JP2003142719A - 太陽電池部分冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池においては最も発電効率の良い温度
にするため冷却を行うが、従来は適切な冷却調整を行う
ことが困難であり、また冷却装置が大がかりなものとな
り、装置全体が大型化していた。 【解決手段】 ｐ型半導体素子２とｎ型半導体素子５を
重合した太陽電池発電素子６の第１端部９には、ｐ型の
熱電用半導体素子１０の上端面１１を接続し、この接続
部を冷却装置１２で冷却する。ｎ型半導体素子５の第２
端部１３にはヒートシンク１４の一端部１５を接続し、
ヒートシンク１４の他端部１６は熱電用半導体素子１０
の下端面１７と接続し、これらの部分を同一温度に維持
する。太陽光３を受光して発電を行うとき、冷却装置１
２でこれを所定温度に維持し、発電効率を適切な値に維
持する。この時熱電用半導体素子１０の上端面１１は低
温に、下端面１７は高温となっているので、この温度差
により発電し出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池の効率を
向上させるために冷却する太陽電池冷却装置に関し、特
に太陽電池の部分的な冷却により出力を向上させるばか
りでなく、日射条件に合わせて太陽電池素子の発電能力
低下を抑制、制御を行うことができ、しかも太陽電池に
よる発電量より多くの電力を得ることができるようにし
た太陽電池部分冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より太陽電池は広く用いられてお
り、その基本構成は図４に代表的に示される。同図にお
いて太陽電池３０はｐ型半導体素子３１とｎ型半導体素
子３２から構成され、太陽光３３を受光して電力供給部
３４に発電電力を供給することができるようにしてい
る。

【０００３】このような太陽電池において、その発電力
は温度上昇と共に能力が低下するため多くの場合冷却装
置を備えており、例えば図４に示すように、太陽電池を
構成する素子の裏面に空洞部材３５を密着させ、その内
部に水や空気を流通させて冷却を行っていた。その冷却
に際しては、常に一定の冷却媒体を流通させることが多
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】太陽電池の冷却に際し
ては上記のような手段を採用していたため、その装置は
簡単となるものの、太陽電池を構成する素子の裏面全体
を冷却するため、各種付属装置を含めて装置全体を冷却
することとなり、多量のエネルギーを必要とする欠点が
ある。

【０００５】また、全体の熱容量が大きくなるため、特
に冷却媒体の温度制御を行わない装置の場合には、最初
に設定した太陽光の受光条件と異なっている際には適切
な太陽電池の温度を維持することができず、発電効率を
十分に確保することができない。

【０００６】一方、上記のような太陽電池の冷却に際し
て、内部を流通する流体の温度、流量等を制御すること
により太陽電池の温度を所定値に維持することも考えら
れるが、上記のように全体の熱容量が大きい場合には細
かな温度制御を行うことができず、実際の太陽電池素子
の温度に追従するまでの時間は太陽電池素子にとって発
電効率の低い状態で発電を行わざるを得ず、日射条件に
適合した適切な発電を行うことができない問題があっ
た。

【０００７】しかも冷却用媒体を循環させるための設備
及び動力を必要とする等、その装置は大がかりなものと
なり、全体として高価なものとならざるを得ないという
問題もある。

【０００８】また従来の太陽電池の冷却装置において
は、上記のようにして太陽電池の冷却により温度の上昇
した冷却水については、例えば給湯設備等に供給し、有
効利用することが考えられているが、その利用範囲は限
られたものとなり、且つ効率の悪いものとならざるを得
ない。

【０００９】したがって本発明は、太陽電池素子の温度
の変化に追従して速やかに冷却能力を調節し、常に太陽
電池を所定の温度に維持することにより太陽電池の発電
効率を向上させることができるとともに、冷却時に生じ
たエネルギーを容易に、且つ効率的に利用することがで
きるようにした太陽電池部分冷却装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、請求項１にかかる発明は、太陽電池発電素子
の一部に熱電作用を行う熱電用半導体素子の一端部を結
合し、前記熱電用半導体素子の他端部を、前記太陽電池
発電素子の他の一部と熱的結合または電気的結合を行う
ことにより、前記太陽電池発電素子自体の熱電作用と、
前記熱電用半導体素子によって太陽電池の冷却と熱電作
用による発電を行うことを特徴とする太陽電池部分冷却
装置としたものである。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、前記熱電用
半導体素子の前記一端部に冷却装置を結合し、前記他端
部を前記太陽電池発電素子の他の一部と熱的に結合した
ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池部分冷却装置
としたものである。

