JP2018160973A - 発電パネル - Google Patents

Abstract

【課題】任意の強度分布を持つレーザ光を受光して発電する場合でも発電効率を向上させることができる発電パネルを提供する。【解決手段】任意の強度分布を持つレーザ光を受光して発電する発電パネル３００−１であって、発電パネル３００−１は受光面積の異なる発電モジュールを複数有し、全ての発電モジュールＧ３５０、Ｇ３６０、Ｇ３７０、Ｇ３８０、Ｇ３９０、Ｇ４００、Ｇ４１０、Ｇ４２０は電気的に直列に接続され、発電モジュールの受光面積は、レーザ光の強度が、相対的に強い領域に配置される発電モジュールＧ３８０、Ｇ３９０よりも相対的に弱い領域に配置される発電モジュールＧ３５０、Ｇ３６０、Ｇ３７０、Ｇ４００、Ｇ４１０、Ｇ４２０の方が大きい。【選択図】図６

Description

本発明は、任意の強度分布を持つレーザ光を受光して発電する発電パネルに関する。

近年、二酸化炭素の排出量の低減のため、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）の導入に注目が集まっている。これらの電気自動車の中には、ルーフに発電パネルを取り付け、走行中や停車中でも、給電を可能としたものがある。

ルーフに発電パネルを備える電気自動車は、太陽光が照射されることによる給電以外にたとえば、充電ステーションに立ち寄って二次電池を充電する。充電ステーションには、発電パネルに光を照射する光照射装置が備えられている。充電ステーションでは、光照射装置から発電パネルに光を照射し、発電パネルが発生する電力によって車両へ給電する。

一般的に、太陽光発電パネルは太陽光（平行光）を照射することを前提に構成されている。ところが、充電ステーションの光照射装置からは、たとえばレーザ光などの人工的な拡散光が照射される。

発電パネルの発電効率は、太陽光を照射したときよりも人工的な拡散光を照射したときの方が低下する。太陽光は光の強度分布が均一であるが、人工的な拡散光は光の強度分布が不均一だからである。人工的な拡散光を照射したときの発電効率の低下を抑えるためには、特許文献１に記載されているように、拡散光を均一な強度分布の光に変換して発電パネルに照射する光学系を用いることが考えられる。

特開２００５−１８０１３号公報

しかし、充電ステーションの光照射装置に、引用文献１に記載されているような光学系を設置すると、光照射装置の大型化を招くとともに、充電ステーションの設置コストが大幅に増加する。

本発明は、以上のような従来の技術の問題点を解消するために成されたものであり、任意の強度分布を持つレーザ光を受光して発電する場合でも発電効率を向上させることができる発電パネルの提供を目的とする。

上記目的を達成するための発電パネルは、任意の強度分布を持つレーザ光を受光して発電する発電パネルであって、前記発電パネルは受光面積の異なる発電モジュールを複数有し、全ての発電モジュールは電気的に直列に接続され、前記発電モジュールの受光面積は、前記レーザ光の強度が相対的に強い領域に配置される発電モジュールよりも相対的に弱い領域に配置される発電モジュールの方が大きい。

以上のような構成を有する発電パネルによれば、任意の強度分布を持つレーザ光を照射したときでも、発電効率を向上させることができ、高効率の発電が可能になる。

光照射装置を備える充電ステーションの概略構成図である。 光照射装置から照射されるレーザ光の強度分布図である。 発電パネルを構成する発電セルの配置図である。 発電パネルにレーザ光が照射されている状態を示す図である。 発電パネルを構成する各発電セルの発電量を示す図である。 実施形態１に係る発電パネルの発電モジュールと発電セルを示す図である。 図６の発電パネルにおける発電モジュールおよび発電セルの電気的な接続状態を示す図である。 実施形態２に係る発電パネルの発電モジュールと発電セルを示す図である。 図８の発電パネルにおける発電モジュールおよび発電セルの電気的な接続状態を示す図である。 実施形態３に係る発電パネルの発電モジュールと発電セルを示す図である。 図１０の発電パネルにおける発電モジュールおよび発電セルの電気的な接続状態を示す図である。 実施形態４に係る発電パネルの発電モジュールと発電セルを示す図である。 図１２の発電パネルにおける発電モジュールおよび発電セルの電気的な接続状態を示す図である。 複数のレーザ光を照射して発電する実施形態５に係る発電パネルを示す図である。

