JP2018117471A

JP2018117471A - 太陽電池パネルの散水システム

Info

Publication number: JP2018117471A
Application number: JP2017007644A
Authority: JP
Inventors: 新村　浩一; Koichi Niimura; 浩一新村
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-01-19
Also published as: JP6858573B2

Abstract

【課題】太陽電池パネルに散水を行うシステム全体のエネルギー効率を良好に保つ。【解決手段】傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、散水管の外周面且つ軸方向に沿って設けられ、散水管に送り込まれた水を太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口３５と、噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、下方に設けられ、散水管の軸方向を長手方向とするスリット状の開口３６と、を備え、拡散壁の表面を流下する水の少なくとも一部は、開口の上端縁部から水の粘性により水の流れが変化して太陽電池パネルの表面に直接落下して太陽電池パネルの表面で複数の扇状の水の流れを生成し、複数の扇状の水の流れは、隣り合う扇状の水の流れと外接又は重畳することで、太陽電池パネルの表面に液膜流を生成することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池パネルの表面への散水により太陽電池パネルを冷却して、太陽電池パネルの発電効率を高める太陽電池パネルの散水システムに関する。

一般に、太陽電池パネルに用いられる太陽電池セルは、太陽電池セルの温度上昇により発電効率が低下するなど、太陽電池セルの温度によって発電効率が変動することが知られている。例えば、太陽電池セルの温度上昇による発電効率の低下を防止する方法として、太陽電池パネルを、太陽電池パネルの施工面（例えば屋根や地面等）から所定の間隔（５〜１０ｃｍ程度）の隙間を空けて配置し、太陽電池パネルと太陽電池パネルの施工面との間に空気を循環させて太陽電池セルの冷却を行うシステムが挙げられる。

また、この他に、水平面に対して傾斜する太陽電池パネルの表面の上端側に設けた散水部により太陽電池パネルの表面に散水を行うことで、太陽電池セルの冷却を行うシステムも考案される。散水を行うことで、太陽電池セルの冷却を行うシステムの一例として、太陽電池パネルにおける発電状態、暦、太陽電池パネルが設置される地域、太陽電池パネルの温度などの情報に基づいて、散水部から噴出させる水の圧力を調整するシステムが考案される（特許文献１参照）。

特許文献１に開示されるシステムでは、例えば太陽電池パネルの上部領域への散水（Ａステップ）、太陽電池パネルの中部領域への散水（Ｂステップ）、太陽電池パネルの下部領域への散水（Ｃステップ）、太陽電池パネルの裏面側への散水（Ｄステップ）の４段階の散水ができるように、散水部から噴出させる水の圧力を調整することを開示している。また、特許文献１に開示される散水システムは、上述した４つのステップを組み合わせた異なる複数のモード（運用形態）を予め設定し、いずれかのモードを用いた散水により、ゴミや埃、黄砂の他、積雪を除去し、また、散水により太陽電池パネルの冷却を行って、発電効率を向上させている。

特開２０１１−１４６４４２号公報

一般的に、太陽電池パネルの表面に散水を行った場合、散水時の水量が少ない場合には、太陽電池パネルの表面を流下する水の表面張力や粘性等の影響により、筋状に流下しやすい。したがって、特許文献１に開示されるシステムにおいて、散水時の水圧を小さく設定した場合、散水時の水量が少ないことから、太陽電池パネルの表面を流下する水は太陽電池パネルの表面全体に行き渡らず、太陽電池パネルを効率的に冷却することができない。

したがって、太陽電池パネルの表面全体を濡らすためには、散水する水量を多くことが考えられるが、散水用の水を散水部に供給するために作動させるポンプで消費される電力量が多くなる。その結果、散水により消費されるエネルギー量が太陽電池パネルの冷却により増加するエネルギー量よりも多くなり、システム全体におけるエネルギー効率が悪い。

また、特許文献１に開示されるシステムでは、太陽電池パネルにおける発電状態、暦や時間、太陽電池パネルが設置される地域、太陽電池パネルの温度などの情報に基づいて、散水部から噴出させる水の圧力の調整を行うことから、システムにおける制御が複雑になりやすい。

本発明は、太陽電池パネルに散水を行うシステム全体のエネルギー効率を良好に保つことができるようにした太陽電池パネルの散水システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の太陽電池パネルの散水システムは、傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、前記散水管の外周面に且つ前記散水管の軸方向に沿って設けられ、前記散水管に送り込まれた水を前記太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口と、前記太陽電池パネルの傾斜方向における前記散水管の下流側で且つ前記複数の噴出口と対面する位置に、前記太陽電池パネルの表面に対して立設され、前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、前記拡散壁において前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して拡散する領域よりも下方に設けられ、前記散水管の軸方向を長手方向とするスリット状の開口と、を備え、前記拡散壁の表面を流下する水の少なくとも一部は、前記開口の上端縁部から前記水の粘性により前記水の流れが変化して前記太陽電池パネルの表面に直接落下して前記太陽電池パネルの表面で複数の扇状の水の流れを生成し、前記複数の扇状の水の流れは、隣り合う扇状の水の流れと外接又は重畳することで、前記太陽電池パネルの表面に液膜流を生成することを特徴とする。

