JP3364591B2 - 太陽光発電温水装置 - Google Patents
太陽光発電温水装置Info
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
である。
温水の温度差変化説明図である。
との関係説明図である。
図である。
Claims (3)
- 【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
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。 - 【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。 - 【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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