JP6892777B2 - 太陽光利用装置及び太陽光利用システム - Google Patents

太陽光利用装置及び太陽光利用システム Download PDF

Info

Publication number
JP6892777B2
JP6892777B2 JP2017073447A JP2017073447A JP6892777B2 JP 6892777 B2 JP6892777 B2 JP 6892777B2 JP 2017073447 A JP2017073447 A JP 2017073447A JP 2017073447 A JP2017073447 A JP 2017073447A JP 6892777 B2 JP6892777 B2 JP 6892777B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solar
reflecting surface
cross
reflector
sunlight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017073447A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018179304A (ja
Inventor
拓樹 中村
拓樹 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yazaki Energy System Corp
Original Assignee
Yazaki Energy System Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yazaki Energy System Corp filed Critical Yazaki Energy System Corp
Priority to JP2017073447A priority Critical patent/JP6892777B2/ja
Priority to EP18780682.3A priority patent/EP3608604B1/en
Priority to AU2018249093A priority patent/AU2018249093B2/en
Priority to CN201880022592.3A priority patent/CN110476022A/zh
Priority to PCT/JP2018/012613 priority patent/WO2018186247A1/ja
Publication of JP2018179304A publication Critical patent/JP2018179304A/ja
Priority to US16/589,058 priority patent/US11162712B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6892777B2 publication Critical patent/JP6892777B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/40Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors
    • F24S10/45Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors the enclosure being cylindrical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/60Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings
    • F24S20/63Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings in the form of windows
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/60Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings
    • F24S20/64Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings in the form of floor constructions, grounds or roads
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/60Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings
    • F24S20/66Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings in the form of facade constructions, e.g. wall constructions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/77Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with flat reflective plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/80Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors having discontinuous faces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00Details of absorbing elements
    • F24S70/30Auxiliary coatings, e.g. anti-reflective coatings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F24S10/75Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S2020/10Solar modules layout; Modular arrangements
    • F24S2020/17Arrangements of solar thermal modules combined with solar PV modules
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/87Reflectors layout
    • F24S2023/876Reflectors formed by assemblies of adjacent reflective elements having different orientation or different features
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/20Working fluids specially adapted for solar heat collectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/50Elements for transmitting incoming solar rays and preventing outgoing heat radiation; Transparent coverings
    • F24S80/54Elements for transmitting incoming solar rays and preventing outgoing heat radiation; Transparent coverings using evacuated elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/60Thermal insulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20Optical components
    • H02S40/22Light-reflecting or light-concentrating means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20Solar thermal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

