JP3241939U - ソーラーパネルからの熱放散を強化する方法、およびそのための装置 - Google Patents

Abstract

ソーラーパネル（１０１）を冷却するためのウォータージャケット（４０１）、およびソーラーパネル（１０１）のバックシート（３１１）に取り付けるためのアルミニウムストリップ（５０１）。アルミニウムストリップ（５０１）は、ソーラーパネル（１０１）のバックシート（３１１）の表面積を効果的に増加させ、それにより、熱のより良い発散または放射を可能にする。ウォータージャケット（４０１）はバックシート（３１１）とアルミニウムストリップ（５０１）の上に配置され、ウォータージャケット（４０１）内を流れる水がバックシート（３１１）とアルミストリップ（５０１）から放出される熱を吸収する。【選択図】図９ｆ

Description

本発明は、太陽光を電気に変換するためのソーラーパネルに関し、特に、ソーラーパネルからの熱の放散を改善するための方法および装置に関する。

一定量の電力を最適な性能で生成できるとメーカーが評価したソーラーパネルは、動作温度が高いため、実際には大幅に少ない電力を生成している可能性がある。これは、メーカーがソーラーパネルの特性を明らかにする必要がある非現実的な標準試験条件（ＳＴＣ）が原因である。標準試験条件（ＳＴＣ）を課すことにより、ソーラーパネルの性能を比較することができる。ただし、ＳＴＣには２５０°Ｃのテスト温度の要件が含まれている（完全を期すために、他のテスト条件には、１．５ユニットの気団を介した１０００ Ｗ／ｍ^２の太陽光の放射照度が含まれることに注意されたい）。実際のアプリケーションに導入すると、ソーラーパネルの太陽電池は直射日光によって２５０℃以上に急速に加熱される。１０°Ｃ上昇するごとに５％の歩留まり低下があると推定される。つまり、ＳＴＣデータは、標準温度でのソーラーパネルの比較には適しているが、実際のパフォーマンスの特性評価には適していない。

温帯ヨーロッパ地域では、ＳＴＣの標準的なソーラーパネルで太陽光が約１０００Ｗ ／ｍ^２の電力を生成すると推定されている。標準のソーラーパネルの動作表面積は約２ｍ^２であるため、約２０００Ｗを生成する必要がある。通常、ソーラーパネルに照射される太陽光の２０％のみが電気に変換される。ソーラーパネルに到達する太陽光の２５％は単に反射される。ただし、残りの５５％は、熱が周囲に放散されるため失われる。利用されていない太陽光のこの５５％は、標準のソーラーパネルでさらに１１００Ｗを生成する可能性がある。

熱による歩留まり低下の問題は自己悪化する。高温の太陽電池は、太陽光をエネルギーにほとんど変換しない。したがって、太陽電池パネルの温度が高いほど、太陽電池パネルの太陽電池は太陽光を電気に変換しにくくなり、これにより、熱として太陽光が失われ、太陽電池がさらに熱くなる。

太陽光発電セルは、透明なプラスチックの２つの層の間にカプセル化された単一の層に配置され、それら全てが強化ガラスの層で覆われているため、熱くなる傾向がある。これらの透明な層は、太陽光の通過が太陽電池に到達することを可能にする。しかし、太陽電池で生成された熱は、放射として透明な層を通って逃げることができない。したがって、ソーラーパネルの熱は周囲の空気への伝導によってのみ放散されるが、これは比較的遅いプロセスである。

ステンレス鋼管と統合された自己冷却ソーラーパネルを提供する試みがなされてきた。管は、ソーラーパネル内の太陽電池の下に配置される。水はポンプによって継続的に金属管に供給される。これにより、熱が管に伝達され、管内の水によって運び去られる。
ただし、ステンレス鋼は高価であるため、この方法は満足できるものではない。したがって、ソーラーパネルの平面を横切るステンレス鋼管の横断はまばらであり、ソーラーパネルを効率的に冷却するのに十分な密度ではない。さらに、内部にステンレス鋼管があるとソーラーパネルが重くなり、輸送と設置のコストが増加する。さらに、住宅所有者がより良い発電量を享受したい場合は、既存の屋上ソーラーパネルをそのような自己冷却ソーラーパネルに時期尚早に交換する必要がある。

したがって、既存の設置されたソーラーパネルの冷却を改善する可能性があり、従来技術に見られる問題を軽減する可能性がある１つまたは複数の方法を提供することが望ましい。

第１の態様では、本発明は、バックシート含むソーラーパネルであって、バックシートから熱を逃がすのに適した突起のあるバックシートを有するソーラーパネルを提案する。

一方で、突起はバックシートの外面を装飾し、バックシートの均一性を壊す。これにより、バックシートに形状を付けられた表面が作成され、バックシートの表面積が増加する。表面積の増加は、平らな表面積よりも速く熱を放射または伝導することを可能にする。これは、平坦な表面は、不均一な形状や形状を付けられた表面、または同じ周囲長と２次元サイズの曲面に比べて面積が最小であるためである。

一方、突起は、バックシートから突起が伸びる方向に熱を伝導する。設置されたソーラーパネルから突起が下向きの場合、ソーラーパネルからの熱は突起に沿って下向きに伝導される。熱は固体内のあらゆる方向に伝導されるが、周囲の対流によって熱が上向きに移動するように促されることがよくある。たとえば、ソーラーパネルに閉じ込められたエアポケットは、ソーラーパネルの熱を上向きに伝達するように促す。
さらに、ソーラーパネルが地面に対して斜めに取り付けられている場合、ソーラーパネルの上端に集められた熱は、周囲の空気の動きによってより簡単に放散される可能性がある。これにより、熱が上向きに移動する。

