JP2012094686A - Photovoltaic power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は太陽光発電システムに関し、特に、太陽電池と気体製造装置とが一体型となった装置を含む太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to a photovoltaic power generation system, and more particularly to a photovoltaic power generation system including an apparatus in which a solar cell and a gas production apparatus are integrated.
近年、地球温暖化の懸念から発電に伴い二酸化炭素が発生しない太陽光発電が普及しつつある。 In recent years, solar power generation that does not generate carbon dioxide with power generation is becoming widespread due to concerns about global warming.
太陽光発電は、電力供給が不安定な地域に対する安定した電力供給を可能とする手段としても注目されている。電力供給が不安定な地域としては、たとえば発展途上国や新興国あるいは先進国でもキャンプ場等の屋外などの電力網が十分に普及していない地域や、たとえば電力網が脆弱であったり停電が頻発したりするような電力網が十分に発達していない地域、などが挙げられる。 Solar power generation has attracted attention as a means for enabling stable power supply to areas where power supply is unstable. Examples of areas where power supply is unstable include areas where the power network such as campgrounds is not sufficiently widespread in developing countries, emerging countries, and developed countries, for example, where the power network is weak and power outages occur frequently. Areas where the power grid is not sufficiently developed.
太陽光発電はその特性上、時間帯や季節などにより発電量が変動する。そのため、上述のような地域に対して安定した電力の供給とはならない。たとえば、太陽光発電の導入量が極端に増加すると創出されるエネルギーの変動幅が大きくなり、電力網が発達している地域であっても電力供給が不安定な地域となり得る。 Due to the characteristics of solar power generation, the amount of power generation varies depending on the time of day and season. Therefore, it does not provide a stable power supply to the above areas. For example, if the amount of solar power generation introduced is extremely increased, the range of fluctuations in the energy created will increase, and even if the power network is developed, the power supply can be unstable.
その課題を解決するために、通常、太陽光発電で得られた太陽光エネルギーをバッテリー等の蓄電装置に貯蔵し、必要なときに蓄電装置から太陽光エネルギーを供給するような技術がすでに実用化されている。 In order to solve this problem, technology that usually stores solar energy obtained by solar power generation in a battery or other power storage device and supplies solar energy from the power storage device when necessary is already in practical use. Has been.
しかしながら、この技術ではエネルギー利用効率が低いこと、太陽光エネルギーを蓄電装置に貯蔵し、電気を得るまでのトータルコストが依然高いこと、蓄電装置自体のコストも高いこと、などの課題がある。さらに、これら電気や熱というエネルギー形態は、短期のエネルギー変動を補完するような使用法は実現できるものの、たとえば季節変動などの長期での変動を補完することは極めて困難であることや、エネルギー量の増加により発電設備の稼働率低下を招く可能性があることが課題である。つまり、この技術では、上述のような電力供給が不安定な地域に対して安定して、かつ低コストで電力を供給する、ということが実現され難い。 However, this technology has problems such as low energy utilization efficiency, a high total cost for storing solar energy in a power storage device and obtaining electricity, and a high cost for the power storage device itself. Furthermore, these forms of energy such as electricity and heat can be used to supplement short-term energy fluctuations, but it is extremely difficult to compensate for long-term fluctuations such as seasonal fluctuations. It is a problem that there is a possibility that the operating rate of the power generation equipment may be reduced due to the increase in power generation. That is, with this technology, it is difficult to realize stable and low-cost power supply to areas where power supply is unstable as described above.
これに対し、太陽光発電で得られた太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換し、化学エネルギーとして貯蔵する技術が開発されている。たとえば、特開２００３−２８８９５５号公報（以下、特許文献１）は、基板上に形成した透明電極膜の上に薄膜太陽電池と電解触媒層とを並列に形成し、薄膜太陽電池に光を照射することにより電解液を電気分解して水素を発生させる水素製造装置を開示している。 On the other hand, technology for converting solar energy obtained by photovoltaic power generation into chemical energy and storing it as chemical energy has been developed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-288955 (hereinafter referred to as Patent Document 1) forms a thin film solar cell and an electrocatalyst layer in parallel on a transparent electrode film formed on a substrate, and irradiates the thin film solar cell with light. Thus, a hydrogen production apparatus that generates hydrogen by electrolyzing an electrolytic solution is disclosed.
また、特開２００１−３３８６７２号公報（以下、特許文献２）は、太陽電池からの給電を受けて水電解装置で水素を生成し、生成した水素を貯蔵装置で貯蔵しておき、必要なタイミングで、貯蔵装置から発電装置に水素を供給して燃料として発電するシステムを開示している。 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-338672 (hereinafter referred to as Patent Document 2) receives hydrogen from a solar cell, generates hydrogen in a water electrolysis device, stores the generated hydrogen in a storage device, and performs necessary timing. Thus, a system is disclosed in which hydrogen is supplied from a storage device to a power generation device to generate power as fuel.
この技術では、長期変動を効率よく補完するとともに発電設備の稼働率を高めることが可能となり、上述のような電力供給が不安定な地域に対して安定して、かつ低コストで電力を供給する、ということが可能となる。 With this technology, it is possible to efficiently supplement long-term fluctuations and increase the operating rate of power generation facilities, and supply power stably and at low cost to areas where power supply is unstable as described above. It becomes possible to say.
しかしながら、特許文献１の装置は太陽電池の起電力を利用して水素を発生させるものであり、同じ太陽電池を利用して電力を外部回路に供給することができない。つまり、特許文献１の装置では生成された太陽光エネルギーである電力がいったん化学エネルギーである水素に変換されてから、再度、必要時に電力に変換されることになるため、貯蔵せずに直ちにエネルギーを使用する場合にはエネルギー効率が落ちる、という問題がある。
However, the device of
また、特許文献２のシステムはいったん太陽電池で生成された太陽光エネルギーを水電解装置に供給するものであるため、太陽電池装置に接続された抵抗に起因して起電力が低下し、発電効率が落ちる、という問題がある。
Moreover, since the system of
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、効率よく、かつ安定して発電および電力の供給を行なうことのできる太陽光発電システムを提供することを目的の一つとしている。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a solar power generation system capable of generating power and supplying power efficiently and stably.
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、太陽光発電システムは、光電変換部を含む水素生成装置と、水素生成装置で生成される水素を供給するための水素供給部と、光電変換部で生じる電力を供給するための電力供給部と、水素の供給および電力の供給を制御するための制御装置とを備える。制御装置は、電力の供給として、光電変換部で生じる電力のうちの、水素の生成に用いられる電力と水素の生成以外に用いられる電力との供給を制御する。さらに、制御装置は、水素生成装置を、起動させた起動状態、動作を停止させた停止状態、水素を供給する水素供給状態、電力を供給する電力供給状態、水素と電力とを共に供給する状態、のそれぞれの状態とするための制御モードを有し、制御モードのうちのいずれか１の制御モードを選択して制御処理を実行する。 In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, a photovoltaic power generation system includes a hydrogen generation device including a photoelectric conversion unit, a hydrogen supply unit for supplying hydrogen generated by the hydrogen generation device, The power supply part for supplying the electric power which arises in a photoelectric conversion part, and the control apparatus for controlling supply of hydrogen and supply of electric power are provided. A control apparatus controls supply of the electric power used for the production | generation of hydrogen and the electric power used other than the production | generation of hydrogen among the electric power which generate | occur | produces in a photoelectric conversion part as an electric power supply. Further, the control device is a startup state where the hydrogen generator is started, a stop state where the operation is stopped, a hydrogen supply state where hydrogen is supplied, a power supply state where power is supplied, and a state where hydrogen and power are supplied together. The control mode is set to each of the states, and one of the control modes is selected to execute the control process.
好ましくは、光電変換部は受光面と裏面とを有し、水素生成装置は、光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第１電解用電極と、光電変換部の裏面に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第２電解用電極とをさらに含む。 Preferably, the photoelectric conversion unit has a light receiving surface and a back surface, and the hydrogen generation device is provided on the back surface side of the photoelectric conversion unit, and is provided so as to be immersed in the electrolytic solution, and the photoelectric conversion unit. It further includes a second electrolysis electrode provided on the back surface of the conversion unit and provided so as to be immersed in the electrolytic solution.
好ましくは、光電変換部は受光面と裏面とを有し、受光面で受光することによって受光面と前記裏面との間に電位差が生じる。水素生成装置は、受光面上に設けられた第１電極と、光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第１電解用電極と、光電変換部の裏面に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第２電解用電極とをさらに含む。 Preferably, the photoelectric conversion unit has a light receiving surface and a back surface, and a potential difference is generated between the light receiving surface and the back surface by receiving light on the light receiving surface. The hydrogen generation device includes a first electrode provided on the light receiving surface, a first electrolysis electrode provided on the back side of the photoelectric conversion unit and provided so as to be immersed in an electrolytic solution, and a back surface of the photoelectric conversion unit. And an electrode for second electrolysis provided so as to be immersed in the electrolytic solution.
好ましくは、光電変換部は受光面と裏面とを有し、水素生成装置は、裏面の上にそれぞれ設けられた第１電解用電極および第２電解用電極をさらに含む。光電変換部は、受光することにより、裏面の、第１電解用電極に電気的に接続された第１区域と、第２電解用電極に電気的に接続された第２区域との間に電位差が生じ、第１電解用電極および第２電解用電極のいずれもが電解液に接触するとき、第１電解用電極は、光電変換部が受光することにより生じる起電力を利用して電解液から水素を発生させる水素発生部を形成し、第２電解用電極は起電力を利用して電解液から酸素を発生させる酸素発生部を形成することを特徴とする。 Preferably, the photoelectric conversion unit has a light receiving surface and a back surface, and the hydrogen generator further includes a first electrolysis electrode and a second electrolysis electrode respectively provided on the back surface. The photoelectric conversion unit receives a light to detect a potential difference between a first area electrically connected to the first electrolysis electrode on the back surface and a second area electrically connected to the second electrolysis electrode. When both the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode come into contact with the electrolytic solution, the first electrolysis electrode uses the electromotive force generated when the photoelectric conversion unit receives light from the electrolytic solution. A hydrogen generating part for generating hydrogen is formed, and the second electrolysis electrode forms an oxygen generating part for generating oxygen from the electrolytic solution using an electromotive force.
好ましくは、制御装置は、光電変換部の受光時における起電力に基づいて制御モードを選択する。 Preferably, the control device selects a control mode based on an electromotive force when the photoelectric conversion unit receives light.
好ましくは、太陽光発電システムは、水素貯蔵装置と、水素供給部と水素貯蔵装置とを接続するための接続部とをさらに備える。制御装置は、接続部における水素供給部と水素貯蔵装置との接続状況に応じて制御モードを選択する。 Preferably, the solar power generation system further includes a hydrogen storage device and a connection unit for connecting the hydrogen supply unit and the hydrogen storage device. The control device selects a control mode according to a connection state between the hydrogen supply unit and the hydrogen storage device in the connection unit.
好ましくは、制御装置は、水素供給部内の水素圧力の状態に応じて制御モードを選択する。 Preferably, the control device selects the control mode in accordance with the state of the hydrogen pressure in the hydrogen supply unit.
好ましくは、制御装置は、水素生成装置内の水量に応じて制御モードを選択する。
好ましくは、太陽光発電システムは制御装置および水素生成装置に接続された蓄電装置をさらに含み、制御装置は、蓄電装置の蓄電量に応じて制御モードを選択する。
Preferably, the control device selects the control mode according to the amount of water in the hydrogen generator.
Preferably, the solar power generation system further includes a power storage device connected to the control device and the hydrogen generation device, and the control device selects a control mode according to a power storage amount of the power storage device.
好ましくは、水素生成装置は、当該水素生成装置に対して電力を供給することができる外部負荷または系統電力に接続され、制御装置は、外部負荷または系統電力から供給される電力量に応じて制御モードを選択する。 Preferably, the hydrogen generator is connected to an external load or system power that can supply power to the hydrogen generator, and the control device is controlled according to the amount of power supplied from the external load or system power. Select a mode.
この発明によると、太陽光発電システムにおいて、効率よく、かつ安定して発電および電力の供給を行なうことができる。さらに、この発明によると、系統電力を使わず独立分散的な電力供給を行なうことが可能となる。さらに、この発明によると安全性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, in a solar power generation system, power generation and power supply can be performed efficiently and stably. Furthermore, according to the present invention, it is possible to perform independent and distributed power supply without using system power. Furthermore, according to the present invention, safety can be improved.
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same parts and components are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same.
＜システム構成＞
図１は、本実施の形態にかかる太陽光発電システム１００の構成の具体例を示す図である。
<System configuration>
FIG. 1 is a diagram illustrating a specific example of the configuration of the photovoltaic
図１を参照して、太陽光発電システム１００は、エネルギーを生成するための装置である生成装置３０と、生成装置３０などを制御するための制御装置４０と、生成されたエネルギーを蓄積するための装置であって、電力を蓄積するための蓄電池６０および水素を貯蔵するための貯蔵装置７０とを含む。
With reference to FIG. 1, a photovoltaic
生成装置３０は、太陽光発電を行なうための、後述する光電変換部２、および水素を生成するための、後述する水素発生部７（または８）が一体型で形成された生成部２３と、図示しない貯水タンクから導水して生成部２３に給水し、または生成部２３内の水を排水するためのバルブ、ポンプなどからなる給排水部３１とを含む。
The
給排水部３１は、後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、バルブの開閉や開き幅、ポンプの駆動電力などが制御部４１からの制御信号によって制御される。これにより、生成部２３に対する給水、排水、また、その水の量、速度が制御される。
The water supply /
生成部２３に含まれる光電変換部２は太陽光発電を行なって電力を生成する。生成された電力は、後述する構成によって水素発生部７（または８）に供給される。または、後述するケーブル６２で生成装置３０外に供給される。
The
生成部２３に含まれる水素発生部７（または８）は、光電変換部２で生成された電力と供給された水とを用いて水電解処理を行ない、水素を生成する。
The hydrogen generation unit 7 (or 8) included in the
生成装置３０には、さらに、生成部２３内の水量を検知するためのセンサ３５Ａと、生成部２３内の水温を検知するためのセンサ３５Ｂと、生成部２３内の水温を適正温度とするために給排水部３１で供給される水の温度を調整するためのヒータや冷却ファンなどで構成された温度調整部３６とが含まれる。
The
センサ３５Ａ，３５Ｂは、後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、それぞれ、検出された生成部２３内の水量および水温を示すセンサ信号を制御装置４０の制御部４１に入力する。温度調整部３６は、後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、制御部４１からの制御信号に従ってヒータや冷却ファンなどを駆動させて生成部２３の温度を調整する。
The sensors 35 </ b> A and 35 </ b> B are electrically connected to a
生成装置３０と蓄電池６０とはケーブル６２で接続される。生成装置３０で生成された電力は、ケーブル６２によって生成装置３０から蓄電池６０に供給され、蓄電池６０に蓄電される。ケーブル６２上には、供給する電力の電圧を変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータなどからなり、生成装置３０から出力される電力量を制御するための切替部３４が配される。切替部３４は後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、制御部４１からの制御信号によって供給する電力の電圧が制御される。
The
蓄電池６０には配電装置５０が接続される。配電装置５０は、後述する制御装置４０の制御部４１と電気的に接続され、その制御信号に従って蓄電池６０からの電力の供給を制御する。
A
ケーブル６２には、さらに、外部の電力を消費する装置（以下、単に外部装置とも称する）、系統電力などの外部の電源、および制御装置４０が接続される。生成装置３０で生成された電力がケーブル６２によって外部装置に供給されてもよいし、系統電力に供給されてもよいし、制御装置４０に供給されてもよい。または、蓄電池６０に蓄電された電力がケーブル６２によって外部装置に供給されてもよいし、系統電力に供給されてもよいし、制御装置４０に供給されてもよい。また、系統電力からの電力がケーブル６２によって外部装置に供給されてもよいし、制御装置４０に供給されてもよいし、生成装置３０に供給されてもよい。
The
生成装置３０と蓄電池６０との間のケーブル６２にはスイッチ６３Ａが設けられる。生成装置３０と外部装置との間のケーブル６２にはスイッチ６３Ｂが設けられる。生成装置３０と系統電力との間のケーブル６２にはスイッチ６３Ｃが設けられる。これらスイッチ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃは後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、制御部４１からの制御信号によってその開閉が制御される。スイッチが開放されることでケーブル６２での接続が切断され、電力のやり取りがなくなる。スイッチが閉塞されることでケーブル６２での接続が確立され、電力がやり取りされる。
A switch 63 </ b> A is provided on the
生成装置３０と貯蔵装置７０とは制御装置４０を経てパイプ６１で接続される。生成装置３０で生成された水素は、パイプ６１によって、生成装置３０から制御装置４０を経て貯蔵装置７０に供給され、貯蔵装置７０に貯蔵される。
The
貯蔵装置７０はたとえばタンク、水素貯蔵合金、無機系、または有機系水素貯蔵材料などが該当し、その内部に水素が貯蔵可能である。貯蔵装置７０は、燃料電池などの水素消費装置に接続されて該装置に水素を供給する。または、貯蔵装置７０自身が燃料電池などの水素消費装置に含まれるものであってもよい。
The
貯蔵装置７０には、貯蔵装置７０内の水素量を検知するためのセンサ７１Ａと、貯蔵装置７０内の水素圧力を検知するためのセンサ７１Ｂとが含まれる。センサ７１Ａ，７１Ｂは、それぞれ、制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、検出された貯蔵装置７０内の水素量および圧力を示すセンサ信号を制御装置４０の制御部４１に入力する。
The
貯蔵装置７０には、さらに、図示しない貯蔵装置７０内の水素温度を検知するためのセンサと、その温度を調整するための調整装置とが含まれてもよい。そして、それらは制御装置４０の制御部４１に電気的に接続され、その制御信号に従って水素温度を調整するようにしてもよい。
The
貯蔵装置７０と上記水素消費装置とを接続するパイプには貯蔵装置７０内の水素を供給するためのバルブ、ポンプなどからなる供給部７２が配される。供給部７２は、後述する制御装置４０の制御部４１に電気的に接続されて、バルブの開閉や開き幅、ポンプの駆動電力などが制御部４１からの制御信号によって制御される。これにより、貯蔵装置７０から上記水素消費装置に対する水素の供給、また、その量、速度が制御される。
A
制御装置４０は、各部を制御するための制御部４１と、パイプ６１上に配され、バルブ等を含んで生成装置３０から貯蔵装置７０へ水素を供給するための機構である接続部４２と、生成装置３０から制御装置４０に供給される水素の圧力を検出するための圧力検知部４３と、制御装置４０から貯蔵装置７０に供給される水素の圧力を検出するための圧力検知部４４と、制御装置４０内の温度や制御装置４０内の各装置の温度を調整するためのヒータや冷却ファンなどで構成された温度調整部４５と、制御装置４０内の温度や制御装置４０内の各装置の温度を検知するためのセンサ４６とを含む。制御装置４０には外部装置からの信号を受付けるための通信機能が含まれ、他の装置からの信号が入力されてもよい。
The
制御装置４０の制御部４１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）を含み、図示しないメモリに記憶されるプログラムを読み出して実行することによって図１に示された各部に対して制御信号を出力する。
The
圧力検知部４３および圧力検知部４４は制御部４１に電気的に接続されて、検出された圧力を示すセンサ信号を制御部４１に入力する。センサ４６もまた制御部４１に電気的に接続されて、検出された温度を示すセンサ信号を制御部４１に入力する。
The
温度調整部４５は制御部４１に電気的に接続されて、制御部４１からの制御信号に従ってヒータや冷却ファンなどを駆動させて制御装置４０内の温度や制御装置４０内の各装置の温度を調整する。
The
接続部４２は、貯蔵装置７０へ供給する水素の流量を調整するためのバルブ、ポンプなどからなる流量調整部４２１と、貯蔵装置７０へ供給する水素の圧力を調整するためのコンプレッサなどからなる圧力調整部４２２とを含む。接続部４２は制御部４１に電気的に接続されて、制御部４１からの制御信号に従ってバルブの開閉や開き幅、ポンプの駆動電力、コンプレッサの駆動電力などが制御部４１からの制御信号によって制御される。これにより、生成装置３０から供給される水素の量や貯蔵装置７０へ供給される水素の量や圧力などが制御される。
The
＜生成部の構成の第１の例＞
生成部２３の第１の例について説明する。
<First Example of Configuration of Generating Unit>
A first example of the
図２は、生成装置３０に含まれる生成部２３の構成の第１の例を示す図であって、光電変換部の受光面側から見た概略平面図である。図３は、図２の点線Ａ−Ａの概略断面図である。図４は、生成装置３０に含まれる生成部２３の構成を示す図であって、光電変換部の裏面側から見た概略裏面図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a first example of the configuration of the
図２を参照して、生成部２３は、受光面および裏面を有する光電変換部２と、光電変換部２の裏面側に該面に接して設けられた第１の気体発生部８と、光電変換部２の裏面側に該面に接して設けられた第２の気体発生部７とを備える。
With reference to FIG. 2, the
光電変換部２の受光面側に第１電極４が設けられ、裏面側に第２電極５が設けられる。第１電極４および第２電極５は、いずれもケーブル６２に接続される。
The
第１の気体発生部８および第２の気体発生部７のうち、一方は電解液からＨ２を発生させるための水素発生部であり、他方は電解液からＯ2を発生させるための酸素発生部である。第１の気体発生部８は光電変換部２の裏面と電気的に接続され、第２の気体発生部７は第１の導電部９を介して光電変換部２の受光面と電気的に接続される。
One of the first
第１の導電部９は、第１電極４と第２の導電部１０とから構成されてもよい。また、生成部２３は、基板１、第２電極５、絶縁部１１、隔壁１３、天板１４、電解液流路１５、シール材１６、給水口１８、第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９を備えてもよい。
The first
［基板］
基板１は生成部２３に含まれてもよい。また、光電変換部２は、受光面が基板１側となるように透光性の基板１の上に設けられてもよい。なお、光電変換部２が、半導体基板などからなり一定の強度を有する場合、基板１は省略することが可能である。また、光電変換部２が樹脂フィルムなど柔軟性を有する材料の上に形成可能な場合、基板１は省略することができる。
[substrate]
The
基板１は、生成部２３を構成するための土台となる部材である。また、太陽光を光電変換部２の受光面で受光するためには、透明であり光透過率が高いことが好ましいが、光電変換部２へ効率的な光の入射が可能な構造であれば、光透過率に制限はない。
The
光透過率が高い基板材料として、例えば、ソーダガラス、石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等の透明なリジッド材、または透明樹脂板やフィルム材等が好適に用いられる。化学的および物理的安定性を備える点より、ガラス基板を用いることが好ましい。 As a substrate material having a high light transmittance, for example, a transparent rigid material such as soda glass, quartz glass, Pyrex (registered trademark), or a synthetic quartz plate, or a transparent resin plate or film material is preferably used. In view of chemical and physical stability, it is preferable to use a glass substrate.
