JP2013105800A - 太陽電池の着雪防止用光透過窓装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の課題は、設備が高価でなく、しかも少ない消費エネルギーで着雪を防止でき、且つ太陽光の強度の減衰が起こらない状態で太陽光を透過させるカバー窓である着雪防止用光透過窓装置を提供することである。
【解決手段】
本発明の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置は、太陽電池モジュールの太陽光を受ける面をカバーするように配置され、且つ太陽光を透過させるための光透過窓装置であって、それを構成するフレームとこのフレーム内に備えられ、フレームに比べてはるかに軽量の光透過性シート又は薄板状の窓材を有し、降雪又は及び温度を検知するセンサの出力を受けて駆動される振動体がこの軽量である窓材部を起振することで窓材部が振動し落下して付着しようとする又は付着した雪を弾き飛ばすことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の表面に着雪することなく、積雪の影響がない形で有効に太陽光をうけて発電することを可能とする太陽電池の着雪防止用光透過窓装置に関するものである。

従来、太陽電池は、降雪があると表面に付着した雪の影響で太陽光が十分吸収できず、発電量が極端に減少してしまう結果となり、その対策として、以下のようなことが提案され行われて来た。
特許文献1では、積雪を融解するために、太陽電池のモジュールに加熱装置を組み込むことが示されている。これは、電気を熱に変換しなければならず、しかも雪以外にもモジュール全体を暖めることになり、融雪の仕事効率は極めて低く、消費電力が大きい欠点と設備費が高価であるという欠点がある。
特許文献２では、太陽電池モジュールに誘電エラストマーの積層を付設して、これによる振動により太陽電池モジュールに振動を与えて、着雪を防止する提案があるが、熱に変換しないだけ効率は良いと思われるが、雪以外にもモジュール全体を振動させる構成のため着雪防止以外に余分なエネルギーの消費を要するとともに、太陽電池モジュールを作成する工程の中に誘電エラストマーの作成工程を入れ込む必要があり、通常降雪のない地域向けに作成される太陽電池の工程とは別に新たな工程の追加を必要とするため自由度が無く高価になる欠点がある。

特開２００１−３１１２６６ 特開２０１１−６０８３６

本発明の課題は、設備が高価でなく、しかも少ない消費エネルギーで着雪を防止でき、且つ太陽光の強度の減衰が起こらない状態で太陽光を透過させるカバー窓である着雪防止用光透過窓装置を提供することである。簡単な構成による低価格の実現と、通常１０万分の１グラム程度の極めて小さな質量である雪粒を弾き飛ばすことに対応して消費電力を格段に小さくすることにある。

本発明の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置は、太陽電池モジュールが水平面とのなす傾斜角より急傾斜で、太陽電池モジュールの太陽光を受ける面をカバーするように配置され、且つ太陽光を透過させるための光透過窓装置であって、それを構成するフレームとこのフレーム内に備えられ、振動を伝達するように弾性的に取り付けられ、フレームに比べて軽量の光透過性シート又は薄板状の窓部を有し、（降雪又は及び温度を検知するセンサの出力を受けて）駆動体により駆動される振動体がこの軽量である窓部を起振することで窓部が振動し付着しようとする又は付着した雪を弾き飛ばすことを可能とすることを特徴としている。

請求項１記載の発明は、太陽電池の着雪防止用光透過窓装置であって、
太陽電池モジュールが水平面とのなす傾斜角より急傾斜で、前記太陽電池モジュールの太陽光を受ける面をカバーするように配置され、且つ太陽光を透過させるための光透過窓装置であって、それを構成する窓枠であるフレームとこのフレーム内に備えられ、振動を伝達するように弾性的に取り付けられ、フレームに比べて軽量の光透過性シート又は薄板状の窓部を有し、振動する振動体が前記窓部を起振することで前記窓部が振動し付着しようとする又は付着した雪を弾き飛ばすことを可能とすることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置において、前記振動体は、気温が、降水が降雪になる虞がある所望の設定値以下かどうかで処理を行う温度センサ部と、又は／及び、降ってくる雪粒による赤外線の透過光又は反射光の強度と所望の設定値との大小関係により降雪を判断するための赤外線発光ダイオードとフォトダイオードを有する赤外線センサと第一の比較器による降雪センサ部を有する駆動体により駆動されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置において、
前記降雪センサ部の前記透過光又は反射光の強度と前記所望の設定値との大小関係により前記窓部を起振することに加えて、前記透過光又は反射光の強度に応じた前記起振の強度とすることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置において、前記窓部は、前記窓部の破壊強度以下になるように、風の力を分散するように前記フレームで支持された所望の面積以下の小窓部に分けて集積することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置において、前記フレームと前記窓部を弾き飛ばす雪が留まらないように面一に構成することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置において、前記窓部と前記フレームの構成する窓面の後面及び両側面から雪が入らないように閉じるための閉じ板を有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置において、前記窓部の外側の面を撥水性にすることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置において、前記温度センサ部は、温度センサと第二の比較器を有するか、又は、前記降雪センサ部又は及び前記振動体又は及び前記駆動体と電源との間に介挿され、
所望の温度以下で接続し、それ以外では切断しているバイメタルスイッチを有することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置において、前記振動体が発する振動は、人に聞こえない超音波振動であることを特徴とする。