設置されたソーラーパネルの裏側にある下向きのバックシートは、冷却手段を設置するのに最も便利な場所である。バックシートは、ソーラーパネルを支える以外の用途はなく、表面は平らで幅が広く、装飾はない。ただし、ソーラーパネルの他の部分からバックシートに熱が移動するように促されないため、バックシートから熱を取り除くことは単純に非効率的である。突起はバックシートから下向きに伸び、したがってバックシートから熱を逃がすことができ、より多くの熱をバックシートに移動させるので、突起はこの非効率性を軽減する。これにより、冷却剤をバックシートの下に配置して、突起から熱を吸収することもできる。その結果、バックシートの突起から熱を効率的に除去することで、ソーラーパネルからバックシートへの熱の移動が促進される。

通常、突起は金属材料などの優れた熱伝導体でできている。アルミニウムは、バックシートに固定するのに十分軽量であり、良好な熱伝導体であり、酸化されにくいので、材料はより好ましくはアルミニウムである。

当業者には、突起がバックシート自体からの一体型の延長である必要はなく、バックシートの表面追加される任意の装飾でよいことは明らかである。

いくつかの実施形態では、突起は帯板の形態であり、すなわち、バックシート上に平らに置くことができる薄い平面層である。たとえ薄くても、そのような平面層は、単にバックシートの表面積を増やことによって、そして熱をバックシートから遠ざけることによって、十分な熱放散の可能性を提供する。

あるいは、突起は輻射フィンであり、表面積が劇的に増加することで熱放散も改善される。

好ましくは、突起が冷却剤ジャケットとバックシートとの間に保持されるように、冷却剤ジャケットがバックシートに取り付けられる。冷却剤ジャケットは、バックシートに対して配置でき、バックシートから熱を吸収する装置である。通常、冷却剤は冷却剤ジャケット内を流れるように供給され、冷却剤ジャケットから熱を吸収して運び去る。

冷却剤ジャケットと突起は連携して機能し、それによりどちらかが単独で機能するよりも効果的に熱除去を改善する。冷却剤ジャケットは、突起による形状を付けられたバックシートからの熱の放出が改善されるため、ソーラーパネルからの熱をより効率的に吸収することができる。

典型的には、冷却剤ジャケットは、少なくとも１つの突起が挿入され得る少なくとも１つのくぼみを含む。したがって、突起は熱をくぼみに向ける。これにより、熱が突起の側面を囲む表面と相互作用するため、ウォータージャケットへの熱伝達の効率が向上する。

通常、冷却剤ジャケットは、冷却剤流体の流れを供給するのに適したチャネルを備えている。好ましくは、冷却液は水である。水は周囲環境において優れた熱伝導体であり、小さなソーラーパネルがよく使用される住宅地に豊富に存在する。あるいは、冷却液は空気または圧縮された不活性ガスである。水やその他の冷却液が簡単に手に入らない場所では、空気が良い代替手段である。

第２の態様では、本発明は、ソーラーパネルのバックシート上に配置するための熱伝導性突起を提案する。通常、突起は熱をバックシートから遠ざけるのに適している。したがって、突起は、購入して任意のソーラーパネルのバックシートに配置できるため、既存の設置済みソーラーパネルに冷却システムを提供する可能性を提供する。これにより、既存のソーラーパネルを交換するのではなく、増強および改善することができる。

好ましくは、熱伝導性突起は、バックシート上に配置された吸熱層の対応する窪みに適合する寸法を有し、ここで、熱をバックシートから遠ざけることは、熱を吸熱層に向けることを含む。冷却剤ジャケットは吸熱層の一例である。通常、くぼみは突起を包み込み、くぼみと突起の間の表面接触を可能な限り大きくする。

さらなる態様において、本発明は、ソーラーパネルからの熱放散を増強する方法であって、熱をバックシートから離れる方向に、特に突起が伸びる方向に導くための、太陽電池パネルのバックシートに接触する突起を配置するステップを有する方法を提案する。

好ましくは、突起は、金属ストリップの平らな一片などの平面状の金属片の形で提供される。より好ましくは、突起はアルミニウムストリップである。
典型的には、金属ストリップは、吸熱層の対応するくぼみに適合して、くぼみにより包まれるのに適している。くぼみによる突起の包み込みは、突起から発せられる熱が、包含する吸熱層の表面に可能な限り向けられることを確実にする。

さらなる態様では、本発明は、ソーラーパネル用の冷却剤ジャケットであって、冷却剤用の少なくとも１つの導管を含む冷却剤ジャケットを提案する。ここで、冷却剤ジャケットは、ソーラーパネルのバックシート上に配置されて、バックシートから冷却剤への熱の伝達を引き起こすことができる。冷却剤ジャケットは、既存のソーラーパネルが太陽光によって加熱されるときに効果的に冷却できる可能性を提供し、これらの既存のソーラーパネルの性能と寿命を改善することができる。
冷却剤ジャケットは、ソーラーパネルのバックシートに立てかけて取り付けるのに適した軽量プラスチックでできている場合がある。

あるいは、冷却剤ジャケットをすでに取り込んだ新しいソーラーパネルを製造することもできる。したがって、別の冷却剤ジャケットを固定する必要なしに、新世代のソーラーパネルを製造することができる。

好ましくは、バックシート上に置かれる冷却剤ジャケットの表面は、ソーラーパネルのバックシートから延びる突起を含むためのくぼみをさらに有する。突起は、バックシートから冷却剤ジャケットに熱を伝達する。

