JP2011238752A - 太陽電池用散水装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る太陽電池用散水装置は、表面が親水化されると共に傾斜配置される太陽電池パネル3の表面に散水する散水装置であって、散水装置は、太陽電池パネル3の幅方向に100mm以上の間隔で設けられた散水孔45を有する散水用配管6と、散水孔45の傾斜方向下方側であって太陽電池パネル表面に対して、0.5mm以上3mm以下のスリット状の隙間42を介して設置された横架材53とを備え、散水孔45から散水された水を隙間42を介して太陽電池パネル3の表面に流下させるようにしたことを特徴とするものである。
【選択図】 図1
Description
そこで、太陽電池モジュール表面に散水することで、蒸発潜熱によって、表面温度の大幅な温度低下が可能となるため、発電効率向上に寄与することができる。
太陽電池モジュール表面に散水する技術としては、特許文献1に太陽電池表面に光触媒をコーティングして1時間当たり2リットル/m2以下の散水を行う太陽光発電装置が提案されている。
特許文献1における実施の形態には、太陽電池モジュール表面に散水することに関しては、以下のように記載されている。
「[0015]水供給手段13は太陽電池モジュール10の表面を湿潤させる機能を有すればその構造は特に限定されるものではないが、この実施形態では図1、図3に示されるように太陽電池モジュール10の上部に形成した貯水部20の小孔21から水を噴霧あるいは流下させる構造である。貯水部20には給水管22を通じて水道水などが供給される。太陽電池モジュール10の表面を構成する板ガラス12はその表面に親水性の光触媒19が蒸着されているため、供給された水は水膜を形成して板ガラス12の表面全体に拡散する。
[0016]
供給水量は季節、気温、湿度、光度、降雨の有無などによって適宜調整すればよいが、夏季の昼間において太陽電池モジュール10の表面積1m2当たり、1時間に2Lを供給すれば十分である。・・」
しかしながら、散水によって太陽電池モジュールの表面に形成される水膜が厚くなって波状になると、太陽光が多く反射されてしまい、発電効率の向上につながらない場合がある。
また、特許文献1では水を噴霧させるとしているが、太陽と太陽電池の間に霧が形成されることによって、太陽光の透過率が著しく低下することが考えられる。
さらに、特許文献1では小孔間の間隔については特に示されていないが、発明者の実験によると、小孔から吐出される水によって水膜を形成するためには、小孔間の間隔を狭くする、具体的には最大で20mm程度にする必要があり、製作コストが高くなるという問題もある。
本実施の形態に係る太陽電池用散水装置1は、図1に示すように、太陽電池パネル3(以下、単に「パネル3」という場合あり)を地表上に地面から所定空間を設け、かつ傾斜させて支持する支持装置5と、太陽電池パネル3の幅方向に100mm以上の間隔で設けられた散水孔45を有する散水用配管6と、太陽電池パネル3の傾斜下部に設けた集水装置7と、集水装置7で集水された水を貯留する貯留槽9と、貯留槽9と集水装置7との間に設けられた沈殿槽11と、貯留槽9の貯留水を散水用配管6に送水する送水装置13とを備えてなるものである。
以下、各構成部材を詳細に説明する。
太陽電池パネル3は、太陽電池モジュール単体、あるは複数枚の太陽電池モジュールをパネル状に組み合わせてユニット化したものの両方を含む。したがって、以下の説明において、「太陽電池パネル3」あるいは単に「パネル3」と表記したときは太陽電池モジュール単体及びユニット化した全体の両方を意味しており、太陽電池モジュールと表記したときには単体の太陽電池モジュールを意味するものとする。
