JPH07240532A

JPH07240532A - 太陽電池装置

Info

Publication number: JPH07240532A
Application number: JP6030297A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Minamino; 康幸南野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【目的】きわめて簡便な構成で、かつ太陽光エネルギ
ーの有効活用をしながら、常に太陽電池の温度上昇を防
止するように強制冷却が可能な優れた太陽電池装置を提
供すること。【構成】太陽電池１の出力回路と、太陽電池１の温度
上昇を防止する冷却手段の作動回路３とを、逆流防止ダ
イオード２を介して直列接続して成り、かつ太陽電池１
の出力でもって作動回路３を動作せしめ、冷却手段を動
作させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はファン、バルブ等の作動
回路を用いて太陽電池の温度上昇を防止するのに好適な
太陽電池装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図４に示すような強制空冷シ
ステムを設けた太陽電池冷却装置Ｓ４が用いられてい
る。この太陽電池出力回路Ｐ４は、太陽電池モジュール
（以下、太陽電池）５１と、これに接触させた温度セン
サＴＳと、負荷Ｈや蓄電池Ｂに出力を供給するための陽
極（以下、＋），陰極（以下、−）外部出力端子５３，
５４、と、太陽電池５１の陽極側に設けた逆流防止ダイ
オード５２等から構成され、太陽電池５１の近傍に強制
空冷システムＣ４を設けている。

【０００３】ここで、強制空冷システムＣ４は、交流電
源５５によりモーター５６を駆動せしめてファン５７を
回転させて太陽電池５１を空冷するものであり、モータ
ー５６の作動は温度センサＴＳからの出力信号に基づい
て電源５５とモーター５６との間に設けたスイッチ５８
を開閉することによって行う。

【０００４】太陽電池５１に強い太陽光が入射すると、
一般的な太陽電池の光電変換効率は通常十数％程度でな
ので、入射太陽光エネルギーの大部分は熱エネルギーと
なって、太陽電池５１の温度上昇をもたらす。太陽電池
の温度が上昇すると、一般に太陽電池の光電変換効率は
低下し、その出力も減少する。

【０００５】例えば多結晶Ｓｉ太陽電池の場合、出力特
性は下記（１）式のごとくに表される。Ｐm(t)＝Ｐm(Ｌ／1000)(１＋ａ (ｔ−25)) ・・・（１）ここで、Ｐm(t) ; 太陽電池の温度がt ℃の場合の最大出力 W Ｐm ; 標準試験条件 (太陽電池の温度が25 ℃ ,日
射強度が1000 W/m², エアマスが1.5)での最大出力 W Ｌ ; 日射強度 W/m² ａ ; 温度係数 ℃^-1 ｔ ; 太陽電池の温度 ℃ 通常、温度係数ａは-0.0051 ℃^-1 であるので、太陽電
池の温度が25 ℃ の場合を基準に、太陽電池の温度が
1 ℃ 上昇すれば、その出力は0.51 ％低下し、逆
に 1 ℃ 下降すれば、その出力は0.51 ％増大する
ことになる。

【０００６】このため、従来から図４に示すように、太
陽電池出力回路Ｐ４とは別に独立した強制冷却システム
Ｃ４を設け、太陽電池５１の温度が上昇した場合にファ
ン５７を回転させ、これにより太陽電池５１の温度を下
げてその出力を増大させようとする試みがなされてき
た。そして、（１）式から明らかなように、最大出力Ｐ
m(t)は日射強度Ｌによって大きく増減し、太陽電池５１
の温度ｔも日射強度Ｌによって上昇程度が大きく左右さ
れるので、日射強度Ｌ、温度ｔの上昇の程度、及び最大
出力Ｐm(t)が小さいときに、無駄にモーター５６等が動
作しないように、スイッチ５８や温度センサＴＳ等が設
けられてきた。

【０００７】また、太陽電池の温度上昇は夏期の日射強
度の強い場合などには、太陽電池の表面温度は６０℃以
上にもなり、多結晶Ｓｉ太陽電池の場合、その変換効率
は１０％以下に低下するようなことも稀ではない。そこ
で、この温度上昇を少しでも緩和させるために、太陽電
池の裏面側に放熱フィンを設けたり、冷却風路を設けた
りして放熱能力を高めるようなことが行われている。

