JP2011058645A

JP2011058645A - 太陽光電熱利用システム

Info

Publication number: JP2011058645A
Application number: JP2009205420A
Authority: JP
Inventors: Kenji Umetsu; 健児梅津
Original assignee: GF GIKEN KK
Current assignee: GF GIKEN KK
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2011-03-24
Also published as: KR20110026394A

Abstract

【課題】太陽光を受けて電力と温熱を発生する多数の枚数の太陽光電熱モジュールを用いた太陽光電熱利用システムのその時の温熱需要に合わせた温熱収集方法、発生電力を最大化する温熱収集の方法、モジュールの過熱に対する信頼度を確保する方法を明確化する。
【解決手段】温熱需要がゼロになった時に収集した温熱を放熱させるための熱交換器を設けて効果的に熱量バランスの調整、太陽電池セルの温度を均一化させて全体の発電量を最大化させるための冷却媒体による冷却方法、冷却媒体による冷却が不良の時もモジュールの過熱を防止するための空気冷却方法について具体的な施策を明確化した。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽光発電セルを用いて太陽光を受光して電気と熱に変え、その双方のエネルギーを有効に利用するための太陽光電熱モジュールの構造及びそれを用いた太陽光電熱利用システムに関するものである。
この太陽光電熱モジュールとは次の様に定義され利用される太陽光利用パネルの一つの方式である。即ち太陽電池の背面に冷却機構を張り合わせた構造で、太陽電池に太陽光を受けて発電し電力を出力させながら、そこで発生した温熱を冷却機構で集熱し、その温熱を冷却機構を循環する水や不凍液などの熱媒体により取り出して出力させる、所謂電力と温熱の双方を同時に出力させるモジュールである。このモジュールとその利用システムについて本発明では太陽電池や冷却機構の各部温度や商品品質としての熱の有効利用方法や長期的な信頼性などのキー技術について提示している。

太陽光エネルギーが変換されて発生する熱エネルギーは太陽光電熱モジュールに組み込まれた冷却機構により収熱されて、例えば温熱負荷装置としての温水タンクの温水の温度上昇に利用され蓄熱され給湯や建物の冷暖房などに利用される。この様な温熱負荷装置に関連し、システムの商品化をする上で次の様な技術課題がある。
１、通常でも、使用者側の年間の温熱負荷の需要は変動が大きく、例えば国内では夏と冬では給湯用の熱需要は２倍も違う場合があるし、暖房を行なう場合の冬は中間期などより温熱需要が更に増大するし、夏に温熱を利用して冷房を行う事もあり、この熱需要の変化に対応するために冷却媒体の流量や温度設定や制御、蓄熱槽の熱容量の最適化など、多くの問題、課題が存在する。
２、また、使用者が不在になった場合など、温熱の負荷装置としての蓄熱タンクの温水（又はその他の蓄熱材）の熱利用量が減ってこの蓄熱温水の温度が高くなり、太陽光から得られる温熱量が余剰になった場合。この場合冷却媒体の温度が上昇し、太陽光電熱モジュールの温度が高くなってしまい、種々の問題を生じる。
３、更に、冷却媒体の循環ポンプ不良、冷却媒体が漏れてしまう等により太陽光電熱モジュールの冷却ができなくなってしまった場合にも大きな問題を生じる。
以上の様な場合にも熱需要に合わせて最適方法で運転し、かつ太陽電池の冷却を維持して温度の上昇を抑え、温度上昇に影響される発電セルの発電効率の低下を抑えること、さらには太陽光電熱モジュールに使われる各種材料の劣化を抑えて不良を防いで再作動の際には順調に作動させるようにすることが求められる。

各種材料とは、発電セルと冷却機構のヒートシンク及び冷却媒体管路とを接合するために使われるＥＶＡホットメルト樹脂（エティレン・酢酸ビニル共重合樹脂）などの接合材、発電セル上面の表面封止用樹脂フィルム材、底部の基板となるバックシート樹脂、さらには太陽電池そのものを指し、１００℃以上〜１６０℃程度の温度帯で変色、劣化、気泡発生など、太陽光電熱モジュールの機能上、長期信頼性上で問題となる可能性のある材料である。
前述した様に、モジュールの温度が上昇した場合には、先ずは確実な方法で太陽電池の冷却を継続維持して発電効率の低下を抑えることが求められる。一般に太陽電池セルはその温度が上昇するほど発電効率が低下するしその寿命にも悪い影響があるからである。一方、熱負荷装置として多用される蓄熱槽にはその蓄熱容量に制約がある。さらに通常より高い温度まで上昇する様な緊急事態では、前述した材料の劣化を抑えて不良の発生を防ぐための簡単で確実な方法を組み込んであることが重要であり、このことは太陽光電熱モジュールとそれを用いたシステムの商品化、実用化では避けて通れない技術分野である。

特開２００４−６０９７２号広報

本発明の対象商品は太陽光を受けて発電と温熱供給とを同時に行う太陽光エネルギー複合利用モジュール（以下太陽光電熱モジュールと呼ぶ）及びそれを用いた電気と熱の複合エネルギー供給システム（以下太陽光電熱利用システムと呼ぶ）であり、この太陽光電熱モジュール及びその利用システムについては変換効率、即ち太陽光照射エネルギーに対する発電エネルギーの割合を示す発電変換効率及び温熱エネルギーの割合を示す熱変換効率を高めるための性能上の技術開発は多くの実績と報告が見られるが、いまだにモジュール乃至はその利用システムが商品化されて販売され据え付けされている事例は極めて少なく、発明者の調査する限りでは発見することができない。

太陽光電熱モジュールの代表特性である変換効率ＣＲは電力変換効率ＥＣＲと温熱変換
効率ＨＣＲの和となる（ＣＲ＝ＥＣＲ＋ＨＣＲ）。この電力と温熱の変換効率は相互に次の様な関連がある。
太陽光エネルギーは単位面積当たりの照射光エネルギー量として一定の地域では一定の範囲にある。最大値は晴天で直射太陽光が太陽光電熱モジュールに直角に照射している場合で、日本では正午時に、およそ１平方メーター当たり１ＫＷ程度である。ＥＣＲはシリコン結晶セルを用いた太陽電池モジュールの場合１１〜１５％程度であり、従って発電量は１１０〜１５０Ｗ／平方メーターである。この値は発電セル自体の変換性能に比例しセルの温度によって逆比例の影響を受ける。結晶シリコン発電セルでは温度上昇１℃あたり０．４〜１．０％（１００％基準での％）の発電量の劣化を来たすというデータがある。

