JP5548824B2 - 太陽光発電設備の効率向上設備 - Google Patents
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Description
本発明は太陽光発電設備の効率向上設備に係り、より詳しくは制限された供給水量を効率よく活用して効果的に太陽光発電設備の効率を維持／向上させることができる太陽光発電設備の効率向上設備に関する。
一般に、太陽エネルギーを用いる方法は、太陽熱を用いる方法と、太陽光を用いる方法とに大別される。太陽熱を用いる方法は、太陽によって暖められた水などを用いて暖房及び発電を行う方法であり、太陽光を用いる方法は、太陽の光を用いて電気を発生させることで、この電気で各種の機械及び器具を作動させることができるようにする方法であって、太陽光発電と言う。
前述した方法の中で、太陽光発電はシリコン結晶上にｎ型ドーピングを施してｐ−ｎ接合をなした太陽光電池板に太陽光を照射すれば、光エネルギーによって電子−正孔による起電力が発生するようになる光起電力効果（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）を用いて電気を発生させる。
このために、太陽光を集光するための太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、太陽電池の集合体である太陽光モジュール（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｍｏｄｕｌｅ）及び太陽電池を一定して配列した太陽光アレイ（ｓｏｌａｒ ａｒｒａｙ）などが要求される。
一例として、外部から光が太陽光モジュールに入射すれば、ｐ型半導体の伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）の電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）が入射した光エネルギーによって価電子帯（ｖａｌｅｎｃｅ ｂａｎｄ）に励起され、このように励起された電子はｐ型半導体の内部に一つの電子−正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｈｏｌｅ ｐａｉｒ；ＥＨＰ）を形成することになり、このように発生した電子−正孔対の中で、電子はｐ−ｎ接合の間に存在する電場（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｆｉｅｌｄ）によってｎ型半導体に移って外部に電流を供給するようになる。
太陽光は、化石原料などの既存のエネルギー源とは異なり、地球温暖化を誘発する温室ガスの排出、騷音、環境破壊などの危険性がない清浄エネルギー源であり、枯渇のおそれもない。また、その他の風力や海水力とは異なり、太陽光発電設備は設置が自由で管理コストが安いという利点を持つ。
しかし、最も広く使われているシリコン太陽電池の場合、太陽光モジュールの温度が上昇する場合、１℃当たり０．５％の出力減少が発生する。このような特性のため、太陽光発電の出力は日照時間が一番長い夏ではなくて春季と秋季に最高値を記録する。このような温度上昇は太陽光発電の発電効率を低下させる主原因となっている。
また、太陽光モジュールは、太陽電池板に黄砂、悪天候などの気象現象などによって汚物が易しく積もることができるという欠点を持つ。太陽光モジュールに汚物が積もる場合、太陽光モジュールは光吸収率が格段に落ちるので、発電効率も低下することができる。
また、冬季に雨や雪などが太陽電池板に降る場合、発電効率の低下が発生することができる。このような汚物、雪、雨による発電効率の低下の防止のために、太陽光発電設備維持装置が使われる。
太陽光発電設備効率向上設備（維持設備）は、太陽光モジュールの温度を下げる冷却作用と太陽電池板に積もった汚物、雪、雨などの洗浄、除雪などを行って、太陽光モジュールが一定出力の発電をなすように太陽光発電設備を維持管理する機能を有する。
このように、太陽光発電設備効率向上設備は、太陽光モジュールの冷却及び洗浄のために莫大な量の水（機能上、冷却水、洗浄水、除雪水などに表現できるが、以下では冷却水と通称する）を使うようになる。立地によって、地下水、水道水、川水などを冷却水として使うようになるが、十分な冷却水の供給が難しい地域が多く、冷却水の供給及び噴射のために使われる電気も全体的に太陽光発電設備の効率を減少させる要因となるので、冷却水の効率的な使用は太陽光発電設備維持装置の設計において一番重要な要因の一つである。
したがって、太陽光発電設備の効率を効果的に維持／向上させるとともに冷却水を効率よく活用することができる太陽光発電設備効率向上設備の開発が切実に要求される。
したがって、本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、制限された供給水量を効率よく活用して太陽光発電設備の効率を効果的に維持／向上させることができる太陽光発電設備の効率向上設備を提供することを目的とする。
