ）に示されるように、並列に接続された場合の、動作点の変動を確認した結果を示す。

表４は、表１と同様の形式で示されている。

表４に示されるように、障害物により、パネルａ・ｂ・ｃのうちの２枚のパネルの受光面の５０％のエリアに影がつくられたとき（パターン２に対応）の電圧値は、障害物が無いとき（パターン１に対応）の電圧値と比較し、０．０５Ｖ小さくなっている。つまり、障害物が無いときの電圧値である５．３Ｖを基準にすると、電圧値は、約０．９％変動している。

また、障害物により、パネルａ・ｂ・ｃのうちの２枚のパネルの受光面の５０％のエリアに影がつくられたとき（パターン２に対応）の電流値は、障害物が無いとき（パターン１に対応）の電流値と比較し、０．００２Ａ小さくなっている。つまり、障害物が無いときの電流値である０．１０５Ａを基準にすると、電流値は、約１．９％変動している。

（直列に接続されたパネルのシミュレーション結果）
以下の表５は、パネルａ・ｂ・ｃが、図４の（ｂ）に示されるように、並列に接続された場合の、動作点の変動を確認した結果を示す。

表５は、表１と同様の形式で示されている。

表５に示されるように、障害物により、パネルａ・ｂ・ｃのうちの２枚のパネルの受光面の５０％のエリアに影がつくられたとき（パターン２に対応）の電圧値は、障害物が無いとき（パターン１に対応）の電圧値と比較し、０．３Ｖ小さくなっている。つまり、障害物が無いときの電圧値である１６．０Ｖを基準にすると、電圧値は、約１．９％変動している。

また、障害物により、パネルａ・ｂ・ｃのうちの２枚のパネルの受光面の５０％のエリアに影がつくられたとき（パターン２に対応）の電流値は、障害物が無いとき（パターン１に対応）の電流値と比較し、０．００１Ａ小さくなっている。つまり、障害物が無いときの電流値である０．０３５Ａを基準にすると、電流値は、約２．９％変動している。

（シミュレーション結果のまとめ）
従来では、複数のＤＳＣが接続された形態で各ＤＳＣの受光エネルギーが変動した場合、各ＤＳＣが出力する電圧と電流との相違に起因し、電圧が相対的に高いＤＳＣから電圧が相対的に低いＤＳＣへ、電流が流れこむことがあった。

しかし、表３〜表５に結果が示されたシミュレーションでは、ＤＳＣ１１ａ・１１ｂ・１１ｃの間、または、ＤＳＣ１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃの間において、他のＤＳＣの特性を低下させるような電流の流れこみは発生しなかった。また、１つのＤＳＣから他のＤＳＣへ電流が流れ込む結果、電流の一番小さいＤＳＣの電流に律速されるという問題を考慮する必要が無い。なぜなら、各ＤＳＣの出力特性の差がほとんど無いからである。

≪光発電装置２ａ・２Ａの効果≫
以上のように、ＤＳＣ１１ａ・１１ｂ・１１ｃの間における電流の流れこみによるＤＳＣ１１ａ・１１ｂ・１１ｃ・１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃの故障を防止できる。また、ＤＳＣ１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃの間における電流の流れこみによるＤＳＣ１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃの故障を防止できる。また、電流が律速されることを防止できる。

〔実施形態３〕
本発明の第三実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上述の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

≪光発電装置３の構成および動作≫
図５は、本実施形態の光発電装置３に関する図であって、（ａ）は光発電装置３の他の設置例を示す図であり、（ｂ）はＤＳＣ１１ｘ・１１ｙを接続する形態における各動作特性の相互関係を示すグラフであり、（ｃ）は上記各動作特性の他の相互関係を示すグラフであり、（ｄ）は比較例としての当該相互関係を示すグラフである。

図５の（ａ）に示されるように、光発電装置３は、ＤＳＣ１１ｘ・１１ｙ（光発電部）と、動作機器１２（機器）とを備える。動作機器１２は、例えば、人感センサーであり、ＤＳＣ１１ｘ・１１ｙが光から変換した電力を消費し、エスカレータ３１の利用者を検知してエスカレータ３１に動作開始・停止信号を送信するものであってよい。

