JP2020134102A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱効率をより高くできる構成を提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１００は、太陽電池パネル１０と、複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃとを備える。複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、太陽電池パネル１０の太陽光を受ける受光面と反対側に設けられ、それぞれ熱媒体が流れる流路２３を有する。これにより、それぞれの集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの流路２３を短くでき、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの熱効率をより高くできる。【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池パネル及び集熱器を有する太陽電池モジュールに関する。

太陽電池パネルを冷却すべく、内部に熱媒体を流通させる集熱器に太陽電池パネルを設置した構成が提案されている（特許文献１）。

特開平９−９６４５１号公報

ここで、太陽電池パネルと集熱器とを一体とした構成で、１つの太陽電池パネルに対して１つの集熱器を組み合わせた場合、集熱器の表面積を確保すべく集熱器が大きくなってしまう。このように大きな集熱器は、内部を流れる熱媒体の流路が長くなり、熱効率を高くしにくい。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの太陽光を受ける受光面と反対側に設けられ、それぞれ熱媒体が流れる流路を有する複数の集熱器と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、熱効率をより高くできる。

実施形態に係る太陽電池モジュールの一部を切断して、表面側から見た斜視図。 実施形態に係る太陽電池モジュールの一部を切断して、裏面側から見た斜視図。 実施形態に係る太陽電池モジュールの分解斜視図。 実施形態に係る集熱器の（ａ）斜視図、（ｂ）平面図。 実施形態の変形例１に係る集熱器の（ａ）斜視図、（ｂ）平面図。 実施形態に係る集熱器の１つを示す平面図。 （ａ）図６のＡ−Ａ断面図、（ｂ）（ａ）のＢ部拡大図。 （ａ）実施形態に係る太陽電池モジュールを表面側から見た図、（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ断面図。 図８（ｂ）のＤ部拡大図。 （ａ）実施形態の変形例２に係る太陽電池モジュールを表面側から見た図、（ｂ）（ａ）のＥ−Ｅ断面図。 図１０（ｂ）のＦ部拡大図。 太陽電池モジュールを組み込むシステムの一例を示すブロック図。

実施形態について、図１ないし図８を用いて説明する。まず、本実施形態の太陽電池モジュール１００の全体構成について、図１ないし図３を用いて説明する。

［太陽電池モジュール］
太陽電池モジュール１００は、太陽電池パネル１０と、集熱装置２０と、断熱部材３０と、耐候シート４０と、フレーム５０とを有する。これらは、太陽光を受ける受光面（表面）側から、太陽電池パネル１０、集熱装置２０、断熱部材３０、耐候シート４０の順で配置され、フレーム５０により支持されている。

太陽電池パネル１０は、図３に示すように、太陽光を受ける側から順に、ガラス１１と、太陽電池セル１４と、絶縁シート１６とが積層されることで構成されている。また、ガラス１１と、太陽電池セル１４と、絶縁シート１６とのそれぞれの間に、熱可塑性樹脂である封止材１３、１５が配置されている。即ち、太陽電池パネル１０は、太陽光を受ける表面側から順に、ガラス１１、封止材１３、太陽電池セル１４、封止材１５、絶縁シート１６を有する。そして、ガラス１１と、太陽電池セル１４と、絶縁シート１６とが熱溶着（ラミネート）されることで、太陽電池パネル１０を構成している。

太陽電池セル１４は、シリコン系半導体などの発電素子であり、太陽光などの光を受けて発電する。このような太陽電池セル１４は、ガラス１１と集熱装置２０の間に、封止材１３、１５、１７、絶縁シート１６を介して、図１に示すように複数並べて配置されている。太陽電池セル１４は、両面をこれら封止材１３、１５により封止されることで、耐候性を高めている。

即ち、太陽電池セル１４の太陽光を受ける表面側には、封止材１３を介してガラス１１を配置して、太陽電池セル１４の表面とガラス１１とを封止材１３により接着（本実施形態では熱溶着）すると共に、太陽電池セル１４の表面側を封止している。一方、太陽電池セル１４の表面とは反対側の裏面側には、順に、封止材１５、絶縁シート１６、封止材１７を介して集熱装置２０を配置している。そして、太陽電池セル１４の裏面と集熱装置２０とを封止材１５、１７及び絶縁シート１６により接着（本実施形態では熱溶着）すると共に、封止材１５により太陽電池セル１４の裏面側を封止している。

具体的には、後述する集熱装置２０を構成する複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃのそれぞれの板状部材２１（図７参照）が、太陽電池セル１４が設置される設置面を構成し、太陽電池セル１４を板状部材２１に押し付けることで、封止材１５、１７により太陽電池セル１４が板状部材２１に溶着される。後述するように、板状部材２１は金属製であるため、太陽電池セル１４と板状部材２１との間を封止材１５、１７及び絶縁シート１６により絶縁するようにしている。なお、封止材１５、１７により絶縁性を確保できれば、絶縁シート１６を省略しても良い。

