JP6894721B2 - 太陽光発電パネルの融雪構造 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電パネル上に積もった雪を融かすための太陽光発電パネルの融雪構造に関する。

再生可能エネルギー発電設備が推奨されていることや、電力の売買が可能になったことに伴い、現在では、太陽光発電パネルによる発電設備が広く普及している。太陽光発電パネルは、太陽光を受ける面積を大きくするために、表面が斜め上に向くように傾斜して設置される。こうした太陽光発電パネルを用いた発電設備は、積雪の多い地方でも普及している。ところが、積雪の多い地方では、太陽光発電パネルの表面に雪が積もった場合、積もった雪により太陽光が遮られ、太陽光が太陽光発電パネルの表面に十分に照射されない。そのため、発電効率が低下する。こうした発電効率の低下を抑制するために、太陽光発電パネルの表面に積もった雪を解かすための技術が提案されている。

例えば、特許文献１で提案されている太陽光発電パネルの融雪装置は、屋根上に設置してある太陽光発電パネルを保持する枠体と枠体との間に発熱線を挿入し、発電パネルの枠体の周りから加熱して枠体を温めることにより融雪している。この太陽光発電パネルの融雪装置は、消費電力を抑制することを目的としている。

また、特許文献２で提案されている太陽光発電パネルの設置構造は、太陽光発電パネル、支持フレーム、伝熱材、及び発熱線を有している。太陽光発電パネルは、その周縁が支持フレームにより屋根表面との間に間隙を隔てて設置されている。伝熱材は、アルミニウム製の型材であり、支持フレームに支持されて太陽光発電パネルの背面に取り付けられている。この型材には凹溝が形成されている。発熱線は連続的に往復するＵ字状をなしており、直線状に延びる部分が凹溝の内部に収容されている。そして、アルミニウム製の型材は、発熱線の屈曲する部分と直線状の部分との境界部に、側面が開口されてなる切り欠きを備えている。この太陽光発電パネルの設置構造は、通電量の制御技術、発熱シートの積層技術、及び接着技術を有していないパネルの設置作業者においても十分な耐久性を備えた融雪構造付きの太陽光発電パネルを設置できるようにすることを目的としている。

特開２００４−２７８２７０号公報 特開２０１４−１４６７３６号公報

しかしながら、特許文献１には、太陽光発電パネルを保持する枠体と枠体との間に発熱体を配置することは記載されているが、発熱体を設置する具体的な構成は記載されていない。そのため、どのような発熱体をどのようにして枠体に取り付ければ、太陽光発電パネルに積もった雪を効率よく融雪することができるのかが不明である。特許文献１で提案されている太陽光発電パネルの融雪構造において、枠体と枠体との間に発熱体を沿わせるだけの技術であるとした場合、発熱体と枠体との接触面積が小さくなり、発熱体から枠体に効率よく伝熱することができない。そのため、この太陽光発電パネルの融雪装置は、融雪効率が低い融雪装置となってしまう。このような事情を考慮すると、特許文献１で提案されている太陽光発電パネルの設置装置は、実用化することが困難である。

特許文献２で提案されている太陽光発電パネルの設置構造は、太陽光発電パネルの裏面の全体に発熱線を配置する構造である。また、この太陽光発電パネルの設置構造は、太陽光発電パネルの表面に積もった雪を太陽光発電パネルの裏面から融雪する構造である。そのため、融雪に必要な消費電力が多くなってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、太陽光発電パネルの表面に積もった雪を省電力で融雪することができる太陽光発電パネルの融雪構造を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る太陽光発電パネルの融雪構造は、周囲がフレームによって保持され、且つ、斜めに傾けて設置された太陽光発電パネルの表面に積もった雪を融雪する太陽光発電パネルの融雪構造であって、前記太陽光発電パネルの周囲を保持するフレームの少なくとも下辺に位置するフレーム構成部に線状ヒータが取り付けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、フレームの周囲のうち、該フレームの少なくとも下辺に位置するフレーム構成部に線状ヒータが取り付けられているので、太陽光発電パネルの下側から加熱され、太陽光発電パネルの表面に積もった雪が太陽光発電パネルの下側で融雪され、積もった雪が順次に下側に滑雪し、滑雪した雪が太陽光発電パネルの下側で融雪される作用を繰り返すことにより、積もった雪を順次滑らせて除去又は略除去することができる。その結果、フレームの下辺を構成するフレーム構成部だけを加熱すれば、積もった雪を融雪と滑雪とを繰り返して除去又は略除去することができるので、省電力化することができる。

本発明に係る太陽光発電パネルの融雪構造において、前記フレームは、該フレームの周方向に延びる溝を有し、前記線状ヒータが前記溝に取り付けられている。

この発明によれば、線状ヒータが溝に取り付けられているので、線状ヒータとフレームとの接触面積をより大きくすることができ、線状ヒータの熱を効率よくフレーム伝熱させることができる。

