JP2014017305A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ４２を組み込むフレーム枠体２０内の温度上昇を抑える。
【解決手段】フレーム枠体２０の上面側に太陽電池パネル１０を装着し、下面側を蓋板３１によって閉じるとともに、バッテリ４２を収納するケース体３２をフレーム枠体２０に組み込む。
【選択図】図２

Description

この発明は、太陽電池パネルにより独立電源として使用することができる太陽光発電装置に関する。

太陽電池パネルを装着する金属製のフレーム枠体にバッテリとインバータとを一体に組み込んで構成する太陽光発電装置が提案されている（特許文献１）。

従来の太陽光発電装置は、天地開放の浅い長方形のフレーム枠体の一面に太陽電池パネルを装着し、バッテリ、インバータは、太陽電池パネルとの間に空隙を設けてフレーム枠体に取り付けられている。そこで、バッテリ、インバータは、空隙の空気層が断熱材となり、太陽電池パネルからの熱が伝達され難いため、過大な温度上昇を避けることができるという。

特開２００３−１１５６０２号公報

かかる従来技術によるときは、フレーム枠体内の温度は、たとえば太陽光により太陽電池パネルの表面温度が６０℃を超えるような場合、バッテリやインバータの動作許容温度を簡単に超過し、全体が運転不能になってしまうことがあるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、フレーム枠体の下面を閉じる蓋板を設けるとともに、太陽電池パネルのバックシートに遮熱性の断熱塗料を塗布することによって、バッテリを組み込むフレーム枠体内の温度上昇を適切に抑えることができる太陽光発電装置を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、太陽電池パネルと、太陽電池パネルを上面側に装着するアルミニウム製のフレーム枠体と、フレーム枠体の下面側を閉じるアルミニウム製の蓋板と、金属製のケース体に収納してフレーム枠体に組み込む蓄電用のバッテリとを備えてなり、ケース体と太陽電池パネルとの間に断熱用の空気層を介在させ、太陽電池パネルのバックシートには、遮熱機能を有する断熱塗料を塗布することをその要旨とする。

なお、ケース体には、バッテリの充放電を制御する充放電コントローラを併せて収納することができ、バッテリの出力を交流変換するインバータを併せて収納することができる。

また、ケース体は、蓋板の内面に密着させて配置してもよい。

かかる発明の構成によるときは、フレーム枠体は、太陽電池パネルのバックシートに塗布する遮熱性の断熱塗料により、太陽電池パネル側からの熱の進入が阻止される上、上面側の太陽電池パネル、下面側の蓋板を介して両面が密閉されているため、高温の外気の影響も受け難い。その結果、たとえば外気温度３５℃超、太陽電池パネルの表面温度６０℃超のような苛酷な状態が日中の数時間程度継続しても、フレーム枠体内の温度は、十分低く抑えることができる。また、バッテリを収納する金属製のケースは、バッテリを機械的、熱的に隔離して保護する一方、フレーム枠体には、外部に開く開口部が全くないから、屋外の据置形の用途にも好適に適用することができる。

なお、遮熱機能を有する断熱塗料としては、たとえば（株）日進産業（東京都板橋区）製の断熱塗料「ガイナ」が使用できる。この塗料は、粒径約１０μｍ前後の球形中空セラミックビーズの含有率６０％の水溶性アクリル樹脂塗料であって、断熱性の中空セラミックビーズによる反射遮熱層を形成して高い遮熱断熱機能を発揮する。また、断熱塗料の塗布量は、２回塗りで０．４〜０．６mm厚（４００〜４６０ｇ／ｍ² ）とすることが好ましい。ただし、遮熱性の断熱塗料としては、たとえば日本特殊塗料（株）（東京都北区）の「パラサーモ」、ケスケー化研（株）（大阪府茨木市）の「クールタイト」なども使用可能である。

充放電コントローラ、インバータをケース体に併せて収納すれば、これらの電子機器をフレーム枠体内に一体に組み込むことができる。ただし、充放電コントローラ、インバータは、それぞれバッテリ用のケース体と別の個別のケース体に収納してもよく、バッテリ用のケース体と別の単一のケース体に一緒に収納してもよい。なお、インバータは、直流電力を出力する用途、たとえばＬＥＤ照明器具の点灯用の用途に限定する場合には、これを省略することができる。