封止材１３、１５、１７は、それぞれＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）など周知の樹脂を用いることができる。封止材１３、１５、１７は、光を透過させるため透明としている。但し、封止材１７は、透明でなくても良い。なお、裏面側の封止材１５、１７は、十分な厚さを確保することが好ましい。このように封止材１５、１７の厚さを確保するのは、絶縁性を確保すると共に、板状部材２１の表面の凹凸を埋めて、太陽電池セル１４側の表面の平面性を高めるためである。本実施形態では、封止材１５、１７の厚さが、それぞれ０．６ｍｍで合計１．２ｍｍ、絶縁シートの厚さを０．２ｍｍとしている。

本実施形態では、上述のように、ガラス１１と、太陽電池セル１４と、絶縁シート１６と、複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃとのそれぞれの間に封止材１３、１５、１７が設けられている。そして、製造時には、ガラス１１と、太陽電池セル１４と、絶縁シート１６と、複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃとを一体に熱溶着（ラミネート）している。これにより、太陽電池パネル１０と複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃとの固定を容易に行え、生産性を向上させることができると共に、ガラス１１、太陽電池セル１４、複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの密着性を高めて、集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃによる集熱性を高めることができる。

但し、少なくとも複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃと絶縁シート１６とを一体に熱溶着し、別途製造された太陽電池パネルを、これに熱溶着や接着などにより固定するようにしても良い。即ち、別途、ガラス１１と太陽電池セル１４とを組み合わせることで製造された太陽電池パネルがある場合には、絶縁シート１６と集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃとを熱溶着したものを、この太陽電池パネルと組み合わせるようにしても良い。

太陽電池セル１４の表面側に配置されたガラス１１は、太陽電池セル１４の表面を保護する。また、太陽電池モジュール１００の太陽光を受ける最表面側に設けられたガラス１１の太陽光を受ける表面には、親水性のコート層１１ａが形成されている。これにより、雨などによりガラス１１の表面が汚れにくくなり、ガラス１１の太陽光の透過性を維持し易くなる。この結果、太陽電池セル１４の発電効率及び後述する集熱装置２０の集熱効率が維持し易くなる。

絶縁シート１６は、黒色で、熱伝導性に優れ、粘着性を有するシートである。ここで、太陽電池セル１４は、上述のように複数並べて配置されている。そして、複数の太陽電池セル１４の間には隙間を有する。太陽電池セル１４に照射された太陽光などの光は、この隙間を介して絶縁シート１６に到達する。絶縁シート１６は、黒色であるため、太陽光の照射による集熱性を高めることができ、後述する集熱装置２０内を流れる熱媒体の温度をより上昇させ易くできる。絶縁シート１６としては、一例として、黒色で且つ熱伝導性が高い微粒子（例えばカーボンブラック等）を練り込んだ黒色のシートを用いて構成される。

なお、絶縁シート１６とは別に、板状部材２１と太陽電池セル１４との間に黒色のシートを設けても良い。例えば、封止材１７を黒色としても良い。或いは、板状部材２１の太陽電池セル側の表面に黒色の膜をコートしても良い。例えば、板状部材２１の表面に熱伝導性を有する黒い塗料を塗っても良い。また、このような黒色のシートや膜は、上述のように複数の太陽電池セル１４の隙間を介して照射される部分にのみ設けても良い。

太陽電池セル１４の裏面側に配置された集熱装置２０を構成する複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃのそれぞれの板状部材２１は、太陽電池パネル１０の裏側に位置し、太陽電池セル１４を保護する。即ち、各板状部材２１は、太陽電池セル１４の裏面側に設けられて太陽電池セル１４の設置面を構成しており、更に太陽電池セル１４が割れたりすることを防止している。

集熱装置２０は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、入口側ヘッダ２５、出口側ヘッダ２６、配管２７ａ〜２７ｃ、２８ａ〜２８ｃを有する。集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれ熱媒体が流れる流路２３を有する。即ち、本実施形態では、集熱装置２０の流路２３は、集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより複数に分割されている。図６は、１つの集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）を裏側から見た図である。

それぞれの集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、上述の板状部材２１と、流路形成部材としての流路パネル２２とを組み合わせることで形成されている。詳しくは後述するように、流路パネル２２は、板状部材２１の太陽電池セル１４側と反対側の裏面上に溶接により接合され、板状部材２１との間に流路２３を形成する。このために流路パネル２２は、板状部材２１と反対側に突出して設けられた凸状部２４を有する。凸状部２４は、板状部材２１との間で流路２３を形成する。流路２３を流れる熱媒体は、例えば、エチレングリコールやプロピレングリコールの水溶液などの不凍液や水などである。

このような集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、図３に示すように、太陽電池パネル１０の受光面と反対側（裏側）の面に沿って並んで配置されている。即ち、１つの太陽電池パネル１０に対して複数（本実施形態では３つ）の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃを組み合わせ、上述のように板状部材２１が太陽電池パネル１０の設置面となるように各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃを並べて配置している。

具体的には、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれの板状部材２１が略単一平面となるように並べて配置されている。また、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、図６に示すように、それぞれ同じ構成を有している。即ち、それぞれの形状、表面積、流路２３の長さを同一としている。但し、組み合わせる太陽電池パネル１０の形状や構成、更には、設置場所の制約などによっては、形状などを異ならせるようにしても良い。

