JP2011151082A

JP2011151082A - 太陽光利用システム

Info

Publication number: JP2011151082A
Application number: JP2010009401A
Authority: JP
Inventors: Hideyasu Akihara; 秀育穐原; Kazuhiko Fujimoto; 一彦藤本; Shinpei Kajimoto; 晋平梶本
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2011-08-04

Abstract

【課題】太陽光を受光して効果的に電気エネルギーと熱エネルギーに変換すると共に、残りを光として有効に利用する。
【解決手段】光透過性の太陽光発電パネル１と、熱媒流路２を備えた太陽熱吸収パネル３と、太陽光を集光する集光部４を備えた太陽光集光パネル５とを備える。太陽光発電パネル１と太陽熱吸収パネル３のうちいずれか一方が上に、いずれか他方が中間に位置し、且つ、太陽光集光パネル５が下に位置するように重ね、太陽光集光パネル５で集光した光を導光路６から外部に取り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光を、電気エネルギー、熱エネルギー、光として利用する技術に関するものである。

従来から、太陽光を、電気エネルギー、熱エネルギー、光として利用するものとして、特許文献１が知られている。

この特許文献１に示される従来例は、太陽光が照射される建物の構造物部分を透光部材で形成し、この透光部材の内側に水を流す通路を形成し、透光部材の上に透光部材の少なくとも一部を露出させて太陽電池を配設したものである。

上記従来例は、透光部材に設けた通路内を流れる水で冷却しつつ太陽電池で太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換して発電し、上記透光部材の上面の太陽電池を配設していない露出箇所に照射される太陽光を上記透過部材を透過させて建物内部に採光するようにしている。

また、上記通路内を流れる水で太陽電池を冷却すること、及び、上記透光部材の上面の太陽電池を配設していない露出箇所に照射される太陽光を上記透過部材に透過させることにより通路内の水を加熱して、太陽光のエネルギーを熱エネルギーに変換するようになっている。

特開平７−１３５３３６号公報

しかしながら、上記従来例にあっては、透光部材の上に透光部材の少なくとも一部を露出させて太陽電池を配設するものであるから、太陽光を電気エネルギーに変換するための太陽電池における太陽光の受光面積が狭く、発電量が少ないという問題がある。

また、透光部材を透過させた太陽光を直接建物内部に採光するので、建物の構造物の透光部材を設置した箇所以外の箇所には光を供給できないという問題がある。更に、太陽電池を設けた箇所は太陽光を透過させない構成となっているので、光として利用するための採光面積が狭く、また、建物内へ採光する光がまだらに採光されてしまう。また、夕方は、採光される光の色調が変化し、安定した色調の光を採光することができないという問題がある。このように、従来は、太陽光を透光部材を介して直接建物内に採光するので、光の利用として有効な利用ができないという問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みて発明したもので、太陽光を受光して効果的に電気エネルギーと熱エネルギーに変換すると共に残りを光として有効に利用でき、また、集光したところから離れた任意の箇所で光を利用できる太陽光利用システムを提供することを課題とする。

本発明は、以下のような構成になっている。

本発明の太陽光利用システムは、光透過性の太陽光発電パネル１と、熱媒流路２を備えた太陽熱吸収パネル３と、太陽光を集光する集光部４を備えた太陽光集光パネル５とを備えている。そして本発明は、太陽光発電パネル１と太陽熱吸収パネル３のうちいずれか一方が上に、いずれか他方が中間に位置し、且つ、太陽光集光パネル５が下に位置するように重ね、太陽光集光パネル５で集光した光を導光路６から外部に取り出すことを特徴とする。

このような構成とすることで、太陽光発電のための受光面積を広く確保して効果的に電気エネルギーに変換できると共に熱吸収を効果的に行って熱エネルギーに変換できる。更に、電気エネルギー、熱エネルギーに変換されなかった残りの光を下に位置する太陽光集光パネル５の集光部４で集光して導光路６により外部に取り出すことができる。

また、色調が調整可能な発光手段７と、太陽光発電パネル１を透過した光又は太陽熱吸収パネル３を透過した光又は太陽光発電パネル１と太陽熱吸収パネル３を透過した光の色調に応じて発光手段７が発光する光の色を制御する制御手段８を備える。そして、上記透過した光と発光手段７で発光する光を合成して、導光路６から外部に取り出すことが好ましい。

このような構成とすることで、透過した光が利用目的と異なる色調の光であったとしても、導光路６から外部に取り出す光の色調を目的とする色調に調整して利用目的に応じた光の有効利用ができる。