次に、図面を参照しながら本発明に係る発電パネルの実施形態を、［実施形態１］から［実施形態５］に分けて説明する。図１は、光照射装置を備える充電ステーションの概略構成図である。

近年、ルーフに発電パネルを備える電気自動車の開発が進められている。この種の電気自動車の充電は、充電ステーションにおいて、光照射装置から発電パネルに光を照射することによって行う。

図１に示すように、充電ステーション１００は電気自動車１１０を充電させるための充電スペース１２０を有する。充電スペース１２０には、光照射装置２００を設置してある。電気自動車１１０のルーフには、発電パネル３００が設けてある。

図１のように、電気自動車１１０を充電させるときには、充電スペース１２０に電気自動車１１０を入庫し、充電を指示する。充電の指示がされると、光照射装置２００から発電パネル３００に特定の（たとえば正規分布の）強度分布を持つレーザ光２５０が照射される。発電パネル３００は照射されているレーザ光２５０によって発電し、電気自動車１１０の二次電池を充電する。

図２は、光照射装置２００から照射されるレーザ光２５０の強度分布図である。光照射装置２００から照射されるレーザ光２５０は、ＶＣＳＥＬ型半導体レーザ光をミラーで反射させたものであり、たとえば、その照射領域の大きさは横４５０ｍｍ、縦４００ｍｍである。

光照射装置２００から照射されるレーザ光２５０は、発電パネル３００の受光面において一定の強度を有するのではなく、図２に示すように、受光面の中心部から正規分布の変化にしたがって２次元の放射状に強度が低下する分布を有している。

図２の強度分布図は、発電パネル３００の受光面における平均入射強度を等高線状に表したものである。図２において、白い部分から黒い部分に向かうにしたがって光の強度は小さくなる。図では中央の最も白い部分は最も光の強度が大きく、中央から放射状に次第に光の強度が小さくなる。

なお、レーザ光２５０はその光源から放射状に照射されるので光源の真下では照射形状は円形になる。ところが、図２では楕円形になっている。これは、レーザ光を発電パネル３００に対してミラー反射時の角度が９０度方向からわずかに傾いいているために若干斜めの方向から照射しているからである。

実施形態１−４では、レーザ光の強度分布が正規分布であるレーザ光２５０を例示する。しかし、光源の強度分布は正規分布には限られず、正規分布以外の任意の分布であっても良い。本発明に係る発電パネル３００を形成するための手法は、あらゆる、特定の強度分布のレーザ光に対しても適用できるからである。

図３は、発電パネル３００を構成する発電セルの配置図である。図３に示すように発電パネル３００は、３０枚の発電セル３０１−３３０を１０枚ずつ３列に並べて形成される。各発電セルは発電パネル３００を形成する最小単位である。

図４は、発電パネル３００にレーザ光２５０が照射されている状態を示す図である。図５は、発電パネル３００を構成する発電セル３０１−３３０のそれぞれの発電量を示す図である。なお、図３の発電セル３０１−３３０の配置位置と図５の発電量を示す数字の位置とは対応している。たとえば、発電セル３１３の発電量は３．２７Ｗであり、発電セル３２７の発電量は１．９２Ｗである。

レーザ光２５０は、図２で説明したように、正規分布状の強度分布を有している。一般的にレーザ光２５０の強度が大きい位置の発電セルほど、その発電量は大きくなる。このため、発電セル３０１−３３０のそれぞれの発電量は、図５に示す通り、その配置場所によってまちまちとなる。図５に示すように、レーザ光２５０の中央部分付近に配置されている発電セル３１３−３１８の発電量は他の発電セルの発電量に比較して大きくなる。また、レーザ光２５０の外周部分付近に配置されている発電セル３０１、３０２、３０９、３１０、３１１、３２０、３２１、３２２、３２９、３３０の発電量は他の発電セルの発電量に比較して小さくなる。

通常、発電パネル３００を構成する全ての発電セル３０１−３３０は直列に接続される。しかし、上記のように、発電量がまちまちの発電セル３０１−３３０を直列に接続してしまうと、各発電セルの電流供給能力が異なることから、発電パネル３００としての総合的な発電時の出力電流が低出力セルの電流値に制限されるためパネルとしての出力効率が著しく低下してしまう。光源に波長９７５ｎｍの均一強度分布のレーザ光を用いて単結晶シリコン型の太陽電池パネルで発電させた場合の発電効率（発電パネル３００の発電エネルギー／発電パネル３００の入射エネルギー）は３０％以上の効率が得られるにも関わらず、実際の測定結果によれば、発電効率は６％程度となっていた。

