JP2000356416A - 太陽光電熱併給モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱媒の漏れを検知し易く、熱媒の漏れが生じ
た場合の屋根上の防水対策を講じ易く、太陽光電熱併給
モジュールを取り外すことなくメンテナンスをし得、熱
媒パイプの溶接個所が少なくてすみ、ひいては太陽光電
熱併給モジュール製造コストの低減がはかれる太陽光電
熱併給モジュールを提供する。 【解決手段】 熱伝導性の高い平板２の上に太陽電池１
を固定すると共に、前記平板２の周囲の一部又は全部に
熱媒パイプ３を配置したことを特徴とする太陽光電熱併
給モジュール。さらに、このモジュールにおいて、平板
２の形状が長さＬ[m] 、幅２Ｄ [m]の長方形であり、厚
さがｔ [m]、熱伝導率がλ [W/mK] であり、この長さＬ
の２辺に熱媒パイプ３が配置されている場合に、６Ｄ²
≦ｔλ或いは更に15Ｄ² ≦ｔλの関係があることに特定
したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光電熱併給モ
ジュールに関する技術分野に属し、詳細には、太陽光を
エネルギ源として太陽電池により発電をすると共に、太
陽熱エネルギを水や油等の熱媒によって回収して集熱を
する太陽光電熱併給モジュールに関する技術分野に属す
る。

【０００２】

【従来の技術】太陽光電熱併給モジュールは、太陽光を
エネルギ源として太陽電池により発電をする太陽光発電
と太陽熱を熱媒によって回収して集熱をする太陽熱の集
熱との双方の機能を有するモジュールである。

【０００３】太陽光電熱併給モジュールは熱媒による熱
回収の際に冷却されるため、太陽電池の温度上昇による
発電効率の低下を防ぐことができる。熱媒によって回収
された太陽熱は、給湯、暖房、吸収式冷凍機駆動などの
熱エネルギ源として使うことができる。

【０００４】太陽光電熱併給モジュールとしては、これ
までも様々なものが考案され、提案されてきた。この代
表例として、特開平10-238866 号公報や特開平10-62017
号公報に記載されたものを挙げることができる。

【０００５】これらの従来の太陽光電熱併給モジュール
は、熱媒タンク又は熱媒を流すための熱媒パイプを、太
陽電池パネルの裏側全面に、太陽電池パネルと密着させ
て配置するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の太陽光電熱併給モジュールは、太陽電池パネルの裏
側に熱媒タンク又は熱媒パイプがあるため、いったん太
陽電池を屋根の上などに施工した後で、熱媒タンク又は
熱媒パイプに漏れ等が生じた場合、これを検知すること
が難しい。

【０００７】更には、屋根上で熱媒の漏れが生じた場合
に、その下地に防水性がなければ屋根に熱媒がしみ込む
などの問題が生じる。

【０００８】このような漏れや熱回収部の老朽化が生じ
た際に、メンテナンスを行うとしても、屋根の上に固定
された太陽光電熱併給モジュールをいったん取り外して
メンテナンスを行う必要がある。

【０００９】また、太陽電池パネルの裏に熱媒タンク又
は熱媒パイプを密着させるようにしているが、実際に熱
の伝導性が充分に保たれるように密着させるには溶接等
の手段を用いる必要があり、そのために太陽光電熱併給
モジュールの製造コストが高くなる。そこで、製造コス
トを下げようとして接着剤による方法を採用すると、一
般に接着剤は熱伝導性が悪いため、熱媒タンク又は熱媒
パイプ及び熱回収板と太陽電池との間の熱伝導性が低下
し、ひいては太陽電池の冷却効率が低下するという問題
が生じ、更には接着部の剥離等が生じることが懸念され
る。

【００１０】本発明はこのような事情に着目してなされ
たものであって、その目的は、熱媒の漏れを検知し易
く、熱媒の漏れが生じた場合の屋根上の防水対策を講じ
易く、太陽光電熱併給モジュールを取り外すことなくメ
ンテナンスをし得、熱媒パイプの溶接個所が少なくてす
み、ひいては太陽光電熱併給モジュール製造コストの低
減がはかれる太陽光電熱併給モジュールを提供しようと
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る太陽光電熱併給モジュールは請求項
１〜６記載の太陽光電熱併給モジュールとしており、そ
れは次のような構成としたものである。

【００１２】即ち、請求項１記載の太陽光電熱併給モジ
ュールは、熱伝導性の高い平板の上に太陽電池を固定す
ると共に、前記平板の周囲の一部または全部に熱媒の通
る熱媒パイプを配置したことを特徴とする太陽光電熱併
給モジュールである（第１発明）。

【００１３】請求項２記載の太陽光電熱併給モジュール
は、前記平板の形状が長方形であり、該長方形の向かい
合う２辺に前記熱媒パイプが配置されている請求項１記
載の太陽光電熱併給モジュールである（第２発明）。

