JP2015126180A - Snow melting solar cell panel and snow melting panel - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of photovoltaic power generation even in winter, using solar cell panels mounted on the roof of a house in a snow zone.SOLUTION: The snow melting solar cell panel, having carbon nanotube layers stacked on a substrate, includes: a heating sheet heated by energizing the carbon nanotube layers, and solar cell modules to be integrated with the heating sheet.

Description

本発明は、融雪太陽電池パネルおよび融雪パネルに関する。   The present invention relates to a snowmelt solar cell panel and a snowmelt panel.

従来、太陽光発電に用いる太陽電池モジュールは、ガラス基板と耐候性フィルムとの間に複数の太陽電池セルを配設し、これらを封止材により封止する構造を有している(特許文献1参照)。   Conventionally, a solar cell module used for photovoltaic power generation has a structure in which a plurality of solar cells are disposed between a glass substrate and a weather resistant film, and these are sealed with a sealing material (Patent Literature). 1).

特開2011−159726号公報JP 2011-159726 A

ところで、近年は積雪地帯においても太陽光発電を有効に利用する要求が高まって来ている。しかし、一般に、太陽電池パネルは屋根上に取り付けられるため、太陽電池パネル上に積雪すると、太陽光発電が困難になる場合がある。
本発明の目的は、積雪地帯の家屋の屋根上に取り付けられた太陽電池パネルを使用して、冬季においても太陽光発電が可能な技術を提供することにある。
By the way, in recent years, there is an increasing demand for effective use of solar power generation even in snowy areas. However, in general, since the solar cell panel is mounted on the roof, it may be difficult to generate solar power if snow is deposited on the solar cell panel.
An object of the present invention is to provide a technology capable of photovoltaic power generation even in winter using a solar cell panel mounted on a roof of a house in a snowy area.

本発明によれば、基板上に積層されたカーボンナノチューブ層を有し、当該カーボンナノチューブ層に通電することにより発熱する発熱シートと、前記発熱シートと一体になるように積層された太陽電池モジュールと、を有することを特徴とする融雪太陽電池パネルが提供される。
ここで、前記発熱シートの前記カーボンナノチューブ層は、予めカーボンナノチューブを所定の媒体中に分散させたカーボンナノチューブ分散配合液を、前記基板の表面に塗布またはスプレーして形成されることが好ましい。
また、本発明によれば、基板上に積層されたカーボンナノチューブ層を有し、当該カーボンナノチューブ層に通電することにより発熱する発熱シートを備えることを特徴とする融雪パネルが提供される。
According to the present invention, a heating sheet having a carbon nanotube layer stacked on a substrate and generating heat by energizing the carbon nanotube layer, and a solar cell module stacked so as to be integrated with the heating sheet, The snowmelt solar cell panel is provided.
Here, it is preferable that the carbon nanotube layer of the heat generating sheet is formed by applying or spraying a carbon nanotube dispersion compounded liquid in which carbon nanotubes are previously dispersed in a predetermined medium on the surface of the substrate.
In addition, according to the present invention, there is provided a snow melting panel comprising a carbon nanotube layer laminated on a substrate, and comprising a heat generating sheet that generates heat by energizing the carbon nanotube layer.

本発明の融雪太陽電池パネルによれば、積雪地帯の家屋の屋根上に取り付けられた太陽電池パネルを使用して、冬季においても太陽光発電が可能となる。   According to the snowmelt solar cell panel of the present invention, solar power generation is possible even in winter using a solar cell panel mounted on the roof of a house in a snowy area.

融雪太陽電池パネル付き屋根板の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the roof board with a snow melting solar cell panel. 融雪太陽電池パネルの一例を説明する概略平面図である。It is a schematic plan view explaining an example of a snowmelt solar cell panel. 融雪太陽電池パネルの実施の形態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining embodiment of a snow melting solar cell panel. 融雪パネルの構造を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of a snow melting panel. 融雪太陽電池パネルの発火防止機能を備えた配線系統図である。It is a wiring system diagram provided with the ignition prevention function of a snow melting solar cell panel. 図5に示した各発熱シートユニットが備える端子ボックスを説明する拡大図である。It is an enlarged view explaining the terminal box with which each heat_generation | fever sheet unit shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。すなわち、実施の形態の例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、本明細書において、「層上」等の「上」は、必ずしも上面に接触して形成される場合に限定されず、離間して上方に形成される場合や、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary. That is, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples, unless otherwise specified. . The drawings used are examples for explaining the present embodiment and do not represent actual sizes. The size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Further, in this specification, “on” such as “on the layer” is not necessarily limited to the case where it is formed in contact with the upper surface, and is formed on the upper side in a separated manner or between layers. It is used in a sense that includes an intervening layer.