また、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、太陽電池パネル１０の長手方向に並んで配置されている。即ち、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの長手方向が太陽電池パネル１０の短手方向に、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの短手方向が複数並べられることで太陽電池パネル１０の長手方向に、それぞれ沿うように各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃを配置している。但し、集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの配置はこれに限らない。例えば、長手方向と短手方向の関係を本実施形態と逆にしても良いし、集熱器を太陽電池パネル１０の長手方向にも短手方向にも複数並べるように配置しても良い。要は、太陽電池パネル１０の形状及び大きさと、集熱器の形状、大きさ、数などを考慮して、集熱器の配置を設定すれば良い。

また、集熱装置２０は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、分配部としての入口側ヘッダ２５と、合流部としての出口側ヘッダ２６とを有する。入口側ヘッダ２５は、外部から供給された熱媒体を複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃに分配する。出口側ヘッダ２６は、入口側ヘッダ２５から分配され、複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの流路２３を通った熱媒体が合流する。入口側ヘッダ２５及び出口側ヘッダ２６は、フレーム５０よりも内側に配置している（図２、３参照）。そして、後述するように、入口側ヘッダ２５及び出口側ヘッダ２６を、それぞれ断熱部材３０により覆うようにしている。これにより、フレーム５０の外側の外気の影響が入口側ヘッダ２５及び出口側ヘッダ２６に及ぶことを抑制している。

また、入口側ヘッダ２５と各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃとは、配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃによりそれぞれ接続されている。また、出口側ヘッダ２６と各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃとは、配管２８ａ、２８ｂ、２８ｃによりそれぞれ接続されている。本実施形態においては、配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、銅によって形成されているが、架橋ポリエチレンなどのプラスチック材料を用いても良い。

本実施形態では、熱媒体が入口側ヘッダ２５から複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの流路２３を通って出口側ヘッダ２６まで到達するまでのそれぞれの経路の長さ及び断面積が略同じとなるようにしている。具体的には、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの流路２３の経路の長さをそれぞれ同じとしている。また、配管２７ａと配管２８ｃの長さ及び断面積を同じとし、配管２７ｂと配管２８ｂの長さ及び断面積を同じとし、配管２７ｃと配管２８ａの長さ及び断面積を同じとしている。これにより、熱媒体が入口側ヘッダ２５から複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの流路２３を通って出口側ヘッダ２６まで到達するまでのそれぞれの経路全体における圧力損失を略同じとし、それぞれの集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃを流れる熱媒体の流量を略同じとしている。この結果、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの集熱効率を略同じとし、太陽電池パネル１０の背面側における温度ムラを低減している。

また、上述のように各配管の長さを設定することで、入口側のヘッダ及び配管と、出口側のヘッダ及び配管を共通化できる。なお、入口側ヘッダ２５から集熱器２０ａまでの配管２７ａの経路の長さと、集熱器２０ａから出口側ヘッダ２６までの配管２８ａの経路の長さとを足した長さをα、入口側ヘッダ２５から集熱器２０ｂまでの配管２７ｂの経路の長さと、集熱器２０ｂから出口側ヘッダ２６までの配管２８ｂの経路の長さとを足した長さをβ、入口側ヘッダ２５から集熱器２０ｃまでの配管２７ｃの経路の長さと、集熱器２０ｃから出口側ヘッダ２６までの配管２８ｃの経路の長さとを足した長さをγとした場合に、α≒β≒γを満たせば、各配管の長さは適宜設定可能である。

また、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃのそれぞれの流路２３の経路の長さが異なる場合には、各配管の長さを調整することで、熱媒体が入口側ヘッダ２５から複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの流路２３を通って出口側ヘッダ２６まで到達するまでのそれぞれの経路の長さが略同じとなるようにすることが好ましい。但し、各経路の長さは同じでなくても良く。例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示す変形例１のように、一部の配管を折り曲げるなどして、各経路の圧力損失が同じとなるように調整しても良い。

図５（ａ）、（ｂ）の構成では、入口側ヘッダ２５と各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃとは、配管２７ａ１、２７ｂ１、２７ｃ１によりそれぞれ接続されている。また、出口側ヘッダ２６と各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃとは、配管２８ａ１、２８ｂ１、２８ｃ１によりそれぞれ接続されている。そして、配管２７ｃ１、２８ａ１の一部を折り曲げることで、熱媒体が入口側ヘッダ２５から複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの流路２３を通って出口側ヘッダ２６まで到達するまでのそれぞれの経路全体における圧力損失を略同じとしている。なお、図３及び後述する図８は、図５（ａ）、（ｂ）の構成で示しているが、配管以外は、図４（ａ）、（ｂ）の構成と同じである。

上述のように本実施形態では、入口側ヘッダ２５と出口側ヘッダ２６とを設けることで、複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃを有する構成であっても、太陽電池モジュール１００の設置性を向上させることができる。即ち、太陽電池モジュールの設置時に外部にある装置（例えば熱交換器）と複数の集熱器とをそれぞれ配管で接続すると、集熱器の数だけ接続箇所があり、設置作業の手間がかかる。これに対し本実施形態の場合、集熱器の数に拘らず、外部の装置とヘッダとを接続すれば良いだけであるため、設置作業を容易に行える。また、外部の装置と入口側ヘッダ２５及び出口側ヘッダ２６を、例えばそれぞれ１本の配管で接続することができ、外部の装置と各集熱器とをそれぞれ配管で接続する場合よりも配管の長さを短くできる。

