JP3075758U - 太陽電池発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一般の住宅の屋根面の瓦自体に直接に太陽電
池を取り付けして簡単な構成により低コストで既設の住
宅に施工でき、しかも冷却水の有効利用を図れる太陽電
池発電システムを提供する。 【解決手段】上記の目的を達成するために、本考案の太
陽電池発電システムは、建物屋根面上に配置された個々
の瓦Ｋの中央部に太陽光を受光し得るように埋め込み状
に配置され電力を供給する太陽電池Ｃを有する複数の瓦
からなる瓦発電部１２と、瓦発電部の瓦表面に散水させ
る散水手段（１６）と、瓦表面の温度を検出する温度セ
ンサ１９と、温度センサからの温度が設定温度を越えた
ときに散水手段（１６）に対して散水を行なわせる散水
制御部１８と、を含む太陽電池発電システムから構成さ
れる。瓦表面に直接散水させ、発電効率を向上させつつ
散水手段の施工効率、保守を簡単にさせる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、太陽電池(Solar Cell)を建物屋根の瓦に直接に適用させた太陽電池 発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、太陽から放射される光エネルギを半導体の接合部に入射させることによ り生じる光導電効果を用いたいわゆる太陽電池が知られており、近時、石炭、石 油、天然ガス等に代替し得るクリーンなエネルギ資源として早期の実用化が求め られている。この太陽電池は、太陽光の幅の広い波長分布のなかでおおむね５０ ０μｍ程度の光が放射強度が最大となり、したがって太陽電池の半導体素子はこ の５００μｍ波長近傍の光を良く吸収するものであることが良いことが知られて いる。現状では、たとえばアモルファスシリコン（１．７ｅＶ）、ガリウム−ヒ 素ＧａＡｓ（１．４ｅＶ）が光、電気変換効率が比較的良好とされている。太陽 電池はＰＮ接合の空乏層に入射した太陽エネルギが、価電子帯の電子を伝導帯に 励起することにより形成される電子−正孔対が拡散電位によって、電子がＮ側へ 、正孔がＰ側へ引き動かされる光導電効果を利用したものである。

【０００３】 太陽電池を一般住宅用として適用する場合には、四角形の受光部を有するセル と称される単位太陽電池を縦横に整列配置させて所望の大きさに単体パネル化さ せ、これを並列に電気配線し、たとえば建物の南側の屋根面の上部に屋根面に沿 って傾斜状に配置させ、太陽からの光エネルギを電力として取り出して宅内の電 気機器に供給して節電等を行なうのが通常である。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記した従来の太陽電池パネルを屋根面上に架設させた場合には、夏期の炎天 下において、屋根面の表面温度はたとえば１００℃以上の高温となり、これによ って、半導体の光導電効率が低下し効率良く電力を取り出せない問題があった。 これに対し、たとえば太陽電池パネル内に冷却用の水を通流させる冷却配管を施 すことが考えられるが、太陽電池パネル内に縦横に冷却水配管を行なってパネル 内に内蔵させたり、あるいは付設させる構造となり、専用の太陽電池パネルを製 造せねばならないので製造工程が複雑化し、かつ、高コストとなり一般住宅用と しては実用性に欠ける難点があった。また、パネル内の個々の太陽電池セルに隣 接させて配管して冷却水を通流させるので冷却水はこれを循環式として用いる他 なく、冬場や冷却水による冷却を必要としないような場合の冷却水の有効利用が 図れないばかりか、冷却水の配管の腐食防止その他のメンテナンスの労力や費用 がかかる問題があった。さらに、太陽電池パネルを屋根面の上に架設させると屋 根瓦部分を上から覆ってしまい、家屋の外観を損なう難点があった。