なお、ＤＳＣ１１ｘ・１１ｙ・エスカレータ３１は、図４の（ａ）に示されるＤＳＣ１１ａ・１１ｂ・動作機器１２と同様に接続される（このとき、ＤＳＣ１１ｃは存在しないものとする）。または、ＤＳＣ１１ｘ・１１ｙ・エスカレータ３１は、図４の（ｂ）に示されるＤＳＣ１１Ａ・１１Ｂ・動作機器１２と同様に接続される（なお、ＤＳＣ１１Ｃは存在せず、ＤＳＣ１１Ｂと動作機器１２とが接続されるものとする）。

光発電装置３は、エスカレータ３１の側壁３２ｘ・３２ｙに、それぞれ、ＤＳＣ１１ｘ・１１ｙを配することによって動作する。ＤＳＣ１１ｘ・１１ｙは、太陽光および／またはエスカレータ３１が設置された場所の近辺に配された照明装置を光源とする光を受光して発電できる。

一般的に、エスカレータ３１を利用する利用者の単位時間あたりの人数は変動する。さらに、側壁３２ｘの受光エネルギーと、側壁３２ｙの受光エネルギーとは異なる。以下では、側壁３２ｙの受光エネルギーが、側壁３２ｘの受光エネルギーよりも小さい場合について説明する。

（動作特性の設定例１）
図５の（ｂ）に示されるように、ＤＳＣ１１ｘの動作点は、エスカレータ３１を利用する利用者の単位時間あたりの人数が最も少ないときには、曲線ｘａによって示される曲線上に存在する。また、ＤＳＣ１１ｘの動作点は、当該人数が最も多いときには、曲線ｘｂによって示される曲線上に存在する。また、ＤＳＣ１１ｙの動作点は、当該人数が最も少ないときには、曲線ｙａによって示される曲線上に存在する。また、ＤＳＣ１１ｙの動作点は、当該人数が最も多いときには、曲線ｙｂによって示される曲線上に存在する。

なお、エスカレータ３１を利用する利用者の単位時間あたりの人数は、連続的に変化するので、ＤＳＣ１１ｘの動作点が存在する曲線は、曲線ｘａと曲線ｘｂとの間の領域に存在する。また、ＤＳＣ１１ｙの動作点が存在する曲線は、曲線ｙａと曲線ｙｂとの間の領域に存在する。各領域を、以下では「変動領域」と記載する。

動作点Ｐｍａｘ＿ｘａは、ＤＳＣ１１ｘが曲線ｘａにそって動作するときの最適動作点を表す。また、動作点Ｐｍａｘ＿ｘｂは、ＤＳＣ１１ｘが曲線ｘｂにそって動作するときの最適動作点を表す。また、動作点Ｐｍａｘ＿ｙａは、ＤＳＣ１１ｙが曲線ｙａにそって動作するときの最適動作点を表す。また、動作点Ｐｍａｘ＿ｙｂは、ＤＳＣ１１ｙが曲線ｙｂにそって動作するときの最適動作点を表す。

動作点Ｐｏｃは、ＤＳＣ１１ｘの非動作点と、ＤＳＣ１１ｙの非動作点とを表す。

領域Ｄは、動作点Ｐｍａｘ＿ｘａと動作点Ｐｏｃとを除く間の範囲と、動作点Ｐｍａｘ＿ｘｂと動作点Ｐｏｃとを除く間の範囲との間の領域である変動領域と、動作点Ｐｍａｘ＿ｙａと動作点Ｐｏｃとを除く間の範囲と、曲線ｙｂにおける動作点Ｐｍａｘ＿ｙｂと動作点Ｐｏｃとを除く間の範囲との間の領域である変動領域とが、重複する領域を表す。

つまり、領域Ｄには、ＤＳＣ１１ｘの変動領域と、ＤＳＣ１１ｙの変動領域との双方に所属する少なくとも１点の重複点が含まれている。

そして、領域Ｄが存在する場合、動作機器１２の抵抗を適切に設定することにより、ＤＳＣ１１ｘの動作点を、領域Ｄに含まれる動作点または領域Ｄの近くの動作点に設定できるとともに、ＤＳＣ１１ｙの動作点を、領域Ｄに含まれる動作点または領域Ｄの近くの動作点に設定できる。

