JP2013021132A

JP2013021132A - 太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法及びその装置

Info

Publication number: JP2013021132A
Application number: JP2011153282A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Yamazaki; 貴修山崎
Original assignee: LIFELINE SERVICE CO Ltd
Current assignee: LIFELINE SERVICE CO Ltd
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】温度変化による太陽光発電パネルの発電効率の低下を防止して、簡易に発電効率を向上させる太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法及びその装置である。
【解決手段】複数の太陽光発電パネル３を受光面３ａが同一角度で傾斜するように相互に一体に連結して矩形状に設置した太陽光発電パネル群１において、受光面３ａの温度を調節するために、太陽光発電パネル群１の傾斜方向の上端部１ａ及び上端部に直交する両側部１ｂ，１ｃの三方向から太陽光発電パネル群１の受光面３ａに水を散水する太陽光発電パネル３における受光面３ａの温度調節方法及びその装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法及びその装置に関し、特には温度変化による太陽光発電パネルの発電効率の低下を防止して、簡易に発電効率を向上させるものである。

現在世界中で石油や石炭に代わるクリーンな代替エネルギーが求められており、そのための再生可能エネルギーとして、太陽電池を利用して太陽光のエネルギーを直接的に電力に変換する太陽光発電の普及が図られている。そして、大規模な太陽光発電装置のみならず、各家庭への太陽光発電装置の設置も推奨されており、既に各種の製品が提供されている。

現在、太陽電池として最も広く普及しているシリコン太陽電池を使用した太陽光発電パネルは温度の影響を受けやすく、ＪＩＳ規格に定められているところでは、太陽光発電パネルの温度が２５℃の場合が一番発電効率がよいとされている。そのため、太陽光の受光量が多い程、発電量が大きくはなるが、一方において温度変化に伴って発電効率が低下することとなる構造上の問題がある。

一般に太陽光発電パネルの温度が２５℃から１℃上昇すると、約０．５％〜１％の発電効率の欠損となることが知られている。夏場であれば、太陽光発電パネルを設置した屋根上は７０℃近くにもなるため、最適温度である２５℃に対して＋４５℃となり、４５℃×０．５％＝２２．５％の欠損となってしまう。例えば、発電能力が４．２ＫＷの太陽光発電システムを設置したとして、実際の発電効率は発電能力の約７０％〜８０％（約２．９４ＫＷ〜３．３６ＫＷ程度）に留まるのが実情である。同様に冬場における温度下降によっても発電効率が低下してしまう。更に、太陽光発電パネル上に塵や埃が付着したり、或いは積雪などによって影が生じると極端に発電効率が低下してしまう。

そこで、従来より太陽光発電パネルに散水することによって太陽光発電パネルを冷却し、発電効率を向上させる手段が種々提供されている。例えば、太陽電池の温度上昇を抑えるために、太陽電池を設置した枠体の上側に給水タンクを取り付け、温度上昇により給水タンクの給水口を自動弁で開くことにより、散水する太陽電池冷却装置が提供されている（特許文献１）。また、傾斜した屋根面に設置された太陽電池パネルの受光面に沿って放水する放水手段を設けたり（特許文献２）、貯水槽に貯水した雨水を供給手段を介して散水装置に供給して太陽光発電パネルに散水する手段も提供されている（特許文献３）。更に、単に散水をするのではなく、太陽光発電パネルの上端部に配置され、受光面に散水をする円形パイプの複数の散水孔の向きを受光面に対して各々変化させた散水システムも提供されている（特許文献４）。

特開平８−１９５５０３号公報特開２００２−８８９９４号公報特開２００３−５６１３５号公報特開２００８−１１８０４６号公報

前記した特許文献１〜特許文献３に示すように、太陽光発電パネルの上側から散水をしただけでは、又特許文献４に示すように、太陽光発電パネルの上端部に設置した円形パイプの複数の散水孔の向きを受光面に対して各々変化させて散水したとしても、太陽光発電装置を構成する全ての太陽光発電パネルに冷却効果のある散水を行うことはできない。

一般家庭に設置する太陽光発電装置は、屋根やベランダ等の太陽光発電装置を設置する場所の面積に応じて、例えば横１４７６ｍｍ×縦９８４ｍｍのサイズの太陽光発電パネルを必要個数だけ受光面が同一角度で傾斜するように相互に一体に連結して、所定面積の矩形状の太陽光発電パネル群として設置される。このとき、個々の太陽光発電パネルは、水切りのために相互に２０ｍｍ程度の隙間を有して連結されている。よって、太陽光発電パネルを冷却するために、上方から散水した水は、次の太陽光発電パネルに供給する前に、水切り用の隙間から流出してしまい、次の太陽光発電パネルに供給されないことも多くある。

