JP2016032354A - 太陽電池モジュール及び太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造を持つことなく太陽電池セルの受光面を洗浄する機能を持たせるとともに、太陽電池セルを冷却させる機能も持ち合わせた太陽電池モジュール、及び、太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュール１は、太陽電池セル集合体２と、太陽電池セル集合体２を取り囲む枠３とを備える。枠３の一部に配管部４を一体形成し、配管部に流水路４３を設けるとともに、流水を太陽電池セル２１の受光面に散水する散水口５を流水路４３に連通するように形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、洗浄及び冷却機能を併せ持った太陽電池モジュール及び太陽光発電システムに関するものである。

太陽電池モジュールの太陽電池セルは、受光面がガラスなどの透明基材で覆われている。この受光面は大気に触れることで、大気中に含まれる様々な物質、例えば、排気ガス、落葉、花粉、鳥糞、黄砂等の付着により汚れていくことになる。太陽電池モジュールは最も日照時間などの効率が高い場所への設置が求められることから、日光によって温度が摂氏６０〜８０度という高温に達することがある。従って付着した物質は乾燥密着を繰り返し汚れの堆積を招き、ひいては光の透過率を下げて発電効率の低下を招く。従って、発電効率を維持する為に太陽電池モジュールの定期的な洗浄は重要である。現在、人の手による洗浄が主流であるが、主にガラスからなる受光面の破損を招くことのないよう細心の注意をもって洗浄を行う必要がありその注意負担は大きい。また、洗浄の頻度が高まればその分メンテナンスのコストアップにつながる。特に、人里から離れた山地などに作られたメガソーラー発電所などにおいては顕著な問題となる。

また、前述の通り、太陽電池モジュールは高温にも達することがあるが、太陽電池セルの温度が上昇することも出力が低下する原因となる。そのため、太陽電池モジュールの冷却・放熱についても効率的な発電のための課題とされている。

この改善策として、図７に示すように特許文献１では、太陽電池セル２００の発電量が基準値より低下した場合に、太陽電池セル２００の受光面に水又は洗浄液を排出口５００から受光面に排出するとともにワイパー５１０で汚れを拭い去るという方法が開示されている。この方法によれば、太陽電池セルの表面の洗浄を自動的に行うことができるが、ワイパー５１０という可動部分があることからそのメンテナンスが必要であるとともに部品点数の増加を招く。また、洗浄液を排出するタイミングを太陽電池セルの発電量を基準として決めていることから、実際の太陽電池セル２００の汚れとは必ずしも一致しないおそれがある。
一方、図８に示すように、特許文献２では、コントロールユニット９００で太陽電池セル２１０の温度を監視し、必要に応じて太陽電池セル２１０の裏面側に設けられた冷却水通路４００に冷却水を流すとともに、太陽電池セル２１０の受光面にも冷却水６２０を散水するというシステムが開示されている。この方法によれば、コントロールユニット９００からの指示に従って太陽電池セル２１０より上位のタンク６１０に水源６００からポンプ７００で冷却水６２０を供給し、タンク６１０より下位の太陽電池セル２１０の裏面側通路４００に冷却水６２０を流すことで太陽電池セル２１０の冷却が図られる。また、更なる太陽電池セル２１０の冷却又は太陽電池セル２１０の受光面の洗浄が必要な場合にはタンク６１０への給水量を増加させることにより、タンク６１０の上部に設けられた放出口５２０から太陽電池セルの表面に冷却水６２０を流し、太陽電池セル２１０の更なる冷却及び受光面の洗浄を実現することができる。しかし、タンク６１０に水を汲み上げ給水量を増加させなければ太陽電池セル２１０の洗浄をすることができず、洗浄を目的とした場合には効率的ではない。また、太陽電池モジュール１００にタンク６１０を設備したり裏面側通路４００を設けたりするなど、冷却および洗浄機構が複雑な構成となっており、特に、施工時の配管作業が煩雑となりうる。

特開昭５９−９６８３３号公報 特開平１０−３０８５２３号公報

そこで、本発明の目的は、複雑な構造を持つことなく太陽電池セルを効率よく洗浄かつ冷却できる太陽電池モジュール、及び、該モジュールの動作環境に応じて太陽電池セルの洗浄機能・冷却機能を発揮させることができる太陽光発電システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る太陽電池モジュール及び太陽光発電システムは、以下のような手段を採用したことを特徴とする。
（１）複数の太陽電池セルが集合する太陽電池セル集合体と、太陽電池セル集合体を取り囲む枠とを備え、枠の少なくとも一部に配管部を形成し、配管部に流水路を設けるとともに、流水を太陽電池セルの受光面に散水する散水口を流水路に連通するように形成したことを特徴とする太陽電池モジュール。

（２）枠に太陽電池セルが嵌合する長溝を形成し、該長溝に沿って延びるように配管部を枠に一体的に形成したことを特徴とする（１）記載の太陽電池モジュール。

（３）配管部が、太陽電池セル集合体の設置状態において、枠の上縁となる部分に沿って配置されていることを特徴とする（１）記載の太陽電池モジュール。

（４）散水口が、太陽電池セルの受光面を被覆する光触媒層に流水を散水することを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

