JP6439120B2 - 融雪太陽電池パネル - Google Patents
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Description
本発明の目的は、積雪地帯の家屋の屋根上に取り付けられた太陽電池パネルを使用して、冬季においても太陽光発電が可能な技術を提供することにある。
ここで、前記発熱シートの前記カーボンナノチューブ層は、予めカーボンナノチューブを所定の媒体中に分散させたカーボンナノチューブ分散配合液を、前記基板の表面に塗布またはスプレーして形成されることが好ましい。
また、本発明によれば、基板上に積層されたカーボンナノチューブ層を有し、当該カーボンナノチューブ層に通電することにより発熱する発熱シートを備えることを特徴とする融雪パネルが提供される。
図1は、本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネルを設置した屋根(融雪太陽電池パネル付き屋根1)の一例を説明する図である。図1に示すように、融雪太陽電池パネル付き屋根1は、建物2の上部に施工され、複数の融雪太陽電池パネル100から構成された太陽電池アレイが設置されている。
融雪太陽電池パネル100を構成する太陽電池モジュール20を備えた発電システムは、太陽電池モジュール20が発電した直流電圧を一つにまとめる接続箱3と、分電設備として、太陽電池モジュール20が発電した直流電圧を交流電圧に変換するパワーコンディショナ(直流交流変換器)4と、パワーコンディショナ4により変換された交流電圧を建物2内の家電製品E等に供給する分電盤5とを有している。パワーコンディショナ4を介して分電盤5に供給された電力は、建物2外の給電設備7にも供給される。ここで、給電設備7は、発電所にて発電した電力を供給する設備である。また、給電設備7から供給された電力は、分電盤5を含む分電設備に供給され、さらに、建物2内の家電製品E等に供給される。建物2外の給電設備7に供給される電力と、給電設備7から供給された電力は、それぞれ、売電メータ6aと買電メータ6bにより表示される。
また、本実施の形態では、融雪太陽電池パネル100は、所定の取り付け金具を用いて、通常、一定の傾斜(例えば、15°〜20°程度)をつけた屋根板に取り付けられる。
図2は、本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネルの一例を説明する概略平面図である。図2に示す融雪太陽電池パネル100は、全体として長方形板状の形状を有し、表面側(受光面)には、複数の太陽電池セルから構成された太陽電池モジュール20と、太陽電池モジュール20の裏側(屋根側)に配設された発熱シートユニット150を有している。太陽電池モジュール20と発熱シートユニット150の外周縁部は、所定の封止材(図示せず)を介し、金属製フレーム30により固定されている。また、発熱シートユニット150と太陽電池モジュール20とを、所定の真空ラミネーターを用いることにより一体化することができる。
図3(a)に示す融雪太陽電池パネル100は、前述した建物2の屋根に取り付けられる側(図面の下側)から順に、発熱シートユニット150上に太陽電池モジュールユニット201を積層した構造を有している。発熱シートユニット150は、2枚のEVA(エチレン−酢酸ビニル)シート111,112に上下から挟まれた発熱シート14を有し、さらに、発熱シート14は、このEVAシート111,112を介して、例えばフッ素樹脂やポリエステル樹脂等からなる2枚のバックシート131,132によって挟まれた構造を有している。
太陽電池モジュールユニット201は、発熱シートユニット150のバックシート132に、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等からなる透明樹脂層21を介して接着された太陽電池モジュール20と、太陽電池モジュール20の表面側に透明樹脂層22を介して太陽電池モジュール20に接着された強化ガラス板23と、が積層されている。
本実施の形態で使用する太陽電池モジュール20の構造は特に限定されず、例えば、アモルファスシリコン(a−Si)型太陽電池が挙げられる。一般に、アモルファスシリコン(a−Si)型太陽電池は、標準青板ガラス基板上にSiO2とSnO2の2層からなる透明電極、p/i/n(又はn/i/p)型のアモルファスシリコンからなる発電膜及びAlからなる裏面電極を順次積層した構成となっている。このようなa−Si型太陽電池を複数個備えた太陽電池パネルの構造体としては、強化ガラス板23の裏面側から裏面電極の一部が銅箔電極との接触部で銀ペーストにより接着され、互いに電気的に接続されている。
本実施の形態で使用する発熱シート14は、所定の基板と、当該基板上に積層されたカーボンナノチューブ層を有する。
発熱シート14に使用する基板の材料は特に限定されず、一般に、フィルム、各種成形体等の材料として用いられる熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム材料等から適宜選択される。具体的には、熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリメタクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE)等が挙げられる。また、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、スチレン−イソプレンースチレン(SIS)、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック熱可塑性樹脂(SEBS)等の熱可塑性エラストマーも用いられる。
アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、第3級ブタノール、イソブタノール、ジアセトンアルコール等;ケトン系溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン等;エーテル系溶媒としては、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、環状エーテル等が例示される。上記の媒体は、単独で又は二種以上を混合して用いることができる。
