JP2004079997A - 発電システム及び発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光スペクトルの利用率がよく高効率で低コストな発電システムを提供する。
【解決手段】発電層１１，１２の間に中間電極１３と、一方の入射光側の発電層１１の入射光側の面に上部電極１４と、他方の発電層１２の入射光と反対側の面に下部電極１５とを備え、発電層１１，１２は中間電極１３を介して電気的に直列接続された光起電力素子１と、２つの電力変換装置３１，３２とを有し、光起電力素子１の２つの発電層１１，１２の出力をそれぞれ２つの電力変換装置３１，３２の入力側に接続し、２つの電力変換装置３１，３２の出力側を並列接続して負荷４１に給電する発電システム。
【選択図】 図１
【解決手段】発電層１１，１２の間に中間電極１３と、一方の入射光側の発電層１１の入射光側の面に上部電極１４と、他方の発電層１２の入射光と反対側の面に下部電極１５とを備え、発電層１１，１２は中間電極１３を介して電気的に直列接続された光起電力素子１と、２つの電力変換装置３１，３２とを有し、光起電力素子１の２つの発電層１１，１２の出力をそれぞれ２つの電力変換装置３１，３２の入力側に接続し、２つの電力変換装置３１，３２の出力側を並列接続して負荷４１に給電する発電システム。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽光などの光を入射して発電する光起電力素子を用いた発電システムおよび発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題に対する意識の高まりが、世界的に広がりを見せている。中でも、ＣＯ２排出に伴う地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻で、クリーンなエネルギーヘの希求はますます強まってきている。太陽電池は現在のところ、その安全性と扱いやすさから、クリーンなエネルギー源として期待のもてるものだということができる。
【０００３】
太陽電池に用いられる光起電力素子の代表的な構造には、以下のようなものがある。
【０００４】
第１の構造として、図１０に示された断面図のように、１つの発電層１０１を備え、この発電層の両面に電極１０２、１０３を取り付け出力するものである。発電層１０１に用いられる材料には、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体など種々のものが用いられている。この構造では発電層が１つだけでよく、製造工程が少ない。
【０００５】
通常受光面側の電極１０２には透明導電膜が用いられ、さらに部分的に金属電極バスも用いることもある。もう一方の電極１０３は、電極１０２と同様の構造の他にも、全面に金属導電層を設けたり、金属基板を金属導電層として兼用したりするなどの構造がある。
【０００６】
発電層１０１の出力は電極１０２と電極１０３を通じて負荷２１に供給される。
【０００７】
第２の構造として、図１１に示された断面図のように、２つの発電層１１１、１１２を積層して電気的に直列接続し、２つの発電層の両面に電極１１２、１１４を取り付け出力するものである。
【０００８】
２つの発電層１１１、１１２の材料としては、第１の構造と同様のものが挙げられるが、発電層１１１と発電層１１２とで光波長感度の異なる材料を用いると光スペクトルの利用率が高まり、変換効率の向上に寄与するメリットがある。２つの発電層１１１、１１２は直列接続されているので、ＩＶミスマッチが生じないよう２つの発電層１１１、１１２の電流バランスが取れるよう構成する。電極１１３、１１４については第１の構造と同様となる。
【０００９】
発電層１１１と発電層１１２が直列接続された出力は、電極１１３と電極１１４を通じて負荷２１に供給される。
【００１０】
また図１１では発電層が２つの場合を示したが、３つ以上の発電層が積層され電気的に直列接続されて出力する構成も知られている。
【００１１】
第３の構造として、図１２に示された断面図のように、２つの発電層１２１、１２２を有し、発電層１２１の両面に電極１２３、１２４を設け、発電層１２２の両面に電極１２５、１２６を設け、電極１２４と電極１２５の間に絶縁層１２７を設けて積層した構成をとる。発電層１２１と発電層１２２は絶縁層１２７により電気的絶縁される。
【００１２】
２つの発電層１２１、１２２の材料は第２の構造と同様である。光波長感度の異なる材料を用いることで光スペクトルの有効利用ができるのは第２の構造と同じであるが、この構成では２つの発電層１２１、１２２は電気的に直列接続せずに独立に使用できるので、ＩＶミスマッチは発生せず、２つの発電層１１１、１１２の電流バランスを考慮することは必要ない。
【００１３】
最上部の電極１２３と最下部の電極１２６は第１の構造と同様になる。絶縁層１２７の両面に位置する電極１２４と電極１２５は、第１の構造の電極１０２と同様に、透明導電層を備え、さらに部分的に金属電極バスも用いるよう構成できるが、絶縁層１２７や発電層１２１、１２２を積層することを考慮して構成する必要がある。
【００１４】
発電層１２１の出力は電極１２３と電極１２４を通じて負荷２１に供給され、発電層１２２の出力は電極１２５と電極１２６を通じて負荷２２に供給され、それぞれの発電層の出力は別々の負荷に給電される。
【００１５】
第４の構造として、図１３に示された断面図のように、２つの発電層１３１、１３２を有し、発電層１３１の両面に電極１３３、１３４を設け、発電層１３２の両面に電極１３４、１３５を設け、電極１３４は２つの発電層１３１、１３２で共用される構成をとる（例えば、特許文献１参照。）。発電層１２１と発電層１２２は電気的に直列接続される。
【００１６】
発電層１３１の出力は電極１３３と電極１３４を通じて負荷２１に供給され、発電層１３２の出力は電極１３４と電極１３５を通じて負荷２２に供給され、それぞれの発電層の出力は別々の負荷に給電される。
【００１７】
２つの発電層１３１、１３２の材料は第２、第３の構造と同様である。光波長感度の異なる材料を用いることで光スペクトルの有効利用ができるのは第２、第３の構造と同じであるが、この構成では２つの発電層１３１、１３２は電気的に直列接続ではあるが別々の負荷に接続して独立に使用できるので、ＩＶミスマッチは発生せず、２つの発電層の電流バランスを考慮することは必要ない。また、第３の構造と比較して、２つの発電層の間にある電極の１層と絶縁層１層が不要である。
【００１８】
【特許文献１】
特開昭５７−１５３４７８公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の光起電力素子には以下の欠点がある。
【００２０】
第１の構造では、発電層に１つの材料のみを用いるので、光波長感度が限られ、光スペクトルが有効利用できないという問題がある。
【００２１】
第２の構造では、２つの発電層の電流バランスを取ろうとすると、必ずしも各発電層がフルに光スペクトルを利用できないという問題がある。
【００２２】
第３の構造では、絶縁層１２７の両面に接する２つ電極を発電電流に対して十分低抵抗に形成する必要があることから電極１２４、１２５の透明導電層を厚く形成する必要がある。透明導電膜は透明とはいっても透過損失率は０％ではないので、透明導電膜が厚くなるとその下側の発電層１２２への光量が低下するという問題がある。また、厚い透明導電層を形成するのはコストが高くなるという問題がある。部分的に金属電極バスを用いれば、透明導電層を薄くできるが、それでも透明導電層が厚いことによる光量低下、高コストは避けられない。絶縁層１２７を設けることでも光量低下と高コストの問題がある。
【００２３】
第４の構造では、第３の構造に対して２つの発電層の間に絶縁層は不要で２つの発電層の間の電極も共通の１層で済み光量低下の抑制や低コスト化できるが、２つの発電層が電気的に直列接続されており、電気的に直列な状態で使用してもよい負荷に限定される。また、２つの発電層が電気的に直列接続されていることから、各発電層１層分の低い電圧しか負荷に供給できないので、使用可能な負荷が制限されて、適用範囲が限定される。また、負荷への給電電圧が低いので、配線損失が大きくなりやすい。
【００２４】
本発明の目的は、光スペクトルの利用率がよく高効率、低コスト、利便性の高い発電システムおよび発電装置を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に直列接続され、前記中間電極を外部に導出した引出部を設け、前記中間電極と接する一方の発電層の負荷に接続される電気取出部と、他方の発電層の負荷に接続される電気取出部とを前記引出部のほぼ同一の場所に設け、各発電層のそれぞれの負荷に給電可能に構成したことを特徴とする光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電することを特徴とする発電システムにより達成される。
【００２６】
また上記目的は、少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に逆直列接続され、前記中間電極を両側の外部に導出した引出部を設け、一方の発電層の負荷に接続される電気取出部を一方側の引出部に、他方の発電層の負荷に接続される電気取出部を他方側の引出部に設け、各発電層のそれぞれの負荷に給電可能に構成したことを特徴とする光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電することを特徴とする発電システムにより達成される。
【００２７】
また上記目的は、少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に直列接続され、前記中間電極を外部に導出した引出部を設け、前記上部電極、前記中間電極および前記下部電極から発電電力を取り出す光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電することを特徴とする発電システムにより達成される。
上記の発電システムでは、前記２つの発電層は極性が順方向に直列接続され、前記電力変換装置の一方と接続される前記中間電極への電気取出部と、前記電力変換装置の他方と接続される前記中間電極への電気取出部とを前記引出部のほぼ同一の場所に設けるのが好ましい。
また、前記２つの発電層は極性が逆方向に直列接続され、前記中間電極の引出部は両側の外部に引き出され、前記電力変換装置の一方と接続される電気取出部を一方側の引出部に設け、前記電力変換装置の他方と接続される電気取出部を他方側の引出部に設けるのが好ましい。
【００２８】
また上記目的は、少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に直列接続され、前記中間電極を外部に導出した引出部を設け、前記上部電極、前記中間電極および前記下部電極から発電電力を取り出す光起電力素子と、前記光起電力素子の一方または他方の発電層の出力を入力とし、電力変換した出力を一方の発電層と他方の発電層の直列接続した出力と並列接続する第１の電力変換装置と、一方の発電層と他方の発電層を直列接続した出力と前記第１の電力変換装置の出力を並列接続した出力を入力とし、電力変換して負荷に給電する第２の電力変換装置を備えたことを特徴とする発電システムにより達成される。
【００２９】
これら本発明の発電システムにおいては、前記２つの電力変換装置はそれぞれ接続された発電層の最大出力追従制御することが好ましい。
【００３０】
また、前記２つの電力変換装置は、少なくともスイッチング素子を有する主回路と、制御電源生成回路、スイッチング周波数を規定するスイッチング基準波形生成回路および固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路を少なくとも有する制御回路とを備えることが好ましい。
【００３１】
また、前記２つの発電層が極性が順方向に直列接続される場合には、前記２つの発電層の直列出力を入力とし昇圧して２つの電力変換装置の制御用電源を供給する制御電源生成回路を有することが好ましい。
【００３２】
また、前記２つの発電層が極性が逆方向に直列接続される場合には、前記中間電極を共通電位として前記２つの発電層の出力の一方または両方を入力とし昇圧して２つの電力変換装置の制御用電源を供給する制御電源生成回路を有することが好ましい。
【００３３】
また上記目的は、少なくとも２つの発電層と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は電気的に直列接続され、前記２つの発電層は電気的に直列接続部に接続される中間電極を備え、前記上部電極、前記中間電極および前記下部電極から発電電力を取り出す光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電する発電システムにおいて、前記２つの発電層のうち少なくとも電圧の高い発電層の出力を入力とし昇圧して２つの電力変換装置の制御用電源を供給する制御電源生成回路を有することを特徴とする発電システムにより達成される。
【００３４】
そしてまた、以上本発明の発電システムにおいては、前記２つの電力変換装置は直流−直流昇圧変換装置であることが好ましい。
【００３５】
また上記目的は、前記本発明の発電システムを一体的に構成し、前記２つの電力変換装置を前記発電層の電気取出部の近傍に配置したことを特徴とする発電装置により達成される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態においては、電気的に直列接続した発電層単位の出力を各々の電力変換装置へ入力して、昇圧した出力を並列接続して負荷に給電する構成、あるいは、電気的に直列接続した発電層の１つの出力を第１の電力変換装置に入力し、直列接続の出力と第１の電力変換装置の昇圧した出力を並列にして第２の電力変換装置に入力して昇圧して負荷に給電する構成を有する。
【００３７】
上記構成を適用することにより、また２つの発電層は個別に出力制御できるので、基本的には電流バランスを考慮せずに各発電層の最適化ができ、光スペクトルの利用率が向上して発電効率が高まると共に、別々の負荷ではなく１つの負荷に給電でき大幅に利便性が高まる。
【００３８】
また、中間電極の導出部分のおよそ同じ場所に各負荷への電気取出部を設けることにより、中間電極には上側発電層の電流と下側発電層の電流が逆方向に流れ、互いにキャンセルされて、実際に流れる電流は２つの発電層の電流の差分となり大幅に低減され、電圧降下を抑制でき発電効率を高めることができる。またこれにより中間電極の透明導電層を大幅に薄くすることが可能になり、低コスト化が可能となる。また透明導電層は薄くかつ１層のみなので光の透過損失をよく低減でき、光利用率を高め発電効率が高めることができる。また２つの発電層は別々の負荷に出力するので、基本的には電流バランスを考慮せずに各発電層の最適化ができ、光スペクトルの利用率が向上して発電効率が高まる。
【００３９】
また、２つの発電層を電気的に逆方向に直列接続し、中間電極を両側の外部に導出して２つの引出部を設け、各発電層の各２つの負荷に接続される電気取出部はそれぞれ一方の引出部と他方の引出部に接続する。これにより中間電極には上側発電層の電流と下側発電層の電流が逆方向に流れ、互いにキャンセルされて、実際に流れる電流は２つの発電層の電流の差分となり大幅に低減される。その電流キャンセルの効果は中間電極の両端で最も小さく、中間電極の中程で効果が大きい。これにより電圧降下を抑制でき発電効率を高めることができる。また中間電極の透明導電層を大幅に薄くすることが可能になり、低コスト化が可能となる。また透明導電層は薄くかつ１層のみなので光の透過損失を低減でき、光利用率を高め発電効率が高めることができる。また２つの発電層は別々の負荷に出力するので、基本的には電流バランスを考慮せずに各発電層の最適化ができ、光スペクトルの利用率が向上して発電効率が高まる。
【００４０】
また本発明の他の実施の形態においては、２つの電力変換装置をそれぞれ独立して最大出力追従制御（ＭＰＰＴ制御）するよう構成することで、異なる発電特性を有する発電層からそれぞれ最大電力を引き出すことができ、発電効率が高まる。
【００４１】
また２つの電力変換装置を昇圧コンバータで構成することにより、負荷に適した所望の電圧に昇圧できるとともに、出力電流が小さくなり負荷までの配線損失が低減できる。１つの発電層の出力は低電圧であるから、昇圧して負荷に給電することよる配線損失低減の効果は非常に大きい。特に昇圧コンバータの昇圧比が大きい場合には配線損失低減の効果は極めて高い。
【００４２】
また、電力変換装置の制御電源生成回路において、２つの発電層の直列した電圧を入力する構成においては、制御電源の生成における昇圧比が低くなり、変換損失を低減できる。また、制御電源生成回路を２つ電力変換装置で共用化することもでき、この際には低コスト化、低損失化できる。
【００４３】
また２つの電力変換装置を中間電極の各取出部近傍に配置して一体的に構成した発電装置では、配線抵抗を低減でき、本発明の光起電力素子の低電圧、大電流の構成においては配線損失低減の効果は非常に大きい。
【００４４】
以下に本発明の発電システムおよび発電装置の構成要素について詳細に説明する。
【００４５】
［発電層］
本実施の形態に使用される発電層に特に限定はないが、例えば、ｐｎ接合やｐｉｎ接合を有する単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルフアスシリコン半導体などが使用でき、また化合物半導体としてはＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物などを使用でき、種々の発電構造が使用できる。また色素増感型の発電構造やその他の発電構造のものも適用可能である。
【００４６】
また、２つの発電層に異なる光波長感度を有するものを組み合わせることで、入射光の光スペクトルを有効に利用することも可能となる。その組合せに限定はないが、入射光側にある上側の発電層のバンドギャップが下側の発電層のバンドギャップよりも広いことが望ましい。また２つの発電層に同じ光波長感度を有する材料を用いることもできる。
【００４７】
