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

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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と最大角度α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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