JP2010010684A - ソーラーシステム用の膜流形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ソーラーモジュールの表面に、面状に一様に分散される水膜が形成されるように、この種の膜流形成装置を改良発展させる。
【解決手段】水平面に対して斜めに配向された複数の光起電性ソーラーモジュール（１）であって、受光面（２）が太陽に向けられているモジュール（１）の配列を有するソーラーシステム用の膜流形成装置（３）であって、当該膜流形成装置（３）が、各ソーラーモジュール（１）の受光面（２）上に形成され且つ周囲に対して露出した状態で流れるようになっている水膜（４）を発生するように構成されており、さらに前記膜流形成装置（３）が、水平横向き（５）に延びる水出口（６）を有している、膜流形成装置において、前記膜流形成装置（３）が、少なくとも二つの静定室（７、８）を有すること、その際、流れの向きで最後の静定室（８）に前記水出口（６）が備えられること、さらに前記静定室（７、８）の間に、水平横向き（５）に延びる転向縁（１０）を有する間仕切り（９）が延びている。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の上位概念（所謂おいて部分、プリアンブル部分）に記載の各特徴を具備したソーラーシステム用の膜流形成装置、ならびに相応の膜流形成装置を有するソーラーシステムに関する。

複数の光起電性ソーラーモジュールを備えたソーラーシステムは、太陽光線の入射下で、需要家に直接供給可能な、または公共配電網に給電可能な電気エネルギを発生する。太陽エネルギは確かに無料で自由に利用することができるが、しかし今日知られている光起電性ソーラーモジュールの効率の悪さは、高額な設備投資費および保守管理費を要求し、これが光起電性ソーラーシステムの経済性に制約を来たしている。特に地理学的、気象学的な制約により限られた日照時間しか利用できない高緯度地方では、所望される平均電気エネルギ量を獲得するために比較的大型のコスト集約的なソーラーシステムが必要となる。

効率を向上すると同時にコストを低減するための数多くの対策が知られている。大きさが限られているソーラーモジュールは、たとえば水平方向および鉛直方向にこれらを傾動させて、太陽高度をトラッキングさせるようにするとよい。それにより、太陽光がソーラーモジュールの受光面に少なくともほぼ直角に入射することを保証することができる。もっともそれによっては平均入射時間を延長することはできない。

発電量の歩留まりを制約するさらにもう一つの要因として、モジュール温度が上昇したときの効率損失が知られている。このため従来技術から知られる数多くの配列においては、水を循環させることによりソーラーモジュールを能動的に冷却することが提案されている。これについては特許文献１および特許文献２からソーラーシステム用の膜流形成装置が知られているが、そこではそれぞれの膜流形成装置が、ソーラーモジュールの受光面の上に形成される、周囲に対して露出した状態で流れるようになっている水膜を発生するように構成されている。ソーラーモジュールの表面に沿って流れるこの水膜により、ソーラーモジュールは冷却され、それによりその効率が向上される。ほかにもこの水膜により、汚染粒子が洗い流されるが、それにより表面は、効率向上のために常に清浄な状態に保たれることになる。またソーラーモジュールも、摩耗作用を持つ環境物質から保護されることになる。

しかしながら、適切な膜厚を持つ一様な水膜を実地において発生するのは困難であることが判明している。傾斜角を調整可能なソーラーモジュールの場合は、それぞれに選択されている様々な傾斜角に対して水膜を適合させることが要求される。総じてこの水膜は、厚過ぎても、また薄過ぎてもならないほかにも、ソーラーモジュールの面全体にわたり分散されて、一様な厚さを有していなければならない。上述の特許文献のいずれにも、どうすればそのように一様な水膜の発生を達成できるというのか、適切な手段は何一つとして提示されていない。

国際特許出願公開第２００８／０２５４６１号明細書 ドイツ実用新案登録第２９５０７１７８号明細書

本発明の課題は、ソーラーモジュールの表面に、面状に一様に分散される水膜が形成されるように、この種の膜流形成装置を改良発展させることにある。
本発明の課題はほかにも、様々な気象条件下で確実に高効率を有している膜流形成装置を有するソーラーシステムを提示することにある。

最初の課題は、請求項１の各特徴を具備した膜流形成装置により解決される。
二つ目の課題は、請求項8の各特徴を具備したソーラーシステムにより解決される。
提案されるのは、ソーラーシステム用の膜流形成装置、ならびに相応の膜流形成装置を有するソーラーシステムであるが、そこでは膜流形成装置が少なくとも二つの静定室を有しており、流れの向きで最後の静定室に、水平横向きに延びる水出口が備えられ、さらにそれぞれの静定室の間に、水平横向きに延びる転向縁を有する間仕切りが延びている。