また、発電層として単一の発電構造を有するものだけでなく、複数の発電構造を積層して電気的に直列に構成したものでもよく、複数の発電構造には同種または異種のものを適宜選択できる。この場合、同一発電層内においてＩＶミスマッチが生じないよう各発電構造の電流バランスをとることが望ましい。
【００４８】
また、発電層は２つだけでなく、発電層を３つまたはそれ以上の場合でも本発明を適用できる。すなわち、各発電層の間にそれぞれ中間電極を備え、各発電層は各中間電極を介して電気的に直列接続され、各中間電極を外部に導出した各引出部を介して、各発電層のそれぞれの負荷に給電可能に構成するとともに、前記各引出部のほぼ同一の場所からその中間電極の上下の発電層の負荷に給電できるよう構成できる。この場合でも発電層が２つの時と同様に、中間電極ではその両側の発電層の発電電流が逆方向に流れるので、互いにキャンセルされ、電圧降下を低減する効果が得られる。
【００４９】
中間電極での上記の電流キャンセル効果を利用しているので、２つの発電層の電流の大きさが極端に異なる（例えば電流の大きさの比が１：１０）と電流キャンセル効果が小さい。好ましくは２つの発電層の電流の比は１：２程度に収まるよう構成し、より好ましくはその比を８：１０あるいは９：１０程度に収まるよう構成する。
【００５０】
［上部電極］
本実施の形態に使用される上部電極は、少なくとも透明導電層を備えていればよい。更により効率的に集電するために低抵抗な集電電極を備えるとよく、１つの光起電力素子の面積が大きく発生電流が大きい場合には効果が高い。これらは公知公用の構造を適用して形成できる。透明導電層と集電電極については後で詳述する。
【００５１】
上部電極から負荷への配線を接続する電気取出部の位置に特に限定はないが、中間電極の電気取出部の近くに設けると配線長を短くでき、配線抵抗による損失を低減できる。
【００５２】
［中間電極］
中間電極も上部電極と同様に発電層からの電流を効率的に集電する透明導電層を備える。更により効率的に集電するために低抵抗な集電電極を設けるとよく、１つの光起電力素子の面積が大きく発生電流が大きい場合には効果が高い。
【００５３】
中間電極では流れる電流の大きさが上部電極よりも少ないので、上部電極と比較して、透明導電膜を薄くしたり、集電電極の断面積を小さくして上部からみた集電電極の投影面積を小さくしたりすることができるので、中間電極による光損失が低減でき発電効率が高まるとともに、低コストで形成可能になる。透明導電層と集電電極については後で詳述する。
【００５４】
また、上側と下側の発電層で光波長感度が異なる構成では、中間電極において上側の発電層の光波長感度を含む光波長範囲を反射させてもよく、発電効率を高めることができる。
【００５５】
なお、中間電極を介して２つの発電層を電気的に直列接続するものにおいては、中間電極の引出部から各負荷への配線をできるだけ負荷の近傍まで共通の電気配線をするよう構成すると、この電気配線では中間電極と同様に上下の発電層の電流が逆方向に流れて互いにキャンセルされて実際に流れる電流が小さくなり、配線損失を低減できる。
【００５６】
［下部電極］
本実施の形態に使用される下部電極に特に限定はないが、発電層に対してはオーミックコンタクトとなるような仕事関数を持つことが要求される。
【００５７】
材料としては、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、ステンレス、真ちゅう、ニクロム、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＩＴＯ等のいわゆる金属単体または合金、及び透明導電性酸化物（ＴＣＯ）等が用いられる。
【００５８】
一般的な例では、蒸着、スパッタ法により金属膜を形成したり、銀ペーストのスクリーン印刷等により形成したりする。また、光起電力素子が金属基板上に形成する場合には金属基板を下部電極に兼用することができる。
【００５９】
また、裏面反射手段を下部電極で兼ねて、下部電極の表面や内部で光を反射させて光の利用率を高めるよう構成できる。さらに、テクスチャー構造を形成して光を乱反射させ、光閉じ込め効果により光の利用率を高めるよう構成できる。
【００６０】
下部電極から負荷への配線を接続する電気取出部の位置に特に限定はないが、中間電極の電気取出部の近くに設けると配線長を短くでき、配線抵抗による損失を低減できる。
【００６１】
［透明導電層］
発電層で発電された電流を集電するためのもので、アモルファスシリコンのようにシート抵抗が高い半導体の場合に必要であり、結晶系の太陽電池ではシート抵抗が低いため、透明導電層と兼用できる。
【００６２】
太陽や白色蛍光灯等からの光を発電層に効率よく吸収させるために光の透過率が８５％以上であることが望ましく、さらに、電気的には光で発生した電流を発電層に対し横方向に流れるようにするためにシート抵抗値は１００Ω／□以下であることが望ましい。このような特性を備えた材料としては、例えばＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＳｎＯ４、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３＋ＳｎＯ２）などの金属酸化物が挙げられる。
【００６３】
上部電極の上部透明導電層では、透明導電膜が反射防止手段を兼ねるように形成できる。
【００６４】
［集電電極］
集電電極は、一般的には上部電極の透明導電層上に例えば櫛状あるいは放射状に形成され、透明導電層のシート抵抗の値から好適な幅やピッチが決定される。本発明においては、発電層間の中間電極にも例えば櫛状あるいは放射状に形成され、透明導電層のシート抵抗の値から好適な幅やピッチが決定される。
【００６５】
上部電極と中間電極の集電電極のピッチを同一とし、入射光側から見て重なるよう配置することが望ましく、その場合不透明な集電電極による影による損失を最小限に低減できる。
【００６６】
また、集電電極は比抵抗が低く光起電力素子の直列抵抗とならないことが要求され、好ましい比抵抗としては１０−２Ωｃｍ〜１０−６Ωｃｍである。集電電極の材料としては、例えばＴｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｔ等の金属またはこれらの合金や半田あるいは導電性の接着剤を表面に塗布した金属線などが用いられる。
【００６７】
一般的には上部電極の集電電極（上部集電電極）には、金属粉末と高分子樹脂バインダーがペースト状になった金属ペーストが用いられているが、これに限られたものではない。
【００６８】
中間電極の集電電極（中間集電電極）は、上下の発電層を支障なく形成できれば、その形状を特に制限するものではない。例えば、下側発電層として結晶シリコンウェハを用い、ウェハ表面をレーザー光を照射して削ることで所定のピッチと深さの溝を形成し、無電界メッキ法により該溝に集電電極を形成してもよく、これによって透明導電層よりも集電電極の厚さを大きくすることができる。このような構成によれば、透明導電層を薄くすることによる光利用率の向上、集電電極の幅を小さくすることによる光利用率の向上、厚さ増大に伴う集電電極の断面積の増加による配線の低抵抗化などの効果がある。このように集電電極を発電層に埋め込まれる構成は一方の発電層だけでなく、２つの発電層に埋め込まれるよう形成してもよい。
【００６９】
［基板］
基板は、発電層がアモルファスシリコンのような薄膜の場合に、発電層を機械的に支持する部材であり、かつ電極としても使われる。従って、基板は、半導体層を形成する時の加熱温度に耐える耐熱性が要求されるが、導電性のものでも電気絶縁性のものでもよい。
【００７０】
導電性の材料としては、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｂ等の金属またはこれらの合金、例えば真ちゅう、ステンレス鋼等の薄板及びその複合体やカーボンシート、亜鉛メッキ鋼板が挙げらる。また、電気絶縁性材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ボリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂のフィルムまたはシートまたはこれらとガラスファイバー、カーボンファイバー、ほう素ファイバー、金属繊維等との複合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等の表面に異種材質の金属薄膜及び／またはＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等の絶縁性薄膜をスパッタ法、蒸着法、鍍金法等により表面コーティング処理を行ったものおよび、ガラス、セラミックス等が挙げられる。
【００７１】
発電層が単結晶シリコンや多結晶シリコンの場合、支持基板を設けず、単結晶ウエハや多結晶ウエハが基板の役目をする。単結晶ウエハは、ＣＺ法で引き上げられたシリコンインゴットを切断する方法で得られる。多結晶ウエハの場合は、キャスト法により得られたシリコンインゴットを切断する方法や、リボン法によりシート状の多結晶を得る方法等により形成される。
【００７２】
［端子部材］
端子部材は前記各電極と電気接続して出力端子を形成する部材である。端子部材は電極、好ましくは集電電極に対してレーザー溶接、導電性接着剤、ろう付けなどにより電気的に低抵抗となるように、また機械的に強固に取着される。また、絶縁両面粘着テープと集電電極上にプレスにより取着される。この端子部材に求められる電気的性能、材料などは前記集電電極とほぼ同じである。
【００７３】
また、電力変換装置あるいはインバータとの接続のための端子部材が必要な場合は、レーザー溶接、導電性接着剤、ろう付けなどの方法で電極に接続される。
【００７４】
［被覆材］
通常、光起電力素子が使用環境において発電性能を維持できるよう被覆材を設けるが、公知公用のものを適用できる。一般に被覆材は、大きく分類して最表面被覆材、充填材、最裏面被覆材の３種類に分類される。
【００７５】
［最表面被覆材］
最表面被覆材に要求される特性としては透光性、耐候性があり、汚れが付着しにくいことが要求される。材料としてガラスやポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリ３フッ化エチレン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂フィルムなどの耐候性透明フィルムを用いることができるが、これに限られたものではない。耐候性透明フィルムでは、充填性が良くなり、軽量化が図れ、衝撃により割れない上に、フィルム表面にエンボス処理を施すことで、太陽光の表面反射が眩しくないという効果も生まれる。充填剤との接着面には、充填剤が接着しやすいようにコロナ放電処理などの表面処理を施すこともできる。ガラスでは透過率のよい、いわゆる白板ガラスが好ましい。機械的強度を高め割れ難くした強化ガラスがよく用いられる。また、ガラスを基板と兼ねる構成もある。
【００７６】
［充填材］
充填材に要求される特性としては、耐候性、熱可塑性、熱接着性、光透過性が挙げられる。材料としては、ＥＶＡ（酢酸ビニル−エチレン共重合体）、ブチラール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂などの透明な樹脂を使用することができるがこれに限られたものではない。上記充填材に架橋剤を添加することにより、架橋することも可能である。また光劣化を抑制するために、紫外線吸収剤が含有されていることが望ましい。また、耐クラック性を向上させるために、該充填材中にガラス繊維等の無機物を含有させることもできる。
【００７７】
［最裏面被覆材］
最裏面被覆材は、光起電力素子の裏面側を被覆して光起電力素子と外部の間の電気的絶縁性を保つために使用する。要求される品質は、充分な電気絶縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、衝撃、引っ掻き、熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられる材料としてはナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチックフィルムを使用できる。
【００７８】
充填材だけでも電気的絶縁性を保つことはできるが、厚さにばらつきがおきやすいため、膜厚の薄い部分あるいはピンホール部分においては、光起電力素子と外部の間でのショートが発生する恐れがある。最裏面被覆材はそれを防止するために使用する。
【００７９】
また、最裏面被覆材に金属鋼板を使用することも可能である。材質は例えばステンレス板、メッキ鋼板、ガルバリウム鋼板などを使用できるがこれに限られたものではない。この場合、光起電力素子と外部の間の電気的絶縁性を保つのは困難であるため、光起電力素子と金属鋼板との間に絶縁フィルムを介在させることにより裏面側被覆材を構成する。このときの絶縁フィルムとしてはナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチックフィルムを使用できる。
【００８０】
［電力変換装置］
電力変換装置は、直流電力を所望の電力に変換する主回路、並びに、電力変換の起動／停止、太陽電池の動作点の最適化、運転モードなどを制御する制御回路、保護回路、通信回路、入出力端子などから構成され、２つの電力変換装置の出力は並列接続して、負荷へ接続されるかあるいはインバータに入力し負荷で使用されるかあるいは系統連系される。
【００８１】
電力変換装置は、基本構成としてコンバータやインバータでもよく、また、入出力の絶縁、非絶縁を問わず、２つの電力変換装置の出力が並列接続できる主回路であればよい。コンバータであれば出力の並列化を簡易に構成できるので小型化、低コスト化でき好ましい。
【００８２】
本発明の電力変換装置を昇圧コンバータとし、例えば１６０Ｖや３２０Ｖに昇圧して出力すれば、系統連系インバータで利用でき発電層の利用率を高めることができ、また、系統連系インバータなどの負荷までの配線損失を大幅に低減でき、低コストで作業性の高い配線材を使用でき、好ましい。また、本発明の光起電力素子は直列化したうえで高い発電性能が得られるよう構成することが難しいので、低電圧、大電流の光起電力素子の出力に昇圧コンバータを設けることによる配線損失を低減の効果は非常に大きい。
【００８３】
主回路としては、絶縁、非絶縁を問わず公知公用の様々な回路構成を用いることができる。制御回路は、例えば、ＣＰＵ、ＰＷＭ波形制御回路、最大電力追従制御回路、制御電源生成回路、周波数・電圧基準発生器およびスイッチング制御回路などを備える。また、制御回路は、通信線などを介して外部から操作できるようにしてもよく、制御回路の一部機能を電力変換装置外に配置して、複数の電力変換装置を一括制御することもできる。
【００８４】
本発明の電力変換装置においては、構造をできるだけ簡素化しコストダウンと信頼性の向上を図るために、制御回路としては、制御電源生成回路、スイッチング周波数を規定するスイッチング基準波形生成回路および固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路を少なくとも有する構成であることが好ましい。
【００８５】
また本発明の電力変換装置においては、コストダウンと信頼性の向上を図るために、制御回路としては、制御電源生成回路、スイッチング周波数を規定するスイッチング基準波形生成回路および可変デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路と最大電力追従回路を少なくとも有し、最大電力追従回路でデューティを調整できる構成であることが好ましい。
【００８６】
また、主回路としては、上記スイッチング素子駆動回路によりＯＮ／ＯＦＦされるスイッチング素子と、所定の巻数比で作成されたトランスを有することが好ましい。また、スイッチング素子は導通損失を抑制するため導通電流に応じて導通状態が低抵抗のものが望ましいが、入力電圧が大変低いのでＭＯＳＦＥＴが好適である。
【００８７】
また、２つの電力変換装置の巻数比を各発電層の最大出力動作点電圧に逆比例するよう作成するとよく、電力変換装置の変換効率が高まり、ほぼ同じデューティで動作することで制御回路の簡素化できるメリットがある。
【００８８】
また、光起電力素子の２つの発電層の各出力を入力する各電力変換装置のスイッチングトランスの昇圧比がそれぞれ接続される発電層の最大出力動作点電圧に逆比例となる構成であることが好ましい。
【００８９】
さらに電力変換装置の出力に接続される負荷として系統連系インバータなどの電力変換装置を用い、この系統連系インバータで最大電力追従制御を行えば、２つの発電層から最大電力を取り出し発電効率を高めることができる。
【００９０】
さらに複数の光起電力素子の電力変換装置の出力が並列接続されたシステムでは、後段の１つの系統連系インバータで一括して全ての光起電力素子の各発電層を最大出力動作点を動かすことができる。
【００９１】
本発明の２つの発電層が電気的に直列接続されている光起電力素子の各発電層の出力をそれぞれ電力変換装置に入力される構成の発電システムにおいては、一方の電力変換装置のプラス入力端と他方の電力変換装置のマイナス入力端が同電位となる。入出力が非絶縁の場合、例えば同電位のラインを基準に片方だけ反転増幅するよう構成する。入出力を絶縁する構成では、２つの電力変換装置を同じ回路方式で構成できるメリットがある。絶縁手段には特に制限はないが、高周波駆動の絶縁トランスが好適である。
【００９２】
また、本発明の電力変換装置の制御電源生成回路は、トランス方式、チョッパ方式、スイッチドキャパシター方式など公知公用の回路方式を使用できる。チョッパ方式であれば、光起電力素子からの任意の入力電圧において所望の制御電源電圧を簡易な構成で高効率かつ安価に構成できる。
【００９３】
また、本発明の２つの発電層が電気的に直列接続されている光起電力素子の各発電層の出力をそれぞれ電力変換装置に入力される構成の発電システムにおいては、電力変換装置の制御電源生成回路の入力を光起電力素子の上部電極と下部電極からとり、電力変換して２つの異なるグランド電位の出力を各電力変換装置の制御電源生成回路として構成するとよい。この場合、１つの発電層の電圧が低く制御電源生成回路が起動し難い、変換効率が低いという問題が、２つの発電層の直列接続した電圧を利用することにより大幅に改善される。また１つの制御電源生成回路で済むので、小型化、低コスト化できる。制御電源生成回路の回路方式は特に制限はないが、出力巻線を２つ有するトランスを備え、各出力巻線の出力を整流して利用することが好ましい。
