JP2011165895A - Multi-junction solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多重接合型太陽電池に関し、特に多重接合型太陽電池における出力変動の緩和機能を有した太陽電池に係る。 The present invention relates to a multijunction solar cell, and more particularly to a solar cell having a function of mitigating output fluctuations in a multijunction solar cell.
太陽電池の構造としては、従来から種々構造が開示されている。例えば、特許文献1においては、複数の導電性基板上に形成した太陽電池素子を集積化した太陽電池モジュールが記載されている。該太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子は、導電性基板106上に金属電極層108、半導体層109、透明電極層110を順次形成した構造となっている。
Conventionally, various structures have been disclosed as solar cell structures. For example,
特許文献2においては、より高効率な太陽電池の例として、複数個の太陽電池素子を一つの素子内に作りこんだ構造を有する多重接合型の太陽電池が記載されている。この太陽電池は、半導体接合を有する素子として、一導電型の第1不純物半導体層と、該一導電型とは逆導電型の第2不純物半導体層と、前記第1不純物半導体層と前記第2不純物半導体層との間を貫通する結晶領域を非晶質構造の中に含む半導体層とを有して、光電変換装置を構成したものである。 In Patent Document 2, as an example of a more efficient solar cell, a multi-junction solar cell having a structure in which a plurality of solar cell elements are formed in one element is described. The solar cell includes, as an element having a semiconductor junction, a first impurity semiconductor layer having one conductivity type, a second impurity semiconductor layer having a conductivity type opposite to the one conductivity type, the first impurity semiconductor layer, and the second impurity semiconductor layer. The photoelectric conversion device is configured to include a semiconductor layer including a crystal region penetrating between the impurity semiconductor layer and an amorphous structure.
さて、太陽電池が設置される場所は、基本的に日照量が多く見込まれる場所であることが多い。産業的には砂漠などの日照条件のよい広大な土地が確保できる場所に集中的に設置されたり、個人需要としては住宅の屋根の上などに設置されることが多い。 Now, a place where a solar cell is installed is basically a place where a large amount of sunlight is expected. Industrially, it is often installed in a place where a large area with good sunshine conditions such as a desert can be secured, or on the roof of a house for personal demand.
太陽電池は、一旦設置されると、10年程度或いはそれ以上使用されることが多い。太陽電池は太陽光の照射を受けて、光電効果の一種である光起電力効果により光エネルギーを電気に変換するものであり、その変換材料として半導体を用いる。長期的に見た場合、該半導体の劣化に伴い前記変換の効率が低下し、太陽電池の性能に影響を及ぼす。 Once installed, solar cells are often used for about 10 years or longer. A solar cell receives light irradiation and converts light energy into electricity by a photovoltaic effect which is a kind of photoelectric effect, and a semiconductor is used as the conversion material. From a long-term perspective, the conversion efficiency decreases as the semiconductor deteriorates, affecting the performance of the solar cell.
半導体の劣化要因としては、例えば、強い光が長期間に亘って照射されることが挙げられる。強い光が照射されると、太陽電池に用いる半導体中のダングリングボンド(未結合手)が増加し、該半導体中の格子欠陥密度が増加することにより導電率が低下し、太陽電池としての出力が低下していく。また、太陽電池は屋外で使用されるために、日照とともに太陽電池の温度が上昇し、高温になってくると(約70度〜80度)前記半導体のバンドギャップ(禁制帯幅)が減少することにより、太陽電池の出力電圧が低下することがある。 As a deterioration factor of a semiconductor, for example, intense light is irradiated over a long period of time. When intense light is irradiated, dangling bonds (unbonded hands) in the semiconductor used in the solar cell increase, and the lattice defect density in the semiconductor increases, resulting in a decrease in conductivity and output as a solar cell. Will go down. Further, since the solar cell is used outdoors, the temperature of the solar cell increases with sunshine, and the band gap (forbidden band width) of the semiconductor decreases when the temperature becomes high (about 70 to 80 degrees). As a result, the output voltage of the solar cell may decrease.
そこで、経時変化に対して安定な光起電力素子を提供するものとして、例えば、特許文献2に記載されたものがある。特許文献3は、太陽電池の半導体層を、有機半導体であるポリシラン化合物を用いて構成し、さらに屈折率調整剤を前記有機半導体層の膜圧方向に沿って予め分布させたうえで構成したことが記載されている。 Thus, for example, Patent Document 2 discloses a photovoltaic device that is stable against changes with time. In Patent Document 3, a semiconductor layer of a solar cell is configured using a polysilane compound that is an organic semiconductor, and a refractive index adjusting agent is further distributed in advance along the film pressure direction of the organic semiconductor layer. Is described.
屈折率調整剤としては、CaF2,LiF等の無機化合物、Be,Mg等の金属、エボナイト、こはく等の有機化合物、合成樹脂が用いられ、これらを粉体又は超微粒子の形で前記ポリシラン化合物中に単独又は混合して前記有機半導体層の膜圧方向に沿って分布させることにより、比較的広範囲の波長成分の光を吸収できる様になり、経時変化に対して安定な光起電力素子を提供できることが記載されている。 As the refractive index adjuster, inorganic compounds such as CaF2 and LiF, metals such as Be and Mg, organic compounds such as ebonite and amber, and synthetic resins are used, and these are used in the form of powder or ultrafine particles in the polysilane compound. By distributing them along the film pressure direction of the organic semiconductor layer alone or in combination, it becomes possible to absorb light of a relatively wide range of wavelength components and provide a photovoltaic device that is stable against changes over time. It describes what you can do.