（動作特性の設定例２）
図５の（ｃ）に示されるように、ＤＳＣ１１ｘの動作特性と、ＤＳＣ１１ｙの動作特性とが、交差するように、各動作特性を設定してもよい。

動作点Ｐｏｃ＿ｘは、ＤＳＣ１１ｘの非動作点を表す。また、動作点Ｐｏｃ＿ｙは、ＤＳＣ１１ｙの非動作点を表す。

領域Ｄａは、動作点Ｐｍａｘ＿ｘａと動作点Ｐｏｃ＿ｘとを除く間の範囲と、動作点Ｐｍａｘ＿ｘｂと動作点Ｐｏｃ＿ｘとを除く間の範囲との間の領域である変動領域と、動作点Ｐｍａｘ＿ｙａと動作点Ｐｏｃ＿ｙとを除く間の範囲と、曲線ｙｂにおける動作点Ｐｍａｘ＿ｙｂと動作点Ｐｏｃ＿ｙとを除く間の範囲との間の領域である変動領域とが、重複する領域を表す。

つまり、領域Ｄａには、ＤＳＣ１１ｘの変動領域と、ＤＳＣ１１ｙの変動領域との双方に所属する少なくとも１点の重複点が含まれている。

そして、領域Ｄａが存在する場合、動作機器１２の抵抗を適切に設定することにより、ＤＳＣ１１ｘの動作点を、領域Ｄａに含まれる動作点または領域Ｄａの近くの動作点に設定できるとともに、ＤＳＣ１１ｙの動作点を、領域Ｄａに含まれる動作点または領域Ｄａの近くの動作点に設定できる。

≪光発電装置３の効果≫
以上により、ＤＳＣ１１ｘと、ＤＳＣ１１ｙとによって受光される光における単位時間あたりのエネルギーが互いに異なっても、ＤＳＣ１１ｘの変動領域と、ＤＳＣ１１ｙの変動領域とが重複する領域（領域Ｄ・Ｄａ）を有することにより、当該重複する領域に含まれる領域、または、当該重複する領域に近い領域において、ＤＳＣ１１ｘ・１１ｙを動作させることができる。これにより、ＤＳＣ１１ｘの動作特性と、ＤＳＣ１１ｙの動作特性とを近づけることができるので、一方のＤＳＣから他方のＤＳＣへ電流が流れ込み、ＤＳＣの特性を低下させる問題や、動作機器１２に印加される電圧が変動する問題を抑制することができる。

換言すれば、ＤＳＣ１１ｘ・１１ｙが、異なる光の照射条件下におかれた場合にも、ＤＳＣ１１ｘ・１１ｙの動作点の変動を抑制できる。

また、ＤＳＣ１１ｘ・１１ｙを異なる光の照射条件下に設置できるので、従来よりも設置面積を多く確保できる。

（比較例）
光発電装置のＤＳＣが、上述の領域Ｄ・Ｄａを有さない場合、図５の（ｄ）において、矢印Ｅで示されるように、曲線ｘａ・ｘｂと、曲線ｙａ・ｙｂとが乖離する。このように動作特性が乖離している場合には、一方のＤＳＣから他方のＤＳＣへ電流が流れ込み、ＤＳＣの特性を低下させる問題や、動作機器１２に印加される電圧が変動する問題を抑制することができない。

〔実施形態４〕
本発明の第四実施形態について、図６〜１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上述の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

≪光発電装置４の構成≫
（基本構成）
図６は、本実施形態の光発電装置４の構成を示す図であって、（ａ）は光発電装置４の全体構成を示す模式図であり、（ｂ）は太陽電池セル１１ｄを構成する多孔質酸化チタンが含む酸化チタン微粒子を示す画像であり、（ｃ）は太陽電池セル１１ｄに用いる色素４４の分子構造を示す構造式である。

図６の（ａ）に示されるように、光発電装置４は、太陽電池セル１１ｄ（光発電部）と、外部回路１２ｄ（機器）とを備える。

太陽電池セル１１ｄは、ガラス（以下、「基板」とも記載）４１と、透明導電膜（以下、「ＴＣＯ」とも表記）４２と、多孔質酸化チタン（以下、「多孔質酸化チタン膜」、「酸化チタン」とも表記）４３と、色素４４と、電解質４５と、対極（以下、「対向電極」とも表記）４６とを備える。

