| 【発明の名称】 |
太陽エネルギ利用装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】中野 真理子
【氏名】岡島 次郎
【氏名】野本 宗
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| 【要約】 |
【課題】発電モジュールの信頼性が損なわれない温度で集熱ができ、かつモジュール設置場所とは別に蓄熱槽スペースを設ける必要性を解消した太陽エネルギ利用装置を得ることを目的とする。
【解決手段】太陽光を受けて発電する発電モジュールと、太陽光を受けて集熱する集熱モジュールとを備えた太陽エネルギ利用装置において、集熱モジュールは、所定の温度以下で相転移する潜熱蓄熱材を有するものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 太陽光を受けて集熱する集熱モジュールを備えた太陽エネルギ利用装置において、前記集熱モジュールは、所定の温度以下で相転移する潜熱蓄熱材を有することを特徴とする太陽エネルギ利用装置。
【請求項２】 太陽光を受けて発電する発電モジュールと、太陽光を受けて集熱する集熱モジュールとを備えた太陽エネルギ利用装置において、前記集熱モジュールは、所定の温度以下で相転移する潜熱蓄熱材を有することを特徴とする太陽エネルギ利用装置。
【請求項３】 集熱モジュールは、集熱部材裏面に潜熱蓄熱材を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽エネルギ利用装置。
【請求項４】 集熱モジュールは、集熱部材中に潜熱蓄熱材と熱媒体流路とが交互に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に太陽エネルギ利用装置。
【請求項５】 集熱モジュールは、潜熱蓄熱材を熱媒体から守るために被覆部材で覆い、前記被覆された潜熱蓄熱材を集熱部材裏面に多数充填し、充填して構成された潜熱蓄熱材群の間隙を熱媒体流路とすることを特徴とする請求項１または請求項２に太陽エネルギ利用装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽光を受けて熱または電力を得る太陽エネルギ利用装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、太陽エネルギを利用する場合、太陽光発電装置と太陽熱集熱装置は全く別構成のものとして、その一方のみを利用する場合がほとんどであった。また両者を利用するにしても装置自体は別々である、という方式がとられていた。しかし、受光面積に対して太陽エネルギをより有効利用できるシステム構築を目的として両者を一体型としたハイブリッド式太陽エネルギ利用装置も開発が進められている。
【０００３】図４、図５は特開平７ー２５３２４９号公報に示された従来のハイブリッドパネルおよび太陽エネルギ利用システムの構成図である。図４はハイブリッドパネルの断面図である。ハイブリッドパネル２１のパネルケース２２の内部面には断熱材２３が隙間なく形成されている。ハイブリッドパネル２１のパネルケース２２と反対の面側は太陽光を入射させるため透明ガラス２８をはめ込んでいる。断熱材２３上にはハイブリッドコレクタ２４を形成している。このハイブリッドコレクタ２４は水集熱器２５に太陽電池２６を積層したものである。水集熱器２５は、集熱板に液体熱媒体としての、例えば不凍液が流通する液体熱媒体導管２７を伝熱的に形成したものである。２９は液体熱媒体導管２７に不凍液を導入する液体熱媒体入口であり、３０は液体熱媒体導管２７から不凍液を取り出す液体熱媒体出口である。
【０００４】図５は、ハイブリッドパネル２１を用いた太陽エネルギ利用システムの系統図である。このシステムでは、ハイブリッドパネル２１を家屋５１の屋根５２などに設置する。ハイブリッドパネル２１内のハイブリッドコレクタは、ハイブリッドコレクタ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの３つを並列に形成したものである。５５は蓄熱器としての蓄熱槽であり、導管５６が蓄熱槽５５と液体熱媒体入口２９とを結ぶ。また、導管５７が蓄熱槽５５と液体熱媒体出口３０とを結ぶ。このような構成をとることによって導管５６、５７を介して液体熱媒体を液体熱媒体導管２７に流通させ、蓄熱槽５５内の蓄熱材たる水に吸熱させて蓄熱する。なお、６２はインバータ、６３は商用電源である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のハイブリッド太陽エネルギ利用システムでは、夏期など日射量が多く外気温度も高い場合に熱媒循環用のポンプが故障するなどして熱媒の循環が止まった場合に蓄熱槽への集熱もできず、また、太陽熱集熱モジュール温度だけでなく太陽光発電モジュール温度も高温化してしまい、発電セルの発電効率を極端に低下させたり、発電セル自体を痛めてしまう危険性があった。