【０００５】 本考案は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一般の 住宅の屋根面の瓦自体に直接に太陽電池を取り付けして簡単な構成により低コス トで既設の住宅に施工でき、屋根面の外観を損なうことなく、しかも冷却水の有 効利用を図れる太陽電池発電システムを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、本考案の太陽電池発電システムは、建物屋根面 上に配置された個々の瓦Ｋの中央部に太陽光を受光し得るように埋め込み状に配 置され電力を供給する太陽電池Ｃを有する複数の瓦からなる瓦発電部１２と、瓦 発電部の瓦表面に散水させる散水手段（１６）と、瓦表面の温度を検出する温度 センサ１９と、温度センサからの温度が設定温度を越えたときに散水手段（１６ ）に対して散水を行なわせる散水制御部１８と、を含む太陽電池発電システムか ら構成される。

【０００７】 また、散水手段（１６）は建物屋根の上方に配管され瓦発電部１２のそれぞれ の瓦Ｋに散水する散水口２０を有する水供給源に接続された水供給管２２と、散 水制御部１８からの信号に応動して水供給源からの水の供給の開閉を行なう水供 給開閉弁２４と、を有し、さらに、瓦発電部１２の瓦表面を流下して加温された 温水を集水する集水樋２６と、集水樋から集水された温水内の固形分を除去する ろ過部２８と、ろ過後の温水を貯留する貯留部３０と、貯留部に貯留された温水 を宅内に供給する宅内供給パイプ群３２と、を備え、集水樋２６からろ過部２８ に連通する連通パイプには散水制御部１８に電気的に接続され、瓦表面の温度が 設定温度を越えたときに水供給開閉弁２４と同時に開弁する集温水側開閉弁４０ を備えてなることとしてもよい。

【０００８】 また、貯留部３０に接続され、前記水供給源側と宅内使用側に選択的に水を供 給する切替弁機構４８と、を備えてなることとしてもよい。

【０００９】

【考案の実施の形態】

次に、添付図面を参照しつつ本考案に係る太陽電池発電システムの実施形態を 詳細に説明する。本考案の太陽電池発電システムは、個々の太陽電池セルをそれ ぞれ建物の屋根面に葺設された瓦の中央部に太陽光を受光し得るように内蔵させ てそれらの複数の瓦からなる瓦発電部を形成し、瓦表面温度を検出する温度セン サにより瓦表面温度を検出して設定された瓦の表面温度を越えたときに散水手段 により瓦の表面に直接に散水させるようにした太陽電池発電システムである。

【００１０】 図１において、たとえば一般の住宅の南側の屋根面に葺設された複数の瓦Ｋの 個々の瓦の中央部にはたとえばＰＮ接合半導体からなる太陽電池セルＣが埋め込 み状に固設され、これらの複数の瓦単体がそれぞれ光導電効果により太陽光を受 光して電気エネルギに変換し電力を供給する。瓦Ｋの中央部に太陽電池セルＣを 埋込むに際してはたとえば予め太陽電池セルの埋め込み位置に開口を形成させた 金型にモルタルを投下させて成型させ量産される。太陽電池セルは瓦Ｋを屋根面 に葺設させたときに太陽光を効果的に受光し得るような角度に固定させることが 必要であり、たとえば受光平面を太陽入射光に対して直角状となるように設定さ れる。これらの太陽電池セルＣを埋め込み成型させた複数の瓦により屋根面が形 成され、これらが瓦発電部１２とされる。個々の瓦Ｋの太陽電池セルＣは屋根面 上に縦横に配置され電気的に並列接続されてたとえば宅内の電力配分供給部１４ に電力を供給する。

【００１１】 この実施の形態に係る太陽電池発電システムは、瓦発電部１２と、瓦発電部の 瓦表面に散水させる散水部１６と、散水制御部１８と、を備えている。散水部１ ６は、瓦発電部１２の個々の瓦の表面に対して散水し、それらの表面温度を下げ る散水手段であり、単に１本あるいは複数本の散水管から直接に屋根の頂部に水 を散布してもよいし多孔パイプとして散水管から分散させて瓦表面に散水させる ようにしてもよい。本実施形態において、散水部１６は、建物屋根の上方に配管 され瓦発電部１２のそれぞれの瓦Ｋに散水する複数の散水口２０を有する水供給 源に接続された金属円筒管からなる水供給管２２と、水供給管２２の適宜位置に 介設されて水供給源からの水の供給の開閉を行なう電磁弁からなる水供給開閉弁 ２４と、を備えている。水供給管２２は図示しない適宜の支持手段により屋根の 頂部の稜線に沿うように屋根面から少し離隔されて配置され、一端を延長されて 設けられている。そして、水供給管２２の管壁には適宜の間隔をあけて散水口２ ０が設けられており、たとえば水道管直結、あるいは貯水タンク等から送給され た水をこの散水口２０から屋根の瓦表面に散水させる。