ＴＣＯ４２が形成されたガラス４１の基板上に、多孔質酸化チタン４３が成膜されている。ここで、多孔質酸化チタン膜４３は、図６の（ｂ）に示される直径１０〜２０ｎｍの酸化チタン微粒子を含む。

色素４４は、例えば、図６の（ｃ）に示される構造式によって特定されるルテニウム（Ｒｕ；Ruthenium）金属錯体色素である。そして、多孔質酸化チタン膜４３の表面には、色素４４が吸着されている。また、色素４４は、カルボキシル基などの官能基を持っており、当該カルボキシル基と酸化チタンとを脱水反応させることにより、酸化チタン４３と色素４４とは、化学結合されている。

対向電極４６には、電解質４５の酸化還元反応を活性化する触媒が形成されている。そして、透明導電膜４２と多孔質酸化チタン膜４３と色素４４とを含む構造からなる電極と、対極４６との間には、電解質４５が浸透させられている。

（製作手順）
図７は、図６に示される光発電装置４が備える太陽電池セル１１ｄの製作手順を示す図であって、（ａ）は透明導電膜付きガラス基板を準備する工程を示し、（ｂ）は酸化チタン電極を作製する工程を示し、（ｃ）は酸化チタン電極が作製された透明導電膜付きガラス基板を示し、（ｄ）は、色素を吸着させる工程を示し、（ｅ）は太陽電池セル１１ｄを組み立てる工程を示し、（ｆ）は組み立てられた太陽電池セル１１ｄを示す。

より具体的には、図７の（ａ）・（ｂ）・（ｃ）に示される工程において、ＴＣＯ付きガラス基板上に、酸化チタン微粒子を分散させたペーストが塗布されて焼成され、多孔質酸化チタン膜４３が作製される。そして、図７の（ｄ）に示される工程において、作製された多孔質酸化チタン膜４３を色素溶液に浸漬させることにより、酸化チタン表面に色素４４を吸着させる。その後、酸化チタン表面に色素４４を吸着させた透明導電膜付きガラスと、対極４６との間に電解質層を形成させ、周囲を封止する。

以上の工程には、真空プロセスや高温プロセスが存在しないため（各工程において、温度は高くても５００℃程度）、従来の光発電装置と比較してプロセスコストを大幅に低減させることができる。

（発電効率を変化させる構成）
光発電装置４では、色素４４を吸着させる酸化チタンを多孔質にし、比表面積を広げることにより、吸着させる色素４４の量を８００〜１０００倍までに引き上げるとともに、色素４４のＨＯＭＯ（最高被占軌道；Highest Occupied Molecular Orbital）−ＬＵＭＯ（最低空軌道；Lowest Unoccupied Molecular Orbital）準位を、吸着させる酸化チタン４３に適したエネルギー分布と空間分布とに制御できる。

さらに、発電効率を変化させる構成として、以下（１）〜（２）の構成が挙げられる。（１）光発電装置４内の色素４４が効率的に光を吸収できるような光マネージメント構成（２）光発電装置４内部の各界面での反応抵抗や電解質４５のイオン拡散抵抗、電極の抵抗などの内部抵抗コントロール構成
そして、光発電装置４では、上記（１）を実現するために、光発電装置４内部の光閉じ込め効果の指標としてのヘイズ率を考慮した、酸化チタン微粒子の粒径制御などにより、多孔質酸化チタン４３内部の光閉じ込めを実施してよい。これにより、光発電装置４が出力する電流を高めることができる。

また、光発電装置４では、上記（２）を実現するために、光発電装置４の抵抗解析に交流インピーダンス法を導入し、各界面での抵抗解析を実施し、光発電装置４の内部構造や材料開発にフィードバックしてよい。これにより、光発電装置４の内部抵抗を低減することができる。

以上の構成を用いれば、例えば、光発電装置４を５ｍｍ角サイズで構成した場合、１１．１％のエネルギー変換効率を達成できる。さらに、スペクトル補正を用いれば、例えば１１．２％のエネルギー変換効率を達成できる。

