JP3122508B2 - 太陽電池装置 - Google Patents

太陽電池装置

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JP3122508B2 JP03358573A JP35857391A JP3122508B2 JP 3122508 B2 JP3122508 B2 JP 3122508B2 JP 03358573 A JP03358573 A JP 03358573A JP 35857391 A JP35857391 A JP 35857391A JP 3122508 B2 JP3122508 B2 JP 3122508B2
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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は太陽電池装置の冷却構
造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽電池装置は太陽電池で得られる電気
エネルギーを各種装置の電源として供給するものであ
り、例えばソーラーカーの場合には、図6に示すように
太陽電池モジュールMを車体Cの屋根など太陽光線の当
りやすい位置に取り付け、その出力を走行用等の動力エ
ネルギー源として利用するようになっている。しかし、
太陽電池は温度が高くなると約−0.5%/℃の割合で
最大出力が低下する性質があるため、直射日光が当たっ
て太陽電池モジュールMの温度が高くなると出力が低下
し、走行距離が短縮される等の問題が生じていた。これ
を解決するために、本出願人は特願平3−129725
号として太陽電池モジュールの冷却構造についての提案
をしている。これは太陽電池モジュールの少なくとも一
方の面に冷却用空気流路を設け、これを流れる空気流に
よって太陽電池モジュールを冷却するようにしたもので
あり、温度上昇に伴う太陽電池の出力低下が防止され
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
冷却構造の場合には太陽電池モジュールから奪った熱に
よって空気の温度t2が上昇するので、上流から下流に
かけての空気の流れに沿った定常状態の温度分布は図7
に示すように温度勾配を持ったものとなり、太陽電池の
セルの温度t0は下流側で高くなる。周知のように、太
陽電池を効率よく使用するには、最大出力Pmが得られ
る最大出力点の電流Imと電圧Vmで稼働させる必要があ
り、このためにMPPT(Maximum Power Point Trackin
g)制御が一般に行われるが、上記のように温度分布に勾
配があると最大出力点の電流Imと電圧Vmが個々のセル
ごとに異なることになり、太陽電池モジュールから取り
出せる出力を最大にするためのMPPT制御が非常に複
雑なものとなる。
【0004】この発明はこの点に着目し、太陽電池モジ
ュールの温度勾配をなくすことを課題としてなされたも
のである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、この発明では、太陽電池モジュールの少なくとも
一方の面に冷却用空気流路を形成した太陽電池装置にお
いて、上記空気流路を流れる空気が太陽電池モジュール
を構成する個々のセルをほぼ同一温度に冷却するように
している。この冷却効果の平均化は、空気流路における
伝熱及び放射の観点からすれば、例えば空気流路の断面
積を空気流入側から流出側にかけて次第に小さくして空
気の流速を高くすることにより、あるいは冷却用空気流
路の壁面の黒度を空気流入側から流出側にかけて次第に
高くして熱輻射能を高くすることによって、それぞれ実
現できる。なお、ある物体のある温度における全輻射を
E(kcal/m2・hr)とし、それと等温度の黒体の全輻射を
Eb(kcal/m2・hr)とした場合のe=E/Ebをその物体
の黒度という。ここで、Eb=σT4、σはステファン・
ボルツマン定数、Tは絶対温度であり、E=eEb=σ
eT4である。
【0006】
【作用】太陽電池モジュールを構成している個々のセル
がほぼ同一温度に冷却されるので、場所によってセルの
温度が異なるということがなくなり、出力を最大にする
ためのMPPT制御が容易となる。
【0007】