【００９４】
また、本発明の２つの発電層が電気的に逆直列接続されている光起電力素子の各発電層の出力をそれぞれ電力変換装置に入力される構成の発電システムにおいては、電力変換装置の制御電源生成回路の入力を一端は共通電位である中間電極からとり、もう一端を光起電力素子の上部電極および／または下部電極からとり、前記共通電位を基準に電力変換してその出力を並列に各電力変換装置の制御電源生成に供給するよう構成するとよい。この場合、制御電源生成回路は１つで済み、また昇圧チョッパ方式などの簡単な回路で構成できるので、小型化、低コスト化できる。また、電力変換装置の制御電源生成回路の入力を、前記２つの発電層のうち少なくとも電圧が高い発電層からとるよう構成すると、発電層の電圧が低く制御電源生成回路が起動し難い、変換効率が低いという問題が、少なくとも電圧が高い方の発電層の電圧を利用することにより大幅に改善される。
【００９５】
また、本発明の２つの発電層が電気的に直列接続されている光起電力素子の各発電層の出力をそれぞれ電力変換装置に入力される構成の発電システムにおいては、電力変換装置の制御電源生成回路の入力を、前記２つの発電層のうち少なくとも電圧が高い発電層からとり、電力変換してその出力を並列に各電力変換装置の制御電源生成に供給するよう構成するとよい。この場合、発電層の電圧が低く制御電源生成回路が起動し難い、変換効率が低いという問題が、少なくとも電圧が高い方の発電層の電圧を利用することにより大幅に改善される。また、制御電源生成回路は１つで済み、また昇圧チョッパ方式などの簡単な回路で構成できるので、小型化、低コスト化できる。また、前記２つの発電層が電気的に順方向に直列接続されている場合には、前記の電圧が高いほうの発電層を含む前記２つの発電層の直列出力を、前記制御電源生成回路の入力とすると、制御電源生成回路の起動性の向上、変換効率の向上という点でよりよい。
【００９６】
また、電力変換装置は光起電力素子からの出力を低損失に入力するために光起電力素子近傍に設置されることが望ましく、光起電力素子に直接付着することが望ましい。本発明の光起電力素子は直列化して効率な発電する構成が難しいことから、低電圧である発電層の出力を効果的に利用するうえでその効果は大きい。
【００９７】
また、電力変換装置をチップ化し、光起電力素子の製造工程中に表面配線部材、中間配線部材および導電性基板に電気的接続を行うことにより、電力変換装置を光起電力素子に接続する一連の作業を簡略化することもできる。
【００９８】
また、電力変換装置の外装材はその使用条件に応じて、耐熱性、耐湿性、耐水性、電気絶縁性、耐寒性、耐油性、耐候性、耐衝撃性、防水性などの性能を有する必要がある。また、太陽電池セル集合体あるいは支持体などに強固に固定するために好ましくは接着剤との接着性が良い材質が良い。
【００９９】
上記の要素を考慮にいれると外装材としてはプラスチックでは例えば、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性ＰＰＯ（ＰＰＥ）、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ナイロンなどの樹脂、エンジニアリング・プラスチック等がある。また、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性プラスチックも使うことができる。
また、電力変換装置を太陽電池セル集合体の受光面側に取り付ける場合には、耐紫外線性向上の為に、顔料としてカーボンブラックを用いる、あるいは紫外線を吸収する樹脂塗料を表面に塗布することが好ましい。
【０１００】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明の特徴的な点を詳細に説明する。
【０１０１】
［第１実施例］
図１は本発明の発電システムの構成図である。まず、本発電システムに用いられる光起電力素子１を図２に示す模式断面図を用いて説明する。
【０１０２】
光起電力素子１は、入射光側から順に、上部電極１４、発電層１１、中間電極１３、発電層１２、下部電極１５が積層して構成されている。発電層１１および発電層１２はともに入射光側の面がプラスの極性となるよう構成され、発電層１１と発電層１２とは中間電極１３を介して電気的に直列接続される。
【０１０３】
発電層１１および発電層１２は、入射光の光スペクトルを有効利用できるよう異なる光波長感度を備え、発電層毎の出力の合計が高まるよう形成して、異なる電流特性を有する。
【０１０４】
中間電極１３は図２中左側に導出して引出部６を形成し、昇圧コンバータ３１および昇圧コンバータ３２に接続するための共通の電気取出部７を備える。中間電極１３、上部電極１４および下部電極１５には具体的には図示されていない各出力端子を図２中の左側に設けて、これらを介して配線されて昇圧コンバータに接続される。発電層１１および発電層１２で発電した電流は、上部電極１４、中間電極１３および下部電極１５を図２中横方向に集電され、出力端子に出力される。
【０１０５】
発電層１１の出力は上部電極１４および中間電極１３により昇圧コンバータ３１に電流Ｉ１が給電される。発電層１２の出力は中間電極１３および下部電極１５により昇圧コンバータ３２に電流Ｉ２が給電される。
【０１０６】
上記構成の光起電力素子１では中間電極１３での電流を大幅に低減できるが、これについて図３を用いて説明する。図３のグラフは、横軸に図２の横方向の場所を表し、図２の左側が図３の左側に対応する。縦軸はその場所における中間電極１３での横方向に流れる電流を表し、図２中の右方向に流れる電流をプラスとして示している。
【０１０７】
発電層１１による電流ｉ１は図３の点線で示される。発電層１１の電流は左端に集電され、中間電極１３を右方向に流れるので、電流ｉ１は左端で電流Ｉ１、右端でゼロの分布となる。
【０１０８】
また、発電層１２による電流ｉ２は図３の１点鎖線で示される。発電層１２の電流も同じく左端に集電され、中間電極１３を左方向に流れるので、電流ｉ２は左端で電流−Ｉ２、右端でゼロの分布となる。
【０１０９】
発電層１１および発電層１２が同時に発電すると、中間電極１３には電流ｉ１と電流ｉ２が同時に流れ足し合わされるが、電流ｉ１と電流ｉ２の流れる向きが逆方向であるので互いにキャンセルされて、図３の実線で示される電流ｉ３が流れることになる。図３の場合、Ｉ２＞Ｉ１なので、中間電極１３を左向きに電流が流れ、その左端では大きさＩ３＝Ｉ２−Ｉ１の電流が流れる。
【０１１０】
このように、中間電極１３に流れる電流が大幅に低減できることが分かる。これにより、中間電極１３を薄くすることができ、光透過損失の低減と低コスト化ができる。また、図示されていない中間電極１３に集電電極を備える場合には、集電電極の断面積を低減でき、集電電極の幅を小さくすることを発電層１２への光量が増え発電効率が高まる。
【０１１１】
さらに、発電層１１と発電層１２は別々の昇圧コンバータに給電するので、いわゆるＩＶミスマッチは生じず、各発電層の出力を有効利用できるとともに、発電層１１と発電層１２の電流バランスを取らなくてもよいので、各発電層の光利用率を高めるよう形成することができる。
【０１１２】
なお、本実施例では、引出部６あるいは電気取出部７はそれぞれ１つのみ備えるが、これに限定するものでなく、例えば図２の左右両側に設けてもよく、中間電極１３の２つの昇圧コンバータ３１、３２への取り出し場所がおよそ同一であることが好ましい。
【０１１３】
上記光起電力素子１を備えた本発電システムは２つの昇圧コンバータ３１、３２を備え、昇圧コンバータ３１の入力端には発電層１１の出力が、昇圧コンバータ３２の入力端には発電層１２の出力がそれぞれ接続される。２つの昇圧コンバータ３１、３２の出力は並列接続されて、系統連系インバータ４１の入力端に接続される。系統連系インバータ４１の出力は商用電力系統５１に接続される。
【０１１４】
昇圧コンバータ３１、３２は、図４に示すような構成である。すなわち、入力電力は平滑コンデンサ３３で平滑されるとともにスイッチング手段３４により高周波電力に変換されてトランス３５に入力され、トランス３５にて昇圧および絶縁を行い、その出力を整流手段３６により整流して昇圧された直流電力に変換する。後段の系統連系インバータ４１の動作に適する電圧まで昇圧できるようスイッチング手段３４のデューティとトランス３５の巻数比とを考慮して構成する。
【０１１５】
系統連系インバータ４１は、図５に示すような構成である。すなわち、入力電力は平滑コンデンサ４２で平滑されるとともにスイッチング手段４３により電力変換されて連系リアクトル４４を通じて滑らかな電流を出力し、連系リレー４５を通じて商用電力系統５１に出力される。
【０１１６】
本実施例では昇圧コンバータ３１、３２の図示していない制御回路の低コスト化と信頼性の向上を図るため、制御回路は、制御電源生成回路、スイッチング周波数を規定するスイッチング基準波形生成回路および固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路により構成し簡素化する。そして、コンバータ３１および３２が前記固定デューティＤ１、Ｄ２で動作し、各発電層１１および１２がそれぞれ最大出力動作点電圧Ｖｐｍ１、Ｖｐｍ２にある場合に、昇圧コンバータ３１および３２の出力電圧Ｖｏ１が同じとなるよう、それぞれのトランス３５の巻数比Ｎ１、Ｎ２を構成する。すなわち、およそ、出力電圧Ｖｏ１＝Ｖｐｍ１×Ｄ１×Ｎ１＝Ｖｐｍ２×Ｄ２×Ｎ２となるよう構成する。これにより、発電層１１および１２の異なる最大出力動作点電圧が昇圧コンバータの出力側に同じ最大出力動作点電圧となるよう写像される。
【０１１７】
２つの昇圧コンバータ３１、３２からの出力を系統連系インバータ４１ではその入力電圧を制御して最大出力追従制御することにより、昇圧コンバータ側に写像された特性の最大出力動作点電圧で動作する。すなわち各発電層１１および１２は各最大出力動作点で発電し、各発電層の発電効率を最大限引き出すことができる。
【０１１８】
以上のような構成により本発明の発電システムでは、各発電層の出力を１つの負荷で利用でき利便性が大幅に高まるとともに、光起電力素子の各発電層の発電効率を最大限引き出すことができ、負荷へより多くの電力を供給できる。
【０１１９】
また、各昇圧コンバータを固定デューティでスイッチングするとともに適切なトランス巻数比で構成することにより、各発電層の発電効率を最大限引き出しつつ、制御回路のコスト低減と信頼性向上が図れる。
【０１２０】
本実施例では固定デューティにより構成したが、可変デューティとしてもよく、その場合は後段の系統連系インバータの制御動作と干渉が起きないよう組み合わせて構成する。この構成においても、各発電層を最適動作点で動作させることができる。
【０１２１】
また本実施例では、系統連系インバータ４１ではその入力電圧を制御して最大出力追従制御しているが、これに限らず、出力電流指令値を制御するなど、他の構成も適用できる。
【０１２２】
［第２実施例］
次に本発明の他の実施例について説明する。図６は本発明の発電システムの構成図である。実施例１の図１と同じ符号のものは同じものを示す。本実施例においては、発電層１２の発電電流が発電層１１よりも大きいものとして構成している。以下、実施例１と異なる点について説明する。
【０１２３】
図６の発電システムでは、光起電力素子１、昇圧コンバータ３１および３２の接続関係が実施例１とは異なる。昇圧コンバータ３１の入力端には発電層１２の出力が接続され、昇圧コンバータ３１の出力は発電層１１と発電層１２を直列接続した出力と並列に接続される。昇圧コンバータ３２の入力端には、発電層１１と発電層１２を直列接続した出力と昇圧コンバータ３１の出力が並列に入力されるよう接続される。２つの昇圧コンバータ３２の出力は、系統連系インバータ４１の入力端に接続される。
【０１２４】
上記構成の発電システムでは、昇圧コンバータ３１で発電層１２の出力電圧を昇圧して、発電層１１と発電層１２を直列接続した出力と並列接続して１つの出力とし、これを昇圧コンバータ３２にて更に高い電圧に昇圧して系統連系インバータ４１に給電している。
【０１２５】
コンバータ３１が固定デューティＤ１で動作し、各発電層１１および１２がそれぞれ最大出力動作点電圧Ｖｐｍ１、Ｖｐｍ２にある場合に、昇圧コンバータ３１の出力電圧Ｖｏ１が２つの発電層の最大出力動作点電圧の和Ｖｐｍ１＋Ｖｐｍ２同じとなるよう、コンバータ３１のトランス３５の巻数比Ｎ１を構成する。すなわち、およそ、出力電圧Ｖｏ１＝Ｖｐｍ２×Ｄ１×Ｎ１＝Ｖｐｍ１＋Ｖｐｍ２となるよう構成する。これにより、発電層１２の最大出力動作点電圧が昇圧コンバータ３１の出力側に発電層１１と１２を直列接続したものと同じ最大出力動作点電圧となるよう写像される。
【０１２６】
これにより、発電層１２の発電電流のうち、発電層１１の発電電流の分は、発電層１１と１２の直列接続したものとして出力して昇圧コンバータ３２に入力される。また、発電層１２の発電電流のうち発電層１１の発電電流を超過する分については、発電層１２の１層の出力として出力して昇圧コンバータ３１に入力され、昇圧コンバータ３１にて昇圧して昇圧コンバータ３２に入力される。これにより、各発電層１１および１２が各最大出力動作点で発電し、各発電層の発電効率を最大限引き出すことができる。
【０１２７】
以上のような構成により本発明の発電システムでは、各発電層の出力を１つの負荷で利用でき利便性が大幅に高まるとともに、光起電力素子の各発電層の発電効率を最大限引き出すことができ、負荷へより多くの電力を供給できる。
【０１２８】
また、光起電力素子１の発電電力の多くは２つの発電層１１と１２の直列接続した高い電圧を直接的に昇圧コンバータ３２で昇圧するので、昇圧コンバータ３２の昇圧比を実施例１の昇圧コンバータと比較して小さくでき、高効率化しやすいメリットがある。
【０１２９】
また、昇圧コンバータ３１の昇圧比は１〜３程度と比較的低いので、昇圧コンバータ３１は高効率化しやすい。また、昇圧コンバータ３１が変換する電力は、その後段の昇圧コンバータ３２でも昇圧され電力変換が２回行われて連系インバータ４１へ供給されるが、光起電力素子１から直接昇圧コンバータ３２へ供給される電力と比べると割合は小さいので、変換時の損失の影響は小さくなる。なお、本実施例では、昇圧コンバータ３１は絶縁トランスを用いた方式で構成したが、上述の通り昇圧コンバータ３１の昇圧比は比較的低いのでチョッパー方式でも高効率に構成できる。
【０１３０】
また、２つの昇圧コンバータの入力端のマイナス側が同電位であるので、制御電源生成回路および／または制御回路を共用化し易く、低コスト、低損失化できる。
【０１３１】
［第３実施例］
次に本発明の他の実施例について説明する。図７は本発明の発電システムの構成図である。実施例１の図１と同じ符号のものは同じものを示す。以下、実施例１と異なる点について説明する。
【０１３２】
図７の発電システムは、光起電力素子１の発電層１２の極性が実施例１とは逆になっており、発電層１１と発電層１２とは中間電極１３を介して逆方向に直列接続される。また、中間電極１３は両側に引出部を導出し、光起電力素子１の両側に電気接続部を設ける。
【０１３３】
また、昇圧コンバータ３１の入力端のプラス側は上部電極１４に、昇圧コンバータ３２の入力端のプラス側は下部電極１５に接続される。昇圧コンバータ３１および３２の入力端のマイナス側は共に中間電極１３に接続されるが、それぞれ両側の電気接続部に別々に接続される。このように、昇圧コンバータ３１の入力端には発電層１１の出力が、昇圧コンバータ３２の入力端には発電層１２の出力がそれぞれ接続される。２つの昇圧コンバータ３１、３２の出力は並列接続されて、系統連系インバータ４１の入力端に接続される。
【０１３４】
上記構成では、発電層１１から昇圧コンバータ３１を介して中間電極１３を流れる電流と、発電層１２から昇圧コンバータ３２を介して中間電極１３を流れる電流は、中間電極１３中では逆向きに流れるので、互いに打ち消しあって実際に中間電極１３中に流れる電流が低減され、中間電極１３での配線損失を低減できる。中間電極１３の両側で電流が極大化し、中央よりの１箇所でゼロとなり、その位置は２つの発電層１１と１２の出力電流により定まる。
【０１３５】
以上のような構成により本発明の発電システムでは、各発電層の出力を１つの負荷で利用でき利便性が大幅に高まるとともに、光起電力素子の各発電層の発電効率を最大限引き出すことができ、負荷へより多くの電力を供給できる。
【０１３６】
また、２つの昇圧コンバータの入力端のマイナス側が略同電位であるので、制御電源生成回路および／または制御回路を共用化し易く、低コスト、低損失化できる。
【０１３７】
［第４実施例］
本実施例は昇圧コンバータ３１および３２の制御電源生成回路に関わり、図８を用いて説明する。
【０１３８】
制御電源生成回路５２は、平滑コンデンサ５３、スイッチング手段５４、トランス５５、整流手段５６ａ、５６ｂからなる。制御電源生成回路５２の入力端のプラス側は光起電力素子１の上部電極１４へ、マイナス側は光起電力素子１の下部電極１５へ接続する。トランス５５は２つの二次巻線を備え、それぞれ整流手段５６ａ、５６ｂに接続され、別々の制御電源を昇圧コンバータ３１、３２に供給するよう接続される。
【０１３９】
上記構成の制御電源生成回路５２を備える発電システムでは、各昇圧コンバータへ入力される電圧とは必ずしも同じではない２つの発電層１１と１２の直列接続した電圧を入力とし、昇圧して制御電源を生成するので、昇圧比が低くなり制御電源での損失が低減できる。また、制御電源生成回路を各昇圧コンバータと共用化することで、制御電源生成回路の損失の抑制と低コスト化に寄与する。よって、発電システムを高効率化、低コスト化できる。
【０１４０】
また、この他に図９に示すように、制御電源生成回路５２は２つの発電層１１と１２の直列接続した電圧を入力とし、昇圧コンバータ３１および３２に共通の電源を供給できるようにも構成可能であり、この場合には図８の構成と比べて、制御電源生成回路５２を低コスト化、低損失化、小型化できるメリットがある。
【０１４１】
