JP2013083235A - Solar power generator with hot water effect - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、現在市販されているほとんどの太陽光発電パネルは、温度の上昇により発電効率が低下するので、太陽光発電パネルを冷却しその廃熱を利用して発電と温水を得ることができる給湯効果付き太陽熱発電器を提供する。According to the present invention, most of the photovoltaic power panels currently on the market are reduced in power generation efficiency due to a rise in temperature. Therefore, it is possible to cool the solar power panel and use the waste heat to obtain power generation and hot water. Provide solar power generator with hot water supply effect.
現在太陽光を利用した発電および給湯の技術は個々の分野で広く提案されており、個々の設備として広く一般に利用されている。Currently, power generation and hot water supply technologies using sunlight have been widely proposed in individual fields, and are widely used as individual facilities.
しかし現在市販されているほとんどの太陽光発電パネルは、温度の上昇により発電効率が低下する欠点があった。However, most of the photovoltaic power panels currently on the market have a drawback that the power generation efficiency decreases due to an increase in temperature.
本発明は太陽光発電パネルの熱による発電効率低下を、太陽光発電パネルを冷却することにより夏場などの高温並びに直射日光による輻射熱などを取り除き、太陽光発電パネルの効率を向上させ本来の性能を発揮させるため給湯効果付き太陽熱発電機を提供する。The present invention reduces the power generation efficiency due to the heat of the photovoltaic power generation panel, removes the high temperature in summer and radiant heat due to direct sunlight, etc. by cooling the photovoltaic power generation panel, thereby improving the efficiency of the photovoltaic power generation panel and improving the original performance. A solar power generator with a hot water supply effect is provided in order to demonstrate it.
太陽光発電パネルの発電効率を阻害する熱を冷却するシステムにより、太陽光発電パネルの発電効率を一定に保ち、冷却の際に出る廃熱から再度発電し太陽光発電パネルで発電した電力にプラスすることにより総発電量を増加させる、現状では太陽光発電と太陽光給湯装置はそれぞれ個別の商品であるが本発明では一体化させることにより給湯も出来、家庭内の総エネルギー量を削減できる。The system that cools the heat generation efficiency of the solar power generation panel keeps the power generation efficiency of the solar power generation panel constant, and it generates power from the waste heat generated during cooling and adds to the power generated by the solar power generation panel. In the present situation, the solar power generation and the solar water heater are separate products, but in the present invention, hot water can be supplied by integrating them, and the total energy in the home can be reduced.
以上の説明から明らかなように、本発明にあたっては次に列挙する効果が得られる。
(1)太陽熱を利用して熱媒を蒸気化しタービンを駆動して発電機にて電力を得る。
(2)太陽光発電パネルを冷却することにより夏場などの高温並びに直射日光による輻射熱などを取り除き、太陽光発電パネルの効率を向上させ本来の性能を発揮させる。
(3)太陽熱を利用して熱媒を蒸気化しタービンを駆動して発電に使用した蒸気を凝縮するときに出る廃熱を再加熱により給湯に利用する温水を得る。As is clear from the above description, the following effects can be obtained in the present invention.
(1) The heat medium is vaporized using solar heat, the turbine is driven, and electric power is obtained by a generator.
(2) The solar power generation panel is cooled to remove high temperatures such as in summer and radiant heat due to direct sunlight, thereby improving the efficiency of the solar power generation panel and exhibiting the original performance.
(3) Hot water used for hot water supply is obtained by reheating waste heat generated when the heat medium is vaporized using solar heat to drive the turbine and condense the steam used for power generation.