<融雪太陽電池パネル付き屋根>
図1は、本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネルを設置した屋根(融雪太陽電池パネル付き屋根1)の一例を説明する図である。図1に示すように、融雪太陽電池パネル付き屋根1は、建物2の上部に施工され、複数の融雪太陽電池パネル100から構成された太陽電池アレイが設置されている。
融雪太陽電池パネル100を構成する太陽電池モジュール20を備えた発電システムは、太陽電池モジュール20が発電した直流電圧を一つにまとめる接続箱3と、分電設備として、太陽電池モジュール20が発電した直流電圧を交流電圧に変換するパワーコンディショナ(直流交流変換器)4と、パワーコンディショナ4により変換された交流電圧を建物2内の家電製品E等に供給する分電盤5とを有している。パワーコンディショナ4を介して分電盤5に供給された電力は、建物2外の給電設備7にも供給される。ここで、給電設備7は、発電所にて発電した電力を供給する設備である。また、給電設備7から供給された電力は、分電盤5を含む分電設備に供給され、さらに、建物2内の家電製品E等に供給される。建物2外の給電設備7に供給される電力と、給電設備7から供給された電力は、それぞれ、売電メータ6aと買電メータ6bにより表示される。
<Roof with snow melting solar panel>
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a roof (a roof 1 with a snow melting solar cell panel) on which a snow melting solar cell panel to which the present embodiment is applied is installed. As shown in FIG. 1, a roof 1 with a snow melting solar cell panel is constructed on an upper part of a building 2, and a solar cell array composed of a plurality of snow melting solar cell panels 100 is installed.
In the power generation system including the solar cell module 20 constituting the snow melting solar cell panel 100, the solar cell module 20 generates power as a junction box 3 that combines the DC voltages generated by the solar cell module 20 into one, and power distribution equipment. It has a power conditioner (DC AC converter) 4 that converts a DC voltage into an AC voltage, and a distribution board 5 that supplies the AC voltage converted by the power conditioner 4 to home appliances E in the building 2. ing. The power supplied to the distribution board 5 through the power conditioner 4 is also supplied to the power supply equipment 7 outside the building 2. Here, the power supply facility 7 is a facility for supplying electric power generated at the power plant. Further, the power supplied from the power supply facility 7 is supplied to the power distribution facility including the distribution board 5 and further supplied to the home appliances E and the like in the building 2. The power supplied to the power supply facility 7 outside the building 2 and the power supplied from the power supply facility 7 are displayed by the power sale meter 6a and the power purchase meter 6b, respectively.

接続箱3は、太陽電池モジュール20と分電設備(パワーコンディショナ4,分電盤5)との間を接続するコネクタ等の接続部を収納し、太陽電池モジュール20からの電流は接続箱3を経由してパワーコンディショナ4へ流れている。また、パワーコンディショナ4には、太陽電池モジュール20から建物2外の給電設備7へ供給する電力を変調するいわゆるインバーター機能等を搭載することも可能である。   The connection box 3 houses connection portions such as connectors for connecting the solar cell module 20 and the power distribution equipment (power conditioner 4, distribution board 5), and the current from the solar cell module 20 is connected to the connection box 3. It flows to the inverter 4 via Further, the power conditioner 4 may be equipped with a so-called inverter function that modulates the power supplied from the solar cell module 20 to the power supply equipment 7 outside the building 2.

融雪太陽電池パネル100は、所定の屋根板に取り付けられる。屋根板としては、例えば金属板が挙げられる。具体的には、鉄、アルミニウム、銅、亜鉛、チタンあるいはそれらの基合金等が採用される。熱伝導性に優れる点では、銅、アルミニウムまたはそれらの基合金が好ましい。また、耐久性、価格等の面では、鋼板が適切である。
また、本実施の形態では、融雪太陽電池パネル100は、所定の取り付け金具を用いて、通常、一定の傾斜(例えば、15°〜20°程度)をつけた屋根板に取り付けられる。
The snow melting solar cell panel 100 is attached to a predetermined roof plate. As a roof board, a metal plate is mentioned, for example. Specifically, iron, aluminum, copper, zinc, titanium, or a base alloy thereof is employed. In terms of excellent thermal conductivity, copper, aluminum, or a base alloy thereof is preferable. Moreover, steel plates are appropriate in terms of durability, price, and the like.
Moreover, in this Embodiment, the snow melting solar cell panel 100 is normally attached to the roof board with a fixed inclination (for example, about 15 degrees-20 degrees) using a predetermined | prescribed mounting bracket.

<融雪太陽電池パネル>
図2は、本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネルの一例を説明する概略平面図である。図2に示す融雪太陽電池パネル100は、全体として長方形板状の形状を有し、表面側(受光面)には、複数の太陽電池セルから構成された太陽電池モジュール20と、太陽電池モジュール20の裏側(屋根側)に配設された発熱シートユニット150を有している。太陽電池モジュール20と発熱シートユニット150の外周縁部は、所定の封止材(図示せず)を介し、金属製フレーム30により固定されている。また、発熱シートユニット150と太陽電池モジュール20とを、所定の真空ラミネーターを用いることにより一体化することができる。
<Snow Melting Solar Panel>
FIG. 2 is a schematic plan view for explaining an example of a snowmelt solar cell panel to which the present embodiment is applied. The snow-melting solar battery panel 100 shown in FIG. 2 has a rectangular plate shape as a whole, and on the surface side (light-receiving surface), a solar battery module 20 composed of a plurality of solar battery cells, and the solar battery module 20. The heating sheet unit 150 is disposed on the back side (roof side). The outer peripheral edge portions of the solar cell module 20 and the heat generating sheet unit 150 are fixed by a metal frame 30 via a predetermined sealing material (not shown). Further, the heat generating sheet unit 150 and the solar cell module 20 can be integrated by using a predetermined vacuum laminator.

融雪太陽電池パネル100の大きさは、例えば、縦130cm〜200cm程度、幅65cm〜100cm程度、厚さ4cm〜10cm程度の範囲である。尚、図示しないが、太陽電池モジュール20の表面側には強化ガラス板23(図3参照)が設けられている。   The size of the snow-melting solar cell panel 100 is, for example, in the range of about 130 cm to 200 cm in length, about 65 cm to 100 cm in width, and about 4 cm to 10 cm in thickness. Although not shown, a tempered glass plate 23 (see FIG. 3) is provided on the surface side of the solar cell module 20.