また、前記散水管に送り込まれる水の水量は、前記拡散壁の表面で拡散した水の拡散直径が前記複数の噴出口の間隔と同一長さ以上になる水量であることを特徴とする。

また、前記散水管に送り込まれる水の水量は、前記拡散壁の表面で拡散した水の拡散直径が所定の大きさ以上になる水量であることを特徴とする。この場合、前記散水管に送り込まれる水の水量は、前記拡散壁の表面で拡散した水の拡散直径の６割以上の直径であることが好ましい。

また、前記拡散壁の表面を流下する水の一部は、前記開口の上端縁部から前記開口の下端縁部近傍に落下し、前記開口の下端縁部近傍に落下した一部の水が前記拡散壁の前記傾斜方向における上流側に貯留されることを特徴とする。

このとき、前記開口の下端縁部近傍に落下する水は、貯留された水が前記開口の下端縁部を超えて前記太陽電池パネルの表面へと溢れる箇所に衝突して、前記太陽電池パネルの表面へと溢れる水の表面張力を変化させることが好ましい。

また、前記拡散壁を流下する水は、時間的に落下方向が変化して、前記太陽電池パネルの表面に直接落下した水が拡散する領域の表面張力を変化させることを特徴とする。

また、前記拡散壁は、前記散水管を収納する箱体の側壁であることを特徴とする。

また、本発明の太陽電池パネルの散水システムは、傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、前記散水管の外周面に且つ前記散水管の軸方向に沿って設けられ、前記散水管に送り込まれた水を前記太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口と、前記太陽電池パネルの傾斜方向における前記散水管の下流側で前記複数の噴出口と対面し、且つ下端縁の少なくとも一部と前記太陽電池パネルとの間に隙間を形成するように前記太陽電池パネルの表面に対して立設され、前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、を備え、前記拡散壁の表面を流下する水は、拡散壁の下端縁から前記水の粘性により前記水の流れが変化して前記太陽電池パネルの表面に直接落下して前記太陽電池パネルの表面で複数の扇状の水の流れを生成し、前記複数の扇状の水の流れは、隣り合う扇状の水の流れと外接又は重畳することで、前記太陽電池パネルの表面に液膜流を生成することを特徴とする。

また、本発明の太陽電池パネルの散水システムは、傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、前記散水管の外周面に且つ前記散水管の軸方向に沿って設けられ、前記散水管に送り込まれた水を前記太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口と、前記太陽電池パネルの傾斜方向における前記散水管の下流側で且つ前記複数の噴出口と対面する位置に、前記太陽電池パネルの表面に対して立設され、前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、前記拡散壁において前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して拡散する領域よりも下方に設けられ、前記散水管の軸方向を長手方向とするスリット状の開口と、を備え、前記拡散壁の表面を流下する水の一部は、前記開口の上端縁部から前記開口の下端縁部近傍に落下し、前記開口の下端縁部近傍に落下した一部の水が前記拡散壁の前記傾斜方向における上流側に貯留されることを特徴とする。

また、本発明の太陽電池パネルの散水システムは、傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、前記散水管の外周面に且つ前記散水管の軸方向に沿って設けられ、前記散水管に送り込まれた水を前記太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口と、前記太陽電池パネルの傾斜方向における前記散水管の下流側で且つ前記複数の噴出口と対面する位置に、前記太陽電池パネルの表面に対して立設され、前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、前記拡散壁において前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して拡散する領域よりも下方に設けられ、前記散水管の軸方向を長手方向とするスリット状の開口と、を備え、前記開口の下端縁部近傍に落下する水は、貯留された水が前記開口の下端縁部を超えて前記太陽電池パネルの表面へと溢れる箇所に衝突して、前記太陽電池パネルの表面へと溢れる水の表面張力を変化させることを特徴とする。

また、本発明の太陽電池パネルの散水システムは、傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、前記散水管の外周面に且つ前記散水管の軸方向に沿って設けられ、前記散水管に送り込まれた水を前記太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口と、前記太陽電池パネルの傾斜方向における前記散水管の下流側で且つ前記複数の噴出口と対面する位置に、前記太陽電池パネルの表面に対して立設され、前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、前記拡散壁において前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して拡散する領域よりも下方に設けられ、前記散水管の軸方向を長手方向とするスリット状の開口と、を備え、前記拡散壁を流下する水は、時間的に落下方向が変化して、前記太陽電池パネルの表面に直接落下した水が拡散する領域の表面張力を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、太陽電池パネルに散水を行うシステム全体のエネルギー効率を良好に保つことができる。

本発明の太陽電池パネルの散水システムの模式図である。散水部近傍の構成を示す斜視図である。散水箱の長手方向に直交する断面の構成を示す図である。散水用配管から散水箱内部に散水される水の流れを示す断面図である。散水流量、流れの割合、拡散直径、濡れ面積比、太陽電池パネルの表面の流れの状態をまとめた表である。散水流量と拡散直径との関係を示すグラフである。（ａ）拡散直径が噴出口の間隔と同一となる場合の水の流れ、（ａ）拡散直径が噴出口の間隔の６割となる場合の水の流れ、（ｃ）拡散直径が噴出口の間隔の６割未満となる場合の水の流れを示す図である。太陽電池パネルとの間に隙間を空けて配置される拡散板を備えた散水部の構成を示す斜視図である。拡散板の長手方向に直交する断面の構成を示す図である。下端部に射流落下部を有する拡散板を備えた散水部の構成を示す斜視図である。

以下、本実施形態における太陽電池パネルの散水システムについて説明する。本実施形態における太陽電池パネルの散水システムは、太陽電池パネルの表面への散水により表面を流下する水を回収して繰り返し使用するシステムである。