【００１４】請求項３記載の太陽光電熱併給モジュール
は、前記平板の形状が長さＬ [m]、幅２Ｄ [m]の長方形
であり、前記平板の厚さがｔ [m]であると共に、前記平
板の熱伝導率がλ [W/mK] であり、かつ、前記長さＬの
２辺に前記熱媒パイプが配置されている場合に、前記
Ｄ、ｔ、λの間に６Ｄ² ≦ｔλの関係がある請求項２記
載の太陽光電熱併給モジュールである（第３発明）。請
求項４記載の太陽光電熱併給モジュールは、前記平板の
形状が長さＬ [m]、幅２Ｄ [m]の長方形であり、前記平
板の厚さがｔ [m]であると共に、前記平板の熱伝導率が
λ [W/mK] であり、かつ、前記長さＬの２辺に前記熱媒
パイプが配置されている場合に、前記Ｄ、ｔ、λの間に
15Ｄ² ≦ｔλの関係がある請求項２記載の太陽光電熱併
給モジュールである（第４発明）。

【００１５】請求項５記載の太陽光電熱併給モジュール
は、前記平板の面積がＳ [m²] であり、前記平板の厚さ
がｔ [m]であると共に、前記平板の熱伝導率がλ [W/m
K] である場合に、前記Ｓ、ｔ、λの間に２Ｓ≦ｔλの
関係がある請求項１記載の太陽光電熱併給モジュールで
ある（第５発明）。請求項６記載の太陽光電熱併給モジ
ュールは、前記平板の面積がＳ [m²] であり、前記平板
の厚さがｔ [m]であると共に、前記平板の熱伝導率がλ
[W/mK] である場合に、前記Ｓ、ｔ、λの間に５Ｓ≦ｔ
λの関係がある請求項１記載の太陽光電熱併給モジュー
ルである（第６発明）。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は例えば次のようにして実
施する。アルミや銅等の如く熱伝導性の高い材料からな
る平板の周囲（側端部）の一部または全部に熱媒パイプ
を配置し、両者を溶接により接合する。次に、この平板
の上（上面部）に太陽電池を固定する。そうすると、本
発明に係る太陽光電熱併給モジュールが得られる。

【００１７】このような形態で本発明に係る太陽光電熱
併給モジュールが得られ、そして屋根の上などに取り付
けられ、太陽電池による太陽光発電と熱媒による太陽熱
の集熱との双方の機能を有するモジュールとして使用さ
れる。

【００１８】以下、本発明について主にその作用効果を
説明する。

【００１９】本発明に係る太陽光電熱併給モジュール
は、前記の如く、熱伝導性の高い平板の上に太陽電池を
固定すると共に、前記平板の周囲の一部または全部に熱
媒の通る熱媒パイプを配置したことを特徴とするもので
ある。

【００２０】このように本発明に係る太陽光電熱併給モ
ジュールは熱媒パイプが平板（パネル）の裏側ではなく
周囲にあるので、熱媒の漏れを検知し易い。特に、この
モジュールを屋根の上などに適宜間隔を置いて取り付け
るようにすると、このモジュールの上面からも熱媒の漏
れを点検し得、このため熱媒の漏れをより容易に検知し
得る。

【００２１】また、上記の如く熱媒パイプが平板（パネ
ル）の周囲にあることに起因して、太陽光電熱併給モジ
ュールのメンテナンスに際し、このモジュールを取り外
す必要がない。即ち、太陽光電熱併給モジュールを取り
外すことなくメンテナンスをし得る。

【００２２】更に、熱媒パイプが平板（パネル）の周囲
のみに配置されていることから、熱媒の漏れの起こる場
所がこの個所のみに限られ、このため熱媒の漏れが生じ
た場合の屋根上の防水対策を講じる必要のある場所が限
定されるので、屋根上の防水対策が講じ易い。

【００２３】また、上記の如く熱媒パイプを平板（パネ
ル）の周囲のみに配置することに起因して、その配置の
際に必要な溶接個所が少なくてすみ、ひいては太陽光電
熱併給モジュール製造コストの低減がはかれる。又、太
陽光電熱併給モジュールの断面形状が一定である場合
は、平板（パネル）と熱媒パイプとを溶接や接着により
接合する方法ではなく、押し出し等の方法により一体成
形品として製造することもでき、この場合には製造コス
トの大幅な低減がはかれる。

【００２４】本発明に係る太陽光電熱併給モジュールに
おいて、太陽電池を固定する平板の形状については、特
には限定されるものではなく、例えば、平板の上面（及
び下面）が長方形であるもの、円形であるもの等を使用
することができる。

【００２５】しかし、製造のし易さ、一定面積（太陽光
電熱併給モジュールの設置面積）当たりの太陽光発電量
及び／又は太陽熱の集熱量、経済性等の点からすると、
平板の形状は長方形（正方形の場合を含む）とすること
が望ましい。

【００２６】平板の形状を長方形とした場合、該長方形
の１辺のみに熱媒パイプを配置すると、該辺に対向する
辺（対辺）の近傍位置（該熱媒パイプから最も離れた平
板上位置）に配置されている太陽電池と熱媒パイプとの
間の距離が長いため、該太陽電池或いは更にその近傍の
太陽電池は冷却され難くなる。これに対して、該長方形
の向かい合う２辺に熱媒パイプを配置すると、熱媒パイ
プから最も離れた個所に位置する太陽電池は該２辺の間
の中央部に位置する太陽電池であり、該太陽電池と熱媒
パイプとの間の距離が短いため、該太陽電池も充分に冷
却され、ひいては太陽電池の全てについて充分に冷却さ
れ、太陽電池の温度上昇による発電効率の低下を充分に
防ぐことができる（第２発明）。また、上記の如く長方
形の向かい合う２辺に熱媒パイプを配置する場合、太陽
光電熱併給モジュールの断面形状が一定であるので、平
板と熱媒パイプとを押し出し等の方法により一体成形品
として製造することもでき、この場合には製造コストの
大幅な低減がはかれる利点がある。尚、前記長方形の３
辺あるいは４辺に熱媒パイプを配置すると、太陽電池の
冷却効果は大きくなるが、一体成形品として製造するこ
とが極めて困難となり、平板と熱媒パイプとを溶接によ
り接合する場合には溶接個所が多くなり、ひいては製造
コストが高くなって経済性が低下する。