ケース体は、蓋板の内面に密着させることにより、外気温度が下がった時に内部温度を速やかに下げ、内部の電子機器を適切に保護することができる。なお、蓋板は、日陰側であるから、表面温度が外気温度を超えることがなく、蓋板に密着するケース体は、蓋板とともに、内部の電子機器の放熱用としても作用させることができる。

全体構成斜視図 図１のＸ−Ｘ線矢視相当要部拡大模式断面図 電気系統図 動作説明線図

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

太陽光発電装置は、太陽電池パネル１０と、フレーム枠体２０とを主要部材としてなる（図１、図２）。なお、フレーム枠体２０の上面側には、太陽電池パネル１０が装着され、フレーム枠体２０の下面側は、蓋板３１によって閉じられている。

フレーム枠体２０は、同一断面のアルミニウム押出形材の枠材２１、２１、２２、２２を組み合わせ、天地開放の浅い長方形の枠状に形成されている。なお、長辺側の各枠材２１の上端縁、下端縁には、それぞれ内向きのフランジ２１ａが形成されており、内側上部にも、同一形状の別のフランジ２１ａが形成されている。短辺側の各枠材２２についても、全く同様である。すなわち、各枠材２２にも、フランジ２１ａ、２１ａ…と同形のフランジ２２ａ、２２ａ…が形成されている。

太陽電池パネル１０は、中間の太陽電池セルの封止層１１の上面、下面にそれぞれ白板強化ガラス１２、バックシート１３を積層するスーパストレート構造に構成されている。太陽電池セルの封止層１１は、所定数の太陽電池セルを直並列に接続し、透明なＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）の封止材によって封止されている。バックシート１３は、たとえばＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂フィルムとアルミニウムフォイルとの複合シートなどで形成されている。

太陽電池パネル１０の外周縁は、シール材１４を介し、フレーム枠体２０の各枠材２１の上部のフランジ２１ａ、２１ａ、各枠材２２の上部のフランジ２２ａ、２２ａの間に嵌め込まれて固定されている。また、太陽電池パネル１０の下面のバックシート１３上には、遮熱機能を有する断熱塗料を塗布することにより、所定膜厚の塗膜１５が全面に形成されている。

蓋板３１は、アルミニウム板であり、図示しないシール材を介し、フレーム枠体２０の下面側を着脱自在に閉じている。蓋板３１の内面には、鋼板またはアルミニウム板の金属製のケース体３２が密着して配置されており、ケース体３２には、電子機器４０が収納されている。なお、ケース体３２と太陽電池パネル１０との間には、断熱用の空気層Ａが介在され、空気層Ａの厚さは、少なくとも１０mm、より好ましくは３０mm以上に設定するものとする。

ケース体３２に収納する電子機器４０には、充放電コントローラ４１、バッテリ４２、インバータ４３が含まれている（図２、図３）。

太陽電池パネル１０の出力は、充放電コントローラ４１に含まれる充電用の半導体スイッチＳ1 、逆流防止用のダイオードＤを介して蓄電用のバッテリ４２に接続されている。また、バッテリ４２は、放電用の半導体スイッチＳ2 、インバータ４３を介して外部の出力端子３３に接続されている。なお、半導体スイッチＳ1 、Ｓ2 は、マイクロコンピュータを搭載する制御部４１ａからの制御信号によって個別に制御されている。

太陽電池パネル１０からの直流発電電力は、充電用の半導体スイッチＳ1 、逆流防止用のダイオードＤを介してバッテリ４２に蓄電される。また、バッテリ４２からの直流電力は、放電用の半導体スイッチＳ2 を介してインバータ４３に供給され、インバータ４３により、たとえば商用周波数の交流電力に変換された上、出力端子３３に接続する図示しない負荷に供給される。なお、バッテリ４２は、リチウムイオン電池が好ましいが、他の充電可能な蓄電池であってもよい。