図１に示すように、太陽電池パネル１０は、太陽電池モジュール（太陽電池セル）１０ａをアレイ状に複数配置した状態で、建物の屋上や家屋の屋根に設置される。図１は、縦方向（図１中Ｙ方向）に４枚、横方向（図１中Ｘ方向）に２枚の計８枚の太陽電池モジュール１０ａを配置した太陽電池パネル１０の一例を示す。太陽電池パネル１０は、太陽電池モジュール１０ａの各々に対して発電面積を極力確保できるように、太陽電池パネル１０の縦方向において、例えば１０°傾斜して設置される。太陽電池パネル１０に用いられる太陽電池モジュール１０ａは、一例として、横１５５９ｍｍ×縦７９８ｍｍの大きさで、最大出力は２５０Ｗのものが用いられる。なお、符号１１は、太陽電池パネル１０を傾斜した状態で設置するための架台である。

太陽電池パネル１０の外周部には雨樋１５が設けられる。雨樋１５は、軒樋１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、集水器１７、竪樋１８、呼び樋１９などから構成される。軒樋１６ａ，１６ｂは、太陽電池パネル１０の横方向における両端部に、傾斜した太陽電池パネル１０の縦方向に沿って配置される。また、軒樋１６ｃは、傾斜した太陽電池パネル１０の下端部に、太陽電池パネル１０の横方向に沿って配置される。軒樋１６ｃの両端部は、軒樋１６ａ，１６ｂの下流側端部とそれぞれ接続される。したがって、軒樋１６ａ，１６ｂに受容（回収）された雨水は、軒樋１６ａ，１６ｂから軒樋１６ｃに流れる。

軒樋１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、降雨時に、雨水を直接受容する他、太陽電池パネル１０の表面に沿って流れ、太陽電池パネル１０の周縁部から流下する雨水を受容する。また、軒樋１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、散水部２５を介して行われる散水時に、太陽電池パネル１０の表面に沿って流れた後で太陽電池パネル１０の周縁部から流下する雨水を受容する。集水器１７は、軒樋１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより受容された雨水を集水して竪樋１８に流入させる。竪樋１８に流入した雨水は、竪樋１８に接続された呼び樋１９等を介して貯水タンク２０に流入される。

貯水タンク２０は、雨樋１５により受容された雨水を貯留する。貯水タンク２０は、太陽電池パネル１０の側方に設置される。貯水タンク２０は、遮光性に優れたステンレス製であるが、貯留される雨水に対して外気からの熱を断熱できる構造としてもよい。ポンプ２１は、貯水タンク２０に貯留された雨水を散水部２５に送り出すために設けられる。貯水タンク２０が太陽電池パネル１０の側方に設置されているから、ポンプ２１の場程を小さくでき、ポンプ２１の消費エネルギー量を小さくできる。なお、ポンプ２１は、制御装置２２により駆動制御される。符号２３は、貯水タンク２０とポンプ２１とを接続する配管、符号２４は、ポンプ２１と散水部２５とを接続する配管である。

なお、貯水タンク２０は雨樋１５により受容された雨水を貯留するとしているが、降水量が少ない地域に設置された太陽電池パネル１０に対して散水を行う場合や、降水量が少ない季節に太陽電池パネル１０に対して散水する場合があることを考慮して、予め水道水等を貯水タンク２０に貯留しておいてもよい。

散水部２５は、太陽電池パネル１０の縦方向における上流側端部に、図示を省略したブラケットなどを介して設置される。図２及び図３に示すように、散水部２５は、複数の配管２６，２７，２８，２９、及び散水箱３０を含む。複数の配管２６，２７，２８，２９は、例えば耐衝撃性硬質塩化ビニル管（ＨＩＶＰ）が用いられる。なお、配管２６，２７，２８，２９は、一例として、内径が２５ｍｍ、外径が３２ｍｍの管材である。複数の配管２６，２７，２８，２９のうち、配管２９は、配管２９の軸方向に沿って、所定の間隔Ｐを空けた複数の噴出口３５を外周面に有する。なお、図２においては、図の煩雑さを解消するために、一部の噴出口について符号を省略している。以下、複数の噴出口３５が設けられた配管２９を散水用配管と称する。散水用配管２９に設けられる複数の噴出口３５の直径は各々同一径であり、一例として１ｍｍである。また、複数の噴出口３５のうち、隣り合う噴出口３５の間隔Ｐは同一間隔であり、一例として２０ｍｍである。

散水箱３０は、上面が開口された矩形の箱本体３１と、箱本体３１の上部を遮蔽する蓋３２とを含む。散水箱３０は、太陽電池パネル１０と同一の角度傾斜した状態で保持される。なお、図３においては、太陽電池パネル１０の表面から間隔を空けて散水箱３０を設置した状態を示しているが、散水箱３０を太陽電池パネル１０に当接させた状態で設置することも可能である。

箱本体３１は、例えばステンレス鋼材が用いられる。箱本体３１は、側壁３１ａの底面側に、箱本体３１の長手方向に延出されたスリット状の開口３６を有する。本実施形態では、２つの開口３６を箱本体３１の長手方向に配置した場合について説明するが、開口３６の数は１個以上であればよい。