以下に説明する実施形態１−４では、図５のように発電量がまちまちの発電セル３０１−３３０の電気的な接続を最適化し、発電パネル３００としての総合的な発電効率を向上させている。以下にその手法を説明する。

［実施形態１］
図６は、実施形態１に係る発電パネルの発電モジュールと発電セルを示す図である。図７は、図６の発電パネルにおける発電モジュールおよび発電セルの電気的な接続状態を示す図である。

図４のように、レーザ光２５０を発電パネル３００に照射した場合、発電パネル３００を構成する発電セル３０１−３３０は、図５に示すように、発電量がまちまちとなる。実施形態１では、発電量がまちまちの発電セル３０１−３３０をグループ化し、さらにその電気的な接続を最適化し、発電パネル３００としての総合的な発電効率を向上させている。

実験を重ねた結果、発電パネル３００−１としての総合的な発電効率を向上させるためには、次の手法が有効であることを見出した。まず、発電セル３０１−３３０のそれぞれから、合計の発電量が同程度となるようにグループ化してなる発電モジュールを複数形成する。次に、発電モジュール内の発電セルを電気的に相互に並列に接続するとともに、形成したこれら複数の発電モジュールを電気的に直列に接続する。

このような手法で発電セル３０１−３３０のそれぞれを接続すると、発電パネル３００−１としての総合的な発電効率は最大化できる。発電セル３０１−３３０のグループ化は次の手順で行う。

まず、図５の各発電セルの発電量を参照して、相互に隣接する発電セルのグループを複数形成する。次に、各グループの発電セルの発電量の合計値を求める。最後に、その合計値の、（最大−最小）／（最大＋最小）の値が最も小さくなるように、各グループの発電セルを入れ替えながら最適なグループ化を実現する。つまり、各グループ間の発電量のばらつきが大きくなりすぎないようにグループ化される。

上記の手順で発電セル３０１−３３０をグループ化した結果が、図６に示す発電パネル３００−１である。なお、図６の発電パネル３００−１の発電セル３０１−３３０の配置は、図３の発電パネル３００の配置と整合する。

図６に示すように、発電セル３０１−３０５によって、発電セル３０１−３０５のグループである発電モジュールＧ３５０を形成する。発電モジュールＧ３５０を形成する発電セル３０１−３０５の合計の発電量は８．８Ｗである。同様に、発電セル３０６−３１０によって、発電モジュールＧ３６０を形成する。発電モジュールＧ３６０の発電量は８．９Ｗである。

発電セル３１１−３１３によって、発電モジュールＧ３７０を形成する。発電モジュールＧ３７０の発電量は６．６Ｗである。発電セル３１４、３１５によって、発電モジュールＧ３８０を形成する。発電モジュールＧ３８０の発電量は８．１Ｗである。発電セル３１６、３１７によって、発電モジュールＧ３９０を形成する。発電モジュールＧ３９０の発電量は８．２Ｗである。発電セル３１８−３２０によって、発電モジュールＧ４００を形成する。発電モジュールＧ４００の発電量は６．６Ｗである。

発電セル３２１−３２５によって、発電モジュールＧ４１０を形成する。発電モジュールＧ４１０の発電量は６．５Ｗである。発電セル３２６−３３０によって、発電モジュールＧ４２０を形成する。発電モジュールＧ４２０の発電量は６．９Ｗである。

図６の場合の、発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０の各発電量における、（最大−最小）／（最大＋最小）の値は、８．９−６．５／８．９＋６．５＝２．４／１５．４＝０．１５６である。この値を見ると、発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０間の発電量のばらつきが小さく抑えられていることが分かる。このため、発電パネル３００−１は理想的なグループ化が行われていると言える。

図６の発電パネル３００−１における発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０および各発電モジュールにおける発電セルの電気的な接続状態は、図７に示す通りである。

