JP2003336930A - 太陽光発電ヒートポンプ装置 - Google Patents

太陽光発電ヒートポンプ装置

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JP2003336930A
JP2003336930A JP2002148708A JP2002148708A JP2003336930A JP 2003336930 A JP2003336930 A JP 2003336930A JP 2002148708 A JP2002148708 A JP 2002148708A JP 2002148708 A JP2002148708 A JP 2002148708A JP 2003336930 A JP2003336930 A JP 2003336930A
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heat pump
evaporator
solar cell
cell panel
water storage
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JP2002148708A
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Takashi Sawada
敬 澤田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、太陽電池パネルを用いた発電装置
に関するもので、特にヒートポンプを用いた給湯及び暖
房装置と複合化した太陽光発電ヒートポンプ装置に関す
るものであり、太陽電池パネルの発電効率とヒートポン
プ回路の効率の両方を同時に高くするものである。 【解決手段】 本発明の太陽光発電ヒートポンプ装置
は、太陽電池パネル1と、圧縮機3と凝縮器4と膨張弁
5と蒸発器6とを順に接続して構成するヒートポンプ回
路2とを備え、太陽電池パネル1の裏面にヒートポンプ
回路2の蒸発器6を接して設けることにより、太陽電池
パネル1は蒸発器6で冷却されるので低温になり、蒸発
器6は太陽電池パネル1で加熱されるので高温になるた
め、発電効率とヒートポンプの両方のシステムの効率も
同時に高くする事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池パネルを
用いた発電装置に関するもので、特にヒートポンプを用
いた給湯および暖房装置と複合化した太陽光発電ヒート
ポンプ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来この種の太陽光発電ヒートポンプ装
置は図9に示す構成となっている。図9において1は太
陽電池パネル、2は圧縮機3と凝縮器4と膨張弁5と蒸
発器6とを順に接続して構成するヒートポンプ回路であ
り、凝縮器4と蒸発器6にはそれぞれ送風機7が備えら
れている。8は太陽電池パネル1の出力と商用電源9を
入力として圧縮機3と送風機7と電力負荷10に電力を
供給する制御器である。日射があって太陽光発電が可能
な時は、ヒートポンプ回路2は太陽電池パネル1から制
御器8を介して電力供給を受けて運転し、日射がなくて
太陽光発電ができないときは商用電源9から制御器8を
介して電力供給を受けて運転していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成では、太陽電池パネル1は発電とともに温度が
上がるので効率も低下しヒートポンプ回路2の蒸発器6
も外気で加熱されるため冬期など特に外気温度の低い季
節では効率も低く凝縮器4で得られる温度も低いという
課題を有していた。
【0004】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、発電効率が高く、高い利用温度を得られる太陽光発
電ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の太陽光発電ヒートポンプ装置は、蒸
発器と圧縮機と凝縮器と絞り手段とを順に接続して構成