（集積構造）
光発電装置４が出力する電圧・電流を大きくする場合、例えば、光発電装置４の受光面積を大きくする。ここで、複数の太陽電池セル１１ｄ（以下、「セル」と記載）を並列または直列に接続し、かつ、セルを薄膜シリコン太陽電池や色素増感太陽電池などの薄膜型太陽電池とすれば、光発電装置４の受光面とするガラスの基板５１上に、複数のセルを集積してよい。

図８は、図６に示される光発電装置４を複数のセルで構成する形態において、各セルの集積構造例を示す断面図であって、（ａ）はＷ型集積構造を示し、（ｂ）はＺ型集積構造を示し、（ｃ）はモノシリック型集積構造を示す。

例えば、図８の（ａ）に示されるように、光発電装置４では、所定の場所に導電層５４が形成された基板（以下、「ＴＣＯ付き基板」とも記載）５１（ガラス４１が加工されたもの）上と、所定の場所にＴＣＯ５２（ＴＣＯ４２が加工されたもの）が形成された基板５１上とに、電解質４５ならびに酸化チタン４３および色素４４を含む素子が、一つおきに作成される。光発電装置４は、当該二つの基板上に形成された素子が、互い違いになるように、各基板がはり合わせられる、Ｗ型集積構造を備えてよい。これにより、各セルは直列に接続される。なお、Ｗ型集積構造において、光発電装置４は、封止層５３と導電層５４とをさらに備えてよい。

Ｗ型集積構造は、二枚のＴＣＯ付き基板５１をはり合わせるだけで、セルを直列に接続できるため、高密度な集積構造を簡単に形成することができる。さらに、Ｗ型集積構造と、上述した「発電効率を変化させる構成」とを備えることにより、光発電装置４を５ｃｍ角サイズの集積型色素増感太陽電池とした場合、８．４％のエネルギー変換効率を達成できる。

また、例えば、図８の（ｂ）に示されるように、光発電装置４では、一枚のＴＣＯ付き基板５１上に素子を作製し、もう一枚のＴＣＯ付き基板５１が、対極として使用されてよい。そして、光発電装置４は、素子が作製されたＴＣＯ付き基板５１と、対極とをはり合わせられ、セルと隣り合う対極とを電気的に接続する接続層５５を作製される、Ｚ型集積構造を備えてよい。これにより、各素子は直列に接続される。

また、例えば、図８の（ｃ）に示されるように、光発電装置４は、図８の（ｂ）に示されるＺ型集積構造におけるＴＣＯ付き基板５１を一枚にした構造であり、酸化チタン４３などの各層を順次下部層上に直接形成させて、最終的に、各セルを直列接続させる構造になっている、モノシリック型集積構造を備えてよい。なお、モノシリック型集積構造において、光発電装置４は、カバー材５１ａと多孔性絶縁層４５ａとをさらに備えてよい。

（色素の構成）
図９は、図６に示される光発電装置４の色素４４のカラーバリエーションを示す画像である。

図９に示されるように、光発電装置４の色素４４は、種々のカラーバリエーションを有する。換言すれば、光発電装置４の太陽電池セル１１ｄは、異なる色の色素４４を含んでよい。

また、色素４４は、緑系色素６１および赤茶系色素６２を含んでよい。

また、色素４４は、特定の波長域において太陽電池セル１１ｄが受光する光に対する吸収ピークを有する色素を含んでよい。

また、複数の種類の色素４４を、多孔質酸化チタン膜４３の表面に吸着させてよい（共吸着）。

≪光発電装置４の動作≫
異なる色の色素４４は、光の吸収ピーク波長が異なるので、異なる色の色素４４を利用すれば、発電に使える光の波長範囲を広げることができる。

特に、赤茶系色素６２（例えば、約５５０ｎｍの波長に吸収ピークを有する色素）は、緑系色素６１（例えば、約６３０ｎｍの波長に吸収ピークを有する色素）と比較し、ＨＯＭＯ（最高被占軌道；Highest Occupied Molecular Orbital）−ＬＵＭＯ（最低空軌道；Lowest Unoccupied Molecular Orbital）のギャップが大きくなるため、光発電部が出力する電圧を大きくする傾向を有する。