図６に示す発電パネル３００−１では、発電パネル３００−１の発電セル３０１−３３０が８つの発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０にグループ化されている。発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０は、図７に示すように、電気的に直列に接続される。また、発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０を形成するそれぞれの発電モジュール内の発電セルは電気的に相互に並列に接続される。たとえば、発電モジュールＧ３５０では、発電モジュールＧ３５０を形成する発電セル３０１−３０５が、図７に示すように、電気的に相互に並列に接続される。また、発電モジュールＧ４００では、発電モジュールＧ４００を形成する発電パネル３１８−３２０が、図７に示すように、電気的に相互に並列に接続される。

このように、発電モジュールは電気的に直列に接続し、発電モジュール内の発電セルは電気的に相互に並列に接続すると、発電パネル３００−１の発電効率が向上する。

実験により求めた図６の発電パネル３００−１の発電効率は以下の通りであった。まず、発電モジュールを形成することなく、全ての発電セル３０１−３３０を単に電気的に直列に接続した場合が６％であった。これに対して、実施形態１のように発電セル３０１−３３０を直並列に接続した場合は２４％であった。実施形態１のように発電セル３０１−３３０をグループ化し電気的な接続を工夫することによって、工夫しない場合に比較すれば、４倍の発電効率が得られることが実証された。

以上のように、実施形態１に係る発電パネル３００−１は、図２のように、正規分布の強度分布を持つレーザ光２５０を受光して発電する。発電パネル３００−１は、図６に示すように、受光面積の異なる８つの発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０に分割している。図７に示すように、全ての発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０は電気的に直列に接続している。それぞれの発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０は複数の発電セルを有しており、それぞれの発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０の発電セルは電気的に並列に接続している。

また、発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０の受光面積は、レーザ光２５０の強度が、相対的に強い領域に配置される発電モジュールＧ３８０、Ｇ３９０の受光面積よりも相対的に弱い領域に配置される発電モジュールＧ３５０、Ｇ３６０、Ｇ３７０、Ｇ４００、Ｇ４１０、Ｇ４２０の受光面積の方が大きくなっている。換言すれば、発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０の受光面積は、レーザ光２５０の照射領域の外周側に配置される発電モジュールＧ３５０、Ｇ３６０、Ｇ３７０、Ｇ４００、Ｇ４１０、Ｇ４２０の受光面積の方が中心側に配置される発電モジュールＧ３８０、Ｇ３９０の受光面積よりも大きくなっている。

発電パネル３００−１を以上のように構成することによって、正規分布の強度分布を持つレーザ光２５０を照射したときでも、発電パネル３００−１の発電効率を向上させることができ、高効率の発電が可能になる。また、発電パネル３００−１の発電効率を向上させるために、レーザ光２５０の強度分布を均一化する光学系を設ける必要がなく、光照射装置の大型化、高コスト化を回避できる。上記の強度分布を均一化する光学系はレーザのような高エネルギーに耐えねばならず、石英等の材料を用いたレンズに耐熱性を有する光反射防止コーティングを施す必要があるために非常に高コストな部品であることが広く知られている。その光透過損失は現実的には２０から３０％にも及ぶものが多く、仮に２０％のものでもセル効率３０％とした場合のパネル実効率では２４％となり、コストをかけたとしても効率が同程度であるため、本発明の実用性が確認される。

また、レーザ光２５０の強度分布は正規分布であるので、レーザ光２５０の強度はその光軸に対して点対称に分布している。このため、発電パネル３００−１における発電セル３０１−３３０のグループ化を、発電パネル３００−１の中央部から規則的に行うことができ、図６のように、発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０を規則的に配置させることができる。

図６に示すように、複数の発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０は、発電パネル３００−１上において、レーザ光２５０の中心を通る直線Ｌに対して線対称に、同一の面積の発電モジュールが配置されている。このように、直線Ｌに対して線対称に同一の面積の発電モジュールを配置すると、発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０の各発電量の（最大−最小）／（最大＋最小）の値を小さくすることができ、発電効率を向上させることができる。

また、複数の発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０は、レーザ光２５０の照射領域内（図４参照）に格子状に配置されている。このように、発電モジュールＧ３５０−Ｇ４２０を格子状に配置すると、発電セル相互間の電気的な接続が複雑にならず、単純化できる。

発電セル３０１−３３０は、同一の形状および寸法を有し、レーザ光２５０の照射領域内に格子状に配置されている。このように、発電セル３０１−３３０を同一の形状および寸法とすることによって、汎用的な発電セルを用いることができ、発電パネル３００−１の設計を単純化でき、また、製造コストの上昇を抑えることができる。

