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蓄電型ソーラー発電装置及び蓄電型ソーラー発電システム NEW

国内特許コード P170013817
整理番号 (S2013-0380-N0)
掲載日 2017年3月16日
出願番号 特願2014-559700
出願日 平成26年1月28日(2014.1.28)
国際出願番号 JP2014051852
国際公開番号 WO2014119578
国際出願日 平成26年1月28日(2014.1.28)
国際公開日 平成26年8月7日(2014.8.7)
優先権データ
  • 特願2013-014881 (2013.1.29) JP
発明者
  • 鮫島 俊之
出願人
  • 国立大学法人東京農工大学
発明の名称 蓄電型ソーラー発電装置及び蓄電型ソーラー発電システム NEW
発明の概要 分光吸収感度が互いに異なる少なくとも2種類のソーラーセル11,12,13を含み、n番目(nは1以上の整数)のソーラーセルに入射する光のうち、n番目のソーラーセル自身が吸収する光以外の光が、よりバンドギャップの小さいn+1番目のソーラーセルに順次入射するように、n番目のソーラーセルが光を透過または反射することにより、自発的に分光するように構成された複数のソーラーセルと、各々のソーラーセルがいずれか1つの蓄電装置に電気的に接続された複数の蓄電装置21,22,23を含み、複数のソーラーセルが発電する電力を各々のソーラーセルに電気的に接続された蓄電装置に蓄える蓄電型ソーラー発電装置10。
従来技術、競合技術の概要


太陽光は図1に示すように広いエネルギーに渡ってスペクトルを持っている。
一方、半導体で作られるソーラーセルは、半導体のバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を吸収して発電する。例えば結晶シリコンは1.12eV以上のエネルギーを持つ光を吸収してホールとエレクトロンを結晶シリコン内に発生させる。
定常光照射下ではホールとエレクトロンのエネルギー差は半導体のバンドギャップで決まるため入射光の波長によらず1.12eVである。



そして、半導体中のホールエレクトロン分極能率によって図2に示すソーラーセルの開放電圧Vocが決まる。Vocは半導体のバンドギャップ(eV単位で表したときの数値)を超えないが近い値となる。



よってバンドギャップより大きなエネルギーをもつ短波長の光が照射されたとき、入射光エネルギーは半導体中で部分的に失われ、Vocは依然としてバンドギャップ近くの小さい値に止まる。よって最も効率よく発電できる光のエネルギーは半導体ソーラーセルのバンドギャップより少し大きい値である。即ちバンドギャップに対応する波長より少し小さい波長を照射することが高効率を実現するには望ましい。
短波長の光を小さなバンドギャップのソーラーセルが吸収した時、発電効率は非常に小さくなる。大きなフォトンエネルギーをもつ短波長の光照射をしてもVocはソーラーセルのバンドギャップで決まり大きくならない。さらにフォトンエネルギーが大きいためにフォトン数が小さくなるので、単位光照射強度に対しIscが小さくなり発電電力は低下するからである。



大きな起電力及び大きな電力を取り出すために、バンドギャップが異なり、分光吸収感度が異なる複数の半導体を重ね合わせた、多接合型ソーラーセルが開発されている。
例えば、図3に示すようにエピタキシャル結晶成長技術を用いてAlInP、InGaAs、GeのPN接合を積層形成した多接合型(積層型)ソーラーセルが提案されている(非特許文献1:Japanese Journal of Applied Physics,Vol. 43, No. 3, 2004, pp. 882-889, “Evaluation of InGaP/InGaAs/Ge Triple-Junction Solar Cell under Concentrated Light by Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis”, K. NISHIOKA, T. TAKAMOTO1, T. AGUI1, M. KANEIWA1,Y. URAOKA and T. FUYUKI参照)。このような多接合型ソーラーセルでは、可視から赤外域の広範囲の光を吸収して発電することが可能となる。



また、図4に示すように、あらかじめ単体セルとして作製されたバンドギャップの異なるセルを透明な導電性接着剤で重ね合わせて貼り合わせる技術が提案されている(非特許文献2:J. Takenezawa, M. Hasumi, T. Sameshima, T. Koida, T. Kanko, M. Karasawa and M. Kondo, Extended Abt. of the 2010 Int. Conf. on Sol. State Dev. and Mat., (Tokyo, 2010) I-8-4.参照)。