蓋３２は、アクリルなどの透明な合成樹脂材やガラスなどの板状の部材である。蓋３２は、散水箱３０の内部に、粉塵やゴミなどが入り込むことを防止する。また、蓋３２は、散水箱３０の内部、詳細には散水用配管２９の複数の噴出口３５の各々から水が正常に噴出しているか視認するために設けられる。

上述した散水箱３０は、一例として幅Ｗが３２００ｍｍ、奥行きＤが８５ｍｍ、高さＨ１が９０ｍｍである。また、開口３６は、散水箱３０の底面から高さＨ２の位置に設けられる。高さＨ２は、一例として、１０ｍｍである。なお、高さＨ２を０ｍｍとしてもよい。開口３６の高さ方向における幅Ｈ３は、一例として、１０ｍｍである。

散水部２５は、まず、箱本体３１の長手方向に直交する側壁に設けた挿通孔（図示省略）に散水用配管２９を挿通した後、散水用配管２９の両端部にＬ字状の管継手４０，４１を接合する。次に、配管２６の一端部にＴ字状の管継手４２を、配管２６の他端部にＬ字状の管継手４３を接合する。同時に、管継手４０に配管２７の一端部を、管継手４１に配管２８の一端部を各々接合する。最後に、配管２７の他端部を管継手４２に、配管２８の他端部を管継手４３に各々接合する。

ここで、散水用配管２９が散水箱３０に保持された状態において、複数の噴出口３５は、例えば散水箱３０の内壁面のうち、開口３６を有する壁面３１ａで、且つ噴出口３５から噴出される水が該壁面３１ａの開口３６の上方で衝突する角度に保持される。詳細には、複数の噴出口３５は、複数の噴出口３５から噴出した水が散水箱３０の壁面３１ａに衝突したときに発生する射流及び常流が、散水箱３０の壁面３１ａで収まる角度に設定される。図示は省略するが、散水用配管２９の両端部と箱本体３１の側壁に設けた挿通孔との間はシール材などにより遮蔽され、散水箱３０の外部への水漏れを防止する。

次に、本実施形態における太陽電池パネルの散水システムにおける水の流れについて説明する。以下では、太陽電池パネルの表面に常時散水を行う場合を例に挙げて説明する。なお、本実施形態の散水システムは、太陽電池パネルの温度、天候、気候条件、時刻等に基づいて散水を行うか否かを制御することも可能である。

図３及び図４に示すように、ポンプ２１の作動により散水用配管２９に水が送り出されると、散水用配管２９が有する噴出口３５から水が噴出される。噴出した水は噴流の状態で散水箱３０の壁面３１ａに衝突し、壁面３１ａの表面に、衝突した部分を中心とした射流と、射流の外方に位置する常流とを形成した後、壁面３１ａを伝って流下する。その結果、壁面３１ａに衝突した水は、壁面３１ａを扇状に濡らす。

壁面３１ａに沿って流下する水が、壁面３１ａと開口３６の内壁面３６ａとの稜線（エッジ）３７まで流下すると、エッジ３７において発生する水の表面張力等の影響により、流下する水はエッジ３７で、散水箱３０の長手方向において片寄り、筋状に落下する。

エッジ３７から筋状に落下する水に対するコアンダ効果（付着効果）の影響が小さい場合には、壁面３１ａと開口３６の内壁面３６ｂとの稜線（エッジ）３８の近傍に落下する水の流れ（以下、流れＡ）と、開口３６を介して太陽電池パネル１０の表面に直接落下する水の流れ（以下、流れＢ）との間で時間的に変化する。一方、エッジ３７から筋状に落下する水に対するコアンダ効果の影響が大きくなるに従って、水の流れが流れＡ及び流れＢとの間で時間的に変化しなくなり、流れＢのみとなる。なお、コアンダ効果は、壁面３１ａを流下する水の水量に応じて変化する。以下、流れＡ及び流れＢの間で時間的に変化する場合の、流れＡ及び流れＢ以外の水の流れを、流れＣとする。なお、図４においては、流れＡ及び流れＢのみを示している。

流れＡは、壁面３１ａと開口３６の内壁面３６ｂとのエッジ３８の近傍に落下する水の流れである。流れＡの場合、落下する水は、開口３６の内壁面３６ｂ又はエッジ３８近傍に落下して跳ね返り、散水箱３０の内部に貯留されるか、開口３６を介して太陽電池パネル１０の表面に落下する。散水箱３０の内部に貯留された水は、その水位がエッジ３８の高さを超えたときに、エッジ３８を超えて外部に溢れ、太陽電池パネル１０の表面へと流れる。エッジ３８を超えて外部に溢れる水は、その水量により、開口３６の内壁面３６ｂ、開口３６の内壁面３６ｂと散水箱３０の外壁面３１ｂとのエッジ３９、さらには、散水箱３０の外壁面３１ｂを伝って流下するか、太陽電池パネル１０の表面に直接落下する。流れＡは、エッジ３８を超えて外部に溢れる水や、エッジ３８近傍の水と衝突して、これら水の表面張力を変化させる。これにより、エッジ３８を超えて外部に溢れる水が偏流となって太陽電池パネル１０の表面に落下することを防止する。

流れＢは、太陽電池パネル１０の表面に直接落下する水の流れである。太陽電池パネル１０の表面に直接落下した水は、太陽電池パネル１０の表面に直接落下した部分を中心とした射流と、射流の外方に位置する常流とを形成した後、太陽電池パネル１０の表面を扇状に流下する。