【００１２】 水供給開閉弁２４は散水制御部１８に電気的に接続されており、散水制御部１ ８からの開閉を支持する信号に応動して水供給源からの水の供給を実行、あるい は停止させる。

【００１３】 散水制御部１８は、温度センサ１９と、温度センサで検出された瓦表面の温度 が設定温度を越えたときに散水部１６に対して散水を実行させる制御部２１と、 を備えている。実施形態において温度センサ１９は、散水された水の流下端、す なわち、水流れの下流端である軒先側に配置された瓦Ｋに近接して配置されてお り、瓦上端側から流下する間に加温された水による冷却効果が薄くなっている瓦 部分の表面温度を検出する。温度センサはたとえば白金線からなる抵抗温度計が 用いられ、温度の上昇に伴い電気抵抗の増加を検出して瓦表面の温度を検出する ようになっている。センサはたとえばバイメタル、サーミスタ等を用いてもよい 。そして、この温度センサの検出温度は制御部２１に供給され、そこで検出温度 と設定温度との比較等が行なわれて電磁弁２４、４０が開閉される。

【００１４】 この実施形態において、太陽光発電システムは、さらに、瓦発電部１２の瓦表 面を流下して加温された温水を集水する集水樋２６と、集水樋から集水された温 水内の固形分を除去するろ過部２８と、ろ過後の温水を貯留する貯留部３０と、 貯留部に貯留された温水を宅内に供給する宅内供給パイプ群３２と、を備えてい る。集水樋２６は屋根面の水の流れの流下端となる軒先瓦部分の直下に配置され 瓦表面に散水されて流下し、途中で加温された温水を受けて集水する集水手段で あり、たとえば一般の住宅の軒先等に配置される半割れパイプ状の樋２６ａと、 中空円筒状の縦樋３４と、横樋３６と、を含む。この集水樋２６は、通常の屋根 面の軒先部に配置され、雨天時には通常の雨樋となり、縦樋３４に連通接続した オーバフロー管３８の延長端側を家屋近傍の雨水桝に流下させるように配管して ある。

【００１５】 縦樋３４には電磁弁からなる集温水側開閉弁４０が設けられており、この集温 水側開閉弁４０は電気的に散水制御部１８に接続されて、散水制御部１８からの 散水信号を受けて開弁させ、瓦表面から流下して得られた温水を通流させ、横樋 ３６を経由してろ過部２８に供給する。散水制御部１８からの散水信号は水供給 開閉弁２４にも同時に供給され、この集温水側開閉弁４０とともに開弁する。こ れらの各開閉弁２４、４０は、瓦表面温度が設定温度たとえば５０℃以下では閉 弁しており、瓦の表面に対して散水が行なわれない。したがって、このときに雨 が降って瓦表面に流下したときにはろ過部２８から温水貯留部３０側に通流させ ないようにして貯留された温水の温度を積極的に低下させないようにしている。

【００１６】 ろ過部２８は、集水樋２６から集水された温水内に混入した瓦表面の塵、砂、 その他の固形分をろ過するろ過器からなり、たとえば粒径が段階的に異なる砂を 層状に積層させ、それらの異なる粒径の砂の境界部分等にフィルタ用濾材を配置 させたものであり、たとえば宅内の入浴用、洗濯用、種々の洗い物用などの用途 に好適に用いることができる。