本発明は、太陽光利用装置及び太陽光利用システムに関する。
従来、太陽光エネルギーを取り込んで得られる熱エネルギーにより熱媒を加熱する複数の真空管を有した太陽熱集熱器が知られている。また、このような太陽熱集熱器において真空管の本数は、コスト及び熱容量や放熱性の観点から、少ないことが好ましい。そこで、真空管等の集熱対象の背面に、複合放物面の反射面を有する反射板(以下CPCという)を設けることが提案されている(例えば特許文献1参照)。このようなCPCを配置することにより、集熱対象の間をすり抜けた太陽光を複合放物面からなる反射面の反射によって集熱対象に到達させることができ、集熱対象同士の間隔を、例えば真空管の場合にはその直径の約1.5倍程度に広げることができる。すなわち、真空管等の本数を少なくすることに貢献することができる。
特表2002−517707号公報
しかし、特許文献1に記載のようにCPCを配置した場合において真空管同士の間隔は1.5倍程度が限界であり、これ以上本数を減らすことは困難である。例えば、真空管同士の間隔を1.5倍以上に広げようとした場合、CPCが真空管の間に入り込んでしまうほど背高となってしまい、このCPCが庇のようになって直接光を受光できる角度範囲が狭くなってしまう。また、CPCが背高となってしまうことから、全体として厚くなってしまう可能性がある。
なお、この問題は、真空管式の集熱部に限るものではなく、例えばスラット状の集熱部においても共通するものであり、さらには集熱部に限らず、太陽電池パネルや、集熱部と太陽電池パネルとの双方を有するPVT(ハイブリッドソーラーパネル)においても共通するものである。すなわち、太陽光エネルギーを取り込んで利用する各種の太陽光利用器において共通する問題である。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、厚みを抑えつつも、より太陽光利用器の間隔を広げることが可能な太陽光利用装置及び太陽光利用システムを提供することにある。
本発明に係る太陽光利用システムは、太陽光エネルギーを取り込んで利用すると共に水平方向に延びて配置された複数の太陽光利用器を互いに平行且つ所定の間隔を有して配置した太陽光利用装置であって、前記複数の太陽光利用器の太陽と反対側に太陽光を反射する略平面状の反射板を備え、前記反射板は、隣接する太陽光利用器の間に相当する箇所に、断面鋸歯状の反射面を有すると共に、前記太陽光利用器の背面側に平面の反射面を有し、前記断面鋸歯状の反射面は、鋸歯の一面が、隣接する太陽光利用器の一方に太陽光を反射させる第1反射面を形成している。
本発明によれば、鋸歯の一面が、隣接する太陽光利用器の一方に太陽光を反射させる第1反射面を有した略平面状の反射板を用いることで、太陽光利用器の間を通過した太陽光を再度太陽光利用器に照射することができる。しかも、反射板が平面状であることから、反射板が太陽光利用器の間に入り込んでしまうほど背高となってしまうことがなく、この反射板が庇のようになって直接光を受光できる角度範囲が狭くなってしまうことが防止される。さらに、反射板が背高となってしまうことがないことから、厚みを抑えることに貢献することができる。従って、厚みを抑えつつも、より太陽光利用器の間隔を広げることが可能な太陽光利用装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る太陽光利用装置を含む太陽光利用システムを示す構成図である。 図1に示した反射板の拡大図である。 図2に示した反射面による太陽光の反射の様子を示す側面図であり、(a)は第1反射面による反射の様子を示し、(b)は第2反射面による反射の様子を示している。
以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。
図1は、本発明の実施形態に係る太陽光利用装置を含む太陽光利用システムを示す構成図である。なお、図1では、太陽光利用システムが高層ビル等の建物の中層階において用いられる例を示すが、太陽光利用システムは建物の中層階において用いられる場合に限らず、上層階や下層階に用いられてもよいし、一戸建てに用いられてもよい。さらに、図1では、太陽光利用装置が立面状態で用いられる例を説明するが、これに限らず、斜面状態で用いられてもよいし、平面状態で用いられてもよい。加えて、図1に示す太陽光利用装置は、窓面に対して用いられているが、これに限らず既存の太陽光集熱パネルなどと同様に、屋根上や地面などに用いられてもよい。特に、太陽光利用システム1が屋根上や地面などに用いられる場合、後述の外ガラス10に相当するものが存在せず後述の複数の真空管21がむき出しになっていてもよい。