水は、給水口からまず最初に横向きに延びる第１の静定室に導入される。この第１静定室は、膜流形成装置の水出口に水流を直接送るような、水出口との連通部を一切有していない。このため第１静定室の中に入る水は、その内部で横方向に広がることを余儀なくされるが、その際には水流が静定化されるようになっている。そのように少なくともほぼ一様に分散されて静定化された水は、続いて間仕切りの転向縁のところで向きを変えて流れるが、それによっても水流の一層の静定化がもたらされるようにしている。水は、この状態においてはすでに横方向に一様に分散されており、この一様に分散された形態で、第２の静定室の中に入るが、そこには、横方向に一様に分散された、水流を静定化した、水出口のための予備水が蓄えられるようになっている。最後にこの静定化された予備水から、水出口に水が供給される。その結果、水出口から、その横方向の全長に沿って一様に分散された水膜状の水流が流れ出て、横方向に一定の厚さを有する水膜として、ソーラーモジュールの外側に行き渡るようになっている。流速が他よりも高くなっている、またはまちまちとなっている領域の形成は、膜厚が異なる領域の形成と同様、確実に回避されるようになる。水膜の厚さは、これが一様であるために、そのときの支配的な気象条件に対しても、またソーラーモジュール傾斜角の幾何学的条件に対しても、正確に適合させることができる。ソーラーモジュールの冷却効果、およびこれとの関係で求められる電気効率についても、精密かつ高信頼度で調整できるようになる。また温水エネルギ源として利用するためにも、膜厚および流速の調整を通じて、水膜の温度をきちんと調整できるようになる。

両方の静定室の間の間仕切りは、下側に向かって静定室ハウジングの底面まで延びるのではなく、それよりもむしろ間仕切りの下縁部と底面との間に、細長い間隙が残されるようにすると好適であるかもしれない。この場合は間仕切りの転向縁が、水が第１静定室から第２静定室に流れる際に通過する、横向きに延びる一つのスリットを両静定室の床面とともに形成する、横方向に延びる下縁部として構成される。好ましい展開構成例においては、この転向縁が、重力の向きで上側の溢流縁となっている。入口側の第１静定室が十分な水位に達すると直ちに、水はそこから正確に水平に配向されたこの溢流縁を乗り越えて、第２静定室の中に流れ出るようになっている。ノズル状のスリットを構成する必要は、もはやない。それよりもむしろ、横方向に一様に分散された、流速が低い、高度の一様性を示す溢流が形成されることになり、それにより水流に与える静定化効果をさらに向上している。

静定室は両方とも、水出口の幅の一部だけにわたり延びるようにすると好適であるかもしれない。そのために静定室の幅は、水出口の幅の少なくとも６０％、好ましくは少なくとも８０％、特に少なくとも９０％となっている。静定室が両方とも、水出口の全幅にわたり延びるようにすると有利であるが、それにより水出口は、その周縁領域にも、一様化された水膜を確実に発生できるようになる。この場合は水出口自体の幅が、少なくとも個々のソーラーモジュールの幅と等しくなっているために、このソーラーモジュールにも同様に、その全幅にわたり一様な水膜が行き渡ることになる。ソーラーモジュール上に、水膜の厚さが足りなかったり、厚過ぎたりする個々のゾーンが形成されるのが回避される。

有利な実施形態の一例においては、少なくとも入口側の静定室の内部に、静定化のための格子が配置されている。これは、流体工学上無秩序に入ってくる水に制振要素として作用して、水流の静定化および静定室の全幅にわたる一様化に、優れた実効性で寄与するようになっている。

水出口は、平型ノズル、穴の列、またはその類のものとして構成されるとよく、水平横向きに延びる敷居縁を有する敷居により形成されると有利である。第２静定室内の水位が十分な高さに達すると直ちに、水は、上述の溢流縁と同様に、この敷居縁を乗り越えて、外部のソーラーモジュールの表面へと流れ出す。敷居縁が正確に水平に配向される場合は、水膜に凹凸が生じるのが高信頼度で回避される。

水出口の自由な流れ断面積を調整するための制御装置が備えられると好適である。特にこの制御装置は、敷居縁を覆い隠す、上下方向に位置を調節可能な歯付き枠縁から成っている。歯付き枠縁の上下方向の調節位置に応じて、敷居縁の一部が歯により覆い隠されることになるが、水は敷居縁を乗り越えて歯と歯の間の隙間を通り流れ出すことができる。これらの隙間は、この歯付き枠縁を上下に動かすことにより、その大きさを調整することができるが、それにより水流を現在の必要に応じて適合させることができる。歯自体も、水流のより一層の静定化に寄与するようになっている。歯自体は、これらが十分に細かく構成された場合は、技術的に重大な水流の障害物とはならない。それどころかむしろ、歯の隙間を通り抜ける多数の小さな部分流は、歯付き枠縁から下流側にほんの少しだけ流れた後にはすぐに一つにまとまって、一様な、一定の厚さを持つ、しかし厚さもまた流速も調整可能な水膜を形成するようになっている。

それぞれのソーラーモジュールおよび膜流形成装置の、横方向に生じる側方への傾斜誤差、ならびにそれぞれの静定室を満たす水流の非対称性により、横方向に水膜の厚さにむらが生じることがある。最悪の場合は、水膜がまったく形成されない箇所や、水膜が厚過ぎる箇所が生じることになる。

そのような傾斜誤差を補償して、横方向に同じ厚さを持つ水膜を達成するためにも、ソーラーモジュールおよび／または膜流形成装置の上下位置ないしは傾斜角が校正されると好適であるかもしれない。特に中央のところで水平横向きに対して垂直な向きに第１静定室の内部に開口している給水口を備え、この給水口の領域に、入ってくる水流の向きを水平横向きに変える調整式転向手段が配置されるようにすると好適である。基本位置に設定されているときには、特に静定室には中央から水流れが入るために、静定室は左右対称に満たされることになり、その結果、正確に水平に配向された、横方向に一定の厚さを持つ水膜がもたらされるようになる。しかしながら、側方への傾斜誤差がある限りにおいては、この調整式転向手段を利用して、側方の傾斜誤差を打ち消すように作用する、静定室の左右対称ではない充填特性が設定されるようにするとよい。それにより傾斜誤差にもかかわらず、簡単な手段により、傾斜誤差の幾何学的な補償を不要として、厚さが一様な水膜を形成することが可能となる。