［第５実施例］
次に本発明の他の実施例について説明する。図１４は本発明の発電システムの構成図である。実施例１の図１と同じ符号のものは同じものを示す。本実施例においては光起電力素子１５０の構成が実施例１の光起電力素子１と異なる。以下、実施例１と異なる点について説明する。
【０１４２】
図１４中に示した本発電システムに用いられる光起電力素子１５０の模式断面図を用いて説明する。
【０１４３】
光起電力素子１５０は、入射光側から順に、上部電極１５５、発電層１５１、中間電極１５４、発電層１５２、発電層１５３、下部電極１５６が積層して構成されている。発電層１５１、発電層１５２および発電層１５３はいずれも入射光側の面がプラスの極性となるよう構成され、発電層１５１と発電層１５２とは中間電極１５４を介して電気的に直列接続され、発電層１５２と発電層１５３とは直接的に電気的に直列接続される。
【０１４４】
発電層１５２と発電層１５３とは、同じ波長感度特性を備える。また、発電層１５１と、発電層１５２及び発電層１５３とは、入射光の光スペクトルを有効利用できるよう、異なる光波長感度を備え、発電層毎の出力の合計が高まるよう形成して、異なる電流特性を有する。一例として、発電層１５１をアモルファスシリコン、発電層１５２及び発電層１５３を微結晶シリコンで構成できる。
【０１４５】
その他の上部電極１５５、中間電極１５４、下部電極１５６については、実施例１の上部電極１４、中間電極１３、下部電極１５と同様に構成する。
【０１４６】
発電層１５１の出力は、上部電極１５５および中間電極１５４を介して昇圧コンバータ３１に電流Ｉ１が給電される。発電層１５２及び発電層１５３の直列出力は、中間電極１５４および下部電極１５６を介して昇圧コンバータ３２に電流Ｉ２が給電される。
【０１４７】
発電層１５１の出力と、発電層１５２及び発電層１５３の直列出力とは、別々の昇圧コンバータに給電するので、いわゆるＩＶミスマッチは生じず、各発電層の出力を有効利用できるとともに、発電層１５１と、発電層１５２及び発電層１５３との電流バランスを取らなくてもよいので、各発電層の光利用率を高めるよう形成することができる。発電層１５２と発電層１５３は同じ光波長感度であるため電流バランスをとるのは比較的容易であり、十分に光利用率は高めることができる。
【０１４８】
上記光起電力素子１５０を備えた本発電システムは２つの昇圧コンバータ３１、３２を備え、昇圧コンバータ３１の入力端には発電層１５１の出力が、昇圧コンバータ３２の入力端には発電層１５２及び発電層１５３の直列出力がそれぞれ接続される。２つの昇圧コンバータ３１、３２の出力は並列接続されて、系統連系インバータ４１の入力端に接続される。系統連系インバータ４１の出力は商用電力系統５１に接続される。
【０１４９】
本実施例では、実施例１と同様に固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路により構成し簡素化する。コンバータ３１および３２が前記固定デューティＤ１、Ｄ２で動作し、各発電層１５１、発電層１５２及び発電層１５３がそれぞれ最大出力動作点電圧Ｖｐｍ１、Ｖｐｍ２、Ｖｐｍ３にある場合に、発電層１５２と発電層１５３は電流バランスを取っているので、発電層１５２と発電層１５３の直列出力の最大出力動作点電圧はＶｐｍ２＋Ｖｐｍ３となるが、昇圧コンバータ３１および３２の出力電圧Ｖｏ１が同じとなるよう、それぞれのトランス３５の巻数比Ｎ１、Ｎ２を構成する。すなわち、およそ、出力電圧Ｖｏ１＝Ｖｐｍ１×Ｄ１×Ｎ１＝（Ｖｐｍ２＋Ｖｐｍ３）×Ｄ２×Ｎ２となるよう構成する。これにより、発電層１５１の出力と、発電層１５２と発電層１５３の直列出力の、異なる最大出力動作点電圧が昇圧コンバータの出力側に同じ最大出力動作点電圧となるよう写像される。
【０１５０】
また実施例１と同様に、２つの昇圧コンバータ３１、３２からの出力を系統連系インバータ４１ではその入力電圧を制御して最大出力追従制御することにより、各発電層１５１、１５２、１５３は各最大出力動作点で発電し、各発電層の発電効率を最大限引き出すことができる。
【０１５１】
また、発電層１５２と発電層１５３の直列接続して出力することで、発電層１５２と発電層１５３の出力電流が低減し、出力電圧が高くなるので、光起電力素子１５０と昇圧コンバータ３２での導通損失を低減でき、光起電力素子では一つの発電層の電圧が１Ｖ前後と低いので、その効果は大きい。
【０１５２】
また、昇圧コンバータ３２に入力される電圧が高くなり、昇圧コンバータ３２での昇圧比が低減できるので、昇圧コンバータ３２を高効率化しやすいメリットがある。
【０１５３】
以上のような構成により本発明の発電システムでは、各発電層の出力を１つの負荷で利用でき利便性が大幅に高まるとともに、光起電力素子の各発電層の発電効率を最大限引き出すことができ、負荷へより多くの電力を供給できる。
【０１５４】
また、光起電力素子から昇圧コンバータへの出力が低電流化、高電圧化されるので、光電力素子及び昇圧コンバータの低導通損失化、高効率化が図れる。
【０１５５】
また、昇圧コンバータ３１、３２の制御電源生成回路（不図示）において、光起電力素子１５０の両端の上部電極１５５と下部電極１５６から３つの発電層１５１、１５２、１５３の直列出力を入力する構成とすると、制御電源生成回路に入力する電圧が高くなり、昇圧比が低減され、制御電源生成回路での損失を低減できる。また、制御電源生成回路内の制御電源を生成動作のための発振回路において、１つの発電層または２つの発電層の直列出力した程度の低い電圧では、動作可能な回路構成、プロセス、動作条件が限定されるが、３つの発電層の直列出力する比較的高い電圧では動作可能な回路構成、プロセス、動作条件の制限が緩和されて、安価に構成でき、安定的に動作できるメリットがある。
【０１５６】
また、本実施例では、発電層１５２と発電層１５３は同じ波長感度特性としたが、異なる波長感度特性でもよく、電流バランスを取れるものであればよい。また、発電層の一例として、発電層１５１がアモルファスシリコン、発電層１５２と発電層１５３が微結晶シリコンと挙げたが、これに限定するものではなく、種々構成できる。
【０１５７】
［第６実施例］
次に本発明の他の実施例について説明する。図１５は本発明の発電システムの構成図である。実施例１の図１や実施例５の図１４と同じ符号のものは同じものを示す。本実施例においては光起電力素子１６０の構成が実施例１の光起電力素子１や実施例５の光起電力素子１５０と異なる。以下、実施例１、５と異なる点について説明する。
【０１５８】
図１５中に示した本発電システムに用いられる光起電力素子１６０の模式断面図を用いて説明する。
【０１５９】
光起電力素子１６０は、入射光側から順に、上部電極１６６、発電層１６１、発電層１６２、中間電極１６５、発電層１６３、発電層１６４、下部電極１６７が積層して構成されている。発電層１６１、発電層１６２、発電層１６３および発電層１６４はいずれも入射光側の面がプラスの極性となるよう構成され、発電層１６２と発電層１６３とは中間電極１６５を介して電気的に直列接続され、発電層１６１と発電層１６２、並びに発電層１６３と発電層１６４とをそれぞれ直接的に電気的に直列接続される。
【０１６０】
発電層１６１と発電層１６２とは、同じ波長感度特性を備え、発電層１６３と発電層１６４とは、同じ波長感度特性を備える。また、発電層１６１及び発電層１６２と、発電層１６３及び発電層１６４とは、入射光の光スペクトルを有効利用できるよう、異なる光波長感度を備え、発電層毎の出力の合計が高まるよう形成して、異なる電流特性を有する。一例として、発電層１６１及び発電層１６２をアモルファスシリコン、発電層１６３及び発電層１６４を微結晶シリコンで構成できる。
【０１６１】
その他の上部電極１６６、中間電極１６５、下部電極１６７については、実施例１の上部電極１４、中間電極１３、下部電極１５と同様に構成する。
【０１６２】
発電層１６１と発電層１６２の直列出力は、上部電極１６６および中間電極１６５を介して昇圧コンバータ３１に電流Ｉ１が給電される。発電層１６３及び発電層１６４の直列出力は、中間電極１６５および下部電極１６７を介して昇圧コンバータ３２に電流Ｉ２が給電される。
【０１６３】
発電層１６１及び発電層１６２の直列出力と、発電層１６３及び発電層１６４の直列出力とは、別々の昇圧コンバータに給電するので、いわゆるＩＶミスマッチは生じず、各発電層の出力を有効利用できるとともに、発電層１６１及び発電層１６２と、発電層１６３及び発電層１６４との電流バランスを取らなくてもよいので、各発電層の光利用率を高めるよう形成することができる。発電層１６１と発電層１６２、並びに発電層１６３と発電層１６４はそれぞれ同じ光波長感度であるため電流バランスをとるのは比較的容易であり、十分に光利用率は高めることができる。
【０１６４】
上記光起電力素子１６０を備えた本発電システムは２つの昇圧コンバータ３１、３２を備え、昇圧コンバータ３１の入力端には発電層１６１と発電層１６２の直列出力が、昇圧コンバータ３２の入力端には発電層１６３及び発電層１６４の直列出力がそれぞれ接続される。２つの昇圧コンバータ３１、３２の出力は並列接続されて、系統連系インバータ４１の入力端に接続される。系統連系インバータ４１の出力は商用電力系統５１に接続される。
【０１６５】
本実施例では、実施例１、５と同様に固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路により構成し簡素化する。コンバータ３１および３２が前記固定デューティＤ１、Ｄ２で動作し、各発電層１６１、発電層１６２、発電層１６３及び発電層１６４がそれぞれ最大出力動作点電圧Ｖｐｍ１、Ｖｐｍ２、Ｖｐｍ３、Ｖｐｍ４にある場合に、発電層１６１と発電層１６２は電流バランスを取っているので、発電層１６１と発電層１６２の最大出力動作点電圧はＶｐｍ１＋Ｖｐｍ２となり、発電層１６３と発電層１６４は電流バランスを取っているので、発電層１６３と発電層１６４の直列出力の最大出力動作点電圧はＶｐｍ３＋Ｖｐｍ４となるが、昇圧コンバータ３１および３２の出力電圧Ｖｏ１が同じとなるよう、それぞれのトランス３５の巻数比Ｎ１、Ｎ２を構成する。すなわち、およそ、出力電圧Ｖｏ１＝（Ｖｐｍ１＋Ｖｐｍ２）×Ｄ１×Ｎ１＝（Ｖｐｍ２＋Ｖｐｍ３）×Ｄ２×Ｎ２となるよう構成する。これにより、発電層１６１と発電層１６２の直列出力の最大出力動作点電圧Ｖｐｍ１＋Ｖｐｍ２と、発電層１６３と発電層１６４の直列出力の最大出力動作点電圧Ｖｐｍ３＋Ｖｐｍ４は、昇圧コンバータの出力側に同じ最大出力動作点電圧となるよう写像される。
【０１６６】
また実施例１、５と同様に、２つの昇圧コンバータ３１、３２からの出力を系統連系インバータ４１ではその入力電圧を制御して最大出力追従制御することにより、各発電層１６１、１６２、１６３、１６４は各最大出力動作点で発電し、各発電層の発電効率を最大限引き出すことができる。
【０１６７】
また、実施例５では２つの発電層の直列出力を１セット備えたが、本実施例では２つの発電層の直列出力を２セット備えており、光起電力素子の低電流化・高電圧化による光起電力素子１６０と２つの昇圧コンバータの導通損失を低減の効果が更に高まる。
【０１６８】
また、いずれの昇圧コンバータも入力される電圧が高くなり、昇圧コンバータでの昇圧比低減化による高効率化が更に高まるメリットがある。
【０１６９】
また、昇圧コンバータ３１、３２の制御電源生成回路（不図示）において、光起電力素子１６０の両端の上部電極１６６と下部電極１６７から４つの発電層１６１、１６２、１６３、１６４の直列出力を入力する構成とすると、制御電源生成回路に入力する電圧が更に高くなり、昇圧比が低減され、制御電源生成回路での損失を低減できる。また、制御電源生成回路内の制御電源を生成動作のための発振回路において、２つの発電層の直列出力した程度の低い電圧では、動作可能な回路構成、プロセス、動作条件が限定されるが、４つの発電層の直列出力する比較的高い電圧では動作可能な回路構成、プロセス、動作条件の制限が緩和されて、更に、安価に構成でき、安定的に動作できるメリットがある。また、制御電源の一部または全部を４つの発電層の直列出力する電圧を直接入力するよう構成することもでき、より安価で、制御電源生成回路での損失を低減できるメリットがある。
【０１７０】
また、本実施例では、発電層１６１と発電層１６２、並びに発電層１６３と発電層１６４は、それぞれ同じ波長感度特性としたが、発電層１６１と発電層１６２及び／または発電層１６３と発電層１６４は異なる波長感度特性でもよく、電流バランス取れるものであればよい。また、発電層の一例として、発電層１６１と発電層１６２がアモルファスシリコン、発電層１６３と発電層１６４が微結晶シリコンと挙げたが、これに限定するものではなく、種々構成できる。
【０１７１】
また、以上のように実施例で述べた光起電力素子の取り出し構成が、１つの発電層＋１つの発電層、１つの発電層＋２つの発電層、２つの発電層＋２つの発電層に限定するものでなく、２つの発電層＋３つの発電層、１つの発電層＋２つの発電層＋２つの発電層など種々変形できる。
【０１７２】
【発明の効果】
本発明の発電システムでは以下の効果がある。
１．各発電層の光利用率を最大限に高めるよう各発電層を構成し出力される電力を１つの負荷で利用でき、光起電力素子の発電効率が高まるとともに利便性が非常に高まる。
２．各発電層から最大出力を取り出すことができ、発電効率が高まる。
３．昇圧コンバータを用いる場合、配線抵抗での損失を大幅に低減でき、発電効率が高まる。特に本発明の光起電力素子を用いたシステムでは配線損失の低減の効果は非常に大きい。
【０１７３】
また、本発明の発電装置では以下の効果がある。
４．電力変換装置−光起電力素子間の配線抵抗を最小限に抑制することから、配線損失を低減できる。特に発電層の電圧が低いことからその効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発電システムの一構成例を示す模式図である。
【図２】光起電力素子の一構成例を示す模式断面図である。
【図３】光起電力素子の動作を説明するための図である。
【図４】昇圧コンバータの一構成例を示す図である。
【図５】系統連系インバータの一構成例を示す図である。
【図６】本発明の発電システムの別の構成例を示す模式図である。
【図７】本発明の発電システムの別の構成例を示す模式図である。
【図８】制御電源の一構成例を示す図である。
【図９】制御電源の別の構成例を示す図である。
【図１０】従来の光起電力素子を示す模式図である。
【図１１】従来の光起電力素子を示す模式図である。
【図１２】従来の光起電力素子を示す模式図である。
【図１３】従来の光起電力素子を示す模式図である。
【図１４】本発明の発電システムの別の構成例を示す模式図である。
【図１５】本発明の発電システムの別の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 光起電力素子
６ 引出部
７ 電気取出部
１１ 発電層
１２ 発電層
１３ 中間電極
１４ 上部電極
１５ 下部電極
２１ 負荷
２２ 負荷
３１ 昇圧コンバータ（電力変換装置）
３２ 昇圧コンバータ（電力変換装置）
３３ 平滑コンデンサ
３４ スイッチング手段
３５ トランス
３６ 整流手段
４１ 系統連系インバータ
４２ 平滑コンデンサ
４３ スイッチング手段
４４ 連系リアクトル
４５ 連系リレー
５１ 商用電力系統
５２ 制御電源生成回路
５３ 平滑コンデンサ
５４ スイッチング手段
５５ トランス
５６ 整流手段
１０１ 発電層
１０２ 電極
１０３ 電極
１１１ 発電層
１１２ 発電層
１１３ 電極
１１４ 電極
１２１ 発電層
１２２ 発電層
１２３ 電極
１２４ 電極
１２５ 電極
１２６ 電極
１２７ 絶縁層
１３１ 発電層
１３２ 発電層
１３３ 電極
１３４ 電極
１３５ 電極
１５０ 光起電力素子
１５１ 発電層
１５２ 発電層
１５３ 発電層
１５４ 中間電極
１５５ 上部電極
１５６ 下部電極
１６０ 光起電力素子
１６１ 発電層
１６２ 発電層
１６３ 発電層
１６４ 発電層
１６５ 中間電極
１６６ 上部電極
１６７ 下部電極
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽光などの光を入射して発電する光起電力素子を用いた発電システムおよび発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題に対する意識の高まりが、世界的に広がりを見せている。中でも、ＣＯ２排出に伴う地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻で、クリーンなエネルギーヘの希求はますます強まってきている。太陽電池は現在のところ、その安全性と扱いやすさから、クリーンなエネルギー源として期待のもてるものだということができる。
【０００３】
太陽電池に用いられる光起電力素子の代表的な構造には、以下のようなものがある。
【０００４】
第１の構造として、図１０に示された断面図のように、１つの発電層１０１を備え、この発電層の両面に電極１０２、１０３を取り付け出力するものである。発電層１０１に用いられる材料には、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体など種々のものが用いられている。この構造では発電層が１つだけでよく、製造工程が少ない。
【０００５】
通常受光面側の電極１０２には透明導電膜が用いられ、さらに部分的に金属電極バスも用いることもある。もう一方の電極１０３は、電極１０２と同様の構造の他にも、全面に金属導電層を設けたり、金属基板を金属導電層として兼用したりするなどの構造がある。
【０００６】
発電層１０１の出力は電極１０２と電極１０３を通じて負荷２１に供給される。
【０００７】
第２の構造として、図１１に示された断面図のように、２つの発電層１１１、１１２を積層して電気的に直列接続し、２つの発電層の両面に電極１１２、１１４を取り付け出力するものである。
【０００８】
２つの発電層１１１、１１２の材料としては、第１の構造と同様のものが挙げられるが、発電層１１１と発電層１１２とで光波長感度の異なる材料を用いると光スペクトルの利用率が高まり、変換効率の向上に寄与するメリットがある。２つの発電層１１１、１１２は直列接続されているので、ＩＶミスマッチが生じないよう２つの発電層１１１、１１２の電流バランスが取れるよう構成する。電極１１３、１１４については第１の構造と同様となる。