図1に示す例に係る太陽光利用システム1は、建物の外ガラス10に対して内側に設けられるものであって、太陽熱集熱器(太陽光利用装置)20と、複層断熱部30と、第1及び第2配管R1,R2と、熱利用機器(不図示)とを備えている。
外ガラス10は、建物に設置される板状のガラス部材であって、好ましくは自然光に対する透過率が80%以上の透過型ガラスである。なお、外ガラス10は、透過型ガラスに限らず、既存の高層ビルにおいて設置されている熱線吸収ガラスや熱線反射ガラスであってもよい。なお、外ガラス10は、建築の一部をなし、風圧等に耐え建築基準を満たすものである。なお、太陽光利用システム1は、外ガラス10に限らず、透明部位(透明性の樹脂材など)の内側に設けられてもよい。
太陽熱集熱器20は、外ガラス10を介して室内側に供給される太陽光エネルギーを利用して熱エネルギーを得るものであって、太陽光エネルギーを利用して得られた熱エネルギーにより加熱対象を加熱するものである。本実施形態において加熱対象は、例えば空気等の気体であったり、熱媒(エチレングリコール等の不凍液)であったりする。この太陽熱集熱器20は、水平方向に延びる複数の真空管(太陽光利用器)21を備えた横ブラインド型の構造となっている。
複数の真空管21は、太陽光エネルギーを取り込んで加熱対象の加熱に利用するものであって、互いに平行且つ所定の間隔を有して配置されている。複数の真空管21のそれぞれは、透明色の外管と、太陽光の選択吸収処理が施された内管とを備え、例えば内管内に挿通されるU字状の流路を流れる気体や熱媒を加熱する構成となっている。
なお、太陽熱集熱器20は複数の真空管21を備える真空管式のものに限らず、集熱フィンを備えるものなど、他のタイプのものであってもよい。さらには、太陽熱集熱器20は、複数の真空管21に代えて、太陽光発電パネル(太陽光エネルギーを利用して電気エネルギーを得るもの)を有していてもよいし、集熱部と太陽電池パネルとの双方を有するPVTを備えていてもよい。
さらに、太陽熱集熱器20は、複数の真空管21の太陽と反対側(すなわち室内側)に、太陽光を反射する略平板状の反射板22を備えている。この反射板22は、複数の真空管21の間を通過した太陽光を反射させて再度真空管21に照射させるためのものである。
複層断熱部30は、室内側と室外側との断熱を行うものであって、内ガラス(透明性の板材)31を備えている。本実施形態において複層断熱部30は、太陽熱集熱器20の反射板22と構成が兼用されており、反射板22と内ガラス31とによって挟まれる空間を有した2層構造の部材となっている。
太陽熱集熱器20の上部は第1配管R1が接続されている。太陽熱集熱器20にて加熱された空気や熱媒は、第1配管R1を通じて熱利用機器に供給される。不図示の熱利用機器は、例えば太陽熱集熱器20にて加熱された空気を室内に供給するファンや、太陽熱集熱器20にて加熱された熱媒を利用して冷房を行う吸収式冷凍機などである。太陽熱集熱器20の下部は第2配管R2が接続されている。第2配管R2は、熱利用機器からの熱媒や室内空気が導入される流路である。
図2は、図1に示した反射板22の拡大図である。図2に示すように、本実施形態において太陽熱集熱器20の反射板22は、反射部材23と、第1透明性部材25と、第2透明性部材26とを備えている。
反射部材23は、太陽光を反射する部位であって、本実施形態においては隣接する真空管21の間に相当する箇所に、断面鋸歯状の反射面24を形成している。なお、反射部材23のうち真空管21の室内側(すなわち背面側)は、平面の反射面となっているが、これに限らず、反射面24と同様に断面鋸歯状となっていてもよい。
具体的に反射面24は、立面状態においてやや下方を向いた第1反射面24aと、立面状態においてやや上方を向いた第2反射面24bとを有しており、第1反射面24aと第2反射面24bとを繰り返し連続される構造となっている。すなわち、反射面24は、第1反射面24aと第2反射面24bとを1グループとし、このグループが複数連続して規則的に配列された構造となっている。
なお、本実施形態において第1反射面24aと第2反射面24bとからなる1グループ(1つの歯)の垂直方向の長さは、ミクロンオーダー又はナノオーダー(具体的には1nm以上1mm未満)となっている。ここで、本実施形態においては垂直方向の長さであるが、太陽熱集熱器20が斜面や平面に用いられている場合には、その方向への長さとなることは言うまでもない。すなわち、反射板22の平面方向、且つ、真空管21が延びる方向と直交する方向の長さとなる。