流れＣは、流れＡ及び流れＢの間で時間的に変化する場合の、流れＡ及び流れＢ以外の水の流れである。流れＣの場合、落下する水のうち、エッジ３９の近傍に落下する水は、エッジ３９の近傍で衝突して跳ね返り、散水箱３０の内部に貯留されるか、開口３６を介して太陽電池パネル１０の表面に落下する。開口３６を介して太陽電池パネル１０の表面に直接落下する水は、流れＡにより太陽電池パネル１０の表面に直接落下する水が拡散した領域近傍に落下して、太陽電池パネル１０の表面で拡散した水の表面張力を変化させる。

図５は、散水時のポンプ２１から散水部２５に送り込む水の流量を変化させたときの、上述した流れＡ、流れＢ及び流れＣの割合、噴出口３５から噴出した水が散水箱３０の壁面３１ａに衝突したときに発生する拡散直径（射流の直径）、太陽電池パネル１０の表面における濡れ面積の割合、太陽電池パネル１０の表面を流れる水の流れをまとめたものである。以下、散水時のポンプ２１から散水部２５に送り込む水の流量を散水流量と称する。

図５に示すように、散水流量が８Ｌ／ｍｉｎであるとき、散水箱３０の壁面３１ａに衝突して発生する拡散直径は、１０ｍｍである。このとき、散水箱３０の壁面３１ａを伝って流下する水の流れは柱状である。また、エッジ３７に到達後の水の流れは、流れＡが７％、流れＢが３７％、流れＣが５６％となる。このとき、太陽電池パネル１０の表面を流れる水の流れは、偏流傾向にあり、太陽電池パネル１０の表面全体の７割程度しか水に濡れないことがわかった。

散水流量が１０Ｌ／ｍｉｎであるとき、散水箱３０の壁面３１ａに衝突して発生する拡散直径は１２ｍｍである。このとき、散水箱３０の壁面３１ａを伝って流下する水の流れは柱状である。また、エッジ３７に到達後の水の流れは、流れＡが１％、流れＢが７９％、流れＣが２０％となる。このとき、太陽電池パネル１０の表面を流れる水の流れは、液膜流になり、太陽電池パネル１０の表面全体が水に濡れることがわかった。

散水流量が２５Ｌ／ｍｉｎであるとき、散水箱３０の壁面３１ａに衝突して発生する拡散直径は、２２ｍｍである。このとき、散水箱３０の壁面３１ａを伝って流下する水の流れは扇状である。また、エッジ３７に到達後の水の流れは、流れＡが０％、流れＢが１００％、流れＣが０％となる。このとき、太陽電池パネル１０の表面を流れる水の流れは、液膜流になり、太陽電池パネル１０の表面全体が水に濡れることがわかった。

次に、散水流量と散水箱３０の壁面３１ａに形成される射流の拡散直径との関係について説明する。散水用配管２９の各噴出口３５から噴出した水が内壁３１ａに衝突したときに発生する射流の拡散半径ｒは、以下の式（１）で示される。

ここで、式（１）中、符号ｒは射流の半径、符号Ｑは噴出口１個当たりの流量、符号νは動粘度、符号ｇは重力加速度である。なお、散水水量は、以下の式（２）で示される。

ここで、式（２）中、符号ｎは、散水用配管２９が有する噴出口３５の数である。

図６は、水温を３０°Ｃとしたときの散水流量と拡散直径との関係を示す。ここで、拡散直径とは、壁面に衝突したときに生じる射流の直径である。なお、水温が３０°Ｃであるときの、水の動粘度νは、８．０１×１０^−７ｍ^２／ｓである。

図６に示すように、散水流量が増加するにしたがって、散水箱３０の壁面３１ａに形成される拡散直径が大きくなることがわかる。上述したように、複数の噴出口のうち、隣り合う噴出口の間隔Ｐは２０ｍｍである。

図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、散水箱３０の壁面３１ａにおける水の散水状態を示す図である。なお、これら図においては、散水箱３０の開口３５を介して落下した後の水の流れについては、点線で示している。

図７（ａ）に示すように、複数の噴出口３５から噴出した水が内壁３１ａに衝突したときに発生する射流の拡散直径Ｄ１が２０ｍｍとなる場合、発生した射流は各々外接する。符号４５は、複数の噴出口３５から噴出した水が内壁３１ａに衝突する箇所である。したがって、各射流に基づく水の流れ５０は、散水箱３０の長手方向において、内壁３１ａの全体を濡らす。各噴出口３５から噴出した水が壁面３１ａを伝ってエッジ３７に到達すると、表面張力の影響を受けて、各々が例えば帯状の流れとなって太陽電池パネル１０の表面に落下する。符号４６は、開口３５を介して落下した水が太陽電池パネル１０の表面に落下する箇所である。

複数の帯状の流れで太陽電池パネル１０の表面に落下した水は、太陽電池パネル１０の表面で射流を形成し、太陽電池パネル１０の表面を扇状の流れ５１で流下する。このとき、隣り合う扇状の流れが重畳されることから、散水される水は、太陽電池パネル１０の表面の全体を液膜流の状態で流下する。散水される水が帯状の流れとなって太陽電池パネル１０の表面に落下するとき、帯状の幅分、扇状の流れ５１の幅が広がり、隣り合う扇状の流れが重畳しやすくなると考えられる。ここで、射流の拡散直径Ｄ１が２０ｍｍとなる場合、上述した式（１）により、１個の噴出口３５における散水流量Ｑ＝２．３×１０^−６Ｌ／ｍｉｎとなる。また、散水用配管２９に設けられる噴出口３５の数を１６０個とした場合、散水流量は、上述した式（２）により、２２Ｌ／ｍｉｎとなる。例えば散水箱３０の幅Ｗが３２００ｍｍである場合、散水箱３０における１ｍ当たりの散水流量は約６．９Ｌ／ｍｉｎとなる。