一方、太陽熱温水パネルの場合はＨＣＲはおよそ４０〜６０％程度であり、従って日本では集熱量は４００〜６００Ｗ／平方メーターである。この値は外気温度への放熱ロスの多少によって大きな影響を受ける。すなわち発電セル及び冷却機構の温度が殆ど同一の温度であっても、この温度と外界温度との差が大きいほど放熱ロスが増えて温熱変換効率は低下する。
この発電セル温度の収集熱量への影響の度合いは発電効率に対するより大きく、発明者が試作した太陽光電熱モジュールの場合では1℃上昇すると１．５％（１００％基準）の収熱量が低下する（その分放熱量が増える）という影響を受けた。一方同じ理由で、モジュールの周囲の温度の影響は更に大きく、３０℃の夏に比べ０℃の冬では４５％（１００％基準）もの温熱出力が低下したデータがある。その影響の要因は発電セル表面からの輻射放熱損失、モジュール全体からの伝熱損失などである。
即ちＨＣＲもＥＣＲと同様に発電セル及び冷却機構の温度に対し逆比例の影響を強く受ける。

結論として発電セル及び冷却機構の温度が高いほどＥＣＲもＨＣＲも、従ってトータルのＣＲも低下すので、冷却機構の温度を適正に制御することが重要である。
一方、得られた温熱を給湯や暖房にそのまま有効に利用できる温度範囲として出力温熱の温度は４０〜６０℃程度に選定されるため、通常の運展時にはその選定された温度範囲になるように冷却媒体である水や不凍液の循環量を調整する方法が取られる。この温度を高くすると前述したＥＣＲ、ＨＣＲが低下するし、低くすると最終利用としての料理用や風呂温水や暖房用熱源としての使用者の望む温度範囲より下がってしまうし、直接の温熱負荷装置である温水タンクの温熱蓄熱容量が不足するため温水タンク容積を大きくしなければならず、コスト上昇と設置性の悪化を出来する。即ち一定の蓄熱容量のシステムで最適な運転条件を見出して制御する必要があるわけである。

一方、上記の様な安定運転時では無くて、温熱の負荷装置としての温水タンクの温水の利用側の消費量が減って温水の温度が高くなり、太陽光から得られる温熱量が余剰になることは頻繁に発生する。この場合、太陽光電熱モジュールの冷却機構から出て温水タンクなどの負荷装置を経由して戻る冷却媒体の温度が上昇してしまい、太陽光電熱モジュールを冷却できずにその温度が高くなってしまって、上記の様にＥＣＲが低下するという問題を生じる。即ち発電量が少なくなってしまうことになる。

そこで、冷却媒体は冷却機構を循環して発電セルを冷却しながら、その得られた温熱を正規な温熱の負荷装置以外に放熱させる必要が生じる。
このため例えば温熱の負荷装置としての蓄熱槽（タンク）と並列に空冷熱交換器を設け、冷却媒体の循環回路を切り換えて外気へ放熱させるなどの方法がとられる。しかしながらこの方式は新たな送風機付きの空気熱交換器の設置と循環回路切り替え用の弁機構が必要で、且つ発電セル乃至は冷却機構の温度を検知してこれらを作動させるための正確な制御システムが必要になる。この場合はコスト費用の増額及びシステムの肥大化による信頼性の低下をいかに防ぐかが重要になる。
そこで、パネルの据付け条件を含め冬の暖房運転や夏の冷房運転にも適合し、年間を通して太陽光電熱パネルの作動適正温度範囲（例えば４０〜６０℃）で作動させ易い最適なシステム構成を見出し、且つ作動温度の最適値を見出して制御する方法を提示することなどが本発明が解決しようとする第一の課題である。

他方、本発明が解決を目指す第二の課題は、前述した様に冷却機構のシステムが不良となった場合に生じる。即ち、冷却媒体の循環ポンプ不良、冷却媒体が漏れてしまう等により太陽光電熱モジュールの冷却ができなくなってしまった場合である。
太陽光電熱利用モジュールは、一般の太陽電池とは異なり、その発生温熱を利用するため、即ちＨＣＲを高めるために、外気温度への放熱ロスを最小化すべく発電セルや冷却機構の周囲を断熱構造で覆った構造となっている。この断熱構造がなければ太陽光により生じた大半の温熱は外界に放熱されてしまい、温熱収集ができない、即ちＨＣＲはゼロに近くなる。冬季にはＨＣＲはマイナスになることさえある。

冷却媒体が漏れて失われてしまった場合発電セルは冷却されないから、前述した様な断熱構造の機能が災いして発電セル及び冷却機構周囲の温度は異常に上昇する。この時にも機能する最大の放熱は太陽電池のセル表面からの輻射放熱で行われる。この様な状態で夏場の直射日光下でのセル部分の最高到達温度は断熱の構造の差や太陽電池セル部分の表面輻射率の違いで異なるが、発明者の検討では最大１２０℃程度まで上昇することがわかっている。この場合は太陽光電熱モジュールに使用されている部材、即ち太陽電池セル、接合材料、電気回路部材などの材料の劣化を抑えて不良の発生を簡単で確実な方法により防ぐことが重要であり、太陽光電熱モジュールとそれを用いたシステムの商品化、実用化では避けて通れない二つ目の技術課題である。

更に冷却媒体の流量によって発電セルの温度が変わるため最適な流量を設定する必要がある。これが三つ目の技術課題である。本発明の目的は前述した三つの技術課題について簡単な方式と構造で、使用者側の温熱需要の変動に適正に応えることを可能にし、安価な製品コストで、高い機能即ち変換効率ＣＲ（＝ＥＣＲ＋ＨＣＲ）が得られ、且つ長期（例えば住宅用では３０年程度）に渡って品質トラブルが生じない、乃至は生じても簡単に修理サービスが可能であるという基本的な商品特性を確保しようとするものである。

太陽光電熱モジュールの太陽電池セル及びそれと熱的に密着された冷却機構の温度を通年に渡って最適に制御する方法の基本方式を請求項１及び請求項２に示す。即ち、このモジュールの冷却機構にモジュールに流入する冷却媒体の温度をモジュール周囲の空気温度と等しい温度乃至は設定した温度まで屋外空気によって冷却する方法であり、その為に冷却媒体を屋外空気によって冷却する為の熱交換器を冷却機構に流入する手前の冷却媒体と熱交換できる位置に設置する構成である。冷却機構用の冷却媒体は温暖地では通常は水、寒冷地ではプロピレングリコール溶液等の不凍液を用いる。