また、特許文献４に示すように受光面に対する散水孔の角度を変化させたとしても、太陽光発電パネルの上方からの一方向の散水では、風等の自然の影響もあり、又散水する水の圧力が一定であるため、太陽光発電パネル群を構成する全ての太陽光発電パネルに冷却効果のある散水を行うことは困難である。特に設置面積の大きい太陽光発電パネル群になるほどその傾向が強くなる。

そして、複数の太陽光発電パネルからなる太陽光発電パネル群においては、一部にでも散水による冷却効果が得られない太陽光発電パネルが存在すると、太陽光発電パネル群全体として発電効率が低下してしまう。即ち、太陽光発電パネル群の一部に冷却効果のある散水を施したとしても、冷却による発電効率の向上効果を十分に得ることはできない。更に、散水するだけでは積雪や冬期の温度低下に対応することも困難である。

更に、前記した従来技術はいずれも大がかりな設備を必要とし、専用のセンサーや専用の貯水タンク等が必要であり、又システムも複雑となるため、耐久性に欠けメンテナンスが必要となる。よって、前記した従来技術は費用対効果が悪く、コストと耐久性の両面からみて一般家庭への普及が困難である。

そこで、本発明は上記課題を解決するために、温度変化による太陽光発電パネルの発電効率の低下を防止して、簡易に発電効率を向上させるための太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法及びその装置を提供することを目的としている。

複数の太陽光発電パネルを受光面が同一角度で傾斜するように相互に一体に連結して矩形状に設置した太陽光発電パネル群において、受光面の温度を調節するために、太陽光発電パネル群の傾斜方向の上端部及び上端部に直交する両側部の三方向から太陽光発電パネル群の受光面に水を散水する太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法を基本として提供する。

また、太陽光発電パネル群の受光面の全域に散水することにより、散水によって太陽光発電パネル群を構成する全ての太陽光発電パネルの受光面の温度を調節可能とした方法、受光面に対して複数の散水角度で水を散水する方法、受光面に対して複数の散水方向に水を散水する方法、受光面に対して複数の散水方向に水を散水することにより、水をクロスさせて散水する方法、水を加圧して圧力水として散水する方法、水を一定時間毎に散水する方法、及び水を加温した湯として散水する方法を提供する。

更に、上記した太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法を実施するために、複数の太陽光発電パネルを受光面が同一角度で傾斜するように相互に一体に連結して矩形状に設置した太陽光発電パネル群と、太陽光発電パネル群の傾斜方向の上端部及び該上端部に直交する両側部の三方向に隣接して設置された散水装置と、散水装置に穿設された複数のノズルと、散水装置に水を供給する水供給装置からなり、散水装置のノズルから太陽光発電パネル群の受光面に対して三方向から水を散水する太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節装置を提供する。

そして、平面視においてコ字状に形成した散水装置によって、太陽光発電パネル群の傾斜方向の上端部及び該上端部に直交する両側部を囲繞する構成、中空筒状体であって周面に複数のノズルを穿設した散水管を複数連結して散水装置を形成するとともに、受光面に対するノズルの角度が異なるよう中空の散水管を連結する構成を提供する。また、中空筒状体であって周面に複数のノズルを穿設した散水管を複数連結して散水装置を形成するとともに、複数の散水管におけるノズルの穿設方向が異なるようノズルを穿設した構成、水供給装置に加圧ポンプを付設し、水を加圧して圧力水として散水する構成、水供給装置にタイマーを付設し、水を一定時間毎に散水する構成、及び水供給装置に水又は湯を切り替えて供給できる供給バルブを付設し、水又は湯を選択して散水する構成を提供する。

以上記載した本発明によれば、平面視においてコ字状に形成した散水装置によって、受光面が同一角度で傾斜するように相互に一体に連結して矩形状に設置した太陽光発電パネル群の傾斜方向の上端部及び上端部に直交する両側部の三方向から受光面に水を散水することができ、更に、散水方向や角度を変化させることができるため、受光面の全域に散水することが容易となる。そのため、太陽光発電パネルの受光面の温度を発電効率に適した温度帯に調節することができる。よって、受光面の温度変化に伴う発電効率の低下を防止して、簡易に発電効率を向上させることができる。また、簡易な構成であるため、費用対効果に優れ、一般家庭において設置することが容易である。しかも水に代えて湯を散水することもできるため、雪や凍結にも対応することが可能である。