これらの転向手段は、調整式のバッフルまたはその類のものであるとよい。好ましい展開構成例において、給水口は、横方向に対して垂直に配置された回転軸を持つ回転式の入口管継手を有しているが、そこではこの入口管継手が、第１静定室と向き合っている水路部分を有しており、またこの水路部分は、転向手段を形成するために、回転軸に対して０°以外の角度を成すように配置されている。この入口管継手を、適合させるためにただ単に回すことによって、この屈曲した水路部分は、中央の中立位置から左または右に向かって回転することができるが、それにより入ってくる水流は、所望の横向きのベクトル成分を持つことになる。この配置方式は効果的であるばかりか、その設計構造も簡単である。水膜の厚さの校正は、特殊な補助手段を不要として実施することができる。回転式入口管継手は、見出された回転角度位置に、わけなく固定することができる。

一様である以外にも、可能な限り薄い水膜を形成するためのさらに別の対策として、界面活性剤が水に混ぜ合わされると好適である。水膜は、どれほど薄く形成されようとも、表面張力を欠くことにより、ちぎれにくくなるために、これを流したソーラーモジュールは、水膜により一様に覆われたままとなる。

有利な実施形態の一例において、ソーラーモジュールはその受光側の表面に、傾斜の向きに沿って延びる縦長の案内部を有している。それにより、幾何学的なアライメント誤差、横風の影響、またはその類に対する水膜の感度が低減されるようになる。仮にソーラーモジュールが、厳密に平らではない、またはフォールラインを向いていないとしても、あるいは妨害となる気象要因がある場合にも、膜流がフォールラインに対して横向きのベクトル成分を持つことが回避されるために、一様な水膜が維持されるようになる。

さらにもう一つの好ましい実施形態においては、静定室、特に最後の静定室の内部の水位を調整するための調整装置が配置されている。それにより一様な水位を保証して、水出口のところに定常静水圧がもたらされるようにしている。水膜の所望の、いったん設定された厚さおよび流速は、永続的に保持されたままとなる。

好ましい構成例においては、傾斜の向きに沿って互いに隣接している二つのソーラーモジュールの移行領域に取り付けるための目板が備えられて、横向きに延びているが、そこではこの目板が、横方向に分散して配置される、傾斜の向きに沿って配向された複数の誘導装置を有している。上述の配置方式は、市場で入手可能なサイズのソーラーモジュールは、傾斜の向きに沿って、継目を形成しながら上下に並べて配置されなければならないが、これらの継目により、さらに別の措置を講じない限り、一様な水膜の形成が阻害されるという知見に基づいたものである。目板により、この継目が架橋されることになる。誘導装置は、この移行領域において水膜が横向きに流れるのを防止し、傾斜の向きに沿って継目を乗り越える溢流だけを許容する。それにより、上流側に一様な形態で到達した水膜が、継目を乗り越えた後にも、その一様な厚さおよび流れの分布を維持することが保証される。

有利な展開構成例においては、この目板が、組付け状態においてはソーラーモジュールの受光面側の表面上にそそり立ち、またその際には各ソーラーモジュール間の継目をまたぐようになっている、一つの異形材から成っているが、そこでは複数のリブと、その間に位置する溝とを交互に配置することにより、誘導装置が形成されている。目板が表面上にそそり立つ形状に構成されることにより、到達する水膜の、ごく僅かではあるがせき止め効果が生じることになり、それによっても再度水流の静定化がもたらされることになる。複数のリブと、その間に位置する溝とを交互に配置することにより、せき止められ静定化された水は、横向きに流れるのを妨げられて、正確に傾斜の向きに沿って、その次に続くソーラーモジュールへと誘導されることになる。リブと溝とを十分に高密に配置した場合は、個々の溝を通り抜ける部分流が、目板を通過した後には直接自動的に一つにまとまって、一様な水膜を形成するが、この水膜はその後再び、入口側と同様に一様な厚さおよび流れの分布で、出口側のソーラーモジュール上を流れ落ちる。溝は、外側に向かって、ないしは半径方向に向かって開口した形状に構成されることにより、セルフクリーニング機能を持ち合わせているために、汚染ないしは落ち葉などによる目詰まりが回避される。

目板を形成するためには、様々な形状が適しているといえる。簡単かつ低コストでしかも効果的な構成方法の一例においては、目板が、一つの波型棒をその長さに沿って縦に分割したものから成っている。これは、切り売り商品として安価で調達したもの、または旋盤加工により製造したものを、たとえば長手方向に半割りにしたものであるとよい。波型棒のそのような半断面または部分断面は、簡単に取り付けることができると同時に、これにより、一様な水膜を維持しながら、間に位置する継目を効果的に架橋することができる。