基板１の光電変換部２側の表面には、入射した光が光電変換部２の表面で有効に乱反射されるように、微細な凹凸構造に形成することができる。この微細な凹凸構造は、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理もしくはブラスト処理等の公知の方法により形成することが可能である。
On the surface of the
［第１の導電部］
第１の導電部９は、第２の気体発生部７と光電変換部２の受光面とを電気的に接続させる。第１の導電部９は、１つの部材から構成されてもよいし、第１電極４と第２の導電部１０とから構成されてもよい。第１の導電部９を設けることにより、光電変換部２の受光面の電位と第２の気体発生部７の電位とをほぼ同じにすることができ、第２の気体発生部７で水素または酸素を発生させることができる。
[First conductive portion]
The first
第１の導電部９が１つの部材から構成される場合としては、第１の導電部９は、例えば、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７とを電気的に接続させる金属配線などである。また、例えば、第１の導電部９は、Ａｇからなる金属配線である。また、この金属配線は、光電変換部２に入射する光を減少させいないように、フィンガー電極のような形状を有してもよい。第１の導電部９は、基板１の光電変換部２側に設けられてもよく、光電変換部２の受光面に設けられてもよい。
As a case where the first
［第１電極］
第１電極４は、基板１の上に設けることができ、光電変換部２の受光面と接触するように設けることができる。また、第１電極４は透光性を有してもよい。また、第１電極４は、基板１を省略可能の場合、光電変換部２の受光面に直接設けられてもよい。第１電極４を設けることにより、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７との間に流れる電流を大きくすることができる。
[First electrode]
The
第１電極４は、例えば、ＩＴＯ、ＳｎＯ２などの透明導電膜から構成されてもよく、Ａｇ、Ａｕなどの金属のフィンガー電極からなってもよい。
The
以下に第１電極４を透明導電膜とした場合について説明する。
透明導電膜は、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７とのコンタクトを取りやすくするために用いている。
A case where the
The transparent conductive film is used to facilitate contact between the light receiving surface of the
一般に透明電極として使用されているものを用いることが可能である。具体的にはＩｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、ＳｎＯ2等を挙げることができる。なお本透明導電膜は、太陽光の光線透過率が８５％以上、中でも９０％以上、特に９２％以上であることが好ましい。このことにより光電変換部２が光を効率的に吸収することができるためである。
What is generally used as a transparent electrode can be used. Specifically, In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O, SnO 2 and the like can be given. The transparent conductive film preferably has a sunlight transmittance of 85% or more, particularly 90% or more, and particularly 92% or more. This is because the
透明導電膜の作成方法としては公知の方法を用いることができ、スパッタリング、真空蒸着、ゾルゲル法、クラスタービーム蒸着法、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などが挙げられる。 As a method for producing the transparent conductive film, a known method can be used, and examples thereof include sputtering, vacuum deposition, sol-gel method, cluster beam deposition method, and PLD (Pulse Laser Deposition) method.
［光電変換部］
光電変換部２は、受光面および裏面を有し、光電変換部２の裏面の上に第１の気体発生部８と第２の気体発生部７とが設けられている。なお、受光面とは、光電変換するための光を受光する面であり、裏面とは、受光面の裏の面である。また、光電変換部２は、第１電極４が設けられた基板１の上に受光面を下にして設けることができる。
[Photoelectric converter]
The
光電変換部２は、入射光により電荷分離することができ、受光面と裏面との間に起電力が生じるものであれば特に限定されないが、例えば、シリコン系半導体を用いた光電変換部、化合物半導体を用いた光電変換部、色素増感剤を利用した光電変換部、有機薄膜を用いた光電変換部などである。
The
光電変換部２は、光を受光することにより、水素発生部および酸素発生部においてそれぞれ水素と酸素が発生するために必要な起電力が生じる材料を使用する必要がある。水素発生部と酸素発生部との電位差は、水分解のための理論電圧（１．２３Ｖ）より大きくする必要があり、そのためには光電変換部２で十分大きな電位差を生み出す必要がある。そのため光電変換部２は、ｐｎ接合など起電力を生じさせる部分を二接合以上直列に接続することが好ましい。
The
光電変換を行なう材料は、シリコン系半導体、化合物半導体、有機材料をベースとしたものなどが挙げられるが、いずれの光電変換材料も使用することが可能である。また、起電力を大きくするために、これらの光電変換材料を積層することが可能である。積層する場合には同一材料で多接合構造を形成することが可能であるが、光学的バンドギャップの異なる複数の光電変換層を積層し、各々の光電変換層の低感度波長領域を相互に補完することにより、広い波長領域にわたり入射光を効率よく吸収することが可能となる。 Examples of the material that performs photoelectric conversion include silicon-based semiconductors, compound semiconductors, and materials based on organic materials, and any photoelectric conversion material can be used. In order to increase the electromotive force, these photoelectric conversion materials can be stacked. In the case of stacking, it is possible to form a multi-junction structure with the same material, but stacking multiple photoelectric conversion layers with different optical band gaps and complementing the low sensitivity wavelength region of each photoelectric conversion layer mutually By doing so, incident light can be efficiently absorbed over a wide wavelength region.
また、光電変換層間の直列接続特性の改善や、光電変換部２で発生する光電流の整合のために、層間に透明導電膜等の導電体を介在させることが可能である。これにより光電変換部２の劣化を抑制することが可能となる。
Moreover, it is possible to interpose a conductor such as a transparent conductive film between the layers in order to improve the serial connection characteristics between the photoelectric conversion layers and to match the photocurrent generated in the
光電変換部２の例を以下に具体的に説明する。また、光電変換部２は、これらを組み合わせたものでもよい。
An example of the
［シリコン系半導体を用いた光電変換部］
シリコン系半導体を用いた光電変換部２は、例えば、単結晶型、多結晶型、アモルファス型、球状シリコン型、およびこれらを組み合わせたもの等が挙げられる。いずれもｐ型半導体とｎ型半導体とが接合したｐｎ接合を有することができる。また、ｐ型半導体とｎ型半導体との間にｉ型半導体を設けたｐｉｎ接合を有するものとすることもできる。また、ｐｎ接合を複数有するもの、ｐｉｎ接合を複数有するもの、ｐｎ接合とｐｉｎ接合とを有するものとすることもできる。
[Photoelectric conversion part using silicon-based semiconductor]
Examples of the
シリコン系半導体とは、シリコンを含む半導体であり、例えば、シリコン、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウムなどである。また、シリコンなどにｎ型不純物またはｐ型不純物が添加されたものも含み、また、結晶質、非晶質、微結晶のものも含む。 The silicon-based semiconductor is a semiconductor containing silicon, such as silicon, silicon carbide, or silicon germanium. In addition, silicon or the like in which n-type impurities or p-type impurities are added is included, and crystalline, amorphous, or microcrystalline silicon is also included.
また、シリコン系半導体を用いた光電変換部２は、基板１の上に形成された薄膜または厚膜の光電変換層であってもよく、また、シリコンウェハなどのウェハにｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成したものでもよく、また、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成したウェハの上に薄膜の光電変換層を形成したものでもよい。
The
シリコン系半導体を用いた光電変換部２の形成例を以下に示す。
基板１上に積層した第１電極４上に、第１導電型半導体層をプラズマＣＶＤ法等の方法で形成する。この第１導電型半導体層としては、導電型決定不純物原子濃度が１×１０18〜５×１０21／ｃｍ3程度ドープされた、ｐ＋型またはｎ＋型の非晶質Ｓｉ薄膜、または多結晶あるいは微結晶Ｓｉ薄膜とする。第１導電型半導体層の材料としては、Ｓｉに限らず、ＳｉＣあるいはＳｉＧｅ，ＳｉxＯ1-x等の化合物を用いることも可能である。
An example of forming the
A first conductivity type semiconductor layer is formed on the
このように形成された第１導電型半導体層上に、結晶質Ｓｉ系光活性層として多結晶あるいは微結晶の結晶質Ｓｉ薄膜をプラズマＣＶＤ法等の方法で形成する。なお、導電型は第１導電型半導体よりドーピング濃度が低い第１導電型とするか、あるいはｉ型とする。結晶質Ｓｉ系光活性層の材料としては、Ｓｉに限らず、ＳｉＣあるいはＳｉＧｅ，ＳｉxＯ1-x等の化合物を用いることも可能である。 On the first conductivity type semiconductor layer thus formed, a polycrystalline or microcrystalline crystalline Si thin film is formed as a crystalline Si photoactive layer by a method such as plasma CVD. The conductivity type is the first conductivity type having a lower doping concentration than the first conductivity type semiconductor, or the i conductivity type. The material for the crystalline Si-based photoactive layer is not limited to Si, and it is also possible to use a compound such as SiC, SiGe, or Si x O 1-x .
次に、結晶質Ｓｉ系光活性層上に半導体接合を形成するため、第１導電型半導体層とは反対導電型である第２導電型半導体層をプラズマＣＶＤ等の方法で形成する。この第２導電型半導体層としては、導電型決定不純物原子が１×１０18〜５×１０21／ｃｍ3程度ドープされた、ｎ＋型またはｐ＋型の非晶質Ｓｉ薄膜、または多結晶あるいは微結晶Ｓｉ薄膜とする。第２導電型半導体層の材料としては、Ｓｉに限らず、ＳｉＣあるいはＳｉＧｅ，ＳｉxＯ1-x等の化合物を用いることも可能である。また接合特性をより改善するために、結晶質Ｓｉ系光活性層と第２導電型半導体層との間に、実質的にｉ型の非単結晶Ｓｉ系薄膜を挿入することも可能である。このようにして、受光面に最も近い光電変換層を一層積層することができる。 Next, in order to form a semiconductor junction on the crystalline Si-based photoactive layer, a second conductivity type semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type semiconductor layer is formed by a method such as plasma CVD. As the second conductivity type semiconductor layer, an n + type or p + type amorphous Si thin film doped with about 1 × 10 18 to 5 × 10 21 / cm 3 of conductivity type determining impurity atoms, or a polycrystalline or microscopic A crystalline Si thin film is used. The material of the second conductivity type semiconductor layer is not limited to Si, and it is also possible to use a compound such as SiC, SiGe, or Si x O 1-x . In order to further improve the bonding characteristics, it is possible to insert a substantially i-type non-single-crystal Si-based thin film between the crystalline Si-based photoactive layer and the second conductive type semiconductor layer. In this manner, one photoelectric conversion layer closest to the light receiving surface can be stacked.
続けて第二層目の光電変換層を形成する。第二層目の光電変換層は、第１導電型半導体層、結晶質Ｓｉ系光活性層、第２導電型半導体層からなり、それぞれの層は、第一層目の光電変換層中の対応する第１導電型半導体層、結晶質Ｓｉ系光活性層、第２導電型半導体層と同様に形成する。二層のタンデムで水分解に十分な電位を得ることができない場合は、三層あるいはそれ以上の層状構造を取ることが好ましい。ただし第二層目の光電変換層の結晶質Ｓｉ系光活性層の体積結晶化分率は、第一層目の結晶質Ｓｉ系光活性層と比較すると高くすることが好ましい。三層以上積層する場合も同様に下層と比較すると体積結晶化分率を高くすることが好ましい。これは、長波長域での吸収が大きくなり、分光感度が長波長側にシフトし、同じＳｉ材料を用いて光活性層を構成した場合においても、広い波長域で感度を向上させることが可能となるためである。すなわち、結晶化率の異なるＳｉでタンデム構造にすることにより、分光感度が広くなり、光の高効率利用が可能となる。このとき低結晶化率材料を受光面側にしないと高効率とならない。また結晶化率が４０％以下に下がるとアモルファス成分が増え、劣化が生じてしまう。 Subsequently, a second photoelectric conversion layer is formed. The second photoelectric conversion layer is composed of a first conductivity type semiconductor layer, a crystalline Si-based photoactive layer, and a second conductivity type semiconductor layer, each layer corresponding to the first photoelectric conversion layer. The first conductive type semiconductor layer, the crystalline Si-based photoactive layer, and the second conductive type semiconductor layer are formed. When a potential sufficient for water splitting cannot be obtained with a two-layer tandem, it is preferable to take a three-layer structure or more. However, the volume crystallization fraction of the crystalline Si photoactive layer of the second photoelectric conversion layer is preferably higher than that of the first crystalline Si photoactive layer. Similarly, when three or more layers are laminated, it is preferable to increase the volume crystallization fraction as compared with the lower layer. This increases the absorption in the long wavelength region, shifts the spectral sensitivity to the long wavelength side, and can improve the sensitivity in a wide wavelength region even when the photoactive layer is configured using the same Si material. It is because it becomes. That is, by using a tandem structure with Si having different crystallization rates, the spectral sensitivity is widened, and light can be used with high efficiency. At this time, if the low crystallization rate material is not on the light receiving surface side, high efficiency cannot be achieved. Further, when the crystallization rate is lowered to 40% or less, the amorphous component increases and deterioration occurs.
［化合物半導体を用いた光電変換部］
化合物半導体を用いた光電変換部は、例えば、III−Ｖ族元素で構成されるＧａＰ、ＧａＡｓやＩｎＰ、ＩｎＡｓ、II−VI族元素で構成されるＣｄＴｅ／ＣｄＳ、Ｉ−III−VI族で構成されるＣＩＧＳ（Copper Indium Gallium DiSelenide）などを用いｐｎ接合を形成したものが挙げられる。
[Photoelectric conversion part using compound semiconductor]
A photoelectric conversion unit using a compound semiconductor is composed of, for example, GaP, GaAs, InP, InAs, and II-VI group elements composed of III-V group elements, and CdTe / CdS and I-III-VI groups composed of II-VI group elements. CIPN (Copper Indium Gallium DiSelenide) is used to form a pn junction.