図3は、図2に示す融雪太陽電池パネル100のA−A断面図である。尚、金属製フレーム30は省略している。
図3(a)に示す融雪太陽電池パネル100は、前述した建物2の屋根に取り付けられる側(図面の下側)から順に、発熱シートユニット150上に太陽電池モジュールユニット201を積層した構造を有している。発熱シートユニット150は、2枚のEVA(エチレン−酢酸ビニル)シート111,112に上下から挟まれた発熱シート14を有し、さらに、発熱シート14は、このEVAシート111,112を介して、例えばフッ素樹脂やポリエステル樹脂等からなる2枚のバックシート131,132によって挟まれた構造を有している。
太陽電池モジュールユニット201は、発熱シートユニット150のバックシート132に、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等からなる透明樹脂層21を介して接着された太陽電池モジュール20と、太陽電池モジュール20の表面側に透明樹脂層22を介して太陽電池モジュール20に接着された強化ガラス板23と、が積層されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the snow melting solar cell panel 100 shown in FIG. The metal frame 30 is omitted.
A snow-melting solar cell panel 100 shown in FIG. 3A has a structure in which a solar cell module unit 201 is stacked on a heating sheet unit 150 in order from the side (the lower side of the drawing) attached to the roof of the building 2 described above. doing. The heat generating sheet unit 150 includes a heat generating sheet 14 sandwiched from above and below by two EVA (ethylene-vinyl acetate) sheets 111 and 112. Further, the heat generating sheet 14 is interposed via the EVA sheets 111 and 112. For example, it has a structure sandwiched between two back sheets 131 and 132 made of fluororesin or polyester resin.
The solar cell module unit 201 includes a solar cell module 20 bonded to the back sheet 132 of the heat generating sheet unit 150 via a transparent resin layer 21 made of, for example, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), and the like. A tempered glass plate 23 bonded to the solar cell module 20 via a transparent resin layer 22 is laminated on the front surface side of 20.

図3(a)に示すように、本実施の形態では、バックシート131と共にEVAシート111,112を挟んでいるバックシート132は、同時に太陽電池モジュールユニット201の下面に設けられたバックシートとして機能している。尚、これらの発熱シートユニット150と太陽電池モジュールユニット201とは、所定の真空ラミネーターを用いて封止され、一体構造とされている。   As shown in FIG. 3A, in the present embodiment, the back sheet 132 sandwiching the EVA sheets 111 and 112 together with the back sheet 131 simultaneously functions as a back sheet provided on the lower surface of the solar cell module unit 201. doing. The heat generating sheet unit 150 and the solar cell module unit 201 are sealed with a predetermined vacuum laminator to form an integrated structure.

図3(b)に示す融雪太陽電池パネル101は、発熱シートユニット150上に太陽電池モジュールユニット202が積層された構造を有し、両者は接着剤層24により接着されている。発熱シートユニット150は、図3(a)に示したものと同様に、発熱シート14を挟んで組み込んだEVAシート111,112が、2枚のバックシート131,132によって挟まれた構造を有している。   The snow-melting solar cell panel 101 shown in FIG. 3B has a structure in which a solar cell module unit 202 is laminated on a heat generating sheet unit 150, and both are bonded by an adhesive layer 24. As in the case shown in FIG. 3A, the heat generating sheet unit 150 has a structure in which EVA sheets 111 and 112 assembled with the heat generating sheet 14 interposed therebetween are sandwiched between two back sheets 131 and 132. ing.

太陽電池モジュールユニット202は、バックシート133に透明樹脂層21を介して接着された太陽電池モジュール20と、太陽電池モジュール20の表面側に透明樹脂層22を介して太陽電池モジュール20に接着された強化ガラス板23とが積層されている。   The solar cell module unit 202 is bonded to the solar cell module 20 via the transparent resin layer 21 on the back sheet 133 and the solar cell module 20 via the transparent resin layer 22 on the surface side of the solar cell module 20. A tempered glass plate 23 is laminated.

(太陽電池モジュール20)
本実施の形態で使用する太陽電池モジュール20の構造は特に限定されず、例えば、アモルファスシリコン(a−Si)型太陽電池が挙げられる。一般に、アモルファスシリコン(a−Si)型太陽電池は、標準青板ガラス基板上にSiOとSnOの2層からなる透明電極、p/i/n(又はn/i/p)型のアモルファスシリコンからなる発電膜及びAlからなる裏面電極を順次積層した構成となっている。このようなa−Si型太陽電池を複数個備えた太陽電池パネルの構造体としては、強化ガラス板23の裏面側から裏面電極の一部が銅箔電極との接触部で銀ペーストにより接着され、互いに電気的に接続されている。
(Solar cell module 20)
The structure of the solar cell module 20 used in the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include amorphous silicon (a-Si) type solar cells. In general, an amorphous silicon (a-Si) type solar cell is composed of a transparent electrode composed of two layers of SiO 2 and SnO 2 on a standard blue plate glass substrate, p / i / n (or n / i / p) type amorphous silicon. The power generation film made of and the back electrode made of Al are sequentially laminated. As a structure of a solar cell panel including a plurality of such a-Si solar cells, a part of the back electrode is bonded from the back side of the tempered glass plate 23 with a silver paste at a contact portion with the copper foil electrode. Are electrically connected to each other.

尚、バックシート131,132としては、前述したフッ素樹脂やポリエステル樹脂等以外に、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、塩化ビニル、フェノール、ポリウレタン等からなる硬質の発泡剤からなる樹脂フォーム、ポリカーボネート樹脂、SUS等の金属板、ガラス板等が使用できる。   As the back sheets 131 and 132, in addition to the above-described fluororesin and polyester resin, for example, a resin foam made of a hard foaming agent made of polyethylene, polystyrene, vinyl chloride, phenol, polyurethane, etc., polycarbonate resin, SUS, etc. Metal plates, glass plates, etc. can be used.