【実施例】次に、この発明の実施例について説明する。
なおこの実施例は一例であり、この発明はソーラーカー
用の動力源以外の各種太陽電池装置にも適用できる。図
1において、1は周知の構造の太陽電池モジュールであ
り、多数の太陽電池のセル1aを例えばEVA(エチレ
ン酢酸ビニル共重合体)等の封止材2中に封入してパネ
ル状とし、更に裏面にテドラフィルム(PVF(ポリフッ
化ビニル)/アルミ/PVFのサンドイッチ構造)等の封
止材3を積層し、表面にアクリル樹脂製の透光性カバー
4を設けてある。この太陽電池モジュール1は、モール
材5で周縁部を固定することにより例えば自動車の車体
Cの屋根やエンジンカバーの上面等に取り付けられてい
る。6は太陽電池モジュール1の裏面にリアパネル7を
設けることにより太陽電池モジュール1とリアパネル7
の間に形成された冷却用の空気流路である。8は空気流
路6の前端部に設けられた車室内に通ずる空気入口、9
は後端部に設けられた車室外に通ずる空気出口、10は
空気流路6の後部に設けられたクロスフローファンであ
る。
【0008】このクロスフローファン10は図外の制御
回路に接続され、サーミスタ等の温度センサ11,12
によって検出された太陽電池モジュール1と車室内の温
度に応じて駆動され、矢印のような空気流13を発生さ
せて太陽電池モジュール1を冷却するように構成されて
いる。この実施例では、太陽電池モジュール1と空気流
路6の幅(図の紙面に垂直な方向)は一定であるが、太陽
電池モジュール1とリアパネル7との間隔、すなわち空
気流路6の高さ(厚み)が上流(空気の流入側)から下流
(空気の流出側)にかけて次第に小さくなるようなテーパ
状としてあり、下流側で流路の断面積を小さくして空気
流路6内の空気の流速を高めるように構成されている。
【0009】図2は太陽電池セルと空気流路の境界部分
の定常状態での温度分布を模式的に示したものであり、
この時の空気への伝熱量qは、セルAの温度をt0、封
止材Bの表面温度をt1、封止材Bの近傍に形成される
空気境膜Cの温度をt2とすると、次の式によって表さ
れる。 q=Δt/(R1+R2)……(1) ただし、Δt=t0−t21=L1/λ1S (封止材Bの伝熱抵抗) R2=1/hS (空気境膜Cの伝熱抵抗) λ1=封止材Bの伝熱係数 L1=封止材Bの厚さ S =伝熱面積 h =境膜Cの伝熱係数 ここで、一般にL1は約1mmtと薄いためR1はR2に比
べて1/20〜1/30で相当小さいから、上記(1)式
は q≒Δt/R2=Δt・h・S……(2) と近似することができる。
【0010】この実施例では、図7に示す入口側におけ
るt0とt2の差Δtinと、出口側におけるt0とt2の差
Δtoutの比、すなわちΔtin/Δtoutが、出口側の境
膜伝熱係数houtと入口側の境膜伝熱係数hinの比 hou
t/hinに極力等しくなるように、空気流路6のテーパ
の度合いを選定してある。このようにすると、 Δtin/Δtout=hout/hin であるから、上記(2)式より q≒Δtin・hin・S =(Δtout・hout/hin)hin・S =Δtout・hout・S となり、入口側と出口側とで空気への伝熱量qが等しく
なる。一方、太陽光による太陽電池モジュール1への入
熱量は場所によって差はなく均等であるから、上述のよ
うに空気への伝熱量qが等しくなるということは太陽電
池モジュール1の温度上昇値も等しいことになる。
【0011】このため、太陽電池モジュール1を構成し
ている個々のセル1a間の温度差がなくなり、入口8側
から出口9側にかけての温度分布は図3のように勾配の
ない平坦なものとなる。従って、温度補正のための太陽
電池モジュール1の温度検出は最少の1〜2点で行えば
十分となり、適正な温度補正をしながらMPPT制御を
行うことが容易となるのである。なお、このような冷却
構造の場合には、境膜伝熱係数hは質量重量G(=空気
の速度u×密度ρ)の0.8乗にほぼ比例することが知
られており、均一断面の空気流路を用いて図7のような
データをとれば適正なテーパの度合いは簡単に求めるこ
とができる。ちなみに、実験によれば、例えば温度範囲
が25〜80℃の場合には、hout/hin=1.4〜
2.5となり、約1.8付近が最も好適であったので、
空気流路の幅が入口側から出口側にかけて同一の場合、
空気流路の高さの入口側と出口側の比が約2.1程度の
