JP3364591B2 - 太陽光発電温水装置 - Google Patents

太陽光発電温水装置

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光エネルギー
を効率よく電気エネルギーと熱エネルギーへ変換できる
太陽光発電温水装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、太陽光エネルギーの利用装置とし
ては、太陽光エネルギーで水を加熱して温水にかえて温
水タンクに貯えて、浴槽水・台所水等に利用する太陽熱
温水器と、太陽光エネルギーを太陽電池パネルで電気エ
ネルギーに換え、蓄電池に貯えて利用する太陽電池パネ
ル装置が知られている。しかしながら、従来の太陽熱温
水装置は、温水にして利用するもので、その利用方法が
狭いものであり、又大気の温度が低いときは使用できな
い場合が生じている。一方従来の太陽電池パネル装置は
太陽電池パネルが太陽光を受けて高温になるとエネルギ
ー変換効率が低下するものであった。太陽電池パネル
(セル)の温度特性は、出力電圧が12V程までは定電
流に近く、太陽電池パネルの温度(25〜70℃)によ
る変動は少ないが、開放電圧、最大出力動作電圧に近
い、高電圧帯ではその出力動作電圧が高温となると大巾
に低下し、太陽電池パネルとしての起電力性能が低下す
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来のこれらの問題点を解消し、高温によ
る性能低下がないようにして太陽電池パネルのエネルギ
ー変換効率を高めながら、温水としての熱エネルギー
と、電気エネルギー両方の形態でエネルギー変換でき、
高効率の太陽光発電温水装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決した本
発明の構成は、 1) 太陽電池パネルの表面に太陽光が透過できる透明
体を設け、同透明体を底面とする水を貯える貯水部を形
成し、同貯水部に水を供給する冷水補給タンクと、同貯
水部で加温された水を取り込んで貯える温水タンクとを
設け、太陽電池パネルと貯水部とを傾け、貯水部に水を
供給する冷水補給タンクを貯水部より高い位置に配置
し、且つ水導入口を貯水部の低い位置に設け、又温水タ
ンクを貯水部より低い位置に設け、しかも貯水部の高い
位置に温水吐出口を設け、水頭差と温度差で貯水部の水
が冷水補充タンクから温水タンクへ流れるようにし貯水
部の水で太陽電池パネルを冷却しながら同時に温水を生
成することを特徴とする太陽光発電温水装置 2) 太陽電池パネルの出力を充電回路で蓄電池に蓄電
し、同蓄電池の電源を用いて温水タンクの温水を加熱す
る電気温水器を設けた前記1)記載の太陽光発電温水装
置 3) 太陽電池パネルの出力を充電回路で蓄電池に蓄電
し、同蓄電池の電力を用いて温水タンクの温水を加熱す
る電気温水器を設け、しかも蓄電池の電源を交流にする
DC/ACインバータを設け、同DC/ACインバータ
の交流電力と商用電源の交流電力とを切換えて負荷に給
電する切換器を設け、更に同切換器を介して給電される
商用電源の交流電力を電気温水器にも給電できるように
した前記1)又は2)記載の太陽光発電温水装置にあ
る。
【0005】
【作用】この発明では、太陽光は貯水部に蓄えられた水
を加熱するとともに、貯水部の水とその底面の透明体を
通過して太陽電池パネルに照射して太陽電池パネルを作
動させ、起電力を発生する。この起電力は充電回路によ
って蓄電池に充電される。ここで、太陽電池パネルは太
陽光の照射を受けて高温になり、その太陽電池パネルの
性能を低下・劣化させるが、上方の貯水部の水が太陽電
池パネルの温度が過度に上昇するのを防止し、太陽電池
パネルの性能を維持し、エネルギー変換効率を高い水準
に維持する。又、太陽電池パネルで充電された蓄電池の
電源を用いて、温水タンクから出される温水の温度を加
熱ヒーターによって加熱する電気温水器を設けた発明で
は、昼に蓄電した蓄電池の電力でもって加熱ヒーターを
夜加熱することで温度を低くなる夜の給湯温度を上昇さ
せることができる。又昼でも60℃以上の高温まで給湯
温度を高めることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】この発明の貯水部は、仕切壁で区
画して貯水部の強度を高め、又仕切壁に通水口を開口
し、下方から5〜20℃程の冷たい水が流入し、上方に
向けて区画された空間と通水口を流れ、上方から吐水す
るようにするのが、水の温度差による貯水部内の水の流
れと一致して水の流れを円滑にする。又、仕切壁で貯水
部内部を迂回した長い通水路を形成するようにすること
が、貯水部の水に充分な太陽光エネルギーを与えて高い