また、アモルファスシリコン(a−Si)型太陽電池に採用される太陽電池セルのアモルファスシリコン層の積層数としては、前述した2層構造以外、1層、3層、4層以上も可能である。また、太陽電池セルとしてシリコン結晶層を採用することも可能である。シリコン結晶層としては、シリコン単結晶、シリコン多結晶のいずれをも適用可能である。 さらに、太陽電池セルには化合物半導体層を備えることも可能である。化合物半導体の組成としては、例えば、2元系ではGaAsやCdS等、3元系ではCuInSe等が挙げられる。 Further, the number of laminated amorphous silicon layers of the solar battery cell employed in the amorphous silicon (a-Si) type solar battery may be one layer, three layers, four layers or more other than the two-layer structure described above. It is also possible to employ a silicon crystal layer as the solar battery cell. As the silicon crystal layer, either silicon single crystal or silicon polycrystal can be applied. Furthermore, the solar battery cell can be provided with a compound semiconductor layer. Examples of the composition of the compound semiconductor include GaAs and CdS in the binary system, and CuInSe 2 in the ternary system.

尚、本実施の形態では、強化ガラス板23として、ガラスに金網(ワイヤー)を封入した金網入りガラス板を使用することができる。金網(ワイヤー)の形状としては、例えば、クロスワイヤー、菱形ワイヤー等が挙げられる。さらに、ガラスに封入されたワイヤーの端部に一対の電極をそれぞれ取り付け、外部電源と接続して通電することにより、ワイヤーをヒータとして使用し、ガラス板の表面の融雪効果を高めることができる。   In the present embodiment, as the tempered glass plate 23, a glass plate with a wire mesh in which a wire mesh (wire) is encapsulated in glass can be used. Examples of the shape of the wire mesh (wire) include a cross wire and a rhombus wire. Furthermore, by attaching a pair of electrodes to the end portions of the wires encapsulated in the glass, connecting to an external power source and energizing, the wire can be used as a heater, and the snow melting effect on the surface of the glass plate can be enhanced.

(発熱シート14)
本実施の形態で使用する発熱シート14は、所定の基板と、当該基板上に積層されたカーボンナノチューブ層を有する。
発熱シート14に使用する基板の材料は特に限定されず、一般に、フィルム、各種成形体等の材料として用いられる熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム材料等から適宜選択される。具体的には、熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリメタクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE)等が挙げられる。また、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、スチレン−イソプレンースチレン(SIS)、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック熱可塑性樹脂(SEBS)等の熱可塑性エラストマーも用いられる。
(Heat generation sheet 14)
The heat generating sheet 14 used in the present embodiment has a predetermined substrate and a carbon nanotube layer laminated on the substrate.
The material of the substrate used for the heat generating sheet 14 is not particularly limited, and is generally appropriately selected from thermoplastic resins, thermosetting resins, rubber materials and the like used as materials for films, various molded products and the like. Specifically, the thermoplastic resin includes polystyrene resin, polycarbonate resin, polymethacrylic resin, polyvinyl chloride resin, polyolefin resin, polyamide resin, polyester resin, polyacetal resin, polyphenylene sulfide (PPS), polyphenylene. An ether (PPE) etc. are mentioned. Further, thermoplastic elastomers such as acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, styrene-isoprene-styrene (SIS), styrene-ethylene / butylene-styrene block thermoplastic resin (SEBS) are also used.

熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ユリア系樹脂、メラミン系樹脂等が挙げられる。ゴム材料としては、天然ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、ポリクロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、エチレン−プロピレン−ジエンモノマーゴム(EPDM)、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。   Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, a phenol resin, a urea resin, and a melamine resin. Rubber materials include natural rubber, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), polybutadiene rubber, polyisoprene rubber, polychloroprene rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene-propylene-diene monomer rubber (EPDM), ethylene propylene rubber, Examples include silicone rubber.

本実施の形態では、基板としてポリエステル樹脂が好ましい。なかでもフィルム状に成形されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用いている。基板としてのPETフィルムの厚さは特に限定されず、通常、50μm以上、好ましくは、75μm以上である。但し、通常、厚さは、150μm以下、好ましくは、100μm以下である。   In the present embodiment, a polyester resin is preferable as the substrate. In particular, a polyethylene terephthalate (PET) film formed into a film is used. The thickness of the PET film as the substrate is not particularly limited, and is usually 50 μm or more, preferably 75 μm or more. However, the thickness is usually 150 μm or less, preferably 100 μm or less.

本実施の形態におけるカーボンナノチューブ層を構成するカーボンナノチューブ(CNT)は、炭素6員環構造を主構造とする黒鉛(グラファイト)シートが円筒状に閉じた構造を有するチューブ状の炭素多面体である。一般に平均繊維径0.1nm〜300nm、アスペクト比10〜1000の中空繊維状である。CNTは、流動触媒化学気相成長法(CCVD法)、化学気相成長法(CVD法)、レーザーアブレーション法、アーク放電法等によって製造することができる。   The carbon nanotube (CNT) constituting the carbon nanotube layer in the present embodiment is a tubular carbon polyhedron having a structure in which a graphite (graphite) sheet mainly having a carbon 6-membered ring structure is closed in a cylindrical shape. Generally, it is a hollow fiber having an average fiber diameter of 0.1 nm to 300 nm and an aspect ratio of 10 to 1000. CNTs can be produced by fluid catalytic chemical vapor deposition (CCVD), chemical vapor deposition (CVD), laser ablation, arc discharge, or the like.

CNTには、1層の黒鉛シートが円筒状に閉じた構造を有する単層カーボンナノチューブと、黒鉛シートが何層も同心筒状に閉じた多層構造を有する多層カーボンナノチューブとが挙げられる。本実施の形態では、平均繊維径5nm〜200nm、特に平均繊維径10nm〜100nmの単層又は多層カーボンナノチューブが好ましい。   Examples of the CNT include single-walled carbon nanotubes having a structure in which a single-layer graphite sheet is closed in a cylindrical shape, and multi-walled carbon nanotubes having a multi-layered structure in which several graphite sheets are closed in a concentric tube shape. In the present embodiment, single-walled or multi-walled carbon nanotubes having an average fiber diameter of 5 nm to 200 nm, particularly an average fiber diameter of 10 nm to 100 nm are preferable.