また、入口側ヘッダ２５及び出口側ヘッダ２６を設けることで、各集熱器を熱媒体が通る経路の長さや圧力損失を略同一にし易い。即ち、外部の装置と複数の集熱器とをそれぞれ配管で接続しようとすると、設置箇所の制約などにより各配管の長さを略同一にしにくい。これに対して本実施形態では、入口側ヘッダ２５及び出口側ヘッダ２６と各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃとの配管の経路が予め決まっているため、入口側ヘッダ２５及び出口側ヘッダ２６と外部の装置との配管の長さに拘らず、各集熱器を熱媒体が通る経路の長さや圧力損失を略同一にし易い。

このような各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、上述したように、太陽電池パネル１０と積層される。これにより、集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、太陽電池セル１４で発生した熱や太陽熱を吸収し、内部を流れる熱媒体の温度を上昇させる。また、このように太陽電池セル１４の熱を吸収することで太陽電池セル１４を冷却して、太陽電池セル１４の発電効率の低下を抑制している。各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの詳しい構成については後述する。

断熱部材３０は、集熱装置２０に対し太陽電池パネル１０と反対側（裏側）に設けられている。具体的には、流路パネル２２における板状部材２１と反対側に断熱部材３０が設けられている。断熱部材３０は、発泡フェノール系樹脂により板状に形成されている。発泡フェノール系樹脂は、耐水性、耐熱性に優れ、集熱装置２０が配置される空間内でも好適に使用できる。本実施形態では、断熱部材３０として、発泡フェノール系樹脂を板状に成型したフェノールフォームを用いている。なお、太陽電池モジュール１００内は、集熱装置２０の熱などにより加熱された空気が結露する可能性があるため、断熱部材３０として、耐水性に優れることが好ましい。このように、集熱装置２０の裏側に断熱部材３０を設けることで、集熱装置２０の裏側から熱が拡散することを抑制して、集熱装置２０の集熱効率を高めることができる。

また、断熱部材３０は、集熱装置２０の入口側ヘッダ２５及び出口側ヘッダ２６をそれぞれ収容可能なヘッダ収容部３１と、配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃをそれぞれ収容可能な配管収容部３２とを有する。ヘッダ収容部３１は、断熱部材３０を集熱装置２０の裏側に配置した状態で、入口側ヘッダ２５及び出口側ヘッダ２６が位置する部分にそれぞれ形成された凹部又は貫通孔であり、入口側ヘッダ２５及び出口側ヘッダ２６をそれぞれ収容可能である。また、配管収容部３２は、断熱部材３０を集熱装置２０の裏側に配置した状態で、配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃが位置する部分にそれぞれ形成された凹部又は貫通孔であり、配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃをそれぞれ収容可能である。

これにより、断熱部材３０を集熱装置２０の裏側に配置した状態で、入口側ヘッダ２５、出口側ヘッダ２６、配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃのそれぞれの周囲が断熱部材３０により覆われる。特に、入口側ヘッダ２５、出口側ヘッダ２６、配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃの受光面と平行な面における周囲を、断熱部材３０により覆うようにしている。この結果、入口側ヘッダ２５、出口側ヘッダ２６、配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃと外部との熱の出入りを抑制して、集熱装置２０の集熱効率を向上させることができる。特に、断熱部材３０によって、入口側ヘッダ２５、出口側ヘッダ２６、配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃのそれぞれとフレーム５０との間を埋めることができ、フレーム５０との間の熱の出入りを抑制することができる。例えば、集熱装置２０で集熱した熱が、外気の影響で低温になったフレーム５０から放出してしまうことを低減することができる。

耐候シート４０は、アクリル板により構成され、太陽電池モジュール１００の太陽光を受ける側と反対側から雨などの湿気や異物が太陽電池モジュール１００内に侵入することを防止している。耐候シート４０は、アクリル板以外に、他の樹脂製の板、或いは、ステンレス鋼などの金属板であっても良い。

フレーム５０は、図８（ｂ）及び図９に示すように、太陽電池パネル１０及び複数の集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）を支持する。図８（ｂ）は、太陽電池モジュール１００の短手方向の断面図である。フレーム５０は、図８（ａ）に示すように、太陽電池パネル１０及び複数の集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）の周囲を囲むように配置されている。なお、図８（ｂ）及び図９では、集熱器２０ａの支持構造のみを示しているが、他の集熱器２０ｂ、２０ｃも同様である。また、便宜上、図８（ｂ）及び図９の上側を上、下側を下とするが、太陽電池モジュール１００を実際に設置する場合には、図９の状態から傾けて設置される場合が多い。例えば、家の屋根の上に設置される場合、屋根の傾斜に沿って水平方向に傾けて設置される。

フレーム５０は、支持溝５１を有し、支持溝５１内に太陽電池パネル１０の端部と、集熱器２０ａの板状部材２１の端部とを挟み込むことで、太陽電池パネル１０及び集熱器２０ａを支持している。具体的には、支持溝５１内にガラス１１から板状部材２１までの端部がシール材５２を介して挿入されている。本実施形態では、集熱器２０ａの流路パネル２２については、支持溝５１内に挟み込んでないが、流路パネル２２も挟み込むようにしても良い。