温度まで昇温させることができて好ましい。又貯水部に
給水する水は貯水部より高い位置に設けた冷水補給タン
クから導入するようにすることがポンプを用いず水頭差
だけで貯水部へ水を供給できて好ましい。貯水部及び太
陽電池パネルは10°程度に傾けるのが、太陽光の受光
状態及び水の流れの上で好ましい。透明体は、厚手のガ
ラスが、又貯水部の区画壁としては無色透明なアクリル
板が実用的である。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。図1は、実施例の全体説明図である。図2は、実施
例の貯水部及び太陽電池パネルの縦断面図である。図3
は、実施例の貯水部の平面図である。図4は、実施例の
水循環を示す説明図である。図5は、実施例の貯水部に
導入される冷水と吐出される温水の温度差変化説明図で
ある。図6は、実施例の太陽電池パネルの発電電圧と表
面温度との関係説明図である。図7は、実施例の太陽電
池パネルの照度−発電電流特性図である。図8は、本発
明の他の実施例の説明図である。図中、1は太陽電池パ
ネル、1aは太陽電池パネル本体、1bは設置台板、2
は同太陽電池パネルの表面のガラス製透明体、3は同透
明体を底面とする貯水部、3aは同貯水部3の水導入
口、3bは同貯水部3の温水吐出口、3cは貯水部3の
外周フレーム、3dは貯水部3の天井面となる白色透明
透過耐圧ガラス、3eは貯水部3内部を区画し、貯水部
の強度材となる仕切壁、3fは同仕切壁3eに設けた通
水口、3gは防水パッキン、4は貯水部3より低い位置
に設けた温水タンク、5は貯水部3より高い位置に設け
た冷水補給タンク、6は冷水給水路、7は同冷水給水路
の途中に設けた開閉バルブ、8は温水排出路、9は温水
タンク4からの50〜60℃程の中温温水を配湯する中
温給湯路、10は温水タンク4の温水を蓄電池14の電
力で加熱ヒーターを作動させて70〜95℃程に加熱す
る電気温水器、11は同電気温水器からの高温の湯を配
湯する高温給湯路、12は蛇口、13は太陽電池パネル
1の電力を蓄電池14に充電し、又蓄電池14の電力を
放電させる充放電制御装置、14は蓄電池、15は同蓄
電池14の電圧を交流に変換するDC/ACインバー
タ、16は負荷、17は実施例の太陽光発電温水装置を
設置している10°傾斜した屋根である。又、図8中2
0は商用交流電源、21は蓄電池13の電力と商用交流
電源20の電力とを電気温水器9へ給電するための配電
盤、22は負荷15への電力を商用電源20かDC/A
Cインバータ14とからの電力かに選択する切換器であ
る。貯水部3の底面となるガラス製透明体2と天井壁の
白色透明通過耐圧ガラス3dと外周フレーム3cとの接
合部は防水パッキン3gとシリコンでシールし、密閉し
ている。本実施例では、高い位置に設けた冷水補給タン
ク5の冷水は、その水頭差によって冷水給水路6を介し
て水導入口3aから屋根17上の貯水部3内へ送り込ま
れる。冷水は貯水部3に満され、太陽光及び太陽光で温
度上昇した太陽電池パネルの熱を受けて温度が上昇し
て、その温度上昇によって軽くなって貯水部3内の上方
へ移動する。同貯水部において仕切壁3eで区画された
室・通水口3fを通過して迂回しながらよく吸熱して上
昇し、温水吐出口3bから40〜60℃程度で温水排出
路8へ排出される。夏の晴天の時、水の温度上昇は20
〜40℃であり、冬季の時は5〜20℃程である。一
方、太陽光は貯水部3の水及びその底面の透明体2を透
過して太陽電池パネル1aに届き、太陽電池パネル1a
の太陽電池にエネルギーを与え、起電力を発生させる。
太陽電池パネル1aの起電力は、充放電制御回路13を
介して蓄電池14に充電し、その蓄電池14の電力は充
放電制御回路13,DC/ACインバータ15を介して
電気温水器10,その他負荷16へ給電される。電気温
水器10は貯水部3から吐出される温水(40〜60
℃)を加熱して80〜95℃の高温にして高温給湯路1
1に送り込み、浴室等へ給湯する。又、蓄電池14の電
力はDC/ACインバータ15で交流(100V,20
0V,50〜60Hz)へ交換されて負荷16に給電す
る。このように、本実施例は太陽光エネルギーを熱及び
電気に変換し、貯水部3からの温水を温水タンク4に貯
え、又太陽電池パネル1から電力でエネルギーを蓄電池
14に貯えて、湯及び電力として供給する。図7は、実
施例における照度一発電電流の関係を示すものであり、
横軸は照度のある時刻であり、縦軸は電流と照度を示し
ている。これから分るように、照度と電流はよく追従し
比例関係にある。図5は実施例の冬の日の晴天における
貯水部に送られる冷水の温度と吐出される温水温度を示
す水温の計測図であり、昼の12時頃が温度差が最も大
