WO2006038508A1 - 太陽電池システムおよび熱電気複合型太陽電池システム - Google Patents

太陽電池システムおよび熱電気複合型太陽電池システム Download PDF

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heat
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cell panel
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Naoyuki Yada
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Tama-Tlo, Ltd.
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/60—Thermal-PV hybrids

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell system and a thermoelectric composite solar cell system.
  • the present invention relates to a solar cell system with improved electrical conversion efficiency and a thermoelectric composite solar cell system that collects heat energy in addition to electric energy.
  • Advantages of solar cells include V, which is necessary in addition to inexhaustible solar energy and initial investment, excellent maintainability, and long power generation life. However, even if solar energy is free and inexhaustible, it takes a lot of energy to produce the solar cell itself. Therefore, converting solar energy into electricity or effective energy as efficiently as possible is considered to be important in terms of solving energy problems and protecting the environment.
  • An object of the present invention is to provide a solar cell system capable of improving the use efficiency of solar energy as compared with a conventional solar cell by providing a cooling mechanism, and to improve the use efficiency as electric energy by the solar cell.
  • a thermoelectric composite solar cell system capable of recovering thermal energy is provided.
  • a solar cell system of the present invention includes a solar cell panel that receives sunlight on a light receiving surface and supplies electric power generated by photoelectric conversion to the outside, and a plate-like structure, and is provided on one end side.
  • a heat pipe in which the surface of the plate-like structure is bonded to the back surface of the light receiving surface of the solar cell panel, and heat generated in the solar cell panel is received from the one end and conducted to the other end.
  • a heat dissipating part for receiving the heat conducted through the heat pipe and receiving the other end side force.
  • the solar cell system of the present invention includes a solar cell panel, a heat pipe, and a heat dissipation unit.
  • the solar cell panel receives sunlight at the light receiving surface and supplies the electric power generated by the photoelectric conversion to the outside.
  • the heat pipe has a plate-like structure and is on one end side.
  • the surface of the plate-like structure is attached to the back surface of the light receiving surface of the solar cell panel, and heat generated in the solar cell panel is received from one end and conducted to the other end.
  • the “plate shape” indicates a flat shape, a thin shape, or a thin film shape.
  • “bonding” means directly or indirectly. Just by pressing Mechanical adhesion, welding or adhesive adhesion.
  • the heat dissipating part also receives the heat conducted through the heat pipe and the other end side force.
  • the heat pipe has a plurality of portions between the one end and the other end of the plate-like structure inside the plate-like structure.
  • a meandering pore that reciprocates round and round is provided, and a refrigerant fluid is enclosed in the meandering pore, and more preferably, the liquid phase portion and the gas phase portion of the refrigerant fluid are alternately present in the meandering pore. Enclosed in a state to do! Speak.
  • the heat pipe is encapsulated with a wick, a pressure resistant structure, and a working fluid in a movable state inside the plate-like structure.
  • the back surface of the solar cell panel and the heat pipe are pasted together with a heat conductive adhesive.
  • the surface of the plate-like structure on the one end side is bonded to the back surface of the light-receiving surface of the solar cell panel via a copper plate. Has been.
  • the back surface of the solar cell panel is divided into a plurality of regions, and in each of the regions, a plurality of the heat pipes are attached via the copper plate, and the heat pipe and the copper plate are attached.
  • the combined area is smaller than the area of the region.
  • the back surface of the solar cell panel and the copper plate, and Z or the copper plate and the heat pipe are bonded with a heat conductive adhesive. .
  • thermoelectric composite solar cell system of the present invention includes a solar cell panel that receives sunlight on a light receiving surface and supplies electric power generated by photoelectric conversion to the outside, and a plate-like structure.
  • the surface of the plate-like structure on one end side is attached to the back surface of the light receiving surface of the solar cell panel, and the heat generated in the solar cell panel is received by the end force on the other side.
  • a heat pipe that conducts to the end, water is stored inside, and the other end of the heat pipe is immersed in the water, and heat conducted through the heat pipe is transmitted from the other end side.
  • a warm water generating unit that conducts the water and warms the water to obtain warm water. Since the hot water generating part and the solar cell panel are completely independent, there is no risk of flooding, and it is possible to use other fluids that use water as a heat medium.
  • thermoelectric composite solar cell system of the present invention includes a solar cell panel, a heat pipe, and a hot water generator.
  • the solar cell panel receives sunlight at the light receiving surface and supplies the electric power generated by the photoelectric conversion to the outside.
  • the heat pipe has a plate-like structure and a plate on one end side.
  • the surface of the structure is affixed to the back surface of the light receiving surface of the solar cell panel, and the heat generated in the solar cell panel is received at one end and conducted to the other end.
  • the hot water generator has a structure in which water is stored as a heat medium inside, and the other end of the heat pipe is immersed in the internal water, and the heat conducted through the heat pipe is transferred to the other end side force water. And warm the water to obtain warm water.
  • the heat pipe has the one end and the other end of the plate-like structure inside the plate-like structure.
  • a refrigerant fluid is sealed in the meandering pores, and more preferably, the liquid phase part and the gas phase part of the refrigerant fluid in the meandering pores Are enclosed in a state where they are alternately present.
  • the heat pipe is encapsulated with a wick, a pressure resistant structure, and a working fluid in a movable state inside the plate-like structure.
  • the back surface of the solar cell panel and the heat pipe are pasted together with a heat conductive adhesive.
  • the surface of the plate-like structure on the one end side is a copper plate on the back surface of the light-receiving surface of the solar cell panel. It is pasted through.
  • the back surface of the solar cell panel is divided into a plurality of regions, and a plurality of the heat pipes are bonded to each other through the copper plate in each of the regions. And the bonded area of the heat pipe and the copper plate is smaller than the area of the region. Further preferably, the back surface of the solar cell panel and the copper plate, and Z or the copper plate and the heat pipe are: Affixed with a heat conductive adhesive.
  • thermoelectric composite solar cell system of the present invention preferably, a heat radiation promoting body that increases the efficiency of heat conduction to the water is formed at the other end of the heat pipe.
  • it has a hot water bath to which hot water is supplied from the hot water generator.
  • the hot water generator is tank-shaped.
  • the hot water generator is pipe-shaped, and more preferably, the solar battery panel is disposed along a slope having an angle with respect to a horizontal plane, and the solar battery panel has a slope.
  • the warm water generating part is provided so as to be connected to the solar cell panel via the heat pipe on the side arranged with an inclination along the side.
  • a heat nove excellent in heat transportability is arranged on the back surface of the solar cell panel, and by cooling the temperature of the solar cell panel and improving the electric conversion efficiency, Solar energy utilization efficiency can be improved compared to conventional solar cells
  • thermoelectric composite solar cell system of the present invention a heat pipe having excellent heat transportability is arranged on the back surface of the solar cell panel, and the electric conversion efficiency is improved by cooling the temperature of the solar cell panel. As a result, the thermal energy from the solar cell panel can be recovered, and the solar energy utilization efficiency can be improved over the conventional solar cell.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solar cell system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic perspective view of an example of a heat pipe constituting the solar cell system according to the first and second embodiments of the present invention
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing an exploded configuration.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the operating principle of heat transport of the self-excited vibration heat pipe used in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a plan view of an example of the back side of the light-receiving surface of the solar panel constituting the solar cell system of the first and second embodiments of the present invention, and FIG. 4B is an A— in FIG. 4A. It is sectional drawing in A '.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a combined thermoelectric solar cell system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the experimental results of Example 2.
  • FIG. 7 is a graph showing the experimental results of Example 3.
  • FIG. 8 is a graph showing the experimental results of Example 4.
  • FIG. 9A is a schematic diagram showing an exploded configuration of a heat pipe used in the solar cell system according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 9B shows a configuration of the heat pipe and an operation of heat transport. It is a schematic diagram.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a thermoelectric composite solar cell system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a main part of a thermoelectric composite solar cell system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solar cell system according to this embodiment.
  • the solar cell system of the present embodiment includes a solar cell panel 1, a heat pipe 2, and a heat dissipation unit 3.
  • the solar cell panel 1 receives sunlight at the light receiving surface la and supplies the electric power generated by the photoelectric conversion to the outside such as the external terminal 4.
  • the heat pipe 2 is arranged inside the plate-like structure along the heat conduction direction D, with one end 2a and the other end of the plate-like structure.
  • Serpentine pores that reciprocate a plurality of times between the parts 2b are provided, and the refrigerant fluid is enclosed in the meandering pores.
  • the meandering pore is a meandering arrangement of loop-like continuous pores.
  • a plate State structure For example, as shown in the schematic perspective view of FIG. 2A and an exploded schematic view of FIG. 2B, three plates (20, 21, 22) made of heat conductive material such as metal are laminated to form a plate State structure is configured.
  • the middle plate 20 is provided with a punched opening 20a, and two front plates (21, 22) are bonded to the front and back surfaces of the middle plate 20, and in this way.
  • a serpentine pore is formed in a layout that reciprocates multiple times (two reciprocations in the drawing).
  • the thickness (diameter or one side) of the meandering pore is, for example, about lmm.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the operating principle of heat transport of the heat pipe.
  • the plate-type heat pipe 2 having the above-described configuration is a so-called self-excited vibration type heat pipe, and has a structure in which condensed liquid is passed through the outer periphery of the central portion through which the vapor flow of the heat medium passes. Different.
  • the liquid phase part 24 and the gas phase part 24 of the refrigerant fluid 24 alternate.
  • Heat receiving part 2 which is one end 2a of the plate-like structure
  • the heat quantity intermittently generates vapor bubbles of the refrigerant fluid in the meandering pores 23, leading to an increase in temperature and vapor pressure.
  • heat H is dissipated, and the temperature drop and pressure drop of the steam bubbles occur due to the cooling action. Due to the pressure difference between the heat receiving part 25 and the heat radiating part 26, the gas phase and liquid phase that are alternately blocked in the meandering pores move to the heat radiating part side at the same time. The latent heat is transported by D, and self-excited vibration V is generated in the liquid phase.
