JP2013002662A - 太陽光発電・集熱ハイブリッドパネルユニットおよびパネルユニットの支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で部品コストや設置コストを低減しながら、流体への高伝熱性を実現するパネルユニットの支持構造および太陽光発電・集熱ハイブリッドパネルユニットを提供する。
【解決手段】太陽光によって発電を行う太陽電池パネルが少なくとも設けられたパネルユニットの支持構造であって、パネルユニット１０の背面に伝熱可能に面接触する平面部２０ａ、および、平面部２０ａに連続するとともに流体が流通する配管１０１の外周面を被覆する被覆部２０ｂを有する伝熱部材２０と、パネルユニット１０の背面との間で伝熱部材２０を挟持して保持する支持部材３０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光によって発電を行う太陽電池パネルを有するパネルユニットに関する。

従来、太陽光によって発電を行う太陽電池パネルの支持構造として、例えば、特許文献１に示されるように、太陽電池パネルの角度を太陽の軌道に合わせて可変する太陽追尾型の支持構造が知られている。このように、太陽の軌道に合わせて太陽電池パネルの角度を可変するようにすれば、採光効率が向上し、よって発電効率を向上することができる。

また、例えば、特許文献２、３に示されるように、太陽光によって発電を行う太陽電池パネルと、太陽熱を集熱する集熱ユニットとが一体化された、所謂、ハイブリッドパネルが知られている。こうしたハイブリッドパネルによれば、太陽電池パネルによって発電を行いながら、集熱ユニットによって集熱した太陽熱により、例えば給水予熱等を行うことができる。

このように、パネルの支持構造やパネル自体を改良し、採光効率や集熱効率を向上することにより、太陽エネルギーのより一層の有効利用が図られている。

特開２００９−４８７８５号公報 特開２００２−３９６３１号公報 特開２００５−１３４０４６号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される装置は構造が複雑であるため、部品コストや設置コストが高くなってしまう。また、ハイブリッドパネルによって集熱した太陽熱を、配管に供給される水等に伝熱して給水予熱を行う際に、ハイブリッドパネルから配管への高い伝熱効率を確保しないと熱損失が大きくなり、給水予熱の効率が低下してしまうという課題がある。

そこで、本発明は、簡易な構成で部品コストや設置コストを低減しながら、流体への高伝熱性を実現する太陽光発電・集熱ハイブリッドパネルユニットおよびパネルユニットの支持構造を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の太陽光発電・集熱ハイブリッドパネルユニットは、太陽光によって発電を行う太陽電池パネルを有する太陽電池パネルユニットと、太陽電池パネルユニットの背面に伝熱可能に面接触する平面部、および、当該平面部に連続するとともに流体が流れる配管の外周面を被覆する被覆部を有する伝熱部材と、太陽電池パネルユニットの背面との間で伝熱部材を挟持して保持する支持部材と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のパネルユニットの支持構造は、太陽光によって発電を行う太陽電池パネルが少なくとも設けられたパネルユニットの支持構造であって、パネルユニットの背面に伝熱可能に面接触する平面部、および、当該平面部に連続するとともに流体が流れる配管の外周面を被覆する被覆部を有する伝熱部材と、パネルユニットの背面との間で伝熱部材を挟持して保持する支持部材と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のパネルユニットの支持構造は、伝熱部材の被覆部を、円筒状の配管の周方向に摺動可能としてもよい。

また、本発明のパネルユニットの支持構造は、支持部材の角度を可変する可変装置をさらに備えてもよい。

また、本発明のパネルユニットの支持構造は、支持部材を、伝熱部材よりも伝熱性が低く、かつ、剛性が高い材質としてもよい。

また、本発明のパネルユニットの支持構造は、支持部材が、伝熱部材に面接触するとともに、パネルユニットの背面との間で平面部を挟持する平板部と、平板部に連続するとともに、伝熱部材を挟持した状態で、伝熱部材の被覆部が収容される収容空間を形成する囲繞壁部と、収容空間に設けられた断熱材と、を備えてもよい。

本発明によれば、簡易な構成で部品コストや設置コストを低減しながら、流体への高伝熱性を実現することができる。

太陽光発電・集熱ハイブリッドシステムを示す図である。 ハイブリッドパネルユニットの断面図である。 図１のIII-III線断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、太陽光発電・集熱ハイブリッドパネルシステムを示す図である。本実施形態の太陽光発電・集熱ハイブリッドシステムは、建屋の屋上等に設置されるものである。ここでは、懸架台１００に支持される既設の水道用の配管１０１に、複数のハイブリッドパネルユニット１（太陽光・集熱ハイブリッドパネルユニット）が支持されている。なお、本実施形態では、配管１０１に対してハイブリッドパネルユニット１が４基×２列で支持されているが、設置数や配置等は特に限定されるものではない。また、本実施形態では、図１に示すように、ハイブリッドパネルユニット１の高さをＴ、幅をＷとして説明する。