【００１７】 また、温水貯留部３０は、ろ過部２８で固形ぶん等を除去されてろ過された温 水の温水タンク手段であり、これにはニクロム線等を封止させて内部の水温を上 昇させる補助熱源４２が配置されている。そして、この温水貯留部３０にはさら に、宅内供給パイプ群３２が接続され、貯留部３０に貯留された温水を宅内使用 として供給させる。なお、必要に応じて貯留部３０と宅内供給パイプ群３２との 接続管には圧送ポンプ４６が設けられている。

【００１８】 この実施形態において、さらに、貯留部３０に接続され、前記水供給源側と宅 内使用側に選択的に水を供給する切替弁機構４８が設けられており、たとえば手 動による切替で前記した散水部１６の水供給管２２への供給か、宅内側への供給 かを切り替え得るようになっている。この切替弁機構４８はたとえば三方切替弁 からなり、電磁弁として電気的な制御のもとに動作させるようにしてもよい。

【００１９】 一方、散水制御部１８の制御部２１は、前述したように温度センサ１９からの 温度が設定温度を越えたときに散水手段に散水を行なわせるものであり、温度セ ンサ１９と電気的に接続され温度設定、比較、散水指示を行なう。図２は、制御 部２１の機能ブロック図であり、制御部２１は、散水の必要となる温度を設定す る温度設定部５０と、この設定温度を記憶する設定温度記憶部５２と、温度セン サ１９が検出した実際の温度と設定温度記憶部５２で記憶された温度とを比較す る比較部５４と、これらを統括し、温度設定、設定温度記憶及び実際の瓦表面温 度と設定温度を比較制御させる主制御部５６と、を備えている。たとえば主制御 部５６を介して５０℃を越えたときが散水実行のタイミングとすれば、設定温度 を５０℃として、これを越えた値を検出すると水供給開閉弁２４及び集温水側開 閉弁４０に開弁信号を供給してそれぞれ開弁状態とさせる。一方、センサが５０ ℃以下を検出するときには、これらの開閉弁２４、４０を閉弁状態とさせる。

【００２０】 なお、図中、５８は、宅内から見て外部電力すなわち電力会社からの外部電力 の要、不要を判断し必用なら買電作動させるとともに、不要であれば売電作動さ せる電力状態検出制御装置、６０は電力状態検出制御装置の制御指示により買電 状態あるいは売電状態に切り替える分電器、６２は、売電または買電の電力カウ ンタであり、電力状態検出制御装置５８と分電器６０により電力配分供給部１４ が構成される。

【００２１】 次に、図４のフローチャートに基づいて瓦発電部１２による太陽電池発電の売 電あるいは電力会社からの買電作動の動作を説明すると、電力状態検出制御装置 ５８が瓦発電部１２による電力を検出すると、外部電力の要、不要が判定され、 必用ならば買電装置を作動させてそのまま宅内に送電させる。一方、外部電力が 不要と判定されると買電装置が作動中であれば、これを停止させ、さらに余剰電 力の有無が判定されて余剰ありの場合には売電装置を作動させて電力会社に売電 させる。一方、余剰電力がない場合には売電装置を停止させてこの瓦発電部１２ のみの発電による太陽電池セルの電力により宅内機器に対して電力供給が行なわ れる。

【００２２】 以上、本考案に係る太陽電池発電システムの一実施形態について説明したが、 本考案は上記実施形態に限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲に記 載した考案の本質を逸脱しない範囲の変更は本考案に含まれる。

【００２３】

【考案の効果】

以上説明したように本考案の太陽電池発電システムによれば、建物屋根面上に 配置された個々の瓦の中央部に太陽光を受光し得るように埋め込み状に配置され 電力を供給する太陽電池を有する複数の瓦からなる瓦発電部と、瓦発電部の瓦表 面に散水させる散水手段と、瓦表面の温度を検出する温度センサと、温度センサ からの温度が設定温度を越えたときに散水手段に対して散水を行なわせる散水制 御部と、を含む構成とすることにより、一般の住宅の屋根面の瓦自体に直接に太 陽電池を取り付けして簡単な構成により低コストで既設の住宅に施工でき、屋根 面の外観を損なうことなく、しかも冷却水の有効利用を図ることが可能となる。 散水は太陽電池パネル等に埋め込み配管とすることなく瓦に太陽電池を埋め込み し、その瓦の表面に外部から直接に散水することにより、散水のための構成が簡 単で、修理、故障等のメンテナンスが容易であり、かつ、実用性に優れた太陽電 池発電システムを提供することができる。

