JP5699998B2 - 太陽光熱電併給パネル及びその取り付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光から電気と熱を併給する太陽光熱電併給パネルに関し、特に施工性やメンテナンス性を向上させることができる太陽光熱電併給パネル並びにその取り付け方法、及び太陽光熱電併給システムに関する。

太陽光熱電併給パネルは、太陽光を受光して発電する発電パネルと、発電パネルが吸収した太陽熱を回収する熱回収システムとを有する。熱回収システムは、主に発電パネルの背面側に配置した配管に熱媒体を循環させて太陽熱を回収し、回収した熱をその場で又は蓄熱して所定時間後に、空調や給湯で消費するシステムである。従来の太陽光熱電併給パネルとして以下の従来技術１，２が開示されている。

従来技術１では、平板状の発電セルの上面に、太陽光透過性のある樹脂又はガラス製で平板状又はフィルム状のセル上面カバーを設ける。発電セルの下に順に、平板状の金属製のモジュール基板と、金属管路を平面上で蛇行させて曲げ整形した配管と、配管をモジュール基板に接して固定させるカバーとを配置する。これらを重ね合わせてその間を熱応答性樹脂で接合させる（例えば、特許文献１参照）。

従来技術２では、太陽電池パネルの背面側に設置される集熱板と、集熱板の背面を覆う蓋部材と、集熱部に接続された熱輸送部とを一体に構成する。この一体の構成物を既存の太陽電池パネルに設置することにより太陽熱の回収を行う（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２−０４７４０５号公報 特開２０１２−００２３６２号公報

従来技術１は発電パネルと配管とを一体で構成し、従来技術２は既存の太陽光パネルを流用するために太陽光パネル以外の部分を一体で構成する。このように熱媒体を循環させる配管が他の部分と一体で構成されているため、配管不具合が生じた場合に異常箇所の検知が困難であった。また、一般的に、限られた屋根面積において発電量を高めるために、複数の太陽光パネルを密集して配置する。従って、初期施工やメンテナンスの際に作業スペースが矮小となっていた。この結果、施工性やメンテナンス性が低いという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は施工性やメンテナンス性を向上させることができる太陽光熱電併給パネル並びにその取り付け方法、及び太陽光熱電併給システムを得るものである。

本発明に係る太陽光熱電併給パネルは、太陽光を受光して発電する発電層と、前記発電層の上方に配置され、前記太陽光が透過する剛性体よりなる透過層と、前記発電層の下方に配置され、前記発電層の下面を電気的に絶縁する絶縁層と、前記絶縁層の下方に配置され、熱媒体を循環させる配管と、前記配管を前記絶縁層に押し付ける支板と、前記絶縁層と前記配管との間に配置され、前記絶縁層と前記配管に対して着脱可能な弾性体である弾性層とを備え、前記発電層、前記透過層、及び前記絶縁層は発電パネルを構成し、前記配管の上面において、前記発電パネルは前記配管から着脱可能であり、前記発電層は、電気的に直列に接続された少なくとも２つの発電セルをそれぞれ含む第１及び第２のストリングを有し、前記第１のストリングは前記第２のストリングに電気的に並列に接続され、前記配管は、前記第１のストリングの下方と前記第２のストリングの下方にそれぞれ並列に配置され、前記弾性層は、前記配管と重ならない第１の部分と、前記配管と重なる第２の部分とを有し、前記第１の部分の厚みは前記第２の部分の厚みよりも薄いことを特徴とする。

本発明により、施工性やメンテナンス性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る太陽光熱電併給パネルを示す斜視図である。 図１の破線Ｉに沿った断面図である。 図１の破線ＩＩに沿った断面図である。 本発明の実施の形態１に係る太陽光熱電併給パネルの変形例１を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る太陽光熱電併給パネルの変形例２を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽光熱電併給パネルを示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽光熱電併給パネルの変形例１を示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽光熱電併給パネルの変形例２を示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽光熱電併給パネルの変形例３を示す上面図である。 本発明の実施の形態３に係る太陽光熱電併給システムを示す上面図である。 本発明の実施の形態３に係る太陽光熱電併給システムの変形例１を示す上面図である。 本発明の実施の形態３に係る太陽光熱電併給システムの変形例２を示す上面図である。