屋上に膜流形成装置を有する光起電性ソーラーシステムを設置した、片流れ屋根を有する建屋の概略的な見取り図である。 ソーラーモジュールと協働する図１に示される膜流形成装置の細部を、部分的に切り取って拡大して示した見取り図である。 図１および２に示される膜流形成装置の内部構造および水出口の構成方式の細部を示した断面図である。 図２および３に示される膜流形成装置の給水口の領域を、回すことにより調整可能な入口管継手の細部とともに一部を切り取って示した上面図である。 図４に示される入口管継手を、その取り得る回転角度位置の細部とともに示した断面図である。 図１に示されるソーラーシステムの、傾斜の向きに沿って互いに隣接している二つのソーラーモジュールの継目領域の細部を、両ソーラーモジュール間に位置する継目をまたぐ目板とともに拡大して示した上面図である。 図６に示される配列を、一つのソーラーモジュールから、傾斜の向きに沿ってその次に続くソーラーモジュールへと、水膜をつなげる細部とともに示した断面図である。

次に本発明の実施例を図面に基づき詳しく説明する。
図１には、屋根２０が図示の実施例においては片流れ屋根として実施されている建屋１９の概略的な見取り図が示されている。屋根は、切妻式またはその類のものであっても好適であるかもしれない。建屋１９は、北半球に建っている。片流れ屋根の屋根の面は、少なくともほぼ南向きに、正午の太陽の方を向くように配向されている。南半球では、これに相応して配向を北向きとするとよい。片流れ屋根２０の上には、方位に関してこれと同じ向きで支持構造２１が配置されており、その面積は、少なくともほぼ片流れ屋根２０の屋根面積ないしは建屋１９の建築面積と等しくなっている。

この支持構造２１は、ソーラーシステムの部材であって、支持構造２１の同一面内に配置される多数のソーラーモジュール１を担持しているが、これらのソーラーモジュール１はいずれも、互いに接続された多数の太陽電池２２から成っている。この支持構造２１により建屋１９の屋根２０の上に設置される多数のソーラーモジュール１から成る配列は、水平面に対して傾斜の向き１７に角度αを成して傾斜している。この角度αは、最小角度α_１と最大角度α_２の間の角度範囲内で調整することができる。それによりソーラーモジュール１の受光面２は、太陽の一日の動きの少なくとも大半にわたり、太陽と向き合っていることになる。

ソーラーシステムは、ソーラーモジュール１の受光面２の上に形成される且つ周囲に対して露出した状態で流れるようになっている水膜４を発生するように構成された膜流形成装置３を有している。水膜４を形成するために、図示される実施例においては、流れを一様にするために界面活性剤を混ぜ合わせた水が選択されている。水膜４は、図に示唆される水循環系統２３の一部である。膜流形成装置３は、ソーラーモジュール１配列の上側縁部２４の領域に、両方向矢印により示される水平横向き５に延びており、同じく水平横向き５に、それぞれがソーラーモジュール１一つ分の幅にわたり延びている、複数の水出口６を有している。これらの水出口６から出る界面活性剤を加えた水は、ソーラーモジュール１の受光面２の上に流れるようになっている。それにより、ソーラーモジュール１の受光面２を全面的に覆い隠す、重力の作用下でソーラーモジュール１配列の下側縁部２５に向かって、すなわち傾斜の向き１７に沿って流れる水膜４が形成される。傾斜の向き１７に沿って互いに隣接しているそれぞれ二つのソーラーモジュール１間の移行領域を覆い隠すようになっている、横向き５に延びる目板３６を備えることにより、水膜４が、膜流形成装置３から出て下側縁部２５に至るまで、ソーラーモジュール１の面全体にわたり形成されるようにしている。目板３６は、横方向５に互いに隣接しているそれぞれのソーラーモジュール１をつなぐように、これらのソーラーモジュール１の幅を合計した長さにわたり、延びている。これに関するその他の細部については、図６および７との関係で詳しく説明する。

下側縁部２５のところで水膜４の水は雨どい２６により受け止められて、閉じた水循環系統２３を通りポンプ２７により給水口３０から膜流形成装置３に戻されるようになっている。
この液膜４は、周囲に対して露出した状態にある、すなわち何物によっても覆い隠されてはいない。周囲から運び込まれる埃またはその類の汚染物質は、水膜４により雨どい２６まで運ばれて、たとえば図示されないフィルタにより閉じた水循環系統１１から除去されるようにするとよい。水膜４は、それと同時にソーラーモジュール１の光起電性太陽電池２２を、摩耗作用を持つ環境物質から保護する機能を果たすようになっている。閉じた水循環系統２３には、水ないしは水膜４の冷却をもたらすようになっている、概略的に示される熱交換器２８が備えられている。それ以外にも周囲に対して露出した状態に形成される水膜４により、一定の気化率がもたらされるが、水膜４はこれによってもさらに冷却されることになる。冷却された水膜４は、太陽電池２２を冷却し、それにより電気効率を向上させる。熱交換器２８を利用して、たとえば水タンク、水泳プール、またはその類の形態をとる、図示されない蓄熱器が加熱されるようにするとよい。