本発明にかかる太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節装置の要部配置図。散水装置の平面図。散水管の部分断面図。ノズルの断面図。散水装置の要部側面図。温度調節装置の側面配置図。温度調節装置の平面配置図。散水状態を示す説明図。

以下図面に基づいて本発明にかかる太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法及びその装置の実施形態を説明する。図１は本発明にかかる太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節装置の要部配置図、図２は散水装置の平面図である。図において、１は太陽光発電パネル群、２は散水装置である。

太陽光発電パネル群１は、複数の太陽光発電パネル３を、その受光面３ａが同一角度で傾斜するとともに、相互に隙間４を有して連結することにより矩形状に形成されて、太陽光の受光に適した南面の屋根５に設置されている。本発明でいう矩形状とは全体として矩形状を呈していればよく、屋根５の形状によって太陽光発電パネル群１に多少の凹凸が形成されていてもよい。図示例では、横寸法１４７６ｍｍ×縦寸法９８４ｍのサイズの太陽光発電パネル３を横に６台、縦に４台連結した例を示しており、縦方向及び横方向において隣接する太陽光発電パネル３の間にはそれぞれ２０ｍｍ程度の水切り用の隙間４が確保されている。よって、太陽光発電パネル群１は幅寸法Ｗが８９５６ｍｍ、縦寸法Ｌが３９９６ｍｍとなっている。

また、太陽光発電パネル３の受光面３ａは、屋根５の傾斜面に沿って屋根５に設置した架台（図示略）を介して同一角度に傾斜して設置されている。なお、これらの太陽光発電パネル３としてはシリコン太陽電池を使用した既存の太陽光発電パネルを使用する。

散水装置２は図１，図２に示すように、平面視においてコ字状に形成されて、太陽光発電パネル群１の傾斜方向の上端部１ａ及び上端部１ａに直交する右側部１ｂ及び左側部１ｃの三方向から太陽光発電パネル群１を囲繞するように、太陽光発電パネル群１に隣接して設置されている。よって、散水装置２の右側部２ｂ及び左側部２ｃは、それぞれ太陽光発電パネル群１の右側部１ｂ及び左側部１ｃと対面して設置されている。図示例においては、上端部２ａの幅寸法Ｗ１は９２１６ｍｍ〜９２５６ｍｍ、右側部２ｂ及び左側部２ｃの縦寸法Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ４２２６ｍｍ〜４２４６ｍｍとした。この縦寸法Ｌ１，Ｌ２は同一の長さでなくともよい。なお、図示例では太陽光発電パネル群１と散水装置２の間隔は１００ｍｍとした。

散水装置２は、中空筒状体であって周面に複数のノズル７を穿設した散水管６をコ字状に連結して形成されている。散水装置２を形成する散水管６は中空円筒状体であって、図示例では長さ３００ｍｍ〜１５００ｍｍ、直径３０ｍｍ〜５０ｍｍのＳＵＳ４４４以上のステンレス製のものを組み合わせて使用した。この散水管６の一端部には雄螺子６ａが、又他端部には雌螺子６ｂが螺刻されており、この雄螺子６ａと雌螺子６ｂに長さの異なる複数の散水管６をそれぞれ相互に螺合することによって一体として連結することができる。また、散水管６の周面には一定間隔で複数のノズル７が穿設されている。図示例ではノズル７間のピッチＰを２０ｍｍ〜４０ｍｍとして直径３ｍｍ〜５ｍｍの円孔を穿設した。

ノズル７は散水管６の中心軸に対する穿設方向が、散水管６によって上下左右の任意の方向に異なるように穿設してもよい。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は散水管６におけるノズル７の縦断面図であり、図４（Ａ）は散水管６の中心軸に対して直交する方向に、図４（Ｂ）は中心軸に対して斜め上方に放射状に、図４（Ｃ）は中心軸に対して斜め下方に放射状に、それぞれノズル７が穿設されている。また、図４（Ｄ）〜図４（Ｆ）は散水管６におけるノズル７の横断面図であり、図４（Ｄ）は散水管６の中心軸に対して直交する方向に、図４（Ｅ）は斜め右方に斜交する方向に、図４（Ｆ）は斜め左方に斜交する方向に、それぞれノズル７が穿設されている。更に、これらの方向を組み合わせて任意の方向にノズル７を穿設することができる。

