JPH09322427A - 光発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】太陽電池２と光電変換素子３とを太陽電池２が
最上部に位置しその下部に適宜間隔を開けて複数の光電
変換素子３が位置するように多層に縦方向に配設し、太
陽電池２及び光電変換素子３間を電気的に接続してなる
光電装置１と蓄電池１７と車両６の駆動軸７に連設され
た発電装置８と光照射装置５とを有してなり、発電装置
８による発電を光電変換素子３側に送電し、光照射装置
５により光電変換素子３に光を照射し、太陽電池２及び
光電変換素子３により変換された電力をその上部側から
順次下部側に送電し、当該電力を蓄電池１７に蓄電しま
たは直接出力するようにしてなる光発電装置。 【効果】小型で狭いスペースの空間があれば足り、電力
の２４時間フル稼働の循環使用が可能で、ソーラーカー
の自動車ボディへにスペースを多く必要としないで設置
でき、自動車の走行に従い発電が行なわれ、雨天、夜間
等の外的環境の影響を受けず、高圧電流が得られトルク
が出るので、走行距離が伸び、トルクの不足による速度
的な問題を解消でき、夜間走行も充分可能とすることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光発電装置に関
し、特に、多層に縦形の、太陽エネルギーを電気エネル
ギーに変換することのできる太陽電池と太陽光によらな
い光エネルギーを電気エネルギーに変換することのでき
る光電変換素子とを併用した、場所を取らない光電変換
効率の良好な光発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は、一般に、屋外暴露に耐える
ように、多数のパネルまたは透明なプラスチック・ケー
スに入れたモジュールを、架台と称される太陽電池架の
上に、それらの受光面の全てを横並びに平面的に並べて
いる場合が多い。そうすると、太陽電池の光電変換素子
としての変換効率が向上することになるが、それを敷設
する為には、広い空間を必要とし、また、屋根の上とか
広い野原とか充分な空間を取れるような場所の確保が必
要となる。一方、太陽電池は、雨天、夜間等外的環境に
多大の影響を受ける。また、昼夜２４時間のフル稼働に
は問題がある。太陽電池は、自動車の動力源となり得る
ので、電気自動車（ソーラーカー）として利用されてい
る。エネルギーを太陽光線に求めるソーラーカーは、太
陽電池によって電気エネルギーに変換し、電動モーター
で駆動力を得る。例えば、プロトタイプの電気自動車
は、直流電動モーターを４輪のホイール（輪）に内蔵さ
せた４輪ホイールモーター方式の四輪駆動車に構成され
ている。しかし、当該ソーラーカーにあっても、その自
動車ボディの天面への設置にはスペース的に制限がある
こと、また、充電の為の充電スタンドの設置等の問題が
あること、さらに、加速時等トルクが必要な場合はバッ
テリーから電気を供給し、巡航時には太陽エネルギーで
走行し、停止時や駐車時、あるいは巡航時でも電気が余
剰状態の場合には充電させるシステムをとっていても、
太陽電池自体の電気変換効率には限界もあり、延ては、
走行距離の限界、トルクの不足、速度的な限界にもなっ
ている。また、夜間走行にも問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の有する欠点を解消することが出来る技術を提供す
ることを目的としたものである。本発明の前記ならびに
そのほかの目的と新規な特徴は、本明細書全体の記述か
らもあきらかになるであろう。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）複数の
光電変換素子を適宜間隔を開けて多層に縦方向に配設
し、当該光電変換素子間を電気的に接続してなる光電装
置と（Ｂ）蓄電池と（Ｃ）発電装置と（Ｄ）光照射装置
とを有してなり、前記発電装置による発電を前記光電変
換素子側に送電し、前記光照射装置により当該光電変換
素子に光を照射し、当該光電変換素子により変換された
電力をその上部側から順次下部側に送電し、当該電力を
前記蓄電池に蓄電しまたは直接出力するようにしてなる
ことを特徴とする光発電装置に係るもので、好ましい実
施態様として、（Ａ）太陽エネルギーを電気エネルギー
に変換することのできる太陽電池と太陽光によらない光
エネルギーを電気エネルギーに変換することのできる光
電変換素子とを当該太陽電池の少なくともその一つが最
上部に位置しその下部に適宜間隔を開けて複数の当該光
電変換素子が位置するように多層に縦方向に配設し、当
該太陽電池と当該光電変換素子との間を電気的に接続し
てなる光電装置と（Ｂ）蓄電池と（Ｃ）発電装置と
（Ｄ）光照射装置とを有してなり、前記発電装置による
発電を前記太陽光電池および／または前記光電変換素子
側に送電し、前記光照射装置により当該光電変換素子に
光を照射し、当該太陽光電池にて変換された電力および
当該光電変換素子により変換された電力をその上部側か
ら順次下部側に送電し、当該電力を前記蓄電池に蓄電し
または直接出力するようにしてなることを特徴とする光
発電装置に係るものであり、また、前記発電装置が、車
両駆動軸に連設された発電機であることを特徴とする光
発電装置に係るものである。