この方式の狙いは、太陽電池セルの発電特性を高めるためにセルの温度を出来る限り低温度に冷却した状態で運転することを狙っている。この時の冷却媒体の温度は最適状態を想定すれば、屋外空気温度に冷却した場合であり、その後太陽電池セルを冷却しながら温度上昇して出口温度に達して太陽光電熱モジュールから流出される。一方、この熱交換器に付帯的に設置される送風機を駆動するモーターは電力を消費するから、この電力消費分を上回る発電セルの特性向上による発電量の増加を実現する必要がある。

以下、代表的な実用例として、熱負荷装置として温水槽を用いてこの水槽タンクに水又は不凍液を熱媒体として溜めておき、この熱媒体を太陽光電熱モジュールを循環する冷却媒体で過熱る太陽光電熱利用システムを例として説明する。
多数の太陽光モジュールを組み合わせたモジュール群が太陽光電熱利用システムには使われる。そのモジュール群を冷却する冷却媒体がこのモジュール群に流入する時の温度を最適に制御することが重要である。前述した様に発電セルの発電特性、冷却媒体のモジュール群から集熱する熱量、冷却媒体のモジュール群出口温度（これは熱出力温度である）、モジュールの信頼性、冷却媒体を循環させるポンプの商品電力など、多くの項目に影響するからである。

冷却媒体の温度及び外気温度の間で熱交換させる方法が簡単で実用的であり、このためモジュール群の入り口に熱交換器を設けて冷却媒体と屋外空気を熱交換させる方法が取られる。この熱交換器が送風機付きの強制冷却方式の場合は常に送風機を作動させるファンモーターにより電力が消費されるという欠点があるので、モジュール群に冷却媒体が流入する手前の配管を露出させ、そこに放熱を助長するフィンを多数枚数取り付けて自然放熱させる自然放熱熱交換器による方法があり、この点の解消には優れた冷却方法である。請求項１はこの方法につき提案している。この方法は冷却媒体のモジュール群への入り口温度を外気温に近い温度で流入させ、発電セルを安定して冷却しながら集熱するという効果がある。さらに自然放熱であるから送風ファンとモーターは不要であり、モーターの消費電力も発生しないという経済的な利点がある。

但し、この場合、熱交換が望ましくない時にもそれを停止できないという欠点がある。即ち、冷却媒体の温度が熱負荷装置に供給される水道水と同一であって、その温度が外気温より１０℃程度低温度の場合（これは通常起こりえるが）、この場合冷却媒体が外気に加熱されてしまい、その分だけ発電セル温度が上昇してしまうのは１つの欠点としての事例である。
しかしながら、熱負荷装置の熱需要が減った場合、即ち温水タンクの全体の温度が加熱されて１００％蓄熱されてしまっている場合、冷却媒体は熱負荷装置に放熱できずにその熱負荷装置出口での温度は高温度のままとなるが、この場合でも、前記自然放熱熱交換器が自動的に放熱させてモジュール群への冷却媒体の温度を低下させるという基本効果が達成される。

請求項１には常に熱交換させるという方式の他に、外気温度が冷却媒体より低い時にのみ熱交換させるという方法を提示している。これを実現する方法は、双方の温度を検知してその条件の時に冷却ファンを運転する乃至は熱交換器に冷却媒体を連通する、そのために冷却媒体の回路を切り替える、などの方法がある。この方法によれば前述した様な常に放熱することによる欠点が解消されるのみでなく、その時に送風機用モーターにおける電力消費を無くすことができるという効果がある。

請求項２はこの方式をさらに拡大展開した方式を提示している。冷却媒体の温度が更に高温度になるまで熱交換器を動作させない、即ち冷却ファンを運転しない方式である。冷却媒体がモジュール群に流入する時の温度が相当程度の高温度に達するまで冷却しない事により外気へ放熱させないもので、モジュール群で得られた温熱を外部に捨てないことにより熱損失を最小に抑える効果がある。一方その分モジュール群の温度は高温度になるから発電セルの温度はそれに従い上昇し発電量は低下する。

以上の想定は外気熱交換器の冷却熱量をモジュール群での集熱量と見合う程度と仮定した場合、前述した冷却を開始する温度は熱負荷装置の蓄熱設定温度に等しいか若干低温度に設定する事により、モジュールの加熱を防止し、熱損失低減と、発電セルの発電量増加と、外気冷却熱交換器の送風機モーター動力消費量の低減の三つの要素をバランスさせることができる。この最適バランスはシステムによって異なるが、前述した冷却開始温度を熱負荷装置の蓄熱槽の蓄熱設定温度とそれより２０℃低い温度との間の範囲に設定しその温度以上で冷却媒体がモジュール群に流入する場合は外気熱交換器で冷却させる方式である。ここで、蓄熱設定温度とは本システムに於いて熱負荷装置として蓄熱槽内の蓄熱材に蓄熱させる目標の温度で、利用するのに適し且つ蓄熱に適して設定される温度である。例えば通常の給湯器では５５〜６０℃程度に設定される。

ヒートポンプ装置
請求項３は空気熱交換器の構造方式に関する。太陽光を利用した温熱収集装置では太陽光が不足のときの補助熱源装置をシステムに組み込んで完成させる。その構造機能は太陽光が不足の時に商用電源乃至は太陽光発電装置の出力電力を用いて作動する圧縮機と冷凍サイクルを持つ空気熱源ヒートポンプ装置である。これに使われる蒸発器は空気熱交換器
であるので、この熱交換器を構成する管路を分け合って乃至は列毎に分け合って配置して一体の熱交換器となし、通風を共同で利用することにより、ヒートポンプと冷却媒体用の空気熱交換器を一体化して兼用する事が可能である。太陽光が不足した時にはヒートポンプが作動しこの空気熱交換器は蒸発器として屋外空気から吸熱して蓄熱槽に温熱を供給する。一方蓄熱槽の温熱が過剰になった時はヒートポンプ機能は停止して熱交換器機能のみとしそこに冷却媒体を連通させて放熱器として作動させるものである。
その効果は空気熱交換器と送風機及びモータを双方の機能に使用できるものであり、システム全体の簡略化、小型化、価格低減に繋がる大きな効果がある。