本発明の実施の形態に係る太陽光熱電併給パネル並びにその取り付け方法、及び太陽光熱電併給システムについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る太陽光熱電併給パネルを示す斜視図である。分かりやすくするために各部材を分離して示している。図２は図１の破線Ｉに沿った断面図であり、図３は図１の破線ＩＩに沿った断面図である

発電層１は太陽光を受光して発電する。透過層２が上部封止層３を介して発電層１の上方に配置されている。発電層１の下面を電気的に絶縁する絶縁層４が、下部封止層５を介して発電層１の下方に配置されている。

透過層２は、太陽光が透過するガラスなどの剛性体よりなり、発電層１を水分、加重、漏電から保護する。上部封止層３は、ＥＶＡなどの透明な樹脂系の弾性体からなり、発電層１を水分や漏電から保護し、透過層２と発電層１との間の熱応力を吸収する。絶縁層４は発電層１の下面を電気的に絶縁し、発電層１を水分や漏電から保護する。下部封止層５は、ＥＶＡなどの樹脂系の弾性体からなり、発電層１を水分や漏電から保護し、絶縁層４と発電層１との間の熱応力を吸収する。なお、下部封止層５は必ずしも透明性でなくてもよい。また、絶縁層４と下部封止層５の機能は１つの層で代用してもよい。

パネル外枠６は、積層された発電層１などを密着させて把持固定する。発電層１、透過層２、上部封止層３、下部封止層５、絶縁層４、及びパネル外枠６は、発電パネル７として一体で構成されている。

配管８が絶縁層４の下方に配置されている。配管８は、内部に水やブラインなどの熱媒体を循環させ、主に発電層１が集熱した太陽熱を回収する。配管８の継手用端部９は、例えば近接する別の太陽光熱電併給パネルの配管と接続されるか、回収した熱を使用する空調や給湯へ導く配管に接続される。

支板１０が集熱部外枠１１に把持固定され、その支板１０上に配管８が配置されている。配管８の上面において、発電パネル７は配管８から着脱可能である。絶縁層４と配管８に対して着脱可能な弾性体である弾性層１２が絶縁層４と配管８との間に配置されている。なお、配管８、支板１０、集熱部外枠１１を集熱部として一体で構成してもよいが、それぞれが着脱可能であれば配管８の交換が可能となるためメンテナンス性が向上する。

弾性層１２は、例えばＥＶＡやＥＰＤＭのような樹脂系の弾性体からなり、絶縁層４と配管８との間の熱応力を吸収する。弾性層１２は必ずしも透明でなくてもよいが、透明であれば弾性層１２を外すことなく異常の有無をチェックできるためメンテナンス性が向上する。なお、弾性層１２と配管８との間に金属板と弾性層を追加してもよく、これにより配管８により発生する積層面方向の温度不均一を解消できる。

ネジ１３によりパネル外枠６を集熱部外枠１１に取り付けることにより、発電パネル７が配管８に取り付けられる。この際に支板１０が弾性層１２を介して配管８を発電パネル７の絶縁層４に押し付ける。この状態において、支板１０は配管８の継手用端部９の近傍には存在しない。なお、ネジ１３の代わりにパッチン錠によりパネル外枠６を集熱部外枠１１に取り付ける構成としてもよい。

続いて、本実施の形態に係る太陽光熱電併給パネルの初期設置作業を説明する。まず、太陽光熱電併給パネルを固定する架台１４を建物の屋上（屋根）に設置する。ここまでは従来の太陽光パネルの設置作業と同様である。

次に、建物の屋上に配管８、支板１０、集熱部外枠１１を設置し、集熱部外枠１１を架台１４にネジ１５で固定する。即ち、太陽光熱電併給パネルの配管８以下の部分と発電パネル７を取り外しておき、配管８以下の部分のみを架台１４に固定する。次に、配管８の継手用端部９を他の配管に接続する配管接続作業を行う。最後に、配管８上に弾性層１２を介して発電パネル７を取り付ける。

このように発電パネル７が外れた状態で配管接続作業を行うことができるため、作業スペースを大きくとることができる。従って、施工性が極めて高い。なお、従来技術でも配管８の継手用端部９を集熱部外枠１１の外部に出せば多少は施工性が上がるが、複数の発電パネル７を密集させる妨げになる。