【０００９】
発電層１１１と発電層１１２が直列接続された出力は、電極１１３と電極１１４を通じて負荷２１に供給される。
【００１０】
また図１１では発電層が２つの場合を示したが、３つ以上の発電層が積層され電気的に直列接続されて出力する構成も知られている。
【００１１】
第３の構造として、図１２に示された断面図のように、２つの発電層１２１、１２２を有し、発電層１２１の両面に電極１２３、１２４を設け、発電層１２２の両面に電極１２５、１２６を設け、電極１２４と電極１２５の間に絶縁層１２７を設けて積層した構成をとる。発電層１２１と発電層１２２は絶縁層１２７により電気的絶縁される。
【００１２】
２つの発電層１２１、１２２の材料は第２の構造と同様である。光波長感度の異なる材料を用いることで光スペクトルの有効利用ができるのは第２の構造と同じであるが、この構成では２つの発電層１２１、１２２は電気的に直列接続せずに独立に使用できるので、ＩＶミスマッチは発生せず、２つの発電層１１１、１１２の電流バランスを考慮することは必要ない。
【００１３】
最上部の電極１２３と最下部の電極１２６は第１の構造と同様になる。絶縁層１２７の両面に位置する電極１２４と電極１２５は、第１の構造の電極１０２と同様に、透明導電層を備え、さらに部分的に金属電極バスも用いるよう構成できるが、絶縁層１２７や発電層１２１、１２２を積層することを考慮して構成する必要がある。
【００１４】
発電層１２１の出力は電極１２３と電極１２４を通じて負荷２１に供給され、発電層１２２の出力は電極１２５と電極１２６を通じて負荷２２に供給され、それぞれの発電層の出力は別々の負荷に給電される。
【００１５】
第４の構造として、図１３に示された断面図のように、２つの発電層１３１、１３２を有し、発電層１３１の両面に電極１３３、１３４を設け、発電層１３２の両面に電極１３４、１３５を設け、電極１３４は２つの発電層１３１、１３２で共用される構成をとる（例えば、特許文献１参照。）。発電層１２１と発電層１２２は電気的に直列接続される。
【００１６】
発電層１３１の出力は電極１３３と電極１３４を通じて負荷２１に供給され、発電層１３２の出力は電極１３４と電極１３５を通じて負荷２２に供給され、それぞれの発電層の出力は別々の負荷に給電される。
【００１７】
２つの発電層１３１、１３２の材料は第２、第３の構造と同様である。光波長感度の異なる材料を用いることで光スペクトルの有効利用ができるのは第２、第３の構造と同じであるが、この構成では２つの発電層１３１、１３２は電気的に直列接続ではあるが別々の負荷に接続して独立に使用できるので、ＩＶミスマッチは発生せず、２つの発電層の電流バランスを考慮することは必要ない。また、第３の構造と比較して、２つの発電層の間にある電極の１層と絶縁層１層が不要である。
【００１８】
【特許文献１】
特開昭５７−１５３４７８公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の光起電力素子には以下の欠点がある。
【００２０】
第１の構造では、発電層に１つの材料のみを用いるので、光波長感度が限られ、光スペクトルが有効利用できないという問題がある。
【００２１】
第２の構造では、２つの発電層の電流バランスを取ろうとすると、必ずしも各発電層がフルに光スペクトルを利用できないという問題がある。
【００２２】
第３の構造では、絶縁層１２７の両面に接する２つ電極を発電電流に対して十分低抵抗に形成する必要があることから電極１２４、１２５の透明導電層を厚く形成する必要がある。透明導電膜は透明とはいっても透過損失率は０％ではないので、透明導電膜が厚くなるとその下側の発電層１２２への光量が低下するという問題がある。また、厚い透明導電層を形成するのはコストが高くなるという問題がある。部分的に金属電極バスを用いれば、透明導電層を薄くできるが、それでも透明導電層が厚いことによる光量低下、高コストは避けられない。絶縁層１２７を設けることでも光量低下と高コストの問題がある。
【００２３】
第４の構造では、第３の構造に対して２つの発電層の間に絶縁層は不要で２つの発電層の間の電極も共通の１層で済み光量低下の抑制や低コスト化できるが、２つの発電層が電気的に直列接続されており、電気的に直列な状態で使用してもよい負荷に限定される。また、２つの発電層が電気的に直列接続されていることから、各発電層１層分の低い電圧しか負荷に供給できないので、使用可能な負荷が制限されて、適用範囲が限定される。また、負荷への給電電圧が低いので、配線損失が大きくなりやすい。
【００２４】
本発明の目的は、光スペクトルの利用率がよく高効率、低コスト、利便性の高い発電システムおよび発電装置を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に直列接続され、前記中間電極を外部に導出した引出部を設け、前記中間電極と接する一方の発電層の負荷に接続される電気取出部と、他方の発電層の負荷に接続される電気取出部とを前記引出部のほぼ同一の場所に設け、各発電層のそれぞれの負荷に給電可能に構成したことを特徴とする光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電することを特徴とする発電システムにより達成される。
【００２６】
また上記目的は、少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に逆直列接続され、前記中間電極を両側の外部に導出した引出部を設け、一方の発電層の負荷に接続される電気取出部を一方側の引出部に、他方の発電層の負荷に接続される電気取出部を他方側の引出部に設け、各発電層のそれぞれの負荷に給電可能に構成したことを特徴とする光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電することを特徴とする発電システムにより達成される。
【００２７】
また上記目的は、少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に直列接続され、前記中間電極を外部に導出した引出部を設け、前記上部電極、前記中間電極および前記下部電極から発電電力を取り出す光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電することを特徴とする発電システムにより達成される。
上記の発電システムでは、前記２つの発電層は極性が順方向に直列接続され、前記電力変換装置の一方と接続される前記中間電極への電気取出部と、前記電力変換装置の他方と接続される前記中間電極への電気取出部とを前記引出部のほぼ同一の場所に設けるのが好ましい。
また、前記２つの発電層は極性が逆方向に直列接続され、前記中間電極の引出部は両側の外部に引き出され、前記電力変換装置の一方と接続される電気取出部を一方側の引出部に設け、前記電力変換装置の他方と接続される電気取出部を他方側の引出部に設けるのが好ましい。
【００２８】
また上記目的は、少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に直列接続され、前記中間電極を外部に導出した引出部を設け、前記上部電極、前記中間電極および前記下部電極から発電電力を取り出す光起電力素子と、前記光起電力素子の一方または他方の発電層の出力を入力とし、電力変換した出力を一方の発電層と他方の発電層の直列接続した出力と並列接続する第１の電力変換装置と、一方の発電層と他方の発電層を直列接続した出力と前記第１の電力変換装置の出力を並列接続した出力を入力とし、電力変換して負荷に給電する第２の電力変換装置を備えたことを特徴とする発電システムにより達成される。
【００２９】
これら本発明の発電システムにおいては、前記２つの電力変換装置はそれぞれ接続された発電層の最大出力追従制御することが好ましい。
【００３０】
また、前記２つの電力変換装置は、少なくともスイッチング素子を有する主回路と、制御電源生成回路、スイッチング周波数を規定するスイッチング基準波形生成回路および固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路を少なくとも有する制御回路とを備えることが好ましい。
【００３１】
また、前記２つの発電層が極性が順方向に直列接続される場合には、前記２つの発電層の直列出力を入力とし昇圧して２つの電力変換装置の制御用電源を供給する制御電源生成回路を有することが好ましい。
【００３２】
また、前記２つの発電層が極性が逆方向に直列接続される場合には、前記中間電極を共通電位として前記２つの発電層の出力の一方または両方を入力とし昇圧して２つの電力変換装置の制御用電源を供給する制御電源生成回路を有することが好ましい。
【００３３】
また上記目的は、少なくとも２つの発電層と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は電気的に直列接続され、前記２つの発電層は電気的に直列接続部に接続される中間電極を備え、前記上部電極、前記中間電極および前記下部電極から発電電力を取り出す光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電する発電システムにおいて、前記２つの発電層のうち少なくとも電圧の高い発電層の出力を入力とし昇圧して２つの電力変換装置の制御用電源を供給する制御電源生成回路を有することを特徴とする発電システムにより達成される。
【００３４】
そしてまた、以上本発明の発電システムにおいては、前記２つの電力変換装置は直流−直流昇圧変換装置であることが好ましい。
【００３５】
また上記目的は、前記本発明の発電システムを一体的に構成し、前記２つの電力変換装置を前記発電層の電気取出部の近傍に配置したことを特徴とする発電装置により達成される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態においては、電気的に直列接続した発電層単位の出力を各々の電力変換装置へ入力して、昇圧した出力を並列接続して負荷に給電する構成、あるいは、電気的に直列接続した発電層の１つの出力を第１の電力変換装置に入力し、直列接続の出力と第１の電力変換装置の昇圧した出力を並列にして第２の電力変換装置に入力して昇圧して負荷に給電する構成を有する。
【００３７】
上記構成を適用することにより、また２つの発電層は個別に出力制御できるので、基本的には電流バランスを考慮せずに各発電層の最適化ができ、光スペクトルの利用率が向上して発電効率が高まると共に、別々の負荷ではなく１つの負荷に給電でき大幅に利便性が高まる。
【００３８】
また、中間電極の導出部分のおよそ同じ場所に各負荷への電気取出部を設けることにより、中間電極には上側発電層の電流と下側発電層の電流が逆方向に流れ、互いにキャンセルされて、実際に流れる電流は２つの発電層の電流の差分となり大幅に低減され、電圧降下を抑制でき発電効率を高めることができる。またこれにより中間電極の透明導電層を大幅に薄くすることが可能になり、低コスト化が可能となる。また透明導電層は薄くかつ１層のみなので光の透過損失をよく低減でき、光利用率を高め発電効率が高めることができる。また２つの発電層は別々の負荷に出力するので、基本的には電流バランスを考慮せずに各発電層の最適化ができ、光スペクトルの利用率が向上して発電効率が高まる。
【００３９】
また、２つの発電層を電気的に逆方向に直列接続し、中間電極を両側の外部に導出して２つの引出部を設け、各発電層の各２つの負荷に接続される電気取出部はそれぞれ一方の引出部と他方の引出部に接続する。これにより中間電極には上側発電層の電流と下側発電層の電流が逆方向に流れ、互いにキャンセルされて、実際に流れる電流は２つの発電層の電流の差分となり大幅に低減される。その電流キャンセルの効果は中間電極の両端で最も小さく、中間電極の中程で効果が大きい。これにより電圧降下を抑制でき発電効率を高めることができる。また中間電極の透明導電層を大幅に薄くすることが可能になり、低コスト化が可能となる。また透明導電層は薄くかつ１層のみなので光の透過損失を低減でき、光利用率を高め発電効率が高めることができる。また２つの発電層は別々の負荷に出力するので、基本的には電流バランスを考慮せずに各発電層の最適化ができ、光スペクトルの利用率が向上して発電効率が高まる。
【００４０】
また本発明の他の実施の形態においては、２つの電力変換装置をそれぞれ独立して最大出力追従制御（ＭＰＰＴ制御）するよう構成することで、異なる発電特性を有する発電層からそれぞれ最大電力を引き出すことができ、発電効率が高まる。
【００４１】
また２つの電力変換装置を昇圧コンバータで構成することにより、負荷に適した所望の電圧に昇圧できるとともに、出力電流が小さくなり負荷までの配線損失が低減できる。１つの発電層の出力は低電圧であるから、昇圧して負荷に給電することよる配線損失低減の効果は非常に大きい。特に昇圧コンバータの昇圧比が大きい場合には配線損失低減の効果は極めて高い。
【００４２】
また、電力変換装置の制御電源生成回路において、２つの発電層の直列した電圧を入力する構成においては、制御電源の生成における昇圧比が低くなり、変換損失を低減できる。また、制御電源生成回路を２つ電力変換装置で共用化することもでき、この際には低コスト化、低損失化できる。
【００４３】
また２つの電力変換装置を中間電極の各取出部近傍に配置して一体的に構成した発電装置では、配線抵抗を低減でき、本発明の光起電力素子の低電圧、大電流の構成においては配線損失低減の効果は非常に大きい。
【００４４】
以下に本発明の発電システムおよび発電装置の構成要素について詳細に説明する。
【００４５】
［発電層］
本実施の形態に使用される発電層に特に限定はないが、例えば、ｐｎ接合やｐｉｎ接合を有する単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルフアスシリコン半導体などが使用でき、また化合物半導体としてはＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物などを使用でき、種々の発電構造が使用できる。また色素増感型の発電構造やその他の発電構造のものも適用可能である。
【００４６】
また、２つの発電層に異なる光波長感度を有するものを組み合わせることで、入射光の光スペクトルを有効に利用することも可能となる。その組合せに限定はないが、入射光側にある上側の発電層のバンドギャップが下側の発電層のバンドギャップよりも広いことが望ましい。また２つの発電層に同じ光波長感度を有する材料を用いることもできる。
【００４７】
また、発電層として単一の発電構造を有するものだけでなく、複数の発電構造を積層して電気的に直列に構成したものでもよく、複数の発電構造には同種または異種のものを適宜選択できる。この場合、同一発電層内においてＩＶミスマッチが生じないよう各発電構造の電流バランスをとることが望ましい。
【００４８】
また、発電層は２つだけでなく、発電層を３つまたはそれ以上の場合でも本発明を適用できる。すなわち、各発電層の間にそれぞれ中間電極を備え、各発電層は各中間電極を介して電気的に直列接続され、各中間電極を外部に導出した各引出部を介して、各発電層のそれぞれの負荷に給電可能に構成するとともに、前記各引出部のほぼ同一の場所からその中間電極の上下の発電層の負荷に給電できるよう構成できる。この場合でも発電層が２つの時と同様に、中間電極ではその両側の発電層の発電電流が逆方向に流れるので、互いにキャンセルされ、電圧降下を低減する効果が得られる。
【００４９】
中間電極での上記の電流キャンセル効果を利用しているので、２つの発電層の電流の大きさが極端に異なる（例えば電流の大きさの比が１：１０）と電流キャンセル効果が小さい。好ましくは２つの発電層の電流の比は１：２程度に収まるよう構成し、より好ましくはその比を８：１０あるいは９：１０程度に収まるよう構成する。
【００５０】
［上部電極］
本実施の形態に使用される上部電極は、少なくとも透明導電層を備えていればよい。更により効率的に集電するために低抵抗な集電電極を備えるとよく、１つの光起電力素子の面積が大きく発生電流が大きい場合には効果が高い。これらは公知公用の構造を適用して形成できる。透明導電層と集電電極については後で詳述する。
【００５１】
上部電極から負荷への配線を接続する電気取出部の位置に特に限定はないが、中間電極の電気取出部の近くに設けると配線長を短くでき、配線抵抗による損失を低減できる。
【００５２】
［中間電極］
中間電極も上部電極と同様に発電層からの電流を効率的に集電する透明導電層を備える。更により効率的に集電するために低抵抗な集電電極を設けるとよく、１つの光起電力素子の面積が大きく発生電流が大きい場合には効果が高い。
【００５３】
中間電極では流れる電流の大きさが上部電極よりも少ないので、上部電極と比較して、透明導電膜を薄くしたり、集電電極の断面積を小さくして上部からみた集電電極の投影面積を小さくしたりすることができるので、中間電極による光損失が低減でき発電効率が高まるとともに、低コストで形成可能になる。透明導電層と集電電極については後で詳述する。
【００５４】
また、上側と下側の発電層で光波長感度が異なる構成では、中間電極において上側の発電層の光波長感度を含む光波長範囲を反射させてもよく、発電効率を高めることができる。
【００５５】
なお、中間電極を介して２つの発電層を電気的に直列接続するものにおいては、中間電極の引出部から各負荷への配線をできるだけ負荷の近傍まで共通の電気配線をするよう構成すると、この電気配線では中間電極と同様に上下の発電層の電流が逆方向に流れて互いにキャンセルされて実際に流れる電流が小さくなり、配線損失を低減できる。
【００５６】
［下部電極］
本実施の形態に使用される下部電極に特に限定はないが、発電層に対してはオーミックコンタクトとなるような仕事関数を持つことが要求される。
【００５７】
材料としては、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、ステンレス、真ちゅう、ニクロム、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＩＴＯ等のいわゆる金属単体または合金、及び透明導電性酸化物（ＴＣＯ）等が用いられる。