このような光起電力素子においては、従来の光起電力素子と比べて経時変化に対する光劣化が減少することが期待できる。しかしながら、光劣化の速度を遅らせるものであるから、長期間における光起電力の性能維持という観点で見た場合には、設置当初の状態からは徐々に半導体の劣化が進むことにより、それに応じて徐々に光起電力の低下が生ずることは避けられないものである。また、半導体の劣化が起こった場合には、通常光起電力が復元することはないため、太陽電池の使用期間に相当する10年〜15年程度の期間で見ると、発電量の低下はコストパフォーマンスに大きく影響してくる。特に、将来に亘って気候の温暖化や気候変動などが想定した以上に進み日照量が大きくなってくるような場合、半導体の光劣化が想定した以上に進み、使用しているうちに期待した発電量が得られなくなるおそれがある。即ち、当初予定していた使用可能期間が短くなってしまう可能性がある。また、日照量が小さくなってくるような場合、当初想定した発電量が得られなくなる可能性がある。 In such a photovoltaic element, it can be expected that light degradation with respect to a change with time is reduced as compared with a conventional photovoltaic element. However, because it slows down the rate of photodegradation, when viewed from the viewpoint of maintaining the performance of photovoltaic power over a long period of time, semiconductor degradation gradually proceeds from the initial installation state, and accordingly It is inevitable that the photovoltaic power will gradually decrease. In addition, when the semiconductor is degraded, the photovoltaic power is not normally restored. Therefore, when viewed in a period of about 10 to 15 years corresponding to the usage period of the solar cell, the decrease in the amount of power generation is the cost. The performance will be greatly affected. In particular, if the amount of sunshine is higher than expected due to climate warming or climate change in the future, the photodegradation of the semiconductor has progressed more than expected and expected during use There is a risk that the amount of power generation cannot be obtained. That is, there is a possibility that the usable period that was initially planned may be shortened. Moreover, when the amount of sunshine becomes small, there is a possibility that the initially assumed power generation amount cannot be obtained.
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、太陽電池としての最高出力を長期間に亘り一定に保持するとともに、設置時以降の気候変動などに応じて適宜最高出力の値の増減を調整し、安定した出力を行える多重接合型の太陽電池を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and while maintaining the maximum output as a solar cell constant over a long period of time, the value of the maximum output is appropriately increased or decreased according to climate change after installation. It is an object of the present invention to provide a multi-junction solar cell capable of adjusting the power and performing stable output.
本発明に係る太陽電池は、上述の課題を解決すべく構成されたもので、
複数の太陽電池素子を層状に積み重ねて形成した多重接合型太陽電池の受光面上に、
透過率制御層が形成されるとともに、
前記太陽電池素子に設けられた電極層と電気的に接続された制御ICが該太陽電池素子に隣接させて形成されて、
前記制御ICは、前記半導体層における発電量計測手段と、
計測した発電量とメモリ部に記憶した発電量の初期設定値との比較手段と、
時間の経過を計測するタイマー手段と、を備えた演算手段を有し、
所定の間隔で、前記比較手段による比較演算処理を行い、発電量が初期設定値よりも大きな場合には、
発電量が前記初期設定値に近づくよう、発電量を小さくする方向に前記透光率制御層における透光率を小さくする制御を行うことを特徴として多重接合型太陽電池を構成するとよい。
The solar cell according to the present invention is configured to solve the above-described problems,
On the light receiving surface of a multi-junction solar cell formed by stacking a plurality of solar cell elements in layers,
A transmittance control layer is formed,
A control IC electrically connected to an electrode layer provided in the solar cell element is formed adjacent to the solar cell element,
The control IC includes a power generation amount measuring unit in the semiconductor layer,
Means for comparing the measured power generation amount with the initial setting value of the power generation amount stored in the memory unit;
Timer means for measuring the passage of time, and arithmetic means comprising:
When a comparison calculation process is performed by the comparison unit at a predetermined interval and the power generation amount is larger than the initial set value,
A multi-junction solar cell may be configured by performing control to reduce the light transmittance in the light transmittance control layer in the direction of decreasing the power generation amount so that the power generation amount approaches the initial set value.
かかる構成によれば、多重接合型太陽電池を設置して使用開始後、予め定めた発電量の初期設定値よりも発電量が大きな場合には、発電量が初期設定値に近づくよう、透光率制御層の透光率を小さくする制御を行うことにより、太陽電池に必要以上の光を照射させず、太陽電池としての最高出力を長期間に亘り一定に保持するとともに、設置時以降の気候変動などに応じて適宜最高出力の値を調整し、安定した出力を行える太陽電池を提供することができる。 According to such a configuration, after installing the multi-junction solar cell and starting to use, when the power generation amount is larger than the predetermined initial power generation amount, the light transmission amount is adjusted so that the power generation amount approaches the initial setting value. By controlling to reduce the light transmittance of the rate control layer, the solar cell is not irradiated with more light than necessary, the maximum output as the solar cell is kept constant over a long period of time, and the climate after installation It is possible to provide a solar cell that can adjust the value of the maximum output as appropriate according to fluctuations and the like and perform stable output.
また、本発明に係る多重接合型太陽電池は、前記制御ICにより、所定の間隔で、前記比較手段による比較演算処理を行い、発電量が初期設定値よりも小さな場合には、
発電量が前記初期設定値に近づくよう、発電量を大きくする方向に前記透光率制御層における透光率を大きくする制御を行うよう構成してもよい。
Further, the multi-junction solar cell according to the present invention performs a comparison calculation process by the comparison means at a predetermined interval by the control IC, and when the power generation amount is smaller than an initial set value,
Control may be performed to increase the light transmittance in the light transmittance control layer in the direction of increasing the power generation amount so that the power generation amount approaches the initial set value.
かかる構成によれば、日照量が低くなる方向に気候変動が発生しているような場合、太陽電池の出力が初期設定値よりも低くなることにより、当初想定した出力が得られなくなることを是正し、安定した出力を行える太陽電池を提供することができる。 According to such a configuration, when climate change occurs in a direction in which the amount of sunshine decreases, it is corrected that the output initially assumed cannot be obtained because the output of the solar cell is lower than the initial setting value. Thus, it is possible to provide a solar cell capable of stable output.