また、初期設置作業では、従来技術でも例えば片隅から１列ずつパネル設置と配管接続を順に行えば多少は施工性が上がる。しかし、メンテナンス作業では、例えば四方をパネルで囲まれた１つのパネルをメンテナンスする必要がある。この場合、従来技術では隅のパネルからメンテ対象パネルまでの全てのパネルを取り外す必要があり、作業工程が著しく多い。これに対して、本実施の形態では、メンテ対象の発電パネル７のみを取り外せば、配管８を視認して異常の有無を確認でき、配管８の取り替えなどを容易に実施できる。従って、メンテナンス性が極めて高い。

以上説明したように、本実施の形態に係る太陽光熱電併給パネルでは、配管８の上面において、発電パネル７は配管８から着脱可能である。これにより、一般的に複数のパネルが密集して配置される太陽光熱電併給パネルにおいても配管接続の作業スペースを確保し、施工性やメンテナンス性を向上させることができる。

また、発電層１、透過層２、上部封止層３、下部封止層５、絶縁層４、及びパネル外枠６が発電パネル７として一体で構成されている。これにより、製造ラインのラミネート工程を、熱を併給しない従来の太陽光パネルと共有化することができるため、製造コストを低減することができる。

また、支板１０が配管８を絶縁層４に押し付けた状態において、支板１０が配管８の継手用端部９の近傍に存在しないようにしている。これにより、継手用端部９を視認しやすくなり、配管接続の作業スペースが広くなるため、施工性やメンテナンス性を更に向上させることができる。

図４は、本発明の実施の形態１に係る太陽光熱電併給パネルの変形例１を示す断面図である。弾性層１２において、配管８と積層方向に重ならない部分の厚みが、配管８と積層方向に重なる部分の厚みよりも薄くなっている。これにより、配管８と重なる部分の厚みを配管８と絶縁層４の熱応力が吸収できる値に確保しつつ、他の部分を薄くして製造コストを低減することができる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る太陽光熱電併給パネルの変形例２を示す断面図である。弾性層１２において、配管８と積層方向に重ならない部分の厚みが、配管８と積層方向に重なる部分の厚みよりも厚くなっている。これにより、弾性層１２の薄い部分に配管８が入り込むため、配管８に弾性層１２を被せる際の位置決めが容易となる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る太陽光熱電併給パネルを示す上面図である。発電パネル７はマトリクス状に配置された複数の発電セル１６を有する。電気的に直列に接続され直線状に配置された少なくとも２つの発電セル１６がそれぞれストリング１７，１８を構成する。ストリング１７は、ストリング１８に電気的に並列に接続され、平行に配置されている。

ここで、発電セル１６は温度が高いほど発電量（電圧）が低下する。従って、各発電セル１６の温度が異なるとその電圧が異なる。ここで、電気的に直列に接続された複数の発電セル１６の電圧が互いに異なる場合、直列接続の両端に印加される電圧は全セルの電圧の和になる。しかし、電気的に並列に接続された複数の発電セル１６の電圧が互いに異なる場合、最も低い電圧が全てのセルに適用されてしまう。同様に、電気的に並列に接続された複数のストリング１７，１８の電圧（≒平均的な温度）が互いに異なる場合、最も低い電圧が全てのストリングに適用されてしまう。

そこで、本実施の形態では、配管８を、ストリング１７とストリング１８との間の領域の下方に配置している。これにより、電気的に並列に接続されたストリング１７，１８を均等に冷却することができるため、両者の平均温度が同等になり、電圧も同等になる。この結果、発電量のロスを低減し、発電効率を向上させることができる。

図７は、本発明の実施の形態２に係る太陽光熱電併給パネルの変形例１を示す上面図である。配管８は、ストリング１７，１８の隣接する発電セル１６の下方にそれぞれ並列に配置されている。これにより、電気的に並列に接続されたストリング１７，１８を均等に冷却することができるため、上記の効果を得ることができる。

図８は、本発明の実施の形態２に係る太陽光熱電併給パネルの変形例２を示す上面図である。配管８は、ストリング１７，１８の隣接する発電セル１６のペアの下方にそれぞれ並列に配置されている。これにより、電気的に並列に接続されたストリング１７，１８を均等に冷却することができるため、上記の効果を得ることができる。