【００５８】
一般的な例では、蒸着、スパッタ法により金属膜を形成したり、銀ペーストのスクリーン印刷等により形成したりする。また、光起電力素子が金属基板上に形成する場合には金属基板を下部電極に兼用することができる。
【００５９】
また、裏面反射手段を下部電極で兼ねて、下部電極の表面や内部で光を反射させて光の利用率を高めるよう構成できる。さらに、テクスチャー構造を形成して光を乱反射させ、光閉じ込め効果により光の利用率を高めるよう構成できる。
【００６０】
下部電極から負荷への配線を接続する電気取出部の位置に特に限定はないが、中間電極の電気取出部の近くに設けると配線長を短くでき、配線抵抗による損失を低減できる。
【００６１】
［透明導電層］
発電層で発電された電流を集電するためのもので、アモルファスシリコンのようにシート抵抗が高い半導体の場合に必要であり、結晶系の太陽電池ではシート抵抗が低いため、透明導電層と兼用できる。
【００６２】
太陽や白色蛍光灯等からの光を発電層に効率よく吸収させるために光の透過率が８５％以上であることが望ましく、さらに、電気的には光で発生した電流を発電層に対し横方向に流れるようにするためにシート抵抗値は１００Ω／□以下であることが望ましい。このような特性を備えた材料としては、例えばＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＳｎＯ４、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３＋ＳｎＯ２）などの金属酸化物が挙げられる。
【００６３】
上部電極の上部透明導電層では、透明導電膜が反射防止手段を兼ねるように形成できる。
【００６４】
［集電電極］
集電電極は、一般的には上部電極の透明導電層上に例えば櫛状あるいは放射状に形成され、透明導電層のシート抵抗の値から好適な幅やピッチが決定される。本発明においては、発電層間の中間電極にも例えば櫛状あるいは放射状に形成され、透明導電層のシート抵抗の値から好適な幅やピッチが決定される。
【００６５】
上部電極と中間電極の集電電極のピッチを同一とし、入射光側から見て重なるよう配置することが望ましく、その場合不透明な集電電極による影による損失を最小限に低減できる。
【００６６】
また、集電電極は比抵抗が低く光起電力素子の直列抵抗とならないことが要求され、好ましい比抵抗としては１０−２Ωｃｍ〜１０−６Ωｃｍである。集電電極の材料としては、例えばＴｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｔ等の金属またはこれらの合金や半田あるいは導電性の接着剤を表面に塗布した金属線などが用いられる。
【００６７】
一般的には上部電極の集電電極（上部集電電極）には、金属粉末と高分子樹脂バインダーがペースト状になった金属ペーストが用いられているが、これに限られたものではない。
【００６８】
中間電極の集電電極（中間集電電極）は、上下の発電層を支障なく形成できれば、その形状を特に制限するものではない。例えば、下側発電層として結晶シリコンウェハを用い、ウェハ表面をレーザー光を照射して削ることで所定のピッチと深さの溝を形成し、無電界メッキ法により該溝に集電電極を形成してもよく、これによって透明導電層よりも集電電極の厚さを大きくすることができる。このような構成によれば、透明導電層を薄くすることによる光利用率の向上、集電電極の幅を小さくすることによる光利用率の向上、厚さ増大に伴う集電電極の断面積の増加による配線の低抵抗化などの効果がある。このように集電電極を発電層に埋め込まれる構成は一方の発電層だけでなく、２つの発電層に埋め込まれるよう形成してもよい。
【００６９】
［基板］
基板は、発電層がアモルファスシリコンのような薄膜の場合に、発電層を機械的に支持する部材であり、かつ電極としても使われる。従って、基板は、半導体層を形成する時の加熱温度に耐える耐熱性が要求されるが、導電性のものでも電気絶縁性のものでもよい。
【００７０】
導電性の材料としては、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｂ等の金属またはこれらの合金、例えば真ちゅう、ステンレス鋼等の薄板及びその複合体やカーボンシート、亜鉛メッキ鋼板が挙げらる。また、電気絶縁性材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ボリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂のフィルムまたはシートまたはこれらとガラスファイバー、カーボンファイバー、ほう素ファイバー、金属繊維等との複合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等の表面に異種材質の金属薄膜及び／またはＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等の絶縁性薄膜をスパッタ法、蒸着法、鍍金法等により表面コーティング処理を行ったものおよび、ガラス、セラミックス等が挙げられる。
【００７１】
発電層が単結晶シリコンや多結晶シリコンの場合、支持基板を設けず、単結晶ウエハや多結晶ウエハが基板の役目をする。単結晶ウエハは、ＣＺ法で引き上げられたシリコンインゴットを切断する方法で得られる。多結晶ウエハの場合は、キャスト法により得られたシリコンインゴットを切断する方法や、リボン法によりシート状の多結晶を得る方法等により形成される。
【００７２】
［端子部材］
端子部材は前記各電極と電気接続して出力端子を形成する部材である。端子部材は電極、好ましくは集電電極に対してレーザー溶接、導電性接着剤、ろう付けなどにより電気的に低抵抗となるように、また機械的に強固に取着される。また、絶縁両面粘着テープと集電電極上にプレスにより取着される。この端子部材に求められる電気的性能、材料などは前記集電電極とほぼ同じである。
【００７３】
また、電力変換装置あるいはインバータとの接続のための端子部材が必要な場合は、レーザー溶接、導電性接着剤、ろう付けなどの方法で電極に接続される。
【００７４】
［被覆材］
通常、光起電力素子が使用環境において発電性能を維持できるよう被覆材を設けるが、公知公用のものを適用できる。一般に被覆材は、大きく分類して最表面被覆材、充填材、最裏面被覆材の３種類に分類される。
【００７５】
［最表面被覆材］
最表面被覆材に要求される特性としては透光性、耐候性があり、汚れが付着しにくいことが要求される。材料としてガラスやポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリ３フッ化エチレン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂フィルムなどの耐候性透明フィルムを用いることができるが、これに限られたものではない。耐候性透明フィルムでは、充填性が良くなり、軽量化が図れ、衝撃により割れない上に、フィルム表面にエンボス処理を施すことで、太陽光の表面反射が眩しくないという効果も生まれる。充填剤との接着面には、充填剤が接着しやすいようにコロナ放電処理などの表面処理を施すこともできる。ガラスでは透過率のよい、いわゆる白板ガラスが好ましい。機械的強度を高め割れ難くした強化ガラスがよく用いられる。また、ガラスを基板と兼ねる構成もある。
【００７６】
［充填材］
充填材に要求される特性としては、耐候性、熱可塑性、熱接着性、光透過性が挙げられる。材料としては、ＥＶＡ（酢酸ビニル−エチレン共重合体）、ブチラール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂などの透明な樹脂を使用することができるがこれに限られたものではない。上記充填材に架橋剤を添加することにより、架橋することも可能である。また光劣化を抑制するために、紫外線吸収剤が含有されていることが望ましい。また、耐クラック性を向上させるために、該充填材中にガラス繊維等の無機物を含有させることもできる。
【００７７】
［最裏面被覆材］
最裏面被覆材は、光起電力素子の裏面側を被覆して光起電力素子と外部の間の電気的絶縁性を保つために使用する。要求される品質は、充分な電気絶縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、衝撃、引っ掻き、熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられる材料としてはナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチックフィルムを使用できる。
【００７８】
充填材だけでも電気的絶縁性を保つことはできるが、厚さにばらつきがおきやすいため、膜厚の薄い部分あるいはピンホール部分においては、光起電力素子と外部の間でのショートが発生する恐れがある。最裏面被覆材はそれを防止するために使用する。
【００７９】
また、最裏面被覆材に金属鋼板を使用することも可能である。材質は例えばステンレス板、メッキ鋼板、ガルバリウム鋼板などを使用できるがこれに限られたものではない。この場合、光起電力素子と外部の間の電気的絶縁性を保つのは困難であるため、光起電力素子と金属鋼板との間に絶縁フィルムを介在させることにより裏面側被覆材を構成する。このときの絶縁フィルムとしてはナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチックフィルムを使用できる。
【００８０】
［電力変換装置］
電力変換装置は、直流電力を所望の電力に変換する主回路、並びに、電力変換の起動／停止、太陽電池の動作点の最適化、運転モードなどを制御する制御回路、保護回路、通信回路、入出力端子などから構成され、２つの電力変換装置の出力は並列接続して、負荷へ接続されるかあるいはインバータに入力し負荷で使用されるかあるいは系統連系される。
【００８１】
電力変換装置は、基本構成としてコンバータやインバータでもよく、また、入出力の絶縁、非絶縁を問わず、２つの電力変換装置の出力が並列接続できる主回路であればよい。コンバータであれば出力の並列化を簡易に構成できるので小型化、低コスト化でき好ましい。
【００８２】
本発明の電力変換装置を昇圧コンバータとし、例えば１６０Ｖや３２０Ｖに昇圧して出力すれば、系統連系インバータで利用でき発電層の利用率を高めることができ、また、系統連系インバータなどの負荷までの配線損失を大幅に低減でき、低コストで作業性の高い配線材を使用でき、好ましい。また、本発明の光起電力素子は直列化したうえで高い発電性能が得られるよう構成することが難しいので、低電圧、大電流の光起電力素子の出力に昇圧コンバータを設けることによる配線損失を低減の効果は非常に大きい。
【００８３】
主回路としては、絶縁、非絶縁を問わず公知公用の様々な回路構成を用いることができる。制御回路は、例えば、ＣＰＵ、ＰＷＭ波形制御回路、最大電力追従制御回路、制御電源生成回路、周波数・電圧基準発生器およびスイッチング制御回路などを備える。また、制御回路は、通信線などを介して外部から操作できるようにしてもよく、制御回路の一部機能を電力変換装置外に配置して、複数の電力変換装置を一括制御することもできる。
【００８４】
本発明の電力変換装置においては、構造をできるだけ簡素化しコストダウンと信頼性の向上を図るために、制御回路としては、制御電源生成回路、スイッチング周波数を規定するスイッチング基準波形生成回路および固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路を少なくとも有する構成であることが好ましい。
【００８５】
また本発明の電力変換装置においては、コストダウンと信頼性の向上を図るために、制御回路としては、制御電源生成回路、スイッチング周波数を規定するスイッチング基準波形生成回路および可変デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路と最大電力追従回路を少なくとも有し、最大電力追従回路でデューティを調整できる構成であることが好ましい。
【００８６】
また、主回路としては、上記スイッチング素子駆動回路によりＯＮ／ＯＦＦされるスイッチング素子と、所定の巻数比で作成されたトランスを有することが好ましい。また、スイッチング素子は導通損失を抑制するため導通電流に応じて導通状態が低抵抗のものが望ましいが、入力電圧が大変低いのでＭＯＳＦＥＴが好適である。
【００８７】
また、２つの電力変換装置の巻数比を各発電層の最大出力動作点電圧に逆比例するよう作成するとよく、電力変換装置の変換効率が高まり、ほぼ同じデューティで動作することで制御回路の簡素化できるメリットがある。
【００８８】
また、光起電力素子の２つの発電層の各出力を入力する各電力変換装置のスイッチングトランスの昇圧比がそれぞれ接続される発電層の最大出力動作点電圧に逆比例となる構成であることが好ましい。
【００８９】
さらに電力変換装置の出力に接続される負荷として系統連系インバータなどの電力変換装置を用い、この系統連系インバータで最大電力追従制御を行えば、２つの発電層から最大電力を取り出し発電効率を高めることができる。
【００９０】
さらに複数の光起電力素子の電力変換装置の出力が並列接続されたシステムでは、後段の１つの系統連系インバータで一括して全ての光起電力素子の各発電層を最大出力動作点を動かすことができる。
【００９１】
本発明の２つの発電層が電気的に直列接続されている光起電力素子の各発電層の出力をそれぞれ電力変換装置に入力される構成の発電システムにおいては、一方の電力変換装置のプラス入力端と他方の電力変換装置のマイナス入力端が同電位となる。入出力が非絶縁の場合、例えば同電位のラインを基準に片方だけ反転増幅するよう構成する。入出力を絶縁する構成では、２つの電力変換装置を同じ回路方式で構成できるメリットがある。絶縁手段には特に制限はないが、高周波駆動の絶縁トランスが好適である。
【００９２】
また、本発明の電力変換装置の制御電源生成回路は、トランス方式、チョッパ方式、スイッチドキャパシター方式など公知公用の回路方式を使用できる。チョッパ方式であれば、光起電力素子からの任意の入力電圧において所望の制御電源電圧を簡易な構成で高効率かつ安価に構成できる。
【００９３】
また、本発明の２つの発電層が電気的に直列接続されている光起電力素子の各発電層の出力をそれぞれ電力変換装置に入力される構成の発電システムにおいては、電力変換装置の制御電源生成回路の入力を光起電力素子の上部電極と下部電極からとり、電力変換して２つの異なるグランド電位の出力を各電力変換装置の制御電源生成回路として構成するとよい。この場合、１つの発電層の電圧が低く制御電源生成回路が起動し難い、変換効率が低いという問題が、２つの発電層の直列接続した電圧を利用することにより大幅に改善される。また１つの制御電源生成回路で済むので、小型化、低コスト化できる。制御電源生成回路の回路方式は特に制限はないが、出力巻線を２つ有するトランスを備え、各出力巻線の出力を整流して利用することが好ましい。
【００９４】
また、本発明の２つの発電層が電気的に逆直列接続されている光起電力素子の各発電層の出力をそれぞれ電力変換装置に入力される構成の発電システムにおいては、電力変換装置の制御電源生成回路の入力を一端は共通電位である中間電極からとり、もう一端を光起電力素子の上部電極および／または下部電極からとり、前記共通電位を基準に電力変換してその出力を並列に各電力変換装置の制御電源生成に供給するよう構成するとよい。この場合、制御電源生成回路は１つで済み、また昇圧チョッパ方式などの簡単な回路で構成できるので、小型化、低コスト化できる。また、電力変換装置の制御電源生成回路の入力を、前記２つの発電層のうち少なくとも電圧が高い発電層からとるよう構成すると、発電層の電圧が低く制御電源生成回路が起動し難い、変換効率が低いという問題が、少なくとも電圧が高い方の発電層の電圧を利用することにより大幅に改善される。
【００９５】
また、本発明の２つの発電層が電気的に直列接続されている光起電力素子の各発電層の出力をそれぞれ電力変換装置に入力される構成の発電システムにおいては、電力変換装置の制御電源生成回路の入力を、前記２つの発電層のうち少なくとも電圧が高い発電層からとり、電力変換してその出力を並列に各電力変換装置の制御電源生成に供給するよう構成するとよい。この場合、発電層の電圧が低く制御電源生成回路が起動し難い、変換効率が低いという問題が、少なくとも電圧が高い方の発電層の電圧を利用することにより大幅に改善される。また、制御電源生成回路は１つで済み、また昇圧チョッパ方式などの簡単な回路で構成できるので、小型化、低コスト化できる。また、前記２つの発電層が電気的に順方向に直列接続されている場合には、前記の電圧が高いほうの発電層を含む前記２つの発電層の直列出力を、前記制御電源生成回路の入力とすると、制御電源生成回路の起動性の向上、変換効率の向上という点でよりよい。
【００９６】
また、電力変換装置は光起電力素子からの出力を低損失に入力するために光起電力素子近傍に設置されることが望ましく、光起電力素子に直接付着することが望ましい。本発明の光起電力素子は直列化して効率な発電する構成が難しいことから、低電圧である発電層の出力を効果的に利用するうえでその効果は大きい。
【００９７】
また、電力変換装置をチップ化し、光起電力素子の製造工程中に表面配線部材、中間配線部材および導電性基板に電気的接続を行うことにより、電力変換装置を光起電力素子に接続する一連の作業を簡略化することもできる。
【００９８】
また、電力変換装置の外装材はその使用条件に応じて、耐熱性、耐湿性、耐水性、電気絶縁性、耐寒性、耐油性、耐候性、耐衝撃性、防水性などの性能を有する必要がある。また、太陽電池セル集合体あるいは支持体などに強固に固定するために好ましくは接着剤との接着性が良い材質が良い。
【００９９】
上記の要素を考慮にいれると外装材としてはプラスチックでは例えば、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性ＰＰＯ（ＰＰＥ）、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ナイロンなどの樹脂、エンジニアリング・プラスチック等がある。また、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性プラスチックも使うことができる。