【００２７】上記の如く平板の形状が長方形であり、該
長方形の向かい合う２辺に熱媒パイプが配置されている
場合、平板の長さをＬ [m]、幅を２Ｄ [m]、厚さをｔ
[m]とし、平板の熱伝導率をλ [W/mK] とし、かつ、前
記熱媒パイプが配置されている長方形の向かい合う２辺
が長さＬの２辺である（前記長さＬの２辺に熱媒パイプ
が配置されている）とすると、６Ｄ² ≦ｔλとなるよう
にすることが望ましい。そうすると、熱媒パイプが配置
されている２辺すなわち長さＬの２辺の間の中央部に位
置する太陽電池（即ち、熱媒パイプから最も離れた個所
に位置する太陽電池）の温度Ｔ₍₀₎ と熱媒パイプの温度
Ｔ_P との差（＝Ｔ₍₀₎ −Ｔ_P ）が25Ｋ（ケルビン）以下
となり、該太陽電池についても確実に充分冷却され、ひ
いては太陽電池の温度上昇による発電効率の低下を確実
に充分防止し得るようになる（第３発明）。

【００２８】この詳細を以下説明する。

【００２９】平板が長さＬ [m]、幅２Ｄ [m]の長方形で
あり、該平板の厚さがｔ [m]であると共に、該平板の熱
伝導率がλ [W/mK] であり、該平板の長さＬの２辺に熱
媒パイプが配置され、該平板の上に太陽電池が固定され
ている太陽光電熱併給モジュールを、該モジュールの温
度分布図とともに、図５に示す。なお、この図５におい
て、ｑ^' は太陽熱の入熱を示すものである。PVセルは太
陽電池を示すものであるが、多数の太陽電池が平板上に
固定されているが、その大部分は図示せず、一部のみ図
示した。図５での温度分布図において、横軸（ｘ軸）の
ｘは、長さＬの２辺の間の中央部の位置からの熱媒パイ
プ方向への距離 [m]、縦軸はモジュールの温度 [K]を示
すものである。

【００３０】熱伝導は１次元熱伝導であるとしてよい。
そうすると、温度分布Ｔ_(x) （即ちｘでの温度Ｔ_x ）と
熱媒パイプの温度Ｔ_P との差 [K]は、下記式で表現す
ることができる。

【００３１】 Ｔ_(x) −Ｔ_P ＝〔−ｑ^' ／（２ｔλ）〕（ｘ² −Ｄ² ） ----- 式

【００３２】上記式からわかる如く、ｘ＝０の個所が
最も温度が高いので、この個所での温度Ｔ₍₀₎ と熱媒パ
イプの温度Ｔ_P との差が重要な点である。そこで、この
個所での温度Ｔ₍₀₎ と熱媒パイプの温度Ｔ_P との差に着
目する。この温度差（Ｔ₍₀₎−Ｔ_P ）は式にｘ＝０を
代入することにより求められ、下記式で表現すること
ができる。

【００３３】 Ｔ₍₀₎ −Ｔ_P ＝〔Ｄ² ／（２ｔλ）〕ｑ^' ----- 式

【００３４】ここで、太陽熱の全エネルギは1000W/m²で
あるが、この中、熱として回収し得るのは300W/m² 程度
であることから、太陽熱の入熱ｑ^' は最大でも300W/m²
程度である。式からわかる如く、ｑ^' が大きいほどＴ
₍₀₎ −Ｔ_P が大きくなる。故に、ｑ^' が300W/m² 程度の
ときにＴ₍₀₎ −Ｔ_P は最も大きくなる。従って、ｑ^'＝3
00W/m² のときのＴ₍₀₎ −Ｔ_P が重要である。このよう
なｑ^' ＝300W/m² のときのＴ₍₀₎ −Ｔ_P は式にｑ^' ＝
300W/m² を代入することにより求められ、下記式のよ
うになる。

【００３５】 Ｔ₍₀₎ −Ｔ_P ＝150 Ｄ² ／（ｔλ） ------ 式

【００３６】この式でのＴ₍₀₎ −Ｔ_P が25Ｋ以下とな
るようにすると、ｘ＝０の個所に配置されて最も冷却さ
れ難い太陽電池も、確実に〔Ｔ_P ＋25〕Ｋ以下という充
分に低い温度に冷却され、ひいては太陽電池の温度上昇
による発電効率の低下が少なく、充分な発電効率を確保
することができる。

