JP2003199377A - 太陽光発電装置 - Google Patents

太陽光発電装置

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浩 駒井
Hiroaki Yoshioka
宏哲 好岡
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拓生 平川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電効率を維持し、太陽光の熱や雨水を有効
に利用しえる太陽光発電装置を提供する。 【解決手段】 太陽光エネルギーで起電する太陽光発電
装置であって、太陽電池モジュールと、制御により太陽
電池モジュール表面へ向け液体を散布する散布器と、散
布器へ液体を圧送する供給管を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電効率が維持で
き、しかも自然資源を有効に活用しえる太陽光発電装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、太陽光発電はクリーンエネルギー
として注目されていたが、効率に難点があり、普及がお
くれていた。しかし近年、発電効率の改善、太陽電池モ
ジュールがコストダウンされたため、オフィスビル、工
場更には一般家庭にも、太陽光発電装置の採用が急速に
進んだ。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、太陽電池モ
ジュールは温度上昇にともないエネルギー変換効率が低
下する。従って太陽エネルギーが最大の時、発電効率が
最も悪くなるという問題がある。このような問題を解決
するため、太陽電池モジュールの裏面に通気空間を設
け、空冷することが行われているが、屋根面等は日射で
雰囲気自体高温化し、効率低下を防ぎえない。
【0004】また、天空に向かって設置される太陽光発
電装置の太陽電池モジュールは、表面に大気中の埃、鳥
の糞が付着し易く、このときも、発電効率低下を招く。
しかし、太陽電池モジュールは屋根、屋上に設置される
ことが多く、使用者、管理者による清掃作業は困難であ
り、かつ危険をともなう。
【0005】本発明は、以上のような問題点に鑑み案出
なされたもので、発電効率を維持し、太陽光の熱や雨水
を有効に利用しえる太陽光発電装置を提供することを目
的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項1記
載の発明は、太陽光エネルギーで起電する太陽光発電装
置であって、太陽電池モジュールと、液体の散布器と、
散布器へ液体を圧送する供給管を具え、制御を受けて太
陽電池モジュール表面へ向け液体を散布することを特徴
としている。
【0007】また請求項2記載の発明は、散布器が液体
を噴霧するものであることを特徴とする請求項1記載の
太陽光発電装置である。
【0008】また請求項3記載の発明は、太陽電池モジ
ュールの温度を測定する温度センサを具え、温度データ
に基づき液体散布を制御することを特徴とする請求項1
又は2記載の太陽光発電装置である。
【0009】また請求項4記載の発明は、太陽電池モジ
ュールの勾配下方で太陽電池モジュール上を流下した液
体を受ける集液部と、該液体の熱により市水を加熱する
熱交換装置と、集液部から熱交換装置に至る搬送管を具
えたことを特徴とする請求項1乃至3記載の太陽光発電
装置である。
【0010】また請求項5記載の発明は、雨水を一時貯
蔵する貯水槽と、貯水槽中の雨水を液体として前記供給
管へ圧送するポンプを具えたことを特徴とする請求項1
乃至4記載の太陽光発電装置である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を図面
に基づき説明する。本発明の太陽光発電装置1は、太陽
電池モジュールMと、該太陽電池モジュール表面に向い
た液体の散布器3と、散布器3へ液体を圧送する供給管
32を具える。
【0012】なお、本実施形態では、図1に示すよう
に、太陽光発電装置1は住宅、店舗等、寄せ棟屋根Rの
平屋家屋に設置され、該寄せ棟屋根Rは二等辺三角形状
の東面屋根Re、西面屋根Rw、等脚台形状の南面屋根