［実施形態２］
図８は、実施形態２に係る発電パネルの発電モジュールと発電セルを示す図である。図９は、図８の発電パネルにおける発電モジュールおよび発電セルの電気的な接続状態を示す図である。

実施形態２に係る発電パネル３００−２は、実施形態１に係る発電パネル３００−１と比較すると、発電セル３０１と発電セル３１０が除かれている点が異なる。つまり、発電セル３０２−３０５によって発電モジュールＧ３５１を形成し、発電セル３０６−３０９によって発電モジュールＧ３６１を形成している。その他の構成は実施形態１に係る発電パネル３００−１と同一である。

このように、発電セル３０１と発電セル３１０を除いて発電モジュールＧ３５１、Ｇ３６１を形成しているのは、以下の理由からである。

第１点として、実施形態１で示した発電モジュールＧ３５０、Ｇ３６０の発電量が他の発電モジュールＧ３７０−Ｇ４２０よりも大きいため（図６参照）、発電モジュールＧ３５０、Ｇ３６０の発電効率が他の発電モジュールＧ３７０−Ｇ４２０の発電量の影響を受けて低下すると考えられるからである。また、第２点として、図５に示したように、レーザ光２５０の強度が小さい位置に配置されている、発電セル３０１と発電セル３１０の発電量は他の発電セルに比較して小さく、これらの発電セル３０１、３１０を除いても、発電パネル３００−２としての総合的な発電効率に対する影響は極めて小さいと考えられるからである。

以上の２点を考慮して、図８に示すように、発電モジュールＧ３５１、Ｇ３６１、Ｇ３７０−Ｇ４２０を形成している。また、図９に示すように、発電モジュールＧ３５１、Ｇ３６１、Ｇ３７０−Ｇ４２０は電気的に直列に接続し、発電モジュールＧ３５１、Ｇ３６１、Ｇ３７０−Ｇ４２０内の発電セル３０２−３０９、３１１−３３０は電気的に相互に並列に接続している。

図８の場合の、発電モジュールＧ３５１−Ｇ４２０の発電量の（最大−最小）／（最大＋最小）の値は、８．４−６．５／８．４＋６．５＝１．９／１４．９＝０．１２８である。この値を見ると、発電モジュールＧ３５１−Ｇ４２０間の発電量のばらつきが小さく抑えられていることが分かる。このため、実施形態２でも、実施形態１と同様に、発電パネル３００−２は理想的なグループ化が行われていると言える。

実験により求めた図８の発電パネル３００−２の発電効率は以下の通りであった。まず、実施形態２のように発電モジュールを形成することなく、全ての発電セル３０２−３０９、３１１−３３０を単に電気的に直列に接続した場合が６％であった。これに対して、実施形態２のように発電セル３０２−３０９、３１１−３３０を直並列に接続した場合は２４％であった。実施形態２のように発電セル３０２−３０９、３１１−３３０をグループ化し電気的な接続を工夫することによって、工夫しない場合に比較すれば、４倍の発電効率が得られることが実証された。

実施形態２では、並列に接続する発電モジュールＧ３５１−Ｇ４２０の発電量が平準化されるように、発電セル３０１、３１０を除いて、発電モジュールＧ３５１、Ｇ３６１の受光面積を調整した。このため、実施形態２では、実施形態１に比較して２枚の発電セルが削減できている。したがって、実施形態１と比較すると１／１５の発電セルの材料費が削減される。

［実施形態３］
図１０は、実施形態３に係る発電パネルの発電モジュールと発電セルを示す図である。図１１は、図１０の発電パネルにおける発電モジュールおよび発電セルの電気的な接続状態を示す図である。

実施形態３に係る発電パネル３００−３は、実施形態２に係る発電パネル３００−２と比較すると、発電モジュールＧ３５２、Ｇ３６２、Ｇ３７２、Ｇ３８２、Ｇ３９２、Ｇ４０２、Ｇ４１２、Ｇ４２２が１枚の発電セルで形成してある点が異なる。たとえば、発電モジュールＧ３５２は、実施形態２に係る発電パネル３００−２（図８参照）の発電モジュールＧ３５１の、発電セル３０２−３０５、４枚分の面積を１枚の発電セルで形成している。これは、発電モジュールＧ３６２、Ｇ３７２、Ｇ３８２、Ｇ３９２、Ｇ４０２、４Ｇ１２、Ｇ４２２についても同様である。