また、本発明に係る多重接合型太陽電池における透光率制御層は、前記複数の太陽電池素子の層間に形成されて、前記制御ICにより、各々の透光率制御層における透光率が、経時的に、前記制御ICにより制御されることを特徴して多重接合型太陽電池を構成してもよい。 Further, the light transmittance control layer in the multi-junction solar cell according to the present invention is formed between the plurality of solar cell elements, and the light transmittance in each light transmittance control layer is controlled by the control IC. The multi-junction solar cell may be configured to be controlled by the control IC over time.
かかる構成によれば、多重接合型太陽電池に用いる半導体の劣化特性に合わせて透光率を制御できるようになるため、きめ細かく制御を行うことができ、多重接合型太陽電池に適した制御を行える。これにより、設置当初と経年後における最高出力を一定に保持しやすくできる。 According to such a configuration, the light transmittance can be controlled in accordance with the deterioration characteristics of the semiconductor used in the multijunction solar cell, so that fine control can be performed, and control suitable for the multijunction solar cell can be performed. . As a result, it is possible to easily maintain the maximum output at the beginning and after the lapse of time.
また、本発明に係る多重接合型太陽電池における制御ICは、経年後における予め定めた所定の出力量を前記初期設定値として、設置当初の最高出力量が該初期設定値になるよう透光率を制御する構成としてもよい。 In addition, the control IC in the multi-junction solar cell according to the present invention uses the predetermined output amount after a lapse of time as the initial set value, and the transmissivity so that the initial maximum output amount becomes the initial set value. It is good also as a structure which controls.
かかる構成によれば、太陽電池に用いられる半導体における経年的な劣化を予め見込んだ出力量に当初の最高出力を設定することができ、太陽電池の経年後における最高出力を所定値に保持することができる。 According to such a configuration, the initial maximum output can be set to an output amount that anticipates aged deterioration in a semiconductor used in a solar cell in advance, and the maximum output after the aging of the solar cell is maintained at a predetermined value. Can do.
また、本発明に係る多重接合型太陽電池における透光率制御層は、前記透明電極層に接合される偏向板と、該偏向板に接合される透明電極層と、該透明電極層と接合され2つの配向層に挟まれる液晶層と該液晶層に接合される透明電極層と、該透明電極層に接合される偏向板とにより構成され、前記制御ICと前記透光率制御層における前記透明電極層とが電気的に接続されて、前記制御ICにより前記液晶の配向を変化させることにより透光率を制御するよう構成してもよい。 The transmissivity control layer in the multi-junction solar cell according to the present invention includes a deflection plate bonded to the transparent electrode layer, a transparent electrode layer bonded to the deflection plate, and the transparent electrode layer. The transparent IC layer is composed of a liquid crystal layer sandwiched between two alignment layers, a transparent electrode layer bonded to the liquid crystal layer, and a deflecting plate bonded to the transparent electrode layer. An electrode layer may be electrically connected, and the light transmittance may be controlled by changing the alignment of the liquid crystal by the control IC.
かかる構成によれば、太陽電池素子における半導体層の形状や大きさに応じて透光率制御層を形成しやすく、また、液晶は電圧の印加によりその分子の配向を連続的に変化させやすいから経時的な透光率の制御を行いやすい。 According to such a configuration, it is easy to form a light transmittance control layer according to the shape and size of the semiconductor layer in the solar cell element, and the liquid crystal is likely to continuously change its molecular orientation by applying a voltage. It is easy to control the light transmittance over time.
また、本発明に係る多重接合型太陽電池における前記制御ICは、少なくとも前記最高出力の値を調整した回数データ、
発電量の制御内容データ、
を前記メモリ部に蓄積し、
最高出力の値の調整を行う都度、これらのデータを前記演算手段により確認し、
発電量の制御内容データが同じものが3回連続した場合には、
該3回目のデータを確認したときに、
前記連続した制御内容と同様の制御を行い、前記発電量の初期設定値を、
所定の大きさだけ変更するよう構成してもよい。
Further, the control IC in the multi-junction solar cell according to the present invention includes at least frequency data obtained by adjusting the maximum output value,
Control content data of power generation amount,
In the memory unit,
Each time the maximum output value is adjusted, these data are checked by the calculation means,
If the same power generation amount control content data continues three times,
When checking the third data,
Perform the same control as the continuous control content, the initial set value of the power generation amount,
You may comprise so that only a predetermined magnitude | size may be changed.
かかる構成によれば、長期的に見た気候変動などの傾向を、日照量が増加する方向若しくは日照量が減少する方向の連続する回数で予測し、発電量の初期設定値を前記予測に応じて増減させるよう制御するから、太陽電池を構成する半導体に過度な負荷をかけずに、長期的な気候に応じて安定した出力を行える太陽電池を提供することができる。 According to such a configuration, a trend such as climate change seen in the long term is predicted by the number of consecutive times in which the amount of sunshine increases or the amount of sunshine decreases, and the initial setting value of the power generation amount is determined according to the prediction. Therefore, it is possible to provide a solar cell capable of performing a stable output according to a long-term climate without applying an excessive load to the semiconductor constituting the solar cell.
以上の如く、本発明によれば、長期的に見た気候変動の傾向を適宜反映させた発電量となるよう発電量の設定値を是正する制御を行うことにより、太陽電池としての最高出力を長期間に亘り一定に保持するとともに、設置時以降の気候変動などに応じて適宜最高出力の値の増減を調整して、安定した出力を行える多重接合型太陽電池を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the maximum output as a solar cell can be achieved by performing control to correct the set value of the power generation amount so that the power generation amount appropriately reflects the long-term trend of climate change. A multi-junction solar cell capable of maintaining stable output over a long period of time and adjusting the increase / decrease in the maximum output value as appropriate according to climate change after installation, etc., can be provided.