【０００６】この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、蓄熱部分に潜熱蓄熱材を利用することで集熱モジュールの動作温度の安定化を実現するとともに集熱モジュールと発電モジュールの両方の機能を備えた場合に、発電モジュールの信頼性が損なわれない温度で集熱ができ、かつモジュール設置場所とは別に蓄熱槽スペースを設ける必要性を解消した太陽エネルギ利用装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に関わる太陽エネルギ利用装置は、太陽光を受けて集熱する集熱モジュールを備えた太陽エネルギ利用装置において、前記集熱モジュールは、所定の温度以下で相転移する潜熱蓄熱材を有するものである。
【０００８】また、太陽光を受けて発電する発電モジュールと、太陽光を受けて集熱する集熱モジュールとを備えた太陽エネルギ利用装置において、前記集熱モジュールは、所定の温度以下で相転移する潜熱蓄熱材を有するものである。
【０００９】また、集熱モジュールは、集熱部材裏面に潜熱蓄熱材を形成するものである。
【００１０】また、集熱モジュールは、集熱部材中に潜熱蓄熱材と熱媒体流路とが交互に形成されるものである。
【００１１】また、集熱モジュールは、潜熱蓄熱材を熱媒体から守るために被覆部材で覆い、前記被覆された潜熱蓄熱材を集熱部材裏面に多数充填し、充填して構成された潜熱蓄熱材群の間隙を熱媒体流路とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図について説明する。
【００１３】実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による太陽エネルギ利用装置を模式的に示す構成図で、最も基本的な例であるハイブリッドモジュールが１つ設けられた場合について説明するが、ハイブリッドモジュール枚数は２枚以上であっても差し支えない。
【００１４】１はハイブリッドモジュールの表面保護が可能な透過体、２は集熱時の表面放熱ロスを低減するための静止空気層、３は単結晶Ｓｉやアモルファスなどによる光起電力効果を有するデバイスで作られた発電セル、４は絶縁と防水のために用いられるＥＶＡ等の接着剤、５ａは透明防水シート、５ｂは必ずしも透明ではない防水シート、６は集熱板、７は潜熱蓄熱材充填層、８は熱媒流路となる集熱配管、９は各部材を一体化するための外枠、１０は断熱材である。
【００１５】次に、実施形態１の動作を説明する。太陽光発電モジュールと太陽熱集熱モジュールは隙間なく接してハイブリッドモジュールを形成している。ここでハイブリッドモジュールは太陽エネルギを受け、太陽光発電モジュールの発電セル３で発電し、その排熱と発電セル３がない部分で受けた太陽光集熱モジュールの集熱板６が受けた太陽エネルギによる熱が太陽熱集熱モジュール内熱媒流路８に充填された液体熱媒と集熱板裏面に設置された潜熱蓄熱材７に蓄熱される。この潜熱蓄熱材７は例えばＪＩＳ規格で太陽光発電モジュールのヒートサイクル試験を行う際の上限温度である９０℃など、発電モジュールを痛めない温度以下の所定の温度で相転移する、例えば酢酸ナトリウム三水和物を主体とするもので、何らかの事故により、集熱モジュールに異常な熱発生が生じても潜熱蓄熱材７の相転移温度で潜熱蓄熱材７が一部融解し温度の上昇が防止される。また、このハイブリッドモジュールに蓄熱された熱を利用する場合には例えば、プロピレングリコール等の熱媒を流し、潜熱蓄熱材のからの熱伝導による熱回収を行なう。
【００１６】従って、夏期など日射量が多く外気温度も高い時期に発電セルの発電効率を下げず発電セル自体を痛める危険性もない温度に維持しつつ集熱できる。また、集熱部材裏面に潜熱蓄熱材を形成することにより、集熱部の熱を蓄熱材に効率良く畜熱することができる。
【００１７】実施の形態２．図２は、この発明の実施の形態２１による太陽エネルギ利用装置を模式的に示す構成図で、最も基本的な例であるハイブリッドモジュールが１つ設けられた場合について説明するが、ハイブリッドモジュール枚数は２枚以上であっても差し支えない。
【００１８】１はハイブリッドモジュールの表面保護が可能な透過体、２は集熱時の表面放熱ロスを低減するための静止空気層、３は単結晶Ｓｉやアモルファスなどによる光起電力効果を有するデバイスで作られた発電セル、４は絶縁と防水のために用いられるＥＶＡ等の接着剤、５ａは透明防水シート、５ｂは必ずしも透明ではないテドラシート等の防水シート、６はハニカム状に構成された集熱板、７は潜熱蓄熱材充填層、８は熱媒流路、９は各部材を一体化するための外枠、１０は断熱材である。