テーパとすることによって、良好な結果を得ることがで
きた。
【0012】次に、冷却用空気流路の熱輻射能を上流か
ら下流にかけて次第に高くして冷却効果を平均化した実
施例を図4及び5により説明する。この実施例では、太
陽電池モジュール1の裏面の封止材3として用いられて
いるテドラフィルムに黒色ラッカー塗装を施し、図4の
ように空気流路6の高さは均一としてある。上記の塗装
は上流側では無塗装または淡塗装とし、下流側を濃塗装
としてあり、図5に示すようにその黒度を上流から下流
にかけて次第に高くしてある。従って、太陽電池モジュ
ール1からの熱輻射能が黒度に応じて上流から下流にか
けて次第に高くなり、前述の実施例の場合と同様に、入
口8側から出口9側にかけて温度勾配のない平坦な温度
分布を得ることができるのである。
【0013】上記のように黒度を上流から下流にかけて
次第に高くする塗装が困難な場合には、段階的に黒度を
変化させてもよく、また、極端な場合には下流側の半分
のみを黒色塗装した簡便法でも冷却効果の平均化にはか
なりの効果が得られる。更に黒色塗装でなく、カラーテ
ドラフィルムを用いることも可能である。また太陽電池
モジュールを空気流の方向に2個以上並べる場合には、
各モジュールごとに下流側が濃くなるような濃淡を施す
ことが望ましい。なお、この発明は上述の各実施例に限
定されるものではなく、空気流路の伝熱、放射及び対流
の観点から種々の冷却構造を適用することができ、例え
ば空気流路の空気流出側に冷却フィンなどを設けて上流
から下流までの冷却効果を平均化してもよく、また上述
の各実施例の構造を単独で採用せず、両者を併用して空
気流路の高さを変化させると共に黒度を高めた構造とす
ることもできる。
【0014】
【発明の効果】上述の実施例から明らかなように、この
発明は、太陽電池モジュールの少なくとも一方の面に冷
却用空気流路を形成したものにおいて、この空気流路の
空気流入側から流出側にかけて太陽電池モジュールを構
成する個々のセルをほぼ同一温度に冷却するようにした
ものである。従って、太陽電池モジュールの温度上昇を
抑えて太陽電池の出力低下を防止できるだけでなく、太
陽電池モジュールを構成している個々のセル間の温度差
がなくなり、太陽電池の出力を最大にするためのMPP
T制御を行うことが容易となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の断面図である。
【図2】太陽電池モジュールと空気流路の境界部分の温
度分布の説明図である。
【図3】実施例の太陽電池モジュールの温度勾配を示す
図である。
【図4】他の実施例の断面図である。
【図5】同実施例の太陽電池モジュールの温度勾配を示
す図である。
【図6】太陽電池モジュールを搭載したソーラーカーの
斜視図である。
【図7】従来例の太陽電池モジュールの温度勾配を示す
図である。
【符号の説明】
1 太陽電池モジュール 1a セル 2,3 封止材 6 冷却用空気流路 7 リアパネル 8 空気入口 9 空気出口 11,12 温度センサ 13 空気流

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽電池モジュールの少なくとも一方の
    面に冷却用の空気流路を形成し、該空気流路を流れる空
    気により上記太陽電池モジュールを冷却するように成し
    た太陽電池装置であって、上記空気流路の断面積を空気
    の流入側から流出側にかけて次第に小さくして空気の流
    速を高くすることにより、上記空気流路を流れる空気が
    上記太陽電池モジュールを構成する個々のセルをほぼ同
    一温度に冷却することを特徴とする太陽電池装置。
  2. 【請求項2】 太陽電池モジュールの少なくとも一方の
    面に冷却用の空気流路を形成し、該空気流路を流れる空
    気により上記太陽電池モジュールを冷却するように成し
    た太陽電池装置であって、上記空気流路の壁面の黒度を
    空気の流入側から流出側にかけて次第に高くして熱輻射
    能を高くすることにより、上記空気流路を流れる空気が
    上記太陽電池モジュールを構成する個々のセルをほぼ同
    一温度に冷却することを特徴とする太陽電池装置。
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