太陽光電熱利用システムの出力温熱は蓄熱槽に蓄熱され、給湯、暖房（例えば床暖房装置）及び冷房（例えば熱利用吸収式冷凍機）に利用する。当然ながら暖房は冬期、冷房は夏期に利用される。冬は北半球では太陽光の照射角は水辺に近くなり、夏は鉛直方向に近くなる。従ってたとえば東京地区では十分に高温度の温熱を得るには冬は南方向に３５度（東京の北緯緯度）以上傾斜させて設置し、夏は３５度より小さな角度としてあまり傾斜させないことが特性の向上に繋がる。即ち発電量も収集熱量も増加し収集熱温度も高くなる。

給湯と暖房に使用し、冷房には使用しないシステムの場合、その地区の地球上の緯度の数値以上に傾斜させて取り付けることが有効である。特に冬季に空気温度が０℃付近に低温度になれば太陽光モジュールからの放熱量が増えるために収集熱量を最大限増加させる必要があるからである。また夏期に冷房運転を行う場合には冷房用の吸収式冷凍機乃至は吸着式冷房機の作動に必要な温熱の温度は６５℃以上であるから、冷房運転を重視して夏に効率のよい夏向けの角度で設置することが望ましい。請求項４、５は以上の技術的視点から提起されているもので、請求項２の設定温度の提起と合わせて構成されている。夏と冬では蓄熱槽の目標温度はその必要性から当然夏の方が高温度に設定される。

以上の説明では冷却媒体の循環量の設定については触れずに説明してきたが、これもシステム全体の特性を左右する重要項目である。例えば蓄熱槽の蓄熱設定温度が５５℃の場合（５５℃は風呂、給湯に必要充分な温度である）。冷却媒体が水道水温度２５℃でモジュール群に流入し、何度で流出させるか？ということが重要なポイントとなる。
５５℃で流出させる場合は一回循環炊き上げ方式で、媒体循環量は少なく、ポンプの消費電力は少なくて済む。この場合いは蓄熱槽は上部から順番に５５℃の媒体が積層して蓄熱していくことになる。

一方、循環量を増やして出入り口温度差を１０度程度になる様に流量を設定する方法がある。この場合最初２５℃の蓄熱槽は冷却媒体が数回循環して全体が３５℃になり、次に全体が４５℃になり、３ステップ目の数回の循環により目標の５５℃に到達することとなる。この場合前者と比べポンプの動力は増加し消費電力は増加する。
そこで、両者のケースでの特性は蓄熱の面だけでは前社が優位である。ポンプ動力が少なくて済むからである。然しながら太陽光電熱モジュールの場合、多数の発電セルは回路で連結されてモジュール群全体が１つの電池として作動する。その際ここの発電セルは全体回路の構成からみて、最も発電特性の悪いセルの特性にひきづられて全体の特性が決まる。従って全体の温度はできるだけ同一にして同一の発電特性にすることが全体の発電特性が向上する。

従って冷却媒体の流量を増やしてモジュール群全体の温度の差をできる限り少なくする
ことが望ましい。然しながら冷却媒体の循環量を増すことは循環ポンプ動力の消費電力の増加を招くこととなる。そこで、請求項６に提示した様に、冷却媒体の出入り口温度差（集熱による温度上昇）は８〜１８℃の範囲になる様に流量設定をすることを提示している。
この設定は発電セル、発電電気回路構成、冷却媒体回路構成、循環ポンプ特性などにより
変化するものであるが、最適な運転状態を実現させるための１つのガイドラインとなる。それは８℃以下にするには急激にポンプ動力が増加し、１８℃以上では発電特性の悪化が顕著になるからである。この温度差の最適設定はシステムの構成を設定する上で
極めて重要な要因のひとつである。

以上の様な設定制御をしたシステムにおいてもさらに検討しなければならない課題がある。それは、例えば冷却媒体が漏洩等により失われた場合や、使用者が何日にも渡ってシステムを使用しなかった場合に、特に夏場にこの太陽光電熱モジュールの発電セル、ヒートシンク、その接合材部分などのコア部分の温度が上昇して、例えば接合部材の樹脂の耐熱温度を超えてしまうという現象が生じる事がある。モジュールの耐熱性を考慮して上限の許容温度を定め請求項７〜１１にはモジュールの温度上昇を低減させて上限の許容温度を超えないための方策を提示している。従来からこの現象に対応すべくモジュールの内部に空気流路を設けてこれを開閉する方式が検討されてきた。

この空気通路に外気を通して冷却する方法は有効であるが、台風、大雨、砂塵、雪、空気中の汚れが内部に侵入することにより内部が汚染されたり黴が生えたり虫などに小さな生物が住みついたりすることを如何に防止するかが重要である。従って請求項７に提示した様に空気流路の出入り口部分にそれを防止するためのルーバー乃至は防虫網や迷路構造を設けることが実用的である。空気流路を迷路構造にしてルーバーを設けて大雨、台風時の雨水の浸入を防止したり、防虫網を付けて虫や小さな生物の侵入を防止する。

この空気流路に屋外空気を流通させるには送風機を設ける方法と自然対流による方法がある。何れにしても通常の運転のときは冷却効果が働かず、上限の許容温度を超えた時にその効果が発揮できる様にする方法が必要である。その制御を請求項９ではバイメタルサーモで検知して空気流路の開閉体（扉など）を直接開閉する技術を提示している。極めて簡単な構造で有効な機能を得る事ができる。

太陽光電熱モジュールを実際に設置する場合は太陽光の照射を効率よく受ける様に南向けに傾斜させる。この場合請求項８では送風機を設けずに自然対流のみで空気流路内の空気を流動させて冷却効果を得ることができることを提示している。勿論請求項１０の様に１つのモジュールの空気通路の換気口に１つ又は２つ以上の送風機を設けることは有効である。一方請求項１１に提示した様に、モジュール外部に送風機と電動モータを収めた換気ユニットを設けて幾つかのモジュールの各空気流路と連通させて夫々の空気流路の空気を循環させて冷却を行う方法も実用的である。

以上に述べた空気流路に空気を流し冷却する機能は請求項１〜６に述べた制御乃至は機能に追加する形で付与するもので、あくまでも緊急時に作動させる機能である。従って当然ながら、蓄熱槽の蓄熱設定温度に対し前述した冷却設定温度の方が低温度であり、上限の許容温度は蓄熱設定温度より高い温度に設定される。