第1反射面24aは、断面視して鋸歯の1面を形成するものであり、上下に隣接する真空管21のうち下方の真空管21aに太陽光を反射させる角度設定となっている。さらに、第2反射面24bは、断面視して鋸歯の他面を形成するものであり、上下に隣接する真空管21のうち上方の真空管21bに太陽光を反射させる角度設定となっている。
特に、第1反射面24aは、第2反射面24bにて反射した太陽光が上方の真空管21bに到達することを略阻害しない角度にされ、第2反射面24bも同様に、第1反射面24aにて反射した太陽光が下方の真空管21aに到達することを略阻害しない角度にされている。
より詳しく説明すると、太陽の1日の最高高度(日本においては南中高度)は季節によって変動する(以下太陽の1日の最高高度を単に太陽高度という)。このため、最も太陽高度が高いときと低いときの双方の太陽光が第1反射面24a及び第2反射面24bによって、それぞれの真空管21a,21bに照射されるように反射面24が設計されている。
図3は、図2に示した反射面24による太陽光の反射の様子を示す側面図であり、(a)は第1反射面24aによる反射の様子を示し、(b)は第2反射面24bによる反射の様子を示している。なお、図3において破線は太陽高度が最も高いときの太陽光を示し、実線は太陽高度が最も低いときの太陽光を示している。
まず、図3(a)に示すように、第1反射面24aは太陽光を下方の真空管21aに向けて反射する。この場合において、第1反射面24aは、太陽高度が最も高いときの太陽光を、下方の真空管21aのうちの室内側の部位に向けて反射するように設計されている。また、第1反射面24aは、太陽高度が最も低いときの太陽光を、下方の真空管21aのうちの室外側の部位に向けて反射するように設計されている。
また、図3(b)に示すように、第2反射面24bは太陽光を上方の真空管21bに向けて反射する。この場合において、第2反射面24bは、太陽高度が最も高いときの太陽光を、上方の真空管21bのうちの室外側の部位に向けて反射するように設計されている。また、第2反射面24bは、太陽高度が最も低いときの太陽光を、上方の真空管21bのうちの室内側の部位に向けて反射するように設計されている。
なお、第1反射面24aは、太陽高度が最も高い又は最も低い場合において、太陽光の大凡を下方の真空管21aに当たるように反射すれば、多少の太陽光が逸れるように設計されていてもよい。同様に第2反射面24bは、太陽高度が最も高い又は最も低い場合において、太陽光の大凡を上方の真空管21bに当たるように反射すれば、多少の太陽光が逸れるように設計されていてもよい。また、本実施形態において第1及び第2反射面24a,24bは、1つの平面により構成されることを想定しているが、2つ以上の平面から構成されてもよいし多少の曲面構造となっていてもよい。また、本実施形態において複数の第1反射面24aは、全て同じ角度設定であることを想定しているが、これに限らず、それぞれの第1反射面24aで角度設定が異なっていてもよい。第2反射面24bも同様に、それぞれで角度設定が異なっていてもよい。
また、本実施形態では太陽熱集熱器20を窓面に対して用いるため、反射部材23は、例えば可視光を所定量(具体的には20%以上40%未満(特に30%))透過し、残りを反射するものが好ましい。可視光を20%以上透過すれば、窓面として用いる際に外部の景色等の視認性がある程度確保できるためである。また、赤外線については90%以上反射することが好ましい。このような反射部材23を用いることにより、太陽光のうち52%程度のエネルギーを占める可視光の70%程度と、42%程度のエネルギーを占める赤外線の90%以上を反射することとなり、合計して74%以上のエネルギーを真空管21に到達させつつも、外部の景色の視認性の大きな低下を防止できるからである。なお、このような反射部材23は、熱線選択反射膜等として知られており、金属ナノ平板粒子の塗布や屈折率の異なる誘電体を多層積層する誘電体多層膜当によって実現することができる。
再度図2を参照する。反射板22の第1透明性部材25は、一面が断面鋸歯状とされ他面が平面とされた透明性のフィルムによって構成されている。反射部材23は、第1透明性部材25の一面側に形成されており、第1透明性部材25の平面となる他面が複数の真空管21側に向いて配置されている。このため、反射板22の真空管21側には塵が溜まり難くなり、清掃の頻度が減ることから、清掃時に真空管21を傷つけてしまう可能性を低減する構造となっている。なお、本実施形態に係る太陽光利用システム1は、外ガラス10の内側に設けられているが、屋根上に用いる場合など、外ガラス10に相当するものが存在せず真空管21がむき出しとなる場合には、特に塵が溜まり易くなることから、より効果的である。