するヒートポンプ回路の蒸発器を太陽電池パネルの背面
に接して設け、太陽電池パネルの出力と商用電源とを入
力として圧縮機と電力負荷に電力を供給する制御器とを
設けたものである。一般的に、太陽電池パネルの性能は
低温で効率が高く、高温で効率が低下するという特性を
有しているので、ヒートポンプ回路でマイナス温度とな
る蒸発器を太陽電池パネルの裏面に設けて熱回収するこ
とにより、高い発電効率を実現することができる。ま
た、ヒートポンプ回路の凝縮器を給湯や暖房に利用する
場合は、外気温度よりも高い熱源となる太陽電池を蒸発
器の熱源とすることにより、凝縮器で得られる温度も高
い温度が得られ、ヒートポンプの性能を向上する事がで
きる。
【0006】
【発明の実施の形態】請求項1に記載した発明は、蒸発
器と圧縮機と凝縮器と絞り手段とを順に接続して構成す
るヒートポンプ回路の蒸発器を背面に接して設けた太陽
電池パネルと、太陽電池パネルの出力と商用電源とを入
力として圧縮機と電力負荷に電力を供給する制御器とか
ら構成することにより、外気温度より低い温度の蒸発器
で太陽電池パネルを冷却するため、太陽電池パネルの温
度を低い状態に保持して発電することができるので、太
陽光発電およびヒートポンプの両方の性能を同時に向上
させる事ができる。
【0007】請求項2に記載の発明は、特に、請求項1
に記載の太陽光発電ヒートポンプ装置を、凝縮器を貯湯
槽に内設して設けた構成とすることにより、太陽電池パ
ネルを設置する屋根などに機器を一体して設置すること
ができ、給湯機能を付加したシステム効率が高くなると
共に施工性に優れた太陽光発電ヒートポンプ装置を実現
することができる。
【0008】請求項3に記載した発明は、特に、請求項
1に記載の太陽光発電ヒートポンプ装置に、貯湯槽と、
制御器から電力供給を受けて貯湯槽の貯水を凝縮器に循
環する貯水循環ポンプとを設けたもので、屋根面に太陽
電池パネルと蒸発器を設置して、地上に貯湯槽と凝縮器
と圧縮機と制御器などの部品を一体に構成して設置する
ことができるので、メンテナンス性に優れた高効率の太
陽光発電ヒートポンプ装置を実現することができる。
【0009】請求項4に記載した発明は、特に、請求項
1に記載の太陽光発電ヒートポンプ装置を、太陽電池パ
ネルに接して設けた蒸発器の他の1面に通風路を設けた
構成とすることにより、単一の蒸発器で太陽電池パネル
と空気の両方から熱を回収することができ、さらにヒー
トポンプ単独の運転も可能になるので、高能力で使い勝
手の良い太陽光発電ヒートポンプ装置を実現することが
できる。
【0010】請求項5に記載した発明は、特に、請求項
4に記載の太陽光発電ヒートポンプ装置を太陽電池パネ
ルに接して設けた蒸発器の他の1面に設けた通風路に制
御器から電力供給を受けて送風する送風ファンを設けた
構成としたもので、風の無い時でも安定してヒートポン
プ運転ができ、また蒸発器も小型することができる。
【0011】請求項6に記載した発明は、特に、請求項
1〜5に記載の太陽光発電ヒートポンプ装置を、蒸発器
と圧縮機と凝縮器と絞り手段とを順に接続して構成する
ヒートポンプ回路と、蒸発器側に冷却水循環ポンプと太
陽電池パネル裏面を冷却する冷却器とを設けた冷却水循
環回路と、凝縮器側に貯湯槽と貯水循環ポンプとを有す
る貯水循環回路とを設けたもので、ヒートポンプの配管
長さを短く構成することができるとともに充填する冷媒
の量を少なくすることができる。また、ヒートポンプ回
路を地上に設置することにより、メンテナンス性に優れ
た太陽光発電ヒートポンプ装置を実現することができ
る。
【0012】請求項7に記載した発明は、特に、請求項
に記載の太陽光発電ヒートポンプ装置を冷却回路の冷却
器出口と貯水循環回路の貯湯槽入口とを第1開閉弁を介
して接続する第1バイパス配管と、貯水循環ポンプの出
口と冷却水循環ポンプの入口を第2開閉弁を介して接続
する第2バイパス配管と、蒸発器の冷却水出口に設けた
第1逆止弁と、凝縮器の貯水出口に設けた第2逆止弁と
を設けたもので、貯湯槽の温度が低い時はヒートポンプ
回路の運転を停止して第1開閉弁と第2開閉弁を開放し