次に本発明の実施形態を図1乃至図6を用いて詳細に説明する。
(第1の実施形態)
(太陽電池の説明)
図1は、本発明における太陽電池の第1の実施形態を示した概略構成図である。図1は、太陽電池1における層状構成をなす太陽電池素子の断面を示したもので、該太陽電池素子は、導電性基板101上に層状に形成される。該導電性基板101上には、金属電極層102と、該金属電極層102と接合される半導体層103と、該半導体層103と接合される透明電極層104と、該透明電極層104と接合される透光率制御層105とが順次層状に形成される。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
(First embodiment)
(Description of solar cell)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a solar cell in the present invention. FIG. 1 shows a cross section of a solar cell element having a layered structure in the
前記半導体層103は、バンドギャップの異なるpn接合素子を光の進行方向に積み重ね、複数個積層させて構成したものである。図1においては、半導体層として3層(1031,1032,1033)の半導体により構成している。この半導体層103は、光の入射があったときに、短波長側の光から順次各層の半導体層1033,1032,1031によって吸収され、それぞれのバンドギャップに見合った電圧を発生する。発生した電圧は、各々の半導体層の層間に設けられる透明電極を介して伝えられる。
The
前記層を成すpn接合素子としては、GaAlAsとGaAsの組み合わせや、アモルファスSiとアモルファスSiGeの組み合わせなど、種々想定される。 As the pn junction element forming the layer, various combinations such as a combination of GaAlAs and GaAs and a combination of amorphous Si and amorphous SiGe are assumed.
前記導電性基板101上には、前記透光率制御層105を制御するための制御IC106が配設され、該制御IC106は、前記透明電極層に設けられた集電電極107と、前記金属電極層102とに電気的に接続されて電源を得る。該制御ICは、時間カウント機能と、時間カウントに応じて、後述する透光率制御層に出力する出力電圧を変化させる機能を備えたものである。
A
前記制御IC106は、前記半導体層における発電量を計測して、該発電量が予め定めた初期設定値以上になっている場合には、初期設定値に近づくよう、発電量を減少させる方向に、前記透光率制御層105における透光率を小さくする制御を行うものである。また、該発電量が予め定めた初期設定値以下になっている場合には、初期設定値に近づくよう、発電量を増加させる方向に、前記透光率制御層105における透光率を大きくする制御を行うものである。
The
図3には、制御IC106のブロック構成図を示した。制御IC106には、前記電極から電源を得るための電源入力部1061と、該電源入力部に入力された電圧を基に半導体層における発電量を計測するための発電量計測部10631と、予め初期設定値として設定した発電量データを記憶させたメモリ部10633と、時間の経過をカウントするタイマー部10634と、所定の間隔で前記比較手段による比較演算を行う比較部10632と、比較部10632による比較結果に応じて前記透光率制御層105における透光率を制御する電源出力部1062を備える。
FIG. 3 shows a block diagram of the
前記発電量計測部10631は、電源入力部1061に入力される電圧値、電流値をA/D変換によってデジタルデータ化し、前記比較部10632に出力する。
The power generation
前記比較部10632は、所定の間隔で、メモリ部10633から発電量データを読み出して、発電量計測部10631にて計測された電圧値、電流値データと比較した結果、発電量が初期設定値である発電量データよりも大きな場合には、比較部10632からの出力信号を受けて前記透光率制御層105における透光率を小さくする制御を行う。
The
また、発電量が初期設定値である発電量データよりも小さな場合には、比較部10632からの出力信号を受けて前記透光率制御層105における透光率を大きくする制御を行う。
In addition, when the power generation amount is smaller than the power generation amount data that is the initial setting value, the light transmission rate in the light
また、タイマー部10634は経時的に時間のカウントを行うもので、前記比較部10632にて比較を行うタイミングとなる前記所定の時間としては、数時間毎、1日毎、1週間毎、1カ月毎など適宜時間の経過に基づく設定とするとよい。
The timer unit 10634 counts time over time, and the predetermined time that is a timing for comparison by the
また、時間の経過に基づくタイミングの他、前記発電量計測部10631にて計測された電圧値、電流値の計測データの時間的な変化を計測し、本来想定していた発電量の変化(Po〜PB)に対して大きな変化(例えば2倍以上の変化)が発生したときを、前記比較部10632にて比較を行うタイミングとしてもよい。予め定めた時間の経過に加えて、発電量が実際に大きく変化したときを比較演算のタイミングとすることで、半導体層への必要以上の日照を早期に防止でき、半導体層の光劣化を防止することができる。
In addition to the timing based on the passage of time, the temporal change in the measurement data of the voltage value and the current value measured by the power generation
前記透光率制御層105は、前記半導体層103に照射される光の透過率の大小を制御するもので、これにより前記半導体層103への太陽光の照射量の大小が制御される。本実施例では、電圧を印加することにより分子の配向を変化させる液晶を用いて構成している。
The light
(透光率制御層の説明)
図2に、前記透光率制御層105の概略構成図を示した。図2は、透光率制御層105の断面を示したもので、該透光率制御層105は、前記透明電極層104上に層状に形成される。透光率制御層105は、前記透明電極層104に接合される偏光板1051と、該偏光板1051に接合される透明電極層1052と、該透明電極層1052と接合され2つの配向層1053、1054に挟まれる液晶層1055と該液晶層1055に接合される透明電極層1056と、該透明電極層1056に接合される偏光板1057とにより層状に形成される。
(Description of translucency control layer)
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the light
前記透光率制御層105における透明電極1052、1056は、前記制御IC106と電気的に接続される。前記液晶1055は、制御IC106から電源の印加状態を制御されることにより該液晶1055の配向を変化させられる。
The
(制御の説明)
次に、図4乃至図6を用いて、前記制御IC106による前記透光率制御層105の制御のさせ方を説明する。図4には、経時的にみた太陽電池1の最高出力の変化の状態を示している。横軸が期間、縦軸が最高出力Pである。なお、ここで用いる最高出力Pは、図6に示した太陽電池の出力特性を示した図における、Vp(出力電圧)、Ip(出力電流)の積が最大になる部分の出力Pとする。また、Voは開放電圧、Ioは短絡電流である。
(Explanation of control)
Next, how to control the light
設置当初の太陽電池の最高出力をPoとし、経時的要素として、例として期間を10年と見た場合に、10年後の最高出力をPB、太陽電池を構成する半導体の劣化に伴う最高出力の低下分をΔP(デルタP=Po−PB)とする。太陽電池としての最高出力を経時的に一定に保持するために、設置当初における最高出力を予めPBに保つよう制御する。 The maximum output of the solar cell at the time of installation is Po, and as a time factor, for example, when the period is assumed to be 10 years, the maximum output after 10 years is PB, and the maximum output due to the deterioration of the semiconductor constituting the solar cell Let ΔP (delta P = Po−PB) be the amount of decrease. In order to keep the maximum output as a solar cell constant over time, control is performed so that the maximum output at the time of installation is kept at PB in advance.