選択肢として、くぼみは突起とともに事前に挿入され、冷却剤ジャケットがバックシート上に置かれるときに突起がバックシートと接触して配置されてバックシートから延びる突起になることができるようにする。これにより、ユーザは、ソーラーパネルを装飾するためにアルミニウムストリップなどの突起を配置する必要がなくなる。

さらに別の態様では、本発明は、ソーラーパネルから熱を吸収するための前述のウォータージャケットを含む給湯器を提案し、ウォータージャケットからの熱は水源に供給される。通常、給湯器は飲料水を加熱するために使用できる。

好ましくは、ウォータージャケットは、ソーラーパネルから熱を吸収するための冷却剤を含み、冷却剤は、飲料水を加熱するために熱交換器に熱を供給するために使用可能である。

選択肢として、冷却剤ジャケットは一般的に長方形の形状を有する。導管には入口と出口がある。入口は、長方形の冷却剤ジャケットの第１の角の近くに配置されている。出口は、第１の角の対角線上にある角の近くに配置されている。入口と出口が斜めに対向する角に配置されていない冷却剤ジャケットとは対照的に、この構成では、比較的短い長さの冷却剤管を使用して多くの長方形の冷却剤ジャケットを相互に接続でき、１つの冷却剤ジャケットの出口を次の冷却剤ジャケットの入口に接続できる。

本発明の可能な配置を示す添付の図面に関して本発明をさらに説明することは便利であり、ここで、同じ整数は同じ部分を指す。本発明の他の配置が可能であり、その結果、添付の図面の特殊性は、本発明の前述の説明の一般性に取って代わるものとして理解されるべきではない。
本発明の実施形態が適用され得るソーラーパネルを示す図である。 図１のソーラーパネルの背面図である。 図１に示されるソーラーパネルなどの典型的なソーラーパネルにおける複数の層の分解図である。 図１に示したようなソーラーパネルの背面に使用されているウォータージャケットを示す図である。 図４のウォータージャケットで使用されているアルミニウムストリップを示す図である。 実施形態による、図４のウォータージャケットおよび図５のアルミニウムストリップがどのように使用されるかを示す図である。 図４のウォータージャケットの別の図である。 図４のウォータージャケットの別の図である。 図８に対応するプロトタイプの写真である。 図４のウォータージャケットの別の図である。 図９に対応するプロトタイプの写真である。 図７の３つのウォータージャケットを一緒に配置する方法を示す図である。 図９ａに示される配置の変化形を示す図である。 図７のウォータージャケットの変化形を示す図である。 図９ｃの３つのウォータージャケットを一緒に配置する方法を示す図である。 図９ｃの３つのウォータージャケットを一緒に配置する方法をさらに示す図である。 図７のウォータージャケットによって得られた熱を利用する方法を示す図である。 図４のウォータージャケットおよび図１のソーラーパネルのバックシート上に組み立てられた図５のアルミニウムストリップの側面図である。 図４、図５および図６の実施形態の変形である実施形態を示す図である。 本発明の別の実施形態を示す図である。 図１１の実施形態の変形である実施形態を示す図である。 本発明の別の実施形態を示す図である。 本発明のさらに別の実施形態を示す図である。 本発明のさらに別の実施形態を示す図である。

図１は、典型的なソーラーパネル１０１を示す図である。ソーラーパネル１０１は、支持構造１０３に取り付けられて示されている。支持構造１０３は、ソーラーパネル１０１の他の取り付け形態に置き換えることができるが、それは、ここでさらに詳しく説明する必要はない。図２は、図１のソーラーパネル１０１の対応する背面図または底面図を示す図である。

ソーラーパネル１０１の上面図（正面図でもある）は、図面において文字「Ａ」でラベル付けされており、ソーラーパネル１０１の背面図または底面図は、文字「Ｂ」でラベル付けされている。

図３は、ソーラーパネル１０１（支持構造１０３なし）を構成するさまざまな層の分解図である。示されている層の最上部は、これらの他の層の縁によって他の層を一緒に保持するアルミニウムフレーム３０１である。

アルミニウムフレーム３０１の下にあるこれらの他の層は、次のものを含む：強化ガラス３０３の層、プラスチック３０５の最上層、太陽光を電気に変換するための太陽電池３０７の層、太陽電池３０７の下のプラスチック３０９のさらなる層、および最下層であるバックシート３１１。バックシート３１１の下には、太陽電池によって生成された電気を電池（図示せず）に供給するためのコネクタ３１３のセットがある。これらの他のすべての層は互いに積み重ねられ、保持されるアルミニウムフレーム３１０の溝に挿入され、それによって組み立てられてソーラーパネル１０１になる。アルミニウムフレーム３０１は、層の縁を保護し、また、図１に示される支持構造１０３への取り付けなどのソーラーパネル１０１の取り付けのための堅固な構造を提供する。

強化ガラス３０３とプラスチック３０５の最上層は、太陽光の波長を通過させるレベルの透明度を備え、その太陽光に応答して太陽電池が電気を生成する。通常、プラスチック３０５、３０９の２つの層は、透明度の高い「エチレン酢酸ビニル」（ＥＶＡ）でできている。プラスチック３０５、３０９のこれらの２つの層は、太陽電池３０７の層をカプセル化または包み込み、太陽電池３０７を埃および汚染物質から保護する。

太陽電池３０７の高温の原因の１つは、太陽光から変換された熱であり、この熱は、包み込むプラスチック層３０５、３０９および強化ガラス３０３の閉じ込めから逃げることができない。したがって、太陽電池３０７は太陽の下で非常に熱くなる。