【００３７】即ち、熱媒による冷却を行わないと、太陽
電池の温度は上昇し、ひいては太陽電池の発電効率が低
下して不充分となるが、熱媒により冷却を行うと、太陽
電池の温度が下がり、太陽電池の発電効率が大きくな
る。例えば、図７に示す如く、熱媒による冷却を行わな
いと、太陽電池の温度は90℃〔＝（90＋273.15）Ｋ＝36
3.15Ｋ〕程度に上昇して発電効率が低下するが、熱媒パ
イプの温度Ｔ_P が40℃（＝313.15Ｋ）となるような熱媒
により冷却を行うと、太陽電池の温度が下がり、その温
度が低くなるほど太陽電池の発電効率が大きくなる。こ
のとき、太陽電池の温度が〔Ｔ_P ＋25〕Ｋ以下になれ
ば、その温度での太陽電池の発電効率はＴ_Pでの太陽電
池の発電効率よりも少し低い程度であるので、太陽電池
の温度上昇による発電効率の低下が少なく、充分な発電
効率を確保することができる。

【００３８】かかる点からｘ＝０の個所に配置されて最
も冷却され難い太陽電池を〔Ｔ_P ＋25〕Ｋ以下の温度に
冷却すること、即ち、前記式でのＴ₍₀₎ −Ｔ_P が25Ｋ
以下となるようにすることが望ましい。このようにする
には、150 Ｄ² ／（ｔλ）≦25、即ち、６Ｄ² ≦ｔλと
すればよい。つまり、６Ｄ² ≦ｔλとなるようにするこ
とが望ましく、そうすると、太陽電池の温度上昇による
発電効率の低下が少なく、充分な発電効率を確保するこ
とができる（第３発明）。

【００３９】更に、Ｔ₍₀₎ −Ｔ_P ＝150 Ｄ² ／（ｔλ）
が10Ｋ以下となるようにすること、即ち、15Ｄ² ≦ｔλ
となるようにすることが望ましい。そうすると、ｘ＝０
の個所に配置されて最も冷却され難い太陽電池も、確実
に〔Ｔ_P ＋10〕Ｋ以下という低い温度に冷却されるの
で、太陽電池の温度上昇による発電効率の低下がさらに
少なくなり、より高い発電効率を確保し得るようになる
（第４発明）。

【００４０】平板の形状が円形や楕円形等である場合に
は、この平板の面積、即ち、この平板の片面の面積（例
えば半径Ｒの円形の場合の面積：πＲ² ）をＳ [m²] 、
厚さをｔ [m]、熱伝導率をλ [W/mK] とすると、２Ｓ≦
ｔλとなるようにすることが望ましい。そうすると、平
板の中央部（ｘ＝０の個所）に配置されて最も冷却され
難い太陽電池も、確実に〔Ｔ_P ＋25〕Ｋ以下という充分
に低い温度に冷却され、ひいては太陽電池の温度上昇に
よる発電効率の低下が少なく、充分な発電効率を確保す
ることができるようになる（第５発明）。

【００４１】この詳細を以下説明する。

【００４２】平板が半径Ｒ [m]の円形であり、該平板の
厚さがｔ [m]であると共に熱伝導率がλ [W/mK] であ
り、該平板の周囲に熱媒パイプが配置され、該平板の上
に太陽電池が固定されている太陽光電熱併給モジュール
を、該モジュールの温度分布図とともに、図６に示す。
尚、この図６においては、太陽電池は図示していない。
図６での温度分布図において、横軸のｒは、円の中心か
らの距離 [m]、縦軸はモジュールの温度 [K]を示すもの
である。

【００４３】ｒの位置での温度Ｔ_(r) と熱媒パイプの温
度Ｔ_P との差 [K]は、下記式で表現することができ
る。

【００４４】 Ｔ_(r) −Ｔ_P ＝〔−ｑ^' ／（２ｔλ）〕（ｒ² −Ｒ² ） ----- 式

【００４５】最も温度が高いｒ＝０の個所での温度Ｔ
₍₀₎ と熱媒パイプの温度Ｔ_P との差、即ち、Ｔ₍₀₎ −Ｔ
_P は下記式で表現することができる。

【００４６】 Ｔ₍₀₎ −Ｔ_P ＝ｑ^' Ｒ² ／（２ｔλ） ------ 式

【００４７】ここで、平板の面積をＳ[m²]とすると、Ｓ
＝πＲ² であるので、上記式から下記式が得られ
る。

【００４８】 Ｔ₍₀₎ −Ｔ_P ＝Ｓｑ^' ／（２πｔλ） ------ 式

【００４９】ここで、前記式から式を導いた場合と
同様の理由により、ｑ^' ＝300W/m²とし、ｑ^' ＝300W/m²
のときのＴ₍₀₎ −Ｔ_P を求めると、それは下記式の
ようになる。

【００５０】 Ｔ₍₀₎ −Ｔ_P ＝150 Ｓ／（πｔλ） ------ 式

【００５１】上記式でのＴ₍₀₎ −Ｔ_P が25Ｋ以下とな
るようにすると、ｒ＝０の個所に配置されて最も冷却さ
れ難い太陽電池も、確実に〔Ｔ_P ＋25〕Ｋ以下という充
分に低い温度に冷却され、ひいては太陽電池の温度上昇
による発電効率の低下が少なく、充分な発電効率を確保
することができる。

【００５２】上記式でのＴ₍₀₎ −Ｔ_P が25Ｋ以下とな
るようにするには、150 Ｓ／（πｔλ）≦25、即ち、
（６／π）Ｓ≦ｔλとすればよい。６／πは略２である
と共に２よりも小さいので、２Ｓ≦ｔλとしておけば、
上記式でのＴ₍₀₎ −Ｔ_P は確実に25Ｋ以下となる。