ここで、図5(a)に示したように、設置当初における透光率をτo、前記10年後における透光率を第一の透光率τBとした場合に、該第一の透光率τBは、前記透光率制御層105における透光率を最大とするものであり、τoは、前記太陽電池1の最高出力が、前記Poから、前記ΔPを差し引いた出力PBとなる透光率である。
Here, as shown in FIG. 5A, when the light transmittance at the beginning of installation is τo and the light transmittance after 10 years is the first light transmittance τB, the first light transmittance The rate τB maximizes the transmissivity in the
太陽電池の出力Pと透光率τとの関係は、時間をt、Aを定数として、透光率の時間変化に比例する、P ∝ A・τ(t)と表せる。具体的には、透光率は、当初の値から、徐々に大きくなるよう制御するから、時間とともに増加するように
τ={(τB−τo)/(tB−to)}・t と変化する。
τB、τo、定数Aは、太陽電池に用いる透光率制御層としての液晶、偏光板、透明電極等の全体としての透光率を考慮する必要があるから、10年後のPBと合わせて適宜定める。
The relationship between the output P of the solar cell and the transmissivity τ can be expressed as P ∝ A · τ (t), where time is t and A is a constant, and is proportional to the temporal change of the transmissivity. Specifically, since the transmissivity is controlled so as to gradually increase from the initial value, it changes as τ = {(τB−τo) / (tB−to)} · t so as to increase with time. .
τB, τo, and constant A need to be considered together with the PB after 10 years because it is necessary to consider the overall transmittance of the liquid crystal, polarizing plate, transparent electrode, etc. as the transmittance control layer used in the solar cell. Determine as appropriate.
このような単調的に透光率を増加させる制御を基本制御としたうえで、図5(b)(c)に示したように、時間tcで、発電量が初期設定値であるPBから増加した場合には、比較部10632にて発電量の増加分ΔP1を計測し、該発電量の増加分ΔP1を減少させるように、透光率を、Δτ1だけ小さくする制御を行う第二の制御を行う。
Based on such a control that monotonously increases the light transmittance, as shown in FIGS. 5B and 5C, the power generation amount increases from the initial setting value PB at time tc as shown in FIGS. In such a case, the
なお、発電量が初期設定値よりも小さくなる方向に変化する場合には、該初期設定値に近づくよう、発電量を大きくする方向に、透光率を大きくする制御を行う。 When the power generation amount changes in a direction to be smaller than the initial set value, control is performed to increase the transmissivity in a direction to increase the power generation amount so as to approach the initial set value.
制御IC106による透光率の制御は、前記透光率制御層105に向けて電源出力部1062から印加する電圧を変化させることにより制御を行う。即ち、前記液晶層1055に接合される透明電極層1052、1054に印加する電圧を変化させることにより液晶の配向を変化させ、太陽電池における当初の最高出力が、当初の最高出力Poから半導体の経時的な劣化に伴う出力低下に伴う出力低下分を差し引いた出力PBになるよう、夫々の透光率を制御するよう透光率制御層に電圧を供給する制御を行う。
The control of the light transmittance by the
また、前記制御IC106における透光率制御層105の制御のさせ方として、該透光率制御層105における、配向層に挟まれる液晶の特性、即ち、液晶分子の配向のさせ方により、電圧を印加しないときに透光率が大きくなるもの、電圧を印加するときに透光率が大きくなるもの等の特性に応じて、経時的に見た場合、印加する電圧を徐々に小さくしていく場合、印加する電圧を徐々に大きくしていく場合が想定される。このような場合には、太陽電池の出力Pから、制御IC駆動用の電源、透光率制御層の制御用電源の大きさの経時的変化を加味し、前記10年後の出力PBを設定するとよい。
Further, as a method of controlling the
なお、期間は10年を例に挙げたが、製品としての太陽電池の出力を保証する期間や、太陽電池の取替推奨期間を想定して、15年、5年など適宜想定する期間を定めて、そのときの出力PBに応じて、透光率の変化をさせるよう制御を行うとよい。 The period is 10 years as an example, but assuming a period for guaranteeing the output of the solar cell as a product and a recommended replacement period for the solar cell, an appropriate period such as 15 years or 5 years is set. Thus, it is preferable to perform control so as to change the light transmittance in accordance with the output PB at that time.