以上に述べた簡単な方式、構造の技術施策により、発電セルを合理的に冷却し、適正な温度に保って発電特性を良好に維持できる。とともに上限の許容温度を決めてその温度以上に上昇することを抑えることができるから高い信頼性を維持できる。そして例え温熱の利用が減って余剰状態になった場合でも発電のみの運転を安定して継続することができるわけである。これらの効果により経済的に優れた、高い信頼性の太陽光電熱モジュール及びそれを用いた太陽光電熱利用システムの実現に貢献する事ができるものである。

家庭用に太陽光電熱利用システムを設置した場合の実施例について詳細を説明する。図１はシステムの全体の概要を示す。図２はその太陽光電熱モジュールの６枚の群を屋根の上に配置したところを示す配置図である。図３は屋根上の１つのモジュールの設置された図を示す。システムは主に６枚の太陽光電熱モジュール１と、出力電力の電力負荷装置としてのパワーコントローラー１２と、補助熱源装置としてのヒートポンプ装置１０と、利用側媒体回路６，７と、その冷却媒体ポンプ９と、冷却媒体流路切り替えバルブ１８と、温熱出力の熱負荷装置である蓄熱槽１４と最終負荷装置の給湯ライン１６と、床暖房装置１９を連結して構成されている。

太陽光は日中は約１ＫＷ／平方メーターのエネルギー密度でモジュール１の面上に照射される。モジュール１の発電セル２の電力変換効率は１３％であり、従って１３０Ｗ／平方メーターの電力を出力する。モジュールは１．５平方メーターのものを６枚使用しているので一時間当たり１３０×１．５×６＝１．１７ＫＷｈがパワーコントローラー１２に出力され、内部消費量以上は商用電源ライン１３に逆潮流されて売電される。

一方温熱は媒体回路６、７を循環する冷却媒体プロピレングリコール水溶液（ＰＧ）が発電セル２の背面にある冷却機構を構成するヒートシンク３と冷却配管４とを連通して発電セルを冷却しながら集熱する。モジュールに於ける熱の変換効率は約５０％である。したがって温熱は５００Ｗ／平方メーターを出力し、システム全体として同様の計算式により５００×１．５×６＝５．４ＫＷｈが出力され蓄熱槽１４に蓄熱される。蓄熱槽１４には太陽光電熱モジュールを循環して集温した冷却媒体であるプロピレングリコール水溶液（ＰＧ）が蓄熱槽１４内のタンクに貯留された水道水と熱交換するための熱交換器が収納されており、水道水は温水となり蓄熱される。
貯留された温水は給湯ライン１６により給湯されて消費され、その温熱と熱交換した床暖房用媒体（不凍液）が床暖房装置１９を循環して暖房に利用される。

ポンプ９により循環される冷却媒体（ＰＧ）は太陽光電熱モジュール１から集熱しながら同時に発電セル２を冷却する。このとき、集熱して約１０℃温度が上昇する様にポンプ９の流量を制御する。その制御は利用側媒体回路往６、復７に取り付けられた冷却媒体温度センサーを読み取って行われる。従って、水道水と同じ温度２５℃の冷却媒体は３５℃となって電熱モジュールを流出し、蓄熱槽内の水道水を約３４℃に加熱する。タンク内の水道水はその上部が最高温度で下部が最低温度即ち最初は水道水初期温度の状態で貯留される。しかして水道水は貯留タンクの下部から取り出され、冷却媒体と熱交換してタンクの中間部に戻され、その時の温度に見合ったタンク内の温度帯域の上下位置の部分に貯留される。従って運転初期の状態では前述した３４℃に加熱された戻り温水は最上部に貯留される。

これを継続しタンク内全体が３４℃に達した後に貯留タンクの下部から３４℃の水道水が取り出され、４３℃程度に加熱されてタンクに戻される。これを繰り返しタンク内の水道水が蓄熱設定温度として設定した５５℃に達した時に蓄熱が完了する。
この水道水が給湯に使用されると新しい水道水がタンクの下部に供給されるので、タンクの下部は２５℃程度の水道水で満たされるが、冷却媒体との熱交換は継続されタンク内全体が５５℃に達する様に運転される。

この間、切り替えバルブ１８はヒートポンプ１０を経由しないバイパス回路方向に冷却媒体（ＰＧ）が流れる様に設定されているから、冷却媒体はヒートポンプで冷却されていない。しかしながら冷却媒体の温度が冷却設定温度（蓄熱設定温度より少し低い温度、ここでは５０℃）を超えた時には切り替えバルブ１８は冷却媒体がヒートポンプ１０を通る方向へと切り替わる。この結果、約５０℃の冷却媒体はヒートポンプの熱交換器において外気空気により４０℃程度に冷却されてから太陽光電熱モジュール１に送られ、そこで約５０℃に加熱されて蓄熱槽１４に戻る。

この間、太陽光電熱モジュール１の発電セル２は４０〜５０℃程度の温度に冷却される。これにより例え蓄熱槽の温熱が使用されずに温熱余剰状態にあっても、発電セルは高温度にならずに４０〜５０℃の適正温度に冷却されながら、発電を継続することが可能となり、連続的に運転が継続できる。さらに暖房や給湯に温熱が消費されて、新しい水道水がタンクに供給されると、冷却媒体の温度は低下しヒートポンプによる冷却は停止される。以上の結果太陽光電熱モジュールで生じた電力と温熱は常に有効に利用される。

ヒートポンプには室外空気と熱交換する熱交換器と送風機を収納している。２列パイプの熱交換器はフィンチューブ熱交換器で２０本の銅管とアルミフィンで構成されている。２０本の銅管の中で６本に冷却媒体が連通され、残りの１６本にヒートポンプの冷凍サイクル冷媒が連通されている。ヒートポンプの冷凍サイクルは雨の日等で太陽光の照射量が不足し、太陽光電熱モジュールのヒートシンク部の温度の上昇が不十分で、尚且つ蓄熱槽のタンク内の温水の温度が低くなってしまい補助熱源としてのヒートポンプの運転が必要と判断された時に作動する。高温度になった冷凍サイクル冷媒はヒートポンプ出力回路８を通じて蓄熱槽１４に送られ、熱交換器を介してタンク内の水道水を加熱する。この時は利用側媒体回路往７において冷却媒体がヒートポンプ１０をバイパスする様に切り替えバルブ１８は設定される。