【００５３】かかる点から２Ｓ≦ｔλとなるようにする
ことが望ましく、そうすると、ｒ＝０の個所に配置され
て最も冷却され難い太陽電池を確実に〔Ｔ_P ＋25〕Ｋ以
下の温度に冷却し得、ひいては太陽電池の温度上昇によ
る発電効率の低下が少なく、充分な発電効率を確保する
ことができる（第５発明）。

【００５４】更に、Ｔ₍₀₎ −Ｔ_P ＝150 Ｓ／（πｔλ）
が10Ｋ以下となるようにすること、即ち、（15／π）Ｓ
≦ｔλとなるようにすることが望ましい。15／πは略５
であると共に５よりも小さいので、（15／π）Ｓ≦ｔλ
の式から５Ｓ≦ｔλの式を導くことができる。故に、５
Ｓ≦ｔλとなるようにしておけば、確実に（15／π）Ｓ
≦ｔλとなる。そうすると、ｒ＝０の個所に配置されて
最も冷却され難い太陽電池も、確実に〔Ｔ_P ＋10〕Ｋ以
下という低い温度に冷却されるので、太陽電池の温度上
昇による発電効率の低下がさらに少なくなり、より高い
発電効率を確保し得るようになる（第６発明）。

【００５５】上記の如く平板の形状が円形である場合、
２Ｓ≦ｔλ或いは更に５Ｓ≦ｔλとすることが望まし
く、その理由は以上説明した通りであるが、この場合と
同様の理由により、平板の形状が楕円形やその他の形状
である場合についても、平板の面積をＳ [m²] 、厚さを
ｔ [m]、熱伝導率をλ [W/mK] とすると、２Ｓ≦ｔλ或
いは更に５Ｓ≦ｔλとなるようにすることが望ましい。
また、このことは平板の形状が長方形である場合にも当
てはまることである。即ち、２Ｓ≦ｔλ或いは更に５Ｓ
≦ｔλとすることが望ましいことは、平板の形状が円形
である場合に限定されるものではない（第５発明、第６
発明）。但し、これらのことは、平板の中央部（ｘ＝０
の個所）に配置されて最も冷却され難い太陽電池も、確
実に充分に低い温度に冷却して充分な発電効率を確保し
ようとする際に適用するものであるから、平板の中央部
に配置された太陽電池が最も冷却され難いこと、即ち、
熱媒パイプが平板の中央部に対して対称的に配されてい
ることを前提条件として適用するものである。尚、平板
の面積Ｓとは、平板の片面の面積のことであり、例えば
平板が半径Ｒの円形の場合にはπＲ² のことである。

【００５６】本発明に係る太陽光電熱併給モジュールに
おいて、熱伝導性の高い平板（熱伝導性の平板）の材質
としては、特には限定されるものではなく、例えば、銅
やアルミニウム等の金属板を使用することができる。平
板の熱伝導率λについても、特には限定されるものでは
ないが、熱伝導率λが高いほうが望ましい。

【００５７】熱媒パイプの種類については、特には限定
されるものではなく、例えば、銅管やアルミニウム管等
を使用することができる。

【００５８】熱伝導性の平板と熱媒パイプとの接合方法
については、特には限定されるものではなく、例えば溶
接や接着等による接合方法を採用することができる。ま
た、平板と熱媒パイプとを接合するのではなく、一体成
型する方法も採用することができる。

【００５９】熱伝導性の平板の上に太陽電池を固定する
方法については、特には限定されるものではないが、図
３に示す如く、受光面に保護用ガラス５を設け、保護用
ガラス５と熱伝導性の平板２との間に封止材６を封入し
て太陽電池セル１を固定する方法が最も一般的である。
尚、図３に示すものにおいては、平板２の周囲の一部に
熱媒パイプ３が配置されている。上記保護用ガラス５は
雨や飛来物から太陽電池セル１を保護するためのもので
ある。また、封止材６は太陽電池セル１を固定するため
のものである。封止材６としては、通常、熱伝導性及び
光透過性に優れたものが使用される。

【００６０】このようにして得られた太陽光電熱併給モ
ジュール（図３に示すもの）は、熱伝導性の平板２の上
に太陽電池セル１を固定すると共に前記平板２の周囲の
一部に熱媒パイプ３を配置してなる太陽光電熱併給モジ
ュールであり、従って、本発明に係る太陽光電熱併給モ
ジュールの一例に相当する。

【００６１】また、図４に示す太陽光電熱併給モジュー
ルは、平板２の端部の裏側に熱媒パイプ３が配置されて
いるようにみえるが、本質的には熱媒パイプ３の一部を
平板２の端部が構成しているので、実質的には平板２の
周囲の一部に熱媒パイプ３を配置したことになり、従っ
て、本発明に係る太陽光電熱併給モジュールの一例に相
当するものである。