また、反射板22の第2透明性部材26は、一面が断面鋸歯状の反射面24(反射部材23)に合致する形状となって反射面24(反射部材23)上に設けられ、他面が平面となる透明性のフィルムによって構成されている。さらに、第2透明性部材26は、第1透明性部材25と同一の屈折率を有する樹脂によって形成されている。このため、反射板22は両面が平面となり、且つ、透明性部材25,26の屈折率が同一であることから反射部材23を通過する可視光は第1透明性部材25と第2透明性部材26との屈折率差で屈折せずに、窓ガラスと同様に外部の景色を視認可能とすることができる。
加えて、本実施形態において反射板22は、第2透明性部材26の他面側(すなわち室内側)に、金属膜27がコーティングされて遠赤外線カット処理が施されている。なお、金属膜27をコーティングする場合に限らず、他の手法によって遠赤外線カット処理が施されていてもよい。これにより、室内側からの熱が放射により室外に逃げ難くすることができるからである。
なお、遠赤外線カット処理は、少なくとも波長9μm以上10μm以下の遠赤外線の吸収・放射率及び透過率が共に20%以下とする処理である。なお、反射板22に遠赤外線カット処理が施されていることから、内ガラス31には遠赤外線カット処理が施されていなくともよく、例えば遠赤外線への吸収・放射率と透過率との合計が80%以上となっている。
次に、本実施形態に係る太陽光利用システム1の動作及び作用を説明する。
まず、太陽光が太陽熱集熱器20に入射すると、太陽熱集熱器20は、太陽光エネルギーを利用して熱媒等を加熱する。この加熱により熱媒は上昇し第1配管R1を通じて熱利用機器に至る。特に、本実施形態においては、複数の真空管21がその直径の3倍以上の間隔で配置されている。よって、太陽光の多くは複数の真空管21の間を通過する。しかし、通過した太陽光は、反射面24によって上下隣接する真空管21に反射される。ゆえに、真空管21は効率的に熱媒等を昇温させることとなる。
熱利用機器では、熱媒等により室内の冷暖房が行われる。例えば、熱利用機器がファンである場合には、太陽熱集熱器20によって加熱された空気がファンによって室内に供給される。また、熱利用機器が吸収式冷凍機である場合には、太陽熱集熱器20によって加熱された熱媒が吸収式冷凍機における吸収液の再生に利用され、室内が冷房される。なお、反射板22は室内側の面に遠赤外線カット処理が施されているため、暖房時において室内側から室外側への遠赤外線の放射量は抑えられることとなる。
このようにして、本実施形態に係る太陽熱集熱器20によれば、複数の真空管21の太陽の反対側に太陽光を反射する略平面状の反射板22を備え、反射板22は、隣接する真空管21の間に相当する箇所に、断面鋸歯状の反射面24を有し、反射面24は、鋸歯の一面が、下方の真空管21aに太陽光を反射させるため、略平面状な反射板22を用いることで、真空管21の間を通過した太陽光を再度真空管21に照射することができる。しかも、反射板22が略平面状であることから、反射板22が真空管21の間に入り込んでしまうほど背高となってしまうことがなく、この反射板22が庇のようになって直接光を受光できる角度範囲が狭くなってしまうことが防止される。さらに、反射板22が背高となってしまうことがないことから、厚みを抑えることに貢献することができる。従って、厚みを抑えつつも、より真空管21の間隔を広げることが可能な太陽熱集熱器20を提供することができる。
また、反射面24は、鋸歯の他面が、上方の真空管21bに太陽光を反射させる第2反射面24bを形成しているため、第1反射面24aと第2反射面24bとの双方により、真空管21の間を通過した太陽光を再度真空管21に照射することができる。従って、真空管21の間隔をより広げることが可能な太陽熱集熱器20を提供することができる。
また、第1透明性部材25の平面となる他面が複数の真空管21側に向いて配置されているため、CPCのように塵が溜まって反射効率が低下してしまうことを防止し易くすることができる。特にCPCの場合には塵が溜まることから、塵を落とす際に真空管21とCPCとの狭い隙間に手が入れる作業が必要となり、真空管21を傷つける可能性もあるが、本実施形態ではそのような可能性も低減させることができる。