また、図８（ｂ）及び図９は、太陽電池パネル１０の短手方向及び集熱器２０ａの板状部材２１の長手方向の端部を支持する構成を示している。ここで、太陽電池パネル１０の長手方向及び集熱器２０ａの板状部材２１の短手方向の端部についても、図８（ｂ）及び図９に示した支持構造と同様の構造としても良い。即ち、太陽電池パネル１０及び全ての板状部材２１を１組とした場合の全周を支持溝５１内に挟み込むようにしても良い。但し、図１０（ｂ）及び図１１に示す変形例２と同様に、板状部材２１の短手方向の端部については支持溝５１内に挟み込まず、太陽電池パネル１０の長手方向端部のみを支持溝５１内に挟み込むようにしても良い。何れにしても、板状部材２１の少なくとも長手方向の両端部を支持溝５１内に挟み込むことで、太陽電池モジュール１００の強度を向上させることできる。

なお、図１０（ｂ）及び図１１に示す変形例２では、太陽電池パネル１０の端部のみをフレーム５０ａの支持溝５１ａ内に挟み込んだ構成を示している。図示の例では、長手方向端部の支持構成を示しているが、短手方向の端部も同様である。即ち、図１０（ａ）に示すように、フレーム５０ａは、太陽電池パネル１０及び複数の集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）の周囲を囲むように配置されている。但し、支持溝５１ａは、集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）の端部を挟み込まず、太陽電池パネル１０の端部のみを挟み込むことで、太陽電池パネル１０及び集熱器２０ａを支持している。この構成では、集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）が溶着により太陽電池パネル１０に固定されているため、集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）は、太陽電池パネル１０を介してフレーム５０ａに支持される。

このように、集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）を支持溝５１ａ内に挟み込まない構成とすることで、フレーム５０ａと集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）とを離すことができ、フレーム５０ａと集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）との間の熱の出入りを抑制できる。この結果、集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）の集熱性を向上させることができる。

何れの構成であって、太陽電池パネル１０及び集熱器２０ａがフレーム５０又は５０ａに支持された状態で、太陽電池パネル１０の下方から断熱部材３０をフレーム５０又は５０ａ内に挿入する。この際、図９では、断熱部材３０は、フレーム５０の下部に設けられた突出部５３により、耐候シート４０を介して端部下面が支持され、断熱部材３０が落下することが防止される。一方、図１１では、断熱部材３０は、突出部５３により端部下面が支持されており、耐候シート４０は、下側パネル５４により支持されている。下側パネル５４は、フレーム５０ａの下面にビス５５により固定されている。なお、断熱部材３０と耐候シート４０のフレーム５０、５０ａに対する支持構造は、図９と図１１とで入れ替えても良いし、他の支持構成であっても良い。また、断熱部材３０は、流路パネル２２の凸状部２４に当接させても良いし、流路パネル２２との間に隙間を設けて配置しても良い。

［集熱器］
次に、本実施形態の複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃについて、図４ないし図７を用いて詳しく説明する。上述のように、集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、太陽電池セル１４が設置される板状部材２１と、流路形成部材としての流路パネル２２とで構成される。板状部材２１は、ステンレス鋼、鉄、アルミニウムなどの金属製の略長方形の板状部材である。板状部材２１は、太陽電池セル１４で発生した熱や太陽熱を集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内部の熱媒体に効率良く伝えるべく、熱伝導性が高いものが好ましい。このために、本実施形態では、板状部材２１を金属製としている。一例として、熱伝導性や熱膨張率、および加工性などを考慮し、ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４４４が好適に用いられる。

流路パネル２２は、金属製の略長方形の板状の部材の一部を、板状部材２１と反対側に突出するように変形させた凸状部２４を有する。例えば、板状の部材をプレス加工することによりこの部材の一部を膨出させ、凸状部２４を形成する。そして、板状部材２１と凸状部２４との間で流路２３を形成している。

このような流路パネル２２は、板状部材２１と同様に、ステンレス鋼、鉄、アルミニウムなどの金属製としており、ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４４４が好適に用いられる。また、板状部材２１と流路パネル２２は、同一材料とすることが好ましい。なお、流路パネル２２は、板状部材２１と溶接により接合できれば、板状部材２１と同じ材料であっても良いし異なった材料であっても良い。但し、板状部材２１が流路パネル２２よりも剛性が高くなるようにすることが好ましい。例えば、板状部材２１と流路パネル２２を異なる金属材料により形成したり、厚さを変えたりして、板状部材２１の方が流路パネル２２よりも剛性が高くなるようにする。

例えば、図７（ｂ）に示すように、板状部材２１と流路パネル２２を同一材料（例えば、両方ともステンレス鋼）で形成した場合、板状部材２１の板厚を流路パネル２２の板厚よりも厚くする。これにより、板状部材２１の方が流路パネル２２よりも剛性が高くなる。本実施形態では、板状部材２１と流路パネル２２は、共にＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ製とし、板状部材２１の板厚を１．０ｍｍ、流路パネル２２の板厚を０．５ｍｍとしている。なお、板状部材２１と流路パネル２２を、共にＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ製とすることで、後述する溶接部２９ａの耐食性を向上させられる。