【００６２】なお、特開平8-165770号公報には、太陽エ
ネルギー変換装置を設置した屋根の構造であって屋根面
全体が丸桟瓦棒葺き屋根の意匠として現れ、意匠性を損
なわない屋根構造が記載されており、形状面についてだ
けは部分的には本発明に係る太陽光電熱併給モジュール
の場合と似ている。しかしながら、上記公報に記載のも
のと本発明に係る太陽光電熱併給モジュールとは、目
的、構成及び作用効果が顕著に相違し、しかも上記公報
には熱媒パイプと太陽電池との伝熱や熱媒による太陽電
池の冷却については何も記載がなく、示唆するものもな
く、両者（上記公報に記載のものと本発明に係る太陽光
電熱併給モジュール）は技術思想が相違している。

【００６３】

【実施例】（実施例１）本発明の実施例１に係る太陽光
電熱併給モジュールの斜視図を図１に示す。このモジュ
ールの側断面図を図２に示す。

【００６４】上記本発明の実施例１に係る太陽光電熱併
給モジュールは、熱伝導性の平板２が長さＬ [m]、幅２
Ｄ [m]の長方形であり、該平板２の厚さがｔ [m]である
と共に、該平板２の長さＬの２辺に熱媒４の通る熱媒パ
イプ３が配置され、該平板２の上に太陽電池セル１が固
定されている。

【００６５】上記熱伝導性の平板２としては、アルミニ
ウム平板を用いた。上記熱媒パイプ３としては、アルミ
ニウム管を用いた。上記平板２と熱媒パイプ３とは溶接
により接合した。

【００６６】上記平板２のＤ [m]及びｔ [m]について
は、平板の熱伝導率λ [W/mK] との関係において６Ｄ²
＝ｔλの式を充たす値とした。具体的には、平板２の熱
伝導率λは１８０W/mKであることから、ｔは 0.004ｍ
（４mm）とし、Ｄは６Ｄ² ＝ｔλの式より求められた値
の0.346 ｍとした。尚、平板２の長さＬは１ｍとした。
このとき、太陽電池セル１の大きさを0.1 ｍ×0.1
ｍ（：100mm ×100mm ）とすると、平板２の上には60個
の太陽電池セル１を配置できる。尚、図１においては太
陽電池セル１の個数は12個となっているが、これは太陽
電池セル１を明確に示すために便宜上それを大きく図示
したものであり、実施例１の場合には上記の如く60個の
太陽電池セル１を配置した。

【００６７】上記平板２の上に太陽電池セル１を固定す
る方法としては、前述の図３の場合と同様の方法を採用
した。即ち、図３に示す如く、受光面に保護用ガラス５
を設け、保護用ガラス５と熱伝導性の平板２との間に封
止材６を封入して太陽電池セル１を固定する方法を採用
し、平板２の上に太陽電池セル１を固定した。尚、図１
及び２では、上記保護用ガラス５及び封止材６の図示を
省略した。

【００６８】このようにして得られた本発明の実施例１
に係る太陽光電熱併給モジュールを屋根の上に設置して
使用した。

【００６９】その結果、本発明の実施例１に係る太陽光
電熱併給モジュールは、熱媒パイプが太陽電池パネルの
裏側全面に配置された構造を有する前記従来の太陽光電
熱併給モジュールの場合に比べて、極めて熱媒の漏れを
検知し易く、熱媒の漏れが生じた場合の屋根上の防水対
策を非常に講じ易く、また、太陽光電熱併給モジュール
を取り外すことなくメンテナンスをし得、更に、熱媒パ
イプの溶接個所が極めて少なくてすみ、ひいては太陽光
電熱併給モジュール製造コストの顕著な低減がはかれる
ことが確認された。

【００７０】また、本発明の実施例１に係る太陽光電熱
併給モジュールは、平板の中央部に配置されて最も冷却
され難い太陽電池も充分に低い温度（Ｔ_P ＋25Ｋ以下）
に冷却され、温度上昇による発電効率の低下が少なく、
充分な発電効率を発揮した。即ち、熱媒パイプが太陽電
池パネルの裏側全面に配置された構造を有する前記従来
の太陽光電熱併給モジュールの場合に比べて、太陽電池
の発電効率が低かったが、若干低いだけであり、充分に
実用し得る程度に高い発電効率を得ることができた。ま
た、太陽熱の集熱効果は、前記従来の太陽光電熱併給モ
ジュールの場合と同等であった。

【００７１】上記の如く、本発明の実施例１に係る太陽
光電熱併給モジュールは、熱媒パイプが太陽電池パネル
の裏側全面に配置された構造を有する前記従来の太陽光
電熱併給モジュールの場合に比べて、太陽電池の発電効
率が若干低いが、極めて熱媒の漏れの検知、屋根上の防
水対策、及び、メンテナンスがし易く、また、熱媒パイ
プの溶接個所が極めて少なくて製造コストが低いので、
機能、経済性等について総合的にみて極めて優れてい
る。

【００７２】（実施例２）前記実施例１での平板２のＤ
及びｔを10Ｄ² ＝ｔλの式を充たす値とした。具体的に
は、ｔ＝0.004 ｍ（４mm）、Ｄ＝0.268 ｍとした。この
点を除き、前記実施例１の場合と同様の方法により同様
の太陽光電熱併給モジュール（実施例２に係る太陽光電
熱併給モジュール）を製作し、屋根の上に設置して使用
した。但し、前記実施例１の場合に比べて平板２の幅
（２Ｄ）が小さいので、平板２の上に配置する太陽電池
セル１の個数は少なく、50個とした。