また、太陽熱吸収パネル３の熱媒流路２の下面側に、光透過性の断熱材９を備えることが好ましい。

このような構成とすることで、太陽熱吸収パネル３における熱エネルギーへの変換効率が向上し、また、熱エネルギーに変換できなかった太陽光を断熱材９で透過させ、透過した太陽光を電気エネルギーや光として利用することができる。

また、上から順に太陽光発電パネル１、太陽熱吸収パネル３、太陽光集光パネル５を重ね、太陽熱吸収パネル３の熱媒流路２が太陽光発電パネル１の下面に接触するように形成されていることが好ましい。

このような構成とすることで、太陽光発電パネル１から熱媒流路２に吸熱できるため、太陽光発電パネル１を冷却して発電効率を向上すると共に、太陽熱吸収パネル３における熱エネルギーへの変換効率が向上する。

また、光透過性の太陽光発電パネル１がグレー系の色であることが好ましい。

このような構成とすることで、太陽光発電パネル１を透過した光は自然光の色調が変化せず、導光路６から外部に取り出す光として自然光の色調を維持できる。

また、光透過性の太陽光発電パネル１が、色素増感型の太陽光発電パネル１であることが好ましい。

このような構成とすることで、太陽光発電パネル１として、発電効率の良い色調で太陽光発電パネル１を用いることができる。

また、光透過性の太陽光発電パネル１が、アモルファス型の太陽光発電パネル１であることが好ましい。

このような構成とすることで、アモルファス型の太陽光発電パネル１は熱が蓄熱される傾向にあるので、アモルファス型の太陽光発電パネル１に蓄熱された熱を上下に重ねる太陽熱吸収パネル３における熱吸収効率が向上する。

本発明は、光透過性の太陽光発電パネルと太陽熱吸収パネルのうちいずれか一方が上に、他方が中間に位置し、且つ、太陽光集光パネルが下に位置するように重ねているので、太陽光を電気エネルギーと熱エネルギーを変換し、残りを光として無駄なく有効利用できる。また、太陽光発電パネルは光透過性であるため、太陽光発電のための受光面積を広く確保して効果的に電気エネルギーに変換できる。更に、集光パネルにおいては集光部により効果的に集光して導光路により外部に取り出すので、集光部で集光した光を外部の任意の箇所で目的に応じて効果的に利用できる。

本発明の一実施形態の断面図である。同上の制御ブロック図である。同上に用いる太陽光発電パネルの断面図である。（ａ）は同上に用いる太陽熱吸収パネルの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。同上に用いる太陽光集光パネルの断面図である。本発明の他の実施形態の断面図である。本発明の更に他の実施形態の断面図である。本発明の更に他の実施形態の断面図である。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。

太陽光発電パネル１と、太陽熱吸収パネル３と、太陽光集光パネル５とを上下に重ねて太陽光利用装置Ａを構成している。本発明は、この一つにブロック化された上記太陽光利用装置Ａで受光した太陽光を、電気エネルギー、熱エネルギーに変換し、更に光として集光するようにして太陽光を多目的に利用しようとするシステムである。

太陽光発電パネル１は光透過性を有しており、光透過性を有する色素増感型の太陽光発電パネル１、光透過性を有するアモルファス型の太陽光発電パネル１が用いられる。太陽光発電パネル１は、図３示すように、平面視矩形状の光透過性を有するパネル本体１ａと、パネル本体の周囲に設けられた枠体１ｂとで構成してあり、該光透過性を有するパネル本体１ａが色素増感型の太陽光発電部又はアモルファス型の発電部を有している。

図３の実施形態では、太陽光発電パネル１には更にパネル本体１ａよりも下方位置に色調を調整可能な発光手段７と、色調センサ１１が設けてある。図２には制御ブロック図が示してある。パネル本体１ａを透過した光の色調を色調センサ１１で検知し、検知結果に基づき、制御手段８で発光手段７で発光する光の色調を調整し、パネル本体１ａを透過した光と色調を調整可能な発光手段７から発光した光を合成して目的とする色調に調整するようになっている。この色調を調整可能な発光手段７としては例えば色温度可変ＬＥＤを用い、発光手段７は太陽光発電パネル１で発電した電力又は電力会社からの電力を用いて発光する。