以上の様に構成されているので、本発明の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置は、太陽電池モジュールを加熱又は振動の対象とした従来品に比べ、大幅にコスト及び消費電力の面で向上が図られている。

本発明による太陽電池の着雪防止用光透過窓装置の一実施態様を示す図である。 本発明による太陽電池の着雪防止用光透過窓装置の降雪センサと振動体の一例を説明する図である。 本発明による太陽電池の着雪防止用光透過窓装置を太陽電池照明装置に適用した一実施態様を示す図である。

本発明による太陽電池の着雪防止用光透過窓装置は、太陽電池モジュールが水平面とのなす傾斜角より急傾斜で、太陽電池モジュールの太陽光を受ける面をカバーするように配置され、且つ太陽光を透過させるための光透過窓装置であって、それを構成するフレームとこのフレーム内に備えられ、振動を伝達するように弾性的に取り付けられ、フレームに比べてはるかに軽量の光透過性シート又は薄板状の窓部を有し、（降雪又は及び温度を検知するセンサの出力を受けて）駆動体により駆動される振動体がこの軽量である窓部を起振することで窓部が振動し、付着しようとする又は付着した雪を弾き飛ばすものである。
以下、実施例で説明する。

図１は、本発明による太陽電池の着雪防止用光透過窓装置の一実施態様を示す図である。１−Ｂは、架台１０１上に設置された太陽電池モジュール１００を示す。太陽電池モジュール１００の太陽光を受ける面には、機械的ストレス等から保護するため光透過性のガラス板等の堅牢な板でカバーされている。降雪があるとこのカバー板上に積雪して光を反射・吸収し透過させなくなるため、太陽電池の発電量が極端に低下して使用できなくなる。太陽電池モジュール１００に対して、太陽電池の着雪防止用光透過窓装置１１０は、
１−Ａに示される。フレーム１１１は、光透過性（透明）且つ軽量のシート又は薄板状の窓部１１２を保持する窓枠部１１１Ａと窓枠部１１１Ａを保持し、着雪防止用光透過窓装置１１０を太陽電池モジュール１００又は、これを設置した架台１０１に取り付けるための取り付け枠１１１Ｂを有している。付着してくる雪粒の質量は、極めて小さく１０万分の３グラム程度であるので、これを飛ばすために必要なエネルギーは極めて小さくてよいので、起振される窓部１１２は軽量なほど好都合である。窓部は、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などの透明樹脂シートや、ガラス板などが使用できる。太陽電池への光透過を行う窓部に着雪しなければよいので、最低限の消費エネルギーで行うには、この窓部を起振すればよい。太陽電池の着雪防止用光透過窓装置は、太陽電池モジュールが水平面とのなす傾斜角より急傾斜で、太陽電池モジュールの太陽光を受ける面をカバーするように配置される。太陽電池モジュールに雪を積もらなくし、窓部から雪をスムーズに落下させるため、当然、太陽電池モジュールよりは傾斜角度は急になる。
太陽電池モジュールの受光面のカバーとは独立に窓部の材料を決められるので、窓部独自で雪が落下するように対処すればよいので自由度がある。
窓部は、雪が着雪しないで小さな振動でも落ちるように表面に撥水性を有することが好ましい。特に、１５０°以上の接触角を有するよう超撥水性の皮膜を備えることが好都合である。又、落下した雪がひっかからないように、フレーム１１１と窓部は、段差が無い面一に構成することがよい。
尚、窓部以外の両側面や後面からの雪の進入も阻止することが重要であるので、これらを封止する閉じ板を備えるとよい。