太陽電池モジュールとは、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する単結晶シリコン等の半導体からなる太陽電池素子を平面上に配列し、その表面を保護用のガラス板などで覆ってモジュール化したものである。
シリカ系化合物を用いた場合には、夜間散水による蒸発処理も可能である。光触媒は一般に紫外線によって活性化するため、夜間には効果がなくなるが、シリカ系化合物との混合使用によって、紫外線が照射されない状態でも一定の親水性を維持することができる。また、光触媒は汚れの分解機能を持つので最も望ましい。
なお、親水化を多孔質材料で行ったような場合など、表面張力が期待できないものは、別途、側面に板材などを設置して落水防止措置をとるとよい。
例えば縦1000mm×横1200mm程度の大きさの太陽電池モジュールを縦10枚、横8枚で一辺10m程度の1ユニット(1アレイ)とする。
キャップ25は厚さ0.35mmの薄鋼板製で、幅は、各モジュール表面の保護ガラスの露出幅と略同じにして、ガラスの横幅範囲内で収まる大きさとしている。キャップ25はその頭部27が、図5に示されるように、上下端を太陽電池モジュール23のフレームの高さ程度に傾斜させた略山型形状になっている。頭部27の下面側には下方に延びる脚部29が形成され、脚部29の先端には太陽電池モジュール23に形成された突出部31に係止可能な係止部33が形成されている。
図4、図5に示すキャップ25においても、前述したように、両端部1mm程度、親水処理しないようにする。このようにすれば、親水化部分を水が流下し、親水化されていない部分では撥水されるため、上方の太陽電池モジュール23から流下してきた水が側方に落水せずにモジュール接続部を乗り越え、下方のモジュールに乗り移って良好に水膜を形成する。
なお、表面に段差のないモジュールの場合は、頭部27を図6に示すように略平板形状とした平面キャップ35としてもよい。
この形態によれば、上方のモジュールから流下してきた水が、モジュール間の接続部のキャップを乗り越えて下方のモジュールに乗り移り、良好に水膜を形成する。
支持装置5は、太陽電池パネル3を地面から所定空間あけて、かつ傾斜させて支持する。支持装置5は、敷地上に打設した鉄筋コンクリートまたは鋼管杭からなる基礎部と、該基礎部上に構築した骨組みを備えて構成される。太陽電池パネル3は、この骨組み上に設置される。
基礎部の構成としては、例えば外径165.2mm、厚さ約7mmの回転貫入方式の鋼管杭を地上から1m突出させて形成する。杭の先端には杭径以上の大きさの半円形の鋼板がそれぞれ傾斜して取り付けられて先端部を閉塞している。
骨組みの構成としては、軽量形鋼製骨組みを後述する傾斜角で立体骨組みとして構成する。
なお、杭の突出長さは、全て同じとしてもよいが、パネル3の傾斜角に応じて杭の突出長を変化させ、軽量形鋼製骨組みを平面骨組みとしてもよい。
太陽電池パネル表面に散水を行って冷却を促進させる観点から、パネル表面の散水流の流速は余り早くないほうがよく、南向きで固定式の場合の傾斜角は20度から35度程度が更に望ましいが、パネル傾斜角を小さくすると、パネル設置用の骨組みの部材が少なくてすむメリットがあるため、季節ごとの晴天率、設置方位、骨組みコストなどを勘案して水平を除き、70度程度以下の範囲で任意に決定してよい。なお、傾斜角は固定でも、可動式としてもよく、可動式にした場合の可動単位は、太陽電池モジュール単体でもユニット単位でもよい。
また、例えば、太陽電池パネル3の下方スペースを、平置き式の駐車場として利用する場合には、有効部分の最低地上高を2300mm以上とすればよい。
また、駐車場を自走式多層階としてもよく、その場合には太陽電池パネル3の下方スペースは建設する階層に応じて設定すればよい。