以下本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
熱交換ユニット1の構造について
太陽光パネルAの熱を冷却し発電効率の向上を図り、その廃熱で発電給湯を担う蒸気を得るユニットである。
ユニットの主たる素材としては、温度変化と蒸気による圧力変化があることから金属であることが望ましいが、扁平状のチューブでも熱交換は可能と考える。
太陽光パネルAと熱交換ユニット1の接着は両面テープ等で固定するものとして、素材や冷却面積や液体などの重量を支えきれる接着力と耐久力が求められる。
冷却ユニット1は金属が望ましが、太陽光パネルAの冷却効果を説明するためここでは、あえてチューブを例に挙げて説明する、チューブの走行経路は太陽光パネルAの傾斜下部から平行に始まりつづら折りで太陽光パネルAの背面を蛇行し上部に至る経路をとり、チューブ同士の走行間隔は高熱環境での実験を繰り返し実施して、最適な間隔を割り出すことにより冷却温度の割り出しの資料となる。
熱交換ユニットの入り口と出口には一方弁を便い熱媒液の逆流を防止しタービンの回転抵抗にならないようにする。
熱媒は夏場では高温、冬場は低温となりそれぞれの気候に耐用出来る物が求められ、またある程度の温度で蒸気と化す物として、アルコールもしくは油やアンモニアなどを主体とした物とする、その求められる条件として高温下では沸点が約40度で、低温下では零下20度で液体であることが求められる、この熱交換ユニット1では高温では蒸気圧が上昇すると熱媒の循環速度も上がるので、自然に冷却効果が変化する、低温では配管内での凍結による破損を防止するため低温になると強制的に熱媒を循環させることにより凍結を防止する、強制的に熱媒を循環させるためには循環ポンプ7を蓄電池で駆動させる制御回路8が必要である。
熱交換ユニット1の入り口には異物除去のフィルターにより配管の目詰まりを防止する。
熱交換ユニット1内の熱媒は太陽光パネルAの発電が始まるのと同じような時期から循環するものとし、その動力源として制御回路8用に別に小規模の太陽光パネルが必要となる。About the structure of the heat exchange unit 1, it is a unit which cools the heat | fever of the solar panel A, aims at the improvement of power generation efficiency, and obtains the steam which bears power generation hot water with the waste heat.
The main material of the unit is preferably metal because of temperature changes and pressure changes due to steam, but heat exchange is also possible with flat tubes.
Adhesion between the solar panel A and the heat exchange unit 1 is fixed with a double-sided tape or the like, and an adhesive force and durability that can support the weight of a material, a cooling area, a liquid, and the like are required.
The cooling unit 1 is preferably made of metal, but in order to explain the cooling effect of the solar panel A, here, a tube will be described as an example. The travel path of the tube starts in parallel from the inclined lower part of the solar panel A. The back surface of the solar panel A meanders in a zigzag way and takes a route leading to the upper part. The distance between the tubes is repeatedly measured in a high-temperature environment, and the optimum distance is determined to provide a material for determining the cooling temperature. .
One-way valves are provided at the inlet and outlet of the heat exchange unit to prevent the backflow of the heat transfer liquid so that it does not become a rotational resistance of the turbine.
The heat medium is required to be able to withstand each climate due to high temperatures in the summer and low temperatures in the winter. In addition, as a material that turns into steam at a certain temperature, it is required to be mainly composed of alcohol, oil or ammonia. As a condition, it is required that the boiling point is about 40 degrees at high temperature and 20 degrees below zero at low temperature. In this heat exchange unit 1, the circulation rate of the heat medium increases as the vapor pressure increases at high temperature. The cooling effect changes at a low temperature. To prevent damage due to freezing in the piping at low temperatures, the heat medium is forcibly circulated at low temperatures to prevent freezing. To forcibly circulate the heat medium, it is circulated. A
The entrance of the heat exchange unit 1 is prevented from being clogged by a filter for removing foreign substances.
The heat medium in the heat exchange unit 1 is circulated from the same time as the start of power generation of the solar panel A, and a separate small solar panel is required for the
蒸気過熱ユニット2の構造について
蒸気加熱ユニット2では熱交換ユニットにて暖められた熱媒を再加熱し蒸気温度と蒸気圧力をあげることを目的とする。
熱交換ユニット1で暖められた熱媒は、熱交換ユニット1内で蒸気になる温度まで加熱すると太陽光パネルAの温度を有効に下げることが出来ないので、熱交換ユニット1とは別に熱媒液を加熱し沸騰させる場所が必要となる、その場所が蒸気加熱ユニット2であり、本発明の動力源である。
ユニットの主たる素材としては、温度変化と蒸気による圧力変化があることから金属であること、表面は黒色とし太陽熱の吸収を良くする、さらに外ケースを取り付けガラスを上面に使用することにより温室状態で温度を高く長時間維持する。
ユニットの構造は金属の長方形とし、表面積を大きくすることにより太陽熱を集める
熱交換ユニット1と蒸気加熱ユニット2を分けることにより太陽光パネルAの冷却効果を上げることが出来る、このことにより太陽光パネルAの温度を低い状態で維持する(夏場の太陽光パネル温度は約45℃あるとして、冷却液温度20℃と仮定して約20℃冷却できる、その温度差から太陽光パネルAの発電効果を約10パーセント向上できる。Concerning the structure of the
Since the heating medium heated by the heat exchange unit 1 cannot be effectively lowered when heated to a temperature at which the heat exchange unit 1 becomes steam, the heat medium separately from the heat exchange unit 1 A place where the liquid is heated and boiled is required, and that place is the
The main material of the unit is metal because of the temperature change and pressure change due to steam, the surface is black and the solar heat absorption is improved, and the outer case is attached and the glass is used on the top surface in the greenhouse state. Keep the temperature high for a long time.