本発明に係る太陽光発電パネルの融雪構造において、前記線状ヒータにはアルミニウム箔が貼り合わされており、前記線状ヒータが前記下辺に位置する前記フレーム構成部に直接又は前記アルミニウム箔を介して取り付けられている。

この発明によれば、線状ヒータにはアルミニウム箔が貼り合わされ、線状ヒータがフレームに直接又はアルミニウム箔を介してフレームに取り付けられているので、伝熱効率の高いアルミニウム箔が線状ヒータの熱を逃がすことなく効率的にフレームに伝熱させることができる。

本発明に係る太陽光発電パネルの融雪構造において、前記線状ヒータの外周面は絶縁材料で被覆され、且つ前記アルミニウム箔の表面に融着されるか、又は２枚の前記アルミニウム箔により挟み込まれている。

この発明によれば、線状ヒータの外周面は絶縁材料で被覆され、且つアルミニウム箔の表面に融着される場合に、線状ヒータとアルミニウム箔との接触部分で線状ヒータの熱をアルミニウム箔に効率よく伝熱せることができる。また、線状ヒータが２枚のアルミニウム箔により挟み込まれている場合には、線状ヒータの熱を外部に逃がすことなくアルミニウム箔に効率的に伝熱させることができる。

本発明に係る太陽光発電パネルの融雪構造において、前記太陽光発電パネルの背面側には、前記線状ヒータの熱が前記背面側の所定範囲の外に放熱されてしまうことを抑制する断熱材が設けられている。例えば、前記断熱材は、該太陽光発電パネルの背面を覆う形態で前記フレームに保持されているように構成したり、前記線状ヒータは、前記フレームの少なくとも下辺に位置するフレーム構成部の内側に取り付けられ、前記断熱材は、前記フレーム構成部の内面を覆う形態で取り付けられるように構成したりするとよい。

この発明によれば、太陽光発電パネルの背面側には、断熱材が、太陽光発電パネルの背面を覆う形態でフレームに保持されたり、線状ヒータが取り付けられたフレーム構成部の内面を覆う形態で取り付けられたりしているので、太陽光発電パネルと断熱材との間及びフレーム構成部と断熱材との間に暖められた空気の層を形成することができ、太陽光発電パネルを効率よく暖めることができる。

本発明に係る太陽光発電パネルの融雪構造によれば、太陽光発電パネルの表面に積もった雪を省電力で融雪することができる。

本発明に係る太陽光発電パネルの融雪構造が適用される太陽光発電パネルが設置される態様を示す説明図である。 （Ａ）は、本発明に係る太陽光発電パネルの融雪構造が適用される太陽光発電パネル及びフレームの平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。 第１の線状ヒータの取り付け形態を説明するためのフレームの断面図である。 フレームに形成された溝の形態を示す説明図である。 第２の取り付け形態を説明するためのフレームの断面図である。 第３の取り付け形態を説明するためのフレームの断面図である。 その他の取り付け形態を説明するためのフレームの断面図である。 その他の取り付け形態を説明するためのフレームの断面図である。 図３から図８とは異なる形態で断熱材を取り付けた形態を説明するためのフレームの断面図である。 線状ヒータの一例の構造を示す斜視図である。 太陽光発電パネルの傾斜角及び保持部のアーム板の形状と滑雪の関係を説明するための説明図である。 温度上昇の確認テストに用いたテストサンプルのフレーム、太陽光発電パネルの一部及び断熱材の一部の断面図である。 線状ヒータに８０ワットの電力を印加したときの各温度測定部分における温度上昇の大きさを示すグラフである。 線状ヒータに印加した電力と各温度測定部分における温度上昇の大きさとの関係を示すグラフである。 太陽光発電パネルの表面のサーモグラフィ画像を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態及び図面に記載した形態と同じ技術的思想の発明を含むものであり、本発明の技術的範囲は実施形態の記載や図面の記載のみに限定されるものでない。

［基本構成］
本発明に係る太陽光発電パネル１の融雪構造は、周囲がフレーム１０によって保持され、且つ、斜めに傾けて設置された太陽光発電パネル１の表面に積もった雪を融雪するための構造である。この太陽光発電パネル１の融雪構造は、太陽光発電パネル１を保持するフレーム１０の周囲のうち、フレーム１０の少なくとも下辺に位置するフレーム構成部１０ｂに線状ヒータ２０が取り付けられている。線状ヒータ２０は太陽光発電パネルの下側から加熱し、太陽光発電パネルの表面に積もった雪を太陽光発電パネルの下側で融雪し、積もった雪を順次に下側に滑雪させることができる。滑雪した雪は太陽光発電パネルの下側で融雪される作用を繰り返すことになり、積もった雪が順次滑って除去又は略除去される。その結果、フレームの下辺を構成するフレーム構成部だけを加熱すれば、積もった雪を融雪と滑雪とを繰り返して除去又は略除去することができるので、省電力化することができるという特有の効果を奏する。なお、「略除去」とは、完全に除去されないことも含む意味である。

