JP2006032674A - 太陽光発電装置及びそれを用いたヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池で発電された電気を円滑且つ効率的に蓄えて利用することができる太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】太陽光発電装置ＳＧは、太陽光を受けて発電する太陽電池７と、電離したイオンを含む溶液に導電性電極２、３が浸漬されて成るキャパシタ１とを備え、太陽電池７にて発電された電気を電極２、３に印加し、キャパシタ１に蓄える。太陽光発電装置ＳＧのキャパシタ１の電極２、３は、炭素製の電極である。キャパシタ１の放電により、二酸化炭素を冷媒として用いるヒートポンプ装置の電動コンプレッサを駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池にて発電を行う太陽光発電装置及びそれを用いたヒートポンプ装置に関するものである。

従来よりクリーンな自然エネルギーの利用技術の一つとして太陽電池を使用した太陽光発電がある（特許文献１参照）。この太陽電池にて発電された電気を家屋で使用する場合、通常はパワーコンディショナーと称されるＤＣ／ＡＣ変換装置にて交流に変換した後、商用交流系統に接続された屋内分電盤に入力する。そして、この屋内分電盤からテレビや冷蔵庫などの負荷に給電される方式が採られている。

上記パワーコンディショナーでは太陽電池における発電量の変動も吸収される。また、負荷への給電に余剰が生じた場合には、屋内分電盤から系統に売電が行われると共に、逆に太陽電池の発電では不足する場合には屋内分電盤を介して系統から買電される。このようにして系統からの買電量を削減することで、省エネ化を図るものであった。
特開平５−６６０６５号公報

家屋に設置される太陽電池の場合は上述のように利用されていたが、太陽電池で発電された電気を蓄えておいて使用するためには、従来では二次電池を使用する以外に方法がなかった。この二次電池は、鉛電池をはじめとしてニッケル水素電池やリチウムイオン電池の如き化学反応によって電気を蓄えるものであるが、化学反応に必要な時間のために充電に長時間を要する。また、充放電のサイクル寿命も短いため、比較的短期間で交換が必要となる。更に、殆どの場合有害物質を含むために廃棄する際には環境に悪影響を与える問題もあった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、太陽電池で発電された電気を円滑且つ効率的に蓄えて利用することができる太陽光発電装置及びそれを用いたヒートポンプ装置を提供するものである。

本発明の太陽光発電装置は、太陽光を受けて発電する太陽電池と、電離したイオンを含む溶液に導電性電極が浸漬されて成るキャパシタとを備え、太陽電池にて発電された電気を電極に印加し、キャパシタに蓄えることを特徴とする。

請求項２の発明の太陽光発電装置は、上記において電極は炭素製電極であることを特徴とする。

請求項３の発明のヒートポンプ装置は、上記各発明の太陽光発電装置のキャパシタの放電により駆動される電動コンプレッサ等から冷媒回路が構成され、冷媒として二酸化炭素が封入されていることを特徴とする。

本発明の太陽光発電装置では、太陽光を受けて発電する太陽電池と、電離したイオンを含む溶液に導電性電極が浸漬されて成るキャパシタとを備え、太陽電池にて発電された電気を電極に印加し、キャパシタに蓄えるので、太陽電池で発電した電気を、エネルギー変換無しで電気のままキャパシタに蓄えることができるようになり、充電に要する時間は著しく短縮される。また、寿命は半永久的であると共に、過充電や衝撃による爆発の危険性もない。これらにより、太陽電池で発電された電気を円滑に、そして安全且つ効率的に蓄えることができるようになる。

また、キャパシタでは太陽電池の発電変動も吸収できるので、家屋で使用する場合には従来の如きパワーコンディショナーも不要となる。更に、電気自動車等の移動体に搭載することによって極めて効率的な電力利用を実現することができる。また、キャパシタを含む電装部品全体を小型軽量化できるため、太陽電池が通常設置される家屋の屋根にも容易に取り付けられる。