図２には、図１に示される膜流形成装置３が、部分的に切り取られて、これと協働する同様に断片だけしか示されていないソーラーモジュール１とともに見取り図で示されている。膜流形成装置３は、横向き５に延びる一つのボックスを有しており、このボックスのそれぞれの壁面は、ボックスの内側に配置される一つの間仕切り９とともに、二つの静定室７、８を形成している。水流の向きで最初の静定室７の内部には、ポンプ２７（図１）により水が送り込まれる給水口３０が開口している。水流の向きで二つ目の、ここでは最後の静定室８には、水出口６が備えられている。それ以外にもさらに幾つかの静定室を追加して備えてもかまわない。第１静定室７の内部には、幾重にも折り曲げられた針金格子の形態をとる静定化のための格子１１が配置されている。針金格子の代わりに、複数の棒材、帯状または板状の要素を、第１静定室７の内部に形成される水流の静定化対策として備えるようにしてもよい。それ以外にも、静定化のための格子または他の同様の手段を、第２静定室の内部に配置しても好適であるかもしれない。水出口６の領域にはさらに、一つの歯付き枠縁１６が配置されている。膜流形成装置３の設計構造のその他の細部については、図３から５の関係で詳しく後述する。

ここに示されている膜流形成装置３の部分は、水出口６の幅が少なくとも個々のソーラーモジュール１の幅と等しくなるように、水平横向き５に一定の幅にわたり延びている。両方の静定室７、８についても同様であり、これらもまた少なくともソーラーモジュール１および水出口６と同じ幅を有している。図１に示される膜流形成装置３は、ここに示されている部分を、横方向５に左右に並んだソーラーモジュール１と同じ数だけ有している。しかし膜流形成装置３を、ソーラーモジュール１複数個分の幅または全部の幅にまたがり連続している、ここに示されている部分を一つ備えて構成しても、好適であるかもしれない。

水出口６からは、厚さおよび流れの分布に関して一様化された水膜４が流れ出て、幅全体に行き渡り、それによりソーラーモジュール１の受光面２の面全体を覆い隠すようになっている。ソーラーモジュール１は、両方向矢印で示される傾斜の向き１７に、鉛直方向に対して傾斜しているために、水膜４は、ソーラーモジュール１の外面上をこの傾斜の向き１７に沿って流れ落ちる。ソーラーモジュール１の表面は、受光面２の側に、オプションとして傾斜の向き１７に沿って延びる水膜４のための縦長の案内部１８を有している。縦長の案内部１８は、縦長の溝、縦長のウェブ、またはその類のものであるとよい。それにより、水膜４の流れの、このフォールラインに対して、すなわち傾斜の向き１７に対して横向きのベクトル成分を回避している。

図３には、図１および２に示される膜流形成装置３の断面略図が示されているが、そこでは両方の静定室７、８が、間仕切り９により互いから仕切られている。膜流形成装置３の断面の縦軸は、ソーラーモジュール１が配置された支持構造２１（図１）の傾斜と同じだけ傾斜している。この傾斜角α（図１）を変更することにより、膜流形成装置３の傾斜角も変更されるようになっている。

給水口３０から第１静定室７の中に流れ込む水は、静定化のための格子１１により横方向５に一様に分散され、水流を静定化されて、間仕切り９のせき止め効果により第１の水面３４を形成するようになっている。この間仕切り９には、水平横向き５（図２）に延びる一つの転向縁１０が備えられているが、これは、ここでは重力の向きで上側の溢流縁として実施されている。第１の水面３４がこの転向縁１０まで上昇した後には、水が第１静定室７から転向縁１０を乗り越えて矢印３１の向きに第２静定室８の中に流れ込み、そこで水出口６の領域に第２の水面３５を形成する。この第２静定室８内の水位ないしは第２水面３５の高さは、概略的に示唆されているレベルセンサ２９により計測されるようになっている。レベルセンサ２９は、ポンプ２７および閉じた水循環系統２３（図１）と一緒に、第２水面３５の高さを定常に保持するために利用される調整回路を形成する。

第２静定室８には、水平横向き５（図２）に延びる一つの敷居１２が備えられているが、重力の向きに関してその上方は、同じく水平横向き５に延びる敷居縁１３により限定されている。この敷居１２は、その敷居縁１３と一緒に水出口６を形成している。

図３に示される図から察知することができるように、ここでは断面図で示されている歯付き枠縁１６は、駆動装置３２を利用して、両方向矢印により示される上下方向１５に、その位置を調節できるようになっている。そこでは歯付き枠縁１６の歯３３が、敷居１２の敷居縁１３のところを少なくとも部分的に覆い隠している。駆動装置３２と歯付き枠縁１６から成るユニットは、水出口６の自由な流れ断面を調整するための制御装置１４を形成している。歯付き枠縁１６がどの上下位置に調整されるかに応じて、歯３３と敷居縁１３との間には多少なりとも大きな空隙が形成されるが、それにより水出口６を通り流れ出る水の体積流量を調整できるようにしている。上述の制御装置１４は、利用者により必要に応じて調整されるようにするとよい。またこれに補足して、流れ出る水の体積流量を適合化し定常に維持するための調整回路に、制御装置１４を組み込むようにしてもよい。

上位の適切な、たとえばコンピュータに支援された開ループまたは閉ループ制御装置と組み合わせることにより、水膜４を様々な気象条件および支持構造２１（図１）の傾斜角αに対して適合させることができる。最適の膜流発生ないしは温水獲得のために、上述の様々なパラメータは、瞬間の状況のほかにも、目標貯水温度に対しても適合化されるようにするとよい。たとえば気温が低く空が曇っている場合、すなわちソーラーモジュール１の温度が３０℃を越えない場合は、冷却目的での膜流発生は不要となる。それ以外にも、温水は全く得られなくなる。ポンプ２７（図１）のスイッチは、オフにすることができる。しかし太陽が力強く照り輝き、可能な限り高温の温水を蓄えたいのであれば、水膜４を形成するために、可能な限り僅かな体積流量の水がソーラーモジュール１の表面に流れるようにするとよい。それにより水温が可能な限り上昇し、貯水器の中で達成可能な温度も可能な限り高くなる。