て貯湯槽内の貯水を冷却器に直設循環して集熱し貯水の
温度が高くなった時は第1開閉弁と第2開閉弁を閉じて
ヒートポンプ回路を運転し冷却器の温度を低くすること
により、太陽電池パネルを常に低温に保つことができ、
消費電力の少ない高効率の太陽光発電ヒートポンプ装置
を実現することができる。
【0013】請求項8に記載した発明は、特に、請求項
1〜7に記載の太陽光発電ヒートポンプ装置に、冷却水
循環回路または貯水循環回路の一部から分岐して開閉弁
を介して太陽電池パネルの表面に散水する散水装置を設
けたもので、太陽電池パネルの表面が汚れた時に、開閉
弁を開放して太陽電池パネル表面に散水することによ
り、太陽光透過率の劣化を防いで高い発電効率を維持す
ることできる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【0015】(実施例1)図1は、本発明の第1の実施
例における太陽光発電ヒートポンプ装置の構成を示す説
明図である。
【0016】図1において、1は太陽電池パネル、2は
圧縮機3と凝縮器4と膨張弁6と蒸発器6とを順に接続
して構成するヒートポンプ回路であり、凝縮器4には送
風機7が備えられ、蒸発器6は太陽電池パネル1の裏面
に接して設けられている。8は太陽電池パネル1の出力
と商用電源9を入力として圧縮機3と送風機7と電力負
荷10に電力を供給する制御器である。
【0017】以上のように構成された太陽光発電ヒート
ポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明す
る。
【0018】まず、太陽光が太陽電池パネル1に当たる
と、太陽電池パネル1が電力を発生し電力を制御器8に
送り電力負荷10と圧縮機3と送風機7に給電してヒー
トポンプ回路2を運転する。この時、太陽電池パネル1
は熱を発生するので温度も上昇するが、太陽電池パネル
1の裏面に蒸発器6を装着しているので太陽電池パネル
1は冷却されると同時に、蒸発器6で回収された熱は圧
縮器3により凝縮器4に送られて放熱する。
【0019】以上のように、本実施例においては、ヒー
トポンプ回路2の蒸発器6を太陽電池パネル1の裏面に
装着していることにより、太陽電池パネル1は外気温よ
り低温に保持されるので、発電効率も高くなる。一方、
ヒートポンプ回路2の蒸発器6は外気温度より高い太陽
電池パネル1が熱源になるので、システムの効率が高く
なり、凝縮器4の温度も高く設定することができる。
【0020】(実施例2)図2は、本発明の第2の実施
例の太陽光発電ヒートポンプ装置の構成を示す説明図で
ある。図2において、11は貯湯槽で、実施例1と異な
るところはヒートポンプ回路2の凝縮器4を貯湯槽11
内に設けた点である。
【0021】以上のように構成された太陽光発電ヒート
ポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明す
る。
【0022】まず、太陽光が太陽電池パネル1に当たる
と、太陽電池パネル1が電力を発生し電力を制御器8に
送り、制御器8は電力負荷10と圧縮機3に給電してヒ
ートポンプ回路2を運転する。この時、太陽電池パネル
1は熱を発生するので温度も上昇するが、太陽電池パネ
ル1の裏面に蒸発器6を装着しているので太陽電池パネ
ル1は冷却されると同時に、蒸発器6で回収した熱は圧
縮器3により貯湯槽11内の凝縮器4に送られて放熱す
る。
【0023】以上のように、本実施例においては、太陽
電池パネル1の裏面に蒸発器6を装着するとともに、貯
湯槽11内に凝縮器4を設けているため、発電効率とヒ
ートポンプの効率を同時に高くすることができるととも
に、住宅の屋根等に一体に構成して設置する事ができ、
また高温の湯を貯湯槽11に蓄えることができる。
【0024】(実施例3)図3は、本発明の第3の実施
例の太陽光発電ヒートポンプ装置の構成を示す説明図で
ある。図3において、13は貯湯槽11と貯湯槽11内
の貯水を凝縮器4の2次側に循環する循環ポンプ12で
構成する蓄熱回路である。実施例1および実施例2と異
なるところは、ヒートポンプ回路2の凝縮器4の2次側
に貯湯槽11と循環ポンプ12を有する蓄熱回路13を