散水用配管6は、太陽電池パネル3の傾斜上部に設置されて太陽電池パネル3に散水して水膜43を形成する(図9、図10参照)。散水用配管6の具体的態様としては、散水孔45が100mm以上の間隔で設けられた管体を太陽電池パネル表面に対して、0.5mm以上3mm以下の隙間42を介して設置する。このとき、散水孔45は、図9、図10に示すように、太陽電池パネル3の表面に対して正対よりも太陽電池パネル3の傾斜上部側に向けるように配置する。このような配置にすることで、図9、図10に示すように、散水孔45から吐出される吐出水47が、パネル表面を流下して散水用配管6と太陽電池パネル3との隙間42を通過することで、パネル表面で横方向に水膜43を広げ、薄い水膜形成ができる。
太陽電池パネル表面に霧を形成すると、乱反射により入射エネルギーが減少することから、噴射ノズルの設置高さは可能な限り低くし、太陽電池パネル表面に霧を広範に形成するのを防止するのが好ましい。
なお、太陽電池パネル3の発電効率低下の抑制を図るには、通常時の散水量を幅1mあたり毎分500cc以下に抑えることが望ましい。傾斜角度にも依存するが、概ねこの散水量を超えると表面に水紋が形成され、乱反射により発電効率低下の可能性があるためである。
散水用配管6を構成する管体として、架橋ポリエチレン製の50Aの管体を用い、太陽電池パネル3の全幅にわたって最上部とパネル中間部に設置する。この管体には100mmの間隔で0.5mmの貫通孔が設けられ、当該貫通孔は、太陽電池パネル表面に対して正対よりも上方へ、かつパネル表面から0.8mmの隙間42を介して設置する。
散水用配管6は、架橋ポリエチレン、ポリブデン、塩化ビニルなどの樹脂材料のものを使用できるが、その場合、塗装やコーティング、アルミ箔の貼り付け、カバー取り付けなど、紫外線曝露に対する耐候性処理を行なうことが望ましい。また、めっき鋼管やステンレス鋼管、その他の金属管でもよい。なお、貫通孔の間隔と大きさは散水量を考慮して任意に定めてよい。
スペーサー48は、パネル表面の両端と中間部に、長手方向をパネル3の上下方向に向け、各スペーサー48がパネル幅方向で一直線状になるように設置する。そして、各スペーサー48の上面に上記散水用配管6の外面を接するようにして配置している。
また、スリットを形成するためのスペーサー48として、上記の例では面状のスペーサー48を示したが、これに代えて細い線状の部材で構成しても同様の効果が得られる。
大量散水時にはパネル表面で同心円状に広がった水膜が形成されるが、通常、散水孔45の間隔が大きいと横方向に連続しない。この点、本実施の形態においては、前述したように図9、図10に示すように、パネル面傾斜上方に向けて散水した水が流下し、一旦散水用配管6によって堰き止められて横方向に広がり、0.8mmの隙間42を通って流下することで、散水用配管6の下方のパネル面が全面濡れ状態となる。
また、通常散水時には、散水孔45から散水した直後は鉛直方向に滴下して線状に流下する状態となるが、線状に流下した水が散水用配管6とパネル表面のスリットを通過する際に毛細管現象によってスリットに吸引されて広がるとともに、線状のままスリットを通過した水もスリットの下方では薄く形成された水膜43が存在するため、その水膜43上に線状の水が滴下することで薄く広がるために、薄い水膜43を維持する。
常に薄い水膜43を維持することにより、冷却効率を高めることができる。
規模によっては、中間部の散水手段は必要ない。
集水装置7は、太陽電池パネル3の傾斜下部に設けられて、太陽電池パネル3で受けた水を集水する。集水装置7の一つの態様として、太陽電池パネル3の下辺部に樋状の流路を設けることが考えられる。なお、縦樋を併用してもよい。
樋状の流路は、パネル3側に設けてもよいし、あるいはパネル3を設置した敷地表面近傍に設けてもよい。また、樋状の流路はモジュール1枚ごとに設けてもよいし、複数枚のモジュールを組み合わせたユニット(アレイ)ごとに設けてもよいし、あるいはユニットを組み合わせた全体に設けてもよい。いずれの態様であっても、全体として太陽電池パネル3の傾斜下部側に幅方向に連続する樋状の流路が設けられるようにする。