充放電コントローラ４１の制御部４１ａは、朝になって太陽電池パネル１０の出力電圧が確立され、バッテリ４２の電圧がたとえば過充電復帰電圧より高く過充電設定電圧より低い所定の範囲内にあるとき、充電用の半導体スイッチＳ1 を導通させてバッテリ４２を充電する。また、制御部４１ａは、日没になって太陽電池パネル１０の出力電圧が低下し、バッテリ４２の電圧が過放電設定電圧にまで低下すると、図示しない表示器を介して警報出力し、たとえば数秒程度の所定の猶予時間後に放電用の半導体スイッチＳ2 を遮断して負荷を停止させる。なお、制御部４１ａは、日没後、数時間程度の所定時間の経過により負荷を自動的に停止させてもよい。

日中の外気温度の変化によるフレーム枠体２０内の温度変化データの一例を図４に示す。ただし、図４の曲線（１）、（２）は、それぞれ外気温度、太陽電池パネル１０の表面温度であり、曲線（３）、（４）は、それぞれ太陽電池パネル１０のバックシート１３上に遮熱機能を有する断熱塗料を塗布しないとき、塗布したときのフレーム枠体２０内の温度を示す。

試験開始時の朝９時頃の時点では、外気温度が約３０℃、太陽電池パネル１０の表面温度が約５０℃まで上昇しているが、フレーム枠体２０内の温度は、夜明け前の冷気によって約１０℃前後に保たれている。その後、太陽が高くなるに従って外気温度が高くなり、太陽電池パネル１０の表面温度も高くなって午後１時前後にピークを迎えるが、フレーム枠体２０内の温度は、殆ど上昇しない。一方、夕方に近付いて日が傾くと、外気温度がゆっくり低下し始め、太陽電池パネル１０の表面温度も低下するが、フレーム枠体２０内の温度は、却って緩やかに上昇する傾向となり、その後、夜間から明朝までの十分な時間の経過により、太陽電池パネル１０の表面温度とともに、外気温度の最低値に一致する傾向となる。なお、図４の曲線（３）、（４）によれば、遮熱性の断熱塗料の塗布の有無により、フレーム枠体２０内の温度を最大約１０℃前後も低下させ得ることが分かる。

以上の説明において、ケース体３２には、バッテリ４２だけを収納し、充放電コントローラ４１、インバータ４３は、バッテリ４２用とは別のケース体に個別に収納してもよく、別の単一のケース体に一緒に収納してもよい。また、インバータ４３は、バッテリ４２の出力を交流変換する必要がないとき、これを省略することができる。

なお、蓋板３１の表面に複数のＬＥＤ素子を配列して一体に付設すると、たとえば街灯用や、野立看板の照明用などとして一層便利に使用することができる。また、太陽光発電装置は、交通信号機の電源用や、交通標識の照明用などを含む任意の独立電源としても好適に使用可能である。

この発明は、屋外における据置形の用途だけでなく、携帯用や可搬用などの用途に対し、商用電源系統に接続することなく任意の負荷に給電する独立電源として広く好適に適用することができる。

Ａ…空気層
１０…太陽電池パネル
１３…バックシート
２０…フレーム枠体
３１…蓋板
３２…ケース体
４１…充放電コントローラ
４２…バッテリ
４３…インバータ

特許出願人 アクソンデータマシン株式会社

Claims (4)

1. 太陽電池パネルと、該太陽電池パネルを上面側に装着するアルミニウム製のフレーム枠体と、該フレーム枠体の下面側を閉じるアルミニウム製の蓋板と、金属製のケース体に収納して前記フレーム枠体に組み込む蓄電用のバッテリとを備えてなり、前記ケース体と前記太陽電池パネルとの間に断熱用の空気層を介在させ、前記太陽電池パネルのバックシートには、遮熱機能を有する断熱塗料を塗布することを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記ケース体には、前記バッテリの充放電を制御する充放電コントローラを併せて収納することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置。
3. 前記ケース体には、前記バッテリの出力を交流変換するインバータを併せて収納することを特徴とする請求項２記載の太陽光発電装置。
4. 前記ケース体は、前記蓋板の内面に密着させて配置することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の太陽光発電装置。

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