JP2012002362A - 熱回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】既存の太陽電池パネルを利用して太陽熱の回収を効率的に行うことを可能とした熱回収システムを提案する。
【解決手段】太陽電池パネル２０の背面側に設置される集熱部１０ａと、集熱部１０ａの背面を覆う蓋部材１０ｂと、集熱部１０ａに接続された熱輸送部１０ｃと、が一体に構成されてなる熱回収システム１０であって、集熱部１０ａは、太陽電池パネル２０の背面に密着される平板１１と、平板１１の背面を覆う第一の断熱材１２と、を有し、熱輸送部１０ｃは、冷媒管１３と、平板１１と冷媒管１３とを連結する熱伝導部材１４と、冷媒管１３の外周面を覆う第二の断熱材１５と、を有していて、蓋部材１０ｂの周縁は、太陽電池パネル２０の枠部材２４に密着するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池パネルの背面に設置される熱回収システムに関する。

二酸化炭素を放出することのない太陽からの放射エネルギーを、汎用的なエネルギーに変換して利用する場合がある。
例えば、太陽光発電は、所定の範囲に敷き詰められた太陽電池パネルにより太陽光を受光して発電を行う。

太陽光発電による発電量は、太陽電池の設置面積により決定するため、発電量をより多く得るためには、太陽電池の設置面積を広くする必要がある。ところが、太陽電池の設置が可能な範囲は限られているため、太陽光発電のみによる放射エネルギーの利用効率には限界があった。

そのため、特許文献１や特許文献２等に示すように、太陽からの放射エネルギーをより効率的に利用することを目的として、太陽電池の背面に集熱パネルを備え、太陽光発電とともに太陽熱を集熱する発電集熱システムが開発されている。

特開平１０−６２０１７号公報 特開昭５６−６４４７４号公報

従来の発電集熱システムは、集熱パネルにより集熱した太陽熱を、配管を介して貯湯槽に移動させるのが一般的であるが、太陽熱の移動時に放熱してしまうおそれがあった。
また、従来の発電集熱システムは、太陽電池と集熱パネルとが一体にパネル化されたものであるため、予め太陽電池が設置されている箇所に採用する場合には、既存の太陽光発電システムを撤去して、設置しなおす必要があった。

このような観点から、本発明は、既存の太陽電池パネルを利用して太陽熱の回収を効率的に行うことを可能とした熱回収システムを提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の熱回収システムは、太陽電池パネルの背面側に設置される集熱部と、前記集熱部の背面を覆う蓋部材と、前記集熱部に接続された熱輸送部と、が一体に構成されてなり、前記集熱部は前記太陽電池パネルの背面に密着される平板と前記平板の背面を覆う断熱材とを有し、前記熱輸送部は冷媒管と前記平板と前記冷媒管とを連結する熱伝導部材とを有していて、前記蓋部材の周縁は前記枠部材に密着するように構成されていることを特徴としている。

かかる熱回収システムによれば、平板と熱輸送部とが断熱材により覆われているため、回収した熱が移動時に放熱されることが抑制されている。そのため、太陽からの放射エネルギーを効率的に回収することができる。
また、太陽電池パネルの枠内を利用して、既存の太陽電池に設置することが可能に構成されているため、新たに発電集熱システムを配設する従来の技術と比較して、手間や費用を削減することができる。
さらに、蓋材により遮蔽されているため、断熱材への雨水等の浸水が防止されるとともに、放熱が抑制される。

前記熱回収システムにおいて、前記熱伝導部材が、前記平板の背面と前記断熱材との間に介設された第一のシート材と、前記前記冷媒管の外面に周設された第二のシート材と、を備えていれば、より効率的な集熱が可能となる。