多層カーボンナノチューブとして商品化されているものは、例えば、マルチウォール、VGCFIII、VGCFIV、VGCF−H、VGCF−S(昭和電工株式会社製);Graphite Fibrils Grades BN(ハイペリオン・カタリシス・インターナショナル社製);MWCNT(日機装株式会社製);カルベール(GSIクレオス社製);MWNT−7(保土ヶ谷化学工業社製);さらに、本荘ケミカル株式会社製のカーボンナノチューブ、バイエル社製のCNT、等が挙げられる。   Commercially available multi-wall carbon nanotubes include, for example, multiwall, VGCFIII, VGCFIV, VGCF-H, VGCF-S (manufactured by Showa Denko KK); Graphite Fibers Grades BN (manufactured by Hyperion Catalysis International); MWCNT (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.); Carval (manufactured by GSI Creos); MWNT-7 (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.); carbon nanotubes manufactured by Honjo Chemical Co., Ltd.

本実施の形態では、発熱シート14のカーボンナノチューブ層を形成する方法としては、例えば、予めカーボンナノチューブ(CNT)を所定の媒体中に分散させたカーボンナノチューブ分散配合液を、基板としてのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの表面に塗布またはスプレーし、その後、媒体を乾燥して形成する方法が挙げられる。   In the present embodiment, as a method for forming the carbon nanotube layer of the heat generating sheet 14, for example, a carbon nanotube dispersion compounded liquid in which carbon nanotubes (CNT) are previously dispersed in a predetermined medium is used as a substrate for polyethylene terephthalate ( PET) film surface may be applied or sprayed and then the medium is dried to form.

上記カーボンナノチューブ分散配合液を調製する際に使用する媒体としては、特に制限されず、例えば、水、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、芳香族系溶媒(トルエン等)、及びポリオール等が挙げられる。
アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、第3級ブタノール、イソブタノール、ジアセトンアルコール等;ケトン系溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン等;エーテル系溶媒としては、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、環状エーテル等が例示される。上記の媒体は、単独で又は二種以上を混合して用いることができる。
The medium used in preparing the carbon nanotube dispersion blended liquid is not particularly limited, and examples thereof include water, alcohol solvents, ketone solvents, ether solvents, aromatic solvents (toluene, etc.), polyols, and the like. Is mentioned.
As alcohol solvents, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, tertiary butanol, isobutanol, diacetone alcohol, etc .; as ketone solvents, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, etc. ; Examples of the ether solvent include dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, cyclic ether and the like. Said medium can be used individually or in mixture of 2 or more types.

カーボンナノチューブ(CNT)は、上記媒体100重量部に対して0.25重量部以上、好ましくは0.4重量部以上添加することが好ましい。
カーボンナノチューブ分散配合液を調製する場合、カーボンナノチューブ(CNT)の媒体中での分散に、超音波を使用することが好ましい。照射する超音波の周波数は特に制限されず、例えば、20kHz〜150kHzの範囲で選択される。超音波の照射回数は限定されず、1回〜複数回から選択される。また、例えば、20kHz〜40kHz程度の低周波数の超音波を照射する工程と、50kHz〜150kHz程度の高周波数の超音波を照射する工程とを組み合わせてもよい。
Carbon nanotubes (CNT) are added in an amount of 0.25 parts by weight or more, preferably 0.4 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the medium.
When preparing a carbon nanotube dispersion liquid mixture, it is preferable to use ultrasonic waves for dispersing carbon nanotubes (CNT) in a medium. The frequency of the ultrasonic wave to be irradiated is not particularly limited, and is selected in the range of 20 kHz to 150 kHz, for example. The number of ultrasonic irradiations is not limited, and is selected from one to plural times. Further, for example, a step of irradiating a low-frequency ultrasonic wave of about 20 kHz to 40 kHz and a step of irradiating a high-frequency ultrasonic wave of about 50 kHz to 150 kHz may be combined.

発熱シート14は、上述したように、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の基板の表面にカーボンナノチューブ層を形成し、形成したカーボンナノチューブ層上に所定の電極(図示せず)を設けることにより、通電可能な導電性シートとして形成される。発熱シート14のカーボンナノチューブ層の厚さは特に限定されない。
また、発熱シート14の他の実施の形態としては、例えば、それぞれ基板上にカーボンナノチューブ層を形成した2枚の導電性シートを調製し、次いで、各導電性シートのカーボンナノチューブ層が対向するように、所定の電極を2枚の導電性シートで挟むことにより発熱シート14が形成される。
As described above, the heat generating sheet 14 is energized by forming a carbon nanotube layer on the surface of a substrate such as a polyethylene terephthalate (PET) film and providing a predetermined electrode (not shown) on the formed carbon nanotube layer. It is formed as a possible conductive sheet. The thickness of the carbon nanotube layer of the heat generating sheet 14 is not particularly limited.
Further, as another embodiment of the heat generating sheet 14, for example, two conductive sheets each having a carbon nanotube layer formed on a substrate are prepared, and then the carbon nanotube layers of the respective conductive sheets are opposed to each other. In addition, the heating sheet 14 is formed by sandwiching a predetermined electrode between two conductive sheets.