なお、射流の拡散直径Ｄ１が２０ｍｍを超えた場合、複数の噴出口３５から噴出した水が内壁３１ａに衝突したときに発生する射流のうち、隣り合う射流は一部が各々重畳する。したがって、射流の拡散直径Ｄ１が２０ｍｍを超えた場合も、射流の拡散直径Ｄ１が２０ｍｍとなる場合と同様に、散水される水は、太陽電池パネル１０の表面全体を液膜流の状態で流下する。

図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、射流の拡散直径Ｄ１が２０ｍｍ未満となる場合、発生した射流に基づく水の流れ５０は外接しない。したがって、複数の噴出口３５から噴出した水は、散水箱３０の長手方向において、内壁３１ａの全体を濡らすことはない。この場合も、壁面３１ａを伝ってエッジ３７に到達した水は、表面張力の影響を受けて、各々が、例えば帯状の流れとなって太陽電池パネル１０の表面に落下する。

図７（ｂ）に示すように、射流の拡散直径Ｄ１が１２ｍｍとなる場合、複数の噴出口３５から噴出した水が内壁３１ａに衝突したときに発生する射流のうち、隣り合う射流は外接しない。この場合も、噴出口３５から噴出した水は、複数の扇状の流れ５２となる。このとき、散水箱３０の長手方向において、内壁３１ａの全面を濡らすことはない。各噴出口３５から噴出した水が壁面３１ａを伝ってエッジ３７に到達すると、表面張力の影響を受けて、その幅を縮小した帯状の流れで太陽電池パネル１０の表面に落下する。符号４７は、開口３５を介して落下した水が太陽電池パネル１０の表面に落下する箇所である。

複数の帯状の流れで太陽電池パネル１０の表面に落下した水は、太陽電池パネル１０の表面に射流を生成する。そして、太陽電池パネル１０の表面に生成される射流は、扇状の水の流れ５３で太陽電池パネル１０の表面に沿って流下する。このとき、隣り合う扇状の水の流れ５３が外接又は重畳されることから、散水される水は、太陽電池パネル１０の表面の全体を液膜流の状態で流下する。この場合、壁面３１ａを伝わりエッジ３８から落下する水の流れは流れＢだけでなく、流れＡ及び流れＣがある。これら水の流れは、流れＢにより太陽電池パネル１０の表面の全体を流下する液膜流に合流される。なお、射流の拡散直径Ｄ１が１２ｍｍとなる場合、１個の噴出口３５における散水流量Ｑは、上述した式（１）より、１．０×１０^−６Ｌ／ｍｉｎとなる。また、散水流量は、上述した式（２）より、１０Ｌ／ｍｉｎとなる。例えば散水箱３０の幅Ｗが３２００ｍｍである場合、散水箱３０における１ｍ当たりの散水流量は約３．１Ｌ／ｍｉｎとなる。

図７（ｃ）に示すように、射流の拡散直径Ｄ１が１２ｍｍ未満となる場合、複数の噴出口３５から噴出した水が内壁３１ａに衝突したときに発生する射流のうち、隣り合う射流は外接しない。この場合も、噴出口３５から噴出した水は、筋状又は帯状の流れ５４で、散水箱３０の内壁３１ａを伝って流下する。この場合、噴出口３５から噴出した水の水量が少ないほど、筋状の流れとなる。したがって、噴出口３５から噴出した水は、散水箱３０の長手方向において、内壁３１ａの全面を濡らすことはない。各噴出口３５から噴出した水が壁面３１ａを伝ってエッジ３７に到達すると、表面張力の影響を受けて、その幅を縮小した筋状の流れで太陽電池パネル１０の表面に落下する。符号４８は、開口３５を介して落下した水が太陽電池パネル１０の表面に落下する箇所である。

複数の筋状の流れで太陽電池パネル１０の表面に落下した水は、太陽電池パネル１０の表面に射流を生成する。そして、太陽電池パネル１０の表面に生成される射流は、扇状の水の流れ５３で太陽電池パネル１０の表面に沿って流下する。このとき、隣り合う扇状の水の流れは外接されずに流下する。したがって、射流の拡散直径Ｄ１が１２ｍｍ未満となる場合には、太陽電池パネル１０の表面の一部の領域を流下する。つまり、散水された水が、偏流の状態で太陽電池パネル１０の表面を流下する。この場合、壁面３１ａを伝わりエッジ３８から落下する水の流れは流れＢだけでなく、流れＡ及び流れＣがある。これら水の流れは、流れＢにより太陽電池パネル１０の表面を流下する偏流に合流する。したがって、太陽電池パネルの表面全体を濡らすことはない。なお、射流の拡散直径Ｄ１が１２ｍｍ未満となる場合の散水流量は、１０Ｌ／ｍｉｎ未満である。