さらに、前記蓋部材が非熱伝導性の部材により構成されていれば、集熱した太陽熱の放熱をより効率的に抑制することができる。

本発明の熱回収システムによれば、既存の太陽電池パネルを利用して太陽熱の回収を効率的に行うことが可能となる。さらに、太陽電池パネルの温度上昇を抑制することで、太陽電池パネルによる発電効率の低下を抑制することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る熱回収システムを模式的に示す断面図である。 図１に示す熱回収システムと太陽電池システムとを示す断面図である。 本実施形態の熱回収システムを示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る熱回収システムを示す分解斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る熱回収システムを示す断面図である。 熱回収システムの変形例を示す断面図である。 熱回収システムのその他の変形例を示す断面図である。

＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態の熱回収システム１０は、図１に示すように、太陽電池パネル（太陽電池モジュール）２０の背面側（太陽光Ｓが照射される面の反対側）に取り付けられて、太陽電池パネル２０に照射された太陽光Ｓの熱エネルギーＥを吸収するものである。

本実施形態では、建物の屋上等に予め設置されている既存の太陽電池パネル２０に熱回収システム１０を設置する場合について説明するが、熱回収システム１０を設置する太陽電池パネル２０は、既設（供用中）のものであってもよいし、新設のものであってもよい。

熱回収システム１０は、図１に示すように、太陽電池パネル２０の背面側に設置される集熱部１０ａと、集熱部１０ａの背面を覆う蓋部材１０ｂと、集熱部１０ａと熱的に接続された熱輸送部１０ｃと、が一体に構成されてなる。

集熱部１０ａは、図２に示すように、太陽電池パネル２０側に配設された平板１１と、平板１１の背面を覆う第一の断熱材（断熱材）１２と、を有している。

平板１１は、熱伝導率の高い部材により構成されていて、太陽電池パネル２０に照射された太陽光Ｓの熱エネルギーＥを太陽電池パネル２０の背面から集熱して、後記する熱伝導部材１４に伝達する。
本実施形態では、平板１１として、金属板を使用するが、平板を構成する材料は限定されるものではない。

平板１１は、図３に示すように、平面視が矩形の板材であって、太陽電池パネル２０の支持板２２と同等の平面形状を有している。
平板１１は、図１に示すように、支持板２２の背面に密着した状態で、枠部材２４の内部に収容されている。

第一の断熱材１２は、図３に示すように、平面視が矩形状に形成されている。第一の断熱材１２には、熱伝導部材１４を挿通するためのスリット１２ａが形成されている。

第一の断熱材１２は、図１に示すように、枠部材２４の内部において、平板１１の背面（太陽電池パネル２０と反対側の面）を覆っている。
このように第一の断熱材１２を配置することで、平板１１により集熱された熱エネルギーＥが、平板１１の背面から放出されるのを防止する。

蓋部材１０ｂは、非熱伝導性の部材より構成された板材１９であって、図３に示すように、平面視矩形に形成されている。
蓋部材１０ｂには、熱輸送部１０ｃの位置に対応して、熱伝導部材１４を挿通するためのスリット１９ｂが形成されている。

蓋部材１０ｂは、枠部材２４の外形と同等または枠部材２４の外形よりも大きな面積を有している。そのため、図１に示すように、枠部材２１の端面に蓋部材１０ｂの表面側（太陽電池パネル２０側）の周縁が密着する。これにより、蓋部材１０ｂは、枠部材２４の開口部を遮蔽して、枠部材２４の内部（第一の断熱材１２）への雨などの浸水を防止するとともに、平板１１からの放熱を抑制する。

図１および図２に示すように、蓋部材１０ｂは、保持手段３０を介して枠部材２４に固定されている。なお、蓋部材１０ｂを枠部材２４に固定するための保持部材３０の構成は限定されるものではなく、適宜公知の手段の中から採用すればよいが、本実施形態ではボルト３１により締着している。

図２に示すように、板材１９には、枠部材２４に形成された雌ネジ孔２４ａ，２４ａの位置に対応して、複数のボルト孔１９ｂ，１９ｂが形成されている。ボルト３１は、ボルト孔１９ｂ，１９ｂを貫通して雌ネジ孔２４ａ，２４ａに螺合されることで、板材１９（蓋部材１０ｂ）を枠部材２４に固定する。
なお、ボルト孔１９ｂ（ボルト３１）の数や配置は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。ここで、図２の符号３２はワッシャーである。