また、緑系色素６１は、赤茶系６２色素と比較して長波長側の吸収ピークを有し、吸収する光の波長域が広くなるので、光発電部が出力する電流を大きくする傾向を有する。

図１０は、図６に示される光発電装置４の動作を示す概念図である。

図１０に示されるように、色素４４は、光を吸収して電子ｅを励起する。電子ｅは、１０^−１２秒の時間オーダーで多孔質酸化チタン４３の伝導帯７２に注入され、ＴＣＯ４２を介して外部回路１２ｄへと運ばれる。

酸化された色素４４は、Ｉ⁻と示された電解質４５から電子ｅを受け取り、基底状態（酸化される前の状態）に戻る。一方、色素４４で酸化された、Ｉ_３ ⁻と示された電解質４５は、対極４６まで拡散し、対極４６から電子ｅを受け取り、Ｉ⁻と示された還元状態の電解質４５に戻る。

図１１は、図６に示される光発電装置４が出力する電圧に対する、光発電装置４が出力する電流と、光発電装置４が発電する電力とを示すグラフである。

図１１において、横軸は光発電装置４が出力する電圧の値を示す。また、左の縦軸は、光発電装置４が出力する電流の値を示す。また、右の縦軸は、光発電装置４が発電する電力の値を示す。また、上部の実線は、電圧と電流との関係を表す。また、下部の実線は、電圧と電力との関係を表す。

図１１に示されるように、最適動作点である動作点Ｐｍａｘ＿ｄ（電力ＰＯＷｍａｘが２．４２９ｍＷであるときの動作点）に対応する、電圧Ｖｐｍａｘは０．５８３Ｖであり、電流Ｉｐｍａｘは４．１６ｍＡである。また、非動作点である動作点Ｐｏｃ＿ｄにおいて、開放電圧である電圧Ｖｏｃは０．７３６Ｖである。なお、短絡電流である電流Ｉｓｃは４．５７ｍＡである。

光発電装置４では、太陽電池セル１１ｄの動作点は、動作点Ｐｍａｘ＿ｄと、動作点Ｐｏｃ＿ｄとの間に含まれる。

≪光発電装置４の効果≫
以上のように、太陽電池セル１１ｄは、異なる色の色素４４を含むことにより、太陽光の分光スペクトルが時刻によって変化したり、屋内で点灯される光源の種類が変わることによって、分光スペクトルが変化したりしても、発電量が低下することを抑止できる。

また、太陽電池セル１１ｄが種々の色に着色された、デザイン性に優れた光発電装置４を提供できる。

また、以上のように、太陽電池セル１１ｄが特定の波長域において光に対する吸収ピークを有する色素４４を含むことにより、太陽電池セル１１ｄが受光する光のうち、特定の波長域の光を選択的に電力へ変換できる。例えば、特定の波長域の光が選択的に電力へ変換されることで、電力の変換量を変化させ、太陽電池セル１１ｄの動作点を制御できる。

なお、太陽電池セル１１ｄが受光する光（例えば、朝日、日中の太陽光、夕日、蛍光灯を光源とする光、発光ダイオード（ＬＥＤ；Light-Emitting Diode）を光源とする光）に対し、光の強度の最も強い波長域に吸収ピークを有する色素を用いることで、太陽電池セル１１ｄの発電効率を最も高くすることもできる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光発電装置１・２ａ・２Ａ・３・４は、光を電力に変換する光発電部（色素増感太陽電池１１・１１ａ〜１１ｃ・１１Ａ〜１１Ｃ・１１ｘ・１１ｙ、太陽電池セル１１ｄ）と、上記電力によって動作する機器（動作機器１２、外部回路１２ｄ）とを備え、上記機器は、上記電力が最大となるときの上記光発電部の動作点Ｐｍａｘ１〜Ｐｍａｘ４・Ｐｍａｘ＿ａ〜Ｐｍａｘ＿ｄ・Ｐｍａｘ＿ｘａ・Ｐｍａｘ＿ｘｂ・Ｐｍａｘ＿ｙａ・Ｐｍａｘ＿ｙｂ・Ｐｍａｘ＿ｘ〜Ｐｍａｘ＿ｙと、上記光発電部が開放されているときの上記光発電部の非動作点（動作点Ｐｏｃ・Ｐｏｃ＿ｘ〜Ｐｏｃ＿ｙ）とを除く両者の間の範囲で、上記光発電部を動作させる電力消費特性を有している。

