JP2001007412A

JP2001007412A - 太陽熱発電装置

Info

Publication number: JP2001007412A
Application number: JP11173223A
Authority: JP
Inventors: Koichi Moriya; 宏一守屋; Susumu Fujita; 進藤田
Original assignee: SIIRD CT KK; SII R&D Center Inc
Current assignee: SIIRD CT KK; SII R&D Center Inc
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽光の熱エネルギを熱電素子により電気エ
ネルギに変換する太陽光発電装置において、熱利用効率
を改善し、コストパフォーマンスのの良い自然エネルギ
発電を実現する。【解決手段】太陽光を受けて加熱される集熱板３が熱
電素子１に熱結合され、熱電素子１の反対面には放熱板
２が接着されている。放熱板２と集熱板３との隙間に断
熱材４が設けられ、集熱板３から放熱板２に直接熱が伝
わらないようにし、また、放熱板２と集熱板３とを保持
している。さらに、間隔を置いて集熱板３を覆うように
カバー５が断熱材４に接着により取り付けられ、集熱板
３とカバー５の間に空気による断熱層６が設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽光の熱を利用し
て温度差を作り、この温度差を熱電素子により電力に変
換する太陽熱発電装置に関し、特に太陽熱の利用効率の
改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱電素子を用いた熱発電装置を図
３に示す。この装置は太陽熱を利用するものではなく、
高温になる発熱体の熱を利用するものである。発熱体１
６からの熱エネルギは発熱体１６と接触して熱を受け取
る集熱板１５に伝達され、このエネルギが集熱板１５に
接着された熱電素子１２に送られる。更に、熱流は熱電
素子１２を通って熱電素子１２の反対面に取り付けられ
た放熱板１３に流れ、放熱板１３から周囲の空気に熱が
放出される。また、熱電素子１２を通らずに集熱板１５
から放熱板１３に直接流れる熱流を削減し、また、熱電
素子１２、放熱板１３、集熱板１５を保持する構造体と
して放熱板１３と集熱板１５との隙間に断熱材１４が設
けられている。

【０００３】放熱板１３、集熱板１５は熱伝導率が高い
材料を用いる必要があり、一般的には金属材料が用いら
れる。また、放熱板１３は熱放射率の高い表面処理を行
い、熱放出性能を高めている。また、断熱材１４は熱伝
導率が低い必要があると同時に、構造体としては強度も
必要であり、気泡を含んだセラミック材などを用いてい
る。

【０００４】熱電素子１２は比較的低温の応用では、
Ｂｉ−Ｔｅ系のＰ型熱電半導体材料とＮ型熱電半導体材
料を用いている。これらの材料の柱を多数用意し、これ
らの柱を金属電極を有するセラミック等の２枚の基板に
挟み込み、Ｐ型とＮ型を電気的に交互に直列接続してい
る。発熱体１６の熱を有効に利用するため、放熱板１３
には熱放射及び熱対流による熱の放出の面で性能の高い
材料、形状が用いられている。また、集熱板１５は発熱
体１６からの熱伝導性能が重要で、隙間を減らすため表
面の平坦度を上げ、発熱体１６に対する押し付け圧力を
上げたり、さらに熱伝導グリスなどを用いるなどの手段
がとられている。しかし、この応用では、集熱板１５か
ら熱が逃げることは少なく、この点の配慮はほとんど必
要ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図３の従来構造では、
集熱板１５に熱伝導率の高い金属が用いられるが、単な
る金属材料は熱放射率は低い。太陽熱を用いた発電を行
う場合、集熱板１５には太陽熱を吸収するように熱放射
率の高い材料・表面処理が必要となる。従って、集熱板
の表面は酸化膜処理が行われたり、黒色塗装膜などの処
理が行われる。しかし、集熱板は太陽熱を吸収すると同
時に対流などで熱を放出してしまう。このため、何らか
の対策をとらなければ、太陽熱を有効に利用する事がで
きない。