熱輸送部１０ｃは、図２に示すように、冷媒管１３と、平板１１と冷媒管１３とを連結する熱伝導部材１４と、冷媒管１３の外周面を覆う第二の断熱材１５と、を有している。

冷媒管１３は、熱伝導率が高い材料でつながった配管であって、内部を冷媒が流れている。冷媒管１３は、図２に示すように、熱伝導部材１４を介して平板１１に連結されている。本実施形態では、冷媒管１３を金属管により構成するが、冷媒管１３を構成する材料は限定されるものではない。

冷媒管１３は、図示しない貯湯槽等に接続されている。そのため、熱輸送部１０ｃに伝達された熱エネルギーＥは、冷媒管１３を流れる冷媒を介して貯湯槽まで輸送される。

熱伝導部材１４は、熱伝導率が高い材料により構成されており、平板１１により回収された太陽光Ｓの熱エネルギーＥを冷媒管１３へと伝達する。本実施形態では、熱伝導部材１４を金属板により構成するが、熱伝導部材１４を構成する材料は限定されるものではない。

熱伝導部材１４は、図３に示すように、平板１１側端部（一端）が幅広（幅広部分１４ａ）に形成されて、Ｔ字状断面を呈している。熱伝導部材１４は、図２に示すように、蓋部材１０ｂおよび第一の断熱材１２のスリット１２ａ，１９ａを貫通して、一端側の幅広部分１４ａが平板１１に密着し、他端側が冷媒管１３に密着している。

第二の断熱材１５は、冷媒管１３の外周面を覆うことで、冷媒管１３の放熱を抑制している。
なお、第二の断熱材１５の外周面を不透水性部材により覆うことで、第二の断熱材１５が雨などにより濡れることを防止してもよい。

太陽電池パネル２０は、図２および図３に示すように、複数の太陽電池セル２１，２１，…と、支持板２２と、保護カバー２３と、枠部材２４と、を備えて構成されている。

太陽電池セル２１は、光エネルギーを電力に変換する素子である。なお、太陽電池セル２１の形状は限定されるものではない。また、太陽光発電システム１が有する太陽電池セル２１の数も限定されるものではない。

支持板２２は、複数の太陽電池セル２１，２１，…を固定する板材である。
本実施形態では、支持板２２を、熱伝導性の部材により構成する。支持板２２の表面（太陽電池セル２１が固定された面）に放射された太陽の放射エネルギー（太陽光Ｓの熱エネルギーＥ）は、背面に密着された平板１１に伝達される。

防護カバー２３は、太陽電池セル２１の表面を覆うように配設された板材である。太陽電池セル２１は、支持板２２と防護カバー２３とにより挟まれている。
防護カバー２３を構成する材料は、太陽光Ｓを透過する材料により構成されていれば限定されるものではないが、例えば、ガラス、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂、ＥＴＦＥ(テトラフルオロエチレン／エチレン共重合体)、ＰＶＣ(塩化ビニル樹脂)、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等が採用される。

枠部材２４は、矩形状に形成されており、支持板２２と防護カバー２３の外周囲に覆っている。
枠部材２４は、支持板２２と防護カバー２３を重ね合わせた厚みよりも大きな高さを有しており、支持板２２および防護カバー２３を収容した状態で、支持板２２の背面に集熱部１０ａを収容することが可能な空間が形成されている。

枠部材２２には、複数の雌ネジ孔２４ａ，２４ａが所定の間隔で形成されており、ボルト３１の螺合が可能に構成されている。なお、雌ネジ孔２４ａの数や配置は、熱回収システム１０の太陽電池パネル２０への固定が可能となるように、太陽電池パネル２０の形状や規模に応じて適宜設定すればよい。また、雌ネジ孔２４ａは、保持手段３０による保持方式によっては省略してもよい。