【０００５】

【作用】本発明では、縦型多層方式の光電装置により構
成しているので、従来の太陽電池のように広い空間を必
要とせず、小型で狭いスペースの空間があれば、光発電
装置を設置することができ、自動車の他、ビルの屋上な
ど狭いスペースの空間に設置でき、例えば、ソーラーカ
ーの自動車ボディへの設置に際し、スペースを多く必要
としないで設置でき、また、自動車の駆動車軸に発電機
を付設しているので、自動車の走行に従い、その充電発
電機（ジェネレータ）から発電され、それが光照射装置
に送られ、光電変換素子に光を照射し、当該光電変換素
子でその光エネルギーが電気エネルギーに変換されるの
で、常に効率的な光電変換を行なうことができ、太陽電
池が、雨天、夜間等の外的環境に影響を受けても、それ
を補うことができる。また、昼夜２４時間のフル稼働が
可能となる。更に、自動車の走行時に、光電変換素子で
その光エネルギーが電気エネルギーに変換され、これが
太陽電池による光電変換と併用され、これらが合流され
るので、高圧電流を得ることができ、充電の為の充電ス
タンドの設置等の問題が解消でき、加速時等トルクが出
るので、走行距離が伸び、トルクの不足による速度的な
問題を解消できる。また、夜間走行も充分可能とするこ
とができる。更に又、太陽電池による光電変換や光電変
換素子による光電変換による電力は、循環使用が可能で
あり、エネルギーの効率的な循環使用が可能となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面を参
照しつつ説明する。図１は、本発明の実施例を示す光発
電装置のブロック図、図２は、本発明の実施例を示す当
該光発電装置における要部構成図、図３（Ａ）は、本発
明の実施例を示す発電機の要部構成図、図３（Ｂ）は、
本発明の実施例を示す始動装置の要部構成図、図４は、
本発明を自動車に適用したその実施例を示す説明図であ
る。

【０００７】図１に示すように、本発明の光発電装置に
おける光電装置１は、太陽エネルギーを電気エネルギー
に変換することのできる太陽電池２と太陽光によらない
光エネルギーを電気エネルギーに変換することのできる
光電変換素子３とを備えてなる。当該光電装置１は、太
陽光が当る当該太陽電池２を最上部に位置させ、その下
部に適宜間隔を開けて複数の当該光電変換素子３が位置
するように多層に縦形に配設する。当該太陽電池２と当
該光電変換素子３との間は、導体４により電気的に接続
される。導体４には、光ファイバケーブル等を使用する
ことができる。当該光電変換素子３には、光照射装置５
から光が照射される。同様に光ファイバケーブル等によ
り光を伝送することができる。太陽電池２により変換さ
れた電気エネルギーと、当該光照射装置５の光照射に基
づき光電変換素子３により変換された電気エネルギーと
は、その上部側から順次下部側に導体４を介して送電さ
れる。当該太陽電池２は、光が当っている時には、その
光量に応じた電気量を電極の両端に出現せしめるもの
で、例えば、シリコン半導体装置により構成される。次
に述べる光電変換素子の一つでもある。また、当該光電
変換素子３は、光が当っている時には、その光量に応じ
た電気量を電極の両端に出現せしめるもので、例えば、
亜酸化銅、セレン等を素材とする光電池により構成され
る。当該太陽電池２や光電変換素子３は、光が当り易い
ように、お椀型に構成するとよい。

【０００８】上記光照射装置５には、例えば、太陽灯を
用いることができる。当該太陽灯は、例えば、太陽光線
に近い光を人工的に発生させる光源とその装置とを有し
てなる。その例としては、人工太陽灯、水銀石英灯、炭
素アーク灯、フインゼン灯、水銀灯、白熱電灯などが挙
げられる。当該太陽灯により、天候や季節に影響され
ず、常に同じ条件で照射が可能となる。当該光照射装置
５は、光源、反射板、ハウジング、ソケット、電球その
他の投光に必要な部品を収納したユニットよりなってい
るとよい。