  • the optimum refrigerant type and filling amount (filling pressure) are selected for the above refrigerant fluid, and the optimum meandering pattern of meandering pores. It is important to lay out.
  • the heat dissipation unit 3 receives heat conducted through the heat pipe 2 from the other end side.
  • a water cooling device or an air cooling device can be used as long as it dissipates heat H conducted through the heat pipe 2.
  • Fig. 4B which is a plan view of the back side of the light receiving surface of the solar cell panel of Fig. 4A and a cross-sectional view taken along line A-A 'in Fig. 4A, one end 2a side of heat pipe 2
  • the surface of the plate-like structure and the back surface of the light receiving surface la of the solar cell panel 1 can be bonded to each other via the copper plate 5.
  • the back surface of the solar cell panel 1 is divided into a plurality of regions, and a plurality of heat pipes 2 are bonded to each other through the copper plate 5 in each of these regions.
  • the bonding area is preferably smaller than the area of each divided area on the back surface of the solar cell panel 1. Since the copper plate has a high heat collecting effect, it is sufficiently efficient that the heat pipe is not attached to the entire back surface of the solar cell panel through the copper plate. In addition, heat dissipation of the solar cell panel can be performed.
  • the back surface of the solar cell panel 1 and the copper plate 5, and Z or the copper plate 5 and the heat pipe 2 are, for example, a thermal compound (adhesive containing metal powder), etc. It is preferable to stick it with a heat conductive adhesive.
  • the copper plate and the heat pipe may be integrated, that is, a meandering pore may be provided inside the copper plate, and a refrigerant fluid may be enclosed therein. This makes it possible to reduce the weight of the device.
  • a self-excited vibration type heat pipe excellent in heat transportability is arranged on the back surface of the solar cell panel, and thus the temperature of the solar cell panel is achieved.
  • the electricity conversion efficiency can be improved by, for example, 40% by cooling the solar cell, and the utilization efficiency of solar energy can be improved compared to conventional solar cells. This makes it possible to effectively use energy resources and contribute to the conservation of the global environment.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the combined thermoelectric solar cell system according to the present embodiment.
  • the solar cell system of the present embodiment includes a solar cell panel 1, a heat pipe 2, and a tank-shaped hot water generation unit 30 that is a heat dissipation unit 3.
  • the solar cell panel 1 receives sunlight at the light receiving surface la, and supplies the electric power generated by the photoelectric conversion to the outside, such as the external terminal 4.
  • the heat pipe 2 has meandering pores that reciprocate a plurality of times between one end 2a and the other end 2b of the plate-like structure inside the plate-like structure. This is a so-called self-excited vibration type heat pipe in which a refrigerant fluid is enclosed.
  • the surface of the plate-like structure on one end side of the heat pipe 2 is placed on the back surface of the light receiving surface la of the solar cell panel 1, such as a thermal compound (adhesive containing metal powder). It is attached with a heat conductive adhesive, and receives heat generated in the solar cell panel 1 from one end 2a and conducts it to the other end 2b.
  • a thermal compound adheresive containing metal powder
  • the surface of the plate-like structure on the one end 2a side of the heat pipe 2 and the back surface of the light receiving surface la of the solar cell panel 1 form the copper plate 5. It may be pasted through.
  • the hot water generating unit 30 has a configuration in which, for example, water 31 is stored therein as a heat medium, and the other end portion of the heat nove 2 is immersed in the internal water 31.
  • Heat H conducted through the heat pipe 2 is conducted from the other end side of the heat pipe 2 to the water 31, and the water 31 is heated to obtain hot water.
  • the solar battery panel 1 needs to be installed with a predetermined inclination in accordance with the inclination of the roof to be installed or the like, in order to efficiently receive sunlight, while the tank-shaped hot water generator 30 Force due to the shape of the tank For example, it is installed so that the upper surface of the substantially rectangular parallelepiped shape is horizontal.
  • the heat pipe 2 that transports heat between the solar cell panel 1 and the hot water generator 30 has a bent portion. It will be.
  • the plate-like self-excited vibration heat pipe used in the present embodiment can be bent to a certain angle at any location because of its structure, and heat transfer between the solar cell panel 1 and the hot water generator 30 is possible. It can be done efficiently.
  • the outer peripheral portion of the hot water generating unit 30 is covered with a heat insulating material 32! /.
  • a heat radiation promoting body 33 such as a heat radiation fin for improving the heat conduction efficiency to the water 31 is formed at the other end of the heat pipe 2.
  • the hot water obtained by heating in the hot water generating unit 30 can be used for various purposes.
  • hot water can be supplied to a hot water bath 35 through a hot water supply pipe 34a connected to the hot water generating unit 30, and used as a foot bath or a whole body bathtub.
  • a return pipe 34b for returning hot water from the hot water bath 35 to the hot water generator 30 may be provided, and the hot water may be circulated by the circulation pump 36.
  • the amount of hot water supplied is, for example, The flow rate can be adjusted by a flow rate adjusting cock 37a provided in the hot water supply pipe 34a and the return pipe 34b.
  • a chemical addition section 38 such as a bathing agent is provided in the middle of the hot water supply pipe 34a.
  • a drain cock 37b is directly provided in the hot water generating unit 30 to drain the internal water.
  • hot water is not limited to foot baths and other hot water baths, but can also be used for hot water supply to kitchens and the like. Further, when the temperature of the hot water is lower than the desired temperature, the electric power obtained from the solar cell panel may be used to heat the hot water until the desired temperature is reached.
  • the solar cell system of the present embodiment described above can be used by generating electricity with the solar cell panel and taking out the electric power, and further conducting the heat generated in the solar cell panel to the hot water generator to obtain hot water. It is a thermoelectric composite solar cell system that can be used.
  • a self-excited vibration heat pipe with excellent heat transportability is arranged on the back of the solar cell panel, which reduces the temperature of the solar cell panel and improves electrical conversion efficiency, for example, by 40%. Therefore, the utilization efficiency of solar energy can be improved as compared with conventional solar cells.
  • the electrical conversion efficiency can be increased by approximately 50% with a simple construction by simply mounting a self-excited vibration heat pipe on the back of the solar cell panel.
  • a solar cell system that is old in terms of equipment and has low electrical conversion efficiency Can be increased to almost the same power generation performance as a state-of-the-art solar cell.
  • a hot water supply system in combination, it is possible to create a house that can supply energy independently by constructing a combined heat / electric solar cell system as described above.
  • thermoelectric composite solar cell system was manufactured.
  • a plate-shaped self-excited vibration heat pipe is placed on the back side of the light-receiving surface of a commercially available solar cell panel via a copper plate with a thickness of 1.5 mm. The ends were bonded together. At this time, the back surface of the solar cell panel is divided every double width of the surface where the solar cell panel and the heat pipe are bonded, that is, divided every twice the area of the bonded surface, and the central portion of each region A heat pipe was bonded to the surface.
  • a tank-shaped hot water generator having the configuration shown in FIG. 5 was provided at the other end of the heat pipe.
  • radiation fins were provided on the surface of the heat pipe that is immersed in water in the tank.
  • the temperature of the back surface of the light receiving surface of the solar cell panel of the thermoelectric composite solar cell system of Example 1 was measured. Furthermore, as a comparative example, the temperature of the back surface of the solar cell panel to which the heat pipe was not bonded was also measured.
  • Fig. 6 is a graph showing the experimental results.
  • X is the measurement result of the example
  • y is the measurement result of the comparative example.
  • the horizontal axis is time
  • the vertical axis is temperature (K).
  • Example (y) the temperature was around 335K (about 62 ° C) until around 12:00, and then a temperature of 330K (about 57 ° C) was shown.
  • Example (X) the temperature was around 324K (about 51 ° C) until around 12:00, and thereafter the temperature was 322K (about 49 ° C).
  • the back surface temperature of the solar cell panel was lower in the example.
  • the solar radiation is about 11 ° C until 12 o'clock when the solar radiation is strong, and about 8 ° at the later time when the solar radiation has become somewhat weaker
  • the backside temperature of the solar cell panel could be lowered by about C.
  • the electrical conversion efficiency of the solar cell panel of the thermoelectric composite solar cell system of Example 1 was measured. Also, as a comparative example, even when a solar cell panel without a heat pipe and a conventional general heat pipe with a plate-like structure on the back of the solar cell panel are bonded together, electrical conversion is possible. Efficiency was measured.
  • FIG. 7 is a graph showing the experimental results.
  • al to a3 are the results of the comparative example in which the heat pipe is not bonded
  • bl to b3 are the results of the example
  • cl to c3 are the results of the comparative example in which the conventional heat pipe is bonded. This is the result of three simultaneous experiments.
  • the vertical axis represents the electrical conversion efficiency (relative value) when the result of al to a3 is 100.
  • the energy recovery efficiency with respect to the energy of the whole sunlight in the sum of electric energy and thermal energy of the thermoelectric composite solar cell system of Example 1 was measured.
  • the energy recovery efficiency was also measured for a solar cell system without a heat pipe attached thereto.
  • the electrical conversion efficiency becomes the recovery efficiency itself as energy
  • the improvement in the energy recovery efficiency in the example is the improvement in the electrical conversion efficiency due to the cooling of the solar panel and the heat energy. It becomes the sum of the efficiency improvement part by the recovery of the rugi.
  • FIG. 8 is a graph showing the experimental results.
  • dl to d6 are the results of the example
  • el to e6 are the results of the comparative example in which the heat pipe is not bonded. This is the result of six simultaneous experiments on different days.
  • the vertical axis represents the energy recovery efficiency (%) with respect to the total solar energy. From Fig. 8, the energy recovery efficiency of less than 10% was obtained for solar cells that were not bonded to heat pipes, whereas the energy recovery efficiency of about 40 to 50% was achieved in the example. Realized.
  • the heat pipes used in the solar cell systems of the first and second embodiments are changed as follows.
  • FIG. 9A is a schematic diagram illustrating the configuration of the heat pipe used in the solar cell system according to the present embodiment
  • FIG. 9B is a schematic diagram illustrating the configuration of the heat pipe and the heat transport operation.