（５）配管部の端部に、他の太陽電池モジュールの配管部を接続するための流体継手を設けたことを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

（６）請求項１から請求項５のいずれかに記載された一つ又は複数の太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの動作環境に関するデータを収集する環境センサ部と、環境センサ部が収集したデータに基づいて配管部を流れる流水の流量を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。

（７）制御部を遠隔地から操作する遠隔操作ユニットを備えたことを特徴とする（６）に記載の太陽光発電システム。

上記（１）の太陽電池モジュールによれば、以下の効果がある。
・流水路に水が流れることで枠の熱伝導により太陽電池セル集合体の全体を効率よく冷却することができる。
・散水口から流水が散水されることにより太陽電池セルの受光面を洗浄・冷却することができる。
・枠の設置とともに流水路の配管作業を同時に完了することができ、太陽電池モジュールの設置作業が容易となる。

上記（２）の太陽電池モジュールによれば、流水路を形成する配管部が太陽電池セルを嵌合させる枠に一体的に設けられていることから、太陽電池モジュールの部品点数を少なくすることができるとともに、製造が容易になる。

上記（３）の太陽電池モジュールによれば、配管部および散水口が枠の上縁部分に沿って配置されていることから、太陽電池モジュールの組み立て及び流水路の取り回しが容易となるとともに、流水路より下位に嵌合されている太陽電池セルの受光面に効率よく散水することができるという効果がある。

上記（４）の太陽電池モジュールによれば、太陽電池セルの受光面に光触媒層を設けたことにより、受光面に太陽光線が照射されると有害物質を分解するとともに親水基を形成され汚れが浮いた状態となり、散水された流水と一緒に汚れが効率よく太陽電池セルの受光面から洗い流されるという効果がある。

上記（５）の太陽電池モジュールによれば、複数の太陽電池モジュールを設置する際に、簡易に流水路を形成することができるという効果がある。

上記（６）の太陽光発電システムによれば、太陽電池セルの動作環境を適切に判断し、洗浄・冷却機能を容易にコントロールできるという効果がある。

上記（７）の太陽光発電システムによれば、山地などに設けられた太陽光システムを遠隔地からコントロールすることができるという効果がある。

本発明の太陽電池モジュールの外観的な構成を示した斜視図である。 太陽電池セル集合体が洗浄される動きを示した模式図である。 枠に一体形成された配管部を示す断面図である。 光触媒層が設けられた太陽電池セルの洗浄作用を示した模式図である。 複数の太陽電池モジュールの接続構造を示す模式図である。 本発明の太陽光発電システムを示すブロック図である。 従来の太陽電池モジュールを示す斜視図である。 従来の別の太陽電池モジュールを示す側面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は太陽電池モジュール１の外観的な構成を示す。太陽電気モジュール１は、太陽電池セル２１の集合体２と、枠３からなり、支柱３１または架台（図示せず）によって傾斜した状態で設置される。枠３は平面形状が長方形となっており、太陽電池セル集合体２を取り囲んでいる。図１の設置例では、傾斜した枠３の最上部に位置する短辺に配管部４が形成され、配管部４に流水が流れる流水路４３が設けられるとともに、流水を太陽電池セル２１の受光面に散水する散水口５が流水路４３に連通するように形成されている。従って、太陽電池モジュール１の設置と同時に配管作業を完了することができる。なお、配管部４は、斜状に設置された枠３の上辺に位置するように設ければよく、枠３の長辺と短辺の別を問わない。

図２は太陽電池セル集合体２の洗浄作用を示す。まず、流水は水源６よりポンプ７を使ってホース４１を流れ、配管部４の端部にねじ接合された流水継手４２から配管部４に流入する。次に、流水は配管部４の流水路４３を流れ、伝熱作用で枠３全体を冷却させ、枠３に嵌合保持されている太陽電池セル集合体２を冷却する。また、流水は配管部４に等間隔で設けられた散水口５から太陽電池セル２１の受光面に散水され、受光面上の汚れ８１や落葉８２を洗い流す。図２に示すように、太陽電池モジュール１を複数設置した場合は、共通の水源６から供給される流水によって各モジュール１の太陽電池セル２１を一斉に洗浄することができる。

図３は配管部４が設けられた枠３の一辺の断面形状を示す。枠３の一辺には内側に長溝３２が形成され、ここに太陽電池セル集合体２が嵌合されている。また、配管部４が該長溝３２より上位において枠３の上縁となる部分に沿って延びるように一体的に成形・配置されている。配管部４には散水口５が半径方向に形成され、その内端が流水路４３に連通し、外端が太陽電池セル集合体２の受光面より上位に開孔している。散水口５は太陽電池セル集合体２に均等かつ効率的に散水できるように、配管部４に等間隔に、やや下向き（接地面と平行方向から１５〜２０度の下向き）に開孔されている。ここで、枠３は主にアルミといった熱伝導性に優れた金属により押出成形等で製作されることが好ましい。