きく18℃程となって33℃程の温水が吐出される。又
夏の日では太陽電池パネルの表面温度は貯水部3の冷水
で冷やされ、31〜52℃であり、発電電圧は21〜2
7Vである。図8に示す実施例2は、実施例1の装置に
おいて、更に商用電源20からの電力を用いて電気温水
器10及び負荷16に供給できるようにし、照度が低い
季節又は天候が悪い日において、充分な温度に温水を加
熱できるようにした例である。この実施例2では、雨・
雲・冬季等で起電力が不足して蓄電池14の蓄電電力が
少なく、温水の温度が上昇しないときは切換器22を商
用交流電源20側にし、商用交流電源20を直接負荷1
6へ給電し、又配電盤21を介して電気温水器10を商
用交流電源20で作動し、高い温度まで充分に昇温させ
る。これによってこれらの場合の蓄電池14の充電不足
と、温水の低温化をなくす。他の構成・作用効果は前記
実施例1と同様である。
【0008】
【発明の効果】以上の様に、本発明によれば太陽電池パ
ネル上に貯水部を設け、これに冷水を送り込んで太陽電
池パネルの温度が高温にならないように冷却したので、
太陽電池の温度による性能劣力・起電力低下がないよう
にし、太陽電池による電力エネルギー変換効率を高くす
るとともに、貯水部の冷水を加温して温水として太陽光
エネルギーを取り出すことができ、太陽光の有効利用の
効率を高めた。又太陽電池の電力を蓄電池に貯え、これ
で電気温水器を作動させて温水を加熱するものでは、温
水を所定の温度に高めることができ、60〜80℃の高
温給湯も可能とし、天候が悪く照度が小さいとき、冬季
において温水の温度を所定温度に上昇させることができ
る。これに商用交流電源から切換えて電気温水器・負荷
に給電できるものでは、確実に温水温度の確保、負荷へ
の給電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の全体説明図である。
【図2】実施例の貯水部及び太陽電池パネルの縦断面図
である。
【図3】実施例の貯水部の平面図である。
【図4】実施例の水循環を示す説明図である。
【図5】実施例の貯水部の導入される冷水と吐出される
温水の温度差変化説明図である。
【図6】実施例の太陽電池パネルの発電電圧と表面温度
との関係説明図である。
【図7】実施例の太陽電池パネルの照度−発電電流特性
図である。
【図8】本発明の他の実施例の説明図である。
【符号の説明】
1 太陽電池パネル 1a 太陽電池パネル本体 1b 設置台板 2 透明体 3 貯水部 3a 水導入口 3b 温水吐出口 3c 外周フレーム 3d 透明天井面 3e 仕切壁 3f 通水口 4 温水タンク 5 冷水補給タンク 6 冷水給水路 7 開閉バルブ 8 温水排出路 9 中温給湯路 10 電気温水器 11 高温給湯路 12 蛇口 13 充放電制御装置 14 蓄電池 15 DC/ACインバータ 16 負荷 17 屋根 20 交流電源 21 配電盤 22 切換器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽電池パネルの表面に太陽光が透過で
    きる透明体を設け、同透明体を底面とする水を貯える貯
    水部を形成し、同貯水部に水を供給する冷水補給タンク
    と、同貯水部で加温された水を取り込んで貯える温水タ
    ンクとを設け、太陽電池パネルと貯水部とを傾け、貯水
    部に水を供給する冷水補給タンクを貯水部より高い位置
    に配置し、且つ水導入口を貯水部の低い位置に設け、又
    温水タンクを貯水部より低い位置に設け、しかも貯水部
    の高い位置に温水吐出口を設け、水頭差と温度差で貯水
    部の水が冷水補充タンクから温水タンクへ流れるように
    貯水部の水で太陽電池パネルを冷却しながら同時に温
    水を生成することを特徴とする太陽光発電温水装置。
  2. 【請求項2】 太陽電池パネルの出力を充電回路で蓄電
    池に蓄電し、同蓄電池の電源を用いて温水タンクの温水
    を加熱する電気温水器を設けた請求項1記載の太陽光発
    電温水装置。
  3. 【請求項3】 太陽電池パネルの出力を充電回路で蓄電
    池に蓄電し、同蓄電池の電力を用いて温水タンクの温水
    を加熱する電気温水器を設け、しかも蓄電池の電源を交
    流にするDC/ACインバータを設け、同DC/ACイ
    ンバータの交流電力と商用電源の交流電力とを切換えて
    負荷に給電する切換器を設け、更に同切換器を介して給
    電される商用電源の交流電力を電気温水器にも給電でき
    るようにした請求項1又は2記載の太陽光発電温水装
    置。
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