図２は、ハイブリッドパネルユニット１の断面図である。この図に示すように、ハイブリッドパネルユニット１は、太陽光によって発電を行う周知のパネルユニット１０と、このパネルユニット１０（太陽電池パネルユニット）の背面に設けられた伝熱部材２０と、パネルユニット１０との間で伝熱部材２０を挟持する支持部材３０と、を備えて構成される。

パネルユニット１０については、周知の構成であるため詳細な説明は省略するが、パネルユニット１０は、複数の太陽電池セルが透明ガラス基板に貼られた太陽電池パネルと、この太陽電池パネルの表面を覆うフィルムと、がフレームによって一体化されたものである。

伝熱部材２０は、鋼板、ステンレス、アルミニウム等の熱伝導率の高い材質で構成されており、パネルユニット１０が受ける太陽熱を配管１０１に伝熱する機能を担っている。伝熱部材２０は、パネルユニット１０の背面、より詳細には、太陽電池パネルの背面に面接触する薄板状の平面部２０ａと、この平面部２０ａに一体的に連続する円筒状の被覆部２０ｂとからなるギリシャ文字のオーム状の部材によって構成されている。平面部２０ａは、その外周がパネルユニット１０の外周と面一となる寸法関係を維持しており、パネルユニット１０の背面のうち、高さＴ方向の中央近傍を除いたほぼ全面に接触している。

また、被覆部２０ｂは、平面部２０ａの高さＴ方向の中央に位置しており、パネルユニット１０の幅Ｗ方向の両端に亘る長さを有している。そして、ハイブリッドパネルユニット１が配管１０１に支持された状態では、その被覆部２０ｂの内周面が、配管１０１のほぼ全周囲にわたって密接した状態となっている。このとき、配管１０１と被覆部２０ｂとの間には油やシリコン等の潤滑剤が介在しており、伝熱部材２０は、一定の力が付与されることで、配管１０１の周方向に摺動（回動）可能な保持力で支持されている。

支持部材３０は、樹脂等、伝熱部材２０よりも伝熱性が低く、かつ、剛性が高い材質で構成されており、上記のパネルユニット１０および伝熱部材２０を、これら両部材の背面側から一体的に支持するものである。この支持部材３０は、伝熱部材２０の平面部２０ａに面接触する薄板状の平板部３０ａと、この平板部３０ａに連続する凸状に湾曲した囲繞壁部３０ｂと、から構成されており、パネルユニット１０と囲繞壁部３０ｂとの間には、伝熱部材２０の被覆部２０ｂを収容する収容空間４０が形成されている。

この支持部材３０は、図示のように、伝熱部材２０、より詳細には伝熱部材２０の平面部２０ａを、パネルユニット１０の背面との間で挟持した状態で、ボルトや接着剤等の固定手段によって、パネルユニット１０および伝熱部材２０を固定している。このとき、平板部３０ａには、パネルユニット１０および伝熱部材２０の周縁を覆う縁部３１が形成されている。そして、縁部３１と、パネルユニット１０および伝熱部材２０の周縁との間には、不図示のシール材が設けられており、ハイブリッドパネルユニット１内へ雨水や粉塵等が進入しないようになっている。

また、伝熱部材２０と支持部材３０との間に形成される上記の収容空間４０には、グラスウール等の断熱材４１が設けられており、伝熱部材２０からの放熱を低減し、パネルユニット１０から配管１０１への伝熱性を向上するようにしている。さらに、支持部材３０の平板部３０ａの背面であって、高さＴ方向の一辺近傍には、挿通孔３２を有する突片３３が形成されており、この突片３３の挿通孔３２には、連結棒１０２が挿通されている。なお、連結棒１０２は、並列配置された４基のハイブリッドパネルユニット１それぞれの挿通孔３２を挿通している（図１参照）。

図３は、図１におけるIII-III線断面図である。この図に示すように、本実施形態の太陽光発電・集熱ハイブリッドパネルシステムにおいては、シリンダ１０３が設けられており、このシリンダ１０３のロッド１０３ａが、上記の連結棒１０２に対して相対回転可能に連結され、シリンダ１０３のボトム側が地面に回動自在に連結されている。したがって、シリンダ１０３を伸縮させることにより、複数のハイブリッドパネルユニット１が配管１０１を軸として回動し、パネルユニット１０の角度が変化することとなる。

次に、各図を参照して上記の太陽光発電・集熱ハイブリッドパネルシステムの作用について説明する。例えば、上記のシステムを給湯設備の上流側に接続される配管１０１に設ければ、パネルユニット１０によって発電を行いながら、給湯設備に供給される水道水を予熱することが可能となり、太陽エネルギーを有効利用することができる。

