JP2010072549A - 教材用太陽光熱複合発電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の教材用太陽光熱複合発電装置は、可視光以下の短波長域の光と赤外線以上の長波長域の光を分離する波長分離用のフィルターを設置し、該波長分離用のフィルターに太陽光を集光する手段と、前記透過又は反射した可視光以下の短波長域の光を太陽電池に照射させる手段と、前記反射又は透過した赤外線以上の長波長域の光を温度差発電装置に照射させる手段と、発電を確認する手段とからなる。
【選択図】図3
Description
すなわち、太陽光エネルギーのうち光電変換されない部分を波長にかかわらず最大限利用しつつ、太陽電池素子の昇温を抑制して、トータルの変換効率を最大化することができる太陽光発電システムを提供することができるものと記載されている。
また、本発明の教材用太陽光熱複合発電装置は、上記構成に加え、前記透過した可視光以下の短波長域の光を太陽電池に照射させる手段と、前記反射した赤外線以上の長波長域の光を熱電変換素子に照射させる手段には集光手段を取外し可能な形態で配設する構成を採用した。
また、本発明の教材用太陽光熱複合発電装置における温度差発電装置は、前記波長分離用のフィルターと、該フィルターに太陽光を集光する手段と、前記太陽電池と共に通常は筐体内に取り付けられると共に、取外し可能な構造であって、前記受光板に載置される温水又は冷水用の容器が付属品として備えられるものとした。
本発明の教材用太陽光熱複合発電装置における発電を確認する手段は、回転翼付きモータまたはランプを採用するものとした。
また、本発明の教材用太陽光熱複合発電装置は、前記透過した可視光以下の短波長域の光を太陽電池に照射させる手段と、前記反射した赤外線以上の長波長域の光を熱電変換素子に照射させる手段に集光手段を取外し可能な形態で配設する構成を採用したことにより、光を集束させると、より効率的に起電力が得られることを学習できる。
また、本発明の教材用太陽光熱複合発電装置は、その温度差発電装置を、筐体から取外し、受光板に温水又は冷水を入れた容器を載置することにより、温水の温度が異なれば、即ち熱流の大きさが異なれば生じる起電力が異なることを、また、冷水を載せた場合には室温となる放熱器側との間で熱流の方向が逆となることにより、起電力の極性が反転することを学習できる。
また、本発明の教材用太陽光熱複合発電装置における発電を確認する手段は、回転翼付きモータまたはランプを採用するものとしたことにより、回転スピードまたは明るさから目に見えて起電力の大きさを確認することができる。
太陽電池は光電変換という原理を用いた半導体を用いるものであり、熱電発電はゼーベック効果を利用した半導体を用いるものであり、いずれも光電及び熱電直接変換の半導体である。これらを用いて、1放射された太陽エネルギーが短波長領域の光成分と長波長領域の熱の成分から構成されていること2放射された太陽エネルギーは波長分離フィルターを用いることにより光成分と熱成分に分けることが出来ること3光成分を電気エネルギーに、また熱成分を電気エネルギーに直接変換できる手段があること。以上の事柄について本教材を通して理解させることが出来るものである。
1.箱に梱包されている上記組立て部品の他、ニッパを用意する。
2.温度差発電装置7,8,9を発電部・筐体3の天面(レンズ2)に対向する面に取り付け、該温度差発電装置の受光板7を筐体3の四角い孔に、放熱器9に立つピンを筐体3の小さい丸孔に合わせ、温度差発電装置を筐体3に向けて押し付ける。
3.太陽電池5を発電部・筐体3の奥板に太陽電池固定具6を用いて取り付ける。
4.発電部・筐体3の側面の丸孔に発電部・架台10の側板の丸孔を合わせ、筐体側面と架台側板の間にワッシャを入れ、丸穴の位置を合わせる。続いて架台10の側板の側から丸孔に花ネジを入れ、架台に筐体を固定する。
5.全ての被覆電線の両端部について、ニッパで被覆を1cm程度剥いで線を露出させる。
6.発電部の太陽電池5の端子と、モーター部11の太陽電池用端子との間を、前記被覆電線で接続する。発電部の+端子はモータ部の+端子に、同様に−端子は−端子に接続する。
この実施例の端子構造では、端子のレバーを指で押し、レバーの脇の孔を開き、開いた孔に電線の被覆を剥いだ部分を差し込む。そして、レバーから指を離せば端子と電線の接続が完了である。
7.発電部の熱電変換素子用端子と、モーター部の熱電変換素子用端子とを、太陽電池用の端子の接続と同様に被覆電線で接続する。
8.最後に波長分離フィルター4を発電部・筐体3の側面に設けられている取付溝に差し込んで取り付ける。
1.晴天で太陽が45°以上の高度となる時、直射日光に発電部を曝すようにする。