図５は散水管６を連結した散水装置２の要部側面図であり、図示例では、ノズル７の上下方向の位置が異なる散水管６を連結した例を示している。このようにノズル７を種々の方向に穿設した散水管６を使用することによって、ノズル７からの散水を複数の角度及び複数の方向に交差させて散水することができる。

散水管６をコ字状に連結するためには、図２に示すように三方向に開口した中空のＴ字管８の両側に散水管６を連結し、更にその散水管６に必要本数の散水管６を連結して、散水装置２の上端部２ａを形成する。次に上端部２ａの両端部にそれぞれＬ字管９ａ，９ｂを連結し、このＬ字管９ａ，９ｂに必要本数の散水管６を垂下させて連結する。そして、散水管６のそれぞれの開放端部に蓋部材１０ａ，１０ｂを被冠させて密閉する。なお、このＴ字管８及びＬ字管９ａ，９ｂにもノズル７を穿設してもよい。

このようにしてコ字状に形成した散水装置２の設置に際しては、太陽光発電パネル群１の受光面３ａよりもノズル７が高い位置であって、かつ、受光面３ａと同一の傾斜となるように、図６に示すように支持部材１１を介して屋根５に固定する。支持部材１１としては既存の各種部材が使用可能であり、例えば、裏面滑り止めのゴムが貼着されて５０ｍｍ〜１５００ｍｍ程度の高さ調節可能な一つ孔Ｔ足金具を屋根５上に所定間隔で立設するとともに、この一つ孔Ｔ足金具の孔に、散水装置２の散水管６を結束したステンレス製の管径バンドを挿通してボルトで固定するとよい。なお、散水管６のノズル７が受光面３ａよりも高い位置であれば、散水装置２の傾斜角度は太陽光発電パネル群１の受光面３ａの傾斜角度と同一でなくともよい。

散水装置２には、給水装置１２から水を供給する。給水装置１２としては家庭用給水施設から分岐して供給すればよい。その一例を図６、図７に基づき説明する。図に示すように、台所や風呂等の家庭用給水施設１３に給水するための水１４を配管１６を介して三方向バルブ１８に供給する。この三方向バルブ１８から配管１９を介して水を加圧ポンプ２０に供給し、加圧ポンプ２０から給水管２１を介して散水装置２のＴ字管８に水を供給する。そして、加圧ポンプ２０の前後の配管１９及び給水管２１には点検用のボールバルブ２２，２３を装備する。

給水管２１には流量計２４が装備されており、給水管２１を通過する水の量を計測することができる。２５はタイマであり、設定内容に従って三方向バルブ１８の開閉操作を行うことができる。また、流量計２４からの水の通過量のデータはタイマ２５にデータとして送られる。なお、水１４に代えて湯１５を三方向バルブ１８に供給するようにしてもよい。また、三方向バルブ１８やタイマ２５は家屋２６内の所定位置、例えば台所等に設置しておけば、日常的に操作が可能であって便宜である。

上記構成の散水装置２を使用して太陽光発電パネル群１の受光面３ａの温度調節を行う方法は次の通りである。太陽光発電装置には一般に現在の発電効率を示す測定表示器が設置されているため、この測定表示による発電効率の低下を検知し、或いは温度計等によって太陽光発電パネル３の受光面３ａの温度が基準となる２５℃を大きく超えていると検知した場合に、三方向バルブ１８を開いて水を配管１９から加圧ポンプ２０を経て給水管２１に供給し、散水装置２を構成する散水管６のノズル７から水を散水する。

散水装置２はコ字状に形成されており、太陽光発電パネル群１の傾斜方向の上端部１ａ及び上端部１ａに直交する右側部１ｂ及び左側部１ｃの三方向から太陽光発電パネル群１を囲繞するように、太陽光発電パネル群１に隣接して設置されている。そのため、図８の散水状態を示す説明図に示すように、太陽光発電パネル群１の傾斜方向の上端部１ａ及び上端部１ａに直交する両側部（右側部１ｂ、左側部１ｃ）の三方向から太陽光発電パネル群１の受光面３ａに水を散水することができるため、太陽光発電パネル群１を構成する各太陽光発電パネル３の全ての受光面３ａの全域に散水を行き渡らせることが可能であり、受光面３ａの温度を調節することができる。即ち、受光面３ａの温度が高いときは、散水によって受光面３ａの温度を基準となる２５℃に近づくように調節することができる。