【００７３】その結果、実施例２に係る太陽光電熱併給
モジュールは、実施例１に係る太陽光電熱併給モジュー
ルの場合に比べて、太陽電池の発電効率が高く、更に、
太陽熱の集熱効果も少し大きいことが確認された。ま
た、熱媒の漏れの検知、屋根上の防水対策、及び、メン
テナンスのし易さ等は、実施例１に係る太陽光電熱併給
モジュールの場合と同様であることが確認された。

【００７４】（実施例３）前記実施例１での平板２のＤ
及びｔを15Ｄ² ＝ｔλの式を充たす値とした。具体的に
は、ｔ＝0.004 ｍ（４mm）、Ｄ＝0.219 ｍとした。この
点を除き、前記実施例１の場合と同様の方法により同様
の太陽光電熱併給モジュール（実施例３に係る太陽光電
熱併給モジュール）を製作し、屋根の上に設置して使用
した。但し、前記実施例２の場合に比べて平板２の幅
（２Ｄ）が小さいので、平板２の上に配置する太陽電池
セル１の個数は少なく、40個とした。

【００７５】その結果、実施例３に係る太陽光電熱併給
モジュールは、実施例２に係る太陽光電熱併給モジュー
ルの場合よりも、太陽電池の発電効率が高く、更に、太
陽熱の集熱効果も少し大きいことが確認された。また、
熱媒の漏れの検知、屋根上の防水対策、及び、メンテナ
ンスのし易さ等は、実施例１に係る太陽光電熱併給モジ
ュールの場合と同様であることが確認された。

【００７６】（実施例４）前記実施例１での平板２のＤ
及びｔを20Ｄ² ＝ｔλの式を充たす値とした。具体的に
は、ｔ＝0.004 ｍ（４mm）、Ｄ＝0.190 ｍとした。この
点を除き、前記実施例１の場合と同様の方法により同様
の太陽光電熱併給モジュール（実施例４に係る太陽光電
熱併給モジュール）を製作し、屋根の上に設置して使用
した。但し、前記実施例３の場合に比べて平板２の幅
（２Ｄ）が小さいので、平板２の上に配置する太陽電池
セル１の個数は少なく、30個とした。

【００７７】その結果、実施例４に係る太陽光電熱併給
モジュールは、実施例３に係る太陽光電熱併給モジュー
ルの場合よりも、太陽電池の発電効率が高く、更に、太
陽熱の集熱効果も少し大きいことが確認された。また、
熱媒の漏れの検知、屋根上の防水対策、及び、メンテナ
ンスのし易さ等は、実施例１に係る太陽光電熱併給モジ
ュールの場合と同様であることが確認された。

【００７８】（実施例５）熱伝導性の平板２として銅の
平板を用いた。熱媒パイプ３としては、銅管を用いた。
この点を除き、前記実施例１の場合と同様の方法により
同様の太陽光電熱併給モジュール（実施例５に係る太陽
光電熱併給モジュール）を製作し、屋根の上に設置して
使用した。但し、前記実施例１の場合に比べて平板２の
熱伝導率λが大きく、３５５W/mKであるので、ｔは0.00
4 ｍ（４mm）とし、Ｄは0.486 ｍとした。尚、このｔ及
びＤは６Ｄ² ＝ｔλの式を充たす値である。このように
幅（２Ｄ）が大きいので、平板２の上に配置する太陽電
池セル１の個数は多く、90個とした。

【００７９】その結果、実施例５に係る太陽光電熱併給
モジュールは、太陽電池の発電効率及び太陽熱の集熱効
果が実施例１に係る太陽光電熱併給モジュールの場合と
同様に優れていることが確認された。また、熱媒の漏れ
の検知、屋根上の防水対策、及び、メンテナンスのし易
さ等は、実施例１に係る太陽光電熱併給モジュールの場
合と同様であることが確認された。

【００８０】（実施例６）前記平板２として長方形の平
板に代えて円形の平板を使用した。そして、この平板の
面積をＳ [m²] 、厚さをｔ [m]、熱伝導率をλ [W/mK]
とすると、２Ｓ＝ｔλとなるようにした。具体的には、
平板の熱伝導率λは３５５W/mKであることから、ｔは0.
004 ｍ（４mm）とし、Ｓは２Ｓ＝ｔλの式より求められ
た値の0.71ｍ² とした。この点を除き、前記実施例１の
場合と同様の方法により実施例６に係る太陽光電熱併給
モジュールを製作し、屋根の上に設置して使用した。但
し、前記実施例５の場合に比べて、太陽電池設置面積が
狭いので、平板の上に配置する太陽電池セル１の個数は
少なく、52個とした。

【００８１】その結果、実施例６に係る太陽光電熱併給
モジュールは、太陽電池の発電効率及び太陽熱の集熱効
果が実施例１に係る太陽光電熱併給モジュールの場合と
同様に優れていることが確認された。また、熱媒の漏れ
の検知、屋根上の防水対策、及び、メンテナンスのし易
さ等は、実施例１に係る太陽光電熱併給モジュールの場
合と同様であることが確認された。

【００８２】（実施例７）前記実施例６での平板のＳ及
びｔを５Ｓ＝ｔλの式を充たす値とした。具体的には、
ｔ＝0.004 ｍ（４mm）、Ｓ＝0.284 ｍ² とした。この点
を除き、前記実施例１の場合と同様の方法により実施例
７に係る太陽光電熱併給モジュールを製作し、屋根の上
に設置して使用した。但し、前記実施例６の場合に比べ
て平板の面積Ｓが小さいので、平板２の上に配置する太
陽電池セル１の個数は少なく、16個とした。