Rs、北面屋根Rnで構成される。
【0013】太陽電池モジュールMは、数十枚の太陽電
池セルの表面に透明フィルム、透明樹脂、裏面に絶縁樹
脂、補強材等を配し、矩形平板状の耐候性パッケージに
納めて構成する。太陽電池セルは太陽の光エネルギーを
電気エネルギーに変換する機能をもつ最小単位である。
【0014】太陽電池アレイAは、図1に示すように、
縦横に組み合わせた複数枚の太陽電池モジュールMから
成り、直列或いは並列に接続して望みの直列電圧、発電
電力が得られる。
【0015】太陽電池アレイAは、図2、3に示すよう
に、合板、パーティクルボード等の野地板18上に防水
シート19を敷設した屋根下地17上に、ビス固定( 図
示せず)した枠材Fを具える。枠材Fは、図2(a)に
示すように、軒先に向く溝部61と上記屋根下地17に
固定するフランジ62からなる上枠材F1、一対の溝部
61、61を具えた横枠材F2、図2(b)に示すよう
に、軒側に位置する下枠材F3、図3に示すように、内
側に向く溝部61を具えた側枠材F5、左右の側枠材F
5、5間に等間隔に配置する縦枠材F4から成り、太陽
電池モジュールMは、その周縁が各枠材Fの溝部61に
嵌着される。
【0016】散布器3は、図2(a)に示すように、ス
テンレス、銅、合成樹脂等で形成される散布管31と先
端のノズル33から成り、散布カバー36内に取付けら
れる。本実施形態では、散布器3は、ノズル33から太
陽電池モジュールM上面に向け液体を噴霧するものであ
るため、液体が広範囲に平均的に散布される点で好まし
い。更に、太陽電池モジュールMの高温化防止目的で
は、噴霧された液体は気化しやすいため、蒸発潜熱によ
る冷却効果が大きくなる点で好ましい。ただし、散布器
3はこのような態様に限定されず、液体を太陽電池モジ
ュールM上面に向け滴下するものでも良い。液体は、本
実施形態では、市水で補充するる雨水を採用するが、太
陽電池モジュールMの洗浄目的には洗浄水、太陽電池モ
ジュールMの冷却目的には揮発性液体等を採用しえる。
【0017】散布カバー36は、散布孔35を穿孔した
L字片37と尾片38が一体成形され、通気部材14上
に取付けられる。散布孔35は、散布器3のノズル33
に向き合い、液体を通過させる。
【0018】通気部材14は、前記上枠材F1に一端が
固定され、屋根傾斜に平行な上部板14aと、その棟端
部から垂下し、屋根下地17に固定された立下げ板14
bからなる。太陽電池モジュールMと屋根下地17間の
空間54は、上枠材F1、横枠材F2、下枠材F3に穿
孔した導孔29を介して連通し、加熱され通気部材14
内に上昇した空気は、通気部材14上部の通気孔30、
散布カバー36の隙間から排気し、太陽電池モジュール
Mを背面から空冷する。
【0019】供給管32は、本実施形態では、図1に示
すように、貯水槽23からポンプ21を介して、散布器
3まで配管される。また図2(a)に示すように、供給
管32は屋根下地17に水密嵌合し、上端に散布器3を
装着する。
【0020】貯水槽23は、図1に示すように、寄せ棟
屋根Rの軒樋27で集水された雨水が、縦樋28を介し
て流入し、濾過器24で落ち葉等を除去して貯える。降
雨不足時には、市水で補充され、逆に満水状態を越える
とオーバーフロー管20から排水される。また貯水槽2
3は、地下に埋設することもでき、植栽用、洗車用とし
ても使用しえる。このように、本実施形態の太陽光発電
装置1は、雨水を貯水し有効活用しえるもので、資源有
効活用とランニングコストが低減できる。
【0021】ポンプ21は、図1に示すように、貯水槽
23に並設し、貯水槽23の比較的低位の水を、リリー
フバルブ( 図示せず) で圧力調整し、供給管32へ送給
するもので、ベーンポンプ、ギヤーポンプ等が使用でき
る。
【0022】集液部41は、本実施形態では、図2
(b)に示すように、屋根下地17の軒部に固定したL
字状の止め具44に、その両端部の受部43、43を嵌
合固定した塩化ビニル製の樋状体から成る。太陽電池モ
ジュールM表面を流下する液体は、一端を下枠材F3の
溝部61に嵌着した軒先カバー13上を経て集液部41
へ流入する。
【0023】熱交換装置4は、集液部41から搬送管4
7を経て流入する液体を貯える温水槽4aと、熱交換部