【０００６】更に、発電効率を上げるためには放熱板の
放熱能力を上げる必要があるが、熱放射率を上げると太
陽熱を吸収して、逆に十分な放熱が出来なくなってしま
う。そこで、熱放射率の低い材料を用いて放熱面積で放
熱性能を稼ぐ必要があるが、従来例ではこのような配慮
が為されておらず、十分な発電効率が得られないという
問題点がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽熱発電装置
では、太陽光を受けて加熱される集熱板から熱電素子を
通して放熱板に熱を流し、従来例と同様に集熱板と放熱
板との隙間に断熱材を配置している。ただし、従来例と
は異なり、集熱板と間隔を置いて集熱板を囲うカバーを
追加している。このカバー材料は集熱板が太陽光の熱を
吸収できるように比較的赤外光の吸収が少ない材料を用
い、集熱板とカバーの間には熱伝導率の低い物質、例え
ば空気を配置している。これにより、集熱板からの無駄
な熱放出を抑制する事ができる。

【０００８】また、太陽光を集める反射板を設け、しか
もこの反射板自身は太陽光により加熱されないように鏡
面処理がなされた熱伝導率の高い金属を用いている。そ
して、放熱板の熱を結合板を通じて反射板に伝え、反射
板にも放熱機能を分担させている。これにより、集熱、
放熱両方の性能が改善され、発電効率が大幅に改善され
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の太陽熱発電装置を図１の
断面図を用いて説明する。太陽光を受けて加熱される集
熱板３が熱電素子１に重ねられ、熱結合している。熱電
素子１の反対面には放熱板２が接着されている。集熱板
３で集められた太陽光の熱エネルギは熱電素子１に送ら
れ、熱流は更に放熱板２に送られて周囲の空間に放出さ
れる。

【００１０】また、熱電素子１を通らずに集熱板３から
放熱板２に直接熱が伝わらないように断熱材４が放熱板
２と集熱板３との隙間に設けられている。また、熱電素
子１は強度が十分ではないため、熱電素子１が放熱板２
及び集熱板３を保持する事が難しい。このため、断熱材
４により放熱板２と集熱板３とが保持されている。断熱
材４は従来例と同様に低い熱伝導率とある程度のが強度
も必要であり、気泡を含んだセラミック材や発泡プラス
チック材などが用いられる。

【００１１】放熱板２はアルミニュームなどの熱伝導率
が高い材料を用いるが、放熱性能を高めるために表面積
を大きくする必要がある。このため通常の放熱器と同様
にフィン構造を採用している。通常の放熱器の場合、対
流などの熱放出以外に熱放射も用いるのでアルマイト処
理したアルミニューム材が用いられる。しかし、太陽熱
発電の場合、放熱板２に太陽光が当たると、熱放射率が
高いと加熱されてしまい、放熱性能が低下する。従っ
て、熱放射率の低い表面処理を行った方が良い事が多
い。ただし、放熱板２に対して太陽光を遮り、空気の対
流を遮らないブラインドのような物を設けた場合は熱放
射率が高い方が良い。

【００１２】また、集熱板３は軽い方が良いので、アル
ミニュームなどの熱伝導率が高い材料を用いて薄くした
方が良い。熱伝導率が低いと集熱板３周辺部で受けた熱
エネルギを熱電素子１に伝える際の損失が問題となる。
また、太陽光の熱を効率良く吸収するため表面の熱放射
率が高い事が要求される。このため、表面を荒らした
り、表面に酸化膜を形成したり、適切な厚みの黒色樹脂
塗装を行ったりする必要がある。なお、樹脂塗装は熱伝
導率が低いので、あまり厚すぎると塗装表面だけ加熱さ
れ、集熱板３に熱が伝わらない。逆に薄すぎると太陽光
の吸収が十分でなく、集熱効率が悪くなる。

【００１３】集熱板３をカバー無しで配置すると、空気
の対流や風により集熱板３の熱が奪われてしまう。これ
を防止するため、図１では、集熱板３と間隔を置いて集
熱板３を覆うようにカバー５が断熱材４に接着等により
取り付けられている。カバー５の材料は赤外光を通して
集熱板３に熱を与える必要があるので、サファイヤガラ
スなどが望ましいが、薄い通常のガラスや透明樹脂や透
明フィルムなどを用いてもよい。集熱板３とカバー５の
間には断熱層６が設けられている。この断熱層６も赤外
光が通過する材料で、かつ、熱伝導率の低い材料である
必要がある。ここでは、ほぼ密閉された空気層を用いて
いる。このような構造により集熱板３は温室内に置かれ
たような状態となり、熱の損失が少なくなる。