［太陽光発電パネルの設置形態］
太陽光発電パネル１の設置場所は特に限定されないが、山の斜面、田園、畑、ビル、家屋、建物以外の構造物などを挙げることができる。図１は、家屋の屋根３の上に設置された例を示している。太陽光発電パネル１は、太陽光ができるだけ多く照射されるように、表面が斜めに傾くようにして設置される。太陽光発電パネル１は、その周囲を保持するフレーム１０が、例えば、屋根３の上に固定されることにより設置される。

［フレーム形状の概要］
フレーム１０の形状は特に限定されないが、例えば、図２（Ａ）に示すように、外形が四角形のものがあってもよい。フレーム１０は、４つのフレーム構成部１０ａ（左辺），１０ｂ（下辺），１０ｃ（右辺），１０ｄ（上辺）で構成された例である。このフレーム１０が太陽光発電パネル１の４方向の周囲を囲んで太陽光発電パネル１の周縁部を保持している。このフレーム１０は、図２（Ｂ）に示すように、内周壁１１、外周壁１２、パネル保持部１３及び底面部１６により構成されている。外周壁１２は、フレーム１０の最も外側の位置で、フレーム１０の高さ方向に平面状に延びる構成部である。内周壁１１は、外周壁１２の内側に位置し、外周壁１２と平行をなして設けられている。外周壁１２と内周壁１１とは、上部がパネル保持部１３の一部で連結されると共に、下部が底面部１６の一部で連結されている。

パネル保持部１３は、外周壁１２の上部で上下に並ぶアーム板１４，１５を有している。このアーム板１４，１５はフレーム１０の内側に向けて平行をなして一定の長さだけ延びている。パネル保持部１３は、太陽光発電パネル１を保持する構成部分であり、太陽光発電パネル１の周縁をアーム板１４，１５の間に挿入させることによって、太陽光発電パネル１を保持している。一方、底面部１６は、外周壁１２の下端からフレーム１０の内側に向けて一定の長さだけ延びている。断熱材２を設ける場合、この底面部１６は、必要に応じて、太陽光発電パネル１側で太陽光発電パネル１と一定の間隔を開けて断熱材２を保持してもよい。断熱材２は、線状ヒータ２０の熱を、太陽光発電パネル１の背面側の所定範囲の外に放熱してしまうことを抑制している。すなわち、断熱材２は、線状ヒータ２０の熱が断熱材２よりも外側に移動して熱が逃げてしまうのを抑制している。そのため、太陽光発電パネル１と断熱材２との間には空気の層が形成されており、太陽光発電パネル１は裏面側から暖められる。

フレーム１０の材料は、特に限定されないが、アルミニウムとすることが好ましい。アルミニウムでフレーム１０を形成した場合、後述する線状ヒータ２０の熱を効率よく伝熱させることができる。

［線状ヒータの取り付け形態］
線状ヒータ２０は、フレーム１０の外周壁１２と内周壁１１のどちからか一方、又は両方に取り付けられる。以下では、線状ヒータ２０がフレーム１０に取り付けられる種々の形態を説明する。なお、以下では、フレーム１０に溝３０が形成された形態について説明しているが、溝３０の形成は任意である。また、溝３０が設けられていないフレーム１０に対しても本発明を好ましく適用することができる。また、線状ヒータ２０は、後述する各種のヒータ線を任意に選択して用いることができる。また、線状ヒータ２０は、フレーム１０のみに取り付けることが好ましい。特に、フレーム１０を構成するフレーム構成部１０ａ（左辺），１０ｂ（下辺），１０ｃ（右辺），１０ｄ（上辺）のうち、下辺を構成しているフレーム構成部１０ｂのみに取り付けることが好ましい。

（第１の取り付け形態）
第１の取り付け形態では、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、線状ヒータ２０が内周壁１１の内面に取り付けられている。この形態は、内周壁１１の内面に溝３０がある形態であり、線状ヒータ２０をその溝３０に接着剤やはめ込み等で取り付ける形態である。溝３０の形態は特に限定されないが、図４の例では２条形成されている。２条の溝３０は、内周壁１１の高さ方向に一定の間隔を空けて、太陽光発電パネル１の周方向に延びるように形成することができる。

各溝３０は、図４（Ａ）に示すように、周方向に直線状に延びる形態に形成してもよいし、図４（Ｂ）に示すように、高さ方向に蛇行させつつ周方向に延びる形態に形成してもよい。図４（Ａ）に示した溝３０ａは、フレーム１０の上下方向に並べられており、太陽光発電パネル１の周方向に直線状に延びている。一方、図４（Ｂ）に示した溝３０ｂは、フレーム１０の高さ方向に一定の間隔を空けて、高さ方向に蛇行して周方向に延びている。フレーム１０に溝３０を形成することにより、溝３０を形成しない場合に比べて線状ヒータ２０とフレーム１０との接触面積をより一層大きくすることができる。そのため、線状ヒータ２０の熱をフレーム１０に効率よく伝熱させることができる。特に、図４（Ｂ）に示すように、フレーム１０の高さ方向に蛇行させつつ周方向に延びる形態に溝３０ｂを形成した場合、線状ヒータ２０とフレーム１０との接触面積を大きくすることができ、熱を効果的にフレーム１０に伝熱することができる。なお、図４には、フレーム１０を構成する周壁の内面に２条の溝３０を形成した例を示しているが、溝３０は、１条だけ形成してもよいし、３条以上形成してもよい。