【００１９】次に、実施形態２の動作を説明する。太陽光発電モジュールと太陽熱集熱モジュールは隙間なく接してハイブリッドモジュールを形成している。ここでハイブリッドモジュールは太陽エネルギを受け、太陽光発電モジュールの発電セル３で発電し、その排熱と発電セル３がない部分で受けた太陽光集熱モジュールの集熱板６が受けた太陽エネルギによる熱が太陽熱集熱モジュール内熱媒流路８に充填された液体熱媒と集熱板裏面に設置された潜熱蓄熱材７に蓄熱される。この潜熱蓄熱材７は例えばＪＩＳ規格で太陽光発電モジュールのヒートサイクル試験を行う際の上限温度である９０℃など、発電モジュールを痛めない温度以下で相変化する、例えば酢酸ナトリウム三水和物を主体とする潜熱蓄熱材である。また、このハイブリッドモジュール１に蓄熱された熱を利用する場合には例えば、プロピレングリコール等の熱媒を流し、潜熱蓄熱材のからの熱伝導による熱回収を行なう。
【００２０】従って、夏期など日射量が多く外気温度も高い時期に発電セルの発電効率を下げず発電セル自体を痛める危険性もない温度に維持しつつ集熱できる。また、集熱モジュールは、集熱部材中に潜熱蓄熱材と熱媒体流路とが交互に形成されることにより、集熱モジュールを小型化ができる。
【００２１】実施の形態３．図３は、この発明の実施の形態３による太陽エネルギ利用装置を模式的に示す構成図で、最も基本的な例であるハイブリッドモジュールが１つ設けられた場合について説明するが、ハイブリッドモジュール枚数は２枚以上であっても差し支えない。
【００２２】１はハイブリッドモジュールの表面保護が可能な透過体、２は集熱時の表面放熱ロスを低減するための静止空気層、３は単結晶Ｓｉやアモルファスなどによる光起電力効果を有するデバイスで作られた発電セル、４は絶縁と防水のために用いられるＥＶＡ等の接着剤、５ａは透明防水シート、５ｂは必ずしも透明ではないテドラシート等の防水シート、６は集熱板、７は潜熱蓄熱材を充填したカプセル群、８はそのカプセル群の空隙を利用した熱媒流路、９は各部材を一体化するための外枠、１０は断熱材である。
【００２３】次に、実施形態３の動作を説明する。太陽光発電モジュールと太陽熱集熱モジュールは隙間なく接してハイブリッドモジュールを形成している。ここでハイブリッドモジュールは太陽エネルギを受け、太陽光発電モジュールの発電セル３で発電し、その排熱と発電セル３がない部分で受けた太陽光集熱モジュールの集熱板６が受けた太陽エネルギーによる熱が太陽熱集熱モジュール内熱媒流路８に充填された液体熱媒と集熱板裏面に設置された潜熱蓄熱材７に蓄熱される。この潜熱蓄熱材７は例えばＪＩＳ規格で太陽光発電モジュールのヒートサイクル試験を行う際の上限温度である９０℃など、発電モジュールを痛めない温度以下で相変化する、例えば酢酸ナトリウム三水和物を主体とする潜熱蓄熱材である。また、このハイブリッドモジュール１に蓄熱された熱を利用する場合には例えば、プロピレングリコール等の熱媒を流し、潜熱蓄熱材のからの熱伝導による熱回収を行なう。
【００２４】従って、夏期など日射量が多く外気温度も高い時期に発電セルの発電効率を下げず発電セル自体を痛める危険性もない温度に維持しつつ集熱できる。また、潜熱蓄熱材が完全に融解してもその形状を保持でき、特段の異常発熱が発生しても一定以上の温度上昇がなく発電モジュールを守ることができる。
【００２５】なお、この発明の発電・集熱モジュールの構成部材、潜熱蓄熱材や液体熱媒体の種類、保温性能、設置位置などを実施の形態に記載したものに限定するものではない。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、太陽光を受けて集熱する集熱モジュールを備えた太陽エネルギ利用装置において、集熱モジュールは、所定の温度以下で相転移する潜熱蓄熱材を有することにより、集熱モジュールに異常な温度上昇が発生せず集熱モジュールの設計上の自由度が向上する。
【００２７】また、太陽光を受けて発電する発電モジュールと、太陽光を受けて集熱する集熱モジュールとを備えた太陽エネルギ利用装置において、集熱モジュールは、所定の温度以下で相転移する潜熱蓄熱材を有することにより、夏期など日射量が多く外気温度も高い時期に発電モジュールの発電効率を下げず発電モジュール自体を痛める危険性もない温度に維持しつつ集熱できる効果がある。
【００２８】また、集熱モジュールは、集熱部材裏面に潜熱蓄熱材を形成することにより、集熱部の熱を蓄熱材に効率良く蓄熱することができる。
【００２９】また、集熱モジュールは、集熱部材中に潜熱蓄熱材と熱媒体流路とが交互に形成されることにより、集熱モジュールを小型化ができる。
【００３０】また、集熱モジュールは、潜熱蓄熱材を熱媒体から守るために被覆部材で覆い、前記被覆された潜熱蓄熱材を集熱部材裏面に多数充填し、充填して構成された潜熱蓄熱材群の間隙を熱媒体流路とすることにより、潜熱蓄熱材が完全に融解してもその形状を保持でき、特段の異常発熱が発生しても一定以上の温度上昇がなく発電モジュールを守ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１０８４６７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月２３日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２７４０５８ |
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