図２は屋根２５の上に設置された太陽光電熱利用システムの６枚の太陽光電熱モジュールからなるモジュール群を示している。冷却媒体は６枚のモジュール群をシリーズに繋いで回路構成されている。通常６枚ごとに１回路とするから、仮に１２枚のシステムなら２回路となる。
また、家庭用としては、全体のシステムは１．５平方メーターのモジュール５枚を用いたシステムは給湯のみ、１０枚以上を用いたシステムは給湯プラス暖房（及び場合により冷房も）を行う場合に採用する。６〜９枚は寒冷地なら給湯のみ、温暖地で小規模住宅なら給湯プラス暖房も可能である。暖房を行なう場合はモジュールの設置傾斜角度は南向きに北緯緯度の数値以上に傾斜させて取り付けるが、図２の事例はモジュール６枚で給湯と暖房を行うために冬の受光量が充分得られる様に北緯緯度の数値以上の傾斜角度、即ち本事例の東京地区ならば北緯３５度であるから、傾斜角度は３５度以上の角度で設置するのが望ましい。寒冷地ならば給湯のみでも冬季にその集熱量を確保するため傾斜角度は北緯緯度以上傾斜させることが望ましい。

太陽光電熱モジュールには金属材料以外に接合用の樹脂材料や樹脂基板や有機材料発電セルを用いることがある。そのため長期間に渡る耐熱温度を明確に設定する必要があり、一般の耐熱有機材料では１１０℃前後の温度に設定される。本事例でも保護フィルム、発電セル、ヒートシンク、冷却機構都の間にホットメルト接合樹脂ＥＶＡを用いているため耐熱温度は１１０℃と設定している。しかしながらパネルの設置時に冷却媒体を封入する前や、長時間利用されずに放置されたり、不具合により冷却媒体が漏れたりした場合にはそれらの温度が１１０℃を超えることがあり、その場合は何らかの緊急冷却策を導入しなければＥＶＡ樹脂の劣化による変色や光透過率の低減などの不具合が想定される。

各太陽光電熱モジュール１の内部には冷却用の空気流路を設けるが、本事例では図５に示す様に上部の空気断熱層２１そのものをこの空気流路として用いている。これとは違って発泡樹脂層２２と冷却管カバー３３の間に空気流路となる空間を設けてそこに冷却空気を流してヒートシンクを冷却しても良い。冷却空気を送風する方法は大別して３種類ある。
１つの方法は図３の設置側面構造図に示される様に屋根上に傾斜して設置されるから上記空気流路を大気と開閉させれば、発電セル２とヒートシンク平板３が高温度（５０〜８０℃）であるために自然対流による冷却空気を循環させる事ができる。二つ目の方法は各太陽光電熱モジュール１内に送風機とモーターを設置させて送風させる方法である。

三つ目の方法として、図２に示す様に各モジュールの空気流路は喚起通風路１０３を通して換気ファンユニット１０２に連結されている。発電セル２乃至はヒートシンク３の温度が前述した耐熱温度に近づいた時に換気ファンユニット内の送風機が作動して換気冷却を行う。この換気冷却を行う様に設定した温度を安全温度と云い耐熱温度より低く設定する。本事例では８５℃に設定している。しかして各モジュールのコア部分の温度は８５℃以下に保たれるので、モジュールの全ての材料の熱劣化は防止される。この方式では１つのモジュール毎に冷却ファンを組み込む方式と比べて送風機とモーターの使用個数が減少できるというコスト面、品質面の優位性があり、設置工事性の悪化をカバーしていると考えられる。

図３に屋根上のモジュール設置側面構造を示している。本事例は図１でわかる通り、温熱は給湯と暖房に利用するもので、設置地域は東京（北緯３５度）の事例である。モジュールの設置角度は４０度の屋根勾配に合わせており、暖房を行なう冬季に太陽光をより多く得られる角度となっている。若し温暖地で暖房は行なわないが冷房を行う場合は設置角度は３５度より少ない角度で設置（例えば２０度程度）して夏期に太陽光から多くのエネルギーを得られる様にする。

図３では冷却パイプ４が水平となるように配置されている。前述した事例と異なるがモジュールの設置角度を屋根の傾斜より大きくする場合には屋根面から離れてモジュールが立ち上がる背面の空間寸法を最小にするためモジュールの外形寸法を横長形状にする方法が採られる（図２参照）。この場合は図３の様な水平の冷却パイプを全長にわたり設置するのではなく、縦方向に配置することが望ましい。それは冷却パイプの直線部分の長さを短くして、冷却パイプ材料である線膨張係数の大きな銅管とヒートパイプ及び発電セルの材料である線膨張係数の小さな材料との繰り返し温度変化による膨張歪みとそれによるストレスから生じる接合部の剥がれなどの不良を少なくする為である。

図４はモジュール断面拡大図を示す。発電セル２は有機材料薄膜などの材料を用いる事があり、耐熱性に注意が必要であるが、本事例はシリコン結晶の薄板である。従って耐熱性は１５０℃程度は充分に耐ええるが、この結晶セルの間を電気回路を構成する様に連結している銅板リボン（図中波状の線で示す）にはセルとヒートシンク平板３の間の熱歪みを吸収できる緩みのある形状が採られる。ガラス製の上面ガラス板２０、鉄板ベースのヒートシンク平板３、銅管である冷却管４、鉄板ベースの冷却管カバーなどの無機材料はモジュールの使用範囲の温度では材料的な問題は無い。

しかしながら、各部材を接合している樹脂３１、３２、３７、３８はＥＶＡ（エティレンビニル共重合体）を用いている。接合時には１５０℃程度に加熱して架橋による硬化させて全体を接合して形成する。使用運転時に長期間１２０℃以上の高温度に晒されれば劣化によりヒビ割れ、硬化、変色、気泡発生などの不具合が発生する恐れがある。発泡樹脂層２２は耐熱性の発泡ポリエティレンを用いているが、樹脂であるため同様な耐熱性の懸念がある。

これらの樹脂の耐熱性を考慮して前述した様にモジュールとしての耐熱性の上限の許容温度を設定する必要があり、本事例ではそれを１００℃に設定している。従って請求項１１、及び前述した様な方法により上限の許容温度である１００℃で換気ファンユニット１０２に設置した冷却ファンが作動して１００℃以下に設定された安全温度である８５℃まで冷却し材料劣化を防いでいる。ＥＶＡと耐熱発泡ポリエティレンはその実使用耐熱性が充分この作動に耐え得る様に選定されている。