カーボンナノチューブ分散配合液を調製する場合、カーボンナノチューブ(CNT)の媒体中での分散に、超音波を使用することが好ましい。照射する超音波の周波数は特に制限されず、例えば、20kHz〜150kHzの範囲で選択される。超音波の照射回数は限定されず、1回〜複数回から選択される。また、例えば、20kHz〜40kHz程度の低周波数の超音波を照射する工程と、50kHz〜150kHz程度の高周波数の超音波を照射する工程とを組み合わせてもよい。
また、発熱シート14の他の実施の形態としては、例えば、それぞれ基板上にカーボンナノチューブ層を形成した2枚の導電性シートを調製し、次いで、各導電性シートのカーボンナノチューブ層が対向するように、所定の電極を2枚の導電性シートで挟むことにより発熱シート14が形成される。
また、図示しないが、パワーコンディショナ4の機能を切り換える場合は、例えば、所定の降雪センサを取り付け、水と温度により降雪を検知することにより作動させる。
本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネル100では、発熱シート14の裏側(屋根側)に遠赤外線反射膜を配置することが好ましい。遠赤外線反射膜を配置することにより、発熱シート14に積層したカーボンナノチューブ層から放射された遠赤外線が太陽電池モジュール20の受光面側に反射される。これにより、冬季の太陽電池モジュール20の受光面側の融雪が促進される。遠赤外線反射膜の材料は、遠赤外線を反射することができるものであれば特に限定されず、例えば、アルミニウム等の金属膜が挙げられる。
本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネル100の製造方法としては、例えば、強化ガラス板23上に配線した太陽電池モジュール20、透明樹脂層21,22、バックシート133等と発熱シートユニット150を積層し、これらを真空中にて加熱し、圧着封止する一体成型加工(ラミネーション)が挙げられる。一体成型加工(ラミネーション)には、通常、太陽電池パネルの製造に使用される真空ラミネーター装置が用いられる。
一体成型加工の条件は、特に限定されないが、本実施の形態では、成型温度は、通常、150℃〜200℃の範囲であり、成型時間は、通常、15分間〜120分間の範囲から適宜選択される。
また、融雪太陽電池パネル100の製造方法としては、発熱シートユニット150と太陽電池モジュールユニット201とを、それぞれ所定の真空ラミネーターを用いて製造し、次に、これらを、真空ラミネーターを用いて一体構造とする方法(2回ラミネート)を採用することも可能である。
図3で説明した発熱シートユニット150は、太陽電池による発電機能を有しない融雪パネルとして、単独で用いることができる。以下、融雪パネルについて説明する。
図4(a)〜図4(c)は、本実施の形態が適用される融雪パネルの断面構造を説明する図である。図4(a)に示す融雪パネル151は、バックシート13、発熱シート14、EVAシート10及び強化ガラス板23が積層された構造を有している。これらは、所定の真空ラミネーターを用いて封止され、一体構造とされている。
尚、図示しないが、これらのバックシート13、発熱シート14、EVAシート10及び強化ガラス板23の外周縁部は、図2において説明したように、封止材を介して金属製フレーム30により固定され、一体構造として製造される。
融雪パネル153は、例えば、融雪機能が必要とされるロードヒーティング用途、玄関マット用途等に使用することができる。さらに、床暖房用途等に展開することも可能である。
本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネルには、発熱シート14と外部電源(図示せず)とを結合する所定の配線が配設されている。この配線に通電すると、長期間の使用により漏電、短絡(ショート)等が生じる可能性が考えられることから、これらの発生を未然に防止し、発火等を防止する手段が講じられている。
図5は、本実施の形態が適用される融雪太陽電池パネルの発火防止機能を備えた配線系統図である。配線系統図には、ブレーカー制御盤300と複数の融雪太陽電池パネルA0〜F0が示されている。ブレーカー制御盤300内には、MCCB(配線用遮断機)及びMC(電磁接触器)と2個のELCB(漏電遮断機)が設置されている。融雪太陽電池パネルA0〜F0は、それぞれ、発熱シートユニットA1〜F1を有し、発熱シートユニットA1〜F1は、発火防止用温度ヒューズ(図示せず)を内蔵した2個の端子ボックス(a1,a2)〜(f1,f2)をそれぞれ備えている。これらは、所定の配線を介してAC200Vの外部電源と接続している。
発火防止用温度ヒューズ(T11,T12〜T61,T62)を端子ボックス(TB2−11,TB2−12,〜・・・),(TB1−1,TB1−2)と接続することにより、導電性ゴムシートが過電流や漏電等で発熱し、過度に温度上昇する場合、発火防止用温度ヒューズが切断し、電源供給が遮断される。本実施の形態では、発火防止用温度ヒューズは、温度約90℃〜130℃程度に昇温すると切断するようになっている。
Claims (1)
- 基板上に積層された平均繊維径0.1nm〜300nmの中空繊維状であるカーボンナノチューブが分散したカーボンナノチューブ層を有し、当該カーボンナノチューブ層に通電することにより発熱する発熱シートと、
前記発熱シートに接着されて当該発熱シートと一体になるように積層された太陽電池モジュールと、
前記発熱シートの前記太陽電池モジュールが接着された面とは反対側の面に配置され、当該発熱シートに積層した前記カーボンナノチューブ層から放射された遠赤外線が前記太陽電池モジュールの受光面側に反射される遠赤外線反射膜と、
を有することを特徴とする融雪太陽電池パネル。
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