また、電力変換装置を太陽電池セル集合体の受光面側に取り付ける場合には、耐紫外線性向上の為に、顔料としてカーボンブラックを用いる、あるいは紫外線を吸収する樹脂塗料を表面に塗布することが好ましい。
【０１００】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明の特徴的な点を詳細に説明する。
【０１０１】
［第１実施例］
図１は本発明の発電システムの構成図である。まず、本発電システムに用いられる光起電力素子１を図２に示す模式断面図を用いて説明する。
【０１０２】
光起電力素子１は、入射光側から順に、上部電極１４、発電層１１、中間電極１３、発電層１２、下部電極１５が積層して構成されている。発電層１１および発電層１２はともに入射光側の面がプラスの極性となるよう構成され、発電層１１と発電層１２とは中間電極１３を介して電気的に直列接続される。
【０１０３】
発電層１１および発電層１２は、入射光の光スペクトルを有効利用できるよう異なる光波長感度を備え、発電層毎の出力の合計が高まるよう形成して、異なる電流特性を有する。
【０１０４】
中間電極１３は図２中左側に導出して引出部６を形成し、昇圧コンバータ３１および昇圧コンバータ３２に接続するための共通の電気取出部７を備える。中間電極１３、上部電極１４および下部電極１５には具体的には図示されていない各出力端子を図２中の左側に設けて、これらを介して配線されて昇圧コンバータに接続される。発電層１１および発電層１２で発電した電流は、上部電極１４、中間電極１３および下部電極１５を図２中横方向に集電され、出力端子に出力される。
【０１０５】
発電層１１の出力は上部電極１４および中間電極１３により昇圧コンバータ３１に電流Ｉ１が給電される。発電層１２の出力は中間電極１３および下部電極１５により昇圧コンバータ３２に電流Ｉ２が給電される。
【０１０６】
上記構成の光起電力素子１では中間電極１３での電流を大幅に低減できるが、これについて図３を用いて説明する。図３のグラフは、横軸に図２の横方向の場所を表し、図２の左側が図３の左側に対応する。縦軸はその場所における中間電極１３での横方向に流れる電流を表し、図２中の右方向に流れる電流をプラスとして示している。
【０１０７】
発電層１１による電流ｉ１は図３の点線で示される。発電層１１の電流は左端に集電され、中間電極１３を右方向に流れるので、電流ｉ１は左端で電流Ｉ１、右端でゼロの分布となる。
【０１０８】
また、発電層１２による電流ｉ２は図３の１点鎖線で示される。発電層１２の電流も同じく左端に集電され、中間電極１３を左方向に流れるので、電流ｉ２は左端で電流−Ｉ２、右端でゼロの分布となる。
【０１０９】
発電層１１および発電層１２が同時に発電すると、中間電極１３には電流ｉ１と電流ｉ２が同時に流れ足し合わされるが、電流ｉ１と電流ｉ２の流れる向きが逆方向であるので互いにキャンセルされて、図３の実線で示される電流ｉ３が流れることになる。図３の場合、Ｉ２＞Ｉ１なので、中間電極１３を左向きに電流が流れ、その左端では大きさＩ３＝Ｉ２−Ｉ１の電流が流れる。
【０１１０】
このように、中間電極１３に流れる電流が大幅に低減できることが分かる。これにより、中間電極１３を薄くすることができ、光透過損失の低減と低コスト化ができる。また、図示されていない中間電極１３に集電電極を備える場合には、集電電極の断面積を低減でき、集電電極の幅を小さくすることを発電層１２への光量が増え発電効率が高まる。
【０１１１】
さらに、発電層１１と発電層１２は別々の昇圧コンバータに給電するので、いわゆるＩＶミスマッチは生じず、各発電層の出力を有効利用できるとともに、発電層１１と発電層１２の電流バランスを取らなくてもよいので、各発電層の光利用率を高めるよう形成することができる。
【０１１２】
なお、本実施例では、引出部６あるいは電気取出部７はそれぞれ１つのみ備えるが、これに限定するものでなく、例えば図２の左右両側に設けてもよく、中間電極１３の２つの昇圧コンバータ３１、３２への取り出し場所がおよそ同一であることが好ましい。
【０１１３】
上記光起電力素子１を備えた本発電システムは２つの昇圧コンバータ３１、３２を備え、昇圧コンバータ３１の入力端には発電層１１の出力が、昇圧コンバータ３２の入力端には発電層１２の出力がそれぞれ接続される。２つの昇圧コンバータ３１、３２の出力は並列接続されて、系統連系インバータ４１の入力端に接続される。系統連系インバータ４１の出力は商用電力系統５１に接続される。
【０１１４】
昇圧コンバータ３１、３２は、図４に示すような構成である。すなわち、入力電力は平滑コンデンサ３３で平滑されるとともにスイッチング手段３４により高周波電力に変換されてトランス３５に入力され、トランス３５にて昇圧および絶縁を行い、その出力を整流手段３６により整流して昇圧された直流電力に変換する。後段の系統連系インバータ４１の動作に適する電圧まで昇圧できるようスイッチング手段３４のデューティとトランス３５の巻数比とを考慮して構成する。
【０１１５】
系統連系インバータ４１は、図５に示すような構成である。すなわち、入力電力は平滑コンデンサ４２で平滑されるとともにスイッチング手段４３により電力変換されて連系リアクトル４４を通じて滑らかな電流を出力し、連系リレー４５を通じて商用電力系統５１に出力される。
【０１１６】
本実施例では昇圧コンバータ３１、３２の図示していない制御回路の低コスト化と信頼性の向上を図るため、制御回路は、制御電源生成回路、スイッチング周波数を規定するスイッチング基準波形生成回路および固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路により構成し簡素化する。そして、コンバータ３１および３２が前記固定デューティＤ１、Ｄ２で動作し、各発電層１１および１２がそれぞれ最大出力動作点電圧Ｖｐｍ１、Ｖｐｍ２にある場合に、昇圧コンバータ３１および３２の出力電圧Ｖｏ１が同じとなるよう、それぞれのトランス３５の巻数比Ｎ１、Ｎ２を構成する。すなわち、およそ、出力電圧Ｖｏ１＝Ｖｐｍ１×Ｄ１×Ｎ１＝Ｖｐｍ２×Ｄ２×Ｎ２となるよう構成する。これにより、発電層１１および１２の異なる最大出力動作点電圧が昇圧コンバータの出力側に同じ最大出力動作点電圧となるよう写像される。
【０１１７】
２つの昇圧コンバータ３１、３２からの出力を系統連系インバータ４１ではその入力電圧を制御して最大出力追従制御することにより、昇圧コンバータ側に写像された特性の最大出力動作点電圧で動作する。すなわち各発電層１１および１２は各最大出力動作点で発電し、各発電層の発電効率を最大限引き出すことができる。
【０１１８】
以上のような構成により本発明の発電システムでは、各発電層の出力を１つの負荷で利用でき利便性が大幅に高まるとともに、光起電力素子の各発電層の発電効率を最大限引き出すことができ、負荷へより多くの電力を供給できる。
【０１１９】
また、各昇圧コンバータを固定デューティでスイッチングするとともに適切なトランス巻数比で構成することにより、各発電層の発電効率を最大限引き出しつつ、制御回路のコスト低減と信頼性向上が図れる。
【０１２０】
本実施例では固定デューティにより構成したが、可変デューティとしてもよく、その場合は後段の系統連系インバータの制御動作と干渉が起きないよう組み合わせて構成する。この構成においても、各発電層を最適動作点で動作させることができる。
【０１２１】
また本実施例では、系統連系インバータ４１ではその入力電圧を制御して最大出力追従制御しているが、これに限らず、出力電流指令値を制御するなど、他の構成も適用できる。
【０１２２】
［第２実施例］
次に本発明の他の実施例について説明する。図６は本発明の発電システムの構成図である。実施例１の図１と同じ符号のものは同じものを示す。本実施例においては、発電層１２の発電電流が発電層１１よりも大きいものとして構成している。以下、実施例１と異なる点について説明する。
【０１２３】
図６の発電システムでは、光起電力素子１、昇圧コンバータ３１および３２の接続関係が実施例１とは異なる。昇圧コンバータ３１の入力端には発電層１２の出力が接続され、昇圧コンバータ３１の出力は発電層１１と発電層１２を直列接続した出力と並列に接続される。昇圧コンバータ３２の入力端には、発電層１１と発電層１２を直列接続した出力と昇圧コンバータ３１の出力が並列に入力されるよう接続される。２つの昇圧コンバータ３２の出力は、系統連系インバータ４１の入力端に接続される。
【０１２４】
上記構成の発電システムでは、昇圧コンバータ３１で発電層１２の出力電圧を昇圧して、発電層１１と発電層１２を直列接続した出力と並列接続して１つの出力とし、これを昇圧コンバータ３２にて更に高い電圧に昇圧して系統連系インバータ４１に給電している。
【０１２５】
コンバータ３１が固定デューティＤ１で動作し、各発電層１１および１２がそれぞれ最大出力動作点電圧Ｖｐｍ１、Ｖｐｍ２にある場合に、昇圧コンバータ３１の出力電圧Ｖｏ１が２つの発電層の最大出力動作点電圧の和Ｖｐｍ１＋Ｖｐｍ２同じとなるよう、コンバータ３１のトランス３５の巻数比Ｎ１を構成する。すなわち、およそ、出力電圧Ｖｏ１＝Ｖｐｍ２×Ｄ１×Ｎ１＝Ｖｐｍ１＋Ｖｐｍ２となるよう構成する。これにより、発電層１２の最大出力動作点電圧が昇圧コンバータ３１の出力側に発電層１１と１２を直列接続したものと同じ最大出力動作点電圧となるよう写像される。
【０１２６】
これにより、発電層１２の発電電流のうち、発電層１１の発電電流の分は、発電層１１と１２の直列接続したものとして出力して昇圧コンバータ３２に入力される。また、発電層１２の発電電流のうち発電層１１の発電電流を超過する分については、発電層１２の１層の出力として出力して昇圧コンバータ３１に入力され、昇圧コンバータ３１にて昇圧して昇圧コンバータ３２に入力される。これにより、各発電層１１および１２が各最大出力動作点で発電し、各発電層の発電効率を最大限引き出すことができる。
【０１２７】
以上のような構成により本発明の発電システムでは、各発電層の出力を１つの負荷で利用でき利便性が大幅に高まるとともに、光起電力素子の各発電層の発電効率を最大限引き出すことができ、負荷へより多くの電力を供給できる。
【０１２８】
また、光起電力素子１の発電電力の多くは２つの発電層１１と１２の直列接続した高い電圧を直接的に昇圧コンバータ３２で昇圧するので、昇圧コンバータ３２の昇圧比を実施例１の昇圧コンバータと比較して小さくでき、高効率化しやすいメリットがある。
【０１２９】
また、昇圧コンバータ３１の昇圧比は１〜３程度と比較的低いので、昇圧コンバータ３１は高効率化しやすい。また、昇圧コンバータ３１が変換する電力は、その後段の昇圧コンバータ３２でも昇圧され電力変換が２回行われて連系インバータ４１へ供給されるが、光起電力素子１から直接昇圧コンバータ３２へ供給される電力と比べると割合は小さいので、変換時の損失の影響は小さくなる。なお、本実施例では、昇圧コンバータ３１は絶縁トランスを用いた方式で構成したが、上述の通り昇圧コンバータ３１の昇圧比は比較的低いのでチョッパー方式でも高効率に構成できる。
【０１３０】
また、２つの昇圧コンバータの入力端のマイナス側が同電位であるので、制御電源生成回路および／または制御回路を共用化し易く、低コスト、低損失化できる。
【０１３１】
［第３実施例］
次に本発明の他の実施例について説明する。図７は本発明の発電システムの構成図である。実施例１の図１と同じ符号のものは同じものを示す。以下、実施例１と異なる点について説明する。
【０１３２】
図７の発電システムは、光起電力素子１の発電層１２の極性が実施例１とは逆になっており、発電層１１と発電層１２とは中間電極１３を介して逆方向に直列接続される。また、中間電極１３は両側に引出部を導出し、光起電力素子１の両側に電気接続部を設ける。
【０１３３】
また、昇圧コンバータ３１の入力端のプラス側は上部電極１４に、昇圧コンバータ３２の入力端のプラス側は下部電極１５に接続される。昇圧コンバータ３１および３２の入力端のマイナス側は共に中間電極１３に接続されるが、それぞれ両側の電気接続部に別々に接続される。このように、昇圧コンバータ３１の入力端には発電層１１の出力が、昇圧コンバータ３２の入力端には発電層１２の出力がそれぞれ接続される。２つの昇圧コンバータ３１、３２の出力は並列接続されて、系統連系インバータ４１の入力端に接続される。
【０１３４】
上記構成では、発電層１１から昇圧コンバータ３１を介して中間電極１３を流れる電流と、発電層１２から昇圧コンバータ３２を介して中間電極１３を流れる電流は、中間電極１３中では逆向きに流れるので、互いに打ち消しあって実際に中間電極１３中に流れる電流が低減され、中間電極１３での配線損失を低減できる。中間電極１３の両側で電流が極大化し、中央よりの１箇所でゼロとなり、その位置は２つの発電層１１と１２の出力電流により定まる。
【０１３５】
以上のような構成により本発明の発電システムでは、各発電層の出力を１つの負荷で利用でき利便性が大幅に高まるとともに、光起電力素子の各発電層の発電効率を最大限引き出すことができ、負荷へより多くの電力を供給できる。
【０１３６】
また、２つの昇圧コンバータの入力端のマイナス側が略同電位であるので、制御電源生成回路および／または制御回路を共用化し易く、低コスト、低損失化できる。
【０１３７】
［第４実施例］
本実施例は昇圧コンバータ３１および３２の制御電源生成回路に関わり、図８を用いて説明する。
【０１３８】
制御電源生成回路５２は、平滑コンデンサ５３、スイッチング手段５４、トランス５５、整流手段５６ａ、５６ｂからなる。制御電源生成回路５２の入力端のプラス側は光起電力素子１の上部電極１４へ、マイナス側は光起電力素子１の下部電極１５へ接続する。トランス５５は２つの二次巻線を備え、それぞれ整流手段５６ａ、５６ｂに接続され、別々の制御電源を昇圧コンバータ３１、３２に供給するよう接続される。
【０１３９】
上記構成の制御電源生成回路５２を備える発電システムでは、各昇圧コンバータへ入力される電圧とは必ずしも同じではない２つの発電層１１と１２の直列接続した電圧を入力とし、昇圧して制御電源を生成するので、昇圧比が低くなり制御電源での損失が低減できる。また、制御電源生成回路を各昇圧コンバータと共用化することで、制御電源生成回路の損失の抑制と低コスト化に寄与する。よって、発電システムを高効率化、低コスト化できる。
【０１４０】
また、この他に図９に示すように、制御電源生成回路５２は２つの発電層１１と１２の直列接続した電圧を入力とし、昇圧コンバータ３１および３２に共通の電源を供給できるようにも構成可能であり、この場合には図８の構成と比べて、制御電源生成回路５２を低コスト化、低損失化、小型化できるメリットがある。
【０１４１】
［第５実施例］
次に本発明の他の実施例について説明する。図１４は本発明の発電システムの構成図である。実施例１の図１と同じ符号のものは同じものを示す。本実施例においては光起電力素子１５０の構成が実施例１の光起電力素子１と異なる。以下、実施例１と異なる点について説明する。
【０１４２】
図１４中に示した本発電システムに用いられる光起電力素子１５０の模式断面図を用いて説明する。
【０１４３】
光起電力素子１５０は、入射光側から順に、上部電極１５５、発電層１５１、中間電極１５４、発電層１５２、発電層１５３、下部電極１５６が積層して構成されている。発電層１５１、発電層１５２および発電層１５３はいずれも入射光側の面がプラスの極性となるよう構成され、発電層１５１と発電層１５２とは中間電極１５４を介して電気的に直列接続され、発電層１５２と発電層１５３とは直接的に電気的に直列接続される。
【０１４４】
発電層１５２と発電層１５３とは、同じ波長感度特性を備える。また、発電層１５１と、発電層１５２及び発電層１５３とは、入射光の光スペクトルを有効利用できるよう、異なる光波長感度を備え、発電層毎の出力の合計が高まるよう形成して、異なる電流特性を有する。一例として、発電層１５１をアモルファスシリコン、発電層１５２及び発電層１５３を微結晶シリコンで構成できる。
【０１４５】
その他の上部電極１５５、中間電極１５４、下部電極１５６については、実施例１の上部電極１４、中間電極１３、下部電極１５と同様に構成する。
【０１４６】
発電層１５１の出力は、上部電極１５５および中間電極１５４を介して昇圧コンバータ３１に電流Ｉ１が給電される。発電層１５２及び発電層１５３の直列出力は、中間電極１５４および下部電極１５６を介して昇圧コンバータ３２に電流Ｉ２が給電される。
【０１４７】
発電層１５１の出力と、発電層１５２及び発電層１５３の直列出力とは、別々の昇圧コンバータに給電するので、いわゆるＩＶミスマッチは生じず、各発電層の出力を有効利用できるとともに、発電層１５１と、発電層１５２及び発電層１５３との電流バランスを取らなくてもよいので、各発電層の光利用率を高めるよう形成することができる。発電層１５２と発電層１５３は同じ光波長感度であるため電流バランスをとるのは比較的容易であり、十分に光利用率は高めることができる。
【０１４８】
上記光起電力素子１５０を備えた本発電システムは２つの昇圧コンバータ３１、３２を備え、昇圧コンバータ３１の入力端には発電層１５１の出力が、昇圧コンバータ３２の入力端には発電層１５２及び発電層１５３の直列出力がそれぞれ接続される。２つの昇圧コンバータ３１、３２の出力は並列接続されて、系統連系インバータ４１の入力端に接続される。系統連系インバータ４１の出力は商用電力系統５１に接続される。
【０１４９】
本実施例では、実施例１と同様に固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路により構成し簡素化する。コンバータ３１および３２が前記固定デューティＤ１、Ｄ２で動作し、各発電層１５１、発電層１５２及び発電層１５３がそれぞれ最大出力動作点電圧Ｖｐｍ１、Ｖｐｍ２、Ｖｐｍ３にある場合に、発電層１５２と発電層１５３は電流バランスを取っているので、発電層１５２と発電層１５３の直列出力の最大出力動作点電圧はＶｐｍ２＋Ｖｐｍ３となるが、昇圧コンバータ３１および３２の出力電圧Ｖｏ１が同じとなるよう、それぞれのトランス３５の巻数比Ｎ１、Ｎ２を構成する。すなわち、およそ、出力電圧Ｖｏ１＝Ｖｐｍ１×Ｄ１×Ｎ１＝（Ｖｐｍ２＋Ｖｐｍ３）×Ｄ２×Ｎ２となるよう構成する。これにより、発電層１５１の出力と、発電層１５２と発電層１５３の直列出力の、異なる最大出力動作点電圧が昇圧コンバータの出力側に同じ最大出力動作点電圧となるよう写像される。