ここで、光発電部によって受光される光が変動する場合、光発電部の動作点も変動する。従来では、当該変動は考慮されず、光発電部によって変換される電力が単に最大化されるように、動作点が制御されていた。

しかし、電力が最大となるときの動作点から、光発電部が開放されているときの非動作点に動作点が近づくほど、光発電部によって受光される光が変動した場合の動作点の変動は小さくなることを、発明者達は発見した。

上記構成によれば、動作点は、電力が最大となるときの動作点と、非動作点とを除く両者の間の範囲に含まれるので、電力が最大化される場合と比較し、動作点の変動は小さくなる。そのような動作点を設定するために、光発電部の出力電圧を調整する制御回路を必要とせず、機器の電力消費特性を設定するだけでよい。これにより、光発電部によって受光される光が変動する場所に、光発電装置を設置したとしても、簡単な構成によって機器を従来よりも安定して動作させることができる。また、光発電部が、機器が正常に動作できる範囲から外れる電力を出力することを抑制できるので、機器の故障を防止することもできる。

本発明の態様２に係る光発電装置では、上記態様１において、上記光発電部が出力する電圧の変動範囲は、中心電圧±５％であってよい。

上記構成によれば、上述した効果が得られる確実性を高めることができる。

本発明の態様３に係る光発電装置では、上記態様１または２において、上記電力消費特性は、上記機器が有している抵抗であってよい。

上記構成によれば、光発電部の種類によらず、機器の抵抗を決めるだけで、動作点の変動を小さくした動作を光発電部に行わせることができる。

本発明の態様４に係る光発電装置は、上記態様１から３のいずれか１態様において、上記電力を消費する可変抵抗１３をさらに備えてよい。

上記構成によれば、可変抵抗によって、最適な動作点の設定が容易になる。

本発明の態様５に係る光発電装置は、上記態様１から４のいずれか１態様において、一つの上記光発電部から電圧が相対的に低い他の上記光発電部へ、電流が流れ込んでも、当該他の光発電部の特性を低下させることが無い、複数の上記光発電部を備えてよい。

上記構成によれば、複数の光発電部の間における電流の流れこみによる光発電部の故障を防止できる。

本発明の態様６に係る光発電装置は、上記態様１から５のいずれか１態様において、一つの上記光発電部の動作点が含まれる上記両者の間の範囲と、他の上記光発電部の動作点が含まれる上記両者の間の範囲とは、重複点（領域Ｄ・Ｄａ）を有する、複数の上記光発電部を備えてよい。

上記構成によれば、複数の光発電部のうちの一つの光発電部と、他の光発電部とによって受光される光における単位時間あたりのエネルギーが互いに異なっても、重複点または当該重複点に近い動作点において、各光発電部を動作させることができる。換言すれば、複数の光発電部が、異なる光の照射条件下におかれた場合にも、複数の光発電部の動作点の変動を抑制できる。

なお、上記構成を実施するにあたり、後述するコンピュータによって実現された光発電制御装置により、光発電装置を制御してよい。

本発明の態様７に係る光発電装置では、上記態様１から６のいずれか１態様において、上記光発電部は、上記機器に電力を供給する独立電源として設けられてよい。

上記構成によれば、機器は、変動が抑制された電力のみを利用できるので、確実に機器を従来よりも安定して動作させるとともに、機器の故障を防止できる。

本発明の態様８に係る光発電方法では、光発電部（色素増感太陽電池１１・１１ａ〜１１ｃ・１１Ａ〜１１Ｃ・１１ｘ・１１ｙ、太陽電池セル１１ｄ）の光電変換によって生成された電力が供給される機器（動作機器１２、外部回路１２ｄ）の電力消費特性を定めることにより、上記電力が最大となるときの上記光発電部の動作点Ｐｍａｘ１〜Ｐｍａｘ４・Ｐｍａｘ＿ａ〜Ｐｍａｘ＿ｄ・Ｐｍａｘ＿ｘａ・Ｐｍａｘ＿ｘｂ・Ｐｍａｘ＿ｙａ・Ｐｍａｘ＿ｙｂ・Ｐｍａｘ＿ｘ〜Ｐｍａｘ＿ｙと、上記光発電部が開放されているときの非動作点（動作点Ｐｏｃ・Ｐｏｃ＿ｘ〜Ｐｏｃ＿ｙ）とを除く両者の間の範囲で、上記光発電部を動作させる。