図５には空気流路としての断熱空気層の構成を示している。その流路の出口部分に開閉体３４が設置され、その部分の温度が上限の許容温度１００℃より若干低温度である９５℃に達したとき機械的に開放し、安全温度である８５℃で閉鎖する様にバイメタルサーモにより作動させる。開閉体の下流である空気流路の出口部には雨よけ用の防虫網を貼り付けたルーバーが取り付けてある。この出口部はこのルーバー部３６が下向きで開閉体３４を介して空気流路である断熱空気層２１とは直角の構造となっており迷路構造を構成している。この迷路構造とルーバーが台風のときに雨水が発電セル部分への浸入する事を防ぐ構造となっている。発電セルの上面は遮蔽フィルム３０が貼り付けてあるので微小な雨水、汚染ガスなどからセルを防ぐ構造となっている。

図６にモジュール内の冷却パイプ４の平面構造を示す。冷却配管は７０ｍｍのピッチで蛇行状に、且つ熱膨張歪みを考慮してモジュールの短い辺に収まる短い長さで折り曲げられており、パイプの断面は図４で示される様にＤの字の形状で平坦部はヒートシンク平板３に当接する方向に向けられている。冷却管カバー３３と冷却パイプ４の平坦面は面一になる様に加工して組み合わされておりヒートシンク平板３と平面同士で当接する様になっている。開閉体３４は図に示される様に出入り口二箇所に設置する図になっているが、片方にのみ開閉体３を設け他方は開放状態とする事も実用的には採用可能である。ここまで述べて来た事例で設定した温度を再チェックしてみると、耐熱温度１１０℃、上限の許容温度１００℃、安全温度８５℃、蓄熱設定温度６０℃、冷却設定温度５０℃となっている。

太陽光電熱利用システムに於いて、温熱を蓄熱し、一方それが過剰な時に放熱させる方法、温熱を収集させる冷却媒体の制御方法、異常に温度上昇した場合のモジュールの過熱を防ぐ方法を明確にした。この結果このシステムを商品として完成させることを可能にするための重要な設計、商品構想の策定を可能にした。もって次世代に広く普及できる可能性のある当該システムの実現に向けて大きく貢献できる。

太陽光電熱利用システムの全体の概要図太陽光電熱モジュール６枚の屋根上の設置平面図屋根上のモジュールの設置側面構造図モジュールの断面拡大図モジュール内空気流路を示す図モジュール平面略図

１太陽光電熱モジュール
２発電セル
３ヒートシンク平板
４冷却パイプ
５接続バルブ
６利用側媒体回路往
７利用側媒体回路復
８ヒートポンプ出力回路
９冷却媒体ポンプ
１０ヒートポンプ
１１出力側電気回路
１２パワーコントローラー
１３商用電源ライン
１４蓄熱槽
１５水道水供給管
１６給湯ライン
１７暖房用出力回路
１８切り替えバルブ
１９床暖房装置
２０モジュール上面ガラス板
２１断熱空気層
２２発泡樹脂層
２３モジュール枠体
２４モジュール固定具
２５屋根材
３０遮蔽フィルム
３１接合樹脂上
３２接合樹脂下
３３冷却管カバー
３４開閉体
３５冷却空気
３６防虫網とルーバー
３７パイプ上接合樹脂
３８パイプ下接合樹脂
１０２換気ファンユニット
１０３換気通風路