【０００９】車両における電気系統の電源として、種々
の電装品を作動させる為に、充電発電機（ジェネレー
タ）が用いられている。詳しくは、例えば、ガソリン車
において、始動のとき、スタータ・モータを作動させて
バッテリの電力を自動車走行中に充電させておく為に、
充電発電機（ジェネレータ）が用いられる。当該ジェネ
レータの駆動力は、通常、エンジンのクランププーリー
からベルトを介して得ている。その為に、当該ジェネレ
ータにおけるアーマチュアの先端には、当該ベルトと連
結するプーリが取り付けられている。当該充電発電機
（ジェネレータ）には、ＡＣ（交流）ジェネレータ（交
流発電機、オルタネータ）とＤＣ（直流）ジェネレータ
（直流発電機）とが用いられている。当該ＡＣ（交流）
ジェネレータ（交流発電機、オルタネータ）は、例え
ば、ロータ・シャフトとロータ・コアとスリップ・リン
グなどからなるロータ（回転子）と、ステータ・コアか
らなるステータ（固定子）と、ブラケット（軸受け部）
とを備えてなる。図３（Ａ）に、当該ＡＣ（交流）ジェ
ネレータ（交流発電機、オルタネータ）８における回転
部分９の構成例を示す。図３（Ａ）において、１０はそ
のロータ・コイル、１１はロータ・コア、１２はロータ
・シャフト（軸）、１３はスリップ・リングである。当
該ＡＣ（交流）ジェネレータ（交流発電機、オルタネー
タ）は、フイールド・コイル（ロータ・コイル）１０の
巻いてある電磁石を回転させ、固定されたステータ・コ
イルから発生電流を取り出すようになっている。一方、
ＤＣ（直流）ジェネレータ（直流発電機）は、図３
（Ｂ）に示すようなアーマチュア１４を回転させて、ア
ーマチュア・コイルに発生した交流をコンミュテータ１
５により整流し、直流として取り出す。尚、ＡＣ（交
流）ジェネレータでもＤＣ（直流）ジェネレータでも電
気を起こさせる原理は同じである。本発明においては、
図２に示すように、自動車６の車軸７に、発電機８を付
設する。当該発電機８には、上記のような充電発電機
（ジェネレータ）を用いることができる。ＡＣ（交流）
ジェネレータ（交流発電機、オルタネータ）でもＤＣ
（直流）ジェネレータ（直流発電機）でも、どちらを使
用してもよいが、ＡＣ（交流）ジェネレータの場合、起
電力が交流であるので、半導体素子などを用いて直流に
変換するとよい。本発明において、当該充電発電機（ジ
ェネレータ）８を、当該自動車の車軸７に付設するに、
例えば、当該上記プーリを取り除き、当該ジェネレータ
におけるロータ・シャフト（軸）１２やアーマチュア
（電機子）・シャフト（軸）を車軸に取り付けするよう
にすればよい。あるいは、車軸７をジェネレータ８の回
転子そのものとしてもよく、その他種々の変形が可能で
あり、例えば、車軸７と上記プーリ間をベルトなどで連
結し、当該車軸７の回転に伴って当該プーリを回転さ
せ、ジェネレータ８内のロータ・シャフト１２やアーマ
チュア・シャフトを回転させ、発電させるようにしても
よい。

【００１０】当該充電発電機（ジェネレータ）８の始動
は、図２に示すように、始動装置１６により行なうこと
ができる。当該始動装置（スタータ）１６は、例えば、
スタータ・モータと始動スイッチとを備えてなる。始動
スイッチを押し、スタータ・モータを起動し、充電発電
機（ジェネレータ）８を始動し、当該充電発電機（ジェ
ネレータ）８による発電を起こさせる。当該スタータ１
６は、例えば、アーマチュア（電機子）、コンミテー
タ、ヨーク、ブラシなどよりなる。当該スタータ１６
は、アーマチュア（電機子）・コイルに電流を流して直
流発電機と同じようなアーマチュアを回転させ、始動さ
せる。スタータ・モータの起動は、蓄電池１７からの電
流で行なうことができる。