4bから成る。搬送管47熱交換後の液体は、熱交換装
置4から回収管46を経て前記貯水槽23へ回収される
が、貯水槽23の満水時は、切換弁25により排水管2
6から排水される。熱回収しえない低温の液体は、三方
弁(図示せず) の操作により、温水槽4aを経由せず、
バイパス管42を介して回収管46へ導く。
【0024】前記熱交換部4bは、温水槽4a内に配置
された蛇行状の銅管で構成され、内部の市水が温水槽4
aの液体から熱伝播を受け加熱される。本実施形態で
は、加熱された市水は、低温水時作動する加熱部48を
経て浴槽49に供給するが、台所、洗面等へも供給で
き、太陽電池モジュールMの冷却で得た熱エネルギーを
有効に活用できる。
【0025】温度センサ6は、太陽電池モジュールMの
温度を測定するもので、図3に示すように、太陽電池モ
ジュールMの裏面に接着する。この温度データを伝達す
る導線64は、本実施形態では、家屋内を配線され、制
御盤8に至るが、ワイヤレス方式でも送信できる
【0026】このような太陽光発電装置1では、発電中
太陽光で高温化する太陽電池モジュールMの温度センサ
6からデータ送信を受けた制御盤8の制御回路が、ポン
プ21へ始動信号を発信し、貯水槽23中の液体(雨
水)が散布器3から太陽電池モジュールM表面に向け噴
霧される。雨水の顕熱、蒸発潜熱による太陽電池モジュ
ールMの温度低下を受け、制御盤8の停止信号によりポ
ンプ21が止まる。該動作で、太陽電池モジュールMの
温度上昇によるエネルギー変換効率低下を防止でき、同
時に太陽電池モジュールM表面の汚れを洗浄し、発電効
率を維持しえる。また、汚れ洗浄のため、制御盤8で一
定時間毎の噴霧も制御できる。さらに、制御盤8の冷却
スイッチ11の操作にもとづき、一定時間継続した噴霧
の制御もできる。
【0027】太陽電池モジュールM上を流下した高温液
体(雨水)は、集液部41から搬送管47を経て熱交換
装置4の温水槽4aへ流入する。熱交換部4bで熱回収
した温水は、浴槽49、台所、洗面等で生活の便に供さ
れ、太陽電池モジュールM冷却で得た熱エネルギーを有
効活用しうる。
【0028】また、本実施態様では、図1に示すよう
に、日射量センサ7を具え、理論発電量を計算する演算
部56と、該理論発電量と現実発電量を表示する表示装
置9を設ける。
【0029】日射量センサ7は、太陽及び大空からの日
射量を測定するもので、本実施形態では、図1に示すよ
うに、太陽電池アレイAの上方位置で寄せ棟屋根Rの表
面に取付ける。この日射量センサ7で計測した日射量デ
ータを伝達する導線63は、寄せ棟屋根Rを水密的に貫
通し制御盤8にいたる。
【0030】前記演算部56は、制御盤8内に回路とし
て構成される。南面屋根Rsの日射量データをL(Kw
/m2)とすると、太陽電池アレイAは、面積Mm2の
太陽電池モジュールMをN枚で構成されており、従って
太陽電池アレイAへの総日射量は、L×M×N(Kw)
である。一方、太陽光発電では、太陽の光エネルギーは
一定の割合が損失し、電気エネルギーに変換される。す
なわち、変換効率は太陽電池モジュールMの機能等によ
るモジュール変換効率Y、直流を交流へ変換する際に生
じるインバータ効率Z、太陽電池モジュールMの温度上
昇による変換効率低下を補正する温度補正係数K(t)
の積、Y×Z×K(t)で求まる。なお、さらに温度補
正係数K(t)は、太陽電池モジュールMの温度の関数
値として計算される。すなわち演算部56は、変数とし
て日射量データL、太陽電池モジュールMの温度データ
tが入力され、L×M×S×Y×Z×K(t)(Kw)
の計算に基づき、理論発電量を出力する。
【0031】表示装置9は、本実施形態では、図4に示
すように、制御盤8の表面に組み込んだ液晶ディスプレ
イから成り、現実発電量、理論発電量を上下に文字表示
する。ただし、表示装置9はこの態様には限定されず、
回転針と文字盤からなるメーター、発光部分の長さが発
電量に比例して変化する発光ダイオードを採用した装置
等も採用しうる。
【0032】このように、本実施形態の太陽光発電装置
1では、表示装置9上の現実発電量と理論発電量から、
発電の運転状況を即座に確認、判断でき、現実発電量の
異常低下時に迅速に対応できる。また、現実発電量の急