散水する水の量や時間は任意に定めることができ、太陽光発電装置の測定表示器による発電効率の状況や散布時間、流量計２４によって測定した散水量、更には外気の温度等によって受光面３ａの温度が低下すれば、三方向バルブ１８を閉じて散水を停止すればよい。なお、散水する水の圧力が不足する場合は、加圧ポンプ２０を稼働してノズル７から散水する水の圧力を高めることができる。

また、ノズル７の穿設方向や角度を調節し、受光面３ａに対して複数の散水角度や複数の散水方向に水を散水することによって、図８に示す状態から、更に受光面３ａに水をクロスさせて散水することもできる。

三方向バルブ１８の開閉操作はタイマ２５の設定によって一定時間毎に自動的に行うこともでき、散水する時間及び散水量によって三方向バルブ１８の開閉動作を行えばよい。また、受光面３ａの温度に関わりなく、塵や埃によって受光面３ａに影ができて発電効率が低下している場合にも、散水をすることによって塵や埃を取り除くことができる。

また、冬期や積雪時等においては水１４に代えて、三方向バルブ１８の操作によって湯１５を給水管２１に供給するようにしてもよい。

１…太陽光発電パネル群
２…散水装置
３…太陽光発電パネル
３ａ…受光面
４…隙間
５…屋根
６…散水管
７…ノズル
８…Ｔ字管
９ａ，９ｂ…Ｌ字管
１０ａ，１０ｂ…蓋部材
１１…支持部材
１２…給水装置
１３…家庭用給水施設
１４…水
１５…湯
１８…三方向バルブ
２０…加圧ポンプ
２４…流量計
２５…タイマ

Claims

複数の太陽光発電パネルを受光面が同一角度で傾斜するように相互に一体に連結して矩形状に設置した太陽光発電パネル群において、
受光面の温度を調節するために、太陽光発電パネル群の傾斜方向の上端部及び上端部に直交する両側部の三方向から太陽光発電パネル群の受光面に水を散水することを特徴とする太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法。
太陽光発電パネル群の受光面の全域に散水することにより、散水によって太陽光発電パネル群を構成する全ての太陽光発電パネルの受光面の温度を調節可能とした請求項１記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法。
受光面に対して複数の散水角度で水を散水する請求項１又は２記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法。
受光面に対して複数の散水方向に水を散水する請求項１，２又は３記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法。
受光面に対して複数の散水方向に水を散水することにより、水をクロスさせて散水する請求項１，２又は３記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法。
水を加圧して圧力水として散水する請求項１，２，３，４又は５記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法。
水を一定時間毎に散水する請求項１，２，３，４，５又は６記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法。
水を加温した湯として散水する請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節方法。
複数の太陽光発電パネルを受光面が同一角度で傾斜するように相互に一体に連結して矩形状に設置した太陽光発電パネル群と、太陽光発電パネル群の傾斜方向の上端部及び該上端部に直交する両側部の三方向に隣接して設置された散水装置と、散水装置に穿設された複数のノズルと、散水装置に水を供給する水供給装置からなり、
散水装置のノズルから太陽光発電パネル群の受光面に対して三方向から水を散水することを特徴とする太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節装置。
平面視においてコ字状に形成した散水装置によって、太陽光発電パネル群の傾斜方向の上端部及び該上端部に直交する両側部を囲繞する請求項９記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節装置。
中空筒状体であって周面に複数のノズルを穿設した散水管を複数連結して散水装置を形成するとともに、受光面に対するノズルの角度が異なるよう中空の散水管を連結した請求項９又は１０記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節装置。
中空筒状体であって周面に複数のノズルを穿設した散水管を複数連結して散水装置を形成するとともに、複数の散水管におけるノズルの穿設方向が異なるようノズルを穿設した請求項９，１０又は１１記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節装置。
水供給装置に加圧ポンプを付設し、水を加圧して圧力水として散水する請求項９，１０，１１又は１２記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節装置。
水供給装置にタイマーを付設し、水を一定時間毎に散水する請求項９，１０，１１，１２又は１３記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節装置。
水供給装置に水又は湯を切り替えて供給できる供給バルブを付設し、水又は湯を選択して散水する請求項９，１０，１１，１２，１３又は１４記載の太陽光発電パネルにおける受光面の温度調節装置。