2.20cm×10cm程度のトレース紙を用意し、温度差発電装置の受光板7に重ねるように載置する。
3.発電部のレンズの側を太陽に向けてるように調整する。向きの確認は以下の様に行う。
1)花ネジを緩め、架台10に対して発電部筐体3を傾斜操作し、前記トレース紙上に四角く光が照射される様に調整する。
2)四角い照射光が受光板の位置に重なったら、花ネジを締め発電部の向きを固定する。
3)トレース紙を外し、発電部筐体3の外に取り出し、発電部から50cm以上離れた場所に置く。
4.発電部を太陽に向けると同時に太陽電池の発電確認用の回転翼11aが動き始めます。 これにより、太陽電池において発電がなされていることを確認することができる。
5.続いて、同様に温度差発電装置の発電確認用回転翼11bの動作を確認し、温度差発電装置において発電がなされていることを確認する。
なお、発電部を太陽に向けトレース紙を外してから、5分程度待つと回る様になるはずであるが、5分待っても動作しない場合には、初期抵抗で動きにくい場合もあるので、回転翼を指で少し押して回してみるとよい。
1.発電部筐体3から温度差発電装置を取り外す。(電線は接続したままにしておく。)
2.温度差発電装置の受光板7に載せられる容器を用意する。この容器は、中に液体を入れる事が出来、熱を伝える物であれば例えばポリ袋・ビニル袋・金属容器等適宜のものを用いることができる。
3.水平な面の上に、受光板7が上になる様にして温度差発電装置を置いて行う。
4.熱湯、又は、冷水を2.で用意した容器に入れ、受光板7の上に載置する。このとき、容器は放熱板9に接触しない様に注意する。特に袋を使用している場合には要注意。
5.熱電変換素子用回転翼11bの回転動作を確認させる。まず、温水を用いる場合は受光板7側が高温となり、放熱板9側は室温であるから、受光板7側から放熱板9側へ熱流が生じていることはすぐに理解できる。この場合の発電状態を熱電変換素子用回転翼11bの回転動作で確認させる。時間と共に回転量が落ちてくることから温水の温度、すなわち熱流の量によって発電量がどのように変わるかも学習させる。
6.次に、冷水を用いる場合は受光板7側が低温となり、放熱板9側は室温であるから、この場合は放熱板9側から受光板7側へ熱流が生じていることは誰にでもすぐに理解できる。この場合の発電状態を熱電変換素子用回転翼11bの回転動作で確認させる。熱流が逆方向となった場合には起電力の極性が反転する事実を確認させる。すなわち熱流の方向によって発電時の極性がどのように変わるかも学習させる。
なお、受光板に容器を置いて数十秒程で回転翼が回り始めるはずであるが、1分待っても回らない場合には、熱湯の温度を上げたり、冷水の温度を下げたりして実験を行うようにするとよい。
この他、使い捨て高熱源や冷熱源には懐炉や保冷材をもちいて実験することもできる。使い捨て懐炉や保冷材を使用して発電の実験を行う場合、熱湯や冷水を袋に入れて発電する実験と基本的に同じ要領で実験を行う事が出来る。熱電変換素子用モータが動作しない時には、より温度の高い懐炉や、より温度の低い保冷材に変えて実験を再度試みるとよい。
3 発電部筐体 4 波長分離用のフィルター
5 太陽電池 6 太陽電池固定具
7 受光板 8 熱電変換素子
9 放熱器 10 架台
Claims (5)
- 可視光以下の短波長域の光と赤外線以上の長波長域の光を分離する波長分離用のフィルターを設置し、該波長分離用のフィルターに太陽光を集光する手段と、前記透過又は反射した可視光以下の短波長域の光を太陽電池に照射させる手段と、前記反射又は透過した赤外線以上の長波長域の光を温度差発電装置に照射させる手段と、発電を確認する手段とからなる教材用太陽光熱複合発電装置。
- 前記透過した可視光以下の短波長域の光を太陽電池に照射させる手段と、前記反射した赤外線以上の長波長域の光を熱電変換素子に照射させる手段には集光手段を取外し可能な形態で配設した請求項1に記載の教材用太陽光熱複合発電装置。
- 前記温度差発電装置は熱電変換素子を挟んで高温側には受光板が、低温側には放熱器が配置され一体形態とされた請求項1又は2に記載の教材用太陽光熱複合発電装置。
- 前記温度差発電装置は、前記波長分離用のフィルターと、該フィルターに太陽光を集光する手段と、前記太陽電池と共に通常は筐体内に取り付けられると共に、取外し可能な構造であって、前記受光板に載置される温水又は冷水用の容器が備えられた請求項3に記載の教材用太陽光熱複合発電装置。
- 発電を確認する手段は回転翼付きモータまたはランプである請求項1乃至4のいずれかに記載の教材用太陽光熱複合発電装置。
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