設けた点である。
【0025】以上のように構成された太陽光発電ヒート
ポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明す
る。
【0026】まず、太陽光が太陽電池パネル1に当たる
と、太陽電池パネル1が電力を発生し電力を制御器8に
送り、制御器8は電力負荷10と圧縮機3と循環ポンプ
12に給電してヒートポンプ回路2と蓄熱回路13を運
転する。この時、太陽電池パネル1は熱を発生するので
温度も上昇するが、太陽電池パネル1の裏面に蒸発器6
を装着しているので太陽電池パネル1は冷却されると同
時に、蒸発器6で回収された熱は圧縮器3により凝縮器
4におくられて貯水回路13側に放熱する。貯水循環ポ
ンプ12は貯湯槽11の貯水を循環することにより、凝
縮器4から貯湯槽11に熱を運び貯湯槽11の上部から
順に高温の湯を積層化して蓄熱する。
【0027】以上のように、本実施例においては、凝縮
器4の2次側に貯湯槽11と循環ポンプ12とを有する
蓄熱回路を設けたため、太陽電池パネル1で高効率で発
電するとともに、貯湯槽11に高温の湯を積層化して溜
めることができるので、日射が不安定な状況でも、高温
の湯が使用できる。
【0028】(実施例4)図4は、本発明の第4の実施
例の太陽光発電ヒートポンプ装置の構成を示す説明図で
ある。図4において、14は通風路である。実施例1〜
3と異なるところは、太陽電池パネル1の裏面に接して
設けた蒸発器6の他の一面に通風路14を設けた点であ
る。
【0029】以上のように構成された太陽光発電ヒート
ポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明す
る。
【0030】まず、日射がある場合は、太陽電池パネル
1が電力を発生し電力を制御器8に送り、制御器8は電
力負荷10と圧縮機3と貯水循環ポンプ12に給電して
ヒートポンプ回路2と蓄熱回路13を運転して貯湯槽1
1の上部から順に高温の湯を積層化して蓄熱する。一方
日射の無いときは、商用電源9を制御器8から圧縮機3
と循環ポンプ12に供給して、ヒートポンプ回路2と蓄
熱回路13を運転して貯湯槽11の上部から順に高温の
湯を積層化して蓄熱する。
【0031】以上のように、本実施例においては、蒸発
器6の一面に通風路14を設けているため、日射の無い
夜間または雨天の場合もヒートポンプ回路2を運転する
ことにより高温の湯が使用できる。
【0032】(実施例5)図5は、本発明の第5の実施
例の太陽光発電ヒートポンプ装置の構成を示す説明図で
ある。図5において、7は送風機である。実施例1〜4
と異なるところは、蒸発器6の一面に設けた通風路14
に制御器8より電力供給を受けて作動する送風機7を設
けた点である。
【0033】以上のように構成された太陽光発電ヒート
ポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明す
る。
【0034】まず、ヒートポンプ回路2を運転するとき
に制御器8から電力を供給して送風機7を運転すると、
通風路14内に風が流れ蒸発器6の能力を大幅に上げる
ことができるので、蒸発器6を小型にできるとともに、
天候に依存しない安定した運転ができる。
【0035】(実施例6)図6は、本発明の第6の実施
例の太陽光発電ヒートポンプ装置の構成を示す説明図で
ある。
【0036】図6において、15は冷却水循環回路で、
16は太陽電池パネル1の裏面に設けた冷却器で、17
は太陽電池パネル1で発生する熱を蒸発器6に運ぶ冷却
水循環ポンプである。実施例5と異なるところは、太陽
電池パネル1とヒートポンプ回路2の蒸発器6との間に
冷却器16と冷却ポンプ17を有する冷却回路15を設
けた点である。
【0037】以上のように構成された太陽光発電ヒート
ポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明す
る。
【0038】太陽電池パネル1が発電する時に発生した
熱は、太陽電池パネル1の裏面に設けた冷却器16から
冷却水循環ポンプ17で循環する水に伝えられヒートポ
