JPH08170863A - 太陽電池の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 太陽光発電システム全体の効率を低下させな
い太陽電池の冷却構造を提供する。 【構成】 水平に対して所定の角度傾斜して配置された
太陽電池１の最も低い部位の位置以下に配設される発生
器５と、この発生器５で発生した気相の作動媒体を凝縮
させる凝縮器７と、凝縮した液相の作動媒体を減圧させ
るキャピラリチューブ８と、太陽電池１と熱授受可能に
接触するよう配設されるとともに、その内部に毛細管構
造の流路が形成された蒸発器９と、前記発生器５より高
い位置に配設され、かつ発生器５の稀薄溶液が毛細管構
造の流路１２を介して供給されて、この稀薄溶液に蒸発
器９から供給される気相の作動媒体を吸収させて発生器
５に供給する吸収器１１とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、太陽光を直接電気に
変換する太陽電池の変換効率を維持するための構造に関
し、特に太陽電池を冷却する構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な太陽電池は、広い受光面積を有
するシリコン（Ｓi ）結晶またはアモルファス板にＰ型
半導体とＮ型半導体とによるＰ−Ｎ接合が形成されて構
成されている。そして、この太陽電池に光が照射される
と、半導体内部に多数の電子と正孔が発生し、負の電荷
を有する電子はＰ型半導体からＮ型半導体へ、正の電荷
を有する正孔はＮ型半導体からＰ型半導体へ移動するた
め、電流（光電流）が発生する。

【０００３】このような太陽電池は軽量で太陽光を直接
電気エネルギに変換するため、これまで宇宙衛星や灯台
等の電源に実用化されている。現在、この太陽電池を利
用して大規模に発電する太陽光発電システムが模索され
ている。このような太陽光発電システムの実用化のため
に、太陽電池の低価格化や高効率化ならびに太陽エネル
ギから効率良くエネルギを取り出すためのシステム等に
ついて、様々な研究開発がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、太陽電池のエ
ネルギ変換効率は、太陽電池を構成するＰ−Ｎ接合半導
体の温度に左右され、具体的には、Ｐ−Ｎ接合半導体の
温度が１℃上昇すると、太陽電池のエネルギ変換効率は
０．５％ほど低下するといわれている。したがって、逐
次、太陽光が照射されて太陽熱が与えられる太陽電池に
おいて、良好な変換効率を維持するために、太陽電池を
冷却する必要がある。

【０００５】現在、太陽電池を冷却する構造として、例
えば図２に示すものが用いられている。図２の（ａ）に
示すものはＰ−Ｎ接合半導体からなる太陽電池１を自然
冷却するものであり、図２の（ｂ）に示すものは放熱効
果を高めるため、太陽電池１の受光部の反対側にヒート
シンク（冷却板）２が接触するよう配設されている。し
かしながら、太陽光が照射される太陽電池の変換効率を
維持する程度に冷却することができなかった。

【０００６】そこで、図２の（ｃ）に示すように、太陽
電池１の裏面に熱授受可能に配設される冷却板２にラジ
エータ３で冷却された冷却水をポンプ４により強制的に
循環させるよう構成すれば、太陽電池１を充分に冷却す
ることができるが、ポンプ４を駆動するためにエネルギ
を使用するため、太陽光発電システム全体の効率を低下
させることになる。

【０００７】そこでこの発明は、太陽光発電システム全
体の効率を低下させることなく、良好な変換効率を維持
する程度に太陽電池を冷却することができる太陽電池の
冷却構造を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、水平に対して所定の角度傾斜して配置
された太陽電池を冷却する構造であって、前記太陽電池
の最も低い部位の位置以下に配設されるとともに、太陽
熱を熱源として溶液に吸収されている作動媒体を該溶液
から放出させて発生させる発生部と、この発生部で発生
した気相の作動媒体をその外部と熱交換させて冷却し凝
縮させる凝縮部と、この凝縮部で凝縮した作動媒体を減
圧する減圧手段と、前記太陽電池の受光面の反対側の面
と熱授受可能に配設されるとともに、その内部に前記凝
縮した低圧の作動媒体を流通させる毛細管構造の流路が
形成されて該作動媒体を気化させる蒸発部と、前記発生
部より高い位置に配設され、かつ前記発生部において作
動媒体を放出して稀薄になった溶液が毛細管構造の流路
を介して供給されるとともに、前記蒸発部から低圧の気
化した作動媒体が供給され、その外部と熱交換されて前
記稀薄になった溶液に前記低圧の気化した作動媒体を吸
収させて濃厚の溶液を調製し、この濃厚の溶液を前記発
生部に供給する吸収部とを備えていることを特徴とする
ものである。