【０１５０】
また実施例１と同様に、２つの昇圧コンバータ３１、３２からの出力を系統連系インバータ４１ではその入力電圧を制御して最大出力追従制御することにより、各発電層１５１、１５２、１５３は各最大出力動作点で発電し、各発電層の発電効率を最大限引き出すことができる。
【０１５１】
また、発電層１５２と発電層１５３の直列接続して出力することで、発電層１５２と発電層１５３の出力電流が低減し、出力電圧が高くなるので、光起電力素子１５０と昇圧コンバータ３２での導通損失を低減でき、光起電力素子では一つの発電層の電圧が１Ｖ前後と低いので、その効果は大きい。
【０１５２】
また、昇圧コンバータ３２に入力される電圧が高くなり、昇圧コンバータ３２での昇圧比が低減できるので、昇圧コンバータ３２を高効率化しやすいメリットがある。
【０１５３】
以上のような構成により本発明の発電システムでは、各発電層の出力を１つの負荷で利用でき利便性が大幅に高まるとともに、光起電力素子の各発電層の発電効率を最大限引き出すことができ、負荷へより多くの電力を供給できる。
【０１５４】
また、光起電力素子から昇圧コンバータへの出力が低電流化、高電圧化されるので、光電力素子及び昇圧コンバータの低導通損失化、高効率化が図れる。
【０１５５】
また、昇圧コンバータ３１、３２の制御電源生成回路（不図示）において、光起電力素子１５０の両端の上部電極１５５と下部電極１５６から３つの発電層１５１、１５２、１５３の直列出力を入力する構成とすると、制御電源生成回路に入力する電圧が高くなり、昇圧比が低減され、制御電源生成回路での損失を低減できる。また、制御電源生成回路内の制御電源を生成動作のための発振回路において、１つの発電層または２つの発電層の直列出力した程度の低い電圧では、動作可能な回路構成、プロセス、動作条件が限定されるが、３つの発電層の直列出力する比較的高い電圧では動作可能な回路構成、プロセス、動作条件の制限が緩和されて、安価に構成でき、安定的に動作できるメリットがある。
【０１５６】
また、本実施例では、発電層１５２と発電層１５３は同じ波長感度特性としたが、異なる波長感度特性でもよく、電流バランスを取れるものであればよい。また、発電層の一例として、発電層１５１がアモルファスシリコン、発電層１５２と発電層１５３が微結晶シリコンと挙げたが、これに限定するものではなく、種々構成できる。
【０１５７】
［第６実施例］
次に本発明の他の実施例について説明する。図１５は本発明の発電システムの構成図である。実施例１の図１や実施例５の図１４と同じ符号のものは同じものを示す。本実施例においては光起電力素子１６０の構成が実施例１の光起電力素子１や実施例５の光起電力素子１５０と異なる。以下、実施例１、５と異なる点について説明する。
【０１５８】
図１５中に示した本発電システムに用いられる光起電力素子１６０の模式断面図を用いて説明する。
【０１５９】
光起電力素子１６０は、入射光側から順に、上部電極１６６、発電層１６１、発電層１６２、中間電極１６５、発電層１６３、発電層１６４、下部電極１６７が積層して構成されている。発電層１６１、発電層１６２、発電層１６３および発電層１６４はいずれも入射光側の面がプラスの極性となるよう構成され、発電層１６２と発電層１６３とは中間電極１６５を介して電気的に直列接続され、発電層１６１と発電層１６２、並びに発電層１６３と発電層１６４とをそれぞれ直接的に電気的に直列接続される。
【０１６０】
発電層１６１と発電層１６２とは、同じ波長感度特性を備え、発電層１６３と発電層１６４とは、同じ波長感度特性を備える。また、発電層１６１及び発電層１６２と、発電層１６３及び発電層１６４とは、入射光の光スペクトルを有効利用できるよう、異なる光波長感度を備え、発電層毎の出力の合計が高まるよう形成して、異なる電流特性を有する。一例として、発電層１６１及び発電層１６２をアモルファスシリコン、発電層１６３及び発電層１６４を微結晶シリコンで構成できる。
【０１６１】
その他の上部電極１６６、中間電極１６５、下部電極１６７については、実施例１の上部電極１４、中間電極１３、下部電極１５と同様に構成する。
【０１６２】
発電層１６１と発電層１６２の直列出力は、上部電極１６６および中間電極１６５を介して昇圧コンバータ３１に電流Ｉ１が給電される。発電層１６３及び発電層１６４の直列出力は、中間電極１６５および下部電極１６７を介して昇圧コンバータ３２に電流Ｉ２が給電される。
【０１６３】
発電層１６１及び発電層１６２の直列出力と、発電層１６３及び発電層１６４の直列出力とは、別々の昇圧コンバータに給電するので、いわゆるＩＶミスマッチは生じず、各発電層の出力を有効利用できるとともに、発電層１６１及び発電層１６２と、発電層１６３及び発電層１６４との電流バランスを取らなくてもよいので、各発電層の光利用率を高めるよう形成することができる。発電層１６１と発電層１６２、並びに発電層１６３と発電層１６４はそれぞれ同じ光波長感度であるため電流バランスをとるのは比較的容易であり、十分に光利用率は高めることができる。
【０１６４】
上記光起電力素子１６０を備えた本発電システムは２つの昇圧コンバータ３１、３２を備え、昇圧コンバータ３１の入力端には発電層１６１と発電層１６２の直列出力が、昇圧コンバータ３２の入力端には発電層１６３及び発電層１６４の直列出力がそれぞれ接続される。２つの昇圧コンバータ３１、３２の出力は並列接続されて、系統連系インバータ４１の入力端に接続される。系統連系インバータ４１の出力は商用電力系統５１に接続される。
【０１６５】
本実施例では、実施例１、５と同様に固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路により構成し簡素化する。コンバータ３１および３２が前記固定デューティＤ１、Ｄ２で動作し、各発電層１６１、発電層１６２、発電層１６３及び発電層１６４がそれぞれ最大出力動作点電圧Ｖｐｍ１、Ｖｐｍ２、Ｖｐｍ３、Ｖｐｍ４にある場合に、発電層１６１と発電層１６２は電流バランスを取っているので、発電層１６１と発電層１６２の最大出力動作点電圧はＶｐｍ１＋Ｖｐｍ２となり、発電層１６３と発電層１６４は電流バランスを取っているので、発電層１６３と発電層１６４の直列出力の最大出力動作点電圧はＶｐｍ３＋Ｖｐｍ４となるが、昇圧コンバータ３１および３２の出力電圧Ｖｏ１が同じとなるよう、それぞれのトランス３５の巻数比Ｎ１、Ｎ２を構成する。すなわち、およそ、出力電圧Ｖｏ１＝（Ｖｐｍ１＋Ｖｐｍ２）×Ｄ１×Ｎ１＝（Ｖｐｍ２＋Ｖｐｍ３）×Ｄ２×Ｎ２となるよう構成する。これにより、発電層１６１と発電層１６２の直列出力の最大出力動作点電圧Ｖｐｍ１＋Ｖｐｍ２と、発電層１６３と発電層１６４の直列出力の最大出力動作点電圧Ｖｐｍ３＋Ｖｐｍ４は、昇圧コンバータの出力側に同じ最大出力動作点電圧となるよう写像される。
【０１６６】
また実施例１、５と同様に、２つの昇圧コンバータ３１、３２からの出力を系統連系インバータ４１ではその入力電圧を制御して最大出力追従制御することにより、各発電層１６１、１６２、１６３、１６４は各最大出力動作点で発電し、各発電層の発電効率を最大限引き出すことができる。
【０１６７】
また、実施例５では２つの発電層の直列出力を１セット備えたが、本実施例では２つの発電層の直列出力を２セット備えており、光起電力素子の低電流化・高電圧化による光起電力素子１６０と２つの昇圧コンバータの導通損失を低減の効果が更に高まる。
【０１６８】
また、いずれの昇圧コンバータも入力される電圧が高くなり、昇圧コンバータでの昇圧比低減化による高効率化が更に高まるメリットがある。
【０１６９】
また、昇圧コンバータ３１、３２の制御電源生成回路（不図示）において、光起電力素子１６０の両端の上部電極１６６と下部電極１６７から４つの発電層１６１、１６２、１６３、１６４の直列出力を入力する構成とすると、制御電源生成回路に入力する電圧が更に高くなり、昇圧比が低減され、制御電源生成回路での損失を低減できる。また、制御電源生成回路内の制御電源を生成動作のための発振回路において、２つの発電層の直列出力した程度の低い電圧では、動作可能な回路構成、プロセス、動作条件が限定されるが、４つの発電層の直列出力する比較的高い電圧では動作可能な回路構成、プロセス、動作条件の制限が緩和されて、更に、安価に構成でき、安定的に動作できるメリットがある。また、制御電源の一部または全部を４つの発電層の直列出力する電圧を直接入力するよう構成することもでき、より安価で、制御電源生成回路での損失を低減できるメリットがある。
【０１７０】
また、本実施例では、発電層１６１と発電層１６２、並びに発電層１６３と発電層１６４は、それぞれ同じ波長感度特性としたが、発電層１６１と発電層１６２及び／または発電層１６３と発電層１６４は異なる波長感度特性でもよく、電流バランス取れるものであればよい。また、発電層の一例として、発電層１６１と発電層１６２がアモルファスシリコン、発電層１６３と発電層１６４が微結晶シリコンと挙げたが、これに限定するものではなく、種々構成できる。
【０１７１】
また、以上のように実施例で述べた光起電力素子の取り出し構成が、１つの発電層＋１つの発電層、１つの発電層＋２つの発電層、２つの発電層＋２つの発電層に限定するものでなく、２つの発電層＋３つの発電層、１つの発電層＋２つの発電層＋２つの発電層など種々変形できる。
【０１７２】
【発明の効果】
本発明の発電システムでは以下の効果がある。
１．各発電層の光利用率を最大限に高めるよう各発電層を構成し出力される電力を１つの負荷で利用でき、光起電力素子の発電効率が高まるとともに利便性が非常に高まる。
２．各発電層から最大出力を取り出すことができ、発電効率が高まる。
３．昇圧コンバータを用いる場合、配線抵抗での損失を大幅に低減でき、発電効率が高まる。特に本発明の光起電力素子を用いたシステムでは配線損失の低減の効果は非常に大きい。
【０１７３】
また、本発明の発電装置では以下の効果がある。
４．電力変換装置−光起電力素子間の配線抵抗を最小限に抑制することから、配線損失を低減できる。特に発電層の電圧が低いことからその効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発電システムの一構成例を示す模式図である。
【図２】光起電力素子の一構成例を示す模式断面図である。
【図３】光起電力素子の動作を説明するための図である。
【図４】昇圧コンバータの一構成例を示す図である。
【図５】系統連系インバータの一構成例を示す図である。
【図６】本発明の発電システムの別の構成例を示す模式図である。
【図７】本発明の発電システムの別の構成例を示す模式図である。
【図８】制御電源の一構成例を示す図である。
【図９】制御電源の別の構成例を示す図である。
【図１０】従来の光起電力素子を示す模式図である。
【図１１】従来の光起電力素子を示す模式図である。
【図１２】従来の光起電力素子を示す模式図である。
【図１３】従来の光起電力素子を示す模式図である。
【図１４】本発明の発電システムの別の構成例を示す模式図である。
【図１５】本発明の発電システムの別の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 光起電力素子
６ 引出部
７ 電気取出部
１１ 発電層
１２ 発電層
１３ 中間電極
１４ 上部電極
１５ 下部電極
２１ 負荷
２２ 負荷
３１ 昇圧コンバータ（電力変換装置）
３２ 昇圧コンバータ（電力変換装置）
３３ 平滑コンデンサ
３４ スイッチング手段
３５ トランス
３６ 整流手段
４１ 系統連系インバータ
４２ 平滑コンデンサ
４３ スイッチング手段
４４ 連系リアクトル
４５ 連系リレー
５１ 商用電力系統
５２ 制御電源生成回路
５３ 平滑コンデンサ
５４ スイッチング手段
５５ トランス
５６ 整流手段
１０１ 発電層
１０２ 電極
１０３ 電極
１１１ 発電層
１１２ 発電層
１１３ 電極
１１４ 電極
１２１ 発電層
１２２ 発電層
１２３ 電極
１２４ 電極
１２５ 電極
１２６ 電極
１２７ 絶縁層
１３１ 発電層
１３２ 発電層
１３３ 電極
１３４ 電極
１３５ 電極
１５０ 光起電力素子
１５１ 発電層
１５２ 発電層
１５３ 発電層
１５４ 中間電極
１５５ 上部電極
１５６ 下部電極
１６０ 光起電力素子
１６１ 発電層
１６２ 発電層
１６３ 発電層
１６４ 発電層
１６５ 中間電極
１６６ 上部電極
１６７ 下部電極
Claims (13)
- 少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に直列接続され、前記中間電極を外部に導出した引出部を設け、前記中間電極と接する一方の発電層の負荷に接続される電気取出部と、他方の発電層の負荷に接続される電気取出部とを前記引出部のほぼ同一の場所に設け、各発電層のそれぞれの負荷に給電可能に構成したことを特徴とする光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電することを特徴とする発電システム。
- 少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に逆直列接続され、前記中間電極を両側の外部に導出した引出部を設け、一方の発電層の負荷に接続される電気取出部を一方側の引出部に、他方の発電層の負荷に接続される電気取出部を他方側の引出部に設け、各発電層のそれぞれの負荷に給電可能に構成したことを特徴とする光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電することを特徴とする発電システム。
- 少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に直列接続され、前記中間電極を外部に導出した引出部を設け、前記上部電極、前記中間電極および前記下部電極から発電電力を取り出す光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電することを特徴とする発電システム。
- 前記２つの発電層は極性が順方向に直列接続され、前記電力変換装置の一方と接続される前記中間電極への電気取出部と、前記電力変換装置の他方と接続される前記中間電極への電気取出部とを前記引出部のほぼ同一の場所に設けたことを特徴とする請求項３に記載の発電システム。
- 前記２つの発電層は極性が逆方向に直列接続され、前記中間電極の引出部は両側の外部に引き出され、前記電力変換装置の一方と接続される電気取出部を一方側の引出部に設け、前記電力変換装置の他方と接続される電気取出部を他方側の引出部に設けたことを特徴とする請求項３に発電システム。
- 少なくとも２つの発電層と、２つの発電層の間に透明かつ導電性を有する透明導電層を含む中間電極と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は前記中間電極を介して電気的に直列接続され、前記中間電極を外部に導出した引出部を設け、前記上部電極、前記中間電極および前記下部電極から発電電力を取り出す光起電力素子と、前記光起電力素子の一方または他方の発電層の出力を入力とし、電力変換した出力を一方の発電層と他方の発電層の直列接続した出力と並列接続する第１の電力変換装置と、一方の発電層と他方の発電層を直列接続した出力と前記第１の電力変換装置の出力を並列接続した出力を入力とし、電力変換して負荷に給電する第２の電力変換装置を備えたことを特徴とする発電システム。
- 前記２つの電力変換装置はそれぞれ接続された発電層の最大出力追従制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電システム。
- 前記２つの電力変換装置は、少なくともスイッチング素子を有する主回路と、制御電源生成回路、スイッチング周波数を規定するスイッチング基準波形生成回路および固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路を少なくとも有する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電システム。
- 前記２つの発電層は極性が順方向に直列接続され、前記２つの発電層の直列出力を入力とし昇圧して２つの電力変換装置の制御用電源を供給する制御電源生成回路を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電システム。
- 前記２つの発電層は極性が逆方向に直列接続され、前記中間電極を共通電位として前記２つの発電層の出力の一方または両方を入力とし昇圧して２つの電力変換装置の制御用電源を供給する制御電源生成回路を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電システム。
- 少なくとも２つの発電層と、一方の入射光側の発電層の入射光側の面に上部透明導電層を含む上部電極と、他方の発電層の入射光と反対側の面に下部電極とを備え、前記２つの発電層は電気的に直列接続され、前記２つの発電層は電気的に直列接続部に接続される中間電極を備え、前記上部電極、前記中間電極および前記下部電極から発電電力を取り出す光起電力素子と、２つの電力変換装置を有し、前記光起電力素子の前記２つの発電層の出力をそれぞれ前記２つの電力変換装置の入力側に接続し、前記２つの電力変換装置の出力側を並列接続して負荷に給電する発電システムにおいて、前記２つの発電層のうち少なくとも電圧の高い発電層の出力を入力とし昇圧して２つの電力変換装置の制御用電源を供給する制御電源生成回路を有することを特徴とする発電システム。
- 前記２つの電力変換装置は直流−直流昇圧変換装置であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の発電システム。
- 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発電システムを一体的に構成し、前記２つの電力変換装置を前記発電層の電気取出部の近傍に配置したことを特徴とする発電装置。
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