窓部１１２を起振するために、これに接触した振動する振動体１１３があり、これを駆動する駆動体１１４は、降雪を検知する又は及び温度を検知するセンサ１１５からの出力を受けて、雪を検出又は及び雪になるほどの低温の検出をした場合に振動体１１３を振動させる。振動のための電力は、太陽電池モジュールが発電し蓄電する蓄電池から得るのが好都合である。尚、温度が低温でない場合には、降雪センサ等の電源を切っておくことは消費電力の面で好都合である。同様に温度センサの変わりにバイメタルスイッチを使い、降雪センサ又は駆動体１１４、振動体１１３と電源との間に介挿させ、所望の温度より温度が高い場合は、スイッチが切れていて電力を消費しないので更に好都合である。バイメタルスイッチ自体は機械接点なので電力を消費しない点が良い。尚、センサで所望の値との比較で振動体を駆動するだけではなく、降雪の程度に応じた振動強度にすることも可能であり、駆動体１１４から起振する強度をセンサ入力に応じた大きさにすればよい。

センサ１１５では、降雪を検出する場合は、赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）から赤外線を発光させ、雪粒による赤外線の反射光又は透過光を受けるフォトダイオードで受光して、受光強度と所望の閾値を比較して、反射光では受光強度が閾値を越えた場合、透過光では受光強度が閾値を下回った場合に雪粒が検出されたとする。
常時、降雪を検出するのは消費電力の面で勿体ないので、降雪にならない温度では、センサ系の電力供給を切っておくのが望ましい。そのためには、温度センサで温度を検出して、所望の温度閾値を下回った場合にセンサ系の電力供給を行うのが好都合である。消費電力を少なくする順に言えば、起振する条件が雪粒を検出した場合、温度低下を検出した場合、常時となる。尚、窓部は、降雪以外に面積に比例した風を受けるので、窓部のサイズが大きいと、風圧の力が窓部の破壊強度を越えると窓部が破損をする。このため、窓部の材料の破壊強度が決まると、それに応じて小窓に分割して集積することが好ましい。

１−Ｃにおいては、１−Ａの太陽電池の着雪防止用光透過窓装置１１０を１−Ｂの太陽電池モジュール１００又は架台１０１に取り付けた状態を示している。駆動体１１４及びセンサ系への電力供給のための配線は、太陽電池モジュールが発電し蓄電する蓄電池に接続している。

図２は、本発明による太陽電池の着雪防止用光透過窓装置の降雪センサと振動体の一例を説明する図である。
降雪・温度センサ２００は、降雪の検出のためには、赤外線発光ダイオード２０１から赤外線を発光する。フォトダイオード２０２が雪粒による赤外線の反射光、又は透過光を受ける。フォトダイオード２０２の前には、赤外線のみを透過させることで感度を上げるため赤外線透過フィルタ２０３を挿入することが行われる。温度を検出する場合には、サーミスタ、熱電対などのよく知られたセンサを利用できる。センサの出力は、アナログ比較器（コンパレータ）２０４において、他方の入力である比較閾値の値と比較され、それより大きいか小さいかで１か０のデジタル値を出力する。この値は、タイマー等の駆動時間設定器２０５で所望の時間だけ出力され、この値で振動の発振器２０６を駆動する。例えば、降雪を検知するごとに３分間駆動するなどとなる。発振器２０６は、振動板を介して又は直接、光透過の窓部２０７を起振させる。発振器２０６は、小電力でよいが、音として聞こえるのは気になる場合は、２０ｋＨｚ以上の超音波振動を発するものが好ましい。尚、消費電力の大きさが気にならない場合は、センサにより積雪時に起振することをせず、常時起振してもかまわない。尚、発振器２０６の出力強度をセンサの入力に応じて変えるには、入力対応制御パス２０８のようにセンサの入力を適当な増幅器を介して発振器２０６に入力してもよい。このようにすると、雪の量が多い場合は、振動の強さが大きくなるような対応ができる。

図３は、本発明による太陽電池の着雪防止用光透過窓装置を太陽電池照明装置に適用した一実施態様を示す図である。
３−Ｂには、太陽電池照明装置を示している。太陽電池モジュール３０１が架台３０２に搭載され、架台３０２に接続して下側に照明灯収納部３０３があり、これらを支えるように支持台３０４がある。３−Ａでは、フレーム３１１は、光透過性（透明）且つ軽量のシート又は薄板状の窓部３１２を保持する窓枠部３１１Ａと窓枠部３１１Ａを保持し、着雪防止用光透過窓装置３１０を太陽電池モジュール３０１又は、これを設置した架台３０２に取り付けるための取り付け枠３１１Ｂを有している。赤外線発光ダイオード３１３とフォトダイオード３１４と駆動体３１５と振動体３１６が示されている。振動体３１６は、窓部３１２に振動を伝える。照明灯の大きさは小さいので、太陽電池も小さく、従って窓部３１２も小さいので、振動のパワーは小さくても良い。そのため、振動スピーカと呼ばれるものを振動体３１６として使用することもできる。
３−Ｃでは、３−Ａの太陽電池の着雪防止用光透過窓装置３１０を３−Ｂの太陽電池照明装置３００の太陽電池モジュール３０１又は架台３０２他に取り付けた状態を示している。