【００１４】図２は本発明の別の実施例を示す断面図で
ある。集熱板９に対して太陽光を反射集光する反射板１
０を設けている。反射板１０は太陽光を吸収しないよう
に反射率が高い必要があり、鏡面処理が施された金属が
用いられる。あるいは熱伝導率の高い金属に熱放射率の
低い金属メッキを施している。このため、反射板１０は
太陽光を受けてもほとんど加熱されない。

【００１５】反射板１０を用いることにより集熱板９に
はよりエネルギ密度の高い太陽光が照射される。集熱板
９に吸収された熱エネルギは集熱板９と熱結合された熱
電素子７に供給され、更に熱流は熱電素子７と熱結合さ
れた放熱板８に流れる。集熱板９、熱電素子７、放熱板
８は図１の集熱板３、熱電素子１、放熱板２と同様であ
る。図１の断熱材４に相当する部材は省略している。図
１のカバー５や断熱層６に相当する部材は図２では設け
ていないが、これらの部材を追加する事も可能で、これ
により集熱効率が更に改善する。

【００１６】放熱板８の熱は周囲の空間に放出されると
同時に、放熱板８と結合された結合板１１にも伝えられ
る。結合板１１に伝達された熱は結合板１１からも放出
されるが、更に、結合板１１に取り付けられた反射板１
０にも伝達される。反射板１０は比較的面積が大きく、
しかも、熱放射率が低いので太陽光による加熱が少な
く、放熱器として用いるのに適している。

【００１７】このような構成により集熱効率、放熱効率
両方が改善され、太陽熱発電の効率が大幅に改善され
る。なお、結合板１１は必ずしも必要ではなく、放熱板
８を直接反射板１０に接続し、熱を伝達する事も可能で
ある。また、放熱板８と結合板１１と反射板１０とを折
り畳み可能に接合する事が望ましいが、この場合、接合
部に熱伝導補助部材を追加する方が望ましい。

【００１８】

【発明の効果】本発明による構成により、太陽光の熱エ
ネルギを集めた集熱板からの無駄な熱放出を低減する事
ができ、この熱エネルギを熱電素子により直接電気に変
換する事ができ、実用的発電効率を持った扱い易い太陽
熱発電装置を得る事ができる。また、太陽光の集光と放
熱の機能を有する反射板を用いることにより、更に発電
効率が改善し、コストパフォーマンスの高い太陽熱発電
装置が得られ、比較的安価な非常用野外発電手段などへ
の応用が可能であり、本発明を用いる事による効果は大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽熱発電装置の断面図

【図２】本発明の別の実施例を示す断面図

【図３】従来例を示す断面図

【符号の説明】

１熱電素子２放熱板３集熱板４断熱材５カバー６断熱層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電素子と、前記熱電素子の片面に熱結
合された熱伝導性の高い集熱板と、前記熱電素子の反対
面に熱結合された放熱板と、前記放熱板と前記集熱板と
の間に配置された熱伝導率の低い断熱材と、前記集熱板
と間隔を置いて前記集熱板を囲うように設けられた赤外
光透過性のカバーと、を備え、前記集熱板と前記放熱板との温度差により発電を行うこ
とを特徴とする太陽熱発電装置。
【請求項２】前記集熱板が熱放射率の高い表面処理を
施されたことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱発電
装置。
【請求項３】熱電素子と、前記熱電素子の片面に熱結
合された熱伝導性の高い集熱板と、前記熱電素子の反対
面に熱結合された放熱板と、前記放熱板と前記集熱板と
の間に配置した熱伝導率の低い断熱材と、前記集熱板に
対して太陽光を反射集光する熱放射率が低く熱伝導性の
高い反射板と、前記放熱板と前記反射板とを熱結合する
結合板とを設け、集熱の効率を上げると共に前記反射板
にも放熱の機能を持たせる事を特徴とする太陽熱発電装
置。