図３（Ａ）に示した取り付け形態では、線状ヒータ２０の外周面には１枚のアルミニウム箔２１が接着剤等で貼り合わされている。そのため、線状ヒータ２０が各溝３０に取り付けられると共に、各線状ヒータ２０は、アルミニウム箔２１で覆われる形態でフレーム１０の内周壁１１に貼り合わされている。そのため、この形態では、溝３０に取り付けられた線状ヒータ２０がフレーム１０に直接伝熱すると共に、アルミニウム箔２１を介してフレーム１０に伝熱している。線状ヒータ２０の熱は、伝熱し易いアルミニウム箔２１に伝わり、そのアルミニウム箔２１からフレーム１０に伝わるので、外に逃げることが抑制される。なお、アルミニウム箔２１は伝熱し易いので、溝３０はなくてもよい。

第１の取り付け形態では、図３（Ｂ）に示すように、線状ヒータ２０を２枚のアルミニウム箔２１，２２で挟み込んで内周壁１１に取り付けてもよい。この形態では、線状ヒータ２０は内周壁１１側に配置されたアルミニウム箔２２を介して各溝３０に取り付けられると共に、各線状ヒータ２０は、アルミニウム箔２１で覆われる形態でフレーム１０の内周壁１１に貼り合わされている。内周壁１１側のアルミニウム箔２２は、内周壁１１に密接されている。そのため、図３（Ｂ）に示した形態では、溝３０に取り付けられた線状ヒータ２０が内周壁１１側のアルミニウム箔２２を介してフレーム１０に伝熱すると共に、もう１枚のアルミニウム箔２１に伝熱した熱が内周壁１１側のアルミニウム箔２２を介してフレーム１０に伝熱している。線状ヒータ２０の熱は、伝熱し易いアルミニウム箔２１に伝わり、そのアルミニウム箔２１からフレーム１０に伝わるので、外に逃げることが抑制される。なお、アルミニウム箔２１は伝熱し易いので、溝３０はなくてもよい。

この太陽光発電パネル１の融雪構造では、太陽光発電パネル１の背面側に太陽光発電パネル１から一定の間隔を開けて断熱材２が配置されていてもよい。そうすることにより、太陽光発電パネル１の背面側では、暖められた熱が所定範囲、すなわち、断熱材２により外部への放熱（熱が移動して逃げること）が抑制され、太陽光発電パネル１の全体を太陽光発電パネル１の背面側から暖めることができる。この作用は、第１の取り付け形態だけでなく、以下に説明する第２の取り付け形態、第３の取り付け形態及びその他の取り付け形態についても同様である。

（第２の取り付け形態）
第２の取り付け形態では、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、線状ヒータ２０が外周壁１２の外面に取り付けられている。この取り付け形態は、外周壁１２の外面に溝３０を形成し、線状ヒータ２０をこの溝３０に接着剤やはめ込み等で取り付ける形態である。この第２の取り付け形態は、線状ヒータ２０が外周壁１２に取り付けられるか内周壁１１に取り付けられるかが異なるだけであり、基本的な構成は第１の取り付け形態と同様である。溝３０の構成も、図４に示した形態の溝３０ａ，３０ｂ及び上述した説明文のものと同様である。

図５（Ａ）に示した取り付け形態では、線状ヒータ２０の外周面には１枚のアルミニウム箔２１が接着剤等で貼り合わされている。そのため、線状ヒータ２０が各溝３０に取り付けられると共に、各線状ヒータ２０は、アルミニウム箔２１で覆われる形態でフレーム１０の外周壁１２に貼り合わされている。一方、図５（Ｂ）に示すように、線状ヒータ２０を２枚のアルミニウム箔２１，２２で挟み込んで外周壁１２に取り付けてもよい。この形態では、線状ヒータ２０は外周壁１２側に配置されたアルミニウム箔２２を介して各溝３０に取り付けられると共に、各線状ヒータ２０は、アルミニウム箔２１で覆われる形態でフレーム１０の外周壁１２に貼り合わされている。

図５（Ａ）に示した取り付け形態では、溝３０に取り付けられた線状ヒータ２０がフレーム１０に直接伝熱すると共に、アルミニウム箔２１を介してフレーム１０に伝熱している。一方、図５（Ｂ）に示した取り付け形態では、溝３０に取り付けられた線状ヒータ２０が外周壁１２側のアルミニウム箔２２を介してフレーム１０に伝熱すると共に、もう１枚のアルミニウム箔２１に伝熱した熱が外周壁１２側のアルミニウム箔２２を介してフレーム１０に伝熱している。