【００８３】その結果、実施例７に係る太陽光電熱併給
モジュールは、実施例６に係る太陽光電熱併給モジュー
ルの場合に比べて、太陽電池の発電効率が高く、更に、
太陽熱の集熱効果も少し大きいことが確認された。ま
た、熱媒の漏れの検知、屋根上の防水対策、及び、メン
テナンスのし易さ等は、実施例６に係る太陽光電熱併給
モジュールの場合と同様であることが確認された。

【００８４】

【発明の効果】本発明に係る太陽光電熱併給モジュール
によれば、熱媒パイプが太陽電池パネルの裏側全面に配
置された構造を有する従来の太陽光電熱併給モジュール
の場合に比べて、熱媒の漏れを検知し易く、熱媒の漏れ
が生じた場合の屋根上の防水対策を講じ易く、太陽光電
熱併給モジュールを取り外すことなくメンテナンスをし
得、熱媒パイプの溶接個所が少なくてすみ、ひいては太
陽光電熱併給モジュール製造コストの低減がはかれるよ
うになる。

【００８５】また、中央部に配置されて最も冷却され難
い太陽電池も、充分に低い温度に冷却し得るので、温度
上昇による発電効率の低下が少なく、充分な発電効率を
確保し得、その結果、本発明に係る太陽光電熱併給モジ
ュールによれば、前記従来の太陽光電熱併給モジュール
の場合と同程度の高い発電効率を得ることができると共
に、同程度の太陽熱の集熱効果を得ることができる。

【００８６】このように本発明に係る太陽光電熱併給モ
ジュールは、前記従来の太陽光電熱併給モジュールの場
合に比べて、太陽電池の発電効率が同程度であると共
に、極めて熱媒の漏れの検知、屋根上の防水対策、及
び、メンテナンスがし易く、又、熱媒パイプの溶接個所
が極めて少なくて製造コストが低いので、機能、経済性
等について総合的にみて極めて優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１に係る太陽光電熱併給モジ
ュールの概要を示す斜視図である。

【図２】 本発明の実施例１に係る太陽光電熱併給モジ
ュールの概要を示す側断面図である。

【図３】 本発明に係る太陽光電熱併給モジュールの一
例の概要を示す側断面図であって、特に太陽電池の固定
方法を示す図である。

【図４】 本発明に係る太陽光電熱併給モジュールの一
例の概要を示す側断面図であって、特に熱媒パイプの配
置位置を示す図である。

【図５】 平板の形状が長方形である場合の太陽光電熱
併給モジュールの概要を該モジュールの温度分布図とと
もに示す図である。

【図６】 平板の形状が円形である場合の太陽光電熱併
給モジュールの概要を該モジュールの温度分布図ととも
に示す図である。

【図７】 太陽電池の温度と太陽電池の効率との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１--太陽電池セル、２--熱伝導性の平板、３--熱媒パイ
プ、４--熱媒、５--保護用ガラス、６--封止材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 真 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 桑原 英明 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 5F051 BA03 BA18 JA02 JA09 JA18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導性の高い平板の上に太陽電池を固
   定すると共に、前記平板の周囲の一部または全部に熱媒
   の通る熱媒パイプを配置したことを特徴とする太陽光電
   熱併給モジュール。
2. 【請求項２】 前記平板の形状が長方形であり、該長方
   形の向かい合う２辺に前記熱媒パイプが配置されている
   請求項１記載の太陽光電熱併給モジュール。
3. 【請求項３】 前記平板の形状が長さＬ [m]、幅２Ｄ
   [m]の長方形であり、前記平板の厚さがｔ [m]であると
   共に、前記平板の熱伝導率がλ [W/mK] であり、かつ、
   前記長さＬの２辺に前記熱媒パイプが配置されている場
   合に、前記Ｄ、ｔ、λの間に６Ｄ² ≦ｔλの関係がある
   請求項２記載の太陽光電熱併給モジュール。
4. 【請求項４】 前記平板の形状が長さＬ [m]、幅２Ｄ
   [m]の長方形であり、前記平板の厚さがｔ [m]であると
   共に、前記平板の熱伝導率がλ [W/mK] であり、かつ、
   前記長さＬの２辺に前記熱媒パイプが配置されている場
   合に、前記Ｄ、ｔ、λの間に15Ｄ² ≦ｔλの関係がある
   請求項２記載の太陽光電熱併給モジュール。
5. 【請求項５】 前記平板の面積がＳ [m²] であり、前記
   平板の厚さがｔ [m]であると共に、前記平板の熱伝導率
   がλ [W/mK] である場合に、前記Ｓ、ｔ、λの間に２Ｓ
   ≦ｔλの関係がある請求項１記載の太陽光電熱併給モジ
   ュール。
6. 【請求項６】 前記平板の面積がＳ [m²] であり、前記
   平板の厚さがｔ [m]であると共に、前記平板の熱伝導率
   がλ [W/mK] である場合に、前記Ｓ、ｔ、λの間に５Ｓ
   ≦ｔλの関係がある請求項１記載の太陽光電熱併給モジ
   ュール。