一方、薄板状の基材の両面に互いに分光感度が異なる太陽電池を配した複数の太陽電池パネルを所定の間隔を設けて平行に配置し、太陽電池パネルを構成する第1の太陽電池の表面で反射した光を対向する別の太陽電池パネルの第2の太陽電池に入射するように構成した太陽電池モジュールが提案されている(特許文献1:特開2007-287997号公報参照)。



また、図5に示すように、互いに吸収波長域が異なり、配線4で電気的に直列に接続された複数のソーラーセル1,2,3と、各々のソーラーセルに吸収波長域の光を照射して発電するように外から入射する光を反射する反射ミラー6,7とを備え、ソーラーセル自体の吸収特性を利用した多接続型のソーラー発電装置100が提案されている(特許文献2:特開2012-204673号公報参照)。



また、遮光板の表裏面に互いに波長感度が異なる太陽電池セルを設け、表面の太陽電池が直接太陽光を受光し、表面の太陽電池からの反射光を裏面の太陽電池が受光する太陽電池付きブラインド、また、この太陽電池付きブラインドにより得られた電力を蓄電池に蓄えて夜間の照明に利用することが提案されている(特許文献3:特開平2-308086号公報参照)。

産業上の利用分野


本発明は、蓄電型ソーラー発電装置及び蓄電型ソーラー発電システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
分光吸収感度が互いに異なる少なくとも2種類のソーラーセルを含み、バンドギャップが大きく分光吸収感度が短波長側にあるソーラーセルからバンドギャップがより小さく分光吸収感度がより長波長側にあるソーラーセルの順に光が照射されるように配置され、n番目(nは1以上の整数)のソーラーセルに入射する光のうち、n番目のソーラーセル自身が吸収する光以外の光が、よりバンドギャップの小さいn+1番目のソーラーセルに順次入射するように、n番目のソーラーセルが光を透過または反射することにより、n番目のソーラーセル自身により自発的に分光するように構成された複数のソーラーセルと、
前記複数のソーラーセルに電気的に接続された複数の蓄電装置を含み、各々のソーラーセルは前記複数の蓄電装置のいずれか1つに電気的に接続されており、前記複数のソーラーセルが発電する電力を各々のソーラーセルに電気的に接続された前記複数の蓄電装置に蓄える蓄電手段と、
を備えた蓄電型ソーラー発電装置。

【請求項2】
前記蓄電手段が、前記蓄電装置として、各々のソーラーセルが発電する電力を、各々のソーラーセルごとに蓄える蓄電装置を含む請求項1に記載の蓄電型ソーラー発電装置。

【請求項3】
前記蓄電手段が、前記蓄電装置として、前記複数のソーラーセルのうち少なくとも2つのソーラーセルに電気的に接続され、該少なくとも2つのソーラーセルが発電する電力を蓄える蓄電装置を含む請求項1に記載の蓄電型ソーラー発電装置。

【請求項4】
前記複数のソーラーセルのうち少なくとも2つのソーラーセルが直列に電気配線され、前記蓄電手段が、前記蓄電装置として、前記直列に電気配線されたソーラーセルが発電する電力を蓄える蓄電装置を含む請求項1に記載の蓄電型ソーラー発電装置。

【請求項5】
前記複数のソーラーセルを有するソーラーセルユニットを複数備え、前記複数のソーラーセルユニットにおいて分光吸収感度が同じソーラーセル同士は同じ蓄電装置に接続されている請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の蓄電型ソーラー発電装置。

【請求項6】
請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の蓄電型ソーラー発電装置と、
外からの光を集光し、前記蓄電型ソーラー発電装置における光入射側の1番目のソーラーセルに入射させる集光手段と、
を備える蓄電型ソーラー発電システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014559700thum.jpg
出願権利状態 公開
※ 国立大学法人東京農工大学では、先端産学連携研究推進センターにおいて、知的財産の創出・権利化・活用に取り組んでいます。上記の特許・技術の内容および導入に興味・関心がありましたら、当センターまでお気軽にお問い合わせください。


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