(第2の実施形態)
次に第2の実施形態について、図7を用いて説明を行う。第1の実施形態との違いは、前記透光率制御層105A,105Bが、半導体層1031と1032,1032と1033の層間に夫々設けられて構成された点である。夫々の透光率制御層105A,105Bにおける透明電極は、前記制御IC106と電気的に接続されて、該制御IC106からの電源の印加状態を制御されることにより液晶の配向を変化させられる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The difference from the first embodiment is that the light
本実施形態の場合に用いる制御IC106は、制御する透過率制御層に数に応じて、前述した時間カウントに応じて透光率制御層に出力する出力電圧を変化するためのチャンネルを複数備えたものが好ましい。夫々のチャンネルを時間カウントとともに独立制御することにより、半導体層として用いる半導体の劣化特性に合わせて透光率を変化させることができるから、きめ細かく制御を行うことでき、多重接合型太陽電池に適した制御を行うことができる。
The
即ち、図8に示すように、夫々の半導体層1031,1032,1033における10年後の最高出力の低下分がΔPa,ΔPb,ΔPc(ΔPb<ΔPa<ΔPc)である場合、夫々の経時的な出力低下に合わせて透過率を変化させることができ、最適な制御を行うことができるからである。
That is, as shown in FIG. 8, when the decrease in the maximum output after 10 years in each of the
制御IC106は、太陽電池における当初の最高出力が、当初の最高出力Po(Poa,Pob,Poc)から半導体の経時的な劣化に伴う出力低下に伴う出力低下分(ΔPa,ΔPb,ΔPc)を差し引いた出力PB(PBa,PBb,PBc)になるよう、夫々の透光率を制御するよう透光率制御層に電圧を供給する制御を行う。
The
太陽電池の出力が前記PB(PBa,PBb,PBc)になるときの透光率τo(τoa,τob,τoc)を予め太陽電池の製造時に定めておき、透光率制御層の透光率が前記透光率τoになるときの制御電圧を初期の印加電圧とし、制御ICから透光率制御層の制御を行う。なお、光の受光面から見て、下方の層における透過率は、太陽電池に用いる透光率制御層としての液晶、偏光板、透明電極、半導体等の全体としての透光率を考慮する。 The transmittance τo (τoa, τob, τoc) when the output of the solar cell becomes the PB (PBa, PBb, PBc) is determined in advance when the solar cell is manufactured, and the transmittance of the transmittance control layer is The control voltage when the light transmittance τo is reached is an initial applied voltage, and the light transmittance control layer is controlled from the control IC. Note that the transmittance in the lower layer as viewed from the light receiving surface takes into account the overall transmittance of a liquid crystal, a polarizing plate, a transparent electrode, a semiconductor, and the like as the transmittance control layer used in the solar cell.
制御ICには、これら半導体層毎における当初印加電圧、印加電圧の経時的な対応データ等を記憶する記憶部を設けて構成し、経時的にこれらのデータを記憶部から読み出して夫々制御を行うとよい。 The control IC is provided with a storage unit for storing the initial applied voltage for each of these semiconductor layers, the applied data over time of the applied voltage, and the like, and these data are read from the storage unit over time and controlled. Good.
(第3の実施形態)
次に第3の実施形態について、図9を用いて説明を行う。第1、第2の実施形態との違いは、前記制御IC106の電源を、多重接合をなす一部の半導体層から供給し、他の多重接合をなす半導体層により発生した電源を用いない点である。図9の場合には、光の受光面から見て、一番下側の半導体層から制御IC用の電源を取得する例を示している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The difference from the first and second embodiments is that the power supply of the
この場合には、制御IC用の電源と、太陽電池として外部に供給するための電源を分けているから、例えば、長期的に見た場合に制御ICの制御不良や、半導体層の不良により、正常に発電や制御ができなくなった場合に、半導体層全てから電源を供給する場合に比べて、不具合の波及を防ぐことができる。 In this case, since the power supply for the control IC and the power supply for supplying to the outside as a solar cell are separated, for example, due to a control failure of the control IC or a failure of the semiconductor layer in the long term, In the case where power generation and control cannot be performed normally, it is possible to prevent a problem from spreading as compared with a case where power is supplied from all the semiconductor layers.
(第4の実施形態)
次に、図10を用いて、太陽電池の第4の実施形態を説明する。第4の実施形態においては、第1の実施形態で説明した制御に加えて、長期的に見た気候変動などの傾向を、日照量が増加する方向若しくは日照量が減少する方向の連続する回数で予測し、発電量の初期設定値を前記予測に応じて増減させるよう制御するものである。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the solar cell will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, in addition to the control described in the first embodiment, the number of consecutive changes in the direction in which the amount of sunshine increases or the direction in which the amount of sunshine decreases decreases in a long-term trend such as climate change. And control to increase or decrease the initial set value of the power generation amount according to the prediction.
制御IC106には、第1の実施形態の構成に加えて、メモリ部10633に、前記最高出力の値を調整した回数データ、発電量の制御内容データを蓄積し、最高出力の値の調整を行う都度、これらのデータを前記演算手段により確認する。
In addition to the configuration of the first embodiment, the
まず、時間tcで、発電量が初期設定値であるPBから増加した場合(図10(a))には、比較部10632にて発電量の増加分ΔP1を計測し、該発電量の増加分ΔP1を減少させるように、透光率を、Δτ1だけ小さくする制御を行う(図10(b))。
First, when the power generation amount increases from the initial setting value PB at time tc (FIG. 10A), the
図10(a)のように、発電量が、初期設定値PBから、ΔP1、ΔP2、ΔP3の3回連続して増加した場合、制御IC106は、透光率制御層における透光率をΔτ1、Δτ2、Δτ3だけ減少させ、その都度、メモリ部10633に制御回数データと透光率を減少させた、透光率を増加させたという制御内容データを蓄積していく。そして、透光率を減少させるという制御内容データが同じものが3回連続したことを比較部がメモリ部から読み取り確認した場合には、連続した制御内容と同じ制御を予め行う。
As shown in FIG. 10A, when the power generation amount increases from the initial set value PB three times, ΔP1, ΔP2, and ΔP3, the
即ち、図10(b)の場合では、透光率を予めΔτ4だけ減少させて、発電量の初期設定値をPBからΔP4だけ減少させる。長期的に見て、日照量が増加する方向に気候変動しているものと予測し、予め発電量を下げ、太陽電池の半導体層を過度な日照から保護し、安定した出力を行えるように制御する。 That is, in the case of FIG. 10B, the light transmittance is previously reduced by Δτ4, and the initial set value of the power generation amount is reduced from PB by ΔP4. In the long term, the climate is predicted to increase in the amount of sunshine, and the power generation is reduced in advance, and the semiconductor layer of the solar cell is protected from excessive sunshine, and controlled so that stable output can be achieved. To do.