  • the heat pipe used in this embodiment includes a wick 41 and a pressure-resistant structure 42 for generating capillary force in a movable state inside a container 40 that is a plate-like structure formed of thin metal foil.
  • a small amount of hydraulic fluid for example, a liquid with a large latent heat such as water or alcohol
  • a small amount of hydraulic fluid for example, a liquid with a large latent heat such as water or alcohol
  • all the air is discharged and sealed.
  • the heat receiving portion 43 of the heat pipe having the above configuration is in contact with the heat source HS that is the solar cell panel 1.
  • the saturated vapor pressure of the hydraulic fluid is increased and evaporated, and the heat is evaporated. Absorbed as latent heat.
  • the vapor 44 of the working fluid diffuses to every corner in the space provided between the wicks, and condenses in the condensing part 45 which is a relatively low temperature part.
  • the condensed hydraulic fluid 46 is absorbed by the wick and is returned to the heat receiving part by gravity and capillary force.
  • the heat pipe used in the present embodiment has flexibility because the wick and the pressure-resistant structure are movable inside, so that the space is not blocked due to buckling by absorbing strain during bending. Therefore, when used in the solar cell system of the present embodiment, it can be easily attached to the solar cell panel, and can be easily bent when connecting the solar cell panel and the hot water generator. It is. [0046] In the solar cell system of the present embodiment described above, a plate-like heat pipe is arranged on the back surface of the solar cell panel, thereby cooling the temperature of the solar cell panel and improving the electric conversion efficiency. The solar energy utilization efficiency can be improved compared to conventional solar cells. This makes it possible to use energy resources effectively and contribute to the preservation of the global environment.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the combined thermoelectric solar cell system according to the present embodiment
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the main part.
  • the solar cell system of this embodiment includes a solar cell panel 1, a heat pipe 2, and a pipe-shaped hot water generating unit 30 that is a heat dissipating unit 3.
  • the solar cell panel 1 receives sunlight on the light receiving surface la and supplies the electric power generated by the photoelectric conversion to the battery 6 or the like from the external terminal 4 to store it.
  • the heat pipe 2 is provided with meandering pores that reciprocate a plurality of times between one end 2a and the other end 2b of the plate-like structure inside the plate-like structure.
  • This is a so-called self-excited vibration type heat pipe in which a refrigerant fluid is enclosed.
  • the surface of the plate-like structure on one end side of the heat pipe 2 is attached to the back surface of the light receiving surface la of the solar cell panel 1, for example, a thermal conductive adhesive such as a thermal compound (adhesive containing metal powder).
  • the heat generated in the solar cell panel 1 is received from one end 2a and conducted to the other end 2b.
  • the surface of the plate-like structure on the one end 2a side of the heat pipe 2 and the back surface of the light receiving surface la of the solar cell panel 1 are copper plates. 5 is pasted through, too! /
  • the pipe-shaped hot water generating unit 30 is also configured to have a force such as a resin pipe that stores water 31 as a heat medium therein, and has an elongated opening formed therein and the heat pipe 2 inserted therein. The other end of the heat pipe 2 is immersed in water 31. The gap between the oil pipe opening and the heat pipe is sealed with a sealing material.
  • the nove-shaped hot water generator can occupy a smaller area. Heat H conducted through the heat pipe 2 is conducted from the other end of the heat pipe 2 to the water 31, and the water 31 is heated to obtain hot water.
  • the solar cell panel 1 is preferably installed with an inclination of, for example, about 20 ° with respect to a horizontal plane in order to efficiently receive sunlight.
  • the solar cell panel 1 is arranged so that one side is above the slope, the opposite side is arranged below the slope, and the other two sides are opposed to each other and have an inclination along the slope.
  • the hot water generating unit 30 is provided so as to be connected to the solar cell panel via a heat pipe at a side arranged with an inclination along the slope.
  • the pipe-shaped hot water generating section with a smaller occupied area can be disposed so as to be in contact with the side of the solar cell panel 1 that is disposed with an inclination along the slope of the solar cell panel 1.
  • the thermoelectric composite solar cell system can be downsized by reducing the area occupied by the generator, and even if water leaks from the hot water generator, the adverse effect on the solar panel is minimized. Is possible.
  • the heat pipe used in the present embodiment is a self-excited vibration type, and heat transport is possible regardless of the height relationship between the heat receiving side and the heat radiating side of the heat pipe.
  • the heat dissipating side be higher than the heat receiving side with respect to the horizontal plane.
  • the extending direction of the heat pipe is arranged in parallel to the side arranged above or below the slope of the solar cell panel 1, that is, substantially horizontally, and therefore the height of the heat receiving part and the heat releasing part is Force that is approximately equal