【００１１】充電発電機（ジェネレータ）８からの発電
は、図１に示すように、光電変換素子３側に送電され、
光照射装置５により当該光電変換素子３に光を照射す
る。当該光の照射により、当該光電変換素子３では、そ
の光エネルギーが、電気エネルギーに変換される。自動
車６の車軸７に、充電発電機（ジェネレータ）８を取り
付けることにより、自動車の走行に従い、常に、その充
電発電機（ジェネレータ）８からの発電は、光電変換素
子３側に送電され、光照射装置５により当該光電変換素
子３に光を照射し、当該光電変換素子３で、その光エネ
ルギーは、電気エネルギーに変換することができる。充
電発電機（ジェネレータ）８からの発電は、蓄電池１７
に送って、蓄電することができる。蓄電池１７から始動
装置１６に送電し、前記のように、始動スイッチを押
し、スタータ・モータを起動し、充電発電機（ジェネレ
ータ）８を始動し、当該充電発電機（ジェネレータ）８
による発電を起こさせることができる。蓄電池１７の例
としては、二次電池、燃料電池、これら二次電池や燃料
電池などを組み合わせたようなハイブリッド方式による
電池（電源）が挙げられる。当該充電発電機（ジェネレ
ータ）８により発生した電流を調整する為に、レギュレ
ター１９を設けてもよい。

【００１２】太陽電池２にて変換された電力および光電
変換素子３により変換された電力は、その上部側から下
部側に順次送電すれば、順次電流値が増加し、高圧電流
を当該下部側から取り出すことができる。当該電力を蓄
電池１７に蓄電することができる。また、光電装置１か
ら直接出力することもできる。充電発電機（ジェネレー
タ）８からの発電は、太陽電池２側にも送電してもよ
い。太陽電池２の上部に上記と同様の光照射装置５を設
置して、当該太陽電池２に人工の光を照射するようにし
てもよい。当該太陽電池２と当該光電変換素子３との間
に電力増幅器１８を設置すると、より増幅された電力を
取り出すことができる。コンバータ２０を設けて、ＡＣ
とＤＣとのコンバータを行なうようにしてもよい。

【００１３】図４に示すように、電気自動車（ソーラー
カー）６において、縦型多層方式の光電装置１を取り付
ける。その太陽電池２では、光エネルギーを電気エネル
ギーに変換し、蓄電池１７に蓄電される。図１に示すよ
うに、蓄電池１７からの電圧（電流）の印加により電動
モータ（電動機）２１を始動させる。同時に自動車は発
進する。蓄電池１７から始動装置１６に送電し、スター
タ・モータを起動し、充電発電機（ジェネレータ）８を
始動し、当該充電発電機（ジェネレータ）８による発電
を起こさせ、自動車６の走行に従い、その充電発電機
（ジェネレータ）８からの発電により、光照射装置５に
より光電変換素子３に光を照射し、当該光電変換素子３
でその光エネルギーは電気エネルギーに変換される。当
該電動モータ（電動機）２１と始動装置１６とを別個に
設置せず、相互に一方の機能を兼備させるようにしても
よい。蓄電池１７と電動モータ（電動機）２１との間に
は、図１に示すように、制御装置（制御回路）２２を介
在させ、当該制御装置２２により変速を行ない、また、
当該制御装置２２で電動モータ（電動機）２１を逆回転
させ、自動車を後進させるようにするとよい。当該電動
モータ（電動機）２１は、直流電動機に限らず、交流電
動機でもよく、後者の場合、ＡＣ−ＤＣコンバータが必
要である。上記ソーラーカー６は、直流電動モーター２
２により、４輪のホイール（輪）２３を駆動させる四輪
駆動車に構成することができる。当該電動モータ２１と
ホイール（輪）２３との間には、図示していないが、ク
ラッチ、トランスミッションなどを介在させてもよい。

【００１４】以上本発明によってなされた発明を実施例
にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるのもではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前
記実施例では、光電装置１を、太陽エネルギーを電気エ
ネルギーに変換することのできる太陽電池２と太陽光に
よらない光エネルギーを電気エネルギーに変換すること
のできる光電変換素子３とを備えさせ、太陽光が当る当
該太陽電池２を最上部に位置させ、その下部に適宜間隔
を開けて複数の当該光電変換素子３が位置するように多
層に縦方向に垂設した例を示したが、当該太陽電池２に
代え太陽光によらない光エネルギーを電気エネルギーに
変換することのできる光電変換素子３としてもよい。ま
た、光照射装置５に関連して、反射板や集光装置（光線
を集め再び発散させる装置、放射を集めたり、収束させ
るレンズミラー等）を用い、光エネルギーを増大させ、
出力を向上させるようにしてもよい。プリズムにより分
解された種々波長のスペクトルを合成した太陽光に近い
合成光を使用するようにしてもよい。図１に示すよう
に、軽量の蓄電池を複数設置してそれら蓄電池を適宜切
り換え使用するようにしてもよい。