このように板状部材２１の剛性を流路パネル２２の剛性よりも高くするのは、板状部材２１の変形を小さくして、板状部材２１の平面性を良好にするためである。板状部材２１は、上述のように太陽電池セル１４が樹脂部材としての封止材１５、１７及び絶縁シート１６を介して設置されるため、太陽電池セル１４側の表面の平面性が高いことが好ましい。即ち、板状部材２１の反りが小さいことが好ましい。板状部材２１に対する流路パネル２２の接合の一例として、後述するレーザ溶接を用いることによって、溶接時に板状部材２１に発生する反りを抑えることができるが、更に板状部材２１側の剛性を高くすることによって、溶接による反りを小さくして、板状部材２１の平面性を高めることができる。

集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）の流路２３は、図６に示すように、複数の第１流路２３ａと、複数の第２流路２３ｂとを有する。複数の第１流路２３ａは、互いに隣接して配置されている。本実施形態では、複数の第１流路２３ａは、それぞれ集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）の長手方向に沿って連続するように形成され、且つ、長手方向と直交する短手方向に間隔をあけて互いに隣接するように配置されている。このような複数の第１流路２３ａの本数は３以上の奇数（本実施形態では１１本）としている。

複数の第２流路２３ｂは、複数の第１流路２３ａのうち、隣り合う第１流路２３ａの一端部同士を接続する。具体的には、図６の最も右側の第１流路２３ａと、右側から２番目の第１流路２３ａの上端同士を第２流路２３ｂにより接続し、右側から２番目の第１流路２３ａと、右側から３番目の第１流路２３ａの下端同士を第２流路２３ｂにより接続している。このように隣り合う第１流路２３ａの上端及び下端同士を交互に第２流路２３ｂにより接続し、複数の第１流路２３ａ及び複数の第２流路２３ｂにより１本の流路２３を構成している。

このように構成される流路２３の熱媒体の流れ方向上流端部には入口側接続部２３１が、同じく下流端部には出口側接続部２３２がそれぞれ設けられている。入口側接続部２３１には、入口側ヘッダ２５に接続された配管２７ａ（２７ｂ、２７ｃ）が接続され、出口側接続部２３２には、出口側ヘッダ２６に接続された配管２８ａ（２８ｂ、２８ｃ）が接続される。

また、このような流路２３を形成する凸状部２４は、図７（ｂ）に示すように、熱媒体が流路２３内（流路内）を流れる方向に直交する断面形状が台形である。即ち、凸状部２４は、板状部材２１側の長さが反対側の長さよりも長い台形状としている。このように、凸状部２４の断面形状を台形とすることで、流路パネル２２の剛性を、例えば、断面形状を三角形とした場合よりも高くでき、後述する溶接による集熱器の反りを抑制できる。また、凸状部２４をプレス加工により形成する場合に、プレス加工がし易く、また、使用する金型を製造し易い。なお、凸状部２４の断面形状は、この形状に限らず、三角形状、矩形状、円弧状など他の形状であっても良い。

上述したように、板状部材２１と流路パネル２２とは溶接により接合されることで集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）を構成する。本実施形態では、図６に示すように、板状部材２１と流路パネル２２とを溶接した溶接部２９ａは、隣り合う複数の第１流路２３ａの間で複数の第２流路２３ｂを除く領域に、第１流路２３ａに沿って互いに間隔をあけて複数設けられている。即ち、複数の第１流路２３ａの間の溶接部２９ａは、連続しておらず、間欠的に設けられている。本実施形態では、レーザ溶接により溶接を行っており、溶接部２９ａは、レーザにより溶接された箇所である。

即ち、図６及び図７（ｂ）に示すように、流路パネル２２のうち、隣り合う複数の凸状部２４の間には、板状部材２１との接合部である平板部２４ａが存在する。そして、複数の平板部２４ａと板状部材２１とを当接させ、スポット溶接やシーム溶接により金属接合している。本実施形態では、レーザによるスポット溶接としている。

特に、本実施形態では、第１流路２３ａに沿った方向において、溶接部２９ａの長さよりも溶接されていない箇所の長さが長くなるように、溶接部２９ａを間欠的に設けている。例えば、１０ｍｍの長さの溶接部２９ａを３０ｍｍピッチで設けている。なお、ピッチは５０ｍｍ以下とすることが好ましい。このように、溶接部２９ａを形成することで、溶接により集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）に加わる熱量を下げることができ、集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）の反りを低減できる。

なお、隣り合う複数の第１流路２３ａの間部分は、仮にシール性が低くても隣の第１流路２３ａに熱媒体が漏れるだけである。このため、この部分のシール性は高くなくても良いため、本実施形態では、間欠的に溶接を行っている。これに対して、図６に示すように、板状部材２１と流路パネル２２の周縁部は、全周に亙って溶接（例えばレーザ溶接やシーム溶接）している。即ち、溶接部２９ｂは、集熱器２０ａ（２０ｂ、２０ｃ）の周縁部の全周に亙って連続している。これにより、周縁部をシールして熱媒体が外部に漏れることを抑制している。