前述した目的を達成するために、本発明は、太陽光を集光して電気を発生させる太陽光モジュールでなる太陽光発電設備に冷却水を噴射して効率を維持ないし向上させる太陽光発電設備の効率向上設備であって、冷却水を貯蔵する貯蔵タンク；前記太陽光モジュールに冷却水を噴射する冷却水噴射手段；前記貯蔵タンクに貯蔵された冷却水をポンピングして冷却水供給管を介して前記冷却水噴射手段に供給するポンプ；前記冷却水供給管を開閉して前記冷却水噴射手段の冷却水噴射を調節するバルブ；及び前記ポンプの駆動及び前記バルブの開閉を調節して前記冷却水噴射手段の冷却水噴射を制御する制御部を含み、前記制御部は、日中駆動開始時刻から駆動終了時刻まで前記冷却水噴射手段が冷却水を噴射するようにし、前記冷却水噴射手段が冷却水の噴射及び停止を繰り返すようにし、前記駆動開始時刻から日中最高温度時刻までは冷却水の噴射量を増加させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは冷却水の噴射量を減少させることを特徴とする、太陽光発電設備の効率向上設備を提供する。
前記制御部は、前記冷却水噴射手段の噴射時間及び停止時間を一様に維持することができる。
ここで、前記制御部は、入力された値によって前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、冷却水噴射時間及び停止時間を制御することができる。また、前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は、日中使用可能水量、前記太陽光モジュールの温度、日の出時刻及び日の入り時刻を考慮して決定されることができ、前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は一定期間別に入力されることができる。
また、前記制御部は、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは前記冷却水噴射手段の前記停止時間を一様に維持しながら前記噴射時間を増加させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは前記冷却水噴射手段の前記停止時間を一様に維持しながら前記噴射時間を減少させることができる。
また、前記制御部は、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは前記冷却水噴射手段の前記噴射時間を一様に維持しながら前記停止時間を減少させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは前記冷却水噴射手段の前記噴射時間を一様に維持しながら前記停止時間を増加させることができる。
また、前記制御部は、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは前記冷却水噴射手段の前記噴射時間を増加させるとともに前記停止時間を減少させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは前記冷却水噴射手段の前記噴射時間を減少させるとともに前記停止時間を増加させることができる。
ここで、前記制御部は、入力された値によって前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、冷却水噴射時間及び停止時間を制御することができる。また、前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は、日中使用可能水量、前記太陽光モジュールの温度、日の出時刻及び日の入り時刻を考慮して決定されることができ、前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は一定期間別に入力されることができる。
また、前記制御部は、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは冷却水の前記噴射速度を増加させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは冷却水の前記噴射速度を減少させることができる。
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前記制御部は、レインセンサーのオンオフ有無を判断して降雨中であると判断されれば冷却水の噴射を停止することができる。
前記制御部は、前記太陽光モジュールの光透過度が設定値未満の場合、冷却水を継続して噴射することができる。
前記冷却水供給管内の水圧を測定し、測定された水圧が設定された最小圧力未満であるかあるいは最高圧力を超える場合、起動を終了することができる。
前記冷却水噴射手段は、前記太陽光モジュールに冷却水の衝突ジェットを噴射するようにすることができ、このために、前記冷却水噴射手段から前記太陽光モジュールに噴射される冷却水は、前記冷却水噴射手段の入口を基準に流速が３０ｍ／ｓ以上、圧力が１．６ｋｇ／ｃｍ２以上であることが好ましい。