上述の両極端のケースの間では、ソーラーモジュール１の冷却効果と達成される水温との間の良好な妥協となる、ほぼ任意の中間値への調整を行うことができる。その際に影響パラメータとして重要な役割を果たすのは、水膜４に多少なりとも高い流速をもたらすことになる、支持構造２１（図１）の設定傾斜角αである。ポンプ２７の所与のポンプ出力で、水膜４の膜厚は、傾斜角αが増大するほど低減し、それに伴い流速は上昇する。したがって一定の膜厚を持つ水膜４を得ようとするのであれば、傾斜角α（図１）にも配慮しなければならない。このため、太陽の入射光線、気温および水温と並び、屋根の傾斜角も同時に測定されると有利である。これらの測定値、および冷却効果および温水獲得に関する所望される目標に応じて、ポンプ出力の自動調整が行われることにより、第２静定室８内の水位が自動的に調整されるようにするのとあわせて、制御装置１４および歯付き枠縁１６の調整も実行されるようにするとよい。そのためには、内蔵プログラム制御方式（ＳＰＣ）が導入されると有利であるが、その制御装置には、様々な要求内容に応じて、様々なプログラムが内蔵されるとよく、それによりユーザーは、それぞれ所望されるプログラムを容易に起動できるようになる。

図４には、図１から３に示される膜流形成装置３の水出口３０の領域が、部分的に切り取られた上面図で示されている。ここに示されている切断面は、水平横向き５かつ傾斜の向き１７に延びている面である。膜流形成装置３は、全体としては横方向５に左右対称に構成されており、その際に給水口３０は中央のところでこの横方向５に対して垂直な向きに第１静定室７の内部に開口している。給水口３０の水路４７の縦軸は、横方向５に対して垂直に配置されている。しかし、横方向５に対して斜めに、ないしは中央以外のところに配置されても好適であるかもしれない。

給水口３０は、詳細には入口管継手４４を有しており、これはクランプ板４９を使用して入口フランジ５０のところに保持されている。入口フランジ５０は、シール５２を間に挟んで、第１静定室７の前面にねじ締結されている。入口管継手４４は、一つの環状フランジを有しているが、これは、クランプ板４９により、シールリング５１を間に挟んで入口フランジ５０に対してシールされるように押し付けられている。それにより入口管継手４４が第１静定室７に対して水密に保持されるようにしている。

クランプ板４９の図示されない止めねじを緩めた後には、入口管継手４４を矢印４８の向きにその縦軸に相当する回転軸４５まわりに回すことができる。上述の止めねじを締め付けることによって、回転角度位置は調整された位置に固定されるようになる。

入口管継手４４を貫通して取り廻されている水路４７は、第１静定室７と向き合っている方の端部に、回転軸４５に対して角度βを成すように配置された水路部分４６を有している。この角度βは、０°よりも大きく、１５°以上で４５°以下の範囲にあることが好ましい。図示の実施例において、角度βは約３０°である。

水路部分４６を回転軸４５に対して角度βを成すように配向したことにより、給水口３０の領域には、入ってくる水流の向きを水平横向き５に変える調節式転向手段が形成されている。これに関する細部については、図４および５をあわせて見ることにより明らかにされる。

図５には、入口管継手４４が、そこから出ている水路部分４６の方から見たときの断面図で示されている。水路部分４６の出口断面は、その角度β（図４）のために、水路４７の中心ないしは回転軸４５に対して半径方向にオフセットされている。図５においては、入口管継手４４が中立位置に相当する回転角度位置に調整されている。この中立位置において、水路部分４６は中心から下向きに傾斜されているが、中心から上向きに傾斜されていてもかまわない。そのいずれのケースにおいても、水路部分４６は、横方向５で中央に位置しているために、その回転角度位置にかかわらず、第１静定室７（図４）の中に入り込む水流の横方向５への転向は、一切行われないようになっている。

しかしながらソーラーモジュール１および／または膜流形成装置３（図１、２）が横方向５に傾斜誤差を持つ限り、この傾斜誤差を補償するために、入口管継手４４を、図５に示される中立位置から両方向矢印４８の向きに回してやるとよい。図４に示される図においては、図５に示される中立位置に対して、具体例として９０°の回転角度が選ばれているが、それにより入り込む水流の、側方への最大の振れが生じることになる。その結果、左側に形成された薄過ぎる水膜の肥厚化がもたらされる。しかし入口管継手４４は同様に逆方向にも、すなわち右に回されてもよいが、その場合水膜４（図１、２）は、右側の方が厚くなるのに対し、左側の方はその厚さを減じることになる。入口管継手４４の回転角度位置については、これらの、図４に示される図と、図５に示される中立位置との、両極端の間の、任意の中間値に調整することが可能であり、それにより水膜４の任意の横方向５の厚さ分布を設定できるようにしている。したがって、配列の側方への傾斜誤差、または水膜４（図１）の厚さ分布に影響を与えるそれ以外の誤差を、簡単に補償できるようになる。入口管継手４４は、これと組み合わされるソーラーモジュール（図１、２）の表面に、傾斜誤差の幾何学的補償を不要として、横方向５に一様な厚さを持つ水膜４が形成されるまで、図５に示される中立位置から、両方向矢印４８の向きに回されるようになっている。見出された回転角度位置は、クランプ板４９を利用して簡単に固定することができる。後から生じるセッチング現象またはその類については、クランプ板４９をいったん緩めてから、入口管継手４４を回して再調整することで、問題なく補正することができる。