【０００８】また、太陽電池の裏面側に水ジャケットま
たは水冷管を配設し、水冷により太陽電池の温度上昇を
防止するようにすることが、特に集光型の太陽電池装置
においては、空冷より水冷の方が一般に冷却能力が高い
ために行われてきた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ス
イッチ５８の動作を制御する温度設定が低すぎると、夏
期における外気温度が高く且つ日射強度Ｌの小さい時に
モーター５６が作動し、最大出力Ｐm(t)の増大によるエ
ネルギーゲインよりも強制冷却システムＣ４が動作する
のに必要なエネルギーロスの方が大きくなるというよう
な不都合が起こりやすかった。しかも、温度センサＴＳ
の配置や強制冷却システムＣ４の設置は太陽電池冷却装
置Ｓ４のコストを増大させるというデメリットもあっ
た。これらの不都合を無くすために、図５に示すよう
に、図４におけるスイッチ５８、温度センサＴＳ、及び
電源５５を小型太陽電池５９で置き換え、この空冷シス
テムＣ４をメインの太陽電池５１の近傍に設置する方式
も考えられる。ところが、小型太陽電池といっても太陽
電池自体は高価であり、強制冷却システムＳ５のコスト
高の原因となるし、メインの太陽電池５１に並設する必
要もあり、太陽電池５１，５９の設置面積の増大をもた
らすという新たな不都合も生じる。

【００１０】また、空気による放熱の場合、空気境膜の
伝熱係数はあまり大きくないため、充分な放熱効果を得
るためには、空気の流速を大きくさせる必要があり、こ
れを実現させるための設備が必要となったり、太陽電池
装置が大型化複雑化するといった問題が生じる。また、
上述した従来の水冷システムは、特に集光型ではない太
陽電池装置に適用しようとすると、広い太陽電池裏面全
体に水冷管を張りめぐらせる必要があり、この構築が煩
雑で設置コストもかかりすぎるため問題である。

【００１１】そこで、本発明は従来の諸問題を解消する
ため、きわめて簡便な構成で、かつ太陽光エネルギーの
有効活用をしながら、常に太陽電池の温度上昇を防止す
るように強制冷却が可能な優れた太陽電池装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の太陽電池冷却装置は、太陽電池の出力回路
と、該太陽電池の温度上昇を防止する冷却手段の作動回
路とを、逆流防止ダイオードを介して直列接続し、前記
太陽電池の出力でもって前記作動回路を動作せしめるよ
うに成した。

【００１３】

【作用】上記構成の太陽電池装置によれば、従来よりき
わめて簡便かつ安価な構成であり、しかも直接太陽電池
でもって日射強度に応じた作動回路の駆動が実現できる
ので、太陽電池の強制冷却を自動的にかつ最適に行うこ
とができる。

【００１４】特に、冷却手段が空冷装置である場合の作
動回路を太陽電池に送風するファンのモーターとする
か、あるいは冷却手段が水冷装置である場合の作動回路
を太陽電池へ送水する（例えば太陽電池受光面に直接散
水するための）電動ポンプのモーターとすることで構成
がきわめて簡便となり、装置全体を小型化することがで
きる。

【００１５】また、冷却手段が太陽電池の受光面へ噴霧
もしくは放水を行うための散水装置から成り、作動回路
が散水装置に一定水圧が加わった給水管を接続する電動
バルブの開閉に使用させるように構成すれば、水の蒸発
潜熱を有効に活用することができ、従来の太陽電池裏面
側における冷却構成と比較してかなり簡便となり、ま
た、冷却水量も太陽電池の裏面の水冷に比較してきわめ
て少量で済む。

【００１６】さらに、太陽電池受光面への散水は、受光
面上の塵埃が適宜に洗い流され、受光面の洗浄をも同時
におこなうことができる。さらにまた、水の屈折率は太
陽電池の受光面を覆う材質と空気との中間であるので受
光面上に水の膜ができると、太陽光の反射率が小さくな
り太陽光入射量が増大する。

【００１７】

【実施例】本発明に係る一実施例を詳細に説明する。ま
ず、冷却手段が空冷装置の場合について説明する。図１
に示すように、太陽電池装置Ｓ１は複数の太陽電池素子
が直列及び／又は並列接続されて成る太陽電池モジュー
ル（以下、太陽電池）１と、冷却手段（太陽電池１の近
傍に設けた電動モーター（以下、モーター）３とファン
４から成る電動ファンＦ）と、負荷Ｈや蓄電池Ｂに出力
を供給するための＋，−外部出力端子５，６、と、太陽
電池１の＋側に設けた逆流防止ダイオード２等から成
り、太陽電池出力回路Ｐ１と作動回路とが逆流防止ダイ
オード２を介して直列接続されている。そしてさらに、
蓄電池Ｂ及び負荷Ｈとの負荷側回路Ｌ１とが設けられて
いる。ここで、モーター３は太陽電池の＋側に直列接続
されており、太陽電池出力回路Ｐ１に負荷Ｈ等が接続さ
れると太陽電池１の出力により回転する。また、太陽電
池１の出力は蓄電池Ｂに蓄えられたり、負荷Ｈを作動さ
せるようにしている。