太陽電池の層３０７は、複数の太陽電池の平面配置である。太陽電池は、光によって励起されると電流として自由に移動できる電子を提供する、さまざまな要素が「ドープ」された純粋なシリコンの結晶である。通常、各セルは非常に薄く、幅と長さの対角線が約１００ｍｍである。これらの光起電力セルのいくつかは、一緒に配線されて、光起電力セル３０７の層を形成することができる。電気接続ストリップは、１つのセルの底部から次のセルの上部に取り付けられる。このようにして、セルは直列に接続される。太陽電池の動作は当業者に公知であり、ここではこれ以上の詳細は必要としない。

バックシート３１１は、ソーラーパネル１０１の最背面または最下部の層であり、強化ガラス３０３の方向と反対の方向を向いている。バックシート３１１は、防湿層、機械的保護層、電気絶縁層であり、ソーラーパネル１０１の保護のさらなる層として機能する。バックシート３１１は、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）などのプラスチックのガラスで作ることができる。

図４は、ソーラーパネル１０１から熱を吸収するための冷却剤ジャケットを示す図である。この例では、冷却剤ジャケットはウォータージャケット４０１である。ウォータージャケット４０１は通常、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）などのポリマー材料でできている。ウォータージャケット４０１が取り付けられている任意の表面を水の流れが冷却するのを助けるために、中空の水路４０３、または導管がウォータージャケット４０１の内側に設けられている。他の実施形態では、冷却剤として水の代わりに空気または他の流体を使用することができる。

図４の左側の図は、ウォータージャケット４０１の前面を示しており、図では「Ｃ」とラベル付けされている。水路４０３は、水ジャケット４０１の前部に見られ、水ジャケット４０１の床から隆起している。水路４０３は、水ジャケット４０１を横切って前後に走り、水ジャケット４０１の可能な限り多くを横断する。冷却剤ジャケットの領域での横断経路の蛇行が密であるほど、その領域での冷却剤の流れの分解能が高くなる。

図４の右側の図は、図で「Ｄ」とラベル付けされているウォータージャケット４０１の背面を示す図である。使用中、ウォータージャケット４０１の背面は、ソーラーパネル１０１のバックシート３１１に対して平らに配置され、バックシート３１１から熱を吸収する。水路４０３を流れる水は、バックシート３１１からウォータージャケット４０１の壁に伝達された熱を吸収しながら、水路によってガイドされ、ウォータージャケット４０１を可能な限り多く曲がりくねりながら流れる。水がウォータージャケット４０１から熱を運び去るので、これによりバックシートからの熱伝達率が増加し、それにより今度は、太陽電池セルを含む太陽電池パネル１０１の残りの部分からバックシート３０１への熱伝達率が増加する。結果として生じる太陽電池セルの温度の低下により、さらに効率的な太陽光から電気への変換可能性がもたらされる。このようにして、ウォータージャケット４０１を既存のソーラーパネルに適用して、発電量を改善することができる可能性がある。

図５は、実施形態の選択肢としての特徴を示す図であり、それは、ウォータージャケットへの熱伝達を改善するために使用可能なアルミニウムストリップ５０１である。アルミニウムストリップは、単純に細長い平面状のアルミニウム層であり、バックシート３１１の一部のみを覆う表面積を有する。したがって、図６に示すように、複数のアルミニウムストリップ５０１をバックシート３１１上に配置することができる。ウォータージャケット４０１がバックシート３１１上に置かれるとき、アルミニウムストリップ５０１は、バックシート３１１とウォータージャケット４０１との間に挟まれる。

図４および図６に示すように、ウォータージャケット４０１の背面には一連のくぼみ４０５が設けられている。くぼみ４０５のそれぞれは、上方の対応する位置にあるアルミニウムストリップ５０１にぴったりとはまるように形作られている。このようにして、ウォータージャケット４０１は、くぼみに突き出たアルミニウムストリップ５０１を収容しながら、バックシート３１１に対して平らに横たわることができる。好ましくは、アルミニウムストリップ５０１は、スナップフィットなどの締まりバメによってくぼみ４０５に埋め込まれることができるような寸法にされている。

実際の製品では、各アルミニウムストリップ５０１の幅および長さは、アルミニウムストリップ５０１が使用されることを意図されているソーラーパネル１０１のサイズに依存し得る。最も一般的に見られる典型的なソーラーパネル１０１と共に使用するために、アルミニウムストリップ５０１は、好ましくは、幅３０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、および厚さ１．５ｍｍである。アルミニウムストリップのこの厚さは、アルミニウムストリップ５０１をバックシート３１１に接着剤で保持するのに重くなりすぎないようにしながら、バックシート３１１からウォータージャケット４０１に熱を向けるのに効果的である。ウォータージャケット４０１は、対応するアルミニウムストリップ５０１をしっかりと保持するために同様の内部寸法を持っている。

バックシート３１１上に配置されると、アルミニウムストリップ５０１は、接触によって効果的にソーラーパネル１０１の一部となり、バックシート３１１の表面から延びる突起として機能する。このようにして、アルミニウムストリップ５０１は、バックシート３１１を装飾する。そして、そうでなければ平らなバックシート３１１上に不均一な表面プロファイルを作成する。これにより、バックシート３１１の全体的な表面積が拡大され、熱放散が改善される。当業者に公知のように、表面積が大きいほど、その領域からより多くの熱を発散することができる。