また、一面が断面鋸歯状の反射面24に合致する形状となり他面が平面となり、且つ、第1透明性部材25と同一の屈折率を有する第2透明性部材26をさらに有するため、反射板22は、両面が平面となり、さらに反射面24が可視光を所定量透過することから、透過した可視光を窓ガラスと同様に導入することができ、外部の景色等の視認性低下を抑えることができる。特に、CPCを窓ガラス等に使用する場合には、CPCに対してメッシュ状のパンチ穴を形成する必要があるが、この場合であってもユーザにはCPCが確認され、外部の景色等の視認性は大きく低下してしまう。しかし、上記構成である場合には、このような問題が生じず外部の景色等の視認性低下を抑えることができる。
さらに、断面鋸歯状の1つの歯について長さがミクロンオーダー又はナノオーダーとなる微細パターンで形成されているため、より景色が鮮明に見え、複合フィルム膜を薄く作ることができ、またナノインプリント技術により安価に量産することが可能となる。
また、本実施形態に係る太陽光利用システム1によれば、太陽熱集熱器20の反射板22と内ガラス31とによって形成される複層断熱部30を備えるため、反射板22を複層断熱部30の構成と共通化できると共に、反射板22は、室内側に遠赤外線カット処理が施されているため、室内側からの熱が放射により室外に逃げ難くすることができ、断熱性に優れた複層断熱部30を提供することができる。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜他の技術を組み合わせてもよい。さらに、可能な範囲で公知又は周知の技術を組み合わせてもよい。
例えば、上記実施形態において太陽熱集熱器20を窓面に用いる例を説明したが、これに限らず、屋根上やベランダ・地面などに用いてもよいし、立面状態に限らず、斜面及び平面状態で用いてもよい。特に、屋根上やベランダ・地面などに用いる場合には、上記の外ガラス10に相当する透明部材が存在せず、真空管21がむき出しとなる形態であってもよい。
さらに、上記実施形態においては太陽熱集熱器20を窓面に用いるため、反射部材23は可視光を所定量透過するものであるが、屋根上に用いる場合などには、太陽光を略全反射するものなどによって構成してもよい。さらに、本実施形態において反射板22は、熱線選択反射膜等が採用されているが、これに限らず、金属膜の蒸着等によって構成されてもよい。また、太陽熱集熱器20を屋根上に用いる場合には、第2透明性部材26の構成を省略してもよい。
加えて、塵の問題に対応するために反射板22は、複数の真空管21側が平面となっているが、他の手法(超親水処理を施し雨水等を利用して塵を流すなど)によって塵が溜まり難い構造となっている場合などにおいては、特に複数の真空管21側が平面になっていなくともよい。例えば、図2に示す反射板22から第1透明性部材25を省略したような構成となっていてもよい。
加えて、本実施形態では第1及び第2反射面24a,24bの双方が上下の真空管21に太陽光を反射するが、これに限らず、第1反射面24aが上下の真空管21の一方のみに太陽光を反射し、第2反射面24bが機能しない(すなわち太陽光を反射しないか、又は反射しても真空管21へ反射しない)構成であってもよい。この構成であっても、現在のCPCの限界である真空管21の直径の1.5倍以上の間隔を達成できるからである。
また、反射部材23は、断面鋸歯状の反射面24を全域に有していてもよい。さらに、反射面24は、1つの歯がマイクロオーダー又はナノオーダーに限らず、より大きなサイズとなっていてもよい。
また、上記実施形態において内ガラス31及び外ガラス10は、いわゆるガラス材によって構成される場合に限らず、ポリカーボネートのような透明樹脂を含む透明部材によって構成されてもよい。
加えて、太陽光利用システム1は、上記したファンや吸収式冷凍機等の熱利用機器に限らず、他の熱利用機器が採用されてもよい。
また、上記実施形態において複層断熱部30は、一部構成(反射板22)が太陽熱集熱器20と構成を兼用しているが、特に兼用することなく、反射板22とは別に透明性板材を備え、透明性板材と内ガラス31とによる二層構造となっていてもよい。さらに、複層断熱部30は三層以上の構造となっていてもよい。
1 :太陽光利用システム
10 :外ガラス
20 :太陽熱集熱器(太陽光利用装置)
21,21a,21b :真空管(太陽光利用器)
22 :反射板
23 :反射部材
24 :反射面
24a :第1反射面
24b :第2反射面
25 :第1透明性部材
26 :第2透明性部材
27 :金属膜
30 :複層断熱部
31 :内ガラス(透明性の板材)
R1 :第1配管
R2 :第2配管