前記太陽光発電設備の効率向上設備は、前記冷却水を軟化させる軟化装置をさらに含むことができる。
前記太陽光発電設備の効率向上設備は、使用された冷却水を集水する集水部をさらに含むことが好ましい。
前述した本発明による太陽光発電設備の効率向上設備によれば、指定された駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、噴射時間、停止時間及び噴射速度などによって動作することで、簡便な方式で太陽光発電設備の効率を効果的に維持／向上させることができる。
特に、日中使用可能水量及び前記太陽光モジュールの温度、日の出時刻、日の入り時刻などによって、一定期間別に駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、噴射時間、停止時間及び噴射速度を入力することで、制限された供給水量を効率よく活用することができる。
ひいては、レインセンサーを用いて雨降り有無を判断して無駄な冷却水の噴射を防ぎ、光透過度を測定して太陽光モジュールに積もった雪を除去するように継続して冷却水を噴射し、冷却水供給管内の水圧を測定し、冷却水供給管内の水圧が適正範囲を外れる場合、起動を終了させることで、異常現象の発生の際、効果的に対応することができる。
以下、同一の部材符号は同一構成要素を参照する、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。本明細書及び特許請求範囲に使用された用語や単語は通常的あるいは辞書的意味に限定されて解釈してはいけなく、本発明の技術的事項に合う意味と概念に解釈しなければならない。
この明細書に記載された実施例と図面に示す構成は本発明の好適な実施例であって、本発明の技術的思想をいずれも示すものではないので、本出願の時点でこれらを取り替えることができる多様な均等物と変形例があり得る。
図１は本発明の一実施例による太陽光発電設備の効率向上設備を示す構成図である。
図１を参照すれば、太陽光モジュール７が配列されており、これら太陽光モジュール７を維持、管理する設備として、効率向上設備が設置されている。
太陽光モジュール７は多数の太陽電池の集合体であり、外部から光が太陽光モジュール７に入射すれば、ｐ型半導体の伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）の電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）が入射した光エネルギーによって価電子帯（ｖａｌａｎｃｅ ｂａｎｄ）に励起され、励起された電子はｐ型半導体の内部に一つの電子−正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｈｏｌｅ ｐａｉｒ；ＥＨＰ）を形成するようになる。このように発生した電子−正孔対の中で、電子はｐ−ｎ接合の間に存在する電場（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｆｉｅｌｄ）によってｎ型半導体に移って外部に電流を供給するようになる。
ところで、太陽光モジュール７は太陽光を集光するために外部に設置されるので、外部環境にそのまま露出し、飛散ほこり、鳥類分泌物、黄砂、雪などの汚染物質が付着し、これにより集光量が減少して発電効率が減少するようになる。また、太陽光にずっと露出して太陽熱によって加熱されることにより、太陽光モジュールの内部抵抗を増加させ、これもやはり発電効率を低下させる要因となる。
本発明は、太陽光モジュール７を冷却、洗浄及び除雪することで、太陽光発電設備の効率を低下させる要因を除去して太陽光発電の効率を維持、向上させることができる設備に関するものである。
従来の太陽光発電設備の効率向上設備は、所定時間のうち継続して冷却水を噴射するため、過量の冷却水を使うようになり、むしろ供給される水量に比べて過量の冷却水を早期に消尽する場合も頻繁に発生した。また、設備の管理者が設備の駆動を調整する方式の場合においても、人力の浪費がひどく、必要時に適切に設備を駆動させることができなくて効率的な設備管理が難しい問題があった。太陽光モジュールの温度または気温によって設備の駆動を制御する方式の場合においても、温度の過度な上昇の際、限定された供給水量にもかかわらず過量の水を予め使うようになって、供給される水量を効率よく配分して使うことができない問題があった。
本発明の太陽光発電設備の効率向上設備は、指定された駆動開始時刻、駆動終了時刻、噴射時間及び停止時間によって動作することにより、簡便な方式で太陽光発電設備の効率を効果的に維持／向上させることができる。
本発明の一実施例による太陽光発電設備の効率向上設備は、貯蔵タンク１、冷却水噴射手段６、冷却水供給管５、ポンプ２５、バルブ２０、制御部３及び検出部４を含む。
冷却水噴射手段６は、太陽光モジュール７のそれぞれに対応して設置され、冷却水を受けて太陽光モジュール７に冷却水を噴射する手段である。本実施例においては、冷却水噴射手段６が太陽光モジュール７と１対１で対応するように設計されているが、太陽光モジュール７の面積及び冷却水噴射手段６の噴射面積を考慮して、一つの冷却水噴射手段６に二つ以上の太陽光モジュール７が対応するか、あるいは二つ以上の冷却水噴射手段６に一つの太陽光モジュール７が対応するようにすることもできる。