ンプ回路2の蒸発器6からさらに圧縮機3によって凝縮
器4に伝えられる。さらに蓄熱回路13内の循環ポンプ
12によって凝縮器4から運ばれた熱は貯湯槽11に温
度積層を作りながら蓄熱される。
【0039】以上のように、本実施例においては、太陽
電池パネル1とヒートポンプ回路2の蒸発器6との間に
冷却水循環回路15を設けているので、ヒートポンプ回
路2の冷媒循環部分の配管が短く冷媒充填量も少なくで
きるので、信頼性が高くメンテナンスの容易な太陽光発
電ヒートポンプ装置を実現できる。
【0040】(実施例7)図7は、本発明の第7の実施
例の太陽光発電ヒートポンプ装置の構成を示す説明図で
ある。
【0041】図7において、18は冷却回路15の冷却
器16の出口と貯水循環回路13の貯湯槽11の入口と
を第1開閉弁19を介して接続する第1バイパス配管
で、20は貯水循環ポンプ12の出口と冷却水循環ポン
プ17の入口を第2開閉弁21を介して接続する第2バ
イパス配管で、22は蒸発器6の冷却水出口に設けた第
1逆止弁で、23は凝縮器4の貯水出口に設けた第2逆
止弁である。実施例6と異なるところは、ヒートポンプ
回路2をバイパスして貯水循環回路13と冷却回路15
を接続する第1バイパス配管18と第2バイパス配管2
0とを設けた点である。
【0042】以上のように構成された太陽光発電ヒート
ポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明す
る。
【0043】発電開始時のような貯湯槽11の貯水の温
度が低い時は、ヒートポンプ回路2の圧縮機3の運転を
停止した状態で第1バイパス配管18の第1開閉弁19
と第2バイパス配管20の第2開閉弁21を開放して貯
湯槽11内の貯水を直接に冷却器16に流して太陽電池
パネル1を冷却する。一方、蓄熱が進んで貯湯槽11内
の温度が高くなった時は、第1バイパス配管18の第1
開閉弁19と第2バイパス配管20の第2開閉弁21を
閉じて、ヒートポンプ回路2の圧縮機3を運転する。こ
の時、冷却回路15で得た熱はヒートポンプ回路2を通
して貯水循環回路に伝えられ貯湯槽11に蓄えられる。
【0044】以上のように、本実施例においては、貯湯
槽11内の貯水の温度が低い時は、圧縮機3を停止し
て、太陽電池パネル1の冷却器16に貯水を直接流して
冷却する。貯湯槽11内の貯水の温度が高い時は、圧縮
機3を運転して冷却回路15内の循環水の温度を低くし
て太陽電池パネル1を冷却するので、冷却器16を流れ
る冷却水の温度を常時低く保つことができ、消費電力を
少なくして発電効率を高く保つことができる。
【0045】(実施例8)図8は、本発明の第8の実施
例の太陽光発電ヒートポンプ装置の構成を示す説明図で
ある。
【0046】図8において、24は冷却水循環回路15
または貯水循環回路13の一部から分岐して開閉弁25
を介して太陽電池パネル1の表面に散水する散水装置で
ある。
【0047】以上のように構成された太陽光発電ヒート
ポンプ装置について、以下にその動作、作用を説明す
る。
【0048】太陽電池パネル1の表面にほこり等が付着
すると太陽電池パネルの透過率が低化して発電能力が低
下するが、この時、開閉弁25を開放すると冷却水循環
回路15の水が散水装置24から太陽電池パネル1の表
面に散水してほこりなどの汚れを取り除くので太陽電池
パネルの透過率を回復して発電能力を元の状態に戻すこ
とができる。
【0049】以上のように、本実施例においては、太陽
電池パネル1の表面を清掃する散水装置24を設けてい
るので、発電能力を劣化させることなく高効率で運転す
ることができる。
【0050】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、太陽電
池パネルをヒートポンプ回路の蒸発器で冷却するため、
太陽電池パネルは外気温度より低い温度に保たれるので
発電効率が高くなる。さらにヒートポンプ回路の蒸発器
は外気温度より高い温度の太陽電池パネルを熱源として
いるのでヒートポンプの性能も高くなるので太陽光発電