  • the heat pipe extension direction intersects the side of the solar cell panel 1 that is located above or below the slope with an angle, and is arranged obliquely within the plane of the solar cell panel. Arrange them so that the heat dissipation side is higher.
  • the outer peripheral portion of the hot water generating unit 30 is covered with a heat insulating material (not shown).
  • a fin or a plate-like heat radiation promoting body 33 for increasing the heat conduction efficiency to the water 31 is formed at the other end of the heat pipe 2.
  • the hot water obtained by heating in the hot water generating unit 30 can be used for various purposes, for example, as a footbath or a bath for the whole body, or as hot water to be supplied to the kitchen. It is out.
  • the amount of hot water supplied can be adjusted by, for example, the flow rate adjusting cup 37a provided in the hot water supply pipe 34a and the return pipe 34b, and the heat receiving speed received by the hot water generating unit 30 can be adjusted by this flow rate. Adjustments can be made.
  • the circulation pump 36 can be driven by a battery 6 charged with electric power from the solar panel 1.
  • it can be set to circulate and drive during the day while charging and to rest at night.
  • the heat pipe of the third embodiment can be used.
  • the solar cell system of the present embodiment described above can generate and use electric power generated by the solar cell panel, and can further use the heat generated by the solar cell panel to the hot water generator.
  • This is a combined thermoelectric solar cell system that can be used by conducting hot water.
  • system itself can be constructed as a small power generator, so it can also be used as an individual energy supply system.
  • the heat medium that receives heat in the heat dissipation unit is not limited to water.
  • a heat transfer gas such as air, carbon dioxide, or chlorofluorocarbon gas, or a liquid other than water can be used.
  • This heat medium power can be used as hot water by exchanging heat with water again.
  • various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
  • the solar cell system of the present invention can be applied to a system that receives sunlight and generates power. Further, the thermoelectric composite solar cell system of the present invention receives sunlight to generate electricity, and further collects thermal energy obtained from solar power to generate hot water, which can be used for a bathtub or other hot water supply equipment. It can be applied to a power generation system that combines heat and electricity.

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Abstract

太陽エネルギーの利用効率を向上した太陽電池システムとさらに熱エネルギーを回収する熱電気複合型太陽電池システムを提供する。受光面１ａにおいて太陽光を受光し、光電変換により発生した電力を外部に供給する太陽電池パネル１と、内部に蛇行細孔が設けられ、冷媒流体が封入されてなる、あるいは、扁平な形状、薄い形状、さらには薄膜形状などのプレート状構造体を有し、一方の端部側のプレート状構造体の表面が太陽電池パネルの受光面の裏面に貼りあわされ、太陽電池パネル１で発生した熱Ｈを一方の端部２ａから受け取って他方の端部２ｂへ伝導するヒートパイプ２と、ヒートパイプ２を伝導する熱を他方の端部２ｂ側から受け取る温水生成部などの熱放散部３とを有する構成とする。

Description

明 細 書
太陽電池システムおよび熱電気複合型太陽電池システム
技術分野
[0001] 本発明は、太陽電池システムおよび熱電気複合型太陽電池システムに関し、特に
、電気変換効率を向上した太陽電池システムと、電気エネルギーに加えて熱ェネル ギーを回収する熱電気複合型太陽電池システムに関する。
背景技術
[0002] 地球規模の環境破壊が進み、環境保全のための自然エネルギーを活用する必要 性が増している。現在の民生用エネルギーは、その大部分が電力である。その電力 エネルギーの供給源は、火力や原子力などの発電であり、直接および間接的に地球 環境に多くの悪影響を及ぼしている。
[0003] 自然エネルギーを利用した各種の発電システムの中でも、太陽電池は最も普及し て 、る発電システムである。
太陽電池の長所は、無尽蔵にある太陽エネルギーと初期投資以外には必要のな V、優れたメンテナンス性およびその発電寿命が長 、ことなどが挙げられる。しかしな がら、太陽エネルギーが無料で無尽蔵であると言っても太陽電池自体を製作するた めには、多くのエネルギーを必要とする。従って、太陽エネルギーをなるベく効率よく 電気にまたは有効なエネルギーに変換することは、エネルギー問題の解決や環境保 全の観点力 重要なことと考えられる。
[0004] 太陽電池は、その表面温度の上昇に伴って発電力が低下することが知られている 。太陽電池の発電効率自体は、太陽電池を冷却して高い発電効率を目指したとして も 15%程度が限界値である。即ち、太陽電池では、太陽エネルギーの 85%は有効 なエネルギーとして使用できて ヽな 、。
しかも、上記の有効に利用できていない 85%の太陽エネルギーは、熱として太陽 電池パネルを暖めてしまう。パネルの温度上昇が発電効率を悪化させる現在の太陽 電池では、利用できて ヽな 、エネルギーが発電効率の悪化に拍車をかけて 、る。 そのため、発電効率の向上を目的として、太陽電池の温度を冷却する研究が行わ れている。
[0005] 一方、昔から多くの家庭で使用されてきた太陽熱温水器は、比較的簡単な設備で 太陽エネルギー力も入浴用の湯などを得ることができる。太陽熱温水器では、太陽か ら供給される太陽エネルギーの約 40%を温水として回収することが可能である。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 本発明の目的は、冷却機構を備えることで従来の太陽電池よりも太陽エネルギー の利用効率を向上させることができる太陽電池システムと、太陽電池による電気エネ ルギ一としての利用効率の向上に加えてさらに冷却機構力 熱エネルギーを回収す ることができる熱電気複合型太陽電池システムを提供することである。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明の太陽電池システムは、受光面において太陽光を受光し、光電変換により 発生した電力を外部に供給する太陽電池パネルと、プレート状構造体を有し、一方 の端部側の前記プレート状構造体の表面が前記太陽電池パネルの前記受光面の裏 面に貼りあわされ、前記太陽電池パネルで発生した熱を前記一方の端部から受け取 つて他方の端部へ伝導するヒートパイプと、前記ヒートパイプを伝導する熱を前記他 方の端部側力 受け取る熱放散部とを有する。
[0008] 上記の本発明の太陽電池システムは、太陽電池パネルと、ヒートパイプと、熱放散 部とを有する。
太陽電池パネルは、受光面において太陽光を受光し、光電変換により発生した電 力を外部に供給する。
ヒートパイプは、熱媒体の蒸気流を通す中心部の外周部に凝縮した液体を通すパ イブ状構造を有する従来のヒートパイプとは異なり、プレート状構造体を有し、一方の 端部側のプレート状構造体の表面が太陽電池パネルの受光面の裏面に貼りあわさ れており、太陽電池パネルで発生した熱を一方の端部から受け取って他方の端部へ 伝導する。
ここで、「プレート状」とは扁平な形状、薄い形状、さらには薄膜形状などを示す。ま た、「貼り合わせ」とは、直接または間接に密着させることを意味する。単なる押圧によ る機械的密着、溶接あるいは接着剤による密着などを示す。
熱放散部は、ヒートパイプを伝導する熱を他方の端部側力も受け取る。
[0009] 上記の本発明の太陽電池システムは、好適には、前記ヒートパイプは、プレート状 構造体の内部に前記プレート状構造体の前記一方の端部と前記他方の端部間を複 数回往復する蛇行細孔が設けられ、前記蛇行細孔内に冷媒流体が封入されてなり、 さらに好適には、前記蛇行細孔内において前記冷媒流体の液相部と気相部が交互 に存在する状態で封入されて！ヽる。
あるいは好適には、前記ヒートパイプは、プレート状構造体の内部に可動な状態で 、ウィック、耐圧構造物および作動液が封入されてなる。
また、好適には、前記太陽電池パネルの前記裏面と前記ヒートパイプが熱伝導性 接着剤で貼りあわされて 、る。
[0010] 上記の本発明の太陽電池システムは、好適には、前記一方の端部側の前記プレー ト状構造体の表面が前記太陽電池パネルの前記受光面の裏面に銅板を介して貼り あわされている。
さらに好適には、前記太陽電池パネルの前記裏面が複数の領域に区分され、前記 領域のそれぞれにおいて複数の前記ヒートパイプが前記銅板を介して貼りあわされ ており、前記ヒートパイプと前記銅板の貼り合わせ面積は前記領域の面積より小さい またさらに好適には、前記太陽電池パネルの前記裏面と前記銅板、および Zまた は、前記銅板と前記ヒートパイプが、熱伝導性接着剤で貼りあわされている。
[0011] また、本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、受光面において太陽光を受光 し、光電変換により発生した電力を外部に供給する太陽電池パネルと、プレート状構 造体を有し、一方の端部側の前記プレート状構造体の表面が前記太陽電池パネル の前記受光面の裏面に貼りあわされ、前記太陽電池パネルで発生した熱を前記一 方の端部力 受け取って他方の端部へ伝導するヒートパイプと、内部に水を貯留し、 前記水に前記ヒートパイプの前記他方側の端部が浸漬してなり、前記ヒートパイプを 伝導する熱を前記他方の端部側から前記水に伝導して前記水を加温して温水を得 る温水生成部とを有する。 温水生成部と太陽電池パネルが完全に独立して 、ることから、浸水のおそれがなく 、さらに熱媒体として水ば力りでなぐ他の流体の使用も可能である。
[0012] 上記の本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、太陽電池パネルと、ヒートパイ プと、温水生成部とを有する。
太陽電池パネルは、受光面において太陽光を受光し、光電変換により発生した電 力を外部に供給する。