（第３の取り付け形態）
図６の第３の取り付け形態に示すように、線状ヒータ２０がフレーム１０の内周壁１１の内面及び外周壁１２の外面の両方に取り付けられていてもよい。図６は、内周壁１１に２本の線状ヒータ２０が取り付けられると共に、外周壁１２に１本の線状ヒータ２０が取り付けられている例を示している。ただし、この取り付け形態では、内周壁１１に取り付けられる線状ヒータ２０と、外周壁１２に取り付けられる線状ヒータ２０とは、必要に応じた数だけ設ければよい。例えば、内周壁１１と外周壁１２の両方に線状ヒータ２０を１本だけ設けたり、内周壁１１に線状ヒータ２０を１本だけ設け、外周壁１２に線状ヒータ２０を複数設けたりしてもよい。また、内周壁１１と外周壁１２の両方に複数の線状ヒータ２０をそれぞれ設けてもよい。内周壁１１と外周壁１２の両方に複数の線状ヒータ２０を設ける場合、同じ数の線状ヒータ２０を各壁面に設けたり、異なる数の線状ヒータ２０を内周壁１１や外周壁１２に設けたりしてもよい。

図６に示した取り付け形態では、内周壁１１に取り付けられた線状ヒータ２０及び外周壁１２に取り付けられた線状ヒータ２０には、１枚のアルミニウム箔２１が接着剤等で貼り合わされている。ただし、この取り付け形態では、内周壁１１と外周壁１２に取り付けられた線状ヒータ２０のどちらか一方の線状ヒータ２０だけに１枚のアルミニウム箔２１を貼り合わせてもよいし、他方の線状ヒータ２０には２枚のアルミニウム箔２１，２２で挟み込んで構成してもよい。また、この取り付け形態では、内周壁１１及び外周壁１２の両方に取り付けられた線状ヒータ２０を２枚のアルミニウム箔２１，２２で挟み込んで構成してもよい。

（その他の取り付け形態）
線状ヒータ２０は、例えば、図７に示すように、アルミニウム箔２１，２２が貼り合わされていない線状ヒータ２０であってもよく、取り付け形態は、そうした線状ヒータ２０をフレーム１０に取り付けたものであってもよい。フレーム１０の内周壁１１には３条の溝３０が形成されており、線状ヒータ２０が各溝３０に直接取り付けられている。この場合、線状ヒータ２０を溝３０に取り付ける手段は特に限定されないが、接着剤等の固定手段を好ましく挙げることができる。図７は、内周壁１１に３条の溝３０を形成した場合を例に示しているが、溝３０の数は、１条、２条又は４条以上形成してもよい。また、図７は、線状ヒータ２０を内周壁１１に取り付けた場合を例に示しているが、線状ヒータ２０を外周壁１２に取り付けたり、内周壁１１及び外周壁１２の両方に取り付けたりしてもよい。さらに、上記の各形態では、線状ヒータ２０をフレーム１０の内周壁１１や外周壁１２に取り付ける形態を示しているが、フレーム１０の構造形態によっては、パネル保持部１３に設けても構わない。例えば、図３等に示すパネル保持部１３のいずれかの部位（アーム板１４，１５であってもよい。）に設けてもよい。

また、線状ヒータ２０は、例えば、図８に示すように、フレーム１０に溝３０を形成しないで、線状ヒータ２０をフレーム１０の内周壁１１の内面又は外周壁１２の外面に取り付けてもよい。この取り付け形態では、線状ヒータ２０を外周壁１２の外面に接触させ、外側からアルミニウム箔２１を、接着剤等を介して被せる形態により、線状ヒータ２０をフレーム１０の外周壁１２に取り付けている。図８は、２本の線状ヒータ２０を外周壁１２に取り付けた場合を例として示しているが、線状ヒータ２０は、１本だけ取り付けたり、３本以上取り付けたりしてもよい。また、図８は、外周壁１２に線状ヒータ２０を取り付けている場合を例に示しているが、線状ヒータ２０を内周壁１１の内面に取り付けてもよい。また、図８は、線状ヒータ２０に１枚の平らなアルミニウム箔２１を融着した場合を例に示しているが、線状ヒータ２０を２枚のアルミニウム箔２１，２２で挟み込んで用いてもよい。

以上、太陽光発電パネル１の裏側で、太陽光発電パネル１と一定の間隔を開けてフレーム１０に形成された底面部１６で断熱材２を保持した形態について説明したが、断熱材２Ａは、図９に示すように取り付けてもよい。図９の取り付け形態は、線状ヒータ２０がフレーム構成部１０ｂの内側に取り付けられると共に、断熱材２Ａがフレーム構成部１０ｂの内面を覆う形態で取り付けられた形態である。具体的に、この取り付け形態では、線状ヒータ２０の外周面には１枚のアルミニウム箔２２が接着剤等で貼り合わされている。アルミニウム箔２２はフレーム構成部１０ｂの内周壁１１の内面に貼り合わされており、線状ヒータ２０は、アルミニウム箔２２を介して各溝３０に取り付けられている。断熱材２Ａは、内周壁１１から一定の距離だけ離れた位置に設けられている。具体的に、断熱材２Ａは、内周壁１１に対して平行をなし、内周壁１１の長さ方向と高さ方向を覆う形態で取り付けられている。図９に示す例の断熱材２Ａは、内周壁１１に対向している面に凹部５が形成されている。凹部５が形成されている位置は、線状ヒータ２０の位置に対応している。ただし、凹部５は必ずしも設けなくてもよい。この取り付け形態では、線状ヒータ２０の熱が、断熱材２Ａよも外側に移動して逃げることが抑制され、所定範囲、すなわち、内周壁１１と断熱材２Ａとの間に止められる。そのため、断熱材２Ａと内周壁１１との間に加熱された空気の層が形成され、太陽光発電パネル１が暖められる。