また、樋状の流路は、パネル幅に合わせて樋の形状を設定し、また材質は特に限定されることなく任意のものを使用できる。樋状の流路の深さの一例を示すと、例えば100mmである。
なお、樋状の流路で集水された水を、沈殿槽11へ導水するために、樋状の流路の両端や中間部に縦配管を設けるようにするが、この縦配管は、樋形状やユニットの大きさを勘案して、任意に設計すればよい。
貯留槽9は、集水装置7で集水された水及び雨水を貯留する。貯留槽9は、鉄筋コンクリート製の他、鋼製タンク、樹脂タンクなど、任意のものが選択できる。
貯留槽9を鉄筋コンクリート製にした場合には、亀裂による漏水防止のため、樹脂ライニングや鋼製ライニング、シート防水等の対策を行うのが好ましく、このようにすることで貯留水のアルカリ化も抑制できる。
貯留槽9の設置場所は任意で良いが、既設の汚水貯留池などの水中にタンクを設置するという形態にすると、基礎工事が不要となるメリットがある。
なお、太陽電池パネル3の下方を自走式多層階の駐車場にする場合には、貯留槽9は最下階に設けたり、高架式タンクとしたりすればよい。
沈殿槽11は、貯留槽9と集水装置7との間に設けられて、太陽電池パネル3を流れて集水装置7で集水された水に含まれる砂埃などの固形物などを除く役割をする。つまり、沈殿槽11は、パネル上の飛来物を貯留槽9へ導入しないようにする機能を有している。
沈殿槽11の材質、形状、大きさは、所定の沈澱処理が行うことができれば任意の材料、形状、大きさでよいが、セメント系材料など、雨水に材料成分が溶出する恐れや、亀裂の発生など、漏水の危険があるものは、別途、樹脂ライニング、鋼製ライニングなどで内面、外面、あるいはその両方に防水処理を行う。合成樹脂タンクを用いた場合には、これらの処理は不用である。
沈殿槽11上部から貯留槽9へは配管で接続され、上澄みを貯留槽9に導水する。導水手段は自然流下方式でもよいし、位置関係に応じて揚水ポンプを使用してもよい。
また、フィルタ49に代えてあるいはフィルタ49と共に薬液処理設備を設けるとなおよい。薬液処理設備は、雨水の循環使用によるバクテリアの繁殖防止、貯留槽9をコンクリート系材料で構成した場合に貯留水にカルシウム分が溶出してパネル上で析出することを防止、流入する粒子分を凝集させて沈殿を促進させることなどを目的として用いる。カルシウムの除去方法としては、硫酸を投入して、石膏として回収する方法などがあるが、貯留水中の成分によって適切な薬品を選択する。
なお、パネル表面に光触媒を用いた場合、完全ではないが、バクテリアや藻類の繁殖抑制効果も期待できる。
送水装置13は、散水用配管6に貯留槽9の貯留水を送水するものであり、図1に示すように、例えば散水ポンプがこの機能を有する。
蒸発されずに太陽電池パネル表面を流下した水は、集水装置7によって集水されて沈殿槽11に送水される。沈殿槽11に送られた水は、その中に含まれる固形物が除去されて貯留槽9に送水される。貯留槽9に一時的に貯留された水は送水装置13によって散水用配管6に送水されて、上記のような循環を行う。
しかも、本実施の形態では、上記のような薄い水膜43の形成を100mm以上の間隔で散水孔45を散水用配管6に設けると共に、散水用配管6と太陽電池パネル3との間にスリット状の隙間42を形成することで、当該隙間42によって散水した水を薄い水膜43にするようにしているので、簡易な構成であることから、コスト低減も実現できている。
特に、本実施の形態では、散水用配管6が本発明の横架材を兼用しているので、部材点数を少なく、構造を簡易にできるという効果を奏している。
また、太陽電池パネル3の下方を駐車スペースに利用することも可能であり、このような利用をすることでスペースの有効利用が可能となる。
本実施の形態を図12に基づいて説明する。
本実施の形態の太陽電池用散水装置1は、太陽電池パネル表面上にスリット状の隙間42を形成する横架材を、散水用配管6とは別部材によって形成したものであって、他の構成は実施の形態1と同様である。