太陽熱吸収パネル３は、熱媒流路２を備えた太陽熱吸収パネル３であり、図４に示すように、枠体３ａ内に熱媒流路２となる循環パイプを蛇行状に配置し、枠体３ａの下面に光透過性の断熱材９を設けている。この断熱材９としては、積層ガラス、赤外線を吸収し且つ可視光を透過させる膜を積層したガラスや該膜を積層した光透過性の合成樹脂板等を採用できる。循環パイプよりなる熱媒流路２には入側接続部２ａと出側接続部２ｂとが設けてある。入側接続部２ａには別の太陽熱吸収パネル３の出側接続部２ｂを接続するか又は給湯器の加熱部の出口に循環用配管を介して接続する。出側接続部２ｂには別の太陽熱吸収パネル３の入側接続部２ａを接続するか又は給湯器の加熱部の入口に循環用配管を介して接続する。そして、上記加熱部、循環用配管、熱媒流路２で一連の熱媒循環流路を形成するようになっている。一連の熱媒循環流路には不凍液などの熱媒を封入し、加熱された熱媒で給湯器に溜めた水を加熱し、加熱された湯を直接使用したり、あるいは、床暖房や輻射パネルの熱源として使用するようになっている。熱媒流路２は光透過性を有する材料で形成してもよいが、熱吸収を良くするため、光が透過しない黒色系の材料で形成してもよい。黒色系の材料で形成した場合は、太陽熱吸収パネル３の熱媒流路２以外の部位を光が透過するように構成する。

太陽光集光パネル５は、図５に示すように、枠体５ａ内に集光部４を設け、更に、集光部４で集光した光を外部に取り出すための導光路６を有している。集光部４としては太陽光を効率よく集光できるものであれば、従来から公知の種々の集光手段が採用できるが、一例を挙げると集光レンズにより集光部４を構成する。導光路６はグラスファイバーにより構成してある。

上記太陽光発電パネル１、太陽熱吸収パネル３、太陽光集光パネル５は平面視で同じ形状、大きさに形成してある。

この太陽光発電パネル１、太陽熱吸収パネル３、太陽光集光パネル５の３種類のパネルを重ね合わせて太陽光利用装置Ａを構成する。ここで、太陽光発電パネル１と太陽熱吸収パネル３のうちいずれか一方が上に、いずれか他方が中間に位置し、且つ、太陽光集光パネル５が下に位置するように重ねる。

図１には太陽光発電パネル１を上に位置させ、太陽熱吸収パネル３を中間に位置させ、下に太陽光集光パネル５を位置させて太陽光利用装置Ａを構成した例が示してある。

本実施形態においては、太陽光利用装置Ａに照射される太陽光が、上の太陽熱発電パネル１の全面で受光され、パネル本体１ａの発電部で太陽光を電気エネルギーに変換して発電する。なお、太陽光発電パネル１として色素増感型の太陽光発電パネル１を用いると、太陽光発電パネル１として、発電効率の良い色調で太陽光発電パネル１を用いることができる。

パネル本体１ａは光透過性を有しているので、電気エネルギーに変換されなかった太陽光は、パネル本体１ａを透過して中間に位置する太陽熱吸収パネル３の全面で受光される。

この太陽熱吸収パネル３では受光された太陽光を熱エネルギーに変換して熱媒流路２内の熱媒を加熱する。この太陽熱吸収パネル３には下面に断熱材９を設けてあるので、熱が太陽熱吸収パネル３から下の太陽光集光パネル５側に逃げるのを抑制するので、太陽熱吸収パネル３における熱エネルギーへの変換効率が向上する。

また、上記のように太陽光発電パネル１の直下で、太陽熱吸収パネル３において吸熱して熱媒流路２内の熱媒を加熱するので、太陽光発電パネル１から太陽熱吸収パネル３が熱を奪うことになり、太陽熱吸収パネル３を冷却して太陽光発電パネル１における発電効率が低下しない。

太陽熱吸収パネル３の熱媒流路２が太陽光発電パネル１の下面に接触するように形成すると、太陽光発電パネル１から直接熱媒流路２に吸熱でき、太陽光発電パネル１を冷却して発電効率を向上すると共に、太陽熱吸収パネル３における熱エネルギーへの変換効率が向上する。

なお、太陽光発電パネル１としてアモルファス型の太陽光発電パネル１を用いると、アモルファス型の太陽光発電パネル１は熱が蓄熱される傾向にあるので、アモルファス型の太陽光発電パネル１に蓄熱された熱を太陽熱吸収パネル３で吸収して熱吸収効率を向上できる。

太陽熱吸収パネル３を透過した太陽光は、下に位置する太陽光集光パネル５の集光部４で集光され、集光された光は導光路６から外部に取り出され、太陽光利用装置Ａから離れた箇所において照明として利用される。

ところで、太陽光を電気エネルギーに変換するに当たり、太陽光発電パネル１を発電効率の良い色合いにすると、太陽光発電パネル１を透過した光の色合いが外部で使用しようとする目的とする光の色合（例えば昼間の自然光）と異なる場合が生じる。そこで、パネル本体１ａを透過した光の色調を色調センサ１１で検知し、検知結果に基づき、制御手段８で発光手段７で発光する光の色調を調整し、パネル本体１ａを透過した光と色調を調整可能な発光手段７から発光した光を合成して目的とする色調に調整する。