ヒートパイプは、熱媒体の蒸気流を通す中心部の外周部に凝縮した液体を通す 2 重構造を有する従来のヒートパイプとは異なり、プレート状構造体を有し、一方の端 部側のプレート状構造体の表面が太陽電池パネルの受光面の裏面に貼りあわされ ており、太陽電池パネルで発生した熱を一方の端部力 受け取って他方の端部へ伝 導する。
温水生成部は、内部に熱媒体として水を貯留し、内部の水にヒートパイプの他方側 の端部が浸漬した構成であり、ヒートパイプを伝導する熱を他方の端部側力 水に伝 導し、水を加温して温水を得る。
[0013] 上記の本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、好適には、前記ヒートパイプ は、プレート状構造体の内部に前記プレート状構造体の前記一方の端部と前記他方 の端部間を複数回往復する蛇行細孔が設けられ、前記蛇行細孔内に冷媒流体が封 入されてなり、さらに好適には、前記蛇行細孔内において前記冷媒流体の液相部と 気相部が交互に存在する状態で封入されている。
あるいは好適には、前記ヒートパイプは、プレート状構造体の内部に可動な状態で 、ウィック、耐圧構造物および作動液が封入されてなる。
また、好適には、前記太陽電池パネルの前記裏面と前記ヒートパイプが熱伝導性 接着剤で貼りあわされて 、る。
[0014] 上記の本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、好適には、前記一方の端部 側の前記プレート状構造体の表面が前記太陽電池パネルの前記受光面の裏面に、 銅板を介して貼りあわされて 、る。
さらに好適には、前記太陽電池パネルの前記裏面が複数の領域に区分され、前記 領域のそれぞれにおいて複数の前記ヒートパイプが前記銅板を介して貼りあわされ ており、前記ヒートパイプと前記銅板の貼り合わせ面積は前記領域の面積より小さい またさらに好適には、前記太陽電池パネルの前記裏面と前記銅板、および Zまた は、前記銅板と前記ヒートパイプが、熱伝導性接着剤で貼りあわされている。
[0015] 上記の本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、好適には、前記ヒートパイプ の前記他方側の端部に、前記水への熱伝導効率を高める放熱促進体が形成されて いる。
あるいは好適には、前記温水生成部から温水が供給される湯浴を有する。
[0016] また、好適には、温水生成部がタンク状である。
あるいは、好適には、前記温水生成部がパイプ状であり、さらに好適には、前記太 陽電池パネルが水平面に対して角度を有する斜面に沿って配置され、前記太陽電 池パネルの上記斜面に沿って傾きをもって配置された辺にぉ 、て、前記温水生成部 が前記ヒートパイプを介して前記太陽電池パネルに接続するように設けられて 、る。 発明の効果
[0017] 本発明の太陽電池システムは、太陽電池パネルの裏面に熱輸送性に優れたヒート ノイブを配しており、太陽電池パネルの温度を冷却して電気変換効率を改善するこ とにより、従来の太陽電池よりも太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる
[0018] 本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、太陽電池パネルの裏面に熱輸送性 に優れたヒートパイプを配しており、太陽電池パネルの温度を冷却して電気変換効 率を改善することにカ卩えて、太陽電池パネルからの熱エネルギーを回収することがで き、従来の太陽電池よりも太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる。 図面の簡単な説明
[0019] [図 1]図 1は本発明の第 1実施形態に係る太陽電池システムの模式構成図である。
[図 2]図 2Aは本発明の第 1および第 2実施形態の太陽電池システムを構成するヒート パイプの一例の模式斜視図であり、図 2Bは構成を分解して示す模式図である。
[図 3]図 3は本発明の実施形態で用いられている自励振動式ヒートパイプの熱輸送の 動作原理を示す模式図である。 [図 4]図 4Aは本発明の第 1および第 2実施形態の太陽電池システムを構成する太陽 電池パネノレの受光面の裏面側の一例の平面図であり、図 4Bは図 4A中の A— A'に おける断面図である。
[図 5]図 5は本発明の第 2実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムの模式構 成図である。
[図 6]図 6は実施例 2の実験結果を示すグラフである。
[図 7]図 7は実施例 3の実験結果を示すグラフである。
[図 8]図 8は実施例 4の実験結果を示すグラフである。
[図 9]図 9Aは本発明の第 3実施形態に係る太陽電池システムに用いられるヒートパイ プの構成を分解して示す模式図であり、図 9Bはヒートパイプの構成および熱輸送の 動作を示す模式図である。
[図 10]図 10は本発明の第 4実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムの模式 構成図である。
[図 11]図 11は本発明の第 4実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムの要部 の模式断面図である。
符号の説明
1…太陽電池パネル
la…受光面
2…ヒートパイプ
2a, 2b…ヒートパイプの端部
3…熱放散部
4…外部端子
5…銅板
20…中板
20a…打ち抜き開口部
21, 22· ··表板
23· ··蛇行細孔
24· ··冷媒流体 24…液相部
24…気相部
G
25…受熱部
26…放熱部
30· ··温水生成部
31…水
32…断熱材
33…放熱促進体
34a…温水供給管
34b…戻り管
35…湯浴
36· ··循環ポンプ
37a…流量調節コック
37b…ドレインコック
38· ··薬剤添加部
40· ··コンテナ
41…ウィック
42…耐圧構造物
43…受熱部
44…蒸気
45· ··凝縮部
46…作動液
50…屋根
Η· ··熱
HS…熱源
発明を実施するための最良の形態
以下に、本実施の形態に係る太陽電池システムおよび熱電気複合型太陽電池シ ステムについて、図面を参照して説明する。 [0022] i m
図 1は本実施形態に係る太陽電池システムの模式構成図である。
本実施形態の太陽電池システムは、太陽電池パネル 1と、ヒートパイプ 2と、熱放散 部 3とを有する。
太陽電池パネル 1は、受光面 laにおいて太陽光を受光し、光電変換により発生し た電力を外部端子 4など力 外部に供給する。
[0023] ヒートパイプ 2は、図 2Aの模式斜視図に示すように、プレート状構造体の内部に、 熱の伝導方向 Dに沿って、プレート状構造体の一方の端部 2aと他方の端部 2b間を 複数回往復する蛇行細孔が設けられており、この蛇行細孔内に冷媒流体が封入され た構成である。蛇行細孔は、ループ状の一繋がりの細孔を蛇行させて配置させたも のである。
例えば、図 2Aの模式斜視図およびそれを分解して示す図 2Bの模式図のように、 金属などの熱伝導性材料力 なる 3枚の板 (20, 21, 22)が積層されて、プレート状 構造体が構成されている。このプレート状構造体において、中板 20には打ち抜き開 口部 20aが設けられ、この中板 20の表裏面に 2枚の表板（21, 22)が貼りあわされて おり、このようにしてプレート状構造体の内部に、中板 20の打ち抜き開口部 20aの内 壁面と表板 (21, 22)の表面とから、プレート状構造体の一方の端部 2aと他方の端部 2b間を複数回往復（図面上は 2往復)するレイアウトで、蛇行細孔が構成されている。 蛇行細孔の太さ（直径または 1辺）は、例えば lmm程度である。
また、上記の蛇行細孔内には、例えば、 R134aなどの代替フロン、アルコールある いはその他の揮発性流体力 なる冷媒流体が、冷媒流体の液相部と気相部が交互 に存在する状態で、封入されている。
[0024] 図 3は上記のヒートパイプの熱輸送の動作原理を示す模式図である。
上記の構成のプレート型のヒートパイプ 2は、いわゆる自励振動式のヒートパイプで あり、熱媒体の蒸気流を通す中心部の外周部に凝縮した液体を通す構造を有する 方式のヒートパイプとは異なる。
ヒートパイプの蛇行細孔 23内に、冷媒流体 24の液相部 24と気相部 24が交互に
L G
存在する状態で封入されて!、る。プレート状構造体の一方の端部 2aである受熱部 2 5において熱 Hが吸収されると、この熱量により蛇行細孔 23内に断続的に冷媒流体 の蒸気泡が発生し、温度と蒸気圧の上昇をもたらす。
一方、他方の端部 2bである放熱部 26においては、熱 Hを放散して、冷却作用によ り蒸気泡の温度降下と圧力の低下が起こる。受熱部 25と放熱部 26の間の圧力差に より、蛇行細孔内に交互に閉塞して!/、る気相と液相が同時に放熱部側へと移動する このとき、気相の移動 Dにより潜熱の輸送が起こり、液相には自励振動 Vが発生し
G L
て顕熱の輸送が起こり、気相部と液相部が同時に移動することで潜熱と顕熱の両熱 輸送が行われ、速やかで効率的に熱が輸送される。
本実施形態の太陽電池システムに最適なヒートパイプを実現するためには、上記の 冷媒流体について最適な冷媒の種類や充填量 (充填圧力）を選択し、さらに、最適 な蛇行細孔の蛇行パターンをレイアウトすることが重要である。
[0025] 上記の構成のヒートパイプ 2の一方の端部 2a側のプレート状構造体の表面力 太 陽電池パネル 1の受光面 laの裏面に、例えばサーマルコンパウンド (金属粉入り接 着剤)などの熱伝導性接着剤により貼りあわされており、太陽電池パネル 1で発生し た熱を一方の端部 2aから受け取って他方の端部 2bへ伝導する。
[0026] 熱放散部 3は、ヒートパイプ 2を伝導する熱を他方の端部側から受け取る。ヒートパ イブ 2を伝導する熱 Hを放散させる構成であればよぐ例えば水冷装置や空冷装置な どを用いることができる。
[0027] 図 4Aの太陽電池パネルの受光面の裏面側の平面図および図 4A中の A— A'に おける断面図である図 4Bに示すように、ヒートパイプ 2の一方の端部 2a側のプレート 状構造体の表面と、太陽電池パネル 1の受光面 laの裏面とが、銅板 5を介して貼りあ わされていることができる。
この場合、太陽電池パネル 1の裏面が複数の領域に区分され、これらの領域のそ れぞれにおいて複数のヒートパイプ 2が銅板 5を介して貼りあわされており、ヒートパイ プ 2と銅板 5の貼り合わせ面積は太陽電池パネル 1の裏面の区分された各領域の面 積より小さい構成とすることが好ましい。銅板は集熱効果が高いので、銅板を介する ことで、太陽電池パネルの裏面全面にヒートパイプを貼り合わせなくても十分効率的 に太陽電池パネルの熱放散を行うことができる。
また、熱放散の効率を高めるために、上記の構成において、太陽電池パネル 1の裏 面と銅板 5、および Zまたは、銅板 5とヒートパイプ 2が、例えばサーマルコンパウンド（ 金属粉入り接着剤)などの熱伝導性接着剤により貼りあわされて ヽることが好ま 、。
[0028] また、上記の銅板とヒートパイプを一体ィ匕すること、即ち、銅板の内部に蛇行細孔を 設けて、この中に冷媒流体を封入する構成とすることもできる。これにより、装置の軽 量化を実現できる。
[0029] 上記の本実施形態の太陽電池システムは、太陽電池パネルの裏面に熱輸送性に 優れた自励振動式のヒートパイプを配しており、これによつて、太陽電池パネルの温 度を冷却して電気変換効率を例えば 40%改善することができ、従来の太陽電池より も太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる。これにより、エネルギー資 源の有効活用を図ることができ、地球環境の保全に貢献することが可能である。
この場合、プレート型のヒートパイプを用いることにより、ヒートパイプを太陽電池パ ネルに密着させて太陽電池セルを支えるフレームに埋め込んで設置することが可能 なため、プレート構造の自励振動式ヒートパイプは伝熱性能の面からも構造的な面か らも有利となる。
Figure imgf000012_0001
図 5は本実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムの模式構成図である。 本実施形態の太陽電池システムは、太陽電池パネル 1と、ヒートパイプ 2と、熱放散 部 3であるタンク状の温水生成部 30とを有する。
太陽電池パネル 1とヒートパイプ 2については、第 1実施形態と同様の構成である。
[0031] 太陽電池パネル 1は、受光面 laにおいて太陽光を受光し、光電変換により発生し た電力を外部端子 4など力 外部に供給する。
[0032] ヒートパイプ 2は、プレート状構造体の内部にプレート状構造体の一方の端部 2aと 他方の端部 2b間を複数回往復する蛇行細孔が設けられており、この蛇行細孔内に 冷媒流体が封入された構成であり、いわゆる自励振動式のヒートパイプである。
上記のヒートパイプ 2の一方の端部側のプレート状構造体の表面が、太陽電池パネ ル 1の受光面 laの裏面に、例えばサーマルコンパウンド (金属粉入り接着剤）などの 熱伝導性接着剤により貼りあわされており、太陽電池パネル 1で発生した熱を一方の 端部 2aから受け取って他方の端部 2bへ伝導する。