したがって、噴出口３５から噴出した水により散水箱３０の壁面３１ａに生成される射流の拡散直径Ｄ１が複数の噴出口３５の間隔Ｐの６割以上、特に好ましくは、射流の拡散直径Ｄ１が噴出口３５の間隔と同一値以上であれば、散水された水は、散水箱３０の壁面３１ａで一回拡散され、さらに開口から太陽電池パネルの表面に落下した後で再度拡散される。その結果、太陽電池パネル１０の表面を液膜流として流れ、太陽電池パネル１０の表面全体を濡らすことができる。したがって、上記条件を満足することができるときに、太陽電池パネル１０を効率良く冷却することができる。さらに、射流の拡散直径Ｄ１が散水用配管２９に設けられる複数の噴出口３５のうち、隣り合う噴出口３５の間隔Ｐの６０〜７０％、言い換えれば散水流量が８〜１２Ｌ／ｍｉｎ（噴出口１個当たりの流量Ｑ＝８〜１２×１０^−６Ｌ／ｍｉｎ）の場合には、上述した流れＣがおおよそ２０％となるので、開口３６を越流する水やエッジ３８近傍の水の表面張力を変化させ、太陽電池パネル１０の表面に向けて流れる水を拡散させる効果も期待できる。

本実施形態では、散水用配管２９が有する複数の噴出口３５から噴出する水を衝突させる壁面３１ａと、衝突した水をコアンダ効果により太陽電池パネル１０の表面に向けて落下させる開口３５とを備え、散水用配管２９を収納する散水箱３０を散水部２５に設けた場合を一例として取り上げているが、散水箱３０を用いる代わりに、散水板を設けてもよい。

以下、散水時に用いる配管及び散水用配管は、本実施形態と同一であることから、本実施形態と同一の符号を付して説明する。図８及び図９に示すように、例えば散水部２５’は、複数の配管２６，２７，２８及び散水用配管２９、管継手４０，４１，４２，４３の他に、拡散板６１を有する。射流発生板６１は、散水用配管２９が有する複数の噴出口３５から噴出する水を衝突させる壁面６１ａを有する。拡散板６１は、拡散板６１の下端縁と太陽電池パネル１０の表面との間に隙間６５ができるように設置する。拡散板６１は、散水用配管２９の軸方向を長手方向とする矩形の板部材である。拡散板６１は、主に金属材料の板部材から構成するが、プラスチック材料で構成してもよい。拡散板６１は、長手方向の両端部に設けられるブラケット６８，６９を介して管継手４１，４２に固定される。なお、拡散板６１は、長手方向の両端部に設けられるブラケット６８，６９を介して管継手４１，４２に固定する他に、長手方向の両端部に設けられるブラケット６８，６９を介して散水用配管２９に固定してもよい。この際、拡散板６１は、下端縁と太陽電池パネル１０の表面との間に隙間６５ができるように設置される。ここで、拡散板６１は、ブラケット６８の代わりにＵボルト等を用いて散水用配管２９に設置することも可能である。なお、太陽電池パネル１０の表面に対する拡散板６１の壁面６１ａの角度や噴出口の角度については、拡散板６１の壁面６１ａを流下し、散水板６１の壁面６１ａの下端縁（エッジ）６１ｂに到達した水がコアンダ効果により太陽電池パネル１０の表面に向けて落下できる角度に設定される。

この実施形態では、本実施形態と同様の作用効果を有する他、以下の作用効果を有する。この実施形態では、散水用配管２９が外部に露呈される。したがって、散水用配管２９や拡散板６１等のメンテナンス作業を容易に行うことが可能となる。また、拡散板６１を用いることで、散水用配管２９の外周面に設けられた噴出口３５に対する拡散板６１の角度の調整を容易に行うことができる。

なお、拡散板６１は、散水用配管２９の軸方向を長手方向とする矩形の板部材としているが、図１０に示すように、拡散板７０の下端部に、拡散板７０の長手方向に沿って切り欠いた射流落下部７１を散水部２５”に設けてもよい。このとき射流落下部７１の幅Ｗ１は、散水用配管２９の外周面に設けられた複数の噴出口３５から噴出された水によって壁面で形成される射流が拡散板７０の壁面に沿って流下し、太陽電池パネル１０の表面に落下できる幅に設定される。この場合、拡散板７０の壁面に衝突した水は射流を形成した後拡散板７０の壁面に沿って流下し、射流落下部７１から太陽電池パネル１０に流下する。この場合も、本実施形態と同一の作用効果を有する。

なお、拡散板６１，７０を設けた場合、散水用配管２９による散水流量は、本実施形態と同一に設定することができる。

本実施形態では、散水用配管２９が有する複数の噴出口３５の直径を各々同一径としているが、異なる直径としてもよい。また、散水用配管２９に設ける複数の噴出口３５のうち、隣り合う噴出口３５の間隔Ｐを同一間隔としているが、異なる間隔としてもよい。

１０…太陽電池パネル、２１…ポンプ、２２…制御装置、２５，２５’，２５”…散水部、２９…散水用配管、３０…散水箱、３１…箱本体、３１ａ…壁面、３５…噴出口、３６…開口、６１，７０…拡散板、６８，６９…ブラケット、７１…射流落下部