化合物半導体を用いた光電変換部の製造方法の一例を以下に示すが、本製造方法では、製膜処理等はすべて有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置を使って連続して行われる。III族元素の材料としては、例えばトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムなどの有機金属が水素をキャリアガスとして成長装置に供給される。Ｖ族元素の材料としては、例えばアルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）、スチビン（ＳｂＨ3）等のガスが使われる。ｐ型不純物またはｎ型不純物のドーパントとしては、例えばｐ型化にはジエチルジンク、またはｎ型化には、モノシラン（ＳｉＨ4）やジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）等が利用される。これらの原料ガスを、例えば７００℃に加熱された基板上に供給することにより熱分解させ、所望の化合物半導体材料膜をエピタキシャル成長させることが可能である。これら成長層の組成は導入するガス組成により、また膜厚はガスの導入時間によって制御することが可能である。これらの光電変換部を多接合積層する場合は、層間での格子定数を可能な限り合わせることにより、結晶性に優れた成長層を形成することができ、光電変換効率を向上することが可能となる。 An example of a method for manufacturing a photoelectric conversion unit using a compound semiconductor is shown below. In this manufacturing method, all film-forming processes are continuously performed using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus. Done. As a group III element material, for example, an organic metal such as trimethylgallium, trimethylaluminum, or trimethylindium is supplied to the growth apparatus using hydrogen as a carrier gas. For example, a gas such as arsine (AsH 3 ), phosphine (PH 3 ), and stibine (SbH 3 ) is used as the material of the group V element. As a dopant of p-type impurities or n-type impurities, for example, diethyl zinc for p-type conversion, monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), hydrogen selenide (H 2 Se) for n-type conversion. Etc. are used. These source gases can be thermally decomposed by supplying them onto a substrate heated to, for example, 700 ° C., and a desired compound semiconductor material film can be epitaxially grown. The composition of these growth layers can be controlled by the gas composition to be introduced, and the film thickness can be controlled by the gas introduction time. When multi-junction laminating these photoelectric conversion parts, it is possible to form a growth layer with excellent crystallinity by adjusting the lattice constant between layers as much as possible, and to improve the photoelectric conversion efficiency. Become.
ｐｎ接合を形成した部分以外にも、例えば受光面側に公知の窓層や、非受光面側に公知の電界層等を設けることによりキャリア収集効率を高める工夫を有してもよい。また不純物の拡散を防止するためのバッファ層を有していてもよい。 In addition to the portion where the pn junction is formed, for example, a known window layer on the light receiving surface side or a known electric field layer on the non-light receiving surface side may be provided to improve carrier collection efficiency. Further, a buffer layer for preventing diffusion of impurities may be provided.
［色素増感剤を利用した光電変換部］
色素増感剤を利用した光電変換部は、例えば、主に多孔質半導体、色素増感剤、電解質、溶媒などにより構成される。
[Photoelectric conversion part using dye sensitizer]
The photoelectric conversion part using a dye sensitizer is mainly composed of, for example, a porous semiconductor, a dye sensitizer, an electrolyte, a solvent, and the like.
多孔質半導体を構成する材料としては、例えば、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム等公知の半導体から１種類以上を選択することが可能である。多孔質半導体を基板上に形成する方法としては、半導体粒子を含有するペーストをスクリーン印刷法、インクジェット法等で塗布し乾燥もしくは焼成する方法や、原料ガスを用いたＣＶＤ法等により製膜する方法、ＰＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、電気化学的な酸化還元反応を利用した方法等が挙げられる。 As a material constituting the porous semiconductor, for example, one or more kinds of known semiconductors such as titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, cadmium sulfide can be selected. As a method for forming a porous semiconductor on a substrate, a paste containing semiconductor particles is applied by a screen printing method, an ink jet method and the like, dried or baked, a method of forming a film by a CVD method using a raw material gas, etc. , PVD method, vapor deposition method, sputtering method, sol-gel method, method using electrochemical oxidation-reduction reaction, and the like.
多孔質半導体に吸着する色素増感剤としては、可視光領域および赤外光領域に吸収を持つ種々の色素を用いることが可能である。ここで、多孔質半導体に色素を強固に吸着させるには、色素分子中にカルボン酸基、カルボン酸無水基、アルコキシ基、スルホン酸基、ヒドロキシル基、ヒドロキシルアルキル基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基等が存在することが好ましい。これらの官能基は、励起状態の色素と多孔質半導体の伝導帯との間の電子移動を容易にする電気的結合を提供する。 As the dye sensitizer adsorbed on the porous semiconductor, various dyes having absorption in the visible light region and the infrared light region can be used. Here, in order to firmly adsorb the dye to the porous semiconductor, the carboxylic acid group, carboxylic anhydride group, alkoxy group, sulfonic acid group, hydroxyl group, hydroxylalkyl group, ester group, mercapto group, phosphonyl in the dye molecule It is preferable that a group or the like is present. These functional groups provide an electrical bond that facilitates electron transfer between the excited state dye and the conduction band of the porous semiconductor.
これらの官能基を含有する色素として、例えば、ルテニウムビピリジン系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、アゾ系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素等が挙げられる。 Examples of dyes containing these functional groups include ruthenium bipyridine dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, azo dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, and triphenylmethane dyes. Xanthene dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, berylene dyes, indigo dyes, naphthalocyanine dyes, and the like.
多孔質半導体への色素の吸着方法としては、例えば多孔質半導体を、色素を溶解した溶液（色素吸着用溶液）に浸漬する方法が挙げられる。色素吸着用溶液に用いられる溶媒としては、色素を溶解するものであれば特に制限されず、具体的には、エタノール、メタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトニトリル等の窒素化合物類、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル等のエステル類、水等を挙げることができる。 Examples of the method for adsorbing the dye to the porous semiconductor include a method in which the porous semiconductor is immersed in a solution in which the dye is dissolved (dye adsorption solution). The solvent used in the dye adsorption solution is not particularly limited as long as it dissolves the dye, and specifically, alcohols such as ethanol and methanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran. Nitrogen compounds such as acetonitrile, aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, esters such as ethyl acetate, water, and the like.
電解質は、酸化還元対とこれを保持する液体または高分子ゲル等固体の媒体とからなる。 The electrolyte is composed of a redox pair and a solid medium such as a liquid or polymer gel that holds the redox pair.
酸化還元対としては一般に、鉄系、コバルト系等の金属類や塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン物質が好適に用いられ、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等の金属ヨウ化物とヨウ素の組み合わせが好ましく用いられる。さらに、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド等のイミダゾール塩等を混入することもできる。 In general, iron- and cobalt-based metals and halogen substances such as chlorine, bromine, and iodine are preferably used as the redox pair, and metal iodides such as lithium iodide, sodium iodide, and potassium iodide and iodine are used. The combination of is preferably used. Furthermore, imidazole salts such as dimethylpropylimidazole iodide can also be mixed.
また、溶媒としては、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、アセトニトリル等のニトリル化合物、エタノール、メタノール等のアルコール、その他、水や非プロトン極性物質等が用いられるが、中でも、カーボネート化合物やニトリル化合物が好適に用いられる。 As the solvent, carbonate compounds such as propylene carbonate, nitrile compounds such as acetonitrile, alcohols such as ethanol and methanol, water, aprotic polar substances, and the like are used. Of these, carbonate compounds and nitrile compounds are preferred. Used.
［有機薄膜を用いた光電変換部］
有機薄膜を用いた光電変換部は、電子供与性および電子受容性を持つ有機半導体材料で構成される電子正孔輸送層、または電子受容性を有する電子輸送層と電子供与性を有する正孔輸送層とが積層されたものであってもよい。
[Photoelectric conversion part using organic thin film]
The photoelectric conversion part using an organic thin film is an electron hole transport layer composed of an organic semiconductor material having electron donating properties and electron accepting properties, or an electron transport layer having electron accepting properties and a hole transporting property having electron donating properties. A layer may be laminated.
電子供与性の有機半導体材料としては、電子供与体としての機能を有するものであれば特に限定されないが、塗布法により製膜できることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子が好適に使用される。 The electron-donating organic semiconductor material is not particularly limited as long as it has a function as an electron donor, but it is preferable that a film can be formed by a coating method, and among them, an electron-donating conductive polymer is preferably used. The
ここで導電性高分子とはπ共役高分子を示し、炭素−炭素またはヘテロ原子を含む二重結合または三重結合が、単結合と交互に連なったπ共役系からなり、半導体的性質を示すものをさす。 Here, the conductive polymer means a π-conjugated polymer, which is composed of a π-conjugated system in which double bonds or triple bonds containing carbon-carbon or hetero atoms are alternately linked to single bonds, and exhibits semiconducting properties. Point.
電子供与性の導電性高分子材料としては、例えばポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、およびこれらの誘導体、共重合体、あるいはフタロシアニン含有ポリマー、カルバゾール含有ポリマー、有機金属ポリマー等が挙げられる。中でも、チオフェン−フルオレン共重合体、ポリアルキルチオフェン、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体、フルオレン−フェニレンビニレン共重合体、チオフェン−フェニレンビニレン共重合体等が好適に利用される。 Examples of the electron-donating conductive polymer material include polyphenylene, polyphenylene vinylene, polythiophene, polycarbazole, polyvinyl carbazole, polysilane, polyacetylene, polypyrrole, polyaniline, polyfluorene, polyvinyl pyrene, polyvinyl anthracene, and derivatives, Examples thereof include a polymer, a phthalocyanine-containing polymer, a carbazole-containing polymer, and an organometallic polymer. Among these, thiophene-fluorene copolymer, polyalkylthiophene, phenyleneethynylene-phenylene vinylene copolymer, fluorene-phenylene vinylene copolymer, thiophene-phenylene vinylene copolymer, and the like are preferably used.
電子受容性の有機半導体材料としては、電子受容体としての機能を有するものであれば特に限定されないが、塗布法により製膜できることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子が好適に使用される。 The electron-accepting organic semiconductor material is not particularly limited as long as it has a function as an electron acceptor. However, it is preferable that a film can be formed by a coating method, and among them, an electron-donating conductive polymer is preferably used. The
電子受容性の導電性高分子としては、例えばポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン、およびこれらの誘導体、共重合体、あるいはカーボンナノチューブ、フラーレンおよびこれらの誘導体、ＣＮ基またはＣＦ3基含有ポリマーおよびそれらの−ＣＦ３置換ポリマー等が挙げられる。 Examples of the electron-accepting conductive polymer include polyphenylene vinylene, polyfluorene, and derivatives and copolymers thereof, or carbon nanotubes, fullerene and derivatives thereof, CN group or CF 3 group-containing polymers, and —CF 3 thereof. Examples thereof include substituted polymers.
また、電子供与性化合物がドープされた電子受容性の有機半導体材料や、電子受容性化合物がドープされた電子供与性の有機半導体材料等を用いることが可能である。電子供与性化合物がドープされる電子受容性の導電性高分子材料としては、上述の電子受容性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子供与性化合物としては、例えばＬｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｓ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属のようなルイス塩基を用いることができる。なお、ルイス塩基は電子供与体として作用する。また、電子受容性化合物がドープされる電子供与性の導電性高分子材料としては、上述した電子供与性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子受容性化合物としては、例えばＦｅＣｌ3、ＡｌＣｌ3、ＡｌＢｒ3、ＡｓＦ6やハロゲン化合物のようなルイス酸を用いることができる。なお、ルイス酸は電子受容体として作用する。 In addition, an electron-accepting organic semiconductor material doped with an electron-donating compound, an electron-donating organic semiconductor material doped with an electron-accepting compound, or the like can be used. Examples of the electron-accepting conductive polymer material doped with the electron-donating compound include the above-described electron-accepting conductive polymer material. As the electron-donating compound to be doped, for example, a Lewis base such as an alkali metal such as Li, K, Ca, or Cs or an alkaline earth metal can be used. The Lewis base acts as an electron donor. Examples of the electron-donating conductive polymer material doped with the electron-accepting compound include the above-described electron-donating conductive polymer material. As the electron-accepting compound to be doped, for example, a Lewis acid such as FeCl 3 , AlCl 3 , AlBr 3 , AsF 6 or a halogen compound can be used. In addition, Lewis acid acts as an electron acceptor.
上記にて示した光電変換部２においては、第一義的には太陽光を受光させ光電変換を行なうことを想定しているが、用途により蛍光灯や白熱灯、ＬＥＤ、特定の熱源から発せられる光等の人工光を照射し光電変換を行なうことも可能である。
In the
［第２電極］
第２電極５は、光電変換部２と第１の気体発生部８との間に設けることができる。第２電極５を設けることにより、光電変換部２の裏面の電位と第１の気体発生部８の電位とをほぼ同じにすることができる。また、光電変換部２の裏面と第１の気体発生部８との間に流れる電流を大きくすることができる。このことにより、光電変換部２で生じた起電力により水素または酸素をより効率的に発生させることができる。
[Second electrode]
The
第２電極５は、導電性を有すれば特に限定されないが、例えば、金属薄膜であり、また、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの薄膜である。これらは、例えば、スパッタリングなどにより形成することができる。また、例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、ＳｎＯ２等の透明導電膜である。
Although it will not specifically limit if the
［絶縁部］
絶縁部１１は、光電変換部２の裏面と第２の気体発生部７との間に設けることができる。また、絶縁部１１は、第１の気体発生部８と第２の気体発生部７との間に設けることもできる。さらに、絶縁部１１は、第１の導電部９と光電変換部２との間、第２の導電部１０と光電変換部２との間、および第２の導電部１０と第２電極５との間に設けることができる。
[Insulation part]
The insulating
絶縁部１１を設けることにより、光電変換部２で生じた起電力により、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７との間に電流を流し、光電変換部２の裏面と第１の気体発生部８との間に電流を流すことができる。また、リーク電流をより小さくすることができる。このことにより、光電変換部２の受光面の電位と第２の気体発生部７の電位とをほぼ同じにすることができ、また、光電変換部２の裏面の電位と第１の気体発生部８の電位とをほぼ同じにすることができ、より効率的に水素および酸素を発生させることができる。
By providing the insulating
絶縁部１１としては、有機材料、無機材料を問わず用いることが可能であり、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリアリーレン、芳香族ビニル化合物、フッ素系重合体、アクリル系重合体、ビニルアミド系重合体等の有機ポリマー、無機系材料としては、Ａｌ２Ｏ３等の金属酸化物、多孔質性シリカ膜等のＳｉＯ２や、フッ素添加シリコン酸化膜（ＦＳＧ）、ＳｉＯＣ、ＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）膜、ＳｉＮｘ、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）をアルコール等の溶媒に溶かし塗布・加熱することにより製膜する方法を用いることが可能である。
The insulating
絶縁部１１を形成する方法としては、絶縁性材料を含有するペーストをスクリーン印刷法、インクジェット法、スピンコーティング法等で塗布し乾燥もしくは焼成する方法や、原料ガスを用いたＣＶＤ法等により製膜する方法、ＰＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法を利用した方法等が挙げられる。
As a method for forming the insulating
［第２の導電部］
第２の導電部１０は、第１電極４と第２の気体発生部７とにそれぞれ接触するように設けることができる。第２の導電部１０を設けることにより、容易に光電変換部２の受光面に接触した第１電極４と第２の気体発生部７とを電気的に接続することができる。
[Second conductive part]
The 2nd
第２の導電部１０は光電変換部２の受光面と接触した第１電極４と光電変換部２の裏面上に設けられた第２の気体発生部７とに接触するため、光電変換部２の受光面と平行な第２の導電部の断面積を大きくしすぎると、光電変換部２の受光面の面積を小さくすることにつながる。また、光電変換部２の受光面に平行な第２の導電部１０の断面積を小さくしすぎると光電変換部２の受光面の電位と第２の気体発生部７の電位との間に差が生じ、電解液を分解する電位差が得られなくなる場合もあり、水素または酸素の発生効率の減少につながる場合もある。従って、光電変換部２の受光面と平行な第２の導電部の断面積は、一定の範囲である必要がある。例えば、光電変換部２の受光面と平行な第２の導電部の断面積（第２の導電部が複数の場合、その断面積の総計）は、光電変換部２の受光面の面積を１００％としたとき、０．１％以上１０％以下とすることができ、好ましくは、０．５％以上８％以下、さらに好ましくは、１％以上６％以下とすることができる。
Since the second
また、第２の導電部１０は、光電変換部２を貫通するコンタクトホールに設けられてもよい。このことにより、第２の導電部１０を設けることによる光電変換部２の受光面の面積の減少をより小さくすることができる。また、このことにより、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７との間の電流経路を短くすることができ、より効率的に水素または酸素を発生させることができる。また、このことにより、光電変換部２の受光面と平行な第２の導電部１０の断面積を容易に調節することができる。
Further, the second
また、第２の導電部１０が設けられたコンタクトホールは、１つまたは複数でもよく、円形の断面を有してもよい。また、光電変換部２の受光面と平行なコンタクトホールの断面積（コンタクトホールが複数の場合、その断面積の総計）は、光電変換部２の受光面の面積を１００％としたとき、０．１％以上１０％以下とすることができ、好ましくは、０．５％以上８％以下、さらに好ましくは、１％以上６％以下とすることができる。
In addition, the contact hole provided with the second
第２の導電部１０の材料は、導電性を有しているものであれば特に制限されない。導電性粒子を含有するペースト、例えばカーボンペースト、Ａｇペースト等をスクリーン印刷法、インクジェット法等で塗布し乾燥もしくは焼成する方法や、原料ガスを用いたＣＶＤ法等により製膜する方法、ＰＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、電気化学的な酸化還元反応を利用した方法等が挙げられる。
The material of the second
図５は生成部２３を受光面側から見た形態である。第２の導電部１０の光電変換部２の受光面と平行な断面は、図２のように円形でもよく、図５のように細長い形状を有してもよい。また、第２の導電部１０の数は、図２のように複数でもよく、図５のように１つでもよい。また、光電変換部２の受光面と第２の気体発生部７とを電気的に接続するためのコンタクトホールに設けられた第２の導電部１０が、隔壁１３と実質的に平行な長い形状を形成していてもよい。
FIG. 5 shows the
［第１の気体発生部］
第１の気体発生部８は、光電変換部２の裏面の上に設けられる。このことにより、第１の気体発生部８は光電変換部２に入射する光を遮ることはない。また、第１の気体発生部８は、水素発生部および酸素発生部のいずれか一方であり、光電変換部２の裏面と電気的に接続する。このことにより、光電変換部２の裏面の電位と第１の気体発生部８の電位とをほぼ同じとすることができ、光電変換部２で生じた起電力により水素または酸素を発生させることができる。また、第１の気体発生部８は、第２の気体発生部７と接触しないように設けることができる。このことにより、第１の気体発生部８と第２の気体発生部７との間にリーク電流が流れるのを防止することとができる。さらに、第１の気体発生部８は、電解液流路１５に露出してもよい。このことにより、第１の気体発生部８の表面で電解液からＨ2またはＯ2を発生させることができる。
[First gas generating section]
The first
［第２の気体発生部］
第２の気体発生部７は、光電変換部２の裏面の上に設けられる。このことにより、第２の気体発生部７は光電変換部２に入射する光を遮ることはない。また、第２の気体発生部７は、水素発生部および酸素発生部のいずれか一方であり、光電変換部２の受光面と第１の導電部９を介して電気的に接続する。このことにより、光電変換部２の受光面の電位と第２の気体発生部７の電位とをほぼ同じにすることができ、光電変換部２で生じた起電力により水素または酸素を発生させることができる。また、第２の気体発生部７は、絶縁部１１を介して光電変換部２の裏面の上に設けられてもよい。また、第２の気体発生部７は、第１の気体発生部８と接触しないように設けることができる。このことによりリーク電流が流れることを防止することができる。また、第２の気体発生部７は、電解液流路１５に露出してもよい。このことにより、第２の気体発生部７の表面で電解液からＨ2またはＯ2を発生させることができる。
[Second gas generating section]
The second
［水素発生部］
水素発生部は、電解液からＨ2を発生させる部分であり、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７のうちどちらか一方である。また、水素発生部は、電解液からＨ2が発生する反応の触媒を含んでもよい。このことにより、電解液からＨ2が発生する反応の反応速度を大きくすることができる。水素発生部は、電解液からＨ2が発生する反応の触媒のみからなってもよく、この触媒が担持体に担持されたものであってもよい。また、水素発生部は、光電変換部２の受光面の面積より大きい触媒表面積を有してもよい。このことにより、電解液からＨ2が発生する反応をより速い反応速度とすることができる。また、水素発生部は、触媒が担持された多孔質の導電体であってもよい。このことにより、触媒表面積を大きくすることができる。また、光電変換部２の受光面または裏面と水素発生部に含まれる触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。また、この水素発生部を第１の気体発生部８としたとき、第２電極を省略しても光電変換部２の裏面と触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。さらに、水素発生部は、水素発生触媒としてＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｆｅ、ＮｉおよびＳｅのうち少なくとも１つを含んでもよい。
[Hydrogen generator]
The hydrogen generation unit is a part that generates H 2 from the electrolytic solution, and is one of the first
電解液からＨ2が発生する反応の触媒（水素発生触媒）は、２つのプロトンと２つの電子とから１分子の水素への変換を促進する触媒であり、化学的に安定であり、水素生成過電圧が小さい材料を用いることができる。例えば、水素に対して触媒活性を有するＰｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｕ等の白金族金属およびその合金あるいは化合物、水素生成酵素であるヒドロゲナーゼの活性中心を構成するＦｅ，Ｎｉ，Ｓｅの合金あるいは化合物、およびこれらの組み合わせ等を好適に用いることが可能である。中でもＰｔおよびＰｔを含有するナノ構造体は水素発生過電圧が小さく好適に用いることが可能である。光照射により水素発生反応が確認されるＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＺｒＯ２などの材料を用いることもできる。
The catalyst for the reaction that generates H 2 from the electrolyte (hydrogen generation catalyst) is a catalyst that promotes the conversion of two protons and two electrons into one molecule of hydrogen, is chemically stable, and generates hydrogen. A material with a small overvoltage can be used. For example, platinum group metals such as Pt, Ir, Ru, Pd, Rh, and Au, which have catalytic activity for hydrogen, and alloys or compounds thereof, Fe, Ni, and Se that constitute the active center of hydrogenase that is a hydrogen-producing enzyme. An alloy or a compound, a combination thereof, or the like can be preferably used. Among them, a nanostructure containing Pt and Pt has a small hydrogen generation overvoltage and can be suitably used. A material such as CdS, CdSe, ZnS, or
水素発生触媒を直接光電変換部２の裏面などに担持することは可能であるが、反応面積をより大きくし気体生成速度を向上させるために、触媒を導電体に担持することができる。触媒を担持する導電体としては、金属材料、炭素質材料、導電性を有する無機材料等が挙げられる。
Although it is possible to directly support the hydrogen generating catalyst on the back surface of the
金属材料としては、電子伝導性を有し、酸性雰囲気下で耐腐食性を有する材料が好ましい。具体的には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｕ、Ｓｉ等の金属並びにこれらの金属の窒化物および炭化物、ステンレス鋼、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔｉ−Ｐｔ等の合金が挙げられる。金属材料には、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含むことが、他の化学的な副反応が少ないという観点から、より好ましい。これら金属材料は、比較的電気抵抗が小さく、面方向に電流を取り出しても電圧の低下を抑制することができる。また、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の酸性雰囲気下での耐腐食性に乏しい金属材料を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の耐腐食性を有する貴金属および金属、カーボン、グラファイト、グラッシーカーボン、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等によって耐腐食性に乏しい金属の表面をコーティングしてもよい。 As the metal material, a material having electronic conductivity and resistance to corrosion in an acidic atmosphere is preferable. Specifically, noble metals such as Au, Pt, Pd, metals such as Ti, Ta, W, Nb, Ni, Al, Cr, Ag, Cu, Zn, Su, Si, and nitrides and carbides of these metals, Examples of the alloy include stainless steel, Cu—Cr, Ni—Cr, and Ti—Pt. It is more preferable that the metal material contains at least one element selected from the group consisting of Pt, Ti, Au, Ag, Cu, Ni, and W from the viewpoint that there are few other chemical side reactions. These metal materials have a relatively small electric resistance, and can suppress a decrease in voltage even when a current is extracted in the surface direction. Further, when using a metal material having poor corrosion resistance in an acidic atmosphere such as Cu, Ag, Zn, etc., noble metals and metals having corrosion resistance such as Au, Pt, Pd, carbon, graphite, glassy carbon, A metal surface having poor corrosion resistance may be coated with a conductive polymer, a conductive nitride, a conductive carbide, a conductive oxide, or the like.