本実施の形態では、発熱シート14に通電することにより、発熱シート14は高温に発熱することなく、積層されたカーボンナノチューブ層から遠赤外線が放射される。これにより、例えば、冬季には、放射された遠赤外線が太陽電池モジュール20の受光面側の積雪を融雪することができる。このような融雪太陽電池パネル100は、融雪完了時には太陽光発電も可能になり、積雪地帯であっても太陽光発電の効率が高まる。   In the present embodiment, when the heat generating sheet 14 is energized, the heat generating sheet 14 does not generate heat to a high temperature, and far infrared rays are emitted from the stacked carbon nanotube layers. Thereby, for example, in winter, the emitted far infrared rays can melt snow on the light receiving surface side of the solar cell module 20. Such a snowmelt solar cell panel 100 is capable of solar power generation upon completion of snowmelt, and the efficiency of solar power generation is increased even in a snowy area.

本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネル100を設置した融雪太陽電池パネル付き屋根1(図1参照)は、積雪の無い通常の使用では、太陽電池モジュール20が太陽光発電した電力が、分電設備である分電盤5にて建物2内の家電製品E等あるいは給電設備7へ供給される。一方、積雪時では、所定の切換スイッチ(図示せず)を操作してパワーコンディショナ4の機能を切り換え、給電設備7から融雪太陽電池パネル100へ給電する。これにより、発熱シート14に通電され、発熱シート14に積層されたカーボンナノチューブ層から放射された遠赤外線により、太陽電池モジュール20の受光面の積雪を融雪することができる。尚、発熱シート14への通電は、パワーコンディショナ4の機能を、切り換えを行うことなく、独立して外部電源から行うことも可能である。
また、図示しないが、パワーコンディショナ4の機能を切り換える場合は、例えば、所定の降雪センサを取り付け、水と温度により降雪を検知することにより作動させる。
The roof 1 with a snow melting solar cell panel (see FIG. 1) on which the snow melting solar cell panel 100 to which the present embodiment is applied is, in normal use without snow accumulation, The electricity is supplied to the home appliance E or the like in the building 2 or the power supply facility 7 by the distribution board 5 which is a distribution facility. On the other hand, during snowfall, a predetermined changeover switch (not shown) is operated to switch the function of the power conditioner 4 and power is supplied from the power supply facility 7 to the snow melting solar panel 100. Thereby, the snow accumulation on the light receiving surface of the solar cell module 20 can be melted by the far infrared rays that are energized to the heat generating sheet 14 and emitted from the carbon nanotube layer laminated on the heat generating sheet 14. The energization of the heat generating sheet 14 can be performed independently from an external power source without switching the function of the power conditioner 4.
Although not shown, when the function of the power conditioner 4 is switched, for example, a predetermined snowfall sensor is attached, and the operation is performed by detecting snowfall with water and temperature.

(遠赤外線反射膜)
本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネル100では、発熱シート14の裏側(屋根側)に遠赤外線反射膜を配置することが好ましい。遠赤外線反射膜を配置することにより、発熱シート14に積層したカーボンナノチューブ層から放射された遠赤外線が太陽電池モジュール20の受光面側に反射される。これにより、冬季の太陽電池モジュール20の受光面側の融雪が促進される。遠赤外線反射膜の材料は、遠赤外線を反射することができるものであれば特に限定されず、例えば、アルミニウム等の金属膜が挙げられる。
(Far infrared reflection film)
In the snowmelt solar cell panel 100 to which this embodiment is applied, it is preferable to dispose a far-infrared reflective film on the back side (roof side) of the heat generating sheet 14. By disposing the far-infrared reflecting film, far-infrared rays emitted from the carbon nanotube layer laminated on the heat generating sheet 14 are reflected to the light receiving surface side of the solar cell module 20. This promotes snow melting on the light receiving surface side of the solar cell module 20 in winter. The material of the far-infrared reflecting film is not particularly limited as long as it can reflect far-infrared rays, and examples thereof include a metal film such as aluminum.

(融雪太陽電池パネルの製造方法)
本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネル100の製造方法としては、例えば、強化ガラス板23上に配線した太陽電池モジュール20、透明樹脂層21,22、バックシート133等と発熱シートユニット150を積層し、これらを真空中にて加熱し、圧着封止する一体成型加工(ラミネーション)が挙げられる。一体成型加工(ラミネーション)には、通常、太陽電池パネルの製造に使用される真空ラミネーター装置が用いられる。
一体成型加工の条件は、特に限定されないが、本実施の形態では、成型温度は、通常、150℃〜200℃の範囲であり、成型時間は、通常、15分間〜120分間の範囲から適宜選択される。
また、融雪太陽電池パネル100の製造方法としては、発熱シートユニット150と太陽電池モジュールユニット201とを、それぞれ所定の真空ラミネーターを用いて製造し、次に、これらを、真空ラミネーターを用いて一体構造とする方法(2回ラミネート)を採用することも可能である。
(Method for manufacturing a snow melting solar cell panel)
As a manufacturing method of the snowmelt solar cell panel 100 to which this embodiment is applied, for example, the solar cell module 20, the transparent resin layers 21 and 22, the back sheet 133, etc. wired on the tempered glass plate 23, and the heat generating sheet unit 150. Are laminated, heated in a vacuum, and pressure-bonded and sealed (lamination). In the integral molding process (lamination), a vacuum laminator device usually used for manufacturing a solar cell panel is used.
The conditions of the integral molding process are not particularly limited, but in the present embodiment, the molding temperature is usually in the range of 150 ° C. to 200 ° C., and the molding time is usually appropriately selected from the range of 15 minutes to 120 minutes. Is done.
Moreover, as a manufacturing method of the snowmelt solar cell panel 100, the heat generating sheet unit 150 and the solar cell module unit 201 are each manufactured using a predetermined vacuum laminator, and then these are integrally structured using a vacuum laminator. It is also possible to adopt the method (lamination twice).