【００１２】また、請求項３に係る発明は、前記熱電用
半導体素子の前記他端部と、前記太陽電池発電素子の他
の一部を共通の冷却装置を接続したことを特徴とする請
求項１記載の太陽電池部分冷却装置としたものである。

【００１３】また、請求項４に係る発明は、前記熱電用
半導体素子の前記一端部に冷却装置を結合し、前記太陽
電池発電素子の他の一部に他の熱電用半導体素子を結合
し、両熱電用半導体素子を電気的に結合したことを特徴
とする請求項１記載の太陽電池部分冷却装置としたもの
である。

【００１４】また、請求項５に係る発明は、前記太陽電
池発電素子による発電電力を外部に出力する系統に抵抗
を設け、前記抵抗の調節により発電電力及び冷却作用を
調整することを特徴とする請求項１記載の太陽電池部分
冷却装置としたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に沿って説
明する。図１は本発明の基本的な原理に基づく構成を示
す概要図であり、全体として太陽電池としての機能を行
う太陽電池１は、表面２が太陽熱３の受光部となってい
るｐ型半導体素子４と、その裏面に接合したｎ型半導体
素子５によって太陽電池発電素子部６が構成されてお
り、＋側リード線７と−側リード線８により前記太陽電
池発電素子部６で発電を行った電力を外部に供給するこ
とができるようにしている。

【００１６】このような太陽電池発電素子部６におい
て、太陽光の受光により素子部全体の温度が上昇する
が、この装置においてはｎ型半導体素子５の図中右側に
示される第１端部９側の裏面にｐ型の熱電用半導体素子
１０の図中上端面１１を固定しており、この熱電用半導
体素子１０に対して冷却装置１２を接続し、この冷却装
置１２によって前記熱電用半導体素子１０を冷却し、太
陽電池発電素子部６の裏面の一部のみを冷却するように
している。なお、この冷却装置１２は特定の手段に特定
されず、種々の冷却手段を採用することができ、この冷
却装置によって太陽電池発電素子部６の発電部分を、ほ
ぼ所定の温度に維持することができるようにしている。

【００１７】一方、前記太陽電池発電素子部６における
ｎ型半導体素子５の、前記第１端部９の反対側に位置す
る第２端部１３には、ヒートシンク１４の一端部１５が
接続され、このヒートシンク１４の他端部１６は前記熱
電用半導体素子１０の図中下端部１７に接続している。

【００１８】上記のような各素子の配列、及びヒートシ
ンクの配置によって、太陽電池発電素子部６の表面２で
太陽光３を受光して温度上昇した太陽電池発電素子部６
は、ｎ型半導体素子５の前記第１端部９において冷却装
置１２によって冷却され、発電作用部分の温度が所定温
度を維持されており、それに対して、ｎ型半導体素子５
の第２端部１３はこのような冷却作用の影響が少ないの
で、前記第１端部９より温度が高くなっている。

【００１９】一方、ヒートシンク１４によってその温度
は熱電用半導体素子１０の下端面１７に伝わり、この下
端面１７は前記第１端部９とほぼ同一温度となり、それ
によりこの熱電用半導体素子１０は上端部１１が低温で
下端面１７が高温の状態になり、両端面部分で温度差を
生じる。

【００２０】このように太陽電池発電素子部６のｎ型半
導体素子５とその裏面の熱電用半導体素子１０の間にお
いて、前記−側リード線８を接続する第１電極２０部分
が高温部となり、ｎ型半導体素子５の第１端部１及び熱
電用半導体素子１０の上端部１１が低温部、熱電用半導
体素子１０の下端部１７の第２電極２１部分が高温部と
なり、それにより、第１電極２０と第２電極２１間にペ
ルチェ効果によって電位差が生じ、第１電極２０側が
＋、第２電極２１側が−となる。

【００２１】このようなペルチェ効果による発電は、前
記太陽電池によって発生する電位よりも大きな電位差を
得ることが可能であり、太陽電池発電素子自体の熱電作
用も利用することができる。前記第１電極２０に接続し
ている−側リード線８に抵抗２２を挿入し、この値を外
部から調整することにより太陽電池発電素子部６におけ
る太陽光吸収面の温度を調整することができ、同時に太
陽光受光部と熱電用半導体素子１０の図中下端部間で発
生する発電出力を制御することができる。