Claims

上面に太陽光を受ける平板状の太陽光モジュールの上面部に太陽光透過性のある樹脂乃至はガラス製で平板状のモジュール上面カバーとその下面に密封の空気層を配置して上部断熱層とし、前記太陽光モジュールの底面部に断熱材乃至は及び空気層を用いた下部断熱層を配置し、上下両断熱層の間に太陽電池セル組み立てと該電池セル組み立ての下面に該太陽電池セルを冷却するために内部に冷却媒体を連通させてなる冷却機構を設置した太陽光モジュールを、該太陽電池セル組み立てで発電させると同時に前記冷却機構において前記冷却媒体で集熱させる太陽光電熱モジュールとなし、該太陽光電熱モジュールの前記太陽電池セルの出力側電気回路の途中に電力負荷装置を、前記冷却媒体の出力側の利用側媒体回路の途中に温熱を利用する熱負荷装置としての蓄熱槽を設け、電力と温熱の双方を供給する様にした太陽光電熱利用システムに於いて、
前記利用側媒体回路内において前記冷却媒体が前記熱負荷装置から前記冷却機構に戻る途中に前記冷却媒体を外気と熱交換させるための空気熱交換器を設けて、システムが運転中には常に乃至は外気温度が前記冷却機構に戻る途中の前記冷却媒体の温度より低い時に熱交換させることを特徴とする太陽光電熱利用システム。
上面に太陽光を受ける平板状の太陽光モジュールの上面部に太陽光透過性のある樹脂乃至はガラス製で平板状のモジュール上面カバーとその下面に密封の空気層を配置して上部断熱層とし、前記太陽光モジュールの底面部に断熱材乃至は及び空気層を用いた下部断熱層を配置し、上下両断熱層の間に太陽電池セル組み立てと該電池セル組み立ての下面に該太陽電池セルを冷却するために内部に冷却媒体を連通させてなる冷却機構を設置した太陽光モジュールを、該太陽電池セル組み立てで発電させると同時に前記冷却機構において前記冷却媒体で集熱させる太陽光電熱モジュールとなし、該太陽光電熱モジュールの前記太陽電池セルの出力側電気回路の途中に電力負荷装置を、前記冷却媒体の出力側の利用側媒体回路の途中に温熱を利用する熱負荷装置としての蓄熱槽を設け、電力と温熱の双方を供給する様にした太陽光電熱利用システムに於いて、
前記利用側媒体回路内において前記冷却媒体が前記熱負荷装置から前記冷却機構に戻る途中に前記冷却媒体を外気で冷却させるための空気熱交換器を設けて、前期冷却媒体の温度が前記蓄熱槽の蓄熱設定温度と該蓄熱設定温度より２０℃低温の温度の間に設定した冷却設定温度以上の温度のときに熱交換させ該冷却媒体を冷却させて温度を制御することを特徴とする太陽光電熱利用システム。
前記太陽光電熱利用システムを
前記太陽光電熱モジュールと並列の熱源装置として外気熱源電動ヒートポンプ装置を設置し、前記太陽光電熱ジュールの出力温熱の熱量が不十分なときなど追加の熱源が必要なときに作動させて前記熱負荷装置に温熱を供給する様に構成したシステムとなし、
前記空気熱交換器を前記外気熱源電動ヒートポンプ装置の外気熱源熱交換器と一体に乃至は該熱交換器用の送風機を兼用して利用できる様に構成したことを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載の太陽光電熱利用システム。
前記蓄熱槽に蓄熱された温熱を給湯と暖房に使用するシステムでは、前記冷却設定温度を前記蓄熱設定温度と該蓄熱設定温度より２０℃低温の温度の間に設定するとともに、前記太陽光モジュールをそのモジュール平面が当該システムの設置される位置の緯度の数値以上の南北方向の傾斜角度をもって南向き方向に向かって下向きに傾斜させて設置したことを特徴とする請求項１、２、３の何れか一項に記載の太陽光電熱利用システム。
前記蓄熱槽に蓄熱された温熱を給湯と冷房に使用するシステムでは、前記冷却設定温度を前記蓄熱設定温度と該蓄熱設定温度より２０℃低温の温度の間に設定するとともに、前記太陽光モジュール平面が当該システムの設置される位置の緯度の数値以下の南北方向傾斜角度をもって南向き方向に向かって下向きに設置したことを特徴とする請求項１、２、３の何れか一項に記載の太陽光電熱利用システム。
上面に太陽光を受ける平板状の太陽光モジュールの上面部に太陽光透過性のある樹脂乃至はガラス製で平板状のモジュール上面カバーとその下面に密封の空気層を配置して上部断熱層とし、前記太陽光モジュールの底面部に断熱材乃至は及び空気層を用いた下部断熱層を配置し、上下両断熱層の間に太陽電池セル組み立てと該電池セル組み立ての下面に該太陽電池セルを冷却するために内部に冷却媒体を連通させてなる冷却機構を設置した太陽光モジュールを、該太陽電池セル組み立てで発電させると同時に前記冷却機構において前記冷却媒体で集熱させる太陽光電熱モジュールとなし、該太陽光電熱モジュールの前記太陽電池セルの出力側電気回路の途中に電力負荷装置を、前記冷却媒体の出力側の利用側媒体回路の途中に温熱を利用する熱負荷装置を設け、電力と温熱の双方を供給する様にした太陽光電熱利用システムに於いて、
前記利用側媒体回路に、前記熱負荷装置として熱交換器乃至は蓄熱槽を設け、該冷却媒体の太陽光電熱モジュールの出入り口間の温度上昇値が、８〜１８℃の範囲に設定した温度上昇値以下なるように該冷却媒体の流量を調整すべく該冷却媒体の循環ポンプないしはその他の流量制御機構を制御したことを特徴とする太陽光電熱利用システム。
前記太陽光電熱モジュールに於いて、
前記電池セル組み立てと前記冷却機構の間の接合のために熱応答性の接合樹脂材を用い、前記上部断熱層内の空気層乃至は及び下部断熱層内に空気流路を設け、該空気流路内の空気を前記太陽光電熱モジュールの外部の空間へと連通するために二つの出入り換気口を設け、該換気口の少なくとも１つに開閉体を設け、必要により該換気口を開閉させる様に構成して前記空気流路内の通風を制御し、且つ該二つの換気口乃至は該換気口に近い前記空気流路の部分を迷路構造にする乃至は及びルーバー付き乃至は及び防虫網付きにするなどして外部からの雨よけ且つ防虫構造にしたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６の何れか一項に記載の太陽光電熱利用システムに用いた太陽光電熱モジュール。
前記発電セルの温度乃至は前記接合樹脂材の温度を代表する部位の温度が前記接合樹脂材の機能が長期的に保持できる最高温度以下に定められた一定の上限の許容温度以上であることを検知して前記開閉体を開放して前記断熱層内を外部に連通させて自然対流により通風させ、前記上限の許容温度より低く且つ前記蓄熱設定温度より高く設定した安全温度以下であることを検知して前記開閉体を閉止して自然通風を停止させることにより前記発電セルと前記接合樹脂材の温度を制御させたことを特徴とする請求項７に記載の太陽光電熱利用システムに用いた太陽光電熱モジュール。
温度検知型金属材、通称バイメタルサーモを用いて直接に前記開閉体を開閉させることを特徴とした請求項７、８の何れか一項に記載の太陽光電熱利用システムに用いた太陽光電熱モジュール。
前記太陽光電熱モジュールに於いて、
前記電池セル組み立てと前記冷却機構の間の接合のために熱応答性の接合樹脂材を用い、前記上部断熱層内の空気層乃至は及び下部断熱層内に空気流路を設け、該空気流路内の空気を前記太陽光電熱モジュールの外部の空間へと連通するために二つの出入り換気口を設け、前期空気流路内乃至は前記換気口近傍に電動モータで駆動される小型換気ファンを設けて前記空気流路内に空気を循環させ、該小型換気ファンを前記発電セルの温度乃至は前記接合樹脂材の温度を代表する部位の温度が前記接合樹脂材の機能が長期的に保持できる最高温度以下の定められた一定の上限の許容温度以上で作動させて通風させ、前記上限の許容温度より低く且つ前記蓄熱設定温度より高く設定した安全温度以下であることを検知して通風を閉止させることにより前記発電セルと前記接合樹脂材の温度を制御させたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６の何れか一項に記載の太陽光電熱利用システムに用いた太陽光電熱モジュール。
前記電池セル組み立てと前記冷却機構の間の接合のために熱応答性の接合樹脂材を用い、前記上部断熱層内の空気層乃至は及び下部断熱層内に空気流路を設け、該空気流路内の空気を前記太陽光電熱モジュールの外部の空間へと連通するために二つの出入り換気口を設け
た前記太陽光電熱モジュールを複数台数用いた太陽光電熱利用システムに於いて、
前記換気口に繋げて前記太陽光電熱モジュール外部に延長させた換気通風路を設けて、前記太陽光電熱モジュールの外部に設置した換気ファンユニットに接続させ、少なくとも２台以上の前記太陽光電熱モジュールを１つの換気ファンユニットにより夫々前記空気流路の空気を循環させ、該換気ファンを前記発電セルの温度乃至は前記接合樹脂材の温度を代表する部位の温度が前記接合樹脂材の機能が長期的に保持できる最高温度以下の定められた一定の上限の許容温度以上で作動させて通風させ、前記上限の許容温度より低く且つ前記蓄熱設定温度より高く設定した安全温度以下であることを検知して通風を閉止させることにより前記発電セルと前記接合樹脂材の温度を制御させたことを特徴とした請求項１、２、３、４、５、６の何れか一項に記載の太陽光電熱利用システムに用いた太陽光電熱モジュール。