アルミニウムストリップ５０１とバックシート３１１はすべてウォータージャケット４０１でしっかりと覆われているため、これにより、バックシート３１１からウォータージャケット４０１への熱伝達がより効率的になる。バックシート３１１がアルミニウムストリップ５０１と置かれると、熱がバックシート３１１からアルミニウムストリップ５０１に伝達され、次にアルミニウムストリップ５０１からウォータージャケット４０１に伝達される。バックシート３１１上にアルミニウムストリップ５０１がない場所では、熱はバックシート３１１からウォータージャケット４０１に直接伝達される。ウォータージャケット４０１内の流水は、ソーラーパネル１０１内の温度よりも冷たいままであり、これにより、バックシート３１１およびアルミニウムストリップ５０１からクーラー水に熱を引き寄せる、温度差が生じる。

２つの材料間の接触コンダクタンスに影響を与える要因には、接触圧力が含まれる。接触圧力が増加すると、真の接触面積が増加し、接触コンダクタンスが大きくなる。したがって、ウォータージャケット４０１は、くぼみ４０５内のアルミニウムストリップ５０１をバックシート３１１に対して押し付けるために、バックシート３１１の上および、上にぴんと張った形で伸ばすことができるように寸法決定される。アルミニウムストリップ５０１およびソーラーパネル１０１の背面の接触は、アルミニウムストリップ５０１とバックシート３１１との間に接着剤の無い、直接接触である。これは、アルミニウムストリップ５０１とバックシート３１１の間に接着材を塗布する必要がないため、装着が容易になる可能性を提供する。
ただし、２つの材料間の熱伝導率に影響を与える他の要因には、２つの材料間の微視的なエアギャップを埋める侵入型材料が含まれる。微視的なレベルで２つの材料の間に多くのエアギャップがある場合、これは熱伝導を遅らせる可能性がある。したがって、アルミニウムストリップ５０１とバックシート３１１との間に接着剤を塗布することが好ましい。接着剤の使用はまた、バックシート３１１内のアルミニウムストリップ５０１の位置を固定する。市場には多くの接着剤タイプがあり、Ｔｈｅｒｍｏ Ｇｌｕｅ（登録商標）または他の熱接着剤など、バックシート３１１からアルミニウムストリップ５０１への熱伝達を容易にするために良好な熱伝導特性を有するものを選択することが好ましい。

図７は、水路４０３を見ることができる、水ジャケット４０１の正面を示す、水ジャケット４０１の技術的な図面である。図７は、流水をウォータージャケットに導入するための入口７０１を示す。入口７０１は、水路４０３の開始端に設けられている。出口７０３は、水路４０３から水を排出するために水路４０３のもう一方の端に設けられている。入口７０１および出口７０３は、水管への接続に使用できる、典型的なニップルである。

水路４０３の入口７０１は、水道水または貯水槽から水を供給され、単純なモーターポンプによって方向付けられ得、水路４０３の出口７０３は、おそらく温水貯水槽に接続されている（図示せず）。
冷却水の流れが、水路４０３内のソーラーパネル１０１のバックシート３１１を横切って前後に横断するように向けられると、ソーラーパネル１０１からの熱は、ウォータージャケット１０１の壁を横断して比較的冷たい水に移動する。その結果、バックシートから放出される熱によって流水が暖められる。

ウォータージャケットから排出された温水のユニットは、ポンプに再び吸い込まれてウォータージャケットを通してリサイクルされる前に、温水貯水槽で冷却されたままにすることができる。選択肢として、ウォータージャケットから排出された水は直接排水管に排水される。

温度が０°Ｃを下回る可能性がある国では、ウォータージャケット４０１でのリサイクル使用を特に目的とした不凍液を貯水槽に追加することができる。

図８は、ウォータージャケット４０１の正面から見た対応する斜視図である。図８ａは、水路４０３が平らなプラスチック製のベッドから隆起しているのがはっきりと見えるウォータージャケットのプロトタイプの写真である。入口と出口も図８ａではっきりと見える。

図９は、ウォータージャケット４０２の背面図を示す斜視図であり、アルミニウムストリップ５０１を収容するためのくぼみ４０５を見ることができる。ウォータージャケット４０１の反対側にある隆起した水路４０３は、図９のウォータージャケット４０１の下端を覗き込むようにして見ることができる。図９ａａは、図８ａに示すウォータージャケットプロトタイプの裏側の対応する写真である。アルミニウムストリップ５０１を配置するための浅いくぼみ４０５は、図９ａａに見ることができる。

家庭で見られる典型的なソーラーパネルの寸法は１９００ｍｍｘ９６０ｍｍである。しかしながら、ウォータージャケット４０１の好ましいサイズは、取り扱いを容易にするために約９００ｍｍｘ６００ｍｍである。したがって、典型的なソーラーパネル１０１は、ソーラーパネル１０１のバックシート３１１全体の大部分を覆うために一緒に組み立てられた３つのウォータージャケット１０１を必要とする。図９ａの白い矢印は、各ウォータージャケット４０１の入口７０１が個別の冷却水源から独立して供給され、各ウォータージャケット４０１の出口７０３が温水を個別に排出する。

ウォータージャケット４０１は、ソーラーパネル１０１の端とウォータージャケット４０１の端の周りのクリップなどのメカニズムにより、およびＴｈｅｒｍｏ Ｇｌｕｅ（登録商標）を適用することによって、バックシート３１１に固定することができる。

図９ｂは、図９ａとは別の配置を示しており、左端に示されているウォータージャケット４０１の入口７０１に冷却水が供給されている。この左端のウォータージャケット４０１の出口７０３から排出された水は、中央位置のウォータージャケット４０１の入口７０１に供給され、この中央に配置されたウォータージャケット４０１の出口７０３から排出された水は、入口７０１に供給される。右端に配置されたウォータージャケット４０１の。加熱された水は、最終的に、右端のウォータージャケット４０１の出口７０３から排出される。３つのウォータージャケット内の水の動きは、白い矢印で示されている。