また、実施形態３に係る発電パネル３００−３は、実施形態２に係る発電パネル３００−２と比較すると、発電モジュールＧ４１２と発電セル３２１とで発電モジュールＧ４１５を形成し、発電モジュールＧ４２２と発電セル３３０とで発電モジュールＧ４２５を形成している点も異なる。

実施形態３では、できるだけ同一の受光面積の発電モジュールを用いるようにしている。たとえば、発電モジュールＧ３５２、Ｇ３６２、Ｇ４１２、Ｇ４２２は同一の受光面積としてある。また、発電モジュールＧ３７２とＧ４０２、発電モジュールＧ３８２とＧ３９２もそれぞれ同一の受光面積としてある。さらに、発電モジュールＧ３８２とＧ３９２の受光面積は、発電モジュールＧ３５２、Ｇ３６２、Ｇ４１２、Ｇ４２２の受光面積の１／２としてある。さらに、発電モジュールＧ３７２、Ｇ４０２の受光面積は、発電モジュールＧ３５２、Ｇ３６２、Ｇ４１２、Ｇ４２２の受光面積の３／４としてある。また、発電セル３２１と３３０の受光面積は、発電モジュールＧ３８２とＧ３９２の受光面積の１／２としてある。

このように、できるだけ同一の受光面積の発電モジュールを用いるようにすることによって、発電モジュールの種類を抑えることができ、発電パネル３００−３の製造の単純化、低コスト化が実現できる。

図１１に示すように、発電パネル３００−３では、発電モジュールＧ３５２、Ｇ３６２、Ｇ３７２、Ｇ３８２、Ｇ３９２、Ｇ４０２、Ｇ４１５、Ｇ４２５は電気的に直列に接続される。また、発電モジュールＧ４１５を形成する発電セル３２１と発電モジュールＧ４１２とは電気的に並列に接続され、発電モジュールＧ４２５を形成する発電セル３３０と発電モジュールＧ４２２とは電気的に並列に接続されている。

実験により求めた図１０の発電パネル３００−３の発電効率は２５％と良好であった。これは、一般的に、発電モジュールとしての１枚の受光面積が大きくなると、受光面積が小さいときよりも発電効率が高くなるからである。

なお、発電モジュールＧ３５２、Ｇ３６２、Ｇ３７２、Ｇ３８２、Ｇ３９２、Ｇ４０２、Ｇ４１２、Ｇ４２２の受光面積を、発電効率のみを考慮して、自由なサイズとすることも考えられる。しかし、自由なサイズとすると、発電パネル３００−３の製造時、各発電モジュールを切り出した後の残りの部分の使い勝手が悪く、廃棄される部分が出ることになるので、発電パネル３００−３の製造コストが増加する。

実施形態３のように、発電モジュールＧ３５２、Ｇ３６２、Ｇ３７２、Ｇ３８２、Ｇ３９２、Ｇ４０２、Ｇ４１２、Ｇ４２２の受光面積を、一定の分割比率で製造するようにすると、廃棄される部分が減少するので、発電パネル３００−３の製造コストを抑えることができる。

［実施形態４］
図１２は、実施形態４に係る発電パネルの発電モジュールと発電セルを示す図である。図１３は、図１２の発電パネルにおける発電モジュールおよび発電セルの電気的な接続状態を示す図である。

実施形態４に係る発電パネル３００−４は、Ｇ３５４、Ｇ３６４、Ｇ３７４、Ｇ３８４、Ｇ３９４、Ｇ４０４、Ｇ４１４、Ｇ４２４、Ｇ４３４の９つの発電モジュールと、レーザ光２５０の中心側に配置される６つの発電セル３１３−３１８から形成される。６つの発電セル３１３−３１８は、それぞれが発電モジュールと見ることができる。このように見ると、それぞれの発電モジュールは１または複数の発電セルを有し、レーザ光２５０の中心側に配置される発電モジュールは１の発電セルで構成されていると言える。