図６には、図１に示されるソーラーシステムの、傾斜の向き１７に沿って互いに隣接している二つのソーラーモジュール１の領域の細部が拡大されて上面図で示されている。これらのソーラーモジュール１は、市場で入手可能な面積のものであるために、居住面積全体を覆うためには、複数のそのようなソーラーモジュール１が、横方向５に左右に並べて、さらに傾斜の向き１７に沿って上下に並べて配置されるとよい。その際には、個々のソーラーモジュール１の間に、ここでは横向き５に延びる継目３８が一つずつ形成されることになる。この継目３８を覆い隠すとともに、この継目３８の表面に沿って水膜４（図５）を案内するために、一つの目板３６が備えられているが、これは、横向き５に延びて継目３８を完全に覆い隠す、ないしはまたぐようになっており、また横方向５に分散された、傾斜の向き１７に沿って配向された複数の誘導装置３７を有している。これらの誘導装置３７は、傾斜の向き１７に沿って延びるバッフルまたはその類のものであるとよい。図示の実施例においては、これらが、複数のリブ３９と、その間に位置する溝４０とを横方向５に交互に配置したものから成っている。

図７には、図４に示される配列の横断面図が示されるが、そこでは目板３６が概ね半円形の断面を有している。図４とあわせて見ると明らかであるように、この目板３６の上述の断面形状は、リブ３９および溝４０ともども、全長に沿って断面を縦に二分割される波型棒を採用することにより、得られるようにしている。そのために断面が円形である、特にプラスチック製の丸棒に、旋盤上で、円周方向に一巡する複数の波から成る波形が備えられるようになっている。続いてこの波型棒は、その全長に沿って切り取られるようになっている。断面は、正確に二分割されるようにする必要はない。そのような波型棒の外周部は、それ以外のもの、たとえばそのような波型棒の断面積ないしは外周の三分の一だけを占めるものであっても、好適であるかもしれない。リブ３９と溝４０は、横方向５に波形を形成すると同時に、傾斜の向きには、目板３６の外周部に沿った部分円の形状で延びている。あるいはその代わりに目板３６は、断面を全長に沿って縦に分割した市販のコルゲート管により形成されてもかまわない。

図７に示される図から察知することができるように、隣接する二つのソーラーモジュール１間の継目３８の内部にはシール４１が配置されるが、これは、受光面２側でソーラーモジュール１の表面から僅かだけ突出している。それによりこのシール４１は、両方のソーラーモジュール１の相互支持の目的で利用される以外にも、目板３６の下面の溝の中にはまり込むことによって、目板３６の取付け手段としても利用されるようになっている。それ以外にも、目板３６の輪郭形状が、組付け状態においては、ソーラーモジュール１の受光面２側の表面上にそそり立っており、またその際にはソーラーモジュール１間の継目３８を完全にまたいでいることを認めることができる。それにより、傾斜の向き１７に関して上側のソーラーモジュール１の水膜４が、目板３６のところで第３の水面４２を形成しながらせき止められた後、続いてリブ３９の間の溝４０（図６）を通り、矢印４３の向きに継目３８を乗り越えながら、傾斜の向き１７にその次に続く下側のソーラーモジュール１に向かって流れるようになっている。その後には、目板３６がこのように構造化されることにより、下側のソーラーモジュール１の受光面２上に、上側のソーラーモジュール１の場合と同様、一様な水膜４が形成される。溝４０は、外側に向かって、ないしは半径方向に開口するように構成されることにより、セルフクリーニング機能を併せ持つために、汚染ないしは落ち葉などによる目詰まりが回避される。しかしそれに補足して、目詰まりを防止するために、目板３６の上流側に保護格子が配置されるか、またはかご型の目板３６の完全なカバーが配置されるようにするとよい。図１に示される横方向５に延びる全ての継目３８には、このように目板３６が備えられるために、全てのソーラーモジュール１の受光面２上には、すなわちソーラーシステムの面全体の上には、一様な水膜４が形成されることになる。

１ ソーラーモジュール
２ 受光面
３ 膜流形成装置
４ 水膜
５ 水平横向き
６ 水出口
７ 静定室
８ 静定室
９ 間仕切り
１０ 転向縁
１１ 静定化格子
１２ 敷居
１３ 敷居縁
１４ 制御装置
１５ 上下方向
１６ 歯付き枠縁
１７ 傾斜の向き
１８ 縦長の案内部
１９ 建屋
２０ 屋根
２１ 支持構造
２２ 太陽電池
２３ 水循環系統
２４ 上側縁部
２５ 下側縁部
２６ 雨どい
２７ ポンプ
２８ 熱交換器
２９ レベルセンサ
３０ 給水口
３１ 矢印
３２ 駆動装置
３３ 歯
３４ 第１水面
３５ 第２水面
３６ 目板
３７ 誘導装置
３８ 継目
３９ リブ
４０ 溝
４１ シール
４２ 第３の水面
４３ 矢印
４４ 入口管継手
４５ 回転軸
４６ 水路部分
４７ 水路
４８ 回転方向
４９ クランプ板
５０ 入口フランジ
５１ シールリング
５２ シール
α 傾斜角
β 屈曲角