一方、冷却水噴射手段６が冷却水を太陽光モジュール７に流すかあるいは弱く噴射すれば、十分な冷却及び洗浄効果を得にくいので、本実施例においては、冷却水の衝突ジェットを太陽光モジュール７に噴射するようにする。衝突ジェットは流体から衝突面への熱伝逹及び物質伝達効果にすぐれるので、冷却及び洗浄の効果を向上させることができる。ただ、衝突ジェットを発生させるためには、太陽光モジュール７に冷却水を噴射する冷却水噴射手段６の入口を基準に、冷却水の速度が３０ｍ／ｓ以上、圧力が１．６ｋｇ／ｃｍ２以上であることが好ましい。ここで、冷却水噴射手段６の入口とは、外部に冷却水を噴射する冷却水噴射手段６の末端部を言う。
本実施例による冷却水噴射手段６は、固定されて一方向にだけ冷却水を噴射しなく、左右に往復回転しながら太陽光モジュール７の全面に均一に冷却水を噴射するようにする。
冷却水噴射手段６が固定されて太陽光モジュール７の全面に冷却水を噴射したら、噴射手段の個数が増加し、これによる水圧低下によって太陽光モジュールの全面に衝突ジェットを発生させるのが容易でない。しかし、本実施例のように、冷却水噴射手段６が左右に往復回転しながら太陽光モジュール７の一部分にだけ冷却水を噴射すれば、冷却水の水圧を増大させて衝突ジェットを容易に発生させることができ、これにより冷却及び洗浄効率を向上させることができる。
冷却水供給管５はポンプ２５を介して貯蔵タンク１から受けた冷却水を噴射手段６までに伝達する役目をする。冷却水供給管５は、冷却水の温度を維持するために、地中に埋設されることが好ましい。
ポンプ２５は貯蔵タンク１に貯蔵された冷却水をポンピングし、冷却水供給管５を介して冷却水を冷却水噴射手段６に供給し、バルブ２０は冷却水供給管５を開閉して冷却水噴射手段６を通じての冷却水噴射を調節する。
制御部３はポンプ２５及びバルブ２０を調節して冷却水噴射手段６の冷却水噴射を制御する部分であり、ポンプ２５を駆動または停止させ、バルブ２０を開放または閉鎖させる。
制御部３は、日中駆動開始時刻から駆動終了時刻まで冷却水噴射手段６が冷却水を噴射するようにし、これにより太陽光モジュール７が太陽光によって過熱される場合にだけ冷却水を噴射するようにすることにより、無駄な冷却水の消耗を防ぐことができる。また、駆動開始時刻から駆動終了時刻まで冷却水を噴射するにあたり、一定時間のうち冷却水を噴射し、一定時間のうち停止する過程を繰り返すようにして、冷却水の使用量を効果的に分配することができる。図２は本発明の一実施例による太陽光発電設備の効率向上設備において、冷却水が噴射される時間と冷却水の噴射が停止される時間を図式化して示す図である。ここで、噴射時間及び停止時間は同一値である必要はなく、それぞれ独立的に決定されることができる。
冷却水を継続して噴射したら、衝突ジェット発生のための高圧冷却水噴射の際、過量の冷却水を消耗するようになり、太陽光モジュール７に冷却水がずっと流れる場合、冷却水による太陽光の屈折及び散乱によって発電効率を低下させることができる。これに対し、本発明の効率向上設備は、冷却水の噴射及び停止を所定時間のうち繰り返しながら冷却水を噴射することにより、このような問題を解決することができる。
太陽光発電設備は、太陽の高度によって太陽光モジュールが回転しながら太陽光を追跡する追跡式発電設備と、太陽の高度に関係なく固定されている固定式発電設備とがある。図３は追跡式太陽光発電設備のモジュール７の温度変化を示すグラフ、図４は固定式太陽光発電設備のモジュール７の温度変化を示すグラフである。追跡式太陽光発電設備は、太陽光モジュール７が太陽光を追跡しながら回転し、昼間には概して一定した温度を維持するので、本実施例のように冷却水の噴射時間と停止時間を一様に維持する制御方式が非常に効果的に活用できる。固定式太陽光発電設備の場合、本実施例のような制御方式を適用することもでき、噴射時間または停止時間に変化を与え、モジュール７の温度が高い昼間には噴射時間をもっと延ばすかあるいは停止時間をもっと減らすことができる。
駆動開始時刻、駆動終了時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は日中使用可能水量（貯蔵タンク１の容量及び日中貯蔵タンク１に供給される冷却水の量によって決定される）、太陽光モジュール７の温度（例えば、前年度までの記録などから求められるかあるいは太陽の高度などによって計算できる）、日の出時刻及び日の入り時刻などを考慮して一定期間、例えば月別に決定できる。
図５〜図８は本発明の他の実施例による太陽光発電設備の効率向上設備において冷却水が噴射される時間と冷却水の噴射が停止される時間を図式化して示す図である。