炭素質材料としては、化学的に安定で導電性を有する材料が好ましい。例えば、アセチレンブラック、バルカン、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、ＶＧＣＦ、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン等の炭素粉末や炭素繊維が挙げられる。 As the carbonaceous material, a chemically stable and conductive material is preferable. Examples thereof include carbon powders and carbon fibers such as acetylene black, vulcan, ketjen black, furnace black, VGCF, carbon nanotube, carbon nanohorn, and fullerene.
導電性を有する無機材料としては、例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、ＳｎＯ２、酸化アンチモンドープ酸化スズが挙げられる。
Examples of the inorganic material having conductivity include In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O,
なお、導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン等が挙げられ、導電性窒化物としては、窒化炭素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化ゲルマニウム、窒化チタニウム、窒化ジルコニウム、窒化タリウム等が挙げられ、導電性炭化物としては、炭化タンタル、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタニウム、炭化モリブデン、炭化ニオブ、炭化鉄、炭化ニッケル、炭化ハフニウム、炭化タングステン、炭化バナジウム、炭化クロム等が挙げられ、導電性酸化物としては、酸化スズ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化アンチモンドープ酸化スズ等が挙げられる。 In addition, examples of the conductive polymer include polyacetylene, polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, and the like, and examples of the conductive nitride include carbon nitride, silicon nitride, gallium nitride, indium nitride, and nitride. Germanium, titanium nitride, zirconium nitride, thallium nitride, etc. are listed, and conductive carbides include tantalum carbide, silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, molybdenum carbide, niobium carbide, iron carbide, nickel carbide, hafnium carbide, tungsten carbide. , Vanadium carbide, chromium carbide, and the like. Examples of the conductive oxide include tin oxide, indium tin oxide (ITO), and antimony oxide-doped tin oxide.
水素発生触媒を担持する導電体の構造としては、板状、箔状、棒状、メッシュ状、ラス板状、多孔質板状、多孔質棒状、織布状、不織布状、繊維状、フェルト状が好適に使用できる。また、フェルト状電極の表面を溝状に圧着した溝付き導電体は、電気抵抗と電極液の流動抵抗を低減できるので好適である。 The structure of the conductor supporting the hydrogen generation catalyst includes a plate shape, a foil shape, a rod shape, a mesh shape, a lath plate shape, a porous plate shape, a porous rod shape, a woven fabric shape, a nonwoven fabric shape, a fiber shape, and a felt shape. It can be used suitably. Further, a grooved conductor in which the surface of the felt-like electrode is pressure-bonded in a groove shape is preferable because the electric resistance and the flow resistance of the electrode liquid can be reduced.
［酸素発生部］
酸素発生部は、電解液からＯ2を発生させる部分であり、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７のうちどちらか一方である。また、酸素発生部は、電解液からＯ2が発生する反応の触媒を含んでもよい。このことにより、電解液からＯ2が発生する反応の反応速度を大きくすることができる。また、酸素発生部は、電解液からＯ2が発生する反応の触媒のみからなってもよく、この触媒が担持体に担持されたものであってもよい。また、酸素発生部は、光電変換部２の受光面の面積より大きい触媒表面積を有してもよい。このことにより、電解液からＯ2が発生する反応をより速い反応速度とすることができる。また、酸素発生部は、触媒が担持された多孔質の導電体であってもよい。このことにより、触媒表面積を大きくすることができる。また、光電変換部２の受光面または裏面と酸素発生部に含まれる触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を抑制することができる。また、この水素発生部を第１の気体発生部８としたとき、第２電極を省略しても光電変換部２の裏面と触媒との間に電流が流れることによる電位の変化を小さくすることができる。さらに、酸素発生部は、酸素発生触媒としてＭｎ、Ｃａ、Ｚｎ、ＣｏおよびＩｒのうち少なくとも１つを含んでもよい。
[Oxygen generator]
The oxygen generation part is a part that generates O 2 from the electrolytic solution, and is one of the first
電解液からＯ2が発生する反応の触媒（酸素発生触媒）は、２つの水分子から１分子の酸素および４つのプロトンと４つの電子とへの変換を促進する触媒であり、化学的に安定であり、酸素発生過電圧が小さい材料を用いることができる。例えば、光を用い水から酸素発生を行なう反応を触媒する酵素であるPhotosystem IIの活性中心を担うＭｎ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｃｏを含む酸化物あるいは化合物や、Ｐｔ，ＲｕＯ２，ＩｒＯ２等の白金族金属を含む化合物や、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｅ，Ｆｅ，Ｎｉ等の遷移金属を含む酸化物あるいは化合物、および上記材料の組み合わせ等を用いることが可能である。中でも酸化イリジウム、酸化マンガン、酸化コバルト、リン酸コバルトは、過電圧が小さく酸素発生効率が高いことから好適に用いることができる。 The catalyst for the reaction of generating O 2 from the electrolyte (oxygen generating catalyst) is a catalyst that promotes the conversion of two water molecules into one molecule of oxygen, four protons, and four electrons, and is chemically stable. A material with a small oxygen generation overvoltage can be used. For example, oxides or compounds containing Mn, Ca, Zn, and Co, which are active centers of Photosystem II, which is an enzyme that catalyzes the reaction of generating oxygen from water using light, and platinum group metals such as Pt, RuO2, and IrO2 , Oxides or compounds containing transition metals such as Ti, Zr, Nb, Ta, W, Ce, Fe, Ni, combinations of the above materials, and the like can be used. Among these, iridium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, and cobalt phosphate can be suitably used because they have low overvoltage and high oxygen generation efficiency.
酸素発生触媒を直接光電変換部２の受光面または裏面に担持することは可能であるが、反応面積をより大きくし気体生成速度を向上させるために、触媒を導電体に担持することができる。触媒を担持する導電体としては、金属材料、炭素質材料、導電性を有する無機材料等が挙げられる。これらの説明は、［水素発生部］に記載した水素発生触媒についての説明が矛盾がない限り当てはまる。
Although the oxygen generating catalyst can be directly supported on the light receiving surface or the back surface of the
水素発生触媒および酸素発生触媒の単独の触媒活性が小さい場合、助触媒を用いることも可能である。例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｒｈ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｓｅの酸化物あるいは化合物などが挙げられる。 When the catalytic activity of the hydrogen generating catalyst and the oxygen generating catalyst alone is small, a promoter can be used. Examples thereof include oxides or compounds of Ni, Cr, Rh, Mo, Co, and Se.
なお、水素発生触媒、酸素発生触媒の担持方法は、導電体または半導体に直接塗布する方法や、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の乾式塗工法、電析法など、材料により適宜その手法を変えて作製することが可能である。光電変換部と触媒との間に適宜導電物質を担持することが可能である。また水素発生および酸素発生のための触媒活性が十分でない場合、金属やカーボン等の多孔質体や繊維状物質、ナノ粒子等に担持することにより反応表面積を大きくし、水素および酸素発生速度を向上させることが可能である。 The hydrogen generation catalyst and the oxygen generation catalyst can be supported directly on a conductor or semiconductor, by a vacuum deposition method, a sputtering method, a PVD method such as an ion plating method, a dry coating method such as a CVD method, It can be produced by appropriately changing the method depending on the material such as an analysis method. A conductive material can be appropriately supported between the photoelectric conversion unit and the catalyst. Also, when the catalytic activity for hydrogen generation and oxygen generation is not sufficient, the reaction surface area is increased by supporting it on porous materials such as metals and carbon, fibrous materials, nanoparticles, etc., and the hydrogen and oxygen generation rates are improved. It is possible to make it.
［天板］
天板１４は、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７の上に基板１と対向するように設けることができる。また、天板１４は、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７と天板１４との間に空間が設けられるように設けることができる。
[Top board]
The
また、天板１４は、電解液などの流路を構成し、生成した水素および酸素を閉じ込めるために構成される材料であり、機密性が高い物質が求められる。透明なものであっても不透明なものであっても特に限定されるものではないが、水素および酸素が発生していることを視認できる点においては透明な材料であることが好ましい。透明な天板としては特に限定されず、例えば石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等の透明なリジッド材、あるいは透明樹脂板、透明樹脂フィルムなどを挙げることができる。中でも、ガスの透過性がなく、化学的物理的に安定な物質である点でガラス材を用いることが好ましい。
In addition, the
［隔壁］
隔壁１３は、第１の気体発生部８と天板１４との間の空間および第２の気体発生部７と天板１４との間の空間とを仕切るように設けることができる。このことにより、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７で発生させた水素および酸素が混合することを防止することができ、水素および酸素を分離して回収することができる。
[Partition wall]
The
また、隔壁１３は、イオン交換体を含んでもよい。このことにより、第１の気体発生部８と天板１４との間の空間の電解液と第２の気体発生部７と天板１４との間の空間の電解液でアンバランスとなったプロトン濃度を一定に保つことができる。つまり、プロトンが隔壁１３を介してイオンの移動が起こることによりプロトン濃度のアンバランスを解消することができる。
The
隔壁１３は、例えば、図３のように天板１４に接触するように設けてもよく、図６のように天板１４と隔壁１３との間に空間が残るように設けてもよい。図６のように設けることにより、プロトンのアンバランスをより容易に解消できる。また、隔壁１３に孔を設けてもよい。このことによりプロトンのアンバランスをより容易に解消できる。なお、天板１４と隔壁１３との間に空間を設けても、水素製造装置を光電変換部２の受光面を上向きに設置することにより、水素と酸素の混合を防止することができる。また、隔壁１３の天板１４に近い部分に孔を設けることにより水素と酸素の混合を防止することができる。
For example, the
図３においては第１の気体発生部８と天板１４との間の電解液流路１５と第２の気体発生部７と天板１４との間の電解液流路１５を隔壁１３で完全に隔離していたが、上記電解液流路間のイオン移動に障害が無ければ、図６のように隔壁１３をガス流路を形成するように設置することが可能である。この場合、図６に示すように、発生する水素および酸素が混合しないように隔壁１３を印刷法など、より低コストな手法にて設置することが可能となる。この際、基板１と天板１４とを結合する箇所はシール材１６となる。構造の安定性を増すために、一部に隔壁１３を天板１４に接触するように設けることも可能である。
In FIG. 3, the
電解液からの水素発生量および酸素発生量の割合は、２：１のモル比であり、第１の気体発生部８と第２の気体発生部７とでは気体発生量が異なる。このため、装置内の含水量を一定量にする目的から、隔壁１３は水を透過する材料であることが好ましい。隔壁１３は、例えば、多孔質ガラス、多孔質ジルコニア、多孔質アルミナ等の無機膜あるいはイオン交換体を用いることが可能である。
The ratio of the hydrogen generation amount and the oxygen generation amount from the electrolytic solution is a molar ratio of 2: 1, and the first
イオン交換体としては、当該分野で公知のイオン交換体をいずれも使用でき、プロトン伝導性膜、カチオン交換膜、アニオン交換膜等を使用できる。 As the ion exchanger, any ion exchanger known in the art can be used, and a proton conductive membrane, a cation exchange membrane, an anion exchange membrane, or the like can be used.
プロトン伝導性膜の材質としては、プロトン伝導性を有しかつ電気的絶縁性を有する材質であれば特に限定されず、高分子膜、無機膜又はコンポジット膜を用いることができる。 The material of the proton conductive film is not particularly limited as long as it is a material having proton conductivity and electrical insulation, and a polymer film, an inorganic film, or a composite film can be used.
高分子膜としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系電解質膜である、デュポン社製のナフィオン（登録商標）、旭化成社製のアシプレックス（登録商標）、旭硝子社製のフレミオン（登録商標）等の膜や、ポリスチレンスルホン酸、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン等の炭化水素系電解質膜等が挙げられる。 Examples of the polymer membrane include Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, Aciplex (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Co., and Flemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., which are perfluorosulfonic acid electrolyte membranes. Examples thereof include membranes and hydrocarbon electrolyte membranes such as polystyrene sulfonic acid and sulfonated polyether ether ketone.
無機膜としては、例えば、リン酸ガラス、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸、ポリリン酸アンモニウム等からなる膜が挙げられる。コンポジット膜としては、スルホン化ポリイミド系ポリマー、タングステン酸等の無機物とポリイミド等の有機物とのコンポジット等からなる膜が挙げられ、具体的にはゴア社製のゴアセレクト膜（登録商標）や細孔フィリング電解質膜等が挙げられる。さらに、高温環境下（例えば、１００℃以上）で使用する場合には、スルホン化ポリイミド、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、スルホン化ポリベンゾイミダゾール、ホスホン化ポリベンゾイミダゾール、硫酸水素セシウム、ポリリン酸アンモニウム等が挙げられる。 Examples of the inorganic film include films made of phosphate glass, cesium hydrogen sulfate, polytungstophosphoric acid, ammonium polyphosphate, and the like. Examples of the composite membrane include a membrane made of a sulfonated polyimide polymer, a composite of an inorganic material such as tungstic acid and an organic material such as polyimide, and specifically, Gore Select membrane (registered trademark) or pores manufactured by Gore. Examples thereof include a filling electrolyte membrane. Furthermore, when used in a high temperature environment (for example, 100 ° C. or higher), sulfonated polyimide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS), sulfonated polybenzimidazole, phosphonated polybenzimidazole, sulfuric acid. Examples include cesium hydrogen and ammonium polyphosphate.