このとき、パネルユニット１０によって集熱される太陽熱は、伝熱部材２０を介して配管１０１に伝熱されるが、伝熱部材２０とパネルユニット１０との接触面積が大きく、配管１０１のほぼ全周が伝熱部材２０に被覆されており、さらには、配管１０１が断熱材４１によって覆われていることから、極めて高い伝熱性が実現される。

また、ハイブリッドパネルユニット１が配管１０１に対して周方向に摺動自在に支持されていることから、簡易な構成でありながら、時間や季節に応じて角度を可変することができ、採光効率および集熱効率を一層向上することができる。

さらに、上記のハイブリッドパネルユニット１は、簡易な構成であることから、既設の配管１０１にも採用することができ、設置コストの低減を実現可能である。また、ハイブリッドパネルユニット１が配管１０１に直接取り付けられることから、例えば、パネルユニット１０に接続される各種のケーブル等を、配管１０１に結束することができ、利便性を向上することができる。さらには、通常、配管１０１は、ハイブリッドパネルユニット１を支持するための専用の支持固定材と同様な強度を持ち合わせているので、特段の補強部材を設けることなく、ハイブリッドパネルユニット１を配管１０１に取り付けることもできる。

なお、冬季や夜間等には、ハイブリッドパネルユニット１を通過する水が凍結したり、給水を冷やしたりすることになる。このような場合には、図１に示すバイパス管路１０４に供給ラインを切り換える回路を持ち、配管１０１に水を間欠給水することが望ましい。

また、本実施形態においては、支持部材３０を介してハイブリッドパネルユニット１の角度を可変する可変装置として、シリンダ１０３を設けることとしたが、可変装置の構成はこれに限定されるものではない。また、可変装置は必須の構成ではなく、手動でハイブリッドパネルユニット１の角度を可変するようにしてもよいし、また、ハイブリッドパネルユニット１の角度を可変することなく、所定の角度に固定することとしても構わない。このように、ハイブリッドパネルユニット１の角度を可変することなく固定的に設置する場合であっても、最適な角度に容易に調整したうえで設置することが可能であり、設置コストを低減することが可能である。

また、本実施形態においては、パネルユニット１０、伝熱部材２０、支持部材３０が一体化されたハイブリッドパネルユニット１について説明したが、本実施形態は、パネルユニット１０の支持構造として捉えることもできる。すなわち、上記の構成からなるハイブリッドパネルユニット１を製造して配管１０１に設置することとしてもよいし、例えば、別々に用意された周知のパネルユニット１０、伝熱部材２０、支持部材３０を、設置現場において配管１０１に設置することにより、上記の支持構造が実現されるものであってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、太陽光によって発電を行う太陽電池パネルに利用することができる。

１ ハイブリッドパネルユニット
１０ パネルユニット
２０ 伝熱部材
２０ａ 平面部
２０ｂ 被覆部
３０ 支持部材
３０ａ 平板部
３０ｂ 囲繞壁部
４０ 収容空間
４１ 断熱材
１０１ 配管
１０３ シリンダ

Claims (6)

1. 太陽光によって発電を行う太陽電池パネルを有する太陽電池パネルユニットと、
   前記太陽電池パネルユニットの背面に伝熱可能に面接触する平面部、および、当該平面部に連続するとともに流体が流れる配管の外周面を被覆する被覆部を有する伝熱部材と、
   前記太陽電池パネルユニットの背面との間で前記伝熱部材を挟持して保持する支持部材と、を備えたことを特徴とする太陽光発電・集熱ハイブリッドパネルユニット。
2. 太陽光によって発電を行う太陽電池パネルが少なくとも設けられたパネルユニットの支持構造であって、
   前記パネルユニットの背面に伝熱可能に面接触する平面部、および、当該平面部に連続するとともに流体が流れる配管の外周面を被覆する被覆部を有する伝熱部材と、
   前記パネルユニットの背面との間で前記伝熱部材を挟持して保持する支持部材と、を備えたことを特徴とするパネルユニットの支持構造。
3. 前記伝熱部材の被覆部は、円筒状の配管の周方向に摺動可能であることを特徴とする請求項２記載のパネルユニットの支持構造。
4. 前記支持部材の角度を可変する可変装置をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載のパネルユニットの支持構造。
5. 前記支持部材は前記伝熱部材よりも伝熱性が低く、かつ、剛性が高い材質であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のパネルユニットの支持構造。
6. 前記支持部材は、
   前記伝熱部材に面接触するとともに、前記パネルユニットの背面との間で前記平面部を挟持する平板部と、
   前記平板部に連続するとともに、前記伝熱部材を挟持した状態で、前記伝熱部材の被覆部が収容される収容空間を形成する囲繞壁部と、
   前記収容空間に設けられた断熱材と、を備えていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のパネルユニットの支持構造。

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