更に、請求項２の発明の如く電極を炭素製電極とすることで、廃棄する際の環境への悪影響も解消できるものである。

更にまた、請求項３の発明の如く電動コンプレッサ等から冷媒回路が構成され、冷媒として二酸化炭素が封入されたヒートポンプ装置の電動コンプレッサを、上記各発明のキャパシタの放電によって駆動すれば、著しく効率的な暖房や給湯等を実現し、省エネルギーに寄与できるようになるものである。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の太陽光発電装置ＳＧの構成を示している。実施例の太陽光発電装置ＳＧは、家屋の屋根などに設置され、太陽光にて発電を行う太陽電池７と、この太陽電池７の電装部品を構成するキャパシタ１等から構成されている。このキャパシタ（若しくはコンデンサとも称される。）１は、電離したイオンを含む溶液に炭素製の電極２、３を浸漬して構成されており、各電極２、３は切換スイッチ４、６のコモンにそれぞれ接続されている。

一方、太陽電池７は例えば３ｋＷ〜５ｋＷ若しくはそれ以上の発電能力を有するものであり、その出力（ＤＣ）ライン８、９は、それぞれ切換スイッチ４、６の一方の端子に着脱可能に接続されており、各切換スイッチ４、６の他方の端子は電力ライン１１、１２を介して出力端子１３、１４に接続されている。

（１）充電
以上の構成で、キャパシタ１に充電を行う場合には、切換スイッチ４、５の一方の端子を太陽電池７の各出力ライン８、９に接続し、当該端子に各接点を閉じる（図１に実線で示す）。これにより太陽電池７にて発電された電気はキャパシタ１の電極２、３に印加されるようになる。尚、この場合、電極２が陰極、電極３が陽極であるものとする。

各電極２、３に太陽電池７にて発電された電気が印加されると、電子が陰極である電極２に移動し、陽極である電極３には正に帯電した正孔が生成されていく。そして、正孔には溶液中の陰イオンが引きつけられ、電子には陽イオンが引きつけられ始める。この正孔と陰イオン、電子と陽イオンは約数オングストロームの極小の隙間を介して対向する。そして、キャパシタ１は満充電のコンデンサ状態となる。

この状態は電気二重層コンデンサの状態であり、太陽電池７が外されてもこの状態は維持される。このとき、化学反応は生じておらず、太陽電池７で発電された電気は電気のまま蓄えられることになる。

（２）放電
次に、上述の如くキャパシタ１に充電された電気を負荷の運転に利用する場合、家屋などで使用する場合には出力ライン８、９はそのまま、電気自動車等の移動体に搭載する場合には、出力ライン８、９を外して出力端子１３、１４を電気自動車に接続する。尚、家屋で使用する場合には出力端子１３、１４には屋内分電盤や後述するヒートポンプ装置などが接続されることになる。

そして、切換スイッチ４、６の接点を他方の端子にそれぞれ閉じると（図１に破線で示す）、放電が開始される。この場合、陰極である電極２の電子は出力端子１３、１４に接続された負荷を経て陽極である電極３に戻っていき、正孔が無くなっていく。そして、イオンは溶液中に再び拡散していくことになる。

このように、キャパシタ１では充放電の全過程において化学変化は生じず、それによる発熱や劣化も発生しない。そのため、従来の二次電池に比較して高効率且つ長寿命となる。特に、充電に要する時間は著しく短縮されると共に、過充電や衝撃による爆発の危険性もない。これらにより、太陽電池７で発電された電気を円滑に、そして安全且つ効率的に蓄えることができるようになる。

また、キャパシタ１では太陽電池７の発電変動も吸収される。従って、家屋で使用する場合には従来の如きパワーコンディショナーも不要となる。また、電気自動車等の移動体に搭載すれば、量産によってコストの削減も図れるようになり極めて効率的な電力利用を実現することができる。また、電極２、３は炭素製であるので、廃棄する際にも環境に悪影響は生じない。