図１２に示すように、発電セル３０１−３０３によって発電モジュールＧ３５４を形成する。発電モジュールＧ３５４の発電量は３．６Ｗである。発電セル３０４、３０５によって発電モジュールＧ３６４を形成する。発電モジュールＧ３６４の発電量は５．２Ｗである。発電セル３０６、３０７によって発電モジュールＧ３７４を形成する。発電モジュールＧ３７４の発電量は５．４Ｗである。発電セル３０８−３１０によって発電モジュールＧ３８４を形成する。発電モジュールＧ３８４の発電量は３．４Ｗである。

発電セル３１１、３１２によって発電モジュールＧ３９４を形成する。発電モジュールＧ３９４の発電量は３．４Ｗである。発電セル３１９、３２０によって発電モジュールＧ４０４を形成する。発電モジュールＧ４０４の発電量は３．４Ｗである。発電セル３１３の発電量は３．３Ｗである。発電セル３１４の発電量は３．９Ｗである。発電セル３１５の発電量は４．２Ｗである。発電セル３１６の発電量は４．３Ｗである。発電セル３１７の発電量は３．９Ｗである。発電セル３１８の発電量は３．３Ｗである。

発電セル３２１−３２４によって発電モジュールＧ４１４を形成する。発電モジュールＧ４１４の発電量は４．４Ｗである。発電セル３２５、３２６によって発電モジュールＧ４２４を形成する。発電モジュールＧ４２４の発電量は４．３Ｗである。発電セル３２７−３３０によって発電モジュールＧ４３４を形成する。発電モジュールＧ４３４の発電量は４．７Ｗである。

図１２の場合の、発電モジュールＧ３５４−Ｇ４３４および発電セル３１３−３１８の発電量の（最大−最小）／（最大＋最小）の値は、５．４−３．３／５．４＋３．３＝２．１／８．７＝０．２４１である。

図１２の発電パネル３００−４における発電モジュールＧ３５４−Ｇ４３４および発電セルの電気的な接続状態は、図１３に示す通りである。

図１３に示す発電パネル３００−４では、発電パネル３００−４の発電セル３０１−３３０（発電セル３１３−３１８を除く）が９つの発電モジュールＧ３５４−Ｇ４３４にグループ化されている。発電モジュールＧ３５４−Ｇ４３４および発電セル３１３−３１８は、図１３に示すように、電気的に直列に接続される。また、発電モジュールＧ３５４−Ｇ４３４を形成するそれぞれの発電モジュール内の発電セルは電気的に相互に並列に接続される。たとえば、発電モジュールＧ３５４では、発電モジュールＧ３５４を形成する発電セル３０１−３０３が、図１３に示すように、電気的に相互に並列に接続される。また、発電モジュールＧ４３４では、Ｇ４３４を形成する発電パネル３２７−３３０が、図１３に示すように、電気的に相互に並列に接続される。

このように、発電モジュール内の発電セルは電気的に相互に並列に接続し、発電モジュールは電気的に直列に接続すると、発電パネル３００−４の発電効率が向上する。実施形態４に係る発電パネル３００−４は、実施形態１−３に係る発電パネル３００−１〜３００−３と比較すると、直列に接続されている回路（発電モジュールおよび発電セル）の数が多い。このため、実施形態４に係る発電パネル３００−４の出力電圧は、実施形態１−３に係る発電パネル３００−１〜３００−３の出力電圧よりも高くなる。つまり、実施形態４に係る発電パネル３００−４は高電圧化される。

実験により求めた図１２の発電パネル３００−４の発電効率は２３％であった。また、発電パネル３００−４の最大出力点での動作電圧は８．５Ｖと高電圧化された。したがって、発電モジュールＧ３５４−Ｇ４３４および発電セル３１３−３１８の発電量の（最大−最小）／（最大＋最小）の値が０．２４１と大きくなっているのにもかかわらず、発電効率の低下は１％程度に収まっている。

実際に負荷回路を接続したときには、出力電圧の高い方が負荷回路の効率が高くなる傾向がある。したがって、実施形態４に係る発電パネル３００−４では、負荷回路を接続したときの総合的な効率はこの差を補って余りあることが期待できる。

［実施形態５］
図１４は、複数のレーザ光を照射して発電する実施形態５に係る発電パネルを示す図である。

実施形態１−４では、発電パネル３００−１〜３００−４に対して、１本のレーザ光２５０を照射した場合について説明した。実施形態５では、複数本のレーザ光を同時に重ねて発電パネルに照射している。