第 1実施形態と同様、図 5に示すように、ヒートパイプ 2の一方の端部 2a側のプレー ト状構造体の表面と、太陽電池パネル 1の受光面 laの裏面とが、銅板 5を介して貼り あわされていてもよい。
[0033] 温水生成部 30は、内部に例えば熱媒体として水 31を貯留し、内部の水 31にヒート ノイブ 2の他方側の端部が浸漬した構成である。
ヒートパイプ 2を伝導する熱 Hをヒートパイプ 2の他方の端部側から水 31に伝導し、 水 31を加温して温水を得る。
[0034] 太陽電池パネル 1は、太陽光を効率的に受光するため、あるいは設置する屋根の 傾きなどに合わせて所定の傾きをもって設置する必要があり、一方でタンク状の温水 生成部 30は、タンクの形状による力 例えば略直方体の形状の上面が水平になるよ うに設置するものであり、この場合、太陽電池パネル 1と温水生成部 30の間で熱輸送 するヒートパイプ 2は屈曲部を有することになる。本実施形態で用いるプレート状の自 励振動式ヒートパイプは、その構造上いずれの箇所においてもある程度の角度まで 折り曲げることが可能であり、太陽電池パネル 1と温水生成部 30の間の熱輸送を効 率的に行うことができる。
[0035] 水の加熱効果を高めるために、温水生成部 30の外周部は断熱材 32で被覆されて 、ることが好まし!/、。
また、ヒートパイプ 2の他方側の端部に、水 31への熱伝導効率を高める放熱フィン などの放熱促進体 33が形成されて 、ることが好ま 、。
[0036] 温水生成部 30において加温されて得られた温水は、様々な用途に用いることがで きる。
例えば、温水生成部 30に接続された温水供給管 34aを通して温水を湯浴 35に供 給し、足湯あるいは全身用の浴槽として利用できる。必要に応じて湯浴 35から温水 生成部 30に温水を戻す戻り管 34bを設け、循環ポンプ 36により温水を循環させても よい。この場合、循環ポンプ 36の内部あるいは戻り管 34bに浄ィ匕フィルターや殺菌 装置を設けて、温水を清浄な状態に保つことが好ましい。温水の供給量は、例えば 温水供給管 34aおよび戻り管 34bに設けた流量調節コック 37aにより調節することが できる。
また、必要に応じて温水供給管 34aの中途部に入浴剤などの薬剤添加部 38を設 けることちでさる。
さらに、温水生成部 30に直接ドレインコック 37bを設けて、内部の水を排水すること ちでさる。
また、温水の利用は足湯などの湯浴に限らず、厨房などへの給湯にも利用できる。 さらに、温水の温度が所望の温度より低い場合には、太陽電池パネルで得られた 電力を利用して、所望の温度となるまで加温してもよ 、。
[0037] 上記の本実施形態の太陽電池システムは、太陽電池パネルで発電し電力を取り出 して利用でき、さらに、太陽電池パネルで発生する熱を温水生成部に伝導して温水 を得て利用することができる、熱電気複合型の太陽電池システムである。
太陽電池パネルの裏面に熱輸送性に優れた自励振動式のヒートパイプを配してお り、これによつて、太陽電池パネルの温度を冷却して電気変換効率を例えば 40%改 善することができ、従来の太陽電池よりも太陽エネルギーの利用効率を向上させるこ とがでさる。
さらに、太陽電池パネルで発生する熱を効率的に回収して、温水にして給湯に利 用することが可能であり、従来温水を得るために使用されてきた化石燃料等のエネル ギー資源を節約することができる。
これにより、エネルギー資源の節約や有効活用を図ることができ、地球環境の保全 に貢献することが可能である。
この場合、プレート型のヒートパイプを用いることにより、ヒートパイプを太陽電池パ ネルに密着させて太陽電池セルを支えるフレームに埋め込んで設置することが可能 なため、プレート構造の自励振動式ヒートパイプは伝熱性能の面からも構造的な面か らも有利となる。
[0038] また、既に設置済みの太陽電池システムに関しても、太陽電池パネル裏面に自励 振動式ヒートパイプを装着するだけの簡単な工事で、電気変換効率が約 50%程度 上げることが可能であり、設備的に古くなつて電気変換効率の低い太陽電池システム を、最新式の太陽電池とほぼ同じ発電性能にまで上昇させることも可能である。 さらに、給湯システムを併用することで既述のような熱 ·電気複合型太陽電池システ ムの構築により、エネルギーの自立供給が可能な住宅とすることもできる。
[0039] (実施例 1)
上記の第 2実施形態に従って、熱電気複合型太陽電池システムを製作した。
即ち、市販の太陽電池パネルの受光面の裏面に、厚さ 1. 5mmの銅板を介して、 プレート状の自励振動式ヒートパイプとして、ヒートレーンプレート (TSヒート口-タス 社製)の一方の端部を貼り合わせた。このとき、太陽電池パネルとヒートパイプを貼り 合わせる面の幅 2倍の幅毎に太陽電池パネルの裏面を区分し、即ち、貼り合わせ面 の面積の 2倍毎に区分し、各領域の中央部にヒートパイプを貼り合わせた。
また、ヒートパイプの他方の端部には、図 5に示す構成のタンク状の温水生成部を 設けた。タンク中で水に浸漬される部分のヒートパイプの表面には、放熱促進体とし て放熱フィンを設けた。
[0040] (実施例 2)
上記の実施例 1の熱電気複合型太陽電池システムの太陽電池パネルの受光面の 裏面の温度を測定した。さらに、比較例としてヒートパイプを貼り合わせていない太陽 電池パネルの裏面の温度も測定した。
図 6は上記の実験結果を示すグラフである。図中、 Xは実施例の測定結果であり、 y は比較例の測定結果である。横軸は時刻であり、縦軸は温度 (K)である。
比較例 (y)では、 12時頃までは 335K (約 62°C)付近であり、その後に 330K (約 5 7°C)の温度を示した。一方、実施例 (X)では、 12時頃までは 324K (約 51°C)付近で あり、その後に 322K (約 49°C)の温度を示した。このように、いずれの時刻において も実施例の方が太陽電池パネルの裏面温度が低くなつていた。
このように、自励振動式ヒートパイプを太陽電池パネルの裏面に貼り合わせることで 、 日射が強力つた 12時頃までで約 11°C、やや日射が弱くなつてきたその後の時刻で 約 8°C程度、太陽電池パネルの裏面温度を下げることができた。
このデータは比較的日射量の少ない冬季に行った実験結果である力 太陽電池パ ネルがより高温になることが予想される夏期には、図に示した以上の冷却効果が顕れ ると予想される。
[0041] (実施例 3)
上記の実施例 1の熱電気複合型太陽電池システムの太陽電池パネルの電気変換 効率を測定した。また、比較例としてヒートパイプを貼り合わせていない太陽電池パ ネルと、さらに太陽電池パネルの裏面にプレート状構造ではない従来の一般的なヒ ートパイプを貼り合わせた場合にっ 、ても、電気変換効率を測定した。
図 7は上記の実験結果を示すグラフである。図中、 al〜a3はヒートパイプを貼り合 わせていない比較例の結果、 bl〜b3は実施例の結果、 cl〜c3は従来のヒートパイ プを貼り合わせた比較例の結果であり、それぞれの同時実験を 3回行った結果であ る。縦軸は、 al〜a3の結果を 100としたときの電気変換効率 (相対値)である。
上記の 3回の実験は、日時や条件が異なるため、数値的にバラツキがあるデータと なっているが、 3回の実験のいずれも自励振動式ヒートパイプを利用した実施例の結 果 (bl〜b3)の方が、従来のヒートパイプを用いた比較例の結果 (cl〜c3)よりも高 ヽ 電気変換効率を得ており、従来の一般的なヒートパイプを使用した場合の比較例の 結果 (cl〜c3)よりも、相対的に約 40%効率が向上しており、ヒートパイプを使用して いない比較例の結果 (al〜a3)よりも、相対的に約 50%効率が向上している。
[0042] (実施例 4)
上記の実施例 1の熱電気複合型太陽電池システムの電気エネルギーと熱エネルギ 一の総和での太陽光全体のエネルギーに対するエネルギー回収効率を測定した。 また、比較例として、ヒートパイプを貼り合わせていない太陽電池システムについても 、エネルギー回収効率を測定した。比較例では、熱回収システムがないので、電気 変換効率がエネルギーとしての回収効率そのものとなり、実施例のエネルギー回収 効率の向上分は、太陽電池パネルの冷却による電気変換効率の向上分と、熱エネ ルギ一の回収による効率向上部の和となる。
図 8は上記の実験結果を示すグラフである。図中、 dl〜d6は実施例の結果、 el〜 e6はヒートパイプを貼り合わせていない比較例の結果である。それぞれの異なる日に 同時の実験を 6回行った結果である。縦軸は太陽光全体のエネルギーに対するエネ ルギー回収効率（％)である。 図 8からは、ヒートパイプを貼り合わせていない太陽電池では、 10%にも満たないェ ネルギー回収効率であつたのに対して、実施例の場合は 40〜50%程度のエネルギ 一回収効率を実現できた。
[0043] 3実 餱
本実施形態は、上記の第 1および第 2実施形態の太陽電池システムにおいて、使 用するヒートパイプを以下のように変更したものである。
図 9 Aは本実施形態に係る太陽電池システムに用いられるヒートパイプの構成を分 解して示す模式図であり、図 9Bはヒートパイプの構成および熱輸送の動作を示す模 式図である。
本実施形態で用いられるヒートパイプは、薄 ヽ金属箔で形成したプレート状構造体 であるコンテナ 40の内部に可動な状態で、毛管力を発生させるためのウィック 41お よび耐圧構造物 42と、少量の作動液 (例えば水、アルコールなどの潜熱の大きい液 体）が封入され、空気を全て排出して密閉して形成されている。
[0044] 上記の構成のヒートパイプの受熱部 43は、太陽電池パネル 1である熱源 HSに接し ており、熱を受け取ると作動液の飽和蒸気圧が高まり、蒸発して、熱が液体の蒸発潜 熱として吸収される。
作動液の蒸気 44はウィック間に設けられた空間において隅々まで拡散し、相対的 に温度の低 、部位である凝縮部 45にお 、て凝縮する。
凝縮した作動液 46はウィックに吸収され、重力や毛管力によって受熱部に還流す る。
上記のような相変化を利用した作動液の循環が起こるため、極めて小さい温度差 間で熱輸送が可能となる。また、ヒートパイプ内に封入する作動液を変えることで、多 様な温度条件および熱輸送条件に対応することが可能である。
[0045] 本実施形態で用いられるヒートパイプは、ウィックおよび耐圧構造物が内部で可動 であることから、屈曲時にひずみを吸収して座屈による空間の閉塞が起こらず、可撓 性を有しており、本実施形態の太陽電池システムに用いる際に、容易に太陽電池パ ネルに貼り合わせることが可能で、また、太陽電池パネルと温水生成部などを接続す るときに屈曲させることが容易である。 [0046] 上記の本実施形態の太陽電池システムは、太陽電池パネルの裏面にプレート状の ヒートパイプを配しており、これによつて、太陽電池パネルの温度を冷却して電気変 換効率を改善することができ、従来の太陽電池よりも太陽エネルギーの利用効率を 向上させることができる。これにより、エネルギー資源の有効活用を図ることができ、 地球環境の保全に貢献することが可能である。
[0047] 4実 餱
図 10は本実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムの模式構成図であり、 図 11は要部の模式断面図である。
本実施形態の太陽電池システムは、太陽電池パネル 1と、ヒートパイプ 2と、熱放散 部 3であるパイプ状の温水生成部 30とを有する。
太陽電池パネル 1とヒートパイプ 2については、第 1実施形態と同様の構成である。
[0048] 太陽電池パネル 1は、受光面 laにおいて太陽光を受光し、光電変換により発生し た電力を外部端子 4からバッテリー 6などに供給して蓄電する。
[0049] ヒートパイプ 2は、プレート状構造体の内部にプレート状構造体の一方の端部 2aと 他方の端部 2b間を複数回往復する蛇行細孔が設けられており、この蛇行細孔内に 冷媒流体が封入された構成であり、いわゆる自励振動式のヒートパイプである。 上記のヒートパイプ 2の一方の端部側のプレート状構造体の表面が、太陽電池パネ ル 1の受光面 laの裏面に、例えばサーマルコンパウンド (金属粉入り接着剤）などの 熱伝導性接着剤により貼りあわされており、太陽電池パネル 1で発生した熱を一方の 端部 2aから受け取って他方の端部 2bへ伝導する。
第 1及び第 2実施形態と同様、図 11に示すように、ヒートパイプ 2の一方の端部 2a 側のプレート状構造体の表面と、太陽電池パネル 1の受光面 laの裏面とが、銅板 5 を介して貼りあわされて 、てもよ!/、。
[0050] パイプ状の温水生成部 30は、内部に例えば熱媒体として水 31を貯留する榭脂パ イブなど力も構成され、細長い開口部が形成されてヒートパイプ 2が挿入されており、 内部の水 31にヒートパイプ 2の他方側の端部が浸漬した構成である。榭脂パイプの 開口部とヒートパイプの間隙はシール材で封止されている。ノイブ状の温水生成部 は、占有面積をより小さくできる。 ヒートパイプ 2を伝導する熱 Hをヒートパイプ 2の他方の端部側から水 31に伝導し、 水 31を加温して温水を得るものである。
[0051] 太陽電池パネル 1は、太陽光を効率的に受光するため、例えば水平面に対して 20 ° 程度の傾きをもって設置されることが好ましい。