Claims (6)

  1. 太陽光エネルギーを取り込んで利用すると共に水平方向に延びて配置された複数の太陽光利用器を互いに平行且つ所定の間隔を有して配置した太陽光利用装置であって、
    前記複数の太陽光利用器の太陽と反対側に太陽光を反射する略平面状の反射板を備え、
    前記反射板は、隣接する太陽光利用器の間に相当する箇所に、断面鋸歯状の反射面を有すると共に、前記太陽光利用器の背面側に平面の反射面を有し、
    前記断面鋸歯状の反射面は、鋸歯の一面が、隣接する太陽光利用器の一方に太陽光を反射させる第1反射面を形成している
    ことを特徴とする太陽光利用装置。
  2. 前記断面鋸歯状の反射面は、鋸歯の他面が、隣接する太陽光利用器の他方に太陽光を反射させる第2反射面を形成している
    ことを特徴とする請求項1に記載の太陽光利用装置。
  3. 前記反射板は、一面が断面鋸歯状とされ他面が平面とされた第1透明性部材を有し、前記第1透明性部材の一面側に前記断面鋸歯状の反射面が形成され、前記第1透明性部材の平面となる前記他面が前記複数の太陽光利用器側に向いて配置されている
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の太陽光利用装置。
  4. 前記反射板は、一面が前記断面鋸歯状の反射面に合致する形状となって前記断面鋸歯状の反射面上に設けられ、他面が平面となり、且つ、前記第1透明性部材と同一の屈折率を有する第2透明性部材をさらに有し、前記断面鋸歯状の反射面が可視光を所定量透過させるものである
    ことを特徴とする請求項3に記載の太陽光利用装置。
  5. 前記断面鋸歯状の反射面は、断面鋸歯状の1つの歯について、前記反射板の平面方向であって前記平行方向と直交する方向における長さがミクロンオーダー又はナノオーダーとなる微細パターンで形成されている
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の太陽光利用装置。
  6. 太陽光エネルギーを取り込んで加熱対象を加熱する、請求項4に記載の太陽光利用装置と、
    前記太陽光利用装置の前記反射板と透明性の板材とによって形成される複層断熱部と、を備え、
    前記反射板は、前記透明性の板材側に、少なくとも波長9μm以上10μm以下の遠赤外線の吸収・放射率及び透過率が共に20%以下となる遠赤外線カット処理が施されている
    ことを特徴とする太陽光利用システム。
JP2017073447A 2017-04-03 2017-04-03 太陽光利用装置及び太陽光利用システム Active JP6892777B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017073447A JP6892777B2 (ja) 2017-04-03 2017-04-03 太陽光利用装置及び太陽光利用システム
EP18780682.3A EP3608604B1 (en) 2017-04-03 2018-03-27 Solar light utilization device and solar light utilization system
AU2018249093A AU2018249093B2 (en) 2017-04-03 2018-03-27 Solar Light Utilization Apparatus and Solar Light Utilization System
CN201880022592.3A CN110476022A (zh) 2017-04-03 2018-03-27 太阳光利用设备和太阳光利用系统
PCT/JP2018/012613 WO2018186247A1 (ja) 2017-04-03 2018-03-27 太陽光利用装置及び太陽光利用システム
US16/589,058 US11162712B2 (en) 2017-04-03 2019-09-30 Solar light utilization apparatus and solar light utilization system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017073447A JP6892777B2 (ja) 2017-04-03 2017-04-03 太陽光利用装置及び太陽光利用システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018179304A JP2018179304A (ja) 2018-11-15
JP6892777B2 true JP6892777B2 (ja) 2021-06-23