図１４は、４台の光照射装置から特定の強度分布を有する４本のレーザ光を同時に発電パネル３００−５に照射している状態を示している。この場合、４本のレーザ光の強度分布は同一であっても、同一でなくても良い。４本のレーザ光の全てが同一の正規分布の強度分布を有していれば、実施形態１−４の発電パネルを相似形に大きさを変更することで発電パネル３００−５の発電効率を向上させることができ、当該図の様に４本の光軸に囲まれた領域を４本のレーザ光の一部を重畳して照射する領域とした場合のみならず、４本のレーザ光のそれぞれの強度分布が異なる場合でも、照射領域の強度分布に応じて発電モジュールを形成し、発電パネル３００−５の発電効率の向上及び低発電電力密度の領域の面積を削減できるようにする。

発電パネル３００−５に複数のレーザ光を同時に照射すると、発電パネル３００−５の受光面のレーザ光のパワーが向上するので、発電パネル３００−５の発電密度を向上させることができる。これにより、発電パネル３００−５の入射強度が小さい領域の発電モジュールの面積を大きくする必要がなくなるので、発電パネル３００−５が小型化できる。したがって、搭載面積が制限されている電気自動車１１０へ搭載が容易になる。

以上のように、実施形態１−４に係る発電パネルでは、入射強度が大きい領域では受光面積の小さな発電モジュールを形成し、入射強度が小さな領域では受光面積の大きな発電モジュールを形成している。このような技術的思想の下、レーザ光の強度分布が正規分布であっても正規分布でなくとも、特定の強度分布を持つレーザ光に対する発電効率の高い発電パネルを構成することができる。

１００ 充電ステーション、
１１０ 電気自動車、
１２０ 充電スペース、
２００ 光照射装置、
２５０ レーザ光、
３００、３００−１、３００−２、３００−３、３００−４、３００−５ 発電パネル、
３０１−３３０ 発電セル、
Ｇ３５０、Ｇ３５１、Ｇ３５２、Ｇ３５４ 発電モジュール、
Ｇ３６０、Ｇ３６１、Ｇ３６２、Ｇ３６４ 発電モジュール、
Ｇ３７０、Ｇ３７２、Ｇ３７４ 発電モジュール、
Ｇ３８０、Ｇ３８２、Ｇ３８４ 発電モジュール、
Ｇ３９０、Ｇ３９２、Ｇ３９４ 発電モジュール、
Ｇ４００、Ｇ４０２、Ｇ４０４ 発電モジュール、
Ｇ４１０、Ｇ４１２、Ｇ４１４、Ｇ４１５ 発電モジュール、
Ｇ４２０、Ｇ４２２、Ｇ４２４、Ｇ４２５、Ｇ４３４ 発電モジュール。

Claims (9)

1. 任意の強度分布を持つレーザ光を受光して発電する発電パネルであって、
   前記発電パネルは受光面積の異なる発電モジュールを複数有し、
   全ての発電モジュールは電気的に直列に接続され、
   前記発電モジュールの受光面積は、前記レーザ光の強度が、相対的に強い領域に配置される発電モジュールよりも相対的に弱い領域に配置される発電モジュールの方が大きい、
   発電パネル。
2. 前記レーザ光の強度分布は正規分布である請求項１の発電パネル。
3. 前記発電モジュールの受光面積は、前記レーザ光の照射領域の外周側に配置される発電モジュールの方が中心側に配置される発電モジュールよりも大きい、請求項２の発電パネル。
4. 複数の発電モジュールは、前記レーザ光の中心を通る直線に対して線対称に、同一の面積の発電モジュールが配置される、請求項２または３の発電パネル。
5. 複数の発電モジュールは、前記レーザ光の照射領域内に格子状に配置される、請求項４の発電パネル。
6. それぞれの発電モジュールは１または複数の発電セルを有し、
   全ての発電セルは発電モジュールごとに電気的に並列に接続される、請求項４または５の発電パネル。
7. 前記レーザ光の中心側に配置される発電モジュールは１の発電セルで構成される、請求項４から６のいずれかの発電パネル。
8. 前記発電セルは、同一の形状および寸法を有し、前記レーザ光の照射領域内に格子状に配置される、請求項６または７の発電パネル。
9. 前記レーザ光は、複数のレーザ光が重ねられたものである、請求項１から８のいずれかの発電パネル。