図９ｂは、直列に接続された図７の３つのウォータージャケット４０１を示し、図７のウォータージャケット４０１の出口７０３と入口７０１は、ウォータージャケット４０１の同じ側に配置されているため、一番左のウォータージャケット４０１の出口７０３を中央に配置されたウォータージャケット４０１の入口７０１に接続するために必要な、ウォータージャケット４０１の幅とほぼ同じ長さの接続管（太い黒い線で示されている）が必要とされる。同様に、ウォータージャケット４０１の幅と同じ長さの接続管が、中央に配置されたウォータージャケット４０１の出口７０３を右端のウォータージャケット４０１の入口７０１に接続するために必要である。

図９ｃは、図７のウォータージャケット４０２の変形例を示しており、水の入口７０１は、ウォータージャケット４０２の１つの角の近くに配置され、水出口７０３は、対角線上で反対の角の近くに配置されている。

図９ｄおよび図９ｅは、ウォータージャケット４０１のこの構成により、３つのウォータージャケット４０１を接続するために短い接続管を使用できるようにする方法を示す図である。
図９ｄは、各ウォータージャケット４０２の出口７０３が、シリーズ内の次のウォータージャケット４０２の入口７０１に隣接してどのように配置され得るかを示す図である。図９ｅは、図９ｄを接続管とともに示した図である。したがって、水入口７０１および水出口７０３を対角線上で反対側の角に配置することにより、最短の長さの接続管を使用して、奇数個のウォータージャケット４０１を直列に接続する可能性が提供される。

図９ｆに概略的に示されているように、一連のウォータージャケット４０１から排出された温水の熱は、熱交換器９０１を介して、通常の配管で飲料水を温めるために使用できる。ソーラーパネル１０１はページの内側向かう方向に面しており、ウォータージャケット４０１によって視界から遮られている。具体的には、図９ｆは、冷水リザーバ９０３からの水がポンプ９０５によってシリーズの第１のウォータージャケット４０１の入口７０１にどのように移動するかを示す図である。水は、水が３つのウォータージャケット４０１の水路４０３の内部を流れ、水が、ウォータージャケット４０１の最後の１つの出口７０３から加熱されて現れるまで流れる。熱交換器９０１の内部で、接続管が飲料水を運ぶ家庭用配管のパイプ９０７と織り交ぜられている（図示されていない）。それにより、熱は接続管からパイプに伝達され、飲料水を温め、その後、入浴または消費のために温かい飲料水貯水槽９０９に貯蔵することができる。

ヨーロッパの多くの国のような寒冷地では、家庭のエネルギー使用量の５０％以上が給湯に使用されている。したがって、この実施形態は、ソーラーパネル１０１から放出された廃熱を利用して家庭用の飲料水を加熱することによってエネルギー消費を削減する可能性を提供する。言い換えれば、この実施形態は、電気エネルギーと熱エネルギーを同時に収集する可能性を提供する。すなわち、加熱されたソーラーパネル１０１が冷却されると同時に、温水が生成される。

さらに重要なことに、ソーラーパネル１０１をより低い温度で動作させる可能性を提供することにより、ソーラーパネル１０１の寿命を、おそらく１０年以上さらに延ばすことができる。

図９ｇは、ウォータージャケット４０１と共に組み立てられたソーラーパネル１０１の概略断面側面図である。図面の左側から右側に向かって見た視線では、ソーラーパネル１０１の正面が見える、つまりビュー「Ａ」。ソーラーパネル１０１は、ウォータージャケット４０２の背面を隠し、それは、そうでなければ、ビュー「Ｄ」として見ることができる。ウォータージャケット４０１の背面は、バックシート３１１に対して配置される。図面の右側から左側に向かって見ると、ウォータージャケット４０１の前面、つまりビュー「Ｃ」が見える。ウォータージャケット４０１は、ソーラーパネル１０１のバックシート３１１の大部分を隠す。それは、そうでなければ、ビュー「Ｂ」として表示される可能性がある。図９ｇは、３つのアルミニウムストリップ５０１の断面を示しており、これらは、ウォータージャケット４０１の背面の対応するくぼみ４０５にぴったりとはめ込まれ、これらのアルミニウムストリップ５０１は、ウォータージャケット４０１とソーラーパネル１０１のバックシート３１１との間に挟まれている。入口７０１および出口７０３は、ウォータージャケット１０１の平面を横切って横断する水路４０３に接続されているのを見ることができる。水は、入口７０１によって供給され、水路４０３を通って流れ、そして出口７０３によってウォータージャケット４０１から排出され得る。（白い矢印で示されている）。

ウォータージャケット４０１内を流れる水がソーラーパネル１０１のバックシート３１１を横切るとき、バックシート３１１に対して配置されたアルミニウムストリップ５０１は、バックシート３１１から熱を吸収して、熱の一部をウォータージャケット４０１内のくぼみ４０５に放出するだけである。これにより、アルミニウムストリップ５０１を囲むウォータージャケット４０１の壁が加熱され、熱は最終的にウォータージャケット４０１の壁から水路４０３内を流れる水に伝達される。従ってバックシート３１１が地面に面して設置されたソーラーパネル１０１では、アルミニウムストリップ５０１は、熱をバックシート３１１の下方に移動させ、そしてウォータージャケット４０２内に移動させ、流水に吸収させることができる。