【００２４】 また、散水手段は建物屋根の上方に配管され瓦発電部のそれぞれの瓦に散水す る散水口を有する水供給源に接続された水供給管と、散水制御部からの信号に応 動して水供給源からの水の供給の開閉を行なう水供給開閉弁と、を有し、さらに 、瓦発電部の瓦表面を流下して加温された温水を集水する集水樋と、集水樋から 集水された温水内の固形分を除去するろ過部と、ろ過後の温水を貯留する貯留部 と、貯留部に貯留された温水を宅内に供給する宅内供給パイプ群と、を備え、集 水樋からろ過部に連通する連通パイプには散水制御部に電気的に接続され、瓦表 面の温度が設定温度を越えたときに水供給開閉弁と同時に開弁する集温水側開閉 弁を備えてなる構成とすることにより、雨天時等は各開閉弁を閉弁させて貯留さ れた温水の温度を低下させないようにし、散水により得られた温水の効果的な利 用を実現させ得る。

【００２５】 また、貯留部に接続され、前記水供給源側と宅内使用側に選択的に水を供給す る切替弁機構と、を備えてなる構成とすることにより、必用に応じて貯留された 温水を水の供給源側に供給してそれを散水用水として使用するとともに、宅内使 用として配分させることができ、散水により生成される加温水を有効に活用させ ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施形態に係る太陽電池発電システム
の概要説明図である。

【図２】制御部の機能ブロック図である。

【図３】図１のブロックダイアグラム図である。

【図４】電力供給源側との売電、買電作動の手順を示す
フローチャート図である。

【符号の説明】

１２ 瓦発電部 １６ 散水部 １８ 散水制御部 １９ 温度センサ ２０ 散水口 ２２ 水供給管 ２４ 水供給開閉弁 ２６ 集水樋 ２８ ろ過部 ３０ 貯留部 ３２ 宅内供給パイプ群 ４０ 集温水側開閉弁 ４８ 切替弁機構 Ｋ 瓦 Ｃ 太陽電池セル

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 建物屋根面上に配置された個々の瓦の中
   央部に太陽光を受光し得るように埋め込み状に配置され
   電力を供給する太陽電池を有する複数の瓦からなる瓦発
   電部と、 瓦発電部の瓦表面に散水させる散水手段と、 瓦表面の温度を検出する温度センサと、温度センサから
   の温度が設定温度を越えたときに散水手段に対して散水
   を行なわせる散水制御部と、を含む太陽電池発電システ
   ム。
2. 【請求項２】 散水手段は建物屋根の上方に配管され瓦
   発電部のそれぞれの瓦に散水する散水口を有する水供給
   源に接続された水供給管と、散水制御部からの信号に応
   動して水供給源からの水の供給の開閉を行なう水供給開
   閉弁と、を有し、 さらに、瓦発電部の瓦表面を流下して加温された温水を
   集水する集水樋と、集水樋から集水された温水内の固形
   分を除去するろ過部と、ろ過後の温水を貯留する貯留部
   と、貯留部に貯留された温水を宅内に供給する宅内供給
   パイプ群と、を備え、 集水樋からろ過部に連通する連通パイプには散水制御部
   に電気的に接続され、瓦表面の温度が設定温度を越えた
   ときに水供給開閉弁と同時に開弁する集温水側開閉弁を
   備えてなる請求項１記載の太陽電池発電システム。
3. 【請求項３】 貯留部に接続され、前記水供給源側と宅
   内使用側に選択的に水を供給する切替弁機構と、を備え
   てなる請求項２記載の太陽電池発電システム。