［線状ヒータ］
線状ヒータ２０は、種々の構成のヒータ線を用いることができる。線状ヒータ２０としては、例えば、図１０に示すフッ素樹脂被覆ヒータ線が用いられる。このフッ素樹脂被覆ヒータ線は、芯糸２６に抵抗線２７をスパイラル状に巻き付け、周囲を絶縁材料としてのフッ素樹脂２８で絶縁処理したヒータ線である。フッ素樹脂被覆ヒータ線は、細径で、耐熱、機械強度、耐薬品性に優れ、採暖や保温等幅広い用途に用いられるヒータ線である。

線状ヒータ２０は、フッ素樹脂被覆ヒータ線の他にも、例えば、シリコンゴム被覆ヒータ線、塩化ビニル被覆ヒータ線、及び一線式ヒータ線等を用いてもよい。シリコンゴム被覆ヒータ線は、シリコンゴムで被覆され耐熱、柔軟性に優れ、採暖や加温等幅広い用途に用いられるヒータ線である。このシリコンゴム被覆ヒータ線は、芯糸２６に抵抗線２７をスパイラル状に巻き付け、シリコンゴムで絶縁処理したヒータ線である。塩化ビニル被膜ヒータ線は、コストパフォーマンスと加工性に優れ、採暖、結露防止等幅広い用途に用いられる。塩化ビニル被膜ヒータ線は、芯糸２６に抵抗線２７をスパイラル状に巻き付け、耐熱塩化ビニル樹脂で絶縁処理したヒータ線である。一線式ヒータ線は、温度検出と安全保護素子を兼ね備えた安全・安心なヒータ線であり、広範囲の採暖用途に用いられている。一線式ヒータ線は、芯糸２６に抵抗線２７（発熱線）をスパイラル状に巻き付け、さらに中間層を成形し、抵抗線２７（検知線）を巻き付け、その後に、塩化ビニル樹脂で絶縁被覆したヒータ線である。

［太陽光発電パネルの傾斜角及び保持部のアーム板の形状と滑雪の関係］
以上説明した太陽光発電パネル１の融雪構造を用いて、表面に積もった雪を効果的に融雪するためには、表面に積もった雪が斜め下側に向かって滑雪することが好ましい。表面に積もった雪が滑雪するかどうかは、太陽光発電パネル１の傾斜角θ２及びパネル保持部１３の上側のアーム板１４の先端の角度θ１の影響を受ける。図１１は、太陽光発電パネル１の傾斜角θ２及びパネル保持部１３の上側のアーム板１４の先端の角度θ１形状が、表面に積もった雪の滑雪にどのように影響を与えるかを説明するために示している。

図１１（Ａ）は、角度θ１が３０°である場合に、傾斜角θ２が雪の滑雪に影響を与える程度を説明するために示した図である。角度θ１が３０°である場合、傾斜角θ２を１０°から１０°ずつ大きくしたとき、傾斜角θ２が１０°及び２０°で、雪が太陽光発電パネル１の表面から滑雪せず残留する。これに対し、傾斜角θ２が３０°であるとき、雪が太陽光発電パネル１の表面を滑雪する。そのため、線状ヒータ２０が設けられたフレーム１０の下辺に位置するフレーム構成部１０ｂ側に雪が集められる。その結果、下辺のフレーム構成部１０ｂの位置で融雪して雪を除去又は略除去し、上側に積もった雪を下側に滑雪させて融雪して除去又は略除去すること繰り返して効果的に雪を除去又は略除去することができる。

図１１（Ｂ）は、角度θ１が２０°である場合に、傾斜角θ２が雪の滑雪に影響を与える程度を説明するために示した図である。角度θ１が２０°である場合、傾斜角θ２を１０°から１０°ずつ大きくしたとき、傾斜角θ２が１０°では、雪が太陽光発電パネル１の表面から滑雪せずに残留する。これに対し、傾斜角θ２が２０°以上に傾くと、雪が太陽光発電パネル１の表面を滑雪する。そのため、線状ヒータ２０が設けられたフレーム１０の下辺に位置するフレーム構成部１０ｂ側に雪が集められる。その結果、下辺のフレーム構成部１０ｂの位置で融雪して雪を除去又は略除去し、上側に積もった雪を下側に滑雪させて融雪して除去又は略除去すること繰り返して効果的に雪を除去又は略除去することができる。

