太陽電池の内部抵抗・外部抵抗と最大出力について

定電圧電源において、内部抵抗r、負荷抵抗Rとしたとき、最大出力となるのはr=Rのときと言われます。一方で太陽電池は定電流電源ですが、電圧源と電流源の違いは内部抵抗の違いだけであることから内部抵抗が大きい定電圧源ともいえると思います。

そこで質問なのですが、r=Rのとき最大出力ならば電源パワーに対して負荷で最大でも５０％しかパワーを取り出せないことになります。しかし、太陽電池では例えばSi太陽電池を考えると負荷で５０％以上取り出せている（SiのSQ理論の最大変換出力３０％と比較したとしても、20数％取り出せている）と思いますが、このあたりが混乱しています。

太陽電池ではどのように説明すればいいのでしょうか？
よろしくお願いします。

No.3 ベストアンサー 回答者： foomufoomu 回答日時： 2011/12/22 23:49

起電力Eの定電圧電源の場合、内部抵抗ｒと負荷抵抗Rを直列で考えればよいので、負荷抵抗に流れる電流と負荷抵抗両端の電圧Vは

I = E / (r+R)　　V = E*R / (r+R)
これより、負荷抵抗の消費電力は
I*V = E^2 * R / (r+R)^2
てきとうにR,rに数字を入れてみれば分かりますが、R=r のときが消費電力最大になります。

一方、取り出せる電流Iの定電流電源の場合は、負荷抵抗の大きさにかかわらず電流一定なので、
I = 一定　　V = I*R
I*V = I^2 * R
となって、Rが大きいほど消費電力が大きくなります。

しかし、太陽電池の場合は、完全な定電流ではなくて、ある電圧から急に電流が落ちますから、その直前の電圧で使うのが、もっとも出力が大きいことになります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%99%BD% …
うえから1/3ぐらいの「回路部品としての動作」を見てください。

この回答へのお礼

ありがとうございます。遅くなり申し訳ありません。
太陽電池は定電流源＋ダイオードと考えると最適な負荷抵抗が存在することが理解できました。

お礼日時：2012/01/05 21:16

No.4 回答者： tadys 回答日時： 2011/12/23 08:06

＞最大出力となるのはr=Rのときと言われます

これは線形回路の場合に成り立つ話です。

太陽電池は非線形素子なのでこの考えは成り立ちません。
太陽電池のV-I特性を見ると分かるように、電流の少ない所では定電圧回路のように、電流の多い所では定電流回路のように振舞います。

太陽電池から最大電力を取り出そうとすると、電力をモニターしながら負荷を調整する必要が有ります。

下記資料の「回路部品としての動作」を参照してください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%99%BD% …

この回答へのお礼

ありがとうございます。遅くなり申し訳ありません。
定電流源＋ダイオードと考えるとある負荷抵抗で最大電力となることが理解できました。

お礼日時：2012/01/05 21:16

No.2 回答者： tknakamuri 回答日時： 2011/12/22 20:38

太陽電池は定電圧源でも定電流源でもありません。

その等価回路は 定電流源 にダイオードを
並列接続したものになっています。

つまり、0.7V の定電圧源に近いのですが、
取り出す電流量が電流源の電流値に近づくと
特性が急激に非線形になります。
ここから出発して考察を進めることをお勧めします。

この回答へのお礼

ありがとうございます。遅くなり申し訳ありません。
定電流源＋ダイオードと考えると最適な負荷抵抗が存在し、定電圧源とも異なることが理解できました。

お礼日時：2012/01/05 21:15

No.1 回答者： fjnobu 回答日時： 2011/12/22 20:19

太陽電池は定電圧電池です。

内部抵抗は小さいのです。

この回答へのお礼

ありがとうございます。大変遅くなり申し訳ありません。
太陽電池は内部抵抗が小さいのですね。

お礼日時：2012/01/05 21:13