【０００９】

【作用】上記のように構成されたこの発明によると、太
陽熱が与えられる発生部ではその温度が高くなるため、
高い圧力であっても溶液（溶媒）に吸収される作動媒体
が少なくなっている。したがって、発生部において溶液
から気相の作動媒体が放出される。この気相の作動媒体
は、外気等と熱交換して冷却される凝縮部において冷却
・凝縮される。この凝縮して液相になった作動媒体は、
減圧手段により減圧、すなわち低圧の作動媒体に断熱膨
張される。この低圧の液化した作動媒体は、蒸発部の内
部を毛細管作用により吸収部に向かって流通する。この
とき、蒸発部は太陽電池と熱授受可能に配設されている
ため、太陽光に照射されている太陽電池に与えられる太
陽熱が、蒸発部を流通する低圧の液化した作動媒体に伝
達される。そのため、蒸発部を流通する低圧の液化した
作動媒体は、蒸発すなわち気相にする。すなわち、太陽
電池が保有する太陽熱は、蒸発部を流通する作動媒体を
液相から気相に変化させるために使用される。

【００１０】一方、外部と熱交換すなわち外気等に熱を
放出する吸収部ではその温度が低くなるため、低い圧力
でも気相の作動媒体が吸収部内の溶液に大量に吸収され
る。ここで、吸収部には、発生部において気相の作動媒
体を放出した稀薄溶液が毛細管作用により供給されると
ともに、蒸発部で気相になった低圧の作動媒体が供給さ
れる。したがって、この吸収部において、気相の作動媒
体は稀薄溶液に吸収されて、濃厚の溶液が調製され、こ
の調製された濃厚溶液は重力により発生部に供給され
る。

【００１１】つまり、太陽電池から低圧の作動媒体を介
して吸収部に熱輸送が行われるため、太陽熱が与えられ
た太陽電池が冷却される。このとき、下方から上方、す
なわち蒸発部から吸収部ならびに発生部から吸収部にお
ける液相の作動媒体の移動は毛細管現象によって行わ
れ、発生部の溶液は、上方に位置する吸収部から濃厚の
溶液を介して重力により加圧される。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を図１に示した実施例に基づ
いて説明する。この実施例において、冷却される太陽電
池１は、シリコン（Ｓi ）結晶にＰ−Ｎ接合半導体を配
設されるとともに平板状に構成され、太陽光に対してほ
ぼ直角になるよう水平に対して所定の角度傾斜して配置
されている。

【００１３】この平板状の太陽電池１の最も低い部位の
位置以下に、太陽熱を吸収して内部の温度が上昇するよ
う構成された発生器５が配設されている。この発生器５
には、臭化リチウム（Ｌi Ｂr ）の水溶液が貯溜されて
いる。そして、この発生器５には管路６を介して凝縮器
７が接続されている。この凝縮器７は、外部すなわち外
気ならびに後述する濃厚水溶液の戻り管１３に熱を放出
するように構成されている。さらに、この凝縮器７に
は、減圧（膨張）手段としてのキャピラリチューブ８を
介して、蒸発器９が接続されている。

【００１４】この蒸発器９は、平板状に構成されるとと
もに、太陽光が照射される太陽電池１の受光面の反対側
の面と接触するよう配設されている。そして、この蒸発
器９の内部に毛細管構造の流路（図示せず）が複数設け
られており、この毛細管構造の流路にキャピラリチュー
ブ８を介して供給される作動媒体が連通するよう構成さ
れている。

【００１５】一方、発生器５より高い位置に、外部すな
わち外気と熱交換して冷却されるよう構成されている吸
収器１１が配設されている。そして、この吸収器１１に
貯溜されるＬi Ｂr の水溶液の液面より上方に、蒸発器
９と連通する管路１０と発生器５と連通する毛細管構造
管群１２とが接続されている。また、この吸収器１１の
下部からＬi Ｂr の濃厚水溶液が発生器５に連通するよ
うＬi Ｂr の濃厚水溶液の戻り管１３が接続されてい
る。

【００１６】上記のように構成した実施例の動作につき
説明する。Ｌi Ｂr の水溶液が貯溜されている発生器５
では、太陽熱を受けて溶媒（吸収剤）としてのＬi Ｂr
の水溶液から作動媒体としての水（水蒸気）が放出され
る。この発生器５で発生した水蒸気は、管路６を介して
凝縮器７で凝縮・液化される。この凝縮器７で凝縮した
水は、キャピラリチューブ８により減圧され、蒸発器９
に供給される。減圧された水は、蒸発器９の内部を毛細
管現象により吸収器１１に向かって流通する。一方、太
陽光に照射されて太陽電池に与えられた太陽熱は、接触
して配設された蒸発器９に伝達される。したがって、蒸
発器９の内部を流通する水は蒸発して、吸収器１１に導
入される。