Claims (17)

1. 水平面に対して斜めに配向された複数の光起電性ソーラーモジュール（１）であって、受光面（２）が太陽に向けられているモジュール（１）の配列を有するソーラーシステム用の膜流形成装置（３）であって、当該膜流形成装置（３）が、各ソーラーモジュール（１）の受光面（２）上に形成され且つ周囲に対して露出した状態で流れるようになっている水膜（４）を発生するように構成されており、さらに前記膜流形成装置（３）が、水平横向き（５）に延びる水出口（６）を有している、膜流形成装置において、
   前記膜流形成装置（３）が、少なくとも二つの静定室（７、８）を有すること、またその際には、流れの向きで最後の静定室（８）に前記水出口（６）が備えられること、さらに前記静定室（７、８）の間に、水平横向き（５）に延びる転向縁（１０）を有する間仕切り（９）が延びていることを特徴とする、膜流形成装置。
2. 請求項１に記載の膜流形成装置において、
   前記転向縁（１０）が、重力の向きで上側の溢流縁であることを特徴とする、膜流形成装置。
3. 請求項１または２に記載の膜流形成装置において、
   前記両静定室（７、８）が、前記水出口（６）の全幅にわたり延びることを特徴とする、膜流形成装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の膜流形成装置において、
   少なくとも入口側の静定室（７）の内部に静定格子（１１）が配置されていることを特徴とする、膜流形成装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の膜流形成装置において、
   前記水出口（６）が、水平横向き（５）に延びる敷居縁（１３）を有する敷居（１２）により形成されていることを特徴とする、膜流形成装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の膜流形成装置において、
   前記水出口（６）の自由な流れ断面を調整するための制御装置（１４）が備えられることを特徴とする、膜流形成装置。
7. 請求項５または６に記載の膜流形成装置において、
   前記制御装置（１４）が、前記敷居縁（１３）を覆い隠し且つ上下方向（１５）に位置を調整可能な歯付き枠縁（１６）から成ることを特徴とする、膜流形成装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の膜流形成装置において、
   特に中央のところで水平横方向（５）に対して横向きに前記第１静定室（７）の内部に開口している給水口（３０）が備えられること、またその際には、当該給水口（３０）の領域に、入ってくる水流の向きを水平横向き（５）に変える調整式転向手段が配置されていることを特徴とする、膜流形成装置。
9. 請求項８に記載の膜流形成装置において、
   前記給水口（３０）が、横方向（５）に対して横向きに配置される回転軸（４５）を備える回転式の入口管継手（４４）を有すること、またその際には前記入口管継手（４４）が前記第１静定室（７）と向き合った水路部分（４６）を有すること、さらに当該水路部分（４６）が、転向手段を形成するために、前記回転軸（４５）に対して一定の角度（β）を成すように配置されることを特徴とする、膜流形成装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の特徴を具備した膜流形成装置（３）を有する、ソーラーシステム。
11. 請求項１０に記載のソーラーシステムにおいて、
    前記水出口（６）の幅が、個々のソーラーモジュール（１）の幅と等しいことを特徴とする、ソーラーシステム。
12. 請求項１０または１１に記載のソーラーシステムにおいて、
    水膜（４）を形成するため、水に界面活性剤を混ぜ合わせることを特徴とする、ソーラーシステム。
13. 請求項１０から１２のいずれか一項に記載のソーラーシステムにおいて、
    前記各ソーラーモジュール（１）の受光面（２）側の表面が、傾斜の向き（１７）に沿って延びる水膜（４）のための縦長の案内部を有することを特徴とする、ソーラーシステム。
14. 請求項１０から１３のいずれか一項に記載のソーラーシステムにおいて、
    前記静定室（７、８）の内部、特に最後の静定室（８）の内部の水位を調整するための調整装置が備えられていることを特徴とする、ソーラーシステム。
15. 請求項１０から１４のいずれか一項に記載のソーラーシステムにおいて、
    傾斜の向き（１７）に沿って互いに隣接している二つのソーラーモジュール（１）の移行領域に取り付けるための目板（３６）が備えられて、横方向（５）に延びていること、またその際には、前記目板（３６）が、横方向（５）に分散して配置され且つ傾斜の向き（１７）に沿って配向された複数の誘導装置（３７）を有することを特徴とする、ソーラーシステム。
16. 請求項１５に記載のソーラーシステムにおいて、
    前記目板（３６）が、組付け状態において前記各ソーラーモジュール（１）の受光面（２）側の表面上にそそり立ち、その際に前記各ソーラーモジュール（１）間の継目（３８）をまたぐようになっている異形材から成ること、またその際には前記各誘導装置（３７）が、複数のリブ（３９）とその間に位置する溝（４０）とを交互に配置したものから成ることを特徴とする、ソーラーシステム。
17. 請求項１６に記載のソーラーシステムにおいて、
    前記目板（３６）が、全長に沿って縦に分割された波型棒により形成されていることを特徴とする、ソーラーシステム。

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