図９は、本発明の実施の形態２に係る太陽光熱電併給パネルの変形例３を示す上面図である。配管８は、ストリング１７，１８の隣接する発電セル１６のペアの下方を横切るように蛇行する。これにより、電気的に並列に接続されたストリング１７，１８を均等に冷却することができるため、上記の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る太陽光熱電併給システムを示す上面図である。屋根１９上に複数の発電パネル７がマトリクス状に配置されている。それぞれの発電パネル７の構成は実施の形態１と同様である。熱媒体を循環させる配管８が複数の発電パネル７の絶縁層４の下方に配置されている。支板１０が配管８を複数の発電パネル７の絶縁層４に押し付ける。

電気的に直列に接続され直線状に配置された少なくとも２つの発電パネル７がそれぞれストリング２０，２１を構成する。ストリング２０はストリング２１に電気的に並列に接続されている。ここで、実施の形態２と同様に、電気的に並列に接続された複数のストリング２０，２１の電圧（≒平均的な温度）が互いに異なる場合、最も低い電圧が全てのストリングに適用されてしまう。

そこで、本実施の形態では、配管８を、ストリング２０の下方とストリング２１の下方にそれぞれ並列に配置している。これにより、電気的に並列に接続されたストリング２０，２１を均等に冷却することができるため、両者の平均温度が同等になり、電圧も同等になる。この結果、発電量のロスを低減し、発電効率を向上させることができる。

図１１は、本発明の実施の形態３に係る太陽光熱電併給システムの変形例１を示す上面図である。配管８は、ストリング２０，２１の隣接する発電パネル７のペアの下方にそれぞれ並列に配置されている。これにより、電気的に並列に接続されたストリング２０，２１を均等に冷却することができるため、上記の効果を得ることができる。

図１２は、本発明の実施の形態３に係る太陽光熱電併給システムの変形例２を示す上面図である。配管８は、ストリング２０，２１の隣接する発電パネル７のペアの下方を横切るように蛇行する。これにより、電気的に並列に接続されストリング２０，２１を均等に冷却することができるため、上記の効果を得ることができる。

１ 発電層、２ 透過層、４ 絶縁層、７ 発電パネル、８ 配管、９ 継手用端部、１０ 支板、１２ 弾性層、１６ 発電セル、１７，２０ ストリング（第１のストリング）、１８，２１ ストリング（第２のストリング）

Claims (4)

1. 太陽光を受光して発電する発電層と、
   前記発電層の上方に配置され、前記太陽光が透過する剛性体よりなる透過層と、
   前記発電層の下方に配置され、前記発電層の下面を電気的に絶縁する絶縁層と、
   前記絶縁層の下方に配置され、熱媒体を循環させる配管と、
   前記配管を前記絶縁層に押し付ける支板と、
   前記絶縁層と前記配管との間に配置され、前記絶縁層と前記配管に対して着脱可能な弾性体である弾性層とを備え、
   前記発電層、前記透過層、及び前記絶縁層は発電パネルを構成し、
   前記配管の上面において、前記発電パネルは前記配管から着脱可能であり、
   前記発電層は、電気的に直列に接続された少なくとも２つの発電セルをそれぞれ含む第１及び第２のストリングを有し、
   前記第１のストリングは前記第２のストリングに電気的に並列に接続され、
   前記配管は、前記第１のストリングの下方と前記第２のストリングの下方にそれぞれ並列に配置され、
   前記弾性層は、前記配管と重ならない第１の部分と、前記配管と重なる第２の部分とを有し、
   前記第１の部分の厚みは前記第２の部分の厚みよりも薄いことを特徴とする太陽光熱電併給パネル。
2. 前記発電層、前記透過層、及び前記絶縁層は前記発電パネルとして一体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光熱電併給パネル。
3. 前記支板が前記配管を前記絶縁層に押し付けた状態において前記支板は前記配管の継手用端部の近傍には存在しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光熱電併給パネル。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の太陽光熱電併給パネルの取り付け方法であって、
   建物の屋上に前記配管を設置する工程と、
   前記配管を設置した後に、前記配管の配管接続作業を行う工程と、
   前記配管の配管接続作業を行った後に、前記配管上に前記発電パネルを取り付ける工程とを備えることを特徴とする太陽光熱電併給パネルの取り付け方法。

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