Family

ID=63712067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017073447A Active JP6892777B2 (ja) 2017-04-03 2017-04-03 太陽光利用装置及び太陽光利用システム

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11162712B2 (ja)
EP (1) EP3608604B1 (ja)
JP (1) JP6892777B2 (ja)
CN (1) CN110476022A (ja)
AU (1) AU2018249093B2 (ja)
WO (1) WO2018186247A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111121312B (zh) * 2019-12-31 2021-08-31 中国建筑设计研究院有限公司 构成窗体的集热柱和窗体及该集热柱的使用方法
EP4150271A1 (en) * 2020-05-15 2023-03-22 3M Innovative Properties Company Hybrid solar window and ir absorbing assemblies
CN116774332B (zh) * 2023-08-24 2023-11-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 定向辐射器件在辐射制冷中的应用

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3915148A (en) * 1974-11-22 1975-10-28 Nasa Thermostatically controlled non-tracking type solar energy concentrator
US4108540A (en) * 1976-06-17 1978-08-22 Minnesota Mining And Manufacturing Company Refractor-reflector radiation concentrator
US4287882A (en) * 1978-08-30 1981-09-08 Solarspan, Inc. Black liquid absorbing solar collector
US4222807A (en) * 1978-10-16 1980-09-16 Joseph Farber Ridged surface solar heater
IL124830A0 (en) 1998-06-09 1999-01-26 Solel Solar Systems Ltd Solar collector
FR2841639A1 (fr) * 2002-06-28 2004-01-02 Jean Marc Robin Dispositif de fermeture fixe ou mobile pour ouverture dans des batiments, apte a capter l'energie solaire
BE1016740A5 (nl) * 2005-08-30 2007-05-08 Vanderstraeten Luc Zonne-energie collector.
US20080291541A1 (en) * 2007-05-23 2008-11-27 3M Innovative Properties Company Light redirecting solar control film
JP4247301B1 (ja) * 2008-06-16 2009-04-02 敏博 山田 太陽光集光装置
US8045107B2 (en) 2009-11-06 2011-10-25 Sharp Laboratories Of America, Inc. Color-tunable plasmonic device with a partially modulated refractive index
US8223425B2 (en) 2009-11-06 2012-07-17 Sharp Laboratories Of America, Inc. Plasmonic device tuned using physical modulation
US7999995B2 (en) 2009-09-28 2011-08-16 Sharp Laboratories Of America, Inc. Full color range interferometric modulation
US20110074808A1 (en) 2009-09-28 2011-03-31 Jiandong Huang Full Color Gamut Display Using Multicolor Pixel Elements
US8355099B2 (en) 2009-11-06 2013-01-15 Sharp Labortories of America, Inc. Plasmonic device tuned using liquid crystal molecule dipole control
US8339543B2 (en) 2009-11-06 2012-12-25 Sharp Laboratories Of America, Inc. Plasmonic device tuned using elastic and refractive modulation mechanisms
US9063353B2 (en) 2012-12-13 2015-06-23 Sharp Laboratories Of America, Inc. Air stable, color tunable plasmonic structures for ultraviolet (UV) and visible wavelength applications
US8368998B2 (en) 2009-11-06 2013-02-05 Sharp Laboratories Of America, Inc. Plasmonic electronic skin
US8669952B2 (en) 2011-06-09 2014-03-11 Sharp Laboratories Of America, Inc. Metallic nanoparticle pressure sensor
US8767282B2 (en) 2009-11-06 2014-07-01 Sharp Laboratories Of America, Inc. Plasmonic in-cell polarizer
US8270066B2 (en) 2009-11-06 2012-09-18 Sharp Laboratories Of America, Inc. Optical spectrum splitting for black color display
US9091812B2 (en) 2009-11-06 2015-07-28 Sharp Laboratories Of America, Inc. Energy-efficient transparent solar film
US8896907B2 (en) 2009-11-06 2014-11-25 Sharp Laboratories Of America, Inc. Plasmonic reflective display fabricated using anodized aluminum oxide
US8810897B2 (en) 2009-11-06 2014-08-19 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method for improving metallic nanostructure stability
US9279938B2 (en) 2009-11-06 2016-03-08 Sharp Laboratories Of America, Inc. Dual band color filter
US8503064B2 (en) 2009-11-06 2013-08-06 Sharp Laboratories Of America, Inc. Touch-enabled plasmonic reflective display
US9348068B2 (en) * 2009-11-06 2016-05-24 Sharp Laboratories Of America, Inc. Energy generating transparent film
US20160079462A1 (en) * 2010-12-06 2016-03-17 Industrial Technology Research Institute Package structure of solar photovoltaic module
JP2012206920A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Panahome Corp ペアガラス
EP2947701A4 (en) * 2013-01-21 2017-02-08 Holomedia LLC Light-concentrating mechanism, photovoltaic power generation device, window structure, and window glass
CN105143932A (zh) * 2013-04-29 2015-12-09 夏普株式会社 能量产生透明结构和利用入射到能量产生透明结构的光来产生能量的方法
JP6560091B2 (ja) 2015-10-06 2019-08-14 Ntn株式会社 圧粉磁心材料、圧粉磁心、およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018179304A (ja) 2018-11-15
EP3608604A4 (en) 2020-02-26
EP3608604B1 (en) 2021-05-05
US20200033028A1 (en) 2020-01-30
AU2018249093B2 (en) 2020-10-01
AU2018249093A1 (en) 2019-10-24
WO2018186247A1 (ja) 2018-10-11
US11162712B2 (en) 2021-11-02
CN110476022A (zh) 2019-11-19
EP3608604A1 (en) 2020-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120222722A1 (en) Window
US11162712B2 (en) Solar light utilization apparatus and solar light utilization system
EA025686B1 (ru) Спектрально-селективная панель
JP7036587B2 (ja) 太陽エネルギー利用器
CA2925706C (en) Solar energy collector and system for using same
CN105241081B (zh) 具有白天集热和夜间辐射制冷功能的复合抛物面聚光集散热器
US20160329861A1 (en) Hybrid system of parametric solar thermal cylinder and photovoltaic receiver
JP2007205645A (ja) 太陽熱集熱器およびこれを有する太陽熱利用装置
CN110382973B (zh) 具有反射表面的太阳能收集器
CN104766677A (zh) 紫外光交联电缆辐照组件反光罩的获得方法及紫外光交联电缆辐照装置组件
KR101059762B1 (ko) 태양 에너지 이용을 위한 다양한 블라인드 유로 슬랫
JP2010080364A (ja) 照明装置
CN106766275A (zh) 一种槽式太阳能高温真空集热管
JP6109830B2 (ja) 光ガイドを有する温熱装置
JP2003227661A (ja) 光ファイバーソーラーコレクタ
JP2003262403A (ja) 集光装置及び集光システム
CN206449906U (zh) 一种槽式太阳能高温真空集热管
JP6712287B2 (ja) 太陽光利用パネル
US20180313547A1 (en) Component, arrangement of components and system and the use thereof
TWI688111B (zh) 太陽能窗
US8590528B1 (en) Solar collector system
ITMI20111571A1 (it) Concentratore solare per fotovoltaico
JPS61119948A (ja) 太陽熱集熱器
JP2016023882A (ja) 集熱器
JP2022045439A (ja) ルーバー装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200320

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210216

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210330

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210525

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210528

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6892777

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250