カチオン交換膜としては、カチオンを移動させることができる固体高分子電解質であればよい。具体的には、パーフルオロカーボンスルフォン酸膜や、パーフルオロカーボンカルボン酸膜等のフッ素系イオン交換膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、ポリスチレンスルホン酸膜、スルホン酸化スチレン・ビニルベンゼン共重合体膜等が挙げられる。 The cation exchange membrane may be any solid polymer electrolyte that can move cations. Specifically, fluorine ion exchange membranes such as perfluorocarbon sulfonic acid membranes and perfluorocarbon carboxylic acid membranes, polybenzimidazole membranes impregnated with phosphoric acid, polystyrene sulfonic acid membranes, sulfonated styrene / vinylbenzene copolymers Examples include membranes.
支持電解質溶液のアニオン輸率が高い場合には、アニオン交換膜の使用が好ましい。アニオン交換膜としては、アニオンの移動可能な固体高分子電解質を使用できる。具体的には、ポリオルトフェニレンジアミン膜、アンモニウム塩誘導体基を有するフッ素系イオン交換膜、アンモニウム塩誘導体基を有するビニルベンゼンポリマー膜、クロロメチルスチレン・ビニルベンゼン共重合体をアミノ化した膜等が挙げられる。 When the anion transport number of the supporting electrolyte solution is high, it is preferable to use an anion exchange membrane. As the anion exchange membrane, a solid polymer electrolyte capable of transferring anions can be used. Specifically, a polyorthophenylenediamine film, a fluorine-based ion exchange film having an ammonium salt derivative group, a vinylbenzene polymer film having an ammonium salt derivative group, a film obtained by aminating a chloromethylstyrene / vinylbenzene copolymer, etc. Can be mentioned.
水素発生、酸素発生がそれぞれ水素発生触媒、酸素発生触媒にて選択的に行なわれ、これに伴うイオンの移動が起こる場合、必ずしもイオン交換のための特殊な膜等の部材を配置する必要はない。ガスを物理的に隔離することのみの目的であれば、後述のシール剤に記載の紫外線硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を用いることが可能である。 When hydrogen generation and oxygen generation are selectively performed by a hydrogen generation catalyst and an oxygen generation catalyst, respectively, and ion movement accompanying this occurs, it is not always necessary to arrange a member such as a special membrane for ion exchange. . For the purpose of only physically isolating the gas, it is possible to use an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin described in a sealant described later.
［シール材］
シール材１６は、基板１と天板１４とを接着し、生成部２３内を流れる電解液および生成部２３内で生成した水素および酸素を密閉するための材料である。シール材１６は、例えば、紫外線硬化性接着剤、熱硬化性接着剤等が好適に使用されるが、その種類は限定されるものではない。
[Sealant]
The sealing
紫外線硬化性の接着剤としては、２００〜４００ｎｍの波長を持つ光を照射することにより重合が起こり光照射後数秒で硬化反応が起こる樹脂である。このような樹脂は、ラジカル重合型とカチオン重合型とに分けられる。ラジカル重合型樹脂としてはアクリルレート、不飽和ポリエステルが挙げられる。カチオン重合型としては、エポキシ、オキセタン、ビニルエーテル等が挙げられる。 The ultraviolet curable adhesive is a resin that undergoes polymerization when irradiated with light having a wavelength of 200 to 400 nm and undergoes a curing reaction within a few seconds after the light irradiation. Such resins are classified into radical polymerization types and cationic polymerization types. Examples of the radical polymerization type resin include acrylate and unsaturated polyester. Examples of the cationic polymerization type include epoxy, oxetane, and vinyl ether.
また熱硬化性の高分子接着剤としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、熱硬化性ポリイミド等の有機樹脂が挙げられる。熱硬化性の高分子接着剤は、熱圧着時に圧力を掛けた状態で加熱重合し、その後、加圧したまま、室温まで冷却することにより、各部材を良好に接合させるため、締め付け部材等を要しない。 Examples of the thermosetting polymer adhesive include organic resins such as phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, and thermosetting polyimide. The thermosetting polymer adhesive is heated and polymerized in a state where pressure is applied at the time of thermocompression bonding, and then cooled to room temperature while being pressurized. I don't need it.
また、有機樹脂に加えて、ガラス基板に対して密着性の高いハイブリッド材料を用いることが可能である。ハイブリッド材料を用いることによって、弾性率や硬度等の力学的特性が向上し、耐熱性や耐薬品性が飛躍的に向上する。ハイブリッド材料は、無機コロイド粒子と有機バインダ樹脂とから構成される。例えば、シリカなどの無機コロイド粒子と、エポキシ樹脂、ポリウレタンアクリレート樹脂やポリエステルアクリレート樹脂などの有機バインダ樹脂とから構成されるものが挙げられる。 In addition to the organic resin, a hybrid material having high adhesion to the glass substrate can be used. By using a hybrid material, mechanical properties such as elastic modulus and hardness are improved, and heat resistance and chemical resistance are dramatically improved. The hybrid material is composed of inorganic colloidal particles and an organic binder resin. For example, what is comprised from inorganic colloidal particles, such as a silica, and organic binder resin, such as an epoxy resin, a polyurethane acrylate resin, and a polyester acrylate resin, is mentioned.
ここではシール材１６と記しているが、基板１と天板１４とを接着させる機能を有するものであれば限定されず、樹脂製あるいは金属製のガスケットを用い外部からネジ等の部材を用いて物理的に圧力を加え機密性を高める方法等を適宜用いることも可能である。
Here, the sealing
［電解液流路］
電解液流路１５は、第１の気体発生部８と天板１４との間の空間および第２の気体発生部７と天板１４との間の空間とすることができる。また、電解液流路１５は、隔壁１３により仕切ることができる。
[Electrolyte flow path]
The
生成した水素および酸素の気泡が効率よく第１の気体発生部８または第２の気体発生部７から離れるように、電解液流路の内部で電解液を循環させるような例えばポンプやファン、熱による対流発生装置などの簡易装置を備え付けることも可能である。
For example, a pump, fan, heat, etc. that circulates the electrolyte in the electrolyte flow path so that the generated hydrogen and oxygen bubbles are efficiently separated from the
［給水口、第１ガス排出口および第２ガス排出口］
給水口１８は、生成部２３に含まれるシール材１６の一部に開口を作ることにより設けることができる。給水口１８は、水素および酸素へと分解された水を補充するために配置される。その配置箇所および形状は、原料となる水が効率よく水素製造装置へ供給されさえすれば、特に限定されるものではないが、流動性および供給の容易性の観点から、水素製造装置下部に設置することが好ましい。
[Water supply port, first gas outlet and second gas outlet]
The
また、第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９は、給水口１８を下側にして生成部２３を設置したとき、生成部２３の上側の部分のシール材１６に開口を作ることにより設けることができる。また、第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９は、それぞれ、隔壁１３を挟んで第１の気体発生部８側および第２の気体発生部７側に設けることができる。
The first
このように給水口１８、第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９を設けることにより、生成部２３を光電変換部２の受光面が上向きの状態で水平面に対し傾斜し、給水口１８が下側になり第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９が上側になるように設置することができる。このように設置することにより、給水口１８から電解液を生成部２３内に導入し、電解液流路１５を電解液で満たすことができる。この状態で、生成部２３に光を入射させることにより、水素発生部および酸素発生部で、それぞれ、連続して水素および酸素を発生させることができる。この発生した水素および酸素は、隔壁１３により分離することができる。水素および酸素は、それぞれ、生成部２３の上部へ上昇し、第１ガス排出口２０および第２ガス排出口１９から回収することができる。
By providing the
［電解液］
電解液は、電解質を含む水溶液であり、例えば、０．１ＭのＨ2ＳＯ4を含む電解液、０．１Ｍリン酸カリウム緩衝液などである。
[Electrolyte]
The electrolytic solution is an aqueous solution containing an electrolyte, for example, an electrolytic solution containing 0.1 M H 2 SO 4 , a 0.1 M potassium phosphate buffer, or the like.
＜生成部の構成の第２の例＞
生成部２３の構成は、第１の例に示された構成に限定されるものではない。
<Second Example of Configuration of Generating Unit>
The configuration of the
そこで、生成部２３の他の構成例について第２の例として説明する。
図１４〜図１８は、それぞれ、生成装置３０に含まれる生成部２３の構成の第２の例としての様々な構成を示す図であって、図２に示された点線Ａ−Ａと同様の位置の概略断面図である。生成部２３の第２の例に示される構成は、第１の例に示された構成と電極構成が異なる。
Therefore, another configuration example of the
14 to 18 are diagrams showing various configurations as a second example of the configuration of the
［光電変換部］
裏面の第１および第２区域間に起電力が生じる光電変換部２を形成する方法としては、例えば、半導体ウェハを材料として用い、ｐ型半導体部４’の一部およびｎ型半導体部５’の一部が半導体ウェハの裏面にそれぞれ形成されるようにｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’を形成することが挙げられる。このように形成した光電変換部２の受光面から光を入射させると、光電変換部の裏面のｐ型半導体部４’が形成された区域とｎ型半導体部５’が形成された区域との間に電位差を生じさせることができる。なお、半導体基板には半導体ウェハを加工したものが含まれる。
[Photoelectric converter]
As a method for forming the
半導体ウェハにｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’をこれらが接するように形成すると、光電変換部２にｐｎ接合を形成することができる。また、ｉ型半導体からなる半導体ウェハにｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’をこれらが接しないように形成すると、光電変換部２にｐｉｎ接合を形成することができる。また、ｐ型半導体の半導体ウェハを用いるとｎｐｐ＋接合を有する光電変換部２を形成することができ、ｎ型半導体の半導体ウェハを用いるとｐｎｎ＋接合を有する光電変換部２を形成することができる。
When the p-
ｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’は、図１４のように半導体ウェハにそれぞれ一箇所ずつ形成してもよい。また、図１６のように半導体ウェハにｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’をそれぞれ複数形成してもよく、図１７のように半導体ウェハにｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’のうちどちらか一方を一箇所形成し、他方をその両側に二箇所形成してもよい。
The p-
光電変換部２の材料となる半導体ウェハは、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ｎｐｐ＋接合またはｐｎｎ＋接合を形成し光電変換可能なものであれば特に限定されないが、例えば、シリコンウェハである。また、半導体ウェハは、単結晶のものを用いてもよく、多結晶のものを用いてもよい。
The semiconductor wafer used as the material of the
ｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、半導体ウェハにｐ型不純物およびｎ型不純物をそれぞれ熱拡散する方法または、半導体ウェハにｐ型不純物およびｎ型不純物をそれぞれイオン注入する方法が挙げられる。これらの方法によりｐ型不純物およびｎ型不純物を半導体ウェハの一方の面から熱拡散またはイオン注入することによりｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’を形成することができ、光電変換部２の裏面にｐ型半導体部４’の一部およびｎ型半導体部５’の一部をそれぞれ形成することができる。
The method for forming the p-
光電変換部２は、好ましくは、直列接続された複数のｐｉｎ接合、複数のｐｎ接合、複数のｎｐｐ＋接合または複数のｐｎｎ＋接合を有する。このことにより、光電変換部２が受光することにより生じる起電力を大きくすることができ、水分解に必要な起電力を第１の気体発生部８および第２の気体発生部７に出力することができる。直列接続された複数のｐｉｎ接合などを有する光電変換部２を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、図１４および図１８のように、ｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’を形成した半導体ウェハを並列に設け、隣接する半導体ウェハを第３導電部２９で接続することにより、形成することができる。また、図１６のように半導体ウェハをトレンチアイソレーション２６で区切られた複数の部分を形成し、各部分にｐ型半導体部４’およびｎ型半導体部５’を形成した後、各部分を第３導電部２９により接続することにより形成することができる。
The
なお、ここでは、半導体ウェハを用いて形成した光電変換部２について説明したが、光電変換部２は、裏面の２つの区域間に電位差が生じるものであれば、半導体薄膜、有機半導体などを用いたものであってもよい。
In addition, although the
［絶縁部］
絶縁部１１は、光電変換部２の裏面と第１の気体発生部８との間の一部および光電変換部２の裏面と第２の気体発生部７との間の一部に設けることができる。このことにより、第１の気体発生部８と電気的に接続する光電変換部２の裏面の第１区域と、第２の気体発生部７と電気的に接続する光電変換部２の裏面の第２区域との間隔を広くすることができ、光電変換部２の光電変換効率を高くすることができる。また、光電変換部２が直列接続されたｐｉｎ接合などを有する場合、絶縁部１１を設けることによりリーク電流の発生を防止することができる。
[Insulation part]
The insulating
絶縁部１１は、第１の気体発生部８と電気的に接続する光電変換部２の裏面の第１区域の上および第２の気体発生部７と電気的に接続する光電変換部２の裏面の第２区域の上には、形成されない。このことにより、第１区域の上に第１の気体発生部８を、第２区域の上に第２の気体発生部７を形成することができ、第１または第２区域を介してｐ型半導体部４’またはｎ型半導体部５’と第１の気体発生部８または第２の気体発生部７とを電気的に接続することができる。
The insulating
例えば、図１４、図１６、および図１８のようにｐ型半導体部４’の一部である光電変換部２の裏面の第２区域上およびｎ型半導体部５’の一部である光電変換部２の裏面の第１区域上に絶縁部１１の開口をそれぞれ設け、第１区域上の開口中と絶縁部１１の上とに第１の気体発生部８を設け、第２区域上の開口中と絶縁部１１の上とに第２の気体発生部７を設けることができる。
For example, as shown in FIG. 14, FIG. 16, and FIG. 18, the photoelectric conversion on the second area on the back surface of the
また、第１の気体発生部８の光電変換部側に第１の気体発生部８と接触するように第１導電部２７を設けることができ、第２の気体発生部７の光電変換部側に第２の気体発生部７と接触するように第２導電部２８を設けることもできる。例えば、図１５および図１７のように第１区域上の絶縁部１１の開口の内壁と第１の気体発生部８との間および絶縁部１１と第１の気体発生部８との間に第１導電部２７を設け、第２区域上の絶縁部１１の開口の内壁と第２の気体発生部７との間および絶縁部１１と第２の気体発生部７との間に第２導電部２８を設けることができる。
Moreover, the 1st
第１導電部２７および第２導電部２８に電気伝導率の高い材料を用いることができ、光電変換部２が受光することにより生じた起電力を第１の気体発生部８および第２の気体発生部７に出力する場合に内部抵抗を低減することができる。
A material having high electrical conductivity can be used for the first
［気体発生部］
第１の気体発生部８および第２の気体発生部７は、並列に設けることができ、また、第１の気体発生部８と第２の気体発生部７との間に隔壁１３を設けることもできる。第１の気体発生部８および第２の気体発生部７は図１４〜図１６のようにそれぞれ１つずつ設けてもよく、それぞれ複数設けもよく、交互に設けてもよい。また、図１７および図１８のように第１の気体発生部８および第２の気体発生部７のうち一方を１つ設け、その両側に他方を設けてもよい。
[Gas generator]
The first
さらに第１の気体発生部８および第２の気体発生部７は、電解液流路１５の内壁に設けてもよい。このことにより、第１の気体発生部８および第２の気体発生部７と電解液とを接触させることができ、電解液から水素および酸素を発生させることができる。
Furthermore, the first
＜制御装置の制御構成＞
制御装置４０の制御部４１における制御構成について説明する。
<Control configuration of control device>
A control configuration in the
図７は、制御装置４０の制御部４１の制御構成を示すブロック図である。図７の各部は、制御部４１に含まれる図示しないＣＰＵが図示しないメモリに記憶されるプログラムを読み出して実行することによって主にＣＰＵ上に形成される機能であってもよいし、電気回路などのハードウェアで形成される機能であってもよい。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a control configuration of the
図７を参照して、制御部４１は、センサ３５Ａ，３５Ｂ，７１Ａ，７１Ｂ、圧力検知部４３，４４、および外部装置からの信号の入力を受付けるための入力部４１１と、給排水部３１での生成部２３に対する給排水量や給排水速度を制御するための水量制御部４１２と、流量調整部４２１での貯蔵装置７０への水素の供給量、および圧力調整部４２２での貯蔵装置７０へ供給する水素の圧力を制御するための流量・圧縮制御部４１３と、生成部２３から供給される電力の電圧を制御するための電圧制御部４１４と、温度調整部３６での生成部２３の温度の調整を制御するための温度制御部４１５と、温度調整部４５での制御装置４０内や制御装置４０内の各装置の温度の調整を制御するための温度制御部４１６と、スイッチ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの切り替えを制御するための切替制御部４１７と、貯蔵装置７０からの燃料電池等に対する水素の供給を制御するための供給制御部４１８と、後述する動作モードを判定するための判定部４１９とを含む。
Referring to FIG. 7,
判定部４１９は、入力部４１１で入力を受付けた各センサ信号、外部装置からのエネルギー供給を要求する信号、および図示しない生成部２３の受光面での受光を検知する機構からの信号、などに基づいて、後述する動作モードを判定する。そして、判定された動作モードでの制御を実行させるために、必要な制御ブロックに対して制御信号を出力する。
The determination unit 419 receives each sensor signal received by the
＜電力供給の制御＞
前述のように、生成部２３の光電変換部２は受光面に太陽光の照射を受けることによって発電し、電力を生成する。その電力が第１電極４に接続された第２の気体発生部７または第２電極５に接続された第１の気体発生部８のうちの水素発生部７（または８）に導電されることで、水分解に用いられる。よって、生成された電力が水素に変換される。
<Control of power supply>
As described above, the
一方、生成された電力は、第１電極４および第２電極５に接続されたケーブル６２によって生成装置３０の外部に出力される。
On the other hand, the generated electric power is output to the outside of the
制御装置４０の制御部４１は、後述する動作モードに対応させて、光電変換部２で生成された電力のうちの水素生成に用いられる電力の供給と、生成装置３０の外部に出力される電力とを制御する。
The
具体的には、生成部２３内の水と水素発生部７（または８）との接する面積が少なくなるほど生成部２３における水分解が進まなくなり、逆に、接する面積が多くなるほど水分解が進む。すなわち、生成部２３内の水と水素発生部７（または８）との接する面積によって光電変換部２で生成された電力のうちの水分解に用いられる電力量が影響される。光電変換部２で生成された電力のうちの水分解に用いられる電力量が多くなるほど生成装置３０の外部に出力可能な電力量が少なくなり、水分解に用いられる電力量が少なくなるほど生成装置３０の外部に出力可能な電力量が多くなる。
Specifically, as the contact area between the water in the
よって、電力供給のための第１の制御として、制御部４１は、生成部２３に供給される水量を制御することによって水素生成の程度を制御することが可能となる。すなわち、生成部２３に供給する水量を多くすることによって生成される水素量を多くすることができ、出力可能な電力量を抑えることができる。逆に、生成部２３に供給する水量を少なくすることによって生成される水素量を少なくすることができ、出力可能な電力量を増やすことができる。
Therefore, as the first control for power supply, the
電力供給のための第２の制御として、制御部４１は、生成部２３から供給される水素量を制御することによって水素生成の程度を制御することが可能となる。すなわち、生成部２３から供給される水素量を多くしてパイプ６１内またはパイプ６１に接続し設けられた図示されない１次バッファ槽内の水素圧力を増加させることによって水素発生部７（または８）付近に存在する水素量が減り、生成される水素量を多くすることができ、出力可能な電力量を抑えることができる。逆に、生成部２３から供給される水素量を少なくしてパイプ６１内またはパイプ６１に接続し設けられた図示されない１次バッファ槽内の水素圧力を減少させることによって水素発生部７（または８）付近に存在する水素量が増し、生成される水素量を少なくすることができ、出力可能な電力量を増やすことができる。