また、連続して発電量が減少するような場合には、透光率を増加させて、発電量の初期設定値をPBから増加させる。長期的に見て、日照量が減少する方向に気候変動しているものと予測し、予め発電量を上げ、太陽電池の半導体層が適度な日照を得られるようにし、安定した出力を行えるように制御する。 Further, when the power generation amount continuously decreases, the light transmission rate is increased and the initial set value of the power generation amount is increased from PB. In the long run, it is predicted that the climate will change in the direction that the amount of sunshine will decrease, so that the power generation amount will be increased in advance, so that the semiconductor layer of the solar cell can obtain appropriate sunshine, and stable output can be performed To control.
前述したΔP4(Δτ4)の大きさは、前記メモリ部に、過去に連続して変化した発電量の変化量データ(透過率の変化量データ)を蓄積しておき、変化した発電量(透過率)から演算して求めた平均的な発電量(透過率)を用いてもよい。これにより、発電量の変化分として、実際の気候変動に即した程度の大きさの変化分が得られ、太陽電池が設置される場所において適正な大きさの発電量の制御を行うことができる。 The magnitude of ΔP4 (Δτ4) described above is obtained by accumulating change data (change data of transmittance) of the power generation amount continuously changed in the past in the memory unit, and changing the power generation amount (transmittance). ) May be used as an average power generation amount (transmittance). As a result, as the amount of change in the amount of power generation, the amount of change corresponding to the actual climate change can be obtained, and the amount of power generation of an appropriate size can be controlled at the place where the solar cell is installed. .
(制御対象となる太陽電池の種類について)
また、太陽電池に用いる半導体として、結晶系となる単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファス系となるアモルファスシリコンに代表されるIV族半導体、GaAs、CdS、CuInSe2等、III−V族、II−VI族、I−III−VI族などの化合物半導体、フタロシアニンなどの有機半導体を用いた太陽電池、また、湿式太陽電池に代表される色素増感太陽電池においても、本願における透光率制御層を設けて経時的に透光率を制御し、これら半導体等に照射される太陽光の大小を制御することにより、出力を制御することが可能である。この他、太陽光や照明などの光が照射されることにより発電が行われる電池であれば、太陽光や照明などの照射量を調整することにより制御が可能である。
(About the types of solar cells to be controlled)
In addition, as semiconductors used for solar cells, crystalline single crystal silicon, polycrystalline silicon, group IV semiconductors typified by amorphous silicon, GaAs, CdS, CuInSe2, III-V group, II-VI The transmissivity control layer in the present application is also provided in solar cells using compound semiconductors such as Group I, III-VI, etc., organic semiconductors such as phthalocyanine, and dye-sensitized solar cells typified by wet solar cells. Thus, it is possible to control the output by controlling the light transmittance over time and controlling the magnitude of sunlight applied to these semiconductors and the like. In addition, any battery that generates power by being irradiated with light such as sunlight or illumination can be controlled by adjusting the amount of irradiation such as sunlight or illumination.
また、前記導電性基板101上に設けた制御IC106について、該制御ICと電極との電気的接続を微小ワイヤで接続してもよいし、導電性基板上にパターン配線を設けて接続してもよい。
Further, regarding the
また、太陽電池1を複数用いてモジュール化する場合には、図11に示したように太陽電池1を直列接続したり、並列接続して用いるとよい。図11(a)には、前記導電性基板101上に太陽電池1を複数形成した例を示している。それぞれの太陽電池は、前記導電性基板101上に形成された電極108にて接続されており、また、制御IC106はそれぞれの太陽電池に設けられている。モジュール同士を接続する場合には電極108を順次接続するとよい。
Further, when a plurality of
また、図11(b)には、太陽電池1を複数形成し、これら太陽電池を1つの制御ICにて制御する例を示している。この場合、制御ICへの電源供給は一つの太陽電池から行ってもよいし、複数の太陽電池から行ってもよい。また、配線の効率化を図るため、制御IC106を基板の中ほどに設けている。
FIG. 11B shows an example in which a plurality of
(他の例)
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(Other examples)
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
例えば、第一の実施形態において、透光率制御層105には液晶を用いた例を示した。この液晶は、電圧の印加とともに、分子の配向が変化するものとして説明を行ったが、制御ICにおける制御電力を減少させ、省電力化を図るため、例えば、電圧の印加を断っても液晶の配向状態が維持されるメモリ効果を有した強誘電性液晶を用いて構成してもよい。これにより、常に電圧を印加しておく必要がなくなり、前記10年の間で、予め定めた所定の一定時間間隔毎に、短時間の電圧印加を行い、徐々に透光率を変化させていくことが可能である。
For example, in the first embodiment, an example in which liquid crystal is used for the light
また、例として挙げた前記10年後の出力PBとして、該10年後に見込まれる半導体の劣化に対して、所定の余裕量を設けて第一の実施形態で定めたPBよりもさらに低い出力量PCを定めて、該PCに対して、初期の透光率、経時後の透光率を定めて、制御してもよい。これにより、半導体の劣化が予想以上に進んだ場合や、経時的に透明電極層の透明度が低下した場合、また、透光率制御層の透光率が想定した変化よりも低くなった場合などにも、一定の出力は確保できるような太陽電池を構成できる。 Further, as the output PB after 10 years given as an example, an output amount that is lower than the PB determined in the first embodiment by providing a predetermined margin for the semiconductor degradation expected after 10 years. A PC may be determined, and an initial light transmittance and a light transmittance after time may be determined and controlled for the PC. As a result, when the deterioration of the semiconductor progresses more than expected, when the transparency of the transparent electrode layer decreases over time, or when the transmissivity of the transmissivity control layer becomes lower than the expected change, etc. In addition, a solar cell that can ensure a certain output can be configured.