このように板状部材２１と流路パネル２２とを溶接により接合することで構成される集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、入口側ヘッダ２５から配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃを介して入口側接続部２３１から熱媒体が流入する。入口側接続部２３１から流入した熱媒体は、流路２３を流れ、出口側接続部２３２から配管２８ａ、２８ｂ、２８ｃを介して出口側ヘッダ２６に集まり、外部に排出される。そして、熱媒体は、このように入口側ヘッダ２５から配管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、流路２３及び配管２８ａ、２８ｂ、２８ｃを介して出口側ヘッダ２６まで流れる間に、太陽光や太陽電池セル１４の熱により温度上昇し、外部に排出される。なお、太陽電池モジュール１００は、例えば、流路２３を流れる熱媒体が重力方向下方から上方に向かう方向に流れるように設置される。

特に本実施形態の場合、集熱装置２０を複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより構成しているため、熱効率をより高くできる。即ち、１つの太陽電池パネルに対して１つの集熱器を組み合わせた場合、集熱器の表面積を確保すべく集熱器が大きくなってしまう。このように大きな集熱器は、内部を流れる熱媒体の流路が長くなり、熱効率を高くしにくい。上述のように、集熱器の内部を流れる熱媒体は、流路を流れていく過程で温度が上昇するが、例えば、大きな集熱器で１つの流路とした場合、流路の前半で温度上昇した熱媒体は、流路の後半では温度上昇しにくくなる。このため、集熱器の熱効率を高くしにくい。これに対して本実施形態では、複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより集熱装置２０を構成することで、それぞれの集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの流路２３を短くでき、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの熱効率をより高くできる。

また、本実施形態では、熱媒体が入口側ヘッダ２５から複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの流路２３を通って出口側ヘッダ２６まで到達するまでのそれぞれの経路の長さや圧力損失が略同じとなるようにしている。このため、各集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃのそれぞれの熱効率を略同じとすることができる。ここで、各集熱器で熱効率が大きく異なると、一部の集熱器で熱媒体の温度が上昇しても、他の集熱器で熱媒体の温度上昇が低ければ、出口側ヘッダ２６で合流した際に熱媒体の温度が下がってしまい、結果として全体の熱効率が下がってしまう可能性がある。また、一部の集熱器の入口側ヘッダ２５から出口側ヘッダ２６までの流路の長さが他の集熱器よりも長い場合、この一部の集熱器において、例えば、流路の後半で温度上昇しにくくなり、熱効率が低下する可能性もある。これに対して本実施形態のように構成すれば、各集熱器における熱媒体の温度上昇も略同じとなり、また、一部の集熱器で熱効率が低下してしまうことを抑制できるため、全体として熱効率を高めることができる。

また、１つの太陽電池パネルに対して１つの集熱器を組み合わせる構成のように、集熱器を一体として大きくした場合、板状部材と流路パネルとを溶接により接合する際に、集熱器の反りが大きくなり易い。集熱器の反りが大きくなると、太陽電池パネルへの負荷が大きくなったり、更には、フレームに組み込みにくくなる。また、大きな集熱器を、反りを小さくすべく精度良く製造しようとするとコストが高くなる。これに対して本実施形態では、集熱器を複数に分割しているため、１つの集熱器の大きさが小さくなり、溶接による反りも小さくできる。また、このように反りを小さくし易いため、集熱器の製造コストを抑制できる。

また、板状部材２１と流路パネル２２との溶接をレーザによるスポット溶接としているため、溶接時に板状部材２１及び流路パネル２２に加わる熱量を抑制でき、集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの反りをより低減できる。更に、流路パネル２２の凸状部２４の断面形状を台形とすることで、流路パネル２２の剛性を高めることができ、この点からも集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの反りを抑制できる。このように本実施形態では、集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの反りを低減しているため、太陽電池パネル１０への負荷を小さくでき、フレーム５０、５０ａへの組み込み性を向上させられる。

［他の実施形態］
なお、本実施形態では、集熱装置２０を互いに別体の複数の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより構成したが、これらの集熱器は一体に構成されていても良い。この場合に、流路を複数に分割して、上述の集熱器２０ａ、２０ｂ、２０ｃのように構成することが好ましい。

また、このように集熱器を一体に構成したものにおいて、本実施形態と同様に、太陽電池パネルや絶縁シートと集熱器とを一体に熱溶着（ラミネート）することが好ましい。即ち、太陽電池パネルは、太陽光を受ける側から順に、ガラスと、太陽電池セルと、絶縁シートとが積層されることで構成されており、少なくとも集熱器と絶縁シートとの間に熱可塑性樹脂を設け、集熱器と絶縁シートとを一体に熱溶着する。

或いは、ガラスと、太陽電池セルと、絶縁シートと、集熱器とのそれぞれの間に熱可塑性樹脂が設けられ、ガラスと、太陽電池セルと、絶縁シートと、集熱器とを一体に熱溶着する。

［太陽電池モジュールを組み込むシステムの一例］
次に、上述した太陽電池モジュール１００を組み込むシステムの一例について、図１２を用いて説明する。本例のシステム１０００は、太陽電池モジュール１００を家庭用の温水及び発電用のシステムに適用した場合を示している。

システム１０００は、太陽電池モジュール１００、集熱系システム２００、発電系システム３００を有する。発電系システム３００は、太陽電池モジュール１００の太陽電池パネル１０（図１参照）により発電した電力を家庭内に送るためのシステムである。