上記構成によれば、上述した効果が得られる。

〔動的に動作点を設定する構成〕
本発明の各態様に係る光発電装置は、コンピュータによって実現された光発電制御装置によって制御されてもよい。

具体的には、上記光発電制御装置は、光を電力に変換する光発電部と、上記光発電部に接続された機器とを備える光発電装置を制御する光発電制御装置であって、上記電力が最大となるときの上記光発電部の動作点を表す情報を取得する動作点情報取得手段と、上記光発電部が開放されているときの非動作点を表す情報を取得する非動作点情報取得手段と、上記動作点情報取得手段と上記非動作点情報取得手段とによって取得された情報を用い、上記機器が、上記電力が最大となるときの上記光発電部の動作点と、上記光発電部が開放されているときの非動作点とを除く両者の間の範囲で、上記光発電部を動作させる電力消費特性を有するように、上記光発電部の動作点を設定するための情報を生成する動作点設定情報生成手段とを備える。

上記構成によれば、動作点情報取得手段と非動作点情報取得手段とが、情報を動的に取得することにより、動作点設定情報生成手段は、上述のように機器の動作安定化および故障防止が可能な動作点を設定するための情報を動的に生成できる。したがって、当該情報を用いれば、光発電部および／または機器の、種類および／または状態によらず、機器の動作安定化および故障防止を実現できる。さらに、コンピュータを各手段として機能させることで、機器の動作安定化および故障防止を自動化できる。

また、コンピュータを上記光発電制御装置が備える各手段として動作させることにより上記光発電制御装置をコンピュータにて実現させる光発電制御装置のプログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、例えば、赤外線センサー（人感センサーなど）、温度センサー、照度センサー、ガスセンサー、動体センサー（ドップラーレーダーセンサーなど）といった機器が消費する電力を発電するための光発電装置などに利用することができる。

１・２ａ・２Ａ・３・４ 光発電装置
１１・１１ａ〜１１ｃ・１１Ａ〜１１Ｃ・１１ｘ・１１ｙ 色素増感太陽電池（光発電部）
１１ｄ 太陽電池セル（光発電部）
１２ 動作機器（機器）
１２ｄ 外部回路（機器）
１３ 可変抵抗
４４ 色素
６１ 緑系色素
６２ 赤茶系色素
Ｄ・Ｄａ 領域（重複点）
Ｐ１〜Ｐ４・Ｐａ〜Ｐｃ 動作点
Ｐｍａｘ１〜Ｐｍａｘ４・Ｐｍａｘ＿ａ〜Ｐｍａｘ＿ｄ・Ｐｍａｘ＿ｘａ・Ｐｍａｘ＿ｘｂ・Ｐｍａｘ＿ｙａ・Ｐｍａｘ＿ｙｂ・Ｐｍａｘ＿ｘ〜Ｐｍａｘ＿ｙ 動作点
Ｐｏｃ・Ｐｏｃ＿ｘ〜Ｐｏｃ＿ｙ 動作点（非動作点）

Claims (5)

1. 光を電力に変換する光発電部と、
   上記電力によって動作する機器とを備え、
   上記機器は、上記電力が最大となるときの上記光発電部の動作点と、上記光発電部が開放されているときの上記光発電部の非動作点とを除く両者の間の範囲で、上記光発電部を動作させる電力消費特性を有していることを特徴とする光発電装置。
2. 上記光発電部が出力する電圧の変動範囲は、中心電圧±５％であることを特徴とする請求項１に記載の光発電装置。
3. 上記電力消費特性は、上記機器が有している抵抗であることを特徴とする請求項１または２に記載の光発電装置。
4. 一つの上記光発電部の動作点が含まれる上記両者の間の範囲と、他の上記光発電部の動作点が含まれる上記両者の間の範囲とは、重複点を有する、複数の上記光発電部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光発電装置。
5. 上記光発電部は、上記機器に電力を供給する独立電源として設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光発電装置。

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