As the second control for power supply, the
電力供給のための第３の制御として、制御部４１は、切替部３４を制御することによって生成装置３０から出力される電力の量を調整することが可能となる。生成装置３０から出力される電力量を多くすることで、水分解に用いることのできる電力量が減るため生成される水素量が少なくなる。生成装置３０から出力される電力量を少なくすることで、水分解に用いることのできる電力量が増えるため生成される水素量が多くなる。
As the third control for power supply, the
制御部４１は、後述する動作モードに対応させて上記第１〜第３の制御の少なくとも１つを実行することで、光電変換部２で生成された電力のうちの、水素生成に用いられる電力の供給と、生成装置３０の外部に出力される電力とを制御する。
The
＜制御モード＞
制御装置４０の制御部４１は、図示しないＣＰＵがメモリからプログラムを読み出して実行することによって後述する制御動作を行なって各部を制御する。制御部４１の実行する、太陽光発電システム１００全体の制御には、「起動モード」および「停止モード」が含まれる。生成装置３０でのエネルギーの生成および供給の制御には、「発電モード」、「水素生成モード」、および「発電および水素生成モード」が含まれる。メモリに記憶されている基本制御のためのメインのプログラムは、それぞれのモードの制御のためのプログラムに分岐する。
<Control mode>
The
［起動モード］
「起動モード」は、生成装置３０および制御装置４０に動作の開始が可能な電力を供給し、流量調整部４２１に含まれるバルブを開放させる制御を指す。ここでの電力の供給は、蓄電池６０に必要な電力量が蓄電されている場合には蓄電池６０からなされ、そうでない場合には、いわゆる系統電力などの外部の電源からなされる。この制御によって、制御装置４０は図示しない操作部からの動作開始を指示する操作信号や他の装置からの信号の入力を待機する状態となる。この制御によって実現される状態を「起動状態」または「スタンバイ状態」とも称する。
[Startup mode]
“Start-up mode” refers to control in which power that can start operation is supplied to the
［発電モード］
「発電モード」は、生成部２３の光電変換部２に太陽光が照射されることで発電された電力をケーブル６２で生成装置３０から出力させるための制御を指す。この制御によって実現される状態を「発電状態」とも称する。
[Power generation mode]
The “power generation mode” refers to control for outputting the power generated by irradiating the
なお、制御装置４０が、貯蔵装置７０に接続された燃料電池に電気的に接続されている場合には、「発電モード」には、さらに、当該燃料電池に対して発電させ、その電力を当該燃料電池から出力させるための制御が含まれる。
When the
また、「発電モード」には、発電によって生成された電力を供給するための制御が含まれてもよい。供給先は、要求された外部装置であってもよいし、蓄電池６０であってもよいし、当該制御装置４０自身であってもよい。供給先が蓄電池６０である場合には、その制御は充電モードになる。制御装置４０の制御部４１は要求された装置に対して電力を供給するために、スイッチ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの開閉や切替部３４での出力される電力量を制御する。また、いずれの装置にも生成された電力を供給せず、放電させる制御も電力を供給するための制御に含まれる。
Further, the “power generation mode” may include control for supplying power generated by power generation. The supply destination may be the requested external device, the storage battery 60, or the
［水素生成モード］
「水素生成モード」は、生成部２３の水素発生部７（または８）に水分解に必要な電力を供給して水素の生成を行なわせる制御を指す。この制御によって実現される状態を「水素生成状態」とも称する。また、「水素生成モード」には、生成された水素を貯蔵装置７０に供給するための制御が含まれてもよい。
[Hydrogen generation mode]
“Hydrogen generation mode” refers to control for supplying hydrogen necessary for water splitting to the hydrogen generation unit 7 (or 8) of the
生成部２３の水素発生部７（または８）に水分解に必要な電力が生成部２３の光電変換部２から供給される場合、「水素生成モード」には必要な電力を生成するための「発電モード」が含まれることになる。このときの制御モードを「発電および水素生成モード」と称する。すなわち、「発電および水素生成モード」は、生成部２３の光電変換部２に太陽光が照射されることで発電された電力をケーブル６２で生成装置３０から出力させ、かつ、生成部２３の水素発生部７（または８）に水分解に必要な電力を供給して水素の生成を行なわせる制御を指す。この制御によって実現される状態を「発電および水素生成状態」とも称する。そして、「発電および水素生成モード」に含まれる「発電モード」には、上述した制御が含まれてもよい。
When power required for water splitting is supplied from the
［停止モード］
「停止モード」は、生成装置３０および制御装置４０への電力の供給を終了し（または動作可能な電力よりも低い電力を供給し）、流量調整部４２１に含まれるバルブを閉塞させる制御を指す。この制御によって実現される状態を「停止状態」とも称する。
[Stop mode]
The “stop mode” refers to control in which supply of power to the
＜制御装置の制御フロー＞
［全体フロー］
図８は、制御装置４０における制御の基本的な流れを示すフローチャートである。図８のフローチャートに示される制御は、制御部４１の図示しないＣＰＵがメモリからプログラムを読み出して図７の各部を制御することによって実現される。
<Control flow of control device>
[Overall flow]
FIG. 8 is a flowchart showing the basic flow of control in the
図８を参照して、始めに、ステップＳ１でＣＰＵは、貯蔵装置７０を始めとする他の装置との電気的な接続を確認する。この確認は特定の方法には限定されず、たとえば、物理的にコネクタが接続されていることを確認することでなされてもよいし、接続確認のための通信を行なうことでなされてもよい。接続が確認されないと（ステップＳ１でＮＯ）、以降の制御を実行せずに接続が確認されるまで待機する。制御装置４０が図示しないブザーや表示装置などの報知機能を有する場合、ＣＰＵはこれら報知機能を用いて接続がなされていないことを報知してもよい。
Referring to FIG. 8, first, in step S <b> 1, the CPU confirms electrical connection with other devices such as
接続が確認されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、ステップＳ３でＣＰＵは起動制御を実行する。起動制御は起動モードでの制御であって、メインのプログラムから起動モード用のプログラムに分岐することで実行される。 If the connection is confirmed (YES in step S1), the CPU executes start control in step S3. The start control is a control in the start mode, and is executed by branching from the main program to the start mode program.
起動モードでの制御で、ＣＰＵは、生成装置３０に対して光電変換部２において太陽光発電の開始が可能な電力を供給すると共に、制御装置４０に対して以降の制御の開始が可能な電力を供給する。また、流量調整部４２１に含まれるバルブを開放して貯蔵装置７０への水素の供給を可能な状態にする。これにより、制御装置４０は待機状態となり、図示しない操作部からの動作開始を指示する操作信号や他の装置からの信号の入力を待機する。
In the control in the startup mode, the CPU supplies power that can start photovoltaic power generation in the
待機状態において上述の入力を受付けると（ステップＳ５でＹＥＳ）、ステップＳ７でＣＰＵは、その入力に応じて、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定した上で、決定された制御モードでの制御を実行する。それぞれの制御モードでの制御は、メインのプログラムから該当する制御モード用のプログラムに分岐することで実行される。 When the above input is accepted in the standby state (YES in step S5), in step S7, the CPU determines a control mode for generating and supplying energy in accordance with the input, and then the determined control mode. Execute the control with. The control in each control mode is executed by branching from the main program to the corresponding control mode program.
そして、その制御が終了すると、ステップＳ９でＣＰＵは、当該太陽光発電システム１００での動作を終了するための制御を実行する。
When the control ends, the CPU executes control for ending the operation in the solar
ステップＳ９の制御は停止モードでの制御であって、メインのプログラムから起動モード用のプログラムに分岐することで実行される。 The control in step S9 is a control in the stop mode, and is executed by branching from the main program to the program for the start mode.
停止モードでの制御で、ＣＰＵは、生成装置３０および制御装置４０に対する電力の供給を終了する。または、生成装置３０および制御装置４０に対して供給する電力を動作可能な電力よりも低い電力に切り替える。また、流量調整部４２１に含まれるバルブを閉塞させて貯蔵装置７０への水素の供給を遮断する。これにより、制御装置４０は停止状態となる。そして、ＣＰＵは、一連の制御を終了する。
With the control in the stop mode, the CPU ends the supply of power to the
なお、この全体制御に並行して、ＣＰＵは、各部の制御を行なう。各部の制御としては、給水制御、温度制御、流量・圧縮制御、および接続制御が挙げられる。 In parallel with this overall control, the CPU controls each part. Control of each part includes water supply control, temperature control, flow rate / compression control, and connection control.
［給水制御］
給水制御とは、生成装置３０の生成部２３への給水の制御を指す。
[Water supply control]
The water supply control refers to control of water supply to the
制御装置４０の制御部４１は電気的に接続されたセンサ３５Ａからのセンサ信号に基づいて生成部２３内の水量を検出し、その水量が予め規定されている水量を下回っていないか否かを判断する。予め規定される水量とは、少なくとも生成部２３において水分解が行なわれて水素の生成に必要な水量を指す。
The
この判断は、一定間隔で行なわれてもよいし、上記ステップＳ７のエネルギーを生成し、供給するための制御モードを開始する際に行なわれてもよい。その結果、生成部２３内の水量が上記規定されている水量を下回っていた場合、予め規定された水量だけ生成装置３０の生成部２３に給水させるための制御信号を、電気的に接続された給排水部３１に対して出力する。
This determination may be performed at regular intervals, or may be performed when the control mode for generating and supplying the energy in step S7 is started. As a result, when the amount of water in the
なお、制御部４１は、生成部２３内の水量、光電変換部２における受光量、生成部２３における水素の生成速度、パイプ６１内またはパイプ６１に接続し設けられた図示されない１次バッファ槽内の水素圧力、および光電変換部２における発電量の少なくとも１つを検出し、これらに基づいて給水を制御するようにしてもよい。すなわち、光電変換部２における発電量が多い場合、または、光電変換部２における受光量が多い場合には、発電量が多くなるため、生成部２３に多く給水するよう制御してもよい。生成部２３における水素の生成速度が速い場合、または、パイプ６１内またはパイプ６１に接続し設けられた図示されない１次バッファ槽内の水素圧力が高い場合には、水素が多く生成されているため、生成部２３に少なく給水するよう制御してもよい。
In addition, the
この制御によって、生成装置３０の生成部２３には、少なくとも水分解が行なわれて水素が生成されるために必要な量の水、または適切な量の水が存在することになり、必要なときに安定して水素の生成が可能となる。
By this control, the
［流量・圧縮制御］
流量・圧縮制御とは、貯蔵装置７０に供給される水素の流量や圧力の制御を指す。この制御は、貯蔵装置７０への水素供給の要求があったときに行なわれる。
[Flow and compression control]
The flow rate / compression control refers to control of the flow rate and pressure of hydrogen supplied to the
制御装置４０の制御部４１は電気的に接続された圧力検知部４３および圧力検知部４４からのセンサ信号に基づいて生成装置３０から供給された水素の圧力と、貯蔵装置７０に供給される水素の圧力とを検出する。そして、貯蔵装置７０に供給される水素の圧力の方が生成装置３０から供給された水素の圧力よりも高くなるようにする。すなわち、これらの圧力を比較して、生成装置３０から供給された水素の圧力の方が貯蔵装置７０に供給される水素の圧力よりも高い場合には、パイプ６１内の水素を圧縮させるための制御信号を、電気的に接続された圧力調整部４２２に対して出力する。その上で、予め規定される所定量の水素をパイプ６１で貯蔵装置７０に水素を供給させるための制御信号を、電気的に接続された流量調整部４２１に対して出力する。
The
なお、圧力検知部４４からのセンサ信号に替えてセンサ７１Ｂからのセンサ信号を用いて、貯蔵装置７０内の水素の圧力と生成装置３０から供給された水素の圧力とを比較して圧力制御を行なうようにしてもよい。
Note that the pressure control is performed by comparing the pressure of hydrogen in the
この制御によって、生成装置３０からの水素は圧縮されて貯蔵装置７０に供給されることになる。
By this control, the hydrogen from the
［温度制御］
温度制御とは、一例として、生成装置３０の生成部２３内の水および制御装置４０の温度の制御を指す。他の例として、貯蔵装置７０内の水素の温度の制御が含まれてもよい。また、これらのうちの少なくとも１装置のみの温度制御であってもよい。
[Temperature control]
Temperature control refers to control of the water in the
制御装置４０の制御部４１は電気的に接続されたセンサ３５Ｂおよびセンサ４６からのセンサ信号に基づいて生成部２３内の水温および制御装置４０本体（たとえば圧力調整部４２２等）の温度を検出し、それらの温度が所定範囲内とするための制御信号を、電気的に接続された温度調整部３６，４５に対して出力する。
The
図９は、制御部４１での温度制御の具体例を示すフローチャートである。
図９を参照して、具体的な制御方法として、たとえば、ステップＳ１１でＣＰＵは生成部２３内の水温および制御装置４０本体を検出する。ＣＰＵは、予め規定されている限界温度と検出された制御装置４０本体の温度とを比較する。また、生成部２３内の規定水温と生成部２３内の水温とを比較する。
FIG. 9 is a flowchart showing a specific example of temperature control in the
Referring to FIG. 9, as a specific control method, for example, in step S11, the CPU detects the water temperature in
制御装置４０本体の温度が限界温度以上であり、かつ生成部２３内の水温が規定水温を下回っていない場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ、かつステップＳ１５でＮＯ）、ステップＳ１７でＣＰＵは、制御装置４０本体を冷却させるための制御信号を、電気的に接続されている温度調整部４５に対して出力する。
When the temperature of the main body of the
制御装置４０本体の温度が限界温度以上であり、かつ生成部２３内の水温が規定水温を下回っている場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ、かつステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１９でＣＰＵは、生成部２３内の水温を上昇させ、かつ制御装置４０本体を冷却させるため、これらの熱交換を行なう。または、電気的に接続されている温度調整部３６，４５に対して制御信号を出力してもよい。
When the temperature of the
制御装置４０本体の温度が限界温度を上回っておらず、かつ生成部２３内の水温が規定水温を下回っている場合には（ステップＳ１３でＮＯ、かつステップＳ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２３でＣＰＵは制御装置４０本体を冷却するための制御信号を、電気的に接続されている温度調整部４５に対して出力する。
If the temperature of the main body of the
この制御によって、たとえば冬等の外気温の低い環境において生成部２３内の水温が低い場合に電解効率が低くなることに対して、給排水部３１を加熱することにより温水を供給して生成部２３の温度を高くすることにより、水素生成効率を向上させることが可能となる。
By this control, for example, when the water temperature in the generating
また、制御装置４０本体の温度を適正に保つことが可能となり、異常な高温による誤動作などを防止することができる。すなわち、夏等の外気温の高い環境において接続部４２の温度が高くなるため装置の誤動作が増加することに対し、接続部４２を温度調整部４５に含まれるファンで冷却することにより、接続部４２の動作の安定性を向上させることが可能となる。
In addition, the temperature of the main body of the
［接続制御］
接続制御とは、制御装置４０の貯蔵装置７０との接続の制御であって、具体的には、流量調整部４２１に含まれるバルブの開閉の制御を指す。
[Connection control]
The connection control is control of connection between the
制御部４１は、貯蔵装置７０と制御装置４０との間のパイプ６１での接続を確認するための機構を有する。該機構の一例として、貯蔵装置７０に対してパイプ６１を継ぎ手などのジョイントで接続／非接続とすることが可能であって、制御部４１は、そのジョイントに設けられたコネクタの接続／非接続を電気的に検出することで貯蔵装置７０と制御装置４０との間のパイプ６１での接続を確認することができる。または、制御部４１は、パイプ６１のジョイント部分の圧力を検知するための図示しない検知器と電気的に接続され、そのセンサ信号に基づいて貯蔵装置７０と制御装置４０との間のパイプ６１での接続を圧力に基づいて確認してもよい。
The
制御部４１は、貯蔵装置７０と制御装置４０との間のパイプ６１での接続が確認されると、流量調整部４２１に含まれるバルブを開放させるための制御信号を、電気的に接続された流量調整部４２１に対して出力する。
When the connection of the
これにより、生成装置３０からのパイプ６１が貯蔵装置７０に接続されることになる。
なお、制御部４１は、好ましくは、接続時に、生成装置３０の気体発生部７，８中の気体を排出するためのガスパージ処理を行なう。一例として、制御装置４０に図示しない窒素ガス等のガスパージ処理に用いられる気体が充填された容器が接続され、該容器から気体を気体発生部７，８内に注入するための機構に制御部４１が電気的に接続されている場合、該制御部４１は、接続が完了した時点で該機構に対して制御信号を出力し、上記気体を気体発生部７，８に所定量注入させる。これにより、生成された水素の純度を向上させることができる。
As a result, the
Note that the
また、制御部４１は、電気的に接続されたセンサ７１Ｂからのセンサ信号に基づいて貯蔵装置７０内の圧力を検出し、その圧力変化がなくなった（または、変化幅がある程度小さな所定範囲内となった）ことを検出することで貯蔵装置７０への水素の供給が停止していることを検出する。貯蔵装置７０への水素の供給が停止したことが検出されると、流量調整部４２１に含まれるバルブを閉塞させるための制御信号を、電気的に接続された流量調整部４２１に対して出力する。
In addition, the
これにより、生成装置３０からのパイプ６１の貯蔵装置７０への接続が切断されることになる。
As a result, the connection of the
［状態制御フロー１］
図１０は、上記ステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第１の制御の流れを示すフローチャートである。この第１の制御は、外部装置からの信号に基づいた動作のための制御ではなく、当該太陽光発電システム１００内での信号に基づいた動作のための制御を指す。
[State control flow 1]
FIG. 10 is a flowchart showing a first control flow for determining a control mode for generating and supplying energy and starting the control in step S7. This 1st control points out the control for the operation | movement based on the signal in the said photovoltaic
図１０を参照して、始めに、ＣＰＵは、生成装置３０の光電変換部２での発電量を監視するなどして、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。その結果、光電変換部２が太陽光を受光していないと判断された場合（ステップＳ１０１でＮＯ）、ステップＳ１０３でＣＰＵは、蓄電池６０の蓄電量を確認して、水素発生部７（または８）で電気分解を実行するために必要な蓄電量である場合には（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、以降の動作に移行する。そうでない場合には（ステップＳ１０３でＮＯ）、ＣＰＵは、一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。
Referring to FIG. 10, first, the CPU determines whether or not the
光電変換部２が太陽光を受光していると判断された場合（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、さらに、ＣＰＵは、その受光量が水素発生部７（または８）で電気分解を実行するために必要な電力を発電し得る、一定量以上であるか否かを判断する。
When it is determined that the
その結果、受光量が上記一定量以上であると判断された場合に（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ＣＰＵはさらに、水素供給の要求の有無を判断する。または、蓄電池６０の蓄電量が水素発生部７（または８）で電気分解を実行するために必要な蓄電量である場合にも（ステップＳ１０３でＮＯ）、同様に、ＣＰＵは水素供給の要求の有無を判断する。 As a result, when it is determined that the amount of received light is equal to or greater than the predetermined amount (YES in step S107), the CPU further determines whether there is a request for hydrogen supply. Alternatively, when the amount of electricity stored in the storage battery 60 is the amount of electricity necessary for performing electrolysis in the hydrogen generator 7 (or 8) (NO in step S103), the CPU similarly requests the hydrogen supply. Judgment is made.