【００１７】また、吸収器１１には、発生器５において
水蒸気を放出したＬi Ｂr の稀薄溶液が毛細管作用によ
り毛細管構造管群１２を介して供給される。この吸収器
１１は外気に熱を放出してその温度が低下するため、低
い圧力であっても多量の水蒸気がＬi Ｂr の水溶液に吸
収される。したがって、吸収器１１において、蒸発器９
から供給される水蒸気はＬi Ｂr の稀薄溶液に吸収さ
れ、Ｌi Ｂr の濃厚溶液が調製される。この調製された
Ｌi Ｂr の濃厚溶液は、重力によって加圧されながら、
発生器５に濃厚水溶液の戻り管１３を介して供給され
る。

【００１８】つまり、この実施例は、熱源として太陽熱
および外気等を使用するとともに、駆動源として太陽電
池の放出熱を使用し、Ｌi Ｂr 水溶液の輸送を毛細管現
象および重力により行うよう構成した吸収式ヒートポン
プにより太陽電池１を冷却するよう構成されているの
で、外部から特に動力を導入することなく、太陽電池の
冷却を行うことができる。したがって、太陽光発電全体
の効率を低下させずに、太陽光が照射されてその温度が
上昇しようとする太陽電池の変換効率を良好に維持する
ことができる。

【００１９】なお、この実施例では、作動媒体には水、
吸収剤にはＬi Ｂr を使用したものを説明したが、この
発明の太陽電池の冷却構造は、作動媒体にアンモニア
を、吸収剤に水を使用することができる。また、減圧手
段として、キャピラリチューブの他、絞り構造の管路も
しくは一般的な管路に膨張弁を配設するなどして構成す
ることもできる。当然、この発明により冷却される太陽
電池は、上記実施例で説明したＳi 結晶にＰ−Ｎ接合半
導体を配設した構造の太陽電池に限らず、広く太陽電池
一般、例えば、アモルファス板にＰ−Ｉ−Ｎ接合型の半
導体を配設した構造の太陽電池等に適用することがで
き、上記実施例と同様に、太陽光発電システム全体の効
率を向上させることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明による
と、太陽電池に与えられた太陽熱は、低圧の作動媒体を
介して吸収部に輸送される。つまり、太陽光に照射され
て温度が上昇しようとする太陽電池が作動媒体を介して
冷却されるため、太陽電池の変換効率が低下しない。こ
のとき、蒸発部から吸収部および発生部から吸収部にお
ける液相の作動媒体の移動は毛細管現象により行われる
とともに、発生部の溶液は吸収部において調製された濃
厚溶液を介して重力により加圧されるので、外部から特
に動力を与えることなく、この発明の冷却構造を動作さ
せることができ、太陽光発電システム全体の効率を低下
させることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示した概略図である。

【図２】従来における太陽電池の冷却構造を示し、
（ａ）および（ｂ）は自然冷却方式の概略を示した図で
あり、（ｃ）は強制冷却方式の概略を示した図である。

【符号の説明】

１…太陽電池、 ５…発生器、 ７…凝縮器、 ８…減
圧手段（キャピラリチューブ）、 ９…蒸発器、 １１
…吸収器、 １２…毛細管構造管群、 １３…濃厚水溶
液の戻り管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 長谷川 仁 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平に対して所定の角度傾斜して配置さ
   れた太陽電池を冷却する構造であって、前記太陽電池の
   最も低い部位の位置以下に配設されるとともに、太陽熱
   を熱源として溶液に吸収されている作動媒体を該溶液か
   ら放出させて発生させる発生部と、この発生部で発生し
   た気相の作動媒体をその外部と熱交換させて冷却し凝縮
   させる凝縮部と、この凝縮部で凝縮した作動媒体を減圧
   する減圧手段と、前記太陽電池の受光面の反対側の面と
   熱授受可能に配設されるとともに、その内部に前記凝縮
   した低圧の作動媒体を流通させる毛細管構造の流路が形
   成されて該作動媒体を気化させる蒸発部と、前記発生部
   より高い位置に配設され、かつ前記発生部において作動
   媒体を放出して稀薄になった溶液が毛細管構造の流路を
   介して供給されるとともに、前記蒸発部から低圧の気化
   した作動媒体が供給され、その外部と熱交換されて前記
   稀薄になった溶液に前記低圧の気化した作動媒体を吸収
   させて濃厚の溶液を調製し、この濃厚の溶液を前記発生
   部に供給する吸収部とを備えていることを特徴とする太
   陽電池の冷却構造。