集熱系システム２００は、太陽電池モジュール１００の集熱装置２０（図２など参照）により温度上昇した熱媒体を利用して温水を作るシステムである。このために集熱系システム２００は、熱交換器２０１、貯湯槽２０２、循環ポンプ２０３、２０４、制御部２０５を有する。熱交換器２０１は、太陽電池モジュール１００により温度上昇した熱媒体により、例えば水道水を加熱して温水を生成する。生成された温水は、貯湯槽２０２に貯められる。また、熱交換器２０１を通って温度が下降した熱媒体は、再度、太陽電池モジュール１００に送られて加熱される。

このような熱媒体の流通、及び、水道水或いは温水の流通は、循環ポンプ２０３、２０４により行われる。循環ポンプ２０３、２０４は、制御部２０５により制御され、制御部２０５は、例えば、貯湯槽２０２の温度を検知してこれらを制御する。貯湯槽２０２で貯められた温水は、温度が十分に高くない場合があるため、この場合には、ボイラなどの補助熱源２１０により加熱され、家庭内に送られる。このような集熱系システム２００及び発電系システム３００の運転状態などは、表示器１１０に表示される。

１０・・・太陽電池パネル／１１・・・ガラス／１３、１５、１７・・・封止材（熱可塑性樹脂）／１４・・・太陽電池セル／１６・・・絶縁シート／２０・・・集熱装置／２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・集熱器／２１・・・板状部材／２２・・・流路パネル（流路形成部材）／２３・・・流路／２３ａ・・・第１流路／２３ｂ・・・第２流路／２４・・・凸状部／２５・・・入口側ヘッダ（分配部）／２６・・・出口側ヘッダ（合流部）／２９ａ・・・溶接部／３０・・・断熱部材／５０、５０ａ・・・フレーム／５１、５１ａ・・・支持溝／１００・・・太陽電池モジュール

Claims (13)

1. 太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの太陽光を受ける受光面と反対側に設けられ、それぞれ熱媒体が流れる流路を有する複数の集熱器と、を備えた、
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記複数の集熱器は、前記太陽電池パネルの受光面と反対側の面に沿って並んで配置されている、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 外部から供給された熱媒体を前記複数の集熱器に分配する分配部と、
   前記分配部から分配され、前記複数の集熱器の流路を通った熱媒体が合流する合流部と、を備えた、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 熱媒体が前記分配部から前記複数の集熱器の流路を通って前記合流部まで到達するまでのそれぞれの経路全体における圧力損失が略同じである、
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
5. 熱媒体が前記分配部から前記複数の集熱器の流路を通って前記合流部まで到達するまでのそれぞれの経路の長さが略同じである、
   ことを特徴とする、請求項３又は４に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記複数の集熱器に対し前記太陽電池パネルと反対側に設けられた断熱部材を備え、
   前記分配部及び前記合流部の前記受光面と平行な面における周囲は、前記断熱部材により覆われている、
   ことを特徴とする、請求項３ないし５の何れか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記複数の集熱器は、それぞれ板状部材と、前記板状部材と溶接により接合され、前記板状部材との間に前記流路を形成する流路形成部材と、を有する、
   ことを特徴とする、請求項１ないし６の何れか１項に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記流路形成部材は、前記板状部材と反対側に突出して設けられ、前記板状部材との間で前記流路を形成する凸状部を有し、
   前記凸状部は、熱媒体が前記流路内を流れる方向に直交する断面形状が台形である、
   ことを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記複数の集熱器の流路は、互いに隣接して配置される複数の第１流路と、前記複数の第１流路のうち、隣り合う前記第１流路の一端部同士を接続する複数の第２流路と、を有し、
   前記板状部材と前記流路形成部材とを溶接した溶接部が、隣り合う前記複数の第１流路の間で前記複数の第２流路を除く領域に、前記第１流路に沿って互いに間隔をあけて複数設けられている、
   ことを特徴とする、請求項７又は８に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記溶接部は、レーザにより溶接された箇所である、
    ことを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池モジュール。
11. 前記太陽電池パネルの端部と、前記板状部材の端部とを挟み込むことで、前記太陽電池パネル及び前記複数の集熱器を支持するフレームを備えた、
    ことを特徴とする、請求項７ないし１０の何れか１項に記載の太陽電池モジュール。
12. 前記太陽電池パネルは、太陽光を受ける側から順に、ガラスと、太陽電池セルと、絶縁シートとが積層されることで構成されており、
    少なくとも前記複数の集熱器と前記絶縁シートとの間に熱可塑性樹脂が設けられ、前記複数の集熱器と前記絶縁シートとが一体に熱溶着されている、
    ことを特徴とする、請求項１ないし１１の何れか１項に記載の太陽電池モジュール。
13. 前記ガラスと、前記太陽電池セルと、前記絶縁シートと、前記複数の集熱器とのそれぞれの間に熱可塑性樹脂が設けられ、前記ガラスと、前記太陽電池セルと、前記絶縁シートと、前記複数の集熱器とが一体に熱溶着されている、
    ことを特徴とする、請求項１２に記載の太陽電池モジュール。

Images