詳しくは、ＣＰＵは、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量を確認して、予め規定されている必要量が貯蔵されているか否かを判断することによって、貯蔵装置７０への水素供給の要求の有無を判断する。または、貯蔵装置７０に図示しない貯蔵量を維持するための装置が含まれている場合、ＣＰＵは、該装置から水素の供給を要求する信号が受信されたか否かで水素供給の要求の有無を判断してもよい。
Specifically, the CPU confirms the amount of hydrogen stored in the
なお、水素供給の要求の有無を判断するに先立って、ＣＰＵは、貯蔵装置７０に水素の供給が可能であるか否かを判断する。その判断としては、貯蔵装置７０との接続状態が適切であるか、生成装置３０内の水量が適切であるか、およびパイプ６１内の水素圧力が適切であるか、の少なくとも一つの判断が該当する。貯蔵装置７０との接続状態が適切であるか否かの判断は上述の接続制御における判断と同様であり、生成装置３０内の水量が適切であるか否かの判断は上述の給水制御における判断と同様でありパイプ６１内の水素圧力が適切であるか否かの判断は上述の流量・圧縮制御における判断と同様である。貯蔵装置７０との接続状態、生成装置３０内の水量、およびパイプ６１内の水素圧力が適切である（またはこのうちの判断対象とする少なくとも１つのが満たされている）場合に、ＣＰＵは、貯蔵装置７０への水素供給の要求の有無を判断する。
Prior to determining whether or not there is a request for hydrogen supply, the CPU determines whether or not hydrogen can be supplied to the
なお、上記条件の少なくとも１つが満たされていない場合には、ＣＰＵは貯蔵装置７０への水素供給の要求の有無を判断することなく、次の処理へ進む。その結果、上記条件の少なくとも１つが満たされていない場合には水素供給が行なわれない。
If at least one of the above conditions is not satisfied, the CPU proceeds to the next process without determining whether there is a request for hydrogen supply to the
上記条件がすべて満たされ、かつ、貯蔵装置７０に対する水素供給の要求があると判断された場合（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、ＣＰＵは、水素を生成させるための制御が必要と判断する。なおこのとき、ＣＰＵは、さらに電力供給の要求の有無を判断する。詳しくは、ＣＰＵは、蓄電池６０の蓄電量を確認して、蓄電量が予め規定されている必要量であるか否か、また、制御装置４０での以降の制御に必要な蓄電量であるか否か、を判断することによって、電力供給の要求の有無を判断する。その結果、蓄電池６０にいずれの条件も満たす蓄電量が蓄電されている場合には、ＣＰＵは電力供給の要求はないものと判断して（ステップＳ１１１でＮＯ）、ステップＳ１１３で制御モードとして「水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において水素が生成され、要求元である貯蔵装置７０に対して供給されて貯蔵される。
When it is determined that all of the above conditions are satisfied and there is a request for hydrogen supply to storage device 70 (YES in step S109), the CPU determines that control for generating hydrogen is necessary. At this time, the CPU further determines whether or not there is a request for power supply. Specifically, the CPU checks the amount of electricity stored in the storage battery 60 to determine whether or not the amount of electricity stored is a predetermined amount, and whether it is the amount of electricity necessary for subsequent control by the
ステップＳ１１３の水素生成モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。 When the control in the hydrogen generation mode in step S113 is completed and the control exits, the CPU returns the control to the start of the control for generating and supplying a series of energy. It is determined whether or not light is received. And a series of control is performed.
一方、蓄電池６０に上記いずれかの条件を満たす蓄電量が蓄電されていない場合には、ＣＰＵは電力供給の要求もあると判断し（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、ステップＳ１１５で制御モードとして「発電および水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において水素が生成されて、要求元である貯蔵装置７０に対して供給されて貯蔵されると共に、電力も生成されて、蓄電池６０に対して供給されて蓄電される。
On the other hand, if the storage battery 60 does not store a storage amount that satisfies any of the above conditions, the CPU determines that there is also a request for power supply (YES in step S111), and in step S115, the control mode is “power generation and The “hydrogen generation mode” is determined, and the process in the control mode is executed. As a result, hydrogen is generated in the
ステップＳ１１５の発電および水素生成モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。
When the control in the power generation and hydrogen generation mode in step S115 ends and the control exits, the CPU returns the control to the start of the control for generating and supplying a series of energy, and the
光電変換部２での受光量が水素発生部７（または８）で電気分解を実行するために必要な電力を発電し得る受光量に満たないと判断された場合であって、蓄電池６０からの電力供給の要求がある場合には（ステップＳ１０７でＮＯ、かつステップＳ１１７でＹＥＳ）、ステップＳ１１９でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において電力が生成されて、蓄電池６０に対して供給されて蓄電される。
It is a case where it is determined that the amount of light received by the
ステップＳ１１９の発電モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。
When the control in the power generation mode in step S119 ends and the control exits, the CPU returns the control to the start of the control for generating and supplying a series of energy, and again the
なお、光電変換部２での受光量が水素発生部７（または８）で電気分解を実行するために必要な電力を発電し得る受光量に満たないと判断された場合であって、蓄電池６０からの電力供給の要求もない場合には（ステップＳ１０７でＮＯ、かつステップＳ１１７でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を抜けて、制御を上記ステップＳ３の起動モードの制御に移行する。これにより、制御装置４０が待機状態となる。
In addition, it is a case where it is determined that the amount of light received by the
上述のように、制御部４１は、制御開始時に光電変換部２や蓄電池６０において電気分解に必要な発電量が確保できていない場合には、水素供給の要求の有無を判断することなく電力供給の要求の有無を判断し、それに応じた制御モードとする。一方、制御開始時に光電変換部２や蓄電池６０において電気分解に必要な発電量が確保できている場合には、電力供給の要求の有無を判断するよりも先に水素供給の要求の有無を判断し、それに応じた制御モードとする。
As described above, the
これにより、太陽光発電システム１００では、まずは制御部４１での開始以降の制御が可能な電気量が確保されるまで発電が行なわれることになる。そしてその後、電気分解が可能な電気量が確保されると、要求に応じてその電力を用いて電気分解を行なって水素を供給し、さらに電力供給の要求がある場合には電力も供給する。すなわち、この制御によって、太陽光発電システム１００での動作開始時に必要な電力が蓄電池６０に蓄電されていない場合にはその必要分が外部の電源または系統電力から供給されるものの、それ以降、待機状態より後の動作においては太陽光発電システム１００内で生成された電力によって動作が行なわれることになる。このため、開始時の電力のみ必要であれば供給することによって、太陽光発電システム１００内での信号に基づいた動作は外部からの電力供給を受けることなく、自立して動作が可能となる。
Thereby, in the photovoltaic
［状態制御フロー２］
図１１は、上記ステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第２の制御の流れを示すフローチャートである。この第２の制御は、当該太陽光発電システム１００内での信号に基づいた動作のための制御ではなく、外部装置からの信号に基づいた動作のための制御を指す。
[State control flow 2]
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the second control for determining the control mode for generating and supplying energy and starting the control in step S7. This 2nd control points out the control for the operation | movement based on the signal from an external apparatus instead of the control for the operation | movement based on the signal in the said solar energy
図１１を参照して、ＣＰＵは、制御装置４０がいずれの外部装置とも接続されていない場合には（ステップＳ２０１でＮＯ）、一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。
Referring to FIG. 11, when
制御装置４０が１または複数の外部装置と接続されている場合（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、接続されている外部装置から水素供給の要求があったか否かを判断する。ここでの外部装置としては、たとえば、貯蔵装置７０に接続された（または貯蔵装置７０を含んだ）燃料電池や水素を消費する装置などが該当する。
When the
水素供給の要求がある場合（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、ＣＰＵは、蓄電池６０の蓄電量を確認して、蓄電量が予め規定されている必要量であるか否か、また、制御装置４０での以降の制御に必要な蓄電量であるか否か、を判断することによって、蓄電池６０への電力供給の要求の有無を判断する。その結果、蓄電池６０にいずれの条件も満たす蓄電量が蓄電されている場合には、ＣＰＵは蓄電池６０への電力供給の要求はないものと判断する（ステップＳ２０５でＮＯ）。また、接続された外部装置や外部装置などから電力供給の要求があったか否かを判断する。 If there is a request for hydrogen supply (YES in step S203), the CPU confirms the amount of electricity stored in the storage battery 60 to determine whether or not the amount of electricity stored is a predetermined amount. It is determined whether or not there is a request for power supply to the storage battery 60 by determining whether or not the storage amount is necessary for the subsequent control. As a result, if the storage battery 60 stores a storage amount that satisfies both conditions, the CPU determines that there is no request for power supply to the storage battery 60 (NO in step S205). Further, it is determined whether or not there is a request for power supply from a connected external device or an external device.
水素供給の要求があり、かつ蓄電池６０へも外部装置へも電力供給の要求がない場合には（ステップＳ２０３でＹＥＳ、Ｓ２０５でＮＯ、かつＳ２０７でＮＯ）、ステップＳ２０９でＣＰＵは、制御モードとして「水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において水素が生成されて、要求元である他の装置に水素が供給される。
If there is a request for hydrogen supply and there is no request for power supply to either the storage battery 60 or an external device (YES in step S203, NO in S205, and NO in S207), the CPU sets the control mode in step S209. The “hydrogen generation mode” is determined, and the processing in the control mode is executed. Thereby, hydrogen is produced | generated in the production |
ステップＳ２０９の水素生成モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、制御装置４０が外部装置と接続されているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。
When the control in the hydrogen generation mode in step S209 is completed and the control is exited, the CPU returns the control to the start of the control for generating and supplying a series of energy, and the
水素供給の要求があり、かつ蓄電池６０または外部装置のいずれかへの電力供給の要求がある場合には（ステップＳ２０３でＹＥＳ、かつＳ２０５でＹＥＳ、またはＳ２０７でＹＥＳ）、ステップＳ２１１でＣＰＵは制御モードとして「発電および水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において水素が生成されて要求元である他の装置に対して供給されると共に、電力も生成されて、蓄電池６０または外部装置に対して供給される。
If there is a request for hydrogen supply and there is a request for power supply to either the storage battery 60 or an external device (YES in step S203 and YES in S205, or YES in S207), the CPU controls in step S211. The “power generation and hydrogen generation mode” is determined as the mode, and the processing in the control mode is executed. Thus, hydrogen is generated in the
ステップＳ２１１の発電および水素生成モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、制御装置４０が外部装置と接続されているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。
When the control in the power generation and hydrogen generation mode in step S211 is finished and the control is exited, the CPU returns the control to the start of the control for generating and supplying a series of energy, and the
一方、水素供給の要求がなく、かつ蓄電池６０または外部装置のいずれかへの電力供給の要求がある場合には（ステップＳ２０３でＮＯ、かつＳ２１３でＹＥＳ、またはＳ２１５でＹＥＳ）、ステップＳ２１７でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において電力が生成されて、蓄電池６０または外部装置に対して供給される。
On the other hand, when there is no request for hydrogen supply and there is a request for power supply to either the storage battery 60 or the external device (NO in step S203, YES in S213, or YES in S215), the CPU in step S217 Determines “power generation mode” as the control mode, and executes processing in the control mode. Thereby, electric power is produced | generated in the production |
ステップＳ２１７の発電モードでの制御が終了して該制御を抜けると、ＣＰＵは、制御を一連のエネルギーを生成し、供給するための制御の開始に戻し、再び、制御装置４０が外部装置と接続されているか否かを判断する。そして、一連の制御を実行する。
When the control in the power generation mode in step S217 is completed and the control is exited, the CPU returns the control to the start of the control for generating and supplying a series of energy, and the
水素供給の要求がなく、かつ蓄電池６０へも外部装置へも電力供給の要求がない場合には（ステップＳ２０３でＹＥＳ、Ｓ２１３でＮＯ、かつＳ２１５でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を抜けて、制御を上記ステップＳ３の起動モードの制御に移行する。これにより、制御装置４０が待機状態となる。
If there is no request for supply of hydrogen and no request for power supply to storage battery 60 or external device (YES in step S203, NO in S213, and NO in S215), the CPU generates a series of energy, Control is passed from the supply control, and the control is shifted to the start mode control in step S3. Thereby, the
制御部４１が以上の制御を行なうことで、太陽光発電システム１００では、外部装置に対して、要求に応じた形態でエネルギーを供給することが可能となる。
When the
［状態制御フロー３］
図１２は、上記ステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第３の制御の流れを示すフローチャートである。この第３の制御は、主に太陽光発電システム１００の外部装置からの信号に基づいた動作のための制御を指す。
[State control flow 3]
FIG. 12 is a flowchart showing a third control flow for determining a control mode for generating and supplying energy and starting the control in step S7. This third control mainly refers to control for operation based on a signal from an external device of the photovoltaic
図１２を参照して、ＣＰＵは、始めに、接続されている外部装置や系統電力などからの電力供給の要求の有無を判断する。 Referring to FIG. 12, the CPU first determines whether or not there is a request for power supply from a connected external device or system power.
外部装置から電力供給の要求がある場合（ステップＳ３０１でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。その結果、光電変換部２が太陽光を受光していないと判断された場合（ステップＳ３０３でＮＯ）、ＣＰＵは、さらに貯蔵装置７０の水素貯蔵量が接続された燃料電池において発電可能な水素量であるか否かを確認する。燃料電池において発電可能な水素量が貯蔵されていない場合には（ステップＳ３０５でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を抜けて、制御を上記ステップＳ３の起動モードの制御に移行する。これにより、制御装置４０が待機状態となる。
If there is a request for power supply from the external device (YES in step S301), the CPU further determines whether or not the
一方、燃料電池において発電可能な水素量が貯蔵されている場合には（ステップＳ３０５でＹＥＳ）、ステップＳ３０７でＣＰＵは、制御モードとして「発電モード」のうちの燃料電池での発電モードを決定し、当該制御モードでの処理を実行する。すなわち、ＣＰＵは、燃料電池に対して貯蔵装置７０に貯蔵されている水素を供給し、当該燃料電池で発電させる。これにより、燃料電池において電力が生成されて、要求元の外部装置に対して供給される。
On the other hand, when the amount of hydrogen that can be generated in the fuel cell is stored (YES in step S305), in step S307, the CPU determines the power generation mode in the fuel cell in the “power generation mode” as the control mode. Then, the process in the control mode is executed. That is, the CPU supplies the hydrogen stored in the
光電変換部２が太陽光を受光していると判断された場合には（ステップＳ３０３でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、その発電力と外部装置から供給を要求された電力量とを比較する。発電量が供給を要求された電力量を上回っていない場合には（ステップＳ３０９でＮＯ）、ステップＳ３１１でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。これにより、生成装置３０において電力が生成されて、要求元の外部装置に対して供給される。
If it is determined that the
光電変換部２での発電量が供給を要求された電力量を上回っている場合には（ステップＳ３０９でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、蓄電池６０の蓄電量が予め規定されている最低量を満たしているか否かを判断する。蓄電池６０の蓄電量が上記最低量よりも少ないと判断されると（ステップＳ３１３でＮＯ）、ステップＳ３１５でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。そして、ＣＰＵは、要求された量の電力を外部装置に供給すると共に、余剰分を蓄電池６０に供給して蓄電させる。
If the amount of power generated by the
蓄電池６０の蓄電量が上記最低量を満たしている場合には（ステップＳ３１３でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が予め規定されている水素量を満たしているか否かを判断する。貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量よりも少ないと判断されると（ステップＳ３１７でＮＯ）、ステップＳ３１９でＣＰＵは制御モードとして「発電および水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。そして、ＣＰＵは、要求された量の電力を外部装置に供給すると共に、余剰分を水素として貯蔵装置７０に供給し貯蔵させる。
When the storage amount of the storage battery 60 satisfies the minimum amount (YES in step S313), the CPU further determines whether or not the storage amount of hydrogen in the
貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量を満たしている場合には（ステップＳ３１７でＹＥＳ）、ステップＳ３２１でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行して、要求された量の電力を外部装置に供給する。この場合、余剰分は制御装置４０に供給してその稼動に用いてもよいし、放電されてもよい。
When the amount of hydrogen stored in the
なお、外部装置から電力供給の要求がない場合（ステップＳ３０１でＮＯ）、光電変換部２が太陽光を受光していないときには（ステップＳ３２３でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。
When there is no request for power supply from an external device (NO in step S301), when the
光電変換部２が太陽光を受光しているときには（ステップＳ３２３でＹＥＳ）、蓄電池６０の蓄電量が上記最低量よりも少ない場合には（ステップＳ３２５でＮＯ）、ステップＳ３２７でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行して、生成された電力を蓄電池６０に蓄電する。
When the
蓄電池６０の蓄電量が上記最低量を満たしており（ステップＳ３２５でＹＥＳ）、かつ、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量よりも少ない場合には（ステップＳ３２９でＮＯ）、ステップＳ３３１でＣＰＵは制御モードとして「水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行して、生成された電力を水素として貯蔵装置７０に貯蔵する。
If the storage amount of the storage battery 60 satisfies the minimum amount (YES in step S325) and the hydrogen storage amount of the
蓄電池６０の蓄電量も貯蔵装置７０の水素の貯蔵量も十分である場合には（ステップＳ３２５でＹＥＳ、かつステップＳ３２９５でＹＥＳ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を抜けて、制御を上記ステップＳ３の起動モードの制御に移行する。これにより、制御装置４０が待機状態となる。
If the storage amount of storage battery 60 and the storage amount of hydrogen of
制御部４１が以上の制御を行なうことで、太陽光受光時に電力供給の要求がある場合には、いったん水素に変換されることなく、直接発電された電力が供給される。蓄電池６０には当該太陽光発電システム１００の起動に必要最低限の電力が貯蔵され、余剰に発電された電力は水素として貯蔵される。これにより、蓄電池の蓄電容量を小さくすることができる。一方、太陽光を受光していない場合には貯蓄されている水素を元に燃料電池で発電し、その電力が供給される。
When the
これにより、最も効率的なエネルギー利用を可能とし、低コストで安定した電力供給を実現し得る。 As a result, the most efficient use of energy is possible, and stable power supply can be realized at low cost.