図５の実施例によれば、日中駆動開始時刻から駆動終了時刻まで前記冷却水噴射手段６が冷却水の噴射及び停止を繰り返しながら冷却水を噴射するにあたり、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは前記冷却水噴射手段の停止時間を一様に維持しながら噴射時間を増加させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは前記冷却水噴射手段の前記停止時間を一様に維持しながら前記噴射時間を減少させる。すなわち、冷却水噴射手段６からの冷却水噴射が停止される停止時間は一様に維持され、冷却水が噴射される噴射時間は駆動開始時刻から最高温度時刻まで次第に増加し、最高温度時刻から駆動終了時刻までは次第に減少する。これにより、冷却水噴射量は駆動開始時刻から最高温度時刻まで次第に増加し、最高温度時刻から駆動終了時刻までは次第に減少するようになる。
したがって、太陽光モジュール７の温度がもっと高くなる時間のうちはもっと多い量の冷却水が噴射されるようにし、相対的に太陽光モジュール７の温度が低くなる時間のうちは少量の冷却水が噴射されるようにすることで、冷却水の使用量を効果的に分配することができる。
図５の実施例では冷却水の噴射時間が駆動開始時刻から最高温度時刻まで時間経過につれて一定の割合で増加し、最高温度時刻から駆動終了時刻まで時間経過につれて一定の割合で減少する１次関数の形を示しているが、１／２次、１次、２次、３次などの多様な関数の形が選択されることができ、区間別に相異なる関数の形が選択されることもできる。例えば、９時から１１時までは１次的に噴射時間が増加し、１１時から２時までは２次的に噴射時間が増加し、２時から５時までは２次的に噴射時間が減少し、５時から７時までは１次的に噴射時間が減少するようにすることもできる。このような増加関数及び減少関数の形は太陽光モジュール７が設置される地域の気温変化、冷却温度などの多様な要素によって決定できる。
図６の実施例によれば、日中駆動開始時刻から駆動終了時刻まで前記冷却水噴射手段６が冷却水の噴射及び停止を繰り返しながら冷却水を噴射するにあたり、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは前記冷却水噴射手段の噴射時間を一様に維持しながら停止時間を減少させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは前記冷却水噴射手段の前記噴射時間を一様に維持しながら前記停止時間増加させる。すなわち、冷却水噴射手段６から冷却水が噴射される噴射時間は一様に維持されながら、冷却水噴射が停止される停止時間は駆動開始時刻から最高温度時刻まで次第に減少し、最高温度時刻から駆動終了時刻までは次第に増加する。これにより、冷却水噴射量は駆動開始時刻から最高温度時刻まで次第に増加し、最高温度時刻から駆動終了時刻までは次第に減少するようになる。
したがって、太陽光モジュール７の温度がもっと高くなる時間のうちはもっと多い量の冷却水が噴射されるようにし、相対的に太陽光モジュール７の温度が低くなる時間のうちは少量の冷却水が噴射されるようにすることにより、冷却水の使用量を効果的に分配することができる。
図６の実施例においては、停止時間が駆動開始時刻から最高温度時刻まで時間経過につれて一定の割合で減少し、最高温度時刻から駆動終了時刻まで時間経過につれて一定の割合で増加する１次関数の形を示しているが、１／２次、１次、２次、３次などの多様な関数の形が選択されることができ、区間別に相異なる関数の形が選択されることもできる。例えば、９時から１１時までは１次的に停止時間が減少し、１１時から２時までは２次的に停止時間が減少し、２時から５時までは２次的に停止時間が増加し、５時から７時までは１次的に停止時間が増加するようにすることもできる。このような増加関数及び減少関数の形は太陽光モジュール７が設置される地域の気温変化、冷却温度などの多様な要素によって決定されることができる。
図７の実施例によれば、日中駆動開始時刻から駆動終了時刻まで前記冷却水噴射手段６が冷却水の噴射及び停止を繰り返しながら冷却水を噴射するにあたり、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは前記冷却水噴射手段の噴射時間を増加させるとともに停止時間を減少させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは前記冷却水噴射手段の前記噴射時間を減少させるとともに前記停止時間増加させる。すなわち、駆動開始時刻から最高温度時刻までは冷却水噴射手段６からの冷却水が噴射される噴射時間は次第に増加するとともに停止時間は次第に減少し、最高温度時刻から駆動終了時刻までは噴射時間は次第に減少するとともに停止時間は次第に増加する。これにより、冷却水噴射量は駆動開始時刻から最高温度時刻まで次第に増加し、最高温度時刻から駆動終了時刻までは次第に減少するようになる。
したがって、太陽光モジュール７の温度がもっと高くなる時間のうちはもっと多い量の冷却水が噴射されるようにし、相対的に太陽光モジュール７の温度が低くなる時間のうちは少量の冷却水が噴射されるようにすることにより、冷却水の使用量を効果的に分配することができる。