本実施形態においては、屋根 50の傾きに合わせて、あるいは屋根の傾き力 調整 して所定の傾きをもって設置されている。従って、太陽電池パネル 1は一辺が斜面上 方に配置され、これに対向する辺が斜面下方に配置されており、残りの二辺は対向 し、斜面に沿って傾きをもつように配置されて 、る。
ここで、本実施形態において、温水生成部 30は、上記の斜面に沿って傾きをもって 配置された辺において、ヒートパイプを介して太陽電池パネルに接続するように設け られている。
上記のように、より占有面積の小さいパイプ状の温水生成部としたことにより、太陽 電池パネル 1の斜面に沿って傾きをもって配置された辺側に接するように配置するこ とが可能となり、温水生成部の占有面積をより小さくしたことで本熱電気複合型太陽 電池システムを小型化でき、また、温水生成部からの水漏れが発生しても太陽電池 パネルへの悪影響を最小限にとどめることが可能である。
[0052] 本実施形態において用いているヒートパイプは自励振動式であり、ヒートパイプの 受熱側と放熱側の高さ関係がどのようなものであっても熱輸送可能であるが、より効 率的に熱輸送するためには、水平面に対して受熱側より放熱側が高くなるように配置 されることが好ましい。
本実施形態では、ヒートパイプの延伸方向が太陽電池パネル 1の斜面上方または 下方に配置された辺に平行に、即ち略水平に配置されており、このため受熱部と放 熱部の高さが略等しくなつている力 ヒートパイプの延伸方向が太陽電池パネル 1の 斜面上方または下方に配置された辺に角度を持って交差し、太陽電池パネルの面 内において斜めに配置することにより、受熱側より放熱側が高くなるように配置するこ とがでさる。
[0053] 水の加熱効果を高めるために、温水生成部 30の外周部が不図示の断熱材で被覆 されていることが好ましい。 また、ヒートパイプ 2の他方側の端部に、水 31への熱伝導効率を高めるためのフィ ンまたは板状の放熱促進体 33が形成されて 、ることが好ま 、。
[0054] 温水生成部 30において加温されて得られた温水は、様々な用途に用いることがで き、例えば、足湯あるいは全身用の浴槽として、あるいは厨房に供給する温水として 禾 IJ用することがでさる。
温水の供給量は、例えば温水供給管 34aおよび戻り管 34bに設けた流量調節コッ ク 37aにより調節することができるとともに、この流量により温水生成部 30で受け取る 受熱速度を調整できるので、温水の温度調節を行うことができる。
[0055] 例えば、循環ポンプ 36は、太陽電池パネル 1からの電力で充電されたバッテリー 6 で駆動できる。
例えば充電している昼間に循環駆動し、夜間は休止するように設定できる。
[0056] また、必要に応じて温水供給管 38の中途部に入浴剤などの薬剤添加部 38を設け ることちでさる。
本実施形態においても第 3実施形態のヒートパイプを使用することができる。
[0057] 上記の本実施形態の太陽電池システムは、第 2実施形態と同様に、太陽電池パネ ルで発電し電力を取り出して利用でき、さらに、太陽電池パネルで発生する熱を温水 生成部に伝導して温水を得て利用することができる、熱電気複合型の太陽電池シス テムである。
[0058] 本発明は上記の説明に限定されな!、。
例えば、従来の太陽電池以上に大きな発電量を蓄電し、自励振動式ヒートパイプ によって収集した熱量を蓄熱することにより、電気および熱エネルギーの自立供給シ ステム構築することも可能であり、災害時等でライフラインが停止した際の自立ェネル ギー供給システムを構築することも可能である。
また、システム自体は小型発電装置として構築が可能であるので、個別エネルギー 供給システムとしても利用可能である。
熱放散部において熱を受け取る熱媒体としては水に限定されない。例えば空気、 二酸化炭素、フロンガスなどの熱伝達ガスや水以外の液体などを使用でき、この熱 媒体力 再び水などに熱交換して温水として熱を利用することができる。 その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
産業上の利用可能性
本発明の太陽電池システムは、太陽光を受光して発電するシステムに適用できる。 また、本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、太陽光を受光して発電し、さら に太陽光力 得られる熱エネルギーを回収して温水を生成し、浴槽やその他の給湯 設備に利用できる、熱と電気を複合した発電システムに適用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 受光面において太陽光を受光し、光電変換により発生した電力を外部に供給する 太陽電池パネルと、
プレート状構造体を有し、一方の端部側の前記プレート状構造体の表面が前記太 陽電池パネルの前記受光面の裏面に貼りあわされ、前記太陽電池パネルで発生し た熱を前記一方の端部から受け取って他方の端部へ伝導するヒートパイプと、 前記ヒートパイプを伝導する熱を前記他方の端部側から受け取る熱放散部と を有する太陽電池システム。
[2] 前記ヒートパイプは、プレート状構造体の内部に前記プレート状構造体の前記一方 の端部と前記他方の端部間を複数回往復する蛇行細孔が設けられ、前記蛇行細孔 内に冷媒流体が封入されてなる
請求項 1に記載の太陽電池システム。
[3] 前記蛇行細孔内にお!、て前記冷媒流体の液相部と気相部が交互に存在する状態 で封入されている
請求項 2に記載の太陽電池システム。
[4] 前記ヒートパイプは、プレート状構造体の内部に可動な状態で、ウィック、耐圧構造 物および作動液が封入されてなる
請求項 1に記載の太陽電池システム。
[5] 前記太陽電池パネルの前記裏面と前記ヒートパイプが熱伝導性接着剤で貼りあわ されている
請求項 1〜4のいずれかに記載の太陽電池システム。
[6] 前記一方の端部側の前記プレート状構造体の表面が前記太陽電池パネルの前記 受光面の裏面に銅板を介して貼りあわされて 、る
請求項 1〜5のいずれかに記載の太陽電池システム。
[7] 前記太陽電池パネルの前記裏面が複数の領域に区分され、前記領域のそれぞれ において複数の前記ヒートパイプが前記銅板を介して貼りあわされており、 前記ヒートパイプと前記銅板の貼り合わせ面積は前記領域の面積より小さい 請求項 6に記載の太陽電池システム。
[8] 前記太陽電池パネルの前記裏面と前記銅板、および Zまたは、前記銅板と前記ヒ ートパイプが、熱伝導性接着剤で貼りあわされている
請求項 6または 7に記載の太陽電池システム。
[9] 受光面において太陽光を受光し、光電変換により発生した電力を外部に供給する 太陽電池パネルと、
プレート状構造体を有し、一方の端部側の前記プレート状構造体の表面が前記太 陽電池パネルの前記受光面の裏面に貼りあわされ、前記太陽電池パネルで発生し た熱を前記一方の端部から受け取って他方の端部へ伝導するヒートパイプと、 内部に水を貯留し、前記水に前記ヒートパイプの前記他方側の端部が浸漬してなり 、前記ヒートパイプを伝導する熱を前記他方の端部側から前記水に伝導して前記水 を加温して温水を得る温水生成部と
を有する熱電気複合型太陽電池システム。
[10] 前記ヒートパイプは、プレート状構造体の内部に前記プレート状構造体の前記一方 の端部と前記他方の端部間を複数回往復する蛇行細孔が設けられ、前記蛇行細孔 内に冷媒流体が封入されてなる
請求項 9に記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[11] 前記蛇行細孔内において前記冷媒流体の液相部と気相部が交互に存在する状態 で封入されている
請求項 10に記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[12] 前記ヒートパイプは、プレート状構造体の内部に、ウィック、耐圧構造物および冷媒 流体が封入されてなる
請求項 9に記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[13] 前記太陽電池パネルの前記裏面と前記ヒートパイプが熱伝導性接着剤で貼りあわ されている
請求項 9〜 12の ヽずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[14] 前記一方の端部側の前記プレート状構造体の表面が前記太陽電池パネルの前記 受光面の裏面に、銅板を介して貼りあわされている
請求項 9〜 13の ヽずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[15] 前記太陽電池パネルの前記裏面が複数の領域に区分され、前記領域のそれぞれ において複数の前記ヒートパイプが前記銅板を介して貼りあわされており、 前記ヒートパイプと前記銅板の貼り合わせ面積は前記領域の面積より小さい 請求項 14に記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[16] 前記太陽電池パネルの前記裏面と前記銅板、および Zまたは、前記銅板と前記ヒ ートパイプが、熱伝導性接着剤で貼りあわされている
請求項 14または 15に記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[17] 前記ヒートパイプの前記他方側の端部に、前記水への熱伝導効率を高める放熱促 進体が形成されている
請求項 9〜16のいずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[18] 前記温水生成部から温水が供給される湯浴を有する
請求項 9〜 17の ヽずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[19] 前記温水生成部がタンク状である
請求項 9〜18のいずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[20] 前記温水生成部がパイプ状である
請求項 9〜18のいずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
[21] 前記太陽電池パネルが水平面に対して角度を有する斜面に沿って配置され、 前記太陽電池パネルの上記斜面に沿って傾きをもって配置された辺にぉ 、て、前 記温水生成部が前記ヒートパイプを介して前記太陽電池パネルに接続するように設 けられている
請求項 20に記載の熱電気複合型太陽電池システム。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007134825A2 (de) * 2006-05-19 2007-11-29 Ulrich Pilz Anordnung und verfahren zur energiegewinnung aus der sonnenstrahlung
WO2007137407A1 (en) * 2006-05-26 2007-12-06 Day4 Energy Inc. Heat sink for photovoltaic cells
JP2008101822A (ja) * 2006-10-18 2008-05-01 Tama Tlo Kk 熱電気複合型太陽電池システム
JP2009047316A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp ヒートパイプによる集熱、給熱システム
JP2010144438A (ja) * 2008-12-19 2010-07-01 Sekisui House Ltd 休憩施設
WO2010128251A1 (fr) 2009-05-06 2010-11-11 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Recepteur solaire hybride et systeme solaire a concentration le comportant
JP2010258031A (ja) * 2009-04-21 2010-11-11 Sharp Corp 発電システム
JP2012094596A (ja) * 2010-10-25 2012-05-17 Kanai Educational Institution 集光発電装置
WO2012176590A1 (ja) * 2011-06-23 2012-12-27 株式会社日立プラントテクノロジー 太陽エネルギ利用システム
CN103104074A (zh) * 2013-02-01 2013-05-15 安徽长远绿色能源有限公司 一种建筑光伏构件模块
JP2015145769A (ja) * 2014-02-04 2015-08-13 千代田空調機器株式会社 太陽光発電パネル用冷却装置および太陽光発電装置
JP6100864B1 (ja) * 2015-10-27 2017-03-22 日清紡メカトロニクス株式会社 ハイブリッド太陽電池モジュール

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMI20071335A1 (it) * 2007-07-05 2009-01-06 Federico Pirovano Sistema fotovoltaico a efficienza migliorata e metodo di incremento della produzione di energia elettrica di almeno un modulo solare termo-fotovoltaico.