【００１５】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明によれば、次のよ
うな利点がある。 （１）縦型多層方式の光電装置を取り付けるようにして
いるので、従来の太陽電池のように広い空間を必要とせ
ず、小型で狭いスペースの空間があれば足りる。ソーラ
ーカーの自動車ボディへの設置に際し、スペースを多く
必要としないで設置できる。 （２）自動車の駆動車軸に、発電機を付設しているの
で、自動車の走行に従い、その充電発電機（ジェネレー
タ）から発電され、それが光照射装置に送られ、光電変
換素子に光を照射し、当該光電変換素子でその光エネル
ギーが電気エネルギーに変換されるので、常に効率的な
光電変換を行なうことができる。太陽電池が、雨天、夜
間等の外的環境に影響を受けても、それを補うことがで
きる。昼夜２４時間のフル稼働が可能となる。 （３）自動車の走行時に、光電変換素子でその光エネル
ギーが電気エネルギーに変換され、これが太陽電池によ
る光電変換と併用され、これらが合流されるので、高圧
電流を得ることができる。電力増幅器により、より一層
増幅された電力を取得できる。充電の為の充電スタンド
の設置等の問題が解消できる。加速時等トルクが出るの
で、走行距離が伸び、トルクの不足による速度的な問題
を解消できる。また、夜間走行も充分可能とすることが
できる。 （４）太陽電池による光電変換や光電変換素子による光
電変換による電力は、循環使用が可能であり、エネルギ
ーの効率的な循環使用が可能となる。 本発明は、自動車の他、ビルの屋上などにも適用出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例を示す光発電装置のブ
ロック図である。

【図２】図２は、本発明の実施例を示す当該光発電装置
における要部構成図である。

【図３】図３（Ａ）は、本発明の実施例を示す発電機の
要部構成図、図３（Ｂ）は、本発明の実施例を示す始動
装置の要部構成図である。

【図４】図４は、本発明を自動車に適用したその実施例
を示す説明図である。

【符号の説明】

１…光電装置 ２…太陽電池 ３…光電変換素子 ４…導体 ５…光照射装置 ６…車両（自動車） ７…車軸（駆動軸） ８…発電機（ジェネレータ） ９…回転部分 １０…ロータ・コイル １１…ロータ・コア １２…ロータ・シャフト １３…スリップ・リング １４…アーマチュア １５…コンミュテータ １６…始動装置（スタータ） １７…蓄電池 １８…電力増幅器 １９…レギュレター ２０…コンバータ ２１…電動モータ（電動機） ２２…制御装置 ２３…ホイール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）複数の光電変換素子を適宜間隔を開
   けて多層に縦方向に配設し、当該光電変換素子間を電気
   的に接続してなる光電装置と（Ｂ）蓄電池と（Ｃ）発電
   装置と（Ｄ）光照射装置とを有してなり、前記発電装置
   による発電を前記光電変換素子側に送電し、前記光照射
   装置により当該光電変換素子に光を照射し、当該光電変
   換素子により変換された電力をその上部側から順次下部
   側に送電し、当該電力を前記蓄電池に蓄電しまたは直接
   出力するようにしてなることを特徴とする光発電装置。
2. 【請求項２】（Ａ）太陽エネルギーを電気エネルギーに
   変換することのできる太陽電池と太陽光によらない光エ
   ネルギーを電気エネルギーに変換することのできる光電
   変換素子とを当該太陽電池の少なくともその一つが最上
   部に位置しその下部に適宜間隔を開けて複数の当該光電
   変換素子が位置するように多層に縦方向に配設し、当該
   太陽電池と当該光電変換素子との間を電気的に接続して
   なる光電装置と（Ｂ）蓄電池と（Ｃ）発電装置と（Ｄ）
   光照射装置とを有してなり、前記発電装置による発電を
   前記太陽電池および／または前記光電変換素子側に送電
   し、前記光照射装置により当該光電変換素子に光を照射
   し、当該太陽電池にて変換された電力および当該光電変
   換素子により変換された電力をその上部側から順次下部
   側に送電し、当該電力を前記蓄電池に蓄電しまたは直接
   出力するようにしてなることを特徴とする光発電装置。
3. 【請求項３】 発電装置が、車両駆動軸に連設された発
   電機であることを特徴とする、請求項１または２に記載
   の光発電装置。