振動体としては、ここに示した以外に、多くのものが提案或いは販売されているので、これを使用できる。例えば、圧電素子による起振、特許文献２に示された誘電エラストマーによる起振、風力回転による回転ピンの窓部他への衝突による起振、スピーカによる起振など利用できる。又、窓部の起振は、必ずしも接触の必要はなく、窓部の材料と質量とその張り方で決まる固有振動数の周波数の発振器２０６を使えば、共振現象により振動を伝えることができる。
尚、太陽電池の着雪防止用光透過窓装置の横側は閉じ板などで閉鎖状態にあったほうが雪が横から入らなくて都合がよい。

以上のように本発明に係る太陽電池の着雪防止用光透過窓装置は、低消費エネルギーで着雪しようとする雪粒を弾き飛ばし着雪させず、光透過窓が太陽光を減衰させずに太陽電池モジュールの面に送達するので、産業上利用性が極めて大きい。

１００、３０１ 太陽電池モジュール
１０１、３０２ 架台
１１０、３１０ 着雪防止用光透過窓装置
１１１、３１１ フレーム
１１１Ａ、３１１Ａ 窓枠部
１１１Ｂ、３１１Ｂ 取り付け枠
１１２、２０７、３１２ 窓部
１１３、３１６ 振動体
１１４、３１５ 駆動体
１１５ センサ
２００ 降雪・温度センサ
２０１、３１３ 赤外線発光ダイオード
２０２、３１４ フォトダイオード
２０３ 赤外線透過フィルタ
２０４ アナログ比較器
２０５ 駆動時間設定器
２０６ 発振器
２０８ 入力対応制御パス
３００ 太陽電池照明装置
３０３ 照明灯収納部
３０４ 支持台

Claims (9)

1. 太陽電池モジュールが水平面とのなす傾斜角より急傾斜で、前記太陽電池モジュールの太陽光を受ける面をカバーするように配置され、且つ太陽光を透過させるための光透過窓装置であって、それを構成する窓枠であるフレームとこのフレーム内に備えられ、振動を伝達するように弾性的に取り付けられ、フレームに比べて軽量の光透過性シート又は薄板状の窓部を有し、振動する振動体が前記窓部を起振することで前記窓部が振動し付着しようとする又は付着した雪を弾き飛ばすことを可能とすることを特徴とする太陽電池の着雪防止用光透過窓装置。
2. 前記振動体は、気温が、降水が降雪になる虞がある所望の設定値以下かどうかで処理を行う温度センサ部と、又は／及び、降ってくる雪粒による赤外線の透過光又は反射光の強度と所望の設定値との大小関係により降雪を判断するための赤外線発光ダイオードとフォトダイオードを有する赤外線センサと第一の比較器による降雪センサ部を有する駆動体により駆動されることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置。
3. 前記降雪センサ部の前記透過光又は反射光の強度と前記所望の設定値との大小関係により前記窓部を起振することに加えて、前記透過光又は反射光の強度に応じた前記起振の強度とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置。
4. 前記窓部は、前記窓部の破壊強度以下になるように、風の力を分散するように前記フレームで支持された所望の面積以下の小窓部に分けて集積することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置。
5. 前記フレームと前記窓部を弾き飛ばす雪が留まらないように面一に構成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置。
6. 前記窓部と前記フレームの構成する窓面の後面及び両側面から雪が入らないように閉じるための閉じ板を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置。
7. 前記窓部の外側の面を撥水性にすることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置。
8. 前記温度センサ部は、温度センサと第二の比較器を有するか、又は、前記降雪センサ部又は及び前記振動体又は及び前記駆動体と電源との間に介挿され、
   所望の温度以下で接続し、それ以外では切断しているバイメタルスイッチを有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置。
9. 前記振動体が発する振動は、人に聞こえない超音波振動であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の太陽電池の着雪防止用光透過窓装置。
   

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