WO2009018016A2 (en) * 2007-07-30 2009-02-05 Dow Global Technologies Inc. Solar heat management in photovoltaic systems using phase change materials
CA2696013A1 (en) * 2007-08-14 2009-02-19 Nanocomp Technologies, Inc. Nanostructured material-based thermoelectric generators
EP2065658A1 (de) * 2007-11-28 2009-06-03 Hochschule für Technik Rapperswil Institut für Solartechnik SPF Solarabsorber und Verfahren zum Herstellen eines Solarabsorbers
US8356481B2 (en) 2008-08-07 2013-01-22 Krassimire Mihaylov Penev Dual hybrid fluid heating apparatus and methods of assembly and operation
US8037931B2 (en) * 2008-08-07 2011-10-18 Krassimire Mihaylov Penev Hybrid water heating system
US20100031953A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 Krassimire Mihaylov Penev Hybrid Water Heating System
WO2011012917A1 (en) * 2009-07-27 2011-02-03 Nanodef Ag Photovoltaic-cooling-power generator to improve efficiency of photovoltaic power plants
US8490619B2 (en) * 2009-11-20 2013-07-23 International Business Machines Corporation Solar energy alignment and collection system
US8026439B2 (en) 2009-11-20 2011-09-27 International Business Machines Corporation Solar concentration system
US9127859B2 (en) * 2010-01-13 2015-09-08 International Business Machines Corporation Multi-point cooling system for a solar concentrator
CN101826819B (zh) * 2010-04-09 2012-05-23 北京天普太阳能工业有限公司 一种同步产生并输出电能和热能的太阳能利用装置
WO2011127575A1 (en) * 2010-04-13 2011-10-20 John Robert Mumford Systems and methods for thermal and electrical transfer from solar conversion cells
CN101976988B (zh) * 2010-10-27 2012-10-10 广州市碧日能源科技有限公司 太阳能光热半导体温差发电热水系统
GB201102677D0 (en) * 2011-02-16 2011-03-30 Laidler Paul A Solar energy device
KR101236273B1 (ko) * 2011-04-21 2013-02-28 에너진(주) 무동력 냉각형 태양전지판
CN102587599B (zh) * 2012-03-01 2013-01-23 安徽长远绿色能源有限公司 一种光伏蜂窝组件模块
US20130269756A1 (en) * 2012-03-14 2013-10-17 Frank Pao Tall Slate BITERS
US9222709B2 (en) * 2013-02-08 2015-12-29 Steven Richard Rahl Solar thermal air conditioning unit
US10148120B2 (en) 2016-07-28 2018-12-04 International Business Machines Corporation Optimal distributed energy resource management system
IT201600129385A1 (it) * 2016-12-21 2018-06-21 Leonardo Spa Sistema di raffreddamento passivo a fluido bifase, particolarmente per il raffreddamento di apparati elettronici, quali apparati avionici.
FR3080173B1 (fr) * 2018-04-11 2020-11-27 Commissariat Energie Atomique Thermosiphon et caloduc pulse de realisation simplifiee
US11480350B2 (en) * 2019-01-31 2022-10-25 Imam Abdulrahman Bin Faisal University Enhanced performance thermoelectric generator
US11051428B2 (en) * 2019-10-31 2021-06-29 Hamilton Sunstrand Corporation Oscillating heat pipe integrated thermal management system for power electronics
JP7427564B2 (ja) * 2020-09-07 2024-02-05 新光電気工業株式会社 電子機器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58173341A (ja) * 1982-04-02 1983-10-12 Matsushita Refrig Co 太陽熱温水器
JPS59201852A (ja) * 1983-04-28 1984-11-15 三洋電機株式会社 銅表面の防錆被膜
JPH07332881A (ja) * 1994-06-09 1995-12-22 Akutoronikusu Kk ループ型蛇行細管ヒートパイプ
JP2003137199A (ja) * 2001-10-31 2003-05-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 太陽電池パネル及び太陽電池パネルを有する宇宙機

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4021816A (en) * 1973-10-18 1977-05-03 E-Systems, Inc. Heat transfer device
US4388481A (en) * 1981-07-20 1983-06-14 Alpha Solarco Inc. Concentrating photovoltaic solar collector
JPS6048054U (ja) * 1983-09-08 1985-04-04 白木金属工業株式会社 自然循環型太陽熱集熱器
JPH09186353A (ja) * 1995-12-28 1997-07-15 Fujikura Ltd 太陽電池モジュール
JP2000101116A (ja) * 1998-09-25 2000-04-07 Shimizu Corp 太陽光発電システム
JP3616813B2 (ja) * 1999-11-25 2005-02-02 独立行政法人産業技術総合研究所 太陽電池冷却熱回収装置
JP3726152B2 (ja) * 2000-10-13 2005-12-14 富士重工業株式会社 複合材表皮熱輸送パネルおよびそれを適用したハニカムパネル
US6630622B2 (en) * 2001-01-15 2003-10-07 Annemarie Hvistendahl Konold Combined solar electric power and liquid heat transfer collector panel
JP4724317B2 (ja) * 2001-06-07 2011-07-13 ティーエス ヒートロニクス 株式会社 強制振動流型ヒートパイプ及びその設計方法
US6679318B2 (en) * 2002-01-19 2004-01-20 Allan P Bakke Light weight rigid flat heat pipe utilizing copper foil container laminated to heat treated aluminum plates for structural stability

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58173341A (ja) * 1982-04-02 1983-10-12 Matsushita Refrig Co 太陽熱温水器
JPS59201852A (ja) * 1983-04-28 1984-11-15 三洋電機株式会社 銅表面の防錆被膜
JPH07332881A (ja) * 1994-06-09 1995-12-22 Akutoronikusu Kk ループ型蛇行細管ヒートパイプ
JP2003137199A (ja) * 2001-10-31 2003-05-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 太陽電池パネル及び太陽電池パネルを有する宇宙機

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007134825A2 (de) * 2006-05-19 2007-11-29 Ulrich Pilz Anordnung und verfahren zur energiegewinnung aus der sonnenstrahlung
WO2007134825A3 (de) * 2006-05-19 2008-06-26 Ulrich Pilz Anordnung und verfahren zur energiegewinnung aus der sonnenstrahlung
WO2007137407A1 (en) * 2006-05-26 2007-12-06 Day4 Energy Inc. Heat sink for photovoltaic cells
JP2008101822A (ja) * 2006-10-18 2008-05-01 Tama Tlo Kk 熱電気複合型太陽電池システム
JP2009047316A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp ヒートパイプによる集熱、給熱システム
JP2010144438A (ja) * 2008-12-19 2010-07-01 Sekisui House Ltd 休憩施設
JP2010258031A (ja) * 2009-04-21 2010-11-11 Sharp Corp 発電システム
WO2010128251A1 (fr) 2009-05-06 2010-11-11 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Recepteur solaire hybride et systeme solaire a concentration le comportant
US9029684B2 (en) 2009-05-06 2015-05-12 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Hybrid solar receiver and concentrating solar system comprising the same
JP2012094596A (ja) * 2010-10-25 2012-05-17 Kanai Educational Institution 集光発電装置
JP2013008786A (ja) * 2011-06-23 2013-01-10 Hitachi Plant Technologies Ltd 太陽エネルギ利用システム
WO2012176590A1 (ja) * 2011-06-23 2012-12-27 株式会社日立プラントテクノロジー 太陽エネルギ利用システム
CN103104074A (zh) * 2013-02-01 2013-05-15 安徽长远绿色能源有限公司 一种建筑光伏构件模块
CN103104074B (zh) * 2013-02-01 2013-11-20 安徽长远绿色能源有限公司 一种建筑光伏构件模块
JP2015145769A (ja) * 2014-02-04 2015-08-13 千代田空調機器株式会社 太陽光発電パネル用冷却装置および太陽光発電装置
JP6100864B1 (ja) * 2015-10-27 2017-03-22 日清紡メカトロニクス株式会社 ハイブリッド太陽電池モジュール
WO2017073288A1 (ja) * 2015-10-27 2017-05-04 日清紡メカトロニクス株式会社 ハイブリッド太陽電池モジュール
JP2017085760A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 日清紡メカトロニクス株式会社 ハイブリッド太陽電池モジュール
TWI622265B (zh) * 2015-10-27 2018-04-21 日清紡精密機器股份有限公司 太陽熱光混合型模組與其製造方法
KR101909405B1 (ko) 2015-10-27 2018-12-19 닛신보 메카트로닉스 가부시키가이샤 하이브리드 태양전지 모듈
US10594256B2 (en) 2015-10-27 2020-03-17 Nisshinbo Mechatronics Inc. Photovoltaic thermal collector

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