図１１（Ｃ）は、パネル保持部１３を構成している上側のアーム板１４の先端の角度θ１が１０°である場合に、太陽光発電パネル１の傾斜角θ２が雪の滑雪に影響を与える程度を説明するために示した図である。上側のアーム板１４の先端の角度θ１が１０°である場合、傾斜角θ２を１０°に傾けたときに、雪が太陽光発電パネル１の表面を滑雪する。そのため、線状ヒータ２０が設けられたフレーム１０の下辺に位置するフレーム構成部１０ｂに雪が集められ。その結果、下辺のフレーム構成部１０ｂの位置で融雪して雪を除去又は略除去し、上側に積もった雪を下側に滑雪させて融雪して除去又は略除去すること繰り返して効果的に雪を除去又は略除去することができる。

以上のことから、太陽光発電パネル１が設置されたときの傾斜の程度に応じて、フレーム１０のパネル保持部１３を構成している上側のアーム板１４の先端の角度θ１を適宜に設定することにより、太陽光発電パネル１の表面に積もった雪を加熱、融雪、滑雪、除去又は略除去のサイクルを行って効果的に除去又は略除去することができる。

［温度上昇の確認テスト］
本発明に係る太陽光発電パネル１の融雪構造を用いて太陽光発電パネル１の温度上昇の確認テストを行った。確認テストは、図１２に示したテストサンプルを製作して行った。テストサンプルの構成は、図３（Ｂ）に示したものと同様である。テストの方法は、テストサンプルをマイナス２０℃（−２０℃）の環境試験室に設置し、線状ヒータ２０に印加する電力を上昇させ、太陽光発電パネル１の表面温度及び裏面温度を測定することにより行った。

テストサンプルは、アルミニウム製のフレーム１０で太陽光発電パネル１の周縁を保持した。フレーム１０は高さｈが４０ｍｍ、パネル保持部１３の上側のアーム板１４の幅ｄが１０ｍｍ、底面部１６の幅ｗが３５ｍｍである。線状ヒータ２０は２本用い、２本の線状ヒータ２０を２枚のアルミニウム箔２１，２２で挟み込み、フレーム１０のない周壁の内面に取り付けた。線状ヒータ２０は、ガラス撚糸からなる芯糸２６の周りに線径０．１０ｍｍの抵抗線２７（銅合金、銅ニッケル）をスパイラル状に巻回し、その外周を塩化ビニル樹脂で被覆してなる外径２．５０ｍｍの塩化ビニル被覆ヒータ線（定格ＡＣ１００Ｖ，１００Ｗ）を用いた。また、太陽光発電パネル１の裏側には、一定の距離を隔てて断熱材２を配置した。断熱材２の厚さｔは１０ｍｍである。また、テストサンプルを−２０℃の環境試験室に設置する際、太陽光発電パネル１を２０°に傾斜させた。

温度の測定は、日本アビオニクス株式会社製のＧ１００型の赤外線サーモグラフィカメラを用い、太陽光発電パネル１の上部、中央部及び下部の表面温度及び裏面温度を測定すると共に下辺を構成するフレーム１０構成部の表面温度及び裏面温度を測定した。また、Ｓｈａｎｄｏｉｎｇ Ｌｉｎｕｏ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ社製のＬＮ２６０（３０）Ｐ−３−ＸＸＸ型の太陽電池モジュールを用い、太陽光発電パネル１のサーモグラフィを観測した。

図１３は、線状ヒータ２０に８０ワットの電力を印加したときに、当初の温度に対してどれだけ温度が上昇したかを示すグラフである。図１３の縦軸は、測定部分を表し、図１３の横軸は温度上昇を表している。また、各測定部において、白抜きの棒グラフは、表面温度を表し、内側にハッチングを記載した棒グラフは裏面温度を示している。図１３に示すように、太陽光発電パネル１の上部、及び上部と中央部との中間部分では、表面及び裏面の両方とも１℃程度の温度上昇を測定することができた。太陽光発電パネル１の中央部では、表面及び裏面の両方とも１．６℃程度の温度上昇を測定することができた。太陽光発電パネル１の中央部と下部との中間部では、表面が２．４℃程度の温度上昇を測定することができ、裏面がそれよりも若干大きな温度上昇を測定することができた。太陽光発電パネル１の下部では、表面が７．４℃程度の温度上昇を測定することができ、裏面がそれよりも若干大きな温度上昇を測定することができた。そして、フレーム１０の下辺を構成しているフレーム構成部１０ｂでは、表面及び裏面の両方とも、２８．９℃の温度上昇を測定することができた。

図１４は、線状ヒータ２０に印加する電力の大きさと、太陽光発電パネル１の表面における上部、中央部及び下部、並びにフレーム１０の下辺を構成しているフレーム構成部１０ｂの温度上昇の関係を示したグラフである。図の縦軸は温度上昇を表し、横軸は線状ヒータ２０に印加する電力を表している。また、グラフの「□」は太陽光発電パネル１の上部、「△」は太陽光発電パネル１の中央部、「○」は太陽光発電パネル１の下部、「＋」はフレーム１０の下辺を構成しているフレーム構成部１０ｂをそれぞれ表している。