【００１８】通常、太陽電池の１素子当たりの出力電圧
は小さなものであり、多結晶Ｓｉ太陽電池の場合0.6 Ｖ
以下である。このため、外部負荷Ｈや蓄電池Ｂの充電に
必要とされる電圧 (例えば12〜200V) を得るために、太
陽電池１は多数の素子を直列に結線している。したがっ
て、太陽電池１の出力電流は単位素子の出力電流と同様
に数アンペア程度となり、モーター３には一方向の数ア
ンペア程度の電流が流れる。ここで、モーター３のトル
クＴはモーター電流Ｉに比例するが、この電流Ｉは太陽
電池１の出力電流でもあるので日射強度Ｌに比例し、ト
ルクＴは日射強度Ｌに比例して増減することになる。す
なわち、日射強度Ｌが大きく太陽電池１の温度上昇が大
きい場合には、電動ファンＦの駆動力が大きくなり、日
射強度Ｌが小さい場合には自動的に電動ファンＦの駆動
力も小さくなり過剰な冷却が防止されるのである。

【００１９】ただし、電動ファンＦを起動するのに最低
限必要な起動トルク以下に相当する電流以下の小さな太
陽電池出力電流の場合、ファンを回転させることが不可
能となり、この電流が無駄に消費されることになるの
で、なるべく起動トルクの小さなモーターを選択すると
よい。

【００２０】通常、モーターは過負荷、過印加電圧など
によって電流が過大となると、発熱によりモーター巻線
の焼損、磁石の消磁などの問題を引き起こすが、この実
施例では電流は太陽電池１で発電された出力電流以上に
はならないので、モーターを適当に選択すればこのよう
な心配は不要である。

【００２１】太陽電池の温度上昇による出力低下は、北
緯３５°付近（例えば京都）では通常の固定型設置の場
合、冬期で１０％程度、夏期で２０％程度が低下度合の
最大となる。このため、これを上記冷却手段で強制冷却
する場合に、使用するモーターはその消費電力がこれら
の最大値を少なくとも上回らないものを選定する必要が
ある。この目安としてモーターの定格出力が標準太陽電
池出力の約5 ％以下のものを使用すれば、ほぼこの目的
を達成することができる。

【００２２】すなわち、例えば出力Ｐm ＝34 V ×3 A
＝102 W の太陽電池 3枚を直列に電気結線した太陽光発
電システムに、定格出力4.5 W のモーター (標準太陽電
池出力の約1.5 ％) を設けた電動ファンを用いれば、年
間約4.5 ％の太陽光発電電力量の増加を見込むことがで
きる。

【００２３】また、このようなモーターの使用法をとる
と、かなり広いトルク領域にわたって回転数が低下しな
いので、モーターの効率はファン起動トルク電流以上の
大部分のモーター電流域で50％以上の高い効率を維持で
きるが、モーターの定格出力が標準太陽電池出力の 5％
以上になると、モーターで消費する電力が標準太陽電池
出力の10％以上になることが多くなり、太陽電池の温度
低下で得られるエネルギーゲインを上回ることが多い。

【００２４】なお、太陽電池１と作動回路とを逆流防止
ダイオードを介して直列接続されていればよく、上述の
実施例のように必ずしも＋側外部出力端子５と太陽電池
１との間に作動回路が無くともよい。また、モーターの
多数を並列接続してもよく、この場合には各モーターの
定格電圧時の停動電流値の合計が太陽電池１の短絡電流
程度とするとよい。

【００２５】次に、冷却手段が散水装置である場合につ
いて説明する。すなわち、冷却手段が太陽電池の受光面
へ噴霧もしくは放水を行うための散水装置から成り、冷
却手段の作動回路として散水装置に一定水圧が加わった
給水管を接続する電動バルブの開閉に使用させるべく構
成したもの（例えば電磁バルブ等の回路）について説明
する。図２に示すように、ガラスで覆われた受光面の大
きさ約 7 m ×3.6 m、出力約３k W の太陽電池１１
が家屋の屋根ＲＦに設置されており、この太陽電池１１
の上辺に沿って、約10mm径の散水装置である散水管１２
を配設している。この散水管１２の側部の両端から１４
５０mmの長さには、それぞれ約１mm径の散水孔１２ａが
７０mm間隔で２１個設けられ、胴体部の約４２００mmに
渡る長さには0.7 mm径の散水孔１２ｂが７０mm間隔で５
９個設けられている。このように孔径や孔の間隔を設定
することにより、すなわち給水管に近い箇所は小さい
孔、遠い箇所はより大きい孔とすることで、水をできる
だけ均一に放出することが可能となる。また、この散水
管１２のほぼ中央部には給水管１３が設けられており、
この給水管１３には電動バルブ１４が設けられ、この図
１のごとくモーターの代わりに電動バルブ１４の開閉手
段が設けられ、太陽電池１１と開閉手段と逆流防止ダイ
オードとが直列接続されている。なお、この電動バルブ
１４は水道栓１５と散水管１２との間であればどこに設
けられていてもよい。