［状態制御フロー４］
図１３は、上記ステップＳ７での、エネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための、第４の制御の流れを示すフローチャートである。この第４の制御は、主に太陽光発電システム１００の外部装置からの信号に基づいた動作のための制御を指す。
[State control flow 4]
FIG. 13 is a flowchart showing a fourth control flow for determining the control mode for generating and supplying energy and starting the control in step S7. The fourth control mainly refers to control for operation based on a signal from an external device of the photovoltaic
図１３を参照して、ＣＰＵは、接続されている外部装置から電力供給の要求がある場合（ステップＳ４０１でＹＥＳ）、さらに、光電変換部２が太陽光を受光しているか否かを判断する。その結果、光電変換部２が太陽光を受光していないと判断された場合（ステップＳ４０３でＮＯ）、ＣＰＵは、系統電力から電力の供給を受けて利用が可能であるか否かを判断する。また、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が予め規定されている水素量を確認する。ここでは、接続されている燃料電池において発電可能な水素量が貯蔵装置７０が貯蔵されているか否かを確認する。
Referring to FIG. 13, when there is a request for power supply from the connected external device (YES in step S401), CPU further determines whether
その結果、系統電力を利用ができず、かつ水素の貯蔵量が発電可能な水素量を満たしている場合には（ステップＳ４０５でＮＯ、かつステップＳ４０７でＹＥＳ）、ステップＳ４０９でＣＰＵは、制御モードとして「発電モード」のうちの燃料電池での発電モードを決定し、当該制御モードでの処理を実行する。すなわち、ＣＰＵは、燃料電池に対して貯蔵装置７０に貯蔵されている水素を供給し、当該燃料電池で発電させる。これにより、燃料電池において電力が生成されて、要求元の外部装置に対して供給される。
As a result, when the grid power cannot be used and the amount of stored hydrogen satisfies the amount of hydrogen that can be generated (NO in step S405 and YES in step S407), in step S409, the CPU controls the control mode. As a power generation mode, a power generation mode in the fuel cell is determined, and processing in the control mode is executed. That is, the CPU supplies the hydrogen stored in the
系統電力を利用ができず、かつ水素の貯蔵量も発電可能な水素量を満たしていない場合には（ステップＳ４０５でＮＯ、かつステップＳ４０７でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。
If the grid power cannot be used and the amount of hydrogen stored does not satisfy the amount of hydrogen that can be generated (NO in step S405 and NO in step S407), the CPU generates and supplies a series of energy. To finish the control. As a result, the control shifts to the control in the stop mode in step S9, and the
系統電力を利用可能であって、かつ水素の貯蔵量が発電可能な水素量を満たしていない場合には（ステップＳ４０５でＹＥＳ、かつステップＳ４１１でＮＯ）、ステップＳ４１３でＣＰＵは、系統電力から電力の供給を受け、該電力を供給の要求のあった外部装置に供給する。 If system power is available and the amount of hydrogen stored does not satisfy the amount of hydrogen that can be generated (YES in step S405 and NO in step S411), in step S413, the CPU uses the power from the system power. And the power is supplied to the external device that requested the supply.
系統電力を利用可能であって、かつ水素の貯蔵量も発電可能な水素量を満たしている場合であっても（ステップＳ４０５でＹＥＳ、かつステップＳ４１１でＹＥＳ）、ステップＳ４１５でＣＰＵは、ステップＳ４０９と同様に、制御モードとして「発電モード」のうちの燃料電池での発電モードを決定し、当該制御モードでの処理を実行する。すなわち、ＣＰＵは、燃料電池に対して貯蔵装置７０に貯蔵されている水素を供給し、当該燃料電池で発電させる。これにより、燃料電池において電力が生成されて、要求元の外部装置に対して供給される。
Even if the grid power can be used and the amount of stored hydrogen satisfies the amount of hydrogen that can be generated (YES in step S405 and YES in step S411), the CPU proceeds to step S409 in step S415. Similarly to the above, the power generation mode in the fuel cell in the “power generation mode” is determined as the control mode, and the processing in the control mode is executed. That is, the CPU supplies the hydrogen stored in the
光電変換部２が太陽光を受光していると判断された場合には（ステップＳ４０３でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、その発電力と外部装置から供給を要求された電力量とを比較する。発電量が供給を要求された電力量を上回っていない場合には（ステップＳ４１７でＮＯ）、ステップＳ４１９でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行する。そして、光電変換部２で生成された電力を外部装置に供給する。
If it is determined that the
光電変換部２での発電量が供給を要求された電力量を上回っている場合には（ステップＳ４１７でＹＥＳ）、ＣＰＵは、さらに、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が予め規定されている水素量を満たしているか否かを判断する。貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量よりも少ないと判断されると（ステップＳ４２１でＮＯ）、ステップＳ４２３でＣＰＵは制御モードとして「発電および水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理して、要求された量の電力を外部装置に供給すると共に、余剰分を水素として貯蔵装置７０に貯蔵する。
If the amount of power generated in the
貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量を満たしている場合には（ステップＳ４２１でＹＥＳ）、ステップＳ４２５でＣＰＵは制御モードとして「発電モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行して、要求された量の電力を外部装置に供給する。この場合、余剰分は制御装置４０に供給してその稼動に用いてもよいし、放電されてもよい。
When the amount of hydrogen stored in the
なお、外部装置から電力供給の要求がない場合（ステップＳ４０１でＮＯ）、光電変換部２が太陽光を受光していないときであって、かつ、系統電力を利用ができないときには（ステップＳ４２７でＮＯ、かつステップＳ４２９でＮＯ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。
When there is no request for power supply from the external device (NO in step S401), when the
系統電力を利用可能であって、かつ水素の貯蔵量が予め規定されている所定の水素量を満たしていない場合には（ステップＳ４２９でＹＥＳ、かつステップＳ４３１でＮＯ）、ステップＳ４３３でＣＰＵは制御モードとして「水素生成モード」を決定し、系統電力から電力の供給を受けて当該制御モードでの処理を実行する。生成された水素は、貯蔵装置７０に供給され、貯蔵される。
When the grid power is available and the hydrogen storage amount does not satisfy the predetermined hydrogen amount (YES in step S429 and NO in step S431), the CPU controls in step S433. The “hydrogen generation mode” is determined as the mode, and the processing in the control mode is executed upon receiving the supply of power from the system power. The generated hydrogen is supplied to the
系統電力を利用可能であって、かつ水素の貯蔵量も上記水素量を満たしている場合であっても（ステップＳ４２９でＹＥＳ、かつステップＳ４３１でＹＥＳ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を終了する。これにより、制御を上記ステップＳ９の停止モードの制御に移行し、制御装置４０が停止状態となる。
Even when the grid power is available and the hydrogen storage amount also satisfies the hydrogen amount (YES in step S429 and YES in step S431), the CPU generates and supplies a series of energy. To complete the control. As a result, the control shifts to the control in the stop mode in step S9, and the
光電変換部２が太陽光を受光しているときには（ステップＳ４２７でＹＥＳ）、貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量よりも少ない場合には（ステップＳ４３５でＮＯ）、ステップＳ４３７でＣＰＵは制御モードとして「水素生成モード」を決定し、当該制御モードでの処理を実行して、生成された電力を水素として貯蔵装置７０に貯蔵する。
When the
貯蔵装置７０の水素の貯蔵量が上記水素量を満たしている場合には（ステップＳ４３５でＹＥＳ）、ＣＰＵは一連のエネルギーを生成し、供給するための制御を抜けて、制御を上記ステップＳ３の起動モードの制御に移行する。これにより、制御装置４０が待機状態となる。
When the amount of hydrogen stored in the
制御部４１が以上の制御を行なうことで、太陽光受光時に電力供給の要求がある場合には、いったん水素に変換されることなく、直接発電された電力が供給される。電力供給の要求がない場合には、水素に変換した上で貯蔵される。
When the
一方、太陽光を受光していない場合、系統電力の利用ができないときには貯蔵された水素を燃料電池に供給することで発電させ、電力を得る。系統電力の利用が可能なときは、その供給を受けて水素を生成し、水素を貯蔵する。 On the other hand, in the case where sunlight is not received, when the grid power cannot be used, the stored hydrogen is supplied to the fuel cell to generate power to obtain power. When the grid power is available, it receives the supply to generate hydrogen and store the hydrogen.
これにより、当該太陽光発電システム１００では常に余剰な水素を確保するが可能になり、安定した電力供給を実現し得る。すなわち、より強固なライフラインの確保が可能となる。
Thereby, in the said solar
なお、以上のエネルギーを生成し、供給するための制御モードを決定してその制御を開始するための第１の制御〜第４の制御は、適宜組み合わされてもよい。 The first control to the fourth control for determining the control mode for generating and supplying the above energy and starting the control may be appropriately combined.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１ 基板、２ 光電変換部、４ 第１電極、４’ ｐ型半導体部、５ 第２電極、５’ ｎ型半導体部、７ 第２の気体発生部、８ 第１の気体発生部、９ 第１の導電部、１０ 第２の導電部、１１ 絶縁部、１３ 隔壁、１４ 天板、１５ 電解液流路、１６ シール材、１８ 給水口、１９ 第２ガス排出口、２０ 第１ガス排出口、２３ 生成部、３０ 生成装置、３１ 給排水部、３４ 切替部、３５Ａ，３５Ｂ，４６，７１Ａ，７１Ｂ センサ、３６，４５ 温度調整部、４０ 制御装置、４１ 制御部、４２ 接続部、４３，４４ 圧力検知部、５０ 配電装置、６０ 蓄電池、６１ パイプ、６２ ケーブル、７０ 貯蔵装置、７２ 供給部、１００ 太陽光発電システム、４１１ 入力部、４１２ 水量制御部、４１３ 流量・圧縮制御部、４１４ 電圧制御部、４１５，４１６ 温度制御部、４１７ 切替制御部、４１８ 配電制御部、４１９ 判定部、４２１ 流量調整部、４２２ 圧力調整部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記水素生成装置で生成される水素を供給するための水素供給部と、
前記光電変換部で生じる電力を供給するための電力供給部と、
前記水素の供給および前記電力の供給を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電力の供給として、前記光電変換部で生じる電力のうちの、水素の生成に用いられる電力と前記水素の生成以外に用いられる電力との供給を制御し、
前記制御装置は、前記水素生成装置を、起動させた起動状態、動作を停止させた停止状態、水素を供給する水素供給状態、電力を供給する電力供給状態、水素と電力とを共に供給する状態、のそれぞれの状態とするための制御モードを有し、前記制御モードのうちのいずれか１の制御モードを選択して制御処理を実行する、太陽光発電システム。 A hydrogen generator including a photoelectric conversion unit;
A hydrogen supply unit for supplying hydrogen generated by the hydrogen generator;
A power supply unit for supplying power generated in the photoelectric conversion unit;
A control device for controlling the supply of hydrogen and the supply of electric power,
The control device controls supply of electric power used for generating hydrogen and electric power used for other than the generation of hydrogen out of the electric power generated in the photoelectric conversion unit as the supply of electric power,
The control device is a startup state in which the hydrogen generator is started up, a stop state in which operation is stopped, a hydrogen supply state for supplying hydrogen, a power supply state for supplying power, and a state for supplying both hydrogen and power The solar power generation system which has a control mode for making each of these, and performs control processing by selecting any one of the control modes.
前記水素生成装置は、
前記光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第１電解用電極と、
前記光電変換部の裏面に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第２電解用電極とをさらに含む、請求項１に記載の太陽光発電システム。 The photoelectric conversion unit has a light receiving surface and a back surface,
The hydrogen generator is
A first electrolysis electrode provided on the back side of the photoelectric conversion unit and provided so as to be immersed in an electrolyte;
The photovoltaic power generation system according to claim 1, further comprising: a second electrolysis electrode provided on a back surface of the photoelectric conversion unit and provided so as to be immersed in an electrolytic solution.
前記水素生成装置は、
前記受光面上に設けられた第１電極と、
前記光電変換部の裏面側に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第１電解用電極と、
前記光電変換部の裏面に設けられ、かつ、電解液に浸漬可能に設けられた第２電解用電極とをさらに含む、請求項１または２に記載の太陽光発電システム。 The photoelectric conversion unit has a light receiving surface and a back surface, and by receiving light at the light receiving surface, a potential difference is generated between the light receiving surface and the back surface,
The hydrogen generator is
A first electrode provided on the light receiving surface;
A first electrolysis electrode provided on the back side of the photoelectric conversion unit and provided so as to be immersed in an electrolyte;
The photovoltaic power generation system according to claim 1, further comprising: a second electrolysis electrode provided on a back surface of the photoelectric conversion unit and provided so as to be immersed in an electrolytic solution.
前記水素生成装置は、前記裏面の上にそれぞれ設けられた第１電解用電極および第２電解用電極をさらに含み、
前記光電変換部は、受光することにより、前記裏面の、前記第１電解用電極に電気的に接続された第１区域と、前記第２電解用電極に電気的に接続された第２区域との間に電位差が生じ、
前記第１電解用電極および前記第２電解用電極のいずれもが電解液に接触するとき、前記第１電解用電極は、前記光電変換部が受光することにより生じる起電力を利用して前記電解液から水素を発生させる水素発生部を形成し、前記第２電解用電極は前記起電力を利用して前記電解液から酸素を発生させる酸素発生部を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽光発電システム。 The photoelectric conversion unit has a light receiving surface and a back surface,
The hydrogen generator further includes a first electrolysis electrode and a second electrolysis electrode respectively provided on the back surface,
The photoelectric conversion unit receives light to receive a first area electrically connected to the first electrolysis electrode and a second area electrically connected to the second electrolysis electrode on the back surface. A potential difference occurs between
When both the first electrolysis electrode and the second electrolysis electrode are in contact with the electrolytic solution, the first electrolysis electrode uses the electromotive force generated by the photoelectric conversion unit to receive the electrolysis. The hydrogen generating part for generating hydrogen from the liquid is formed, and the second electrolysis electrode forms an oxygen generating part for generating oxygen from the electrolytic solution using the electromotive force. The solar power generation system in any one of -3.
前記水素供給部と前記水素貯蔵装置とを接続するための接続部とをさらに備え、
前記制御装置は、前記接続部における前記水素供給部と前記水素貯蔵装置との接続状況に応じて前記制御モードを選択する、請求項１〜５のいずれかに記載の太陽光発電システム。 A hydrogen storage device;
A connection part for connecting the hydrogen supply part and the hydrogen storage device;
The said control apparatus is a photovoltaic power generation system in any one of Claims 1-5 which selects the said control mode according to the connection condition of the said hydrogen supply part and the said hydrogen storage apparatus in the said connection part.
前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電量に応じて制御モードを選択する、請求項１〜８のいずれかに記載の太陽光発電システム。 A power storage device connected to the control device and the hydrogen generator;
The solar power generation system according to any one of claims 1 to 8, wherein the control device selects a control mode in accordance with a power storage amount of the power storage device.
前記制御装置は、前記外部負荷または前記系統電力から供給される電力量に応じて制御モードを選択する、請求項１〜９のいずれかに記載の太陽光発電システム。 The hydrogen generator is connected to an external load or system power that can supply power to the hydrogen generator,
The said control apparatus is a photovoltaic power generation system in any one of Claims 1-9 which selects a control mode according to the electric energy supplied from the said external load or the said system | strain electric power.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017076611A (en) * | 2016-09-30 | 2017-04-20 | 株式会社東芝 | Power supply system and method for controlling the same |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000192275A (en) * | 1998-12-25 | 2000-07-11 | Toshiba Corp | Apparatus for electrolysis of water |
| JP2001135339A (en) * | 1999-10-29 | 2001-05-18 | Honda Motor Co Ltd | Hybrid generator |
| JP2004120903A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Sharp Corp | Power supply unit |
| JP2004171973A (en) * | 2002-11-21 | 2004-06-17 | Toyota Industries Corp | Fuel cell power generation system |
| WO2005116299A2 (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Gregor Lengeling | Solar-operated electrolytic apparatus for producing hydrogen, and method for operating such an apparatus |
| JP2008011614A (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Honda Motor Co Ltd | Hydrogen generating system |
| JP2009165225A (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Vantec:Kk | Decentralized power supply device |
-
2010
- 2010-10-27 JP JP2010240800A patent/JP2012094686A/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000192275A (en) * | 1998-12-25 | 2000-07-11 | Toshiba Corp | Apparatus for electrolysis of water |
| JP2001135339A (en) * | 1999-10-29 | 2001-05-18 | Honda Motor Co Ltd | Hybrid generator |
| JP2004120903A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Sharp Corp | Power supply unit |
| JP2004171973A (en) * | 2002-11-21 | 2004-06-17 | Toyota Industries Corp | Fuel cell power generation system |
| WO2005116299A2 (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Gregor Lengeling | Solar-operated electrolytic apparatus for producing hydrogen, and method for operating such an apparatus |
| JP2008011614A (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Honda Motor Co Ltd | Hydrogen generating system |
| JP2009165225A (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Vantec:Kk | Decentralized power supply device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017076611A (en) * | 2016-09-30 | 2017-04-20 | 株式会社東芝 | Power supply system and method for controlling the same |
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