本実施形態の熱回収システム１０によれば、既存の太陽電池パネル２０に取り付けることで、太陽光発電とともに、熱エネルギーを回収して有効に利用することが可能となる。
そのため、新たに装置を設置することなく、既存の装置を利用することで、費用の削減が可能となる。

また、太陽光発電に使用している箇所を利用するため、新たに用地を確保する必要がない。そのため、太陽電池パネル２０による発電に加えて、太陽からの放射エネルギーを熱エネルギーＥに変換して使用することで、エネルギー収集量の増加を図ることができる。
その結果、二酸化炭素を放出しないで汎用的なエネルギーを利用することが可能となる。

太陽光Ｓの照射により太陽電池パネル２０の温度は高くなるが、安定して温度の低い冷媒との温度差により、熱エネルギーＥが、平板１１と熱伝導部材１４を介して冷媒管１３へと移動する。
平板１１および熱伝導部材１４は、第一の断熱材１２により覆われているため、熱エネルギーＥの移動時の放熱ロスが抑制される。

太陽光Ｓの放射エネルギーを回収することで、太陽電池パネル２０が配設された建物の屋根や壁面の温度が上昇することが防止されるため、建物を冷却することが可能となる。

また、熱回収システム１０により回収した熱エネルギーを給湯や空調等に利用することで使用エネルギーの低減化が可能となる。
また、使用エネルギーの低減化に伴い、ＣＯ_２排出量の低減も可能となる。

また、太陽電池パネル２０の背面において熱を吸収するため、太陽電池モジュール（太陽電池セル２１）の温度上昇を抑制し、太陽電池セル２１による発電効率が低下することが防止される。

なお、現在普及している結晶系の太陽電池は、太陽からの放射エネルギーのうち１０％程度を電気エネルギーに変換すると言われている。本実施形態に係る熱回収システム１０によれば、太陽電池による発電に加えて、太陽熱を吸収するため、エネルギー全体の利用割合をさらに向上させている。また、太陽からの放射エネルギーを有効に利用することで、ＣＯ_２の排出量の低減化が可能となり、環境に優しい構造物を構築することが可能となる。

本実施形態の熱回収システム１０によれば、面積が１０００ｍ^２の範囲において設置した場合に、発電所等のランニングコストの削減量は約５３０万円／年で、ＣＯ_２の削減量は約２００ＣＯ_２−ｔ／年が見込まれる。なお、太陽光Ｓの放射エネルギーによる太陽電池パネル２０による発電効率が１５％、熱回収システム１０による熱エネルギーＥの回収率が３０％として試算している。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態の熱回収システム１０は、図４に示すように、熱伝導部材１４が、第一の熱伝導シート材１６と、第二の熱伝導シート材１７と、第三の熱伝導シート材１８と、を備えている点で、第１の実施の形態で示した熱回収システム１０と異なっている。

第一の熱伝導シート材１６は、平板１１の背面と第一の断熱材１２との間に介設されている。本実施形態では、帯状の第一の熱伝導シート材１６を所定の間隔をあけて複数配設されることで、平板１１の背面の全域に熱伝道シート１６を配設する。これにより、広範囲から熱エネルギーＥを回収し、より効率的に冷媒管１３へ熱エネルギーＥを伝達することができる。

第二の熱伝導シート材１７は、冷媒管１３の外面に周設されており、第一の熱伝導シート材１６から伝達された熱エネルギーＥを、冷媒管１３の周囲から冷媒に伝達する。

第三の熱伝導シート材１８は、第一の熱伝導シート材１６と第二の熱伝導シート材１７を連結し、第一熱伝導シート材１６により回収された熱エネルギーＥを、効率的に第二の熱伝導シート材１７へと伝達する。

この他の第２の実施の形態の熱回収システム１０の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、第２の実施の形態の熱回収システム１０によれば、熱伝導部材１４が、熱を吸収した平板１１の背面側全域に配置されているため、より効率的に熱を回収することができる。
この他、第２の実施の形態に係る熱回収システム１０の作用効果は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態の熱回収システム１０は、図５に示すように、太陽電池パネル２０の背面に密着される平板と、平板と冷媒管１３とを連結する熱伝導部材と、が一体となった集熱伝導部材１１’を備えている点で、平板１１と熱伝導部材１４とをそれぞれ別部材により構成した第１の実施の形態の熱回収システム１０（図２参照）と異なっている。