更に、キャパシタ１を含む電装部品全体を小型軽量化できるので、太陽電池７が設置される家屋の屋根上に当該キャパシタ１を含む太陽電池７の電装部品を容易に取り付けられるようになる。

次に、図２はキャパシタ１で充電された電力でヒートポンプ装置を駆動する実施例を示している。この場合、出力端子１３、１４には負荷としてヒートポンプ装置２０を構成する電動コンプレッサ１６が接続される。ヒートポンプ装置２０は、例えば一般家庭において給湯器の熱源となるものであり、前記電動コンプレッサ１６と、放熱器１７と、膨張弁（減圧装置）１８と、蒸発器１９を順次環状に配管接続して冷媒回路が構成され、内部に二酸化炭素（ＣＯ₂）が冷媒として所定量封入されている。

２４は熱搬送回路であり、ポンプ２３と、吸熱器２１と、放熱器２２とを順次環状に配管接続して構成され、内部には熱流動媒体としてのブラインが封入されている。そして、吸熱器２１はヒートポンプ装置２０の放熱器１７と熱交換可能に配設されて熱交換器２５を構成している。また、２６は給湯器の貯湯槽であり、前記放熱器２２はこの貯湯槽２６内に貯溜された水と熱交換関係に配置されている。

そして、前述の如く切換スイッチ４、６の接点を他方の端子にそれぞれ閉じると（図２に破線で示す）、放電が開始されて電動コンプレッサ１６が給電され、そのモータが駆動される。電動コンプレッサ１６が駆動されると、圧縮されて超臨界状態となった二酸化炭素冷媒は、放熱器１７に流入して放熱する。この放熱によって熱交換器２５を構成する吸熱器２１は加熱される。このとき二酸化炭素冷媒は放熱器１７では凝縮せず、超臨界状態で通過するので、高効率で吸熱器２１内のブラインを加熱することができる。そして、放熱器１７で放熱した二酸化炭素冷媒は膨張弁１８に入り、そこで絞られる過程で凝縮して蒸発器１９に流入する。

この蒸発器１９で二酸化炭素冷媒が蒸発することにより、外気から熱を汲み上げ（ヒートポンプ作用）、電動コンプレッサ１６に帰還する循環を行う。一方、ポンプ２３も運転され、ブラインを吸熱器２１に送り込む。吸熱器２１に送られたブラインは、前述したように放熱器１７からの加熱作用で温度上昇した後、放熱器２２に送られて放熱する。この放熱によって貯湯槽２６内の水は加熱され温水が生成される。尚、ブラインはその後ポンプ２３に再び吸引される循環を繰り返す。そして、貯湯槽２６内の温水は出湯口２７より利用され、家屋において給湯や暖房等に使用されることになる。

このように、太陽電池７で発電した電力をキャパシタ１に蓄電し、この電力にてヒートポンプ装置２０の電動コンプレッサ１６を運転することで、著しく高効率の給湯や暖房等を行うことができるようになる。

本発明の実施例の太陽光発電装置の構成図である。 図１の太陽光発電装置に駆動されるヒートポンプ装置の構成図である。

符号の説明

１ キャパシタ
２、３ 電極
７ 太陽電池
１６ 電動コンプレッサ
２０ ヒートポンプ装置
ＳＧ 太陽光発電装置

Claims (3)

1. 太陽光を受けて発電する太陽電池と、電離したイオンを含む溶液に導電性電極が浸漬されて成るキャパシタとを備え、前記太陽電池にて発電された電気を前記電極に印加し、前記キャパシタに蓄えることを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記電極は炭素製電極であることを特徴とする請求項１の太陽光発電装置。
3. 前記キャパシタの放電により駆動される電動コンプレッサ等から冷媒回路が構成され、冷媒として二酸化炭素が封入されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の太陽光発電装置を用いたヒートポンプ装置。

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