とヒートポンプの効率を同時に高める事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における太陽光発電ヒートポ
ンプ装置の構成図
【図2】本発明の実施例2における太陽光発電ヒートポ
ンプ装置の構成図
【図3】本発明の実施例3における太陽光発電ヒートポ
ンプ装置の構成図
【図4】本発明の実施例4における太陽光発電ヒートポ
ンプ装置の構成図
【図5】本発明の実施例5における太陽光発電ヒートポ
ンプ装置の構成図
【図6】本発明の実施例6における太陽光発電ヒートポ
ンプ装置の構成図
【図7】本発明の実施例7における太陽光発電ヒートポ
ンプ装置の構成図
【図8】本発明の実施例8における太陽光発電ヒートポ
ンプ装置の構成図
【図9】従来の太陽光発電ヒートポンプ装置の構成図
【符号の説明】
1 太陽電池パネル 3 圧縮機 4 凝縮機 5 膨張弁(絞り手段) 6 蒸発器 7 送風機 8 制御器 9 商用電源 10 電力負荷 11 貯湯槽 12 貯水循環ポンプ 14 通風路 15 冷却水循環回路 16 冷却器 17 冷却水循環ポンプ 18 第1バイパス回路 19 第1開閉弁 20 第2バイパス回路 21 第2開閉弁 22 第1逆止弁 23 第2逆止弁 24 散水装置 25 開閉弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 31/042 H01L 31/04 R

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蒸発器と圧縮機と凝縮器と絞り手段とを
    順に接続して構成する冷却回路の前記蒸発器を背面に接
    して設けた太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの出
    力と商用電源とを入力として前記圧縮機と電力負荷に電
    力を供給する制御器とから構成される太陽光発電ヒート
    ポンプ装置。
  2. 【請求項2】 凝縮器を内設する貯湯槽を備えた請求項
    1に記載した太陽光発電ヒートポンプ装置。
  3. 【請求項3】 貯湯槽と、制御器から電力供給を受けて
    前記貯湯槽の貯水を凝縮器に循環する貯水循環ポンプと
    を設けた請求項1に記載した太陽光発電ヒートポンプ装
    置。
  4. 【請求項4】 太陽電池パネルの裏面に接して設けた蒸
    発器の他の1面に通風路を設けた請求項1から3に記載
    した太陽光発電ヒートポンプ装置。
  5. 【請求項5】 太陽電池パネルに接して設けた蒸発器の
    他の1面に設けた通風路に制御器から電力供給を受けて
    送風する送風ファンを設けた請求項4に記載した太陽光
    発電ヒートポンプ装置。
  6. 【請求項6】 蒸発器と圧縮機と凝縮器と絞り手段とを
    順に接続して構成するヒートポンプ回路と、前記蒸発器
    側に冷却水循環ポンプと太陽電池パネルの裏面を冷却す
    る冷却器とを設けた冷却水循環回路と、前記凝縮器側に
    貯湯槽と貯水循環ポンプとを設けた貯水循環回路とから
    構成する太陽光発電ヒートポンプ装置。
  7. 【請求項7】 冷却回路の冷却器出口と貯水循環回路の
    貯湯槽入口とを第1開閉弁を介して接続する第1バイパ
    ス配管と、貯水循環ポンプの出口と冷却水循環ポンプの
    入口を第2開閉弁2を介して接続する第2バイパス配管
    と、蒸発器の冷却水出口に設けた第1逆止弁と、凝縮器
    の貯水出口に設けた第2逆止弁とを有する請求項6に記
    載した太陽光発電ヒートポンプ装置。
  8. 【請求項8】 冷却水循環回路または貯水循環回路の一
    部から分岐して開閉弁を介して太陽電池パネルの表面に
    散水する散水装置を有する請求項2から7に記載した太
    陽光発電ヒートポンプ装置。
JP2002148708A 2002-05-23 2002-05-23 太陽光発電ヒートポンプ装置 Pending JP2003336930A (ja)

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