図１４に示すように、線状ヒータ２０に印加する電力が大きくなるにしたがって、太陽光発電パネル１の表面における上部、中央部及び下部、並びにフレーム１０の下辺を構成しているフレーム構成部１０ｂの温度上昇も大きくなっている。太陽光発電パネル１の表面では、下部の温度上昇が上部や中央部の温度上昇よりも大幅に際だって大きくなっている。また、フレーム１０の下辺を構成しているフレーム構成部１０ｂの温度上昇は、太陽光発電パネル１の温度上昇に比べて際だって大きくなっている。この測定結果から、線状ヒータ２０に印加する電力が１００ワットである場合、下辺を構成しているフレーム構成部１０ｂの温度上昇は、約３０℃であると推定することができる。

図１５は、太陽光発電パネル１の表面のサーモグラフィの画像を示している。図１５（Ａ）は、線状ヒータ２０に２６．７ワットの電力を印加したときの画像を示し、図１５（Ｂ）は、線状ヒータ２０に４０．５ワットの電力を印加したときの画像を示し、図１５（Ｃ）は、線状ヒータ２０に８０．５ワットの電力を印加したときの画像を示している。図１５から明らかなように、線状ヒータ２０に印加する電力を大きくするにしたがって、太陽光発電パネル１の表面温度が上昇していることがわかる。とりわけ、太陽光発電パネル１の下部の表面温度が際立っている。

以上のテスト結果から、本発明に係る太陽光発電パネル１の融雪構造を用いた場合、太陽光発電パネル１の下側から表面に積もった雪を融雪し、表面の上側に積もった雪を下側に滑雪させ、滑雪した雪を太陽光発電パネル１の下側で融雪する作用が繰り返し行われることにより、太陽光発電パネル１の表面に積もった雪を除去又は略除去することができる。特に、本発明に係る太陽光発電パネル１の融雪構造の好ましい形態では、線状ヒータ２０がフレーム１０を構成している下辺のフレーム構成部１０ｂのみに取り付けられている。そのため、太陽光発電パネル１の表面に積もった雪が下辺のフレーム構成部１０ｂの近傍で融雪される。下辺のフレーム構成部１０ｂの近傍で融雪された後、融雪された部分よりも上側に積もった雪が構成部１０ｂ側に滑り落ちてくる。構成部１０ｂ側に滑雪した雪は、下辺のフレーム構成部１０ｂの近傍で融雪される。本発明に係る太陽光発電パネル１の融雪構造では、積もった雪を加熱、融雪、滑雪、除去又は略除去というサイクルが繰り返されることにより太陽光発電パネル１の表面に積もった雪を効果的に除去又は略除去することができる。

１ 太陽光発電パネル
２，２Ａ 断熱材
３ 屋根
５ 凹部
１０ フレーム
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ フレーム構成部
１１ 内周壁
１２ 外周壁
１３ パネル保持部
１４，１５ アーム板
１６ 底面部
２０ 線状ヒータ
２１，２２ アルミニウム箔
２６ 芯糸
２７ 抵抗線
２８ フッ素樹脂
３０，３０ａ，３０ｂ 溝

Claims (5)

1. 周囲がフレームによって保持され、且つ、斜めに傾けて設置された太陽光発電パネルの表面に積もった雪を融雪する太陽光発電パネルの融雪構造であって、
   前記太陽光発電パネルの周囲を保持する前記フレームを構成するフレーム構成部のうち傾斜させたときに下辺に位置する下辺のフレーム構成部だけに線状ヒータが取り付けられており、前記下辺のフレーム構成部は、該下辺のフレーム構成部の外周壁の外面及び内周壁の内面の一方又は両方の周方向に延びる溝を有し、前記線状ヒータが前記溝に取り付けられており、前記線状ヒータはアルミニウム箔で覆われる形態で前記外周壁又は前記内周壁に貼り合わされている、ことを特徴とする太陽光発電パネルの融雪構造。
2. 前記線状ヒータの外周面は絶縁材料で被覆されている、請求項１に記載の太陽光発電パネルの融雪構造。
3. 前記太陽光発電パネルの背面側には、前記線状ヒータの熱が前記背面側の所定範囲の外に放熱することを抑制する断熱材が設けられている、請求項１又は２に記載の太陽光発電パネルの融雪構造。
4. 前記断熱材は、前記太陽光発電パネルの背面を覆う形態で前記フレームで保持されている、請求項３に記載の太陽光発電パネルの融雪構造。
5. 前記線状ヒータは、前記下辺のフレーム構成部の内周壁に取り付けられ、前記断熱材は、前記フレーム構成部の内面を覆う形態で取り付けられている、請求項３に記載の太陽光発電パネルの融雪構造。

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