図７の実施例においては、噴射時間及び停止時間が駆動開始時刻から最高温度時刻まで時間経過につれて一定の割合でそれぞれ増加及び減少し、最高温度時刻から駆動終了時刻まで時間経過につれて一定の割合でそれぞれ減少及び増加する１次関数の形を示しているが、１／２次、１次、２次、３次などの多様な関数の形が選択されることができ、区間別に相異なる関数の形が選択されることもできる。例えば、９時から１１時までは１次的に噴射時間及び停止時間がそれぞれ増加及び減少し、１１時から２時までは２次的に噴射時間及び停止時間がそれぞれ増加及び減少し、２時から５時までは２次的に噴射時間及び停止時間が減少及び増加し、５時から７時までは１次的に噴射時間及び停止時間が減少及び増加するようにすることもできる。このような増加関数及び減少関数の形は太陽光モジュール７が設置される地域の気温変化、冷却温度などの多様な要素によって決定されることができる。
図８の実施例によれば、日中駆動開始時刻から駆動終了時刻まで前記冷却水噴射手段６が冷却水の噴射及び停止を繰り返しながら冷却水を噴射するにあたり、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは冷却水の噴射速度を増加させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは冷却水の噴射速度を減少させる。図８では冷却水が噴射される噴射時間と冷却水の噴射が停止される停止時間が駆動開始時刻から駆動終了時刻まで一様に維持されるように設計されているが、噴射時間及び停止時間は時間の経過につれて変化するように設計されることができる。例えば、駆動開始時刻から最高温度時刻までは噴射時間を次第に増加させるか停止時間を次第に減少させることができ、最高温度時刻から駆動終了時刻までは噴射時間を次第に減少させるか停止時間を次第に増加させることができる。噴射時間及び停止時間はその他の多様な方式で調節することができる。
噴射時間は停止時間によって複数の区間に分けられ、噴射速度はそれぞれの噴射区間別に一様にしながら区間が変わる度に増加または減少するようにすることもでき、単一の区間でも増加または減少するようにすることもできる。一方、噴射速度は時間経過につれて一定の割合で増加または減少する１次関数の形に変化することもできるが、その外に２次、３次、１／２次などの多様な関数の形が単独でまたは複合的に選択されることができる。このような増加関数及び減少関数の形は太陽光モジュール７が設置される地域の気温変化、冷却温度などの多様な要素によって決定されることができる。
冷却水噴射速度は噴射水圧によって調節されることができ、噴射水圧は可変レギュレーターを用いる方法、モーターの回転数を調整（電流、電圧の調整）する方法を用いることができ、その外に一般的な圧力調節方法が適用できる。
固定式太陽光発電設備は、太陽光モジュール７が固定されているため、太陽光モジュール７の温度が次第に増加してから減少するので、図５〜図８の実施例及び制御方式が特に効果的に活用できる。ただ、前記実施例の効率向上装置の適用が固定式太陽光発電設備に制限されるものではなく、追跡式太陽光発電設備の場合にも前記実施例の効率向上装置を適用して従来技術に比べて一層効果的に効率を維持／向上させることができる。
図５〜図８の実施例において、駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、冷却水噴射時間、停止時間及び噴射速度は、日中使用可能水量（貯蔵タンク１の容量及び日中貯蔵タンク１に供給される冷却水の量によって決定される）、太陽光モジュール７の温度（例えば、前年度までの記録などから求められるかあるいは太陽の高度などから計算されることができる）、日の出時刻及び日の入り時刻などを考慮して、一定期間、例えば月別に決定されることができる。
一方、制御部３は、レインセンサー４３のオンオフ状態によって降雨中であると判断されれば、冷却水の噴射を停止して無駄な冷却水の消費を防ぐことができる。また、光透過度測定センサー４４を用いて太陽光モジュール７の光透過度を測定して、太陽光モジュール７に雪が積もる場合に迅速に雪を除去することができる。
また、制御部３は、冷却水供給管５内の圧力を測定し、その圧力が設定の所定圧力範囲を外れる場合効率向上設備の起動を終了する。測定された圧力が設定された圧力範囲の最大値を超える場合は冷却水供給管５内に冷却水の凍結が発生するなどの問題が発生した場合であり、測定された圧力が設定の圧力範囲の最小値に達していない場合は冷却水供給管５で漏水が発生するなどの問題が発生した場合であるので、これにより設備の故障を防止し、冷却水をより効率よく使うことができる。
制御部３は、このようにポンプ２５の駆動及びバルブ２０の開閉を制御するために、検出部４から多様な検出情報を受けるようになる。検出部４には、タイマー４１、圧力センサー４２、レインセンサー４３、光透過度測定センサー４４などが備えられることができる。