(融雪パネル)
図3で説明した発熱シートユニット150は、太陽電池による発電機能を有しない融雪パネルとして、単独で用いることができる。以下、融雪パネルについて説明する。
図4(a)〜図4(c)は、本実施の形態が適用される融雪パネルの断面構造を説明する図である。図4(a)に示す融雪パネル151は、バックシート13、発熱シート14、EVAシート10及び強化ガラス板23が積層された構造を有している。これらは、所定の真空ラミネーターを用いて封止され、一体構造とされている。
尚、図示しないが、これらのバックシート13、発熱シート14、EVAシート10及び強化ガラス板23の外周縁部は、図2において説明したように、封止材を介して金属製フレーム30により固定され、一体構造として製造される。
(Snow melting panel)
The heat generating sheet unit 150 described in FIG. 3 can be used alone as a snow melting panel that does not have a power generation function using solar cells. Hereinafter, the snow melting panel will be described.
FIG. 4A to FIG. 4C are diagrams illustrating a cross-sectional structure of a snow melting panel to which the present embodiment is applied. A snow melting panel 151 shown in FIG. 4A has a structure in which a back sheet 13, a heat generating sheet 14, an EVA sheet 10 and a tempered glass plate 23 are laminated. These are sealed using a predetermined vacuum laminator to form an integral structure.
Although not shown, the outer peripheral edge portions of the back sheet 13, the heat generating sheet 14, the EVA sheet 10, and the tempered glass plate 23 are fixed by the metal frame 30 through the sealing material as described in FIG. And manufactured as an integral structure.

図4(b)に示す融雪パネル152は、発熱シートユニット150上に強化ガラス板23が積層された構造を有し、両者は接着剤層25により接着されている。発熱シートユニット150は、発熱シート14が2枚のEVAシート111,112により挟まれ、さらに、これらが2枚のバックシート131,132によって挟まれた構造を有している。図4(a)に示す融雪パネル151と同様に、発熱シートユニット150と強化ガラス板23は、所定の真空ラミネーターを用いて封止され、さらに、外周縁部は、封止材を介して金属製フレーム30(図示せず)により固定され、一体構造として製造される。   A snow melting panel 152 shown in FIG. 4B has a structure in which a tempered glass plate 23 is laminated on a heat generating sheet unit 150, and both are bonded by an adhesive layer 25. The heat generating sheet unit 150 has a structure in which the heat generating sheet 14 is sandwiched between two EVA sheets 111 and 112 and these are sandwiched between two back sheets 131 and 132. Similarly to the snow melting panel 151 shown in FIG. 4A, the heat generating sheet unit 150 and the tempered glass plate 23 are sealed using a predetermined vacuum laminator, and the outer peripheral edge is made of metal via a sealing material. It is fixed by a frame 30 (not shown) and manufactured as an integral structure.

図4(a)に示す融雪パネル151と図4(b)に示す融雪パネル152は、いずれも、南側屋根と比較して太陽光の照射が少ない北側屋根に設置され、通電することにより発熱シート14から放射される遠赤外線により、強化ガラス板23上の積雪を融雪することができる。   The snow melting panel 151 shown in FIG. 4 (a) and the snow melting panel 152 shown in FIG. 4 (b) are both installed on the north roof where there is less sunlight compared to the south roof, and are heated when energized. The far-infrared rays emitted from 14 can melt snow on the tempered glass plate 23.

図4(c)に示す融雪パネル153は、発熱シート14が2枚のEVAシート111,112により挟まれ、さらに、これらが2枚のバックシート131,132によって挟まれた構造を有する発熱シートユニット150を、単独に使用する例である。尚、図示しないが、融雪パネル153の外周縁部は、例えば、合成ゴム、合成樹脂等を用いて封止し、固定される。
融雪パネル153は、例えば、融雪機能が必要とされるロードヒーティング用途、玄関マット用途等に使用することができる。さらに、床暖房用途等に展開することも可能である。
The snow melting panel 153 shown in FIG. 4C has a heat generating sheet unit having a structure in which the heat generating sheet 14 is sandwiched between two EVA sheets 111 and 112, and further these are sandwiched between two back sheets 131 and 132. In this example, 150 is used alone. Although not shown, the outer peripheral edge of the snow melting panel 153 is sealed and fixed using, for example, synthetic rubber, synthetic resin, or the like.
The snow melting panel 153 can be used, for example, for road heating applications and entrance mat applications that require a snow melting function. Furthermore, it can also be developed for floor heating applications and the like.

(発火防止機能)
本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネルには、発熱シート14と外部電源(図示せず)とを結合する所定の配線が配設されている。この配線に通電すると、長期間の使用により漏電、短絡(ショート)等が生じる可能性が考えられることから、これらの発生を未然に防止し、発火等を防止する手段が講じられている。
図5は、本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネルの発火防止機能を備えた配線系統図である。配線系統図には、ブレーカー制御盤300と複数の融雪太陽電池パネルA〜Fが示されている。ブレーカー制御盤300内には、MCCB(配線用遮断機)及びMC(電磁接触器)と2個のELCB(漏電遮断機)が設置されている。融雪太陽電池パネルA〜Fは、それぞれ、発熱シートユニットA〜Fを有し、発熱シートユニットA〜Fは、発火防止用温度ヒューズ(図示せず)を内蔵した2個の端子ボックス(a,a)〜(f,f)をそれぞれ備えている。これらは、所定の配線を介してAC200Vの外部電源と接続している。
(Fire prevention function)
The snow melting solar cell panel to which the present embodiment is applied is provided with a predetermined wiring for connecting the heat generating sheet 14 and an external power source (not shown). When this wiring is energized, there is a possibility that leakage, short-circuiting, etc. may occur due to long-term use. Therefore, measures have been taken to prevent these occurrences and prevent ignition and the like.
FIG. 5 is a wiring system diagram provided with a function for preventing ignition of a snowmelt solar cell panel to which the present embodiment is applied. In the wiring system diagram, a breaker control panel 300 and a plurality of snow melting solar battery panels A 0 to F 0 are shown. In the breaker control panel 300, MCCB (a circuit breaker for wiring) and MC (electromagnetic contactor) and two ELCBs (leakage circuit breakers) are installed. Snow melting solar panel A 0 to F 0, respectively, has a heat generating sheet unit A 1 to F 1, heat generation sheet unit A 1 to F 1 includes two with a built-in ignition preventing thermal fuse (not shown) Terminal boxes (a 1 , a 2 ) to (f 1 , f 2 ). These are connected to an AC200V external power source via a predetermined wiring.