減も、理論発電量の追従であれば、不安感を排除しえ
る。
【0033】また、本実施態様では、図4に示すよう
に、現実発電量が理論発電量に対し設定値以下の状態を
告知する警告装置10を具えるため、対応処置を迅速に
なしえる点で好ましい。この警告装置10は、本実施形
態では、現実発電量が理論発電量を、例えば、10パー
セント以上下回る時に、前記演算部56の信号で点滅す
る警告灯から成る。ただし、警告装置10は、この態様
には限定されず、ブザー、ベル、前記表示装置9の文字
表示の点滅、或いはこれらの機能を複合したもの等使用
条件に応じ種々のものを採用しうる。
【0034】図5は、本実施形態の太陽光発電装置1
の、制御系統、冷却系統及び熱回収系統のシステムを示
す全体ブロック図である。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、太陽
電池モジュールの温度上昇の抑制と太陽電池モジュール
M表面の汚れの洗浄により、発電効率を維持しえる。
【0036】また請求項2記載の発明では、液体を噴霧
するので、液体が広範囲に平均的に散布され、また噴霧
された液体は気化しやすいため、蒸発潜熱により、太陽
電池モジュールの冷却効果が大きい。
【0037】また請求項3記載の発明では、太陽電池モ
ジュールに温度センサを具えることにより、温度データ
に基づく効果的な冷却がなしえ、発電効率を維持でき
る。
【0038】また請求項4記載の発明では、太陽電池モ
ジュール上を流下した液体で市水を加熱する熱交換装置
を設けることにより、太陽電池モジュールの冷却で得た
温水を浴槽、台所、洗面等へ供給できる。
【0039】また請求項5記載の発明では、雨水を貯蔵
する貯水槽と、貯水槽の雨水を供給管へ圧送するポンプ
を設けることにより、雨水を太陽電池モジュール表面へ
散布に使用でき、資源有効活用とランニングコストが低
減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態である太陽光発電装置1の斜
視図である。
【図2】(a)(b)は、太陽電池アレイAの異なる部
分の断面図である。
【図3】太陽光発電装置1の一部切り欠き斜視図であ
る。
【図4】制御盤8の正面図である。
【図5】太陽光発電装置1の全体ブロック図である。
【符号の説明】
M 太陽電池モジュール 3 散布器 4 熱交換装置 6 温度センサ 21 ポンプ 23 貯水槽 32 供給管 41 集液部 47 搬送管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平川 拓生 大阪府豊中市新千里西町1丁目1番4号 ナショナル住宅産業株式会社内 Fターム(参考) 5F051 JA11 JA18 JA20

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】太陽光エネルギーで起電する太陽光発電装
    置であって、太陽電池モジュールと、液体の散布器と、
    散布器へ液体を圧送する供給管を具え、制御を受けて太
    陽電池モジュール表面へ向け液体を散布することを特徴
    とする太陽光発電装置。
  2. 【請求項2】散布器が液体を噴霧するものであることを
    特徴とする請求項1記載の太陽光発電装置。
  3. 【請求項3】太陽電池モジュールの温度を測定する温度
    センサを具え、温度データに基づき液体散布を制御する
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の太陽光発電装
    置。
  4. 【請求項4】太陽電池モジュールの勾配下方で太陽電池
    モジュール上を流下した液体を受ける集液部と、該液体
    の熱により市水を加熱する熱交換装置と、集液部から熱
    交換装置に至る搬送管を具えたことを特徴とする請求項
    1乃至3記載の太陽光発電装置。
  5. 【請求項5】雨水を一時貯蔵する貯水槽と、貯水槽の雨
    水を液体として前記供給管へ圧送するポンプを具えたこ
    とを特徴とする請求項1乃至4記載の太陽光発電装置。
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