【００２２】上記のような構成により、太陽電池発電素
子６の一部を冷却するのみで太陽電池の発電性能を維持
することができ、簡単で小型の装置によって冷却が可能
であり、また少ないエネルギー消費によって太陽電池を
所定の状態に冷却することができる。しかもその制御も
容易であり、且つ応答性も良い。

【００２３】本発明は上記基本構成の他、更に種々の態
様で実施することができ、例えば図２に示す例において
は、前記図１のヒートシンク１４の部分を冷却装置２４
とする事によっても実施できる。この場合は前記第１電
極２０部分と第２電極２１部分が低温部となり、第１電
極２０の低温部分によって太陽電池発電素子部６の一部
の冷却作用を行い、一方、ｎ型半導体素子５と熱電用半
導体素子１０の接続部分が高温部となり、前記と同様の
ペルチェ効果によって上記部分で熱発電を行うことがで
きる。この例においても、抵抗２２の調節により所定の
発電、及び冷却の調整を行うことができる。

【００２４】更に例えば図３に示すように、太陽電池発
電素子部６のｎ型半導体素子５の第１端部９に前記と同
様の熱電用半導体素子２５を設け、この部分に冷却装置
２８を接続して太陽光吸収面を所定温度に冷却してい
る。一方、ｎ型半導体素子５の第２端部１３側には他の
熱電用半導体素子２６を接続し、それらの裏面を互いに
リード線２７で電気的に接続する。このような構成によ
っても、両熱電用半導体素子２５、２６によって熱発電
を行い、その発電電力を太陽電池発電の発電電力と共に
取り出すことができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は上記構成により、太陽電池の一
部に熱電用半導体素子を附加し、この部分を冷却をする
ことで、太陽電池の他の部分との温度差により熱発電を
行い、また、太陽電池発電素子自体の熱電作用も含め、
太陽電池による発電電力以上の発電が可能となり、効率
よい太陽電池とすることができる。また、その装置は簡
単な構造で良いため設備費が少なく、手軽にこの装置を
使用することができる。また、太陽電池の性能維持と制
御、及び熱回収の両方を行うことができ、極めて利用性
の良い装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体概要の構成を示す断面図
である。

【図２】本発明の他の実施例の全体概要の構成を示す断
面図である。

【図３】本発明の更に他の実施例の全体概要の構成を示
す断面図である。

【図４】従来装置の全体概要の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 太陽電池 ３ 太陽光 ４ ｐ型半導体素子 ５ ｎ型半導体素子 ６ 太陽電池発電素子部 ９ 第１端部 １０ 熱電用半導体素子 １１ 上端面 １２ 冷却装置 １３ 第２端部 １４ ヒートシンク １５ 一端部 １６ 他端部 １７ 下端面 ２０ 第１電極 ２１ 第２電極 ２３ 抵抗

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池発電素子の一部に熱電作用を行
   う熱電用半導体素子の一端部を結合し、 前記熱電用半導体素子の他端部を、前記太陽電池発電素
   子の他の一部と熱的結合または電気的結合を行うことに
   より、前記太陽電池発電素子自体の熱電作用と、前記熱
   電用半導体素子によって太陽電池の冷却と熱電作用によ
   る発電を行うことを特徴とする太陽電池部分冷却装置。
2. 【請求項２】 前記熱電用半導体素子の前記一端部に冷
   却装置を結合し、 前記他端部を前記太陽電池発電素子の他の一部と熱的に
   結合したことを特徴とする請求項１記載の太陽電池部分
   冷却装置。
3. 【請求項３】 前記熱電用半導体素子の前記他端部と、
   前記太陽電池発電素子の他の一部を共通の冷却装置を接
   続したことを特徴とする請求項１記載の太陽電池部分冷
   却装置。
4. 【請求項４】 前記熱電用半導体素子の前記一端部に冷
   却装置を結合し、 前記太陽電池発電素子の他の一部に他の熱電用半導体素
   子を結合し、両熱電用半導体素子を電気的に結合したこ
   とを特徴とする請求項１記載の太陽電池部分冷却装置。
5. 【請求項５】 前記太陽電池発電素子による発電電力を
   外部に出力する系統に抵抗を設け、 前記抵抗の調節により発電電力及び冷却作用を調整する
   ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池部分冷却装
   置。