Claims

傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、
前記散水管の外周面に且つ前記散水管の軸方向に沿って設けられ、前記散水管に送り込まれた水を前記太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口と、
前記太陽電池パネルの傾斜方向における前記散水管の下流側で且つ前記複数の噴出口と対面する位置に、前記太陽電池パネルの表面に対して立設され、前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、
前記拡散壁において前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して拡散する領域よりも下方に設けられ、前記散水管の軸方向を長手方向とするスリット状の開口と、
を備え、
前記拡散壁の表面を流下する水の少なくとも一部は、前記開口の上端縁部から前記水の粘性により前記水の流れが変化して前記太陽電池パネルの表面に直接落下して前記太陽電池パネルの表面で複数の扇状の水の流れを生成し、
前記複数の扇状の水の流れは、隣り合う扇状の水の流れと外接又は重畳することで、前記太陽電池パネルの表面に液膜流を生成することを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
請求項１に記載の太陽電池パネルの散水システムにおいて、
前記散水管に送り込まれる水の水量は、前記拡散壁の表面で拡散した水の拡散直径が前記複数の噴出口の間隔と同一長さ以上になる水量であることを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
請求項１に記載の太陽電池パネルの散水システムにおいて、
前記散水管に送り込まれる水の水量は、前記拡散壁の表面で拡散した水の拡散直径が所定の大きさ以上になる水量であることを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
請求項３に記載の太陽電池パネルの散水システムにおいて、
前記散水管に送り込まれる水の水量は、前記拡散壁の表面で拡散した水の拡散直径の６割以上の直径であることを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
請求項３又は請求項４に記載の太陽電池パネルの散水システムにおいて、
前記拡散壁の表面を流下する水の一部は、前記開口の上端縁部から前記開口の下端縁部近傍に落下し、前記開口の下端縁部近傍に落下した一部の水が前記拡散壁の前記傾斜方向における上流側に貯留されることを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
請求項５に記載の太陽電池パネルの散水システムにおいて、
前記開口の下端縁部近傍に落下する水は、貯留された水が前記開口の下端縁部を超えて前記太陽電池パネルの表面へと溢れる箇所に衝突して、前記太陽電池パネルの表面へと溢れる水の表面張力を変化させることを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
請求項３又は請求項４に記載の太陽電池パネルの散水システムにおいて、
前記拡散壁を流下する水は、時間的に落下方向が変化して、前記太陽電池パネルの表面に直接落下した水が拡散する領域の表面張力を変化させることを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池パネルの散水システムにおいて、
前記拡散壁は、前記散水管を収納する箱体の側壁であることを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、
前記散水管の外周面に且つ前記散水管の軸方向に沿って設けられ、前記散水管に送り込まれた水を前記太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口と、
前記太陽電池パネルの傾斜方向における前記散水管の下流側で前記複数の噴出口と対面し、且つ下端縁の少なくとも一部と前記太陽電池パネルとの間に隙間を形成するように前記太陽電池パネルの表面に対して立設され、前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、
を備え、
前記拡散壁の表面を流下する水は、拡散壁の下端縁から前記水の粘性により前記水の流れが変化して前記太陽電池パネルの表面に直接落下して前記太陽電池パネルの表面で複数の扇状の水の流れを生成し、
前記複数の扇状の水の流れは、隣り合う扇状の水の流れと外接又は重畳することで、前記太陽電池パネルの表面に液膜流を生成することを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、
前記散水管の外周面に且つ前記散水管の軸方向に沿って設けられ、前記散水管に送り込まれた水を前記太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口と、
前記太陽電池パネルの傾斜方向における前記散水管の下流側で且つ前記複数の噴出口と対面する位置に、前記太陽電池パネルの表面に対して立設され、前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、
前記拡散壁において前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して拡散する領域よりも下方に設けられ、前記散水管の軸方向を長手方向とするスリット状の開口と、
を備え、
前記拡散壁の表面を流下する水の一部は、前記開口の上端縁部から前記開口の下端縁部近傍に落下し、前記開口の下端縁部近傍に落下した一部の水が前記拡散壁の前記傾斜方向における上流側に貯留されることを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、
前記散水管の外周面に且つ前記散水管の軸方向に沿って設けられ、前記散水管に送り込まれた水を前記太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口と、
前記太陽電池パネルの傾斜方向における前記散水管の下流側で且つ前記複数の噴出口と対面する位置に、前記太陽電池パネルの表面に対して立設され、前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、
前記拡散壁において前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して拡散する領域よりも下方に設けられ、前記散水管の軸方向を長手方向とするスリット状の開口と、
を備え、
前記開口の下端縁部近傍に落下する水は、貯留された水が前記開口の下端縁部を超えて前記太陽電池パネルの表面へと溢れる箇所に衝突して、前記太陽電池パネルの表面へと溢れる水の表面張力を変化させることを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。
傾斜配置された太陽電池パネルの傾斜方向における上流側端部に配置された散水管と、
前記散水管の外周面に且つ前記散水管の軸方向に沿って設けられ、前記散水管に送り込まれた水を前記太陽電池パネルの傾斜方向における下流側に向けて噴出する複数の噴出口と、
前記太陽電池パネルの傾斜方向における前記散水管の下流側で且つ前記複数の噴出口と対面する位置に、前記太陽電池パネルの表面に対して立設され、前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して表面で拡散される拡散壁と、
前記拡散壁において前記複数の噴出口から噴出された水が衝突して拡散する領域よりも下方に設けられ、前記散水管の軸方向を長手方向とするスリット状の開口と、
を備え、
前記拡散壁を流下する水は、時間的に落下方向が変化して、前記太陽電池パネルの表面に直接落下した水が拡散する領域の表面張力を変化させることを特徴とする太陽電池パネルの散水システム。