これにより、例えば、太陽光発電パネル１を透過した光が自然光と異なる色合いであっても、発光手段７で発光した光と合成することで自然光と同じ色合いの光を導光路６から外部に取り出して利用することができる。

図６には本発明の他の実施形態が示してある。この図６には太陽熱吸収パネル３を上に位置させ、太陽光発電パネル１を中間に位置させ、下に太陽光集光パネル５を位置させて太陽光利用装置Ａを構成した例である。

本実施形態では、太陽光利用装置Ａに照射される太陽光が、上の太陽熱吸収パネル３の全面で受光され、太陽光を熱エネルギーに変換して熱媒流路２内の熱媒を加熱する。

熱エネルギーに変換されなかった太陽光は、光透過性の断熱材９を透過して、中間の太陽光発電パネル１に受光され、ここで電気エネルギーに変換されて発電する。

中間の太陽光発電パネル１を透過した太陽光は、下に位置する太陽光集光パネル５の集光部４で集光され、集光された光は導光路６から外部に取り出され、太陽光利用装置Ａから離れた箇所において照明用の光などとして利用される。

なお、上記した図１、図６に示す実施形態においては、色調を調整可能な発光手段７と、色調センサ１１を、太陽光発電パネル１におけるパネル本体１ａよりも下方位置に設けた例を示したが、太陽熱吸収パネル３又は太陽光集光パネル５に設けてもよい。

なお、太陽光発電パネル１をグレー系の色で形成すると、太陽光発電パネル１を透過した光は昼間の自然光の色調が変化せず、導光路６から外部に取り出す光として昼間の自然光の色調を維持できる。したがって、本実施形態においては、図７、図８のように色調を調整可能な発光手段７を設けることなく、太陽光集光パネル５で集光し、導光路６から外部に取り出す光を昼間の自然光と同じ色調として取り出すことができる。

なお、太陽光発電パネル１、太陽熱吸収パネル３、太陽光集光パネル５の３種類のパネルを重ね合わせた太陽光利用装置Ａは、３枚のパネルを外周枠内に設けて一体のブロックとし、これを屋根のような構造体に設けた設置部材に支持させるようにすると、施工性に優れる。

もちろん、構造体に設けた設置部材にそれぞれ別体の３枚のパネルを重ねて支持させるようにしてもよい。この場合は、太陽光発電パネル１、太陽熱吸収パネル３のどちらを上にするかが現場で簡単に選択できる。

また、太陽光利用装置Ａは、上記構造体に設けた設置部材に平面視で縦方向、横方向、あるいは縦横方向に複数並べてもよい。

なお、太陽熱吸収パネル３に設ける熱媒流路２内に流す熱媒としては液体にのみ限定されず、気体であってもよい。

１太陽光発電パネル
２熱媒流路
３太陽熱吸収パネル
４集光部
５太陽光集光パネル
６導光路
７発光手段
８制御手段
９断熱材

Claims

光透過性の太陽光発電パネルと、熱媒流路を備えた太陽熱吸収パネルと、太陽光を集光する集光部を備えた太陽光集光パネルとを備え、太陽光発電パネルと太陽熱吸収パネルのうちいずれか一方が上に、いずれか他方が中間に位置し、且つ、太陽光集光パネルが下となるように重ね、太陽光集光パネルで集光した光を導光路から外部に取り出すことを特徴とする太陽光利用システム。
色調が調整可能な発光手段と、太陽光発電パネルを透過した光又は太陽熱吸収パネルを透過した光又は太陽光発電パネルと太陽熱吸収パネルを透過した光の色調に応じて発光手段が発光する光の色を制御する制御手段を備え、上記透過した光と発光手段で発光する光を合成して、導光路から外部に取り出すことを特徴とする請求項１記載の太陽光利用システム。
太陽熱吸収パネルの熱媒流路の下面側に、光透過性の断熱材を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽光利用システム。
上から順に太陽光発電パネル、太陽熱吸収パネル、太陽光集光パネルを重ね、太陽熱吸収パネルの熱媒流路が太陽光発電パネルの下面に接触するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の太陽光利用システム。
光透過性の太陽光発電パネルがグレー系の色であることを特徴とする請求項１記載の太陽光利用システム。
光透過性の太陽光発電パネルが、色素増感型の太陽光発電パネルであることを特徴とする請求項１又乃至請求項５のいずれか一項に記載の太陽光利用システム。
光透過性の太陽光発電パネルが、アモルファス型の太陽光発電パネルであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の太陽光利用システム。