図４は光触媒層が設けられた太陽電池セルの受光面の洗浄作用を示す。この太陽電池セル２１の受光面はガラス２２に光触媒層２３がコーティングされている。光触媒層２３は超親水表面を形成し、水６１や汚れ８１（特に油性の汚れ）がはねついても表面で水滴とはならず浮き上がらせ、そのままそれらを洗い落とす。従って、受光面の上を水６１が流れることにより汚れ８１も一緒に洗い流され、表面が洗浄されることとなる（いわゆるセルフクリーニング作用）。通常このセルフクリーニング作用が発揮されるためには、受光面の上に水が流れる状態、例えば、雨が降るといった自然現象を待つ必要があるが、本発明においては、流水が散水口５から太陽電池セル集合体２の受光面に散水されることから、雨などの自然現象を待つことなく確実に受光面の洗浄を行うことができる。

図５は、複数の太陽電池モジュールの接続構造を示す。流体継手４２はねじが切られており、配管部４の両端部内部に切られたねじに螺合されている。流水路４３を流れた流水は、一部が散水口５から散水され、残りが流入側と反対側の端部に達する。反対側の端部に螺合されている流体継手４２にはホース４１の一端が接続され、ホース４１の他端が他の太陽電池モジュール１の流体継手４２にさらに接続される。これにより、複数の太陽電池モジュール１の配管部４に一斉に通水をすることができる。ここで、流体継手４２はそれぞれが配管部４にねじ接続されていることから着脱が容易であり、流水路４３の変更も自在となる。また、流体継手と流体継手の間を可撓性のホース４１で接続させることにより、より柔軟な流水路４３を形成することができる。

図６は本発明の太陽光発電システムを示す。該システム９は、太陽電池モジュール１やポンプ７に加えて、配管部４を流れる流水の流量を制御する制御部９１と、太陽電池モジュール１の動作環境に関するデータを収集する環境センサ部９４と、制御部９１を遠隔地から操作する遠隔操作ユニット９２とからなる。制御部９１は、太陽電池モジュール１から温度や発電量といった太陽電池モジュール１の状態に関するデータを、通信線９３を通じて収集する。また、制御部９１は、太陽電池モジュール１周辺の温度・湿度・雨量等といった太陽電池モジュール１を取り巻く環境に関するデータを環境センサ部９４から収集する。環境センサ部９４には周辺状況を映像で確認できるようにカメラを使用してもよい。制御部９１は収集したデータに基づいて配管部４を流れる流水の流量を制御するためにポンプ７の吐出量やバルブ（図示せず）の開度をコントロールする。このシステム９により、太陽電池モジュール１が実際どのような状態にあるのかを確実に把握するとともに、効率的な冷却・洗浄を行うことができる。

また、制御部９１の操作は遠隔操作ユニット９２を通じて、例えばインターネット１０を経由し接続された遠隔地端末９５によりユーザ９６が監視することができる。特に人里を離れた場所に設置された太陽光発電システムの場合、遠隔地より監視及び操作ができることでシステムの効率のよい管理を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について添付図を用いて説明したが、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 太陽電池モジュール
２ 太陽電池セル集合体
３ 枠
４ 配管部
５ 散水口
６ 水源
７ ポンプ
９ 太陽光発電システム
１０ インターネット
２１ 太陽電池セル
２２ ガラス
２３ 光触媒層
３１ 支柱
３２ 長溝
４１ ホース
４２ 流体継手
４３ 流水路
６１ 水
８１ 落葉
８２ 汚れ
９１ 制御部
９２ 遠隔操作ユニット
９３ 通信線
９４ 環境センサ
９５ 遠隔地端末
９６ ユーザ

Claims (7)

1. 複数の太陽電池セルが集合する太陽電池セル集合体と、前記太陽電池セル集合体を取り囲む枠とを備え、前記枠の少なくとも一部に配管部を形成し、配管部に流水路を設けるとともに、流水を前記太陽電池セルの受光面に散水する散水口を前記流水路に連通するように形成したことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記枠に前記太陽電池セル集合体が嵌合する長溝を形成し、該長溝に沿って延びるように前記配管部を前記枠に一体的に形成したことを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記配管部が、前記太陽電池セル集合体の設置状態において、前記枠の上縁となる部分に沿って配置されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
4. 前記散水口が、前記太陽電池セルの受光面を被覆する光触媒層に流水を散水することを特徴とする請求項１及び請求項２記載の太陽電池モジュール。
5. 前記配管部の端部に、他の太陽電池モジュールの配管部を接続するための流体継手を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載された一つ又は複数の前記太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの動作環境に関するデータを収集する環境センサ部と、前記環境センサ部が収集したデータに基づいて前記配管部を流れる流水の流量を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
7. 前記制御部を遠隔地から操作する遠隔操作ユニットを備えたことを特徴とする請求項６記載の太陽光発電システム。