横架材53は、図12に示すように、断面が水平片53aと垂直片53bからなる略L字状であって、散水用配管6の下方位置に、太陽電池パネル表面との間に0.5mm以上3mm以下のスリット状の隙間42を形成するように配設されている。
横架材53の垂直片53bの高さは、もっとも散水量が多い場合にも堰きとめられた水が溢れないような高さに設定するのが好ましい。また、垂直片53bを垂直ではなく、パネル傾斜上方に傾斜するような傾斜片にする(つまり、屈曲角度を90度よりも小さくする)ことで、堰きとめられた水が溢れにくくすることも好ましい。
なお、横架材53を所定の隙間42を形成して設置するには、実施の形態1において散水用配管6を設置したのと同様に、図10に示すようなスペーサー48を用いるようにすればよい。
また、通常散水時には、散水孔45から散水した直後は鉛直方向に滴下して線状に流下する状態となるが、線状に流下した水がスリット状の隙間42を通過する際に毛細管現象によって横架材53に吸引されて広がるとともに、線状のままスリットを通過した水もスリットの下方では薄く形成された水膜43が存在するため、その水膜43上に線状の水が滴下することで薄く広がるために、薄い水膜43を維持する。
3 太陽電池パネル
5 支持装置
7 集水装置
9 貯留槽
11 沈殿槽
13 送水装置
15 基材
17 バインダー・顔料層
19 親水層
21 非親水化領域
23 太陽電池モジュール
24 補強用フレーム
25 キャップ
27 頭部
29 脚部
31 突出部
33 係止部
35 平面キャップ
37 樋状キャップ
39 バックアップ材
41 シーリング目地
42 隙間
43 水膜
45 散水孔
47 突出水
48 スペーサー
49 フィルタ
51 ストレーナ
53 横架材
53a 水平片
53b 垂直片
Claims (5)
- 表面が親水化されると共に傾斜配置される太陽電池パネルの表面に散水する散水装置であって、
該散水装置は、前記太陽電池パネルの幅方向に100mm以上の間隔で設けられた散水孔を有する散水手段と、前記散水孔の傾斜方向下方側であって前記太陽電池パネル表面に対して、0.5mm以上3mm以下のスリット状の隙間を介して設置された横架材とを備え、前記散水孔から散水された水を前記隙間を介して前記太陽電池パネルの表面に流下させるようにしたことを特徴とする太陽電池用散水装置。 - 前記散水手段は、散水孔が形成された散水配管からなり、前記散水孔が前記太陽電池パネル表面又は該太陽電池パネルの傾斜方向上部に設けた水受け材表面に対して正対よりも上方に向くように配置され、かつ前記散水用配管の外周面が前記太陽電池パネル表面に対して、0.5mm以上3mm以下のスリット状の隙間を介して設置されることにより、前記散水配管が前記散水手段と前記横架材を兼用するようにしたことを特徴とする請求項1記載の太陽電池用散水装置。
- 前記横架材は、前記散水手段とは別部材によって形成されていることを特徴とする請求項1記載の太陽電池用散水装置。
- 前記散水用配管からの散水は、散水量を幅1mあたり毎分1000cc以上の大量散水と、散水量を幅1mあたり毎分100〜500ccとする通常散水とを有し、少なくとも散水開始時には大量散水とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の太陽電池用散水装置。
- 前記太陽電池パネルの傾斜下部に設けた集水装置と、該集水装置で集水された水を貯留する貯留槽と、該貯留槽の貯留水を前記散水用配管に送水する送水装置とを備えてなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の太陽電池用散水装置。
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