集熱伝導部材１１’は、熱伝導率の高い部材（例えば金属板や熱伝導シート）を折り曲げ加工することにより構成されている。

本実施形態の集熱伝導部材１１’は、図５に示すように、冷媒管１３の外周面に巻きつけられた後、その両端部が蓋部材１０ｂのスリット１９ａと第一の断熱材１２のスリット１２ａとを太陽電池パネル２０方向（図５において上向き）に貫通している。スリット１２ａ，１９ａを貫通した部分（集熱伝導部材１１’の両端部）は、第一の断熱材１２の表面で折り曲げられて、一端（図５において左側先端）が第一の断熱材１２の一端と一致し、他端（図５において右側先端）が第一の断熱材１２の他端と一致するように、第一の断熱材１２の表面に沿って配置されている。なお、集熱伝導部材１１’の設置形態は、前記のものに限定されるものではない。

この他の第３の実施の形態の熱回収システム１０の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、第３の実施の形態の熱回収システム１０によれば、一部材により集熱および冷媒管１３への熱伝導を行うため、より効率的な熱回収を図ることができる。
この他、第３の実施の形態に係る熱回収システム１０の作用効果は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、本発明の熱回収システムの設置箇所は、太陽電池パネルが設置されている箇所であれば限定されるものではない。

前記各実施形態では、冷媒管１３が１本配管されている場合について説明したが、例えば図６に示すように、２本の冷媒管１３，１３を配管するなど、冷媒管１３の本数は限定されるものではなく、熱回収システム１０および太陽電池パネル２０の規模に応じて適宜設定すればよい。つまり、冷媒管１３の本数や配置を適宜設定することで、より効率的な熱回収を図るものとしてもよい。

また、前記各実施形態では、冷媒管１３を蓋部材１０ｂの外面に沿って配管するものとしたが、熱輸送部１０ｃを枠部材２４の内部空間に配置、つまり、第一の断熱材１２（集熱部１０ａ）の内部に冷媒管１３を配管してもよい（図７参照）。
また、前記各実施形態では、冷媒管１３を片側（図面において右側）に寄せて配管するものとしたが、冷媒管１３の配置は限定されるものではなく、熱回収の効率や、他の設備機器や建物等への取付部材との位置関係等に応じて適宜設定すればよい。

１０ 熱回収システム
１０ａ 集熱部
１０ｂ 蓋部材
１０ｃ 熱輸送部
１１ 平板
１２ 第一の断熱材（断熱材）
１３ 冷媒管
１４ 熱伝導部材
１５ 第二の断熱材
１６ 第一の熱伝導シート材
１７ 第二の熱伝導シート材
２０ 太陽電池パネル
２４ 枠部材
Ｅ 熱エネルギー
Ｓ 太陽光

Claims (3)

1. 太陽電池パネルの背面側に設置される集熱部と、
   前記集熱部の背面を覆う蓋部材と、
   前記集熱部に接続された熱輸送部と、が一体に構成されてなる熱回収システムであって、
   前記集熱部は、前記太陽電池パネルの背面に密着される平板と、前記平板の背面を覆う断熱材と、を有し、
   前記熱輸送部は、冷媒管と、前記平板と前記冷媒管とを連結する熱伝導部材と、を有していて、
   前記蓋部材の周縁は、前記太陽電池パネルの枠部材に密着するように構成されていることを特徴とする、熱回収システム。
2. 前記熱伝導部材が、前記平板の背面と前記断熱材との間に介設された第一の熱伝導シート材と、前記前記冷媒管の外面に周設された第二の熱伝導シート材と、を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の熱回収システム。
3. 前記蓋部材が非熱伝導性の部材により構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の熱回収システム。

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