また、複数の太陽電池を制御する場合において、制御する太陽電池と制御しない太陽電池を設けて、制御しない太陽電池は前記制御IC106の電源として用いるよう構成してもよい。
In the case of controlling a plurality of solar cells, a solar cell to be controlled and a solar cell not to be controlled may be provided, and the solar cell not to be controlled may be used as a power source for the
さらに、図11(c)に示したように、制御ICの回路パターンを、予め太陽電池に用いる半導体層に隣接させて作成し、太陽電池と一体化して制御ICを設けてもよい。この場合は、制御IC用の電源接続のための配線を不要とでき、また、太陽電池と制御ICを個別生産する場合と比較して生産の効率化が図れる。
Furthermore, as shown in FIG. 11C, a circuit pattern of the control IC may be created in advance adjacent to a semiconductor layer used for the solar cell, and the control IC may be provided integrally with the solar cell. In this case, the wiring for connecting the power supply for the control IC can be eliminated, and the production efficiency can be improved as compared with the case where the solar cell and the control IC are individually produced.
1 太陽電池
101 導電性基板
102 金属電極層
103 半導体層
104 透明電極層
105 透光率制御層
1051 偏光板
1052 透明電極
1053 透明電極
1054 配向層
1055 配向層
1056 液晶
1057 偏光板
106 制御IC
1061 電源入力部
1062 電源出力部
1063 比較演算部
10631 発電量計測部
10632 比較部
10633 メモリ部
10634 タイマー部
107 集電電極
DESCRIPTION OF
1061 Power
Claims (6)
透過率制御層が形成されるとともに、
前記太陽電池素子に設けられた電極層と電気的に接続された制御ICが該太陽電池素子に隣接させて形成されて、
前記制御ICは、前記半導体層における発電量計測手段と、
計測した発電量とメモリ部に記憶した発電量の初期設定値との比較手段と、
時間の経過を計測するタイマー手段と、を備えた演算手段を有し、
所定の間隔で、前記比較手段による比較演算処理を行い、発電量が初期設定値よりも大きな場合には、
発電量が前記初期設定値に近づくよう、発電量を小さくする方向に前記透光率制御層における透光率を小さくする制御を行うことを特徴とする多重接合型太陽電池。
On the light receiving surface of a multi-junction solar cell formed by stacking a plurality of solar cell elements in layers,
A transmittance control layer is formed,
A control IC electrically connected to an electrode layer provided in the solar cell element is formed adjacent to the solar cell element,
The control IC includes a power generation amount measuring unit in the semiconductor layer,
Means for comparing the measured power generation amount with the initial setting value of the power generation amount stored in the memory unit;
Timer means for measuring the passage of time, and arithmetic means comprising:
When a comparison calculation process is performed by the comparison unit at a predetermined interval and the power generation amount is larger than the initial set value,
A multijunction solar cell, wherein control is performed to reduce the light transmittance in the light transmittance control layer in a direction to reduce the power generation amount so that the power generation amount approaches the initial set value.
発電量が前記初期設定値に近づくよう、発電量を大きくする方向に前記透光率制御層における透光率を大きくする制御を行うことを特徴とする請求項1記載の多重接合型太陽電池。
The multi-junction solar cell performs comparison operation processing by the comparison unit at a predetermined interval by the control IC, and when the power generation amount is smaller than an initial set value,
2. The multijunction solar cell according to claim 1, wherein control is performed to increase the light transmittance in the light transmittance control layer in a direction to increase the power generation amount so that the power generation amount approaches the initial set value.
The transmissivity control layer in the multi-junction solar cell is formed between the plurality of solar cell elements, and the transmissivity in each transmissivity control layer is changed over time by the control IC. The multijunction solar cell according to claim 1 or 2, which is controlled by a control IC.
The control IC in the multi-junction solar cell uses the predetermined output amount after a lapse of time as the initial set value, and controls the transmissivity so that the maximum output amount at the time of installation becomes the initial set value. The multijunction solar cell according to claim 1, wherein the solar cell is a multijunction solar cell.
前記透明電極層に接合される偏向板と、
該偏向板に接合される透明電極層と、
該透明電極層と接合され2つの配向層に挟まれる液晶層と該液晶層に接合される透明電極層と、
該透明電極層に接合される偏向板とにより構成され、
前記制御ICと前記透光率制御層における前記透明電極層とが電気的に接続されて、
前記制御ICにより前記液晶の配向を変化させることにより透光率を制御するよう構成しされたことを特徴とする請求項1乃至請求項4記載の内何れか一項に記載の多重接合型太陽電池。
The light transmittance control layer in the multi-junction solar cell,
A deflection plate joined to the transparent electrode layer;
A transparent electrode layer bonded to the deflection plate;
A liquid crystal layer bonded to the transparent electrode layer and sandwiched between two alignment layers; a transparent electrode layer bonded to the liquid crystal layer;
A deflection plate joined to the transparent electrode layer,
The control IC and the transparent electrode layer in the light transmittance control layer are electrically connected,
5. The multijunction solar according to claim 1, wherein the transmissivity is controlled by changing the alignment of the liquid crystal by the control IC. 6. battery.
発電量の制御内容データ、
を前記メモリ部に蓄積し、
最高出力の値の調整を行う都度、これらのデータを前記演算手段により確認し、
発電量の制御内容データが同じものが3回連続した場合には、
該3回目のデータを確認したときに、
前記連続した制御内容と同様の制御を行い、前記発電量の初期設定値を、
所定の大きさだけ変更するよう構成されたことを特徴とする請求項1乃至5記載の内何れか一項に記載の多重接合型太陽電池。
The control IC in the multi-junction solar cell has at least frequency data obtained by adjusting the maximum output value,
Control content data of power generation amount,
In the memory unit,
Each time the maximum output value is adjusted, these data are checked by the calculation means,
If the same power generation amount control content data continues three times,
When checking the third data,
Perform the same control as the continuous control content, the initial set value of the power generation amount,
The multijunction solar cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the multijunction solar cell is configured to be changed by a predetermined size.
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