言い換えれば、ソーラーパネル１０１のバックシート３１１にアルミニウムストリップ５０１を使用すると、そこから熱が発散する可能性のあるバックシート３１１の表面積が大きくなるだけでなく、アルミニウムストリップ５０１もまた、バックシートからの熱をウォータージャケット４０２のくぼみ４０５に向け、より効果的に熱をウォータージャケット４０１に流入させる。対照的に、アルミニウムストリップ５０１がないと、熱は、ウォータージャケット４０２に多くを移すことなく、バックシート３１１に沿って横方向に移動し得る。

図１０は、図４の実施形態の変形例を示しており、これは、その背面が、アルミニウムストリップ５０１がくぼみ４０５に事前に埋め込まれている、ウォータージャケット４０１である。ウォータージャケット４０１内にアルミニウムストリップ５０１が事前に埋め込まれることの良い点は、ユーザが、アルミニウムストリップ５０１をバックシート３１１またはウォータージャケット４０１に配置する手間をかける必要がないということである。ユーザは、ウォータージャケット４０１をバックシート３１１の上に置いて固定するだけでよい。

図１１は、アルミニウムがストリップの形態で提供されていない、さらに別の実施形態を示す図である。代わりに、アルミニウムは、バックシート３１１上にスタッド１１０１として提供される。スタッド１１０１は、各スタッド１１０１のベースによってバックシート３１１と接触している。熱は、バックシートからスタッド１１０１を通って対応するウォータージャケット４０１に放散される。スタッド１１０１は、バックシート３１１に不均一な表面プロファイルを与えることによって、バックシート３１１の表面積を効果的に増加させる。
図４に示されるウォータージャケット４０２のくぼみ４０５は、スタッド１１０１がぴったりとしっかりと挿入され得る受容穴１１０３によって置き換えられている。スタッド１１０１の位置は、ウォータージャケット４０２の受け穴１１０３の位置に対応する。スタッド１１０１とバックシート３１１との間に接着剤またはグリースを提供することができる。あるいは、スタッド１１０１をウォータージャケット４０２の緊縮性によりバックシート３１１と直接接触するように保持することができる。水路４０３内を水が流れると、表面積が変更されたバックシート３１１から放散された熱が、水路４０３内を流れる水によって吸収され、運び去られる。

図１２は、図１１の実施形態の変形例を示しており、これは、ウォータージャケット４０１に設けられた穴にアルミニウムスタッド１１０１が事前に埋め込まれたウォータージャケット４１１である。ユーザは、アルミニウムスタッド１１０１をバックシート３１１に配置するために手間をかける必要はない。

図１３は、アルミニウムストリップ５０１またはアルミニウムスタッド１１０１の代わりに、アルミニウム輻射フィン１３０１がバックシート３１１上に配置されるさらに別の実施形態を示す図である。ソーラーパネル１０１が展開されると、バックシート３１１は下向きになり、アルミニウム輻射フィン１３０１は地面に向かって延びる。フィン１３０１は、太陽電池パネルの熱を輻射として下方に、太陽電池パネルの影に放散するための拡大された表面積を提供する。この実施形態では、フィン１３０１の大きな表面積がフィンを風によって冷却することを可能にするので、フィン１３０１の上に適用するウォータージャケット４０２はない。この実施形態は、砂漠などの暖かく、乾燥しているが風の強い地域での展開により適している。

図１４は、細長いアルミニウム突起１４０１がバックシート３１１に追加されて、熱が細長い突起１４０１から発散され、風に放散されることを可能にするさらに別の実施形態を示す図である。この実施形態の変形例は、アルミニウム剛毛の形態の長くて薄い突起を使用することである。

図１５は、複数のより小さなアルミニウムストリップ５０１の代わりに、前述の実施形態に示されるものよりも大きな平面アルミニウムシート１５０１が使用されるさらに別の例を示す。便利な修辞として、「シート」が、表面積の大きいアルミニウムシートを表面積の小さい平面アルミニウムの「ストリップ」と区別するために使用される。アルミニウムシート１５０１のより大きな部分は、バックシート３１１の領域の大部分を単独で覆っている。ウォータージャケットの裏側の対応するくぼみもまた、単一で拡大されている。しかしながら、典型的なソーラーパネル１０１または前述のサイズのウォータージャケット４０１を覆うのに適した単一の大きなアルミニウムシート１５０１は、図４および図６の実施形態で使用されるより小さな別個のストリップ５０１よりも高価であるため、この構成は好ましくない。さらに、アルミニウムシート１５０１のより大きな部分は、より重く、バックシート３１１に固定し、ウォータージャケット４０１と重ねることがより困難である。アルミニウムストリップ５０１のより小さな部分の使用は、バックシート３１１から吊るすためのより軽い重量を可能にし、一方でバックシート３１１から熱を効果的に伝達する。これにより、アルミニウムストリップ５０１がバックシートから剥がれる可能性が低減される。

総じて、説明された実施形態は、表面形状を変更するために適切な形状の固体物体を追加することによって、既存のソーラーパネル１０１のバックシート３１１の表面積を増加させる多くの方法があることを示す例である。

いくつかの実施形態では、バックシート３１１は、すでに凹凸のある表面を備えるように、工場で製造することができる。対応するウォータージャケット４０１は、ウォータージャケット４０１がバックシート３１１と直接接触して置かれるように、凹凸のある表面にぴったりとはまるための適切なくぼみ４０５を備えている。