【００２６】なお、電動バルブ１４の開閉手段は太陽電
池１１の裏面側に接着した温度センサ１６と電気的に接
続されており、これによる検出温度がある設定値以上、
例えば50℃以上になると、電動バルブ１４に設けたタイ
マーを駆動させ0.5 分間開、4.5 分間閉の動作、すなわ
ち、5 分間に1 回、約30秒間の間歇水供給を行うような
動作をするようにする。この実施例では間歇水供給を約
2.5 リットル／回に調整することによって、太陽電池モ
ジュールの平均温度をこの水散布冷却を行わない場合よ
り約10℃以上下降させることができた。

【００２７】この実施例においては、太陽電池裏面に水
冷や空冷をする場合と比較して、太陽電池の側辺から水
冷する簡便な構成で済む。また、空気より水の境膜伝熱
係数は1 オーダ以上大きいため、放熱能力が非常に大き
くなる。また、受光面側に水を散布もしくは噴霧するこ
とによって、水の蒸発潜熱を有効に活用することがで
き、必要水量も非常に少なくともよい。また、散水によ
り受光面上の塵埃等が洗い流されるうえ、水の屈折率が
表面のガラス面と空気の中間の値であるため、太陽電池
の受光面での太陽光反射率が小さくなるなど利点を有す
る。

【００２８】なお、この実施例においては水供給源とし
て単純に水道栓付の水道を利用する例について示した
が、電動モーターを具備したポンプ付の水道や井戸等を
利用してもよく、電動バルブの他に電動モーターを具備
した加圧ポンプを設けたものとしてもよく、これら作動
回路を太陽電池と逆流防止ダイオードとに直列接続する
ように構成してもよい。また、水を散布する手段も上述
の例に限定されるものではなく、スプリンクラー、じょ
うろタイプ、噴水タイプ、噴霧タイプなど、太陽電池の
受光面側の広い範囲にわたって水を散布できるものであ
れば種々のバリエーションを適用することができる。

【００２９】また、間歇水供給の供給時間、インターバ
ル時間、一回当たりの供給水量などは、太陽電池の設置
状態や電動バルブの動作設定温度等によって大きく変化
するものであるから、上記した数値に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更実
施が可能である。また、上記作動回路として太陽電池へ
送水を行う電動モータを備えた電動ポンプを用い、電動
ポンプに給水管を接続することによって、電動ポンプか
ら適宜に太陽電池の受光面等へ散水を行うものを用いて
も上記実施例と同様な作用・効果を奏することが可能で
ある。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来よ
りきわめて簡便かつ安価な構成を採用することができ、
しかも日射強度に応じて作動回路を動作できるので、太
陽電池の強制冷却を自動的にかつ最適に行うことができ
る。特に、作動回路を太陽電池に送風するファンのモー
ターとすることで構成がきわめて簡便となり、装置全体
を小型化とすることができる。

【００３１】また、太陽電池の受光面へ噴霧もしくは放
水を行うための散水装置を配設するとともに、作動回路
を散水装置に給水するための手段とすることは、太陽電
池の受光面を水冷するので、従来の太陽電池の裏面側を
冷却する構成と比較してきわめて簡便となり、また、水
冷により水の蒸発潜熱を有効に活用することができるの
で、冷却水量も太陽電池の裏面の水冷に比較してきわめ
て少量で済む。

【００３２】さらに、太陽電池の受光面を水冷する場
合、噴霧もしくは放水により塵埃が適宜に洗い流され、
太陽電池の温度上昇を防止するとともに、受光面の洗浄
をも同時におこなうことができる。さらにまた、水の屈
折率は太陽電池の受光面を覆う材質と空気との中間であ
るので受光面上に水の膜ができると、太陽光の反射率が
小さくなり、太陽光入射量が増大するので、従来より効
率の優れた太陽電池装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例を示す回路構成図であ
る。

【図２】本発明に係る他の実施例を示す概略構成図であ
る。

【図３】散水管の拡大図である。

【図４】従来例を示す回路構成図である。

【図５】他の従来例を示す回路構成図である。

【符号の説明】

１，１１・・・太陽電池２・・・逆流防止ダイオード３・・・モーター１２・・・散水管１３・・・給水管１４・・・電動バルブＳ１・・・太陽電池装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池の出力回路と、該太陽電池の温度
上昇を防止する冷却手段の作動回路とを、逆流防止ダイ
オードを介して直列接続し、前記太陽電池の出力でもっ
て前記作動回路を動作せしめるように成した太陽電池装
置。