The structure of the unit is a metal rectangle, and the cooling effect of the solar panel A can be improved by separating the heat exchange unit 1 that collects solar heat and the
タービンユニット3の構造について
蒸気過熱ユニット2で加熱され蒸気となった熱媒の力をタービンで回転力に変え、発電機9と循環ポンプ7の動力とする
タービンはターボシャフトで発電機9と循環ポンプ7を回すものとし温度変化に強い素材が求められる。Regarding the structure of the
凝縮ユニット4の構造について
凝縮ユニット4の蒸気タービン3から排出された蒸気を再び熱媒を液体に戻し低温の熱媒を作る役割を担う。
凝縮ユニット4は二重配管で外周には水、内周には蒸気を通すことにより再び熱媒を得る
外周の水温調整は水を給水することによる温度を維持するものとし、温度管理は蒸気タービン側(蒸気の入り口側)に温度センサーにより約40℃設定を取り付けることにより凝縮ユニット4内の温度上昇を制御することにより外周配管内の水の循環流速も制御することとなる、温度センサーを取り付けることにより冬季の凍結防止にも制御回路8で管理が出来る、制御回路8の電源は循環ポンプ7を初期駆動させる制御回路8用の小規模の太陽光パネルで発電される電源をバッテリーで維持する。
凝縮ユニット4の最終端の冷媒温度は水の温度と同等にするため配管長は実験を繰り返し決めることが望まれる、凝縮ユニット4の素材は温度変化に耐えうる金属とし表面には外気温変化の影響を受けにくいように、ウレタン巻きのような遮熱物が必要である。The structure of the
It is desirable that the pipe length should be determined repeatedly so that the refrigerant temperature at the final end of the
水温上昇ユニット5の構造について
水温上昇ユニット5は凝縮ユニット4から得た温水を給湯用に加熱することを目的とする
水温上昇ユニット5の配管は金属製とし表面を黒色とし太陽熱の吸収を良くし長方形にすることにより表面積を大きくし太陽熱を集める、さらに外ケースを取り付けガラスを上面に使用することにより温室状態で温度を高く長時間維持する。
配管は長方形配管に中間しきりを付け、中間しきりはさらに集熱フィンを構成することにより、配管の断面は円盤状となる、それにより水温の加熱面積が増加することになる。About the structure of the water temperature raising unit 5 The water temperature raising unit 5 is made of metal for the pipe of the water temperature raising unit 5 for heating hot water obtained from the
The pipes are provided with intermediate cuts on the rectangular pipes, and the intermediate cuts further constitute heat collecting fins, so that the pipes have a disk-like cross section, thereby increasing the water temperature heating area.
熱媒液タンク6の構造について
熱媒液タンク6は凝縮ユニット4で液体となった熱媒を貯留するタンクである。
構造は熱媒液タンク6の下一面に水が流れる配管を有し、水で液体の熱媒を常に冷却出来る構造とする。
熱媒は各ユニットを循環するが密閉回路となるので液量変化を確認出来る用に確認窓を備え付け、熱媒注水口はねじ式等の栓とする。Regarding the structure of the heat medium
The structure has a pipe through which water flows on the lower surface of the heat medium
The heat medium circulates through each unit, but since it becomes a closed circuit, a confirmation window is provided to check the change in liquid volume, and the heat medium inlet is a screw-type plug.
循環ポンプ7の構造について
循環ポンプ7は熱交換ユニット1の温度を一定に保つ役割を担い、太陽光発電パネルAが作動する時期から駆動するために、制御回路8用に別に小規模の太陽光パネルが必要となる。
循環ポンプ7はターボシャフトで発電機9とタービン3を回すものとし、太陽光発電パネルAが作動する時期と低温では配管内での凍結による破損を防止するため低温になると強制的に冷却液を循環させることにより凍結を防止する、そのため循環ポンプ7を蓄電池で駆動させる制御回路8が必要である。Regarding the structure of the
The
制御回路8の構造について
温度センサーにより水温調整と凍結防止を目的として蓄電池で作動するものとする。
制御回路の作動部は循環ポンプと凝縮ユニットを制御する。It is assumed that the structure of the
The operating part of the control circuit controls the circulation pump and the condensing unit.
発電機9の構造について
タービンユニット3で得られた回転力を電力に換える働きをになう。The structure of the generator 9 serves to change the rotational force obtained by the
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