図6は、図5に示した各発熱シートユニットが備える端子ボックスを説明する拡大図である。図6中には、AC200Vの外部電源と延長ケーブル(LC11,LC12,〜LC61,LC62)を介して接続された複数の系統(図6では6個:系統1〜6)が示されている。図6に示すように、系統1〜系統5(図示せず)には2端子用の端子ボックス(TB2−11,TB2−12,〜・・・)がそれぞれ配設されており、さらに、図の最も左端に設けた系統6には1端子用の端子ボックス(TB1−1,TB1−2)が配設されている。各系統の端子ボックスの近傍の配線には、発火防止用温度ヒューズ(T11,T12〜T61,T62)が接続されている。尚、本実施の形態では、太陽電池モジュール用の端子ボックス(SB1〜SB6)はAC200Vの外部電源には接続されない。
発火防止用温度ヒューズ(T11,T12〜T61,T62)を端子ボックス(TB2−11,TB2−12,〜・・・),(TB1−1,TB1−2)と接続することにより、導電性ゴムシートが過電流や漏電等で発熱し、過度に温度上昇する場合、発火防止用温度ヒューズが切断し、電源供給が遮断される。本実施の形態では、発火防止用温度ヒューズは、温度約90℃〜130℃程度に昇温すると切断するようになっている。
6 is an enlarged view for explaining a terminal box provided in each heat generating sheet unit shown in FIG. 6 shows a plurality of systems (six in FIG. 6: systems 1 to 6) connected to an AC 200V external power source via extension cables (LC11, LC12, to LC61, LC62). As shown in FIG. 6, terminal boxes (TB2-11, TB2-12,...) For two terminals are respectively arranged in the systems 1 to 5 (not shown). 1 is provided with a terminal box (TB1-1, TB1-2) for one terminal. An ignition prevention temperature fuse (T11, T12 to T61, T62) is connected to the wiring near the terminal box of each system. In the present embodiment, the solar cell module terminal boxes (SB1 to SB6) are not connected to an AC200V external power source.
Conductive rubber by connecting the temperature prevention fuses (T11, T12 to T61, T62) to the terminal boxes (TB2-11, TB2-12, ...), (TB1-1, TB1-2) If the sheet generates heat due to overcurrent, electric leakage, etc. and the temperature rises excessively, the thermal fuse for preventing ignition is cut and the power supply is cut off. In the present embodiment, the thermal prevention thermal fuse is cut when the temperature is raised to about 90 ° C. to 130 ° C.

1…融雪太陽電池パネル付き屋根、2…建物、3…接続箱、4…パワーコンディショナ、5…分電盤、6a…売電メータ、6b…買電メータ、7…給電設備、10,111,112…EVAシート、14…発熱シート、20…太陽電池モジュール、21,22…透明樹脂層、23…強化ガラス板、24,25…接着剤層、30…金属製フレーム、100,101…融雪太陽電池パネル、13,131,132,133…バックシート、150…発熱シートユニット、151,152,153…融雪パネル、201,202…太陽電池モジュールユニット、300…ブレーカー制御盤 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Roof with snow melting solar cell panel, 2 ... Building, 3 ... Junction box, 4 ... Power conditioner, 5 ... Distribution board, 6a ... Electric power sales meter, 6b ... Electric power purchase meter, 7 ... Power supply equipment, 10,111 112 ... EVA sheet, 14 ... heat generating sheet, 20 ... solar cell module, 21,22 ... transparent resin layer, 23 ... tempered glass plate, 24,25 ... adhesive layer, 30 ... metal frame, 100,101 ... snow melting Solar cell panel, 13, 131, 132, 133 ... back sheet, 150 ... heating sheet unit, 151, 152, 153 ... snow melting panel, 201, 202 ... solar cell module unit, 300 ... breaker control panel

Claims (3)

基板上に積層されたカーボンナノチューブ層を有し、当該カーボンナノチューブ層に通電することにより発熱する発熱シートと、
前記発熱シートと一体になるように積層された太陽電池モジュールと、
を有することを特徴とする融雪太陽電池パネル。
A heat generating sheet that has a carbon nanotube layer laminated on a substrate and generates heat by energizing the carbon nanotube layer;
A solar cell module laminated so as to be integrated with the heat generating sheet;
A snowmelt solar cell panel characterized by comprising:
前記発熱シートの前記カーボンナノチューブ層は、予めカーボンナノチューブを所定の媒体中に分散させたカーボンナノチューブ分散配合液を、前記基板の表面に塗布またはスプレーして形成されることを特徴とする請求項1に記載の融雪太陽電池パネル。   2. The carbon nanotube layer of the heat generating sheet is formed by applying or spraying a carbon nanotube dispersion compounded liquid in which carbon nanotubes are previously dispersed in a predetermined medium on the surface of the substrate. The snowmelt solar cell panel according to 1. 基板上に積層されたカーボンナノチューブ層を有し、当該カーボンナノチューブ層に通電することにより発熱する発熱シートを備えることを特徴とする融雪パネル。   A snow melting panel comprising: a carbon nanotube layer laminated on a substrate; and a heat generating sheet that generates heat by energizing the carbon nanotube layer.
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