本発明の太陽光発電設備の効率向上設備は、図９に示すように、軟化装置８をさらに含むことができる。軟化装置８は冷却水を軟化させる装置であって、陽イオン交換樹脂を含んでなることができる。軟化装置８は、冷却水中のカルシウムイオン及びマグネシウムイオンを除去して、太陽光モジュール７及び冷却水供給管６に水垢が付くことを防止することができる。軟化装置８は、陽イオン交換樹脂の外に、リン酸ナトリウム、ホウ酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムなどの軟化剤を供給する軟化剤供給部（図示せず）に取り替えられることもできる。
軟化装置８はポンプ２５の前段に配置されることで、冷却水が軟化した後にポンプ２５に伝達されるようにすることが好ましい。ポンプ２５は金属性管を含んでいるため、内部に水垢が付くことができるが、このように軟化装置８をポンプ２５の前段に配置することで、ポンプ２５の内部に水垢が付くことを防止して冷却水が円滑に流れるようにする。図９では、軟化装置８が貯蔵タンク１とポンプ２５の間に配置されているが、貯蔵タンク１の前に配置されることもできる。
一方、本発明の効率向上設備には、再使用のために、使用された冷却水及び雨水を集水する集水部７１、７２をさらに含むことができる。集水部は、例えば図１０に示すように、太陽光モジュールの下端に設置されて冷却水を集水することができるように、水受け７１の形態として設置されることができ、また図１１に示すように、太陽光モジュールの下側の地面に、モジュールから落ちる冷却水を集水する集水槽７２の形態としても設置されることができる。
また、冷却水供給管６または貯蔵タンク１には機能性物質添加部（図示せず）が連結されることができる。機能性物質としては、洗浄剤または凍破防止剤などが添加されることにより、洗浄効率を向上させ、冷却水供給管の凍破を防止することができる。
以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないもので、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者であれば本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様な修正及び変形が可能であろう。よって、本発明に開示された実施例は本発明の技術思想を限定するためのものではなくて説明するためのもので、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は下記の請求範囲によって解釈されなければならなく、それと同等な範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に属するものに解釈されなければならない。
Claims (22)
- 太陽光を集光して電気を発生させる太陽光モジュールでなる太陽光発電設備に冷却水を噴射して効率を維持ないし向上させる太陽光発電設備の効率向上設備において、
冷却水を貯蔵する貯蔵タンク；
前記太陽光モジュールに冷却水を噴射する冷却水噴射手段；
前記貯蔵タンクに貯蔵された冷却水をポンピングして冷却水供給管を介して前記冷却水噴射手段に供給するポンプ；
前記冷却水供給管を開閉して前記冷却水噴射手段の冷却水噴射を調節するバルブ；及び
前記ポンプの駆動及び前記バルブの開閉を調節して前記冷却水噴射手段の冷却水噴射を制御する制御部を含み、
前記制御部は、日中駆動開始時刻から駆動終了時刻まで前記冷却水噴射手段が冷却水を噴射するようにし、前記冷却水噴射手段が冷却水の噴射及び停止を繰り返すようにし、前記駆動開始時刻から日中最高温度時刻までは冷却水の噴射量を増加させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは冷却水の噴射量を減少させることを特徴とする、太陽光発電設備の効率向上設備。 - 前記制御部は、前記冷却水噴射手段の噴射時間及び停止時間を一様に維持することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記制御部は、入力された値によって前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、冷却水噴射時間及び停止時間を制御することを特徴とする、請求項２に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は、日中使用可能水量、前記太陽光モジュールの温度、日の出時刻及び日の入り時刻を考慮して決定されることを特徴とする、請求項２に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は一定期間別に入力されることを特徴とする、請求項４に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記制御部は、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは前記冷却水噴射手段の前記停止時間を一様に維持しながら前記噴射時間を増加させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは前記冷却水噴射手段の前記停止時間を一様に維持しながら前記噴射時間を減少させることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記制御部は、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは前記冷却水噴射手段の前記噴射時間を一様に維持しながら前記停止時間を減少させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは前記冷却水噴射手段の前記噴射時間を一様に維持しながら前記停止時間を増加させることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記制御部は、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは前記冷却水噴射手段の前記噴射時間を増加させるとともに前記停止時間を減少させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは前記冷却水噴射手段の前記噴射時間を減少させるとともに前記停止時間を増加させることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記制御部は、入力された値によって前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、冷却水噴射時間及び停止時間を制御することを特徴とする、請求項６ないし８のいずれか一項に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は日中使用可能水量、前記太陽光モジュールの温度、日の出時刻及び日の入り時刻を考慮して決定されることを特徴とする、請求項６ないし８のいずれか一項に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は一定期間別に入力されることを特徴とする、請求項１０に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記制御部は、前記駆動開始時刻から所定の最高温度時刻までは冷却水の前記噴射速度を増加させ、前記最高温度時刻から前記駆動終了時刻までは冷却水の前記噴射速度を減少させることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記制御部は、入力された値によって前記噴射速度、駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、冷却水噴射時間及び停止時間を制御することを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記噴射速度、駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は、日中使用可能水量、前記太陽光モジュールの温度、日の出時刻及び日の入り時刻を考慮して決定されることを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記噴射速度、駆動開始時刻、駆動終了時刻、最高温度時刻、冷却水噴射時間及び停止時間は一定期間別に入力されることを特徴とする、請求項１４に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記制御部は、レインセンサーのオンオフ有無を判断し、降雨中であると判断されれば、冷却水の噴射を停止することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記制御部は、前記太陽光モジュールの光透過度が設定値未満の場合、冷却水を継続して噴射することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記冷却水供給管内の水圧を測定し、測定された水圧が設定された最小圧力未満であるかあるいは最高圧力を超える場合、起動を終了することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記冷却水噴射手段は、前記太陽光モジュールに冷却水の衝突ジェットを噴射することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記冷却水噴射手段から前記太陽光モジュールに噴射される冷却水は、前記冷却水噴射手段の入口を基準に流速が３０ｍ／ｓ以上、圧力が１．６ｋｇ／ｃｍ２以上であることを特徴とする、請求項１９に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 前記冷却水を軟化させる軟化装置を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
- 使用された冷却水を集水する集水部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備の効率向上設備。
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