したがって、実施形態は、ソーラーパネル１０１であって、バックシート３１１を有し、バックシートはアルミニウムストリップ５０１などの突起を有する、ソーラーパネルを含む。
さらに、実施形態は、熱をバックシート３１１から遠ざけるようにソーラーパネル１０１のバックシート３１１上に配置するための、アルミニウムストリップ５０１などの熱伝導性突起を含む。

また、実施形態は、太陽電池パネル１０１からの熱放散を増強する方法を含み、その方法は、アルミニウムストリップ５０１などの突起を太陽電池パネル１０１のバックシート３１１と接触させて配置し、バックシート３１１からの熱を、突起がバックシート３１１から延びる方向に導くステップを有する。

また、実施形態は、前述のウォータージャケット４０１などのソーラーパネル１０１用の冷却剤ジャケットを含み、それは冷却剤用の少なくとも１つの導管を有し、ここで、冷却剤ジャケット４０１は、ソーラーパネル１０１のバックシート３１１上に配置されて、バックシート３１１から冷却剤への熱の移動を引き起こすことができる。

本発明の好ましい実施形態が前述の説明に記載されているが、関係する技術の当業者は、設計、構造または操作の詳細において、以下の請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく多くの変形または修正を行うことができることを理解されよう。

例えば、アルミニウムストリップ５０１は、バックシート３１１に表面形状を提供するために記載されてきたが、バックシート３１１の表面形状を変更するための代替の形状および材料の形態が可能である。例えば、鋼、鉄、青銅、またはソーラーパネル１０１の任意の所与の展開場所に対して十分に効率的に熱を伝導することができる任意の他の材料を使用することができる。
材料は、安定していて、酸化しにくいことが望ましい。たとえば、銅や鋳鉄は最適な材料ではない。

Claims (23)

1. バックシートを有し、前記バックシートは、当該バックシートから熱を逃がすための少なくとも１つの突起を有する、
   ことを特徴とするソーラーパネル。
2. 前記突起が金属製である、ことを特徴とする請求項１に記載のソーラーパネル。
3. 前記突起が平らな層である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のソーラーパネル。
4. 前記突起が輻射フィンである、ことを特徴とする請求項３に記載のソーラーパネル。
5. 前記突起が冷却剤ジャケットとバックシートとの間に保持されるように、前記冷却剤ジャケットが前記バックシートに取り付けられている、ことを特徴とする請求項１－４のいずれか１項に記載のソーラーパネル。
6. 前記冷却剤ジャケットは、少なくとも１つの突起が挿入される少なくとも１つの窪みを有する、ことを特徴とする請求項５に記載のソーラーパネル。
7. 前記冷却剤ジャケットは、冷却液の流れを供給するのに適したチャネルを有する、ことを特徴とする請求項６に記載のソーラーパネル。
8. 前記冷却液が水である、ことを特徴とする請求項７に記載のソーラーパネル。
9. 前記冷却液が空気である、ことを特徴とする請求項７に記載のソーラーパネル。
10. ソーラーパネルのバックシートに配置され、そして前記バックシートから熱を逃がすための熱伝導性突起。
11. 前記熱伝導性突起は、前記バックシートに配置された吸熱層の対応する窪みに、当該熱伝導性突起が適合することを可能にする寸法を有し、
    ここで、前記バックシートから熱を逃がすステップは、前記熱を前記吸熱層に向けるステップを有する、
    ことを特徴とする、請求項１０に記載のソーラーパネルのバックシート上に配置される熱伝導性突起。
12. 前記吸熱層が、冷却剤を収容することができる導管を有する、ことを特徴とする請求項１１に記載のソーラーパネルのバックシート上に配置される熱伝導性突起。
13. ソーラーパネルのバックシートに突起を接触させて、前記バックシートから熱を逃がすステップを有する、ことを特徴とするソーラーパネルからの熱放散を増強する方法。
14. 前記突起は平らな金属片である、ことを特徴とする請求項１３に記載のソーラーパネルからの熱放散を増強する方法。
15. 前記突起は、吸熱層の対応するくぼみにフィットするのに適している、ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のソーラーパネルからの熱放散を増強する方法。
16. ソーラーパネル用の冷却剤ジャケットであって、冷却剤用の少なくとも１つの導管を有し、冷却剤ジャケットは、ソーラーパネルのバックシート上に配置されて、前記バックシートから前記冷却剤への熱の伝達を引き起こすことができる、ことを特徴とするソーラーパネル用の冷却剤ジャケット。
17. 前記ソーラーパネルの前記バックシートから延びる突起を収容するためのくぼみをさらに備える、ことを特徴とする請求項１６に記載のソーラーパネル用の冷却剤ジャケット。
18. 前記窪みには前記突起が事前に挿入され、前記突起は前記バックシートと接触するように配置されることが可能であり、前記冷却剤ジャケットが前記バックシートの上に置かれたとき、前記突起は前記バックシートから延びる突起となることができる、ことを特徴とする請求項１６に記載のソーラーパネル用の冷却剤ジャケット。
19. 前記冷却剤ジャケットは、ほぼ長方形の形状を有し、前記導管は入口と出口を有し、前記入口は、長方形の前記冷却剤ジャケットの第１の角の近くに配置され、前記出口は、前記第１の角の対角線上にある角の近くに配置される、ことを特徴とする請求項１６―１８のいずれかに記載のソーラーパネル用の冷却剤ジャケット
20. 実質的に明細書に記載されている、または図面に示されているソーラーパネル。
21. 実質的に明細書に記載されている、または図面に示されている冷却剤ジャケット。
22. 実質的に明細書に記載されている、または図面に示されている熱伝導性突起。
23. 実質的に明細書に記載されている、または図面に示されている、ソーラーパネルからの熱放散を高める方法。
    

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