集熱器一体型の太陽電池モジュール
【課題】相互に背反関係にある発電効率と集熱効率に対して、これら双方からなる省エネルギー効果を従来構造に比して高めることのできる、集熱器一体型の太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】熱媒流通用の集熱管４の上方に集熱板３が配されてなる集熱器６と、太陽電池１の上方にカバーガラスＧが配されてなる太陽電池モジュール２と、からなり、集熱器６の上に太陽電池モジュール２が積層し、太陽光がカバーガラスＧを介して太陽電池１に受光される、集熱器一体型の太陽電池モジュール１０，１０Ａ，１０Ｂにおいて、カバーガラスＧの太陽光側の側面を第１の領域、カバーガラスＧと太陽電池１の間を第２の領域、太陽電池と集熱板の間を第３の領域、集熱板と集熱管の間を第４の領域とした際に、反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓがそれぞれ、第１の領域〜第４の領域のいずれかに配されている。
【解決手段】熱媒流通用の集熱管４の上方に集熱板３が配されてなる集熱器６と、太陽電池１の上方にカバーガラスＧが配されてなる太陽電池モジュール２と、からなり、集熱器６の上に太陽電池モジュール２が積層し、太陽光がカバーガラスＧを介して太陽電池１に受光される、集熱器一体型の太陽電池モジュール１０，１０Ａ，１０Ｂにおいて、カバーガラスＧの太陽光側の側面を第１の領域、カバーガラスＧと太陽電池１の間を第２の領域、太陽電池と集熱板の間を第３の領域、集熱板と集熱管の間を第４の領域とした際に、反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓがそれぞれ、第１の領域〜第４の領域のいずれかに配されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電と、太陽熱の集熱をともに実施する、集熱器一体型の太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素排出削減が国際的な取り組み課題となっている昨今、太陽光発電を住宅やオフィスビル、各種公共施設に設置することが世界的におこなわれており、我が国においては、そのための国レベル、地方自治体レベルの補助金制度も普及しつつある。
【０００３】
太陽光発電は、太陽電池モジュール（太陽電池：ＰＶ（Photovoltaic generation））を介して太陽光を電気に変換している。
【０００４】
この集熱器一体型の太陽電池モジュールは、その表面温度が上昇すると発電出力が低下するという特性を有しており、この問題を解決するために、モジュールの背面（太陽光受光面と反対側の面）に水や空気等の熱媒を流してモジュールの表面温度の上昇を抑制する集熱器が配されている。
【０００５】
集熱器にてモジュールから熱を回収した熱媒は、家屋等の暖房施設、給湯施設等に利用されるようになっており、このような、集熱器一体型の太陽電池モジュールは一般に、ハイブリッドパネルなどと称呼されることもある。なお、この集熱器一体型の太陽電池モジュールに関する発案が特許文献１，２に開示されている。
【０００６】
特許文献１に開示の集熱器一体型の太陽電池モジュールは、太陽光を白板強化ガラスを通じて太陽電池セルマトリクスで受光し、太陽光を太陽電池セルマトリクスによって光電変換し、その出力を出力端子から出力するものであり、同時に、太陽光により暖められた太陽電池モジュールの熱を集熱器の集熱板で集熱し、この熱を冷媒循環パイプに循環されている冷媒に伝導して、この冷媒を暖めるものである。ここで、集熱板が耐候性フィルムを介して太陽電池セルマトリクスに密接する構成が適用されており、これにより、太陽電池モジュールの熱を速やかに吸収することができ、その集熱効率が高い、というものである。
【０００７】
一方、特許文献２に開示の集熱器一体型の太陽電池モジュールは、面上に並べられた複数の太陽電池が透光性を持つ接着樹脂層に埋設され、太陽光発電を行なう発電系と、発電系の裏面に積層され、太陽熱を集熱する集熱板に熱媒管を設けた集熱系とを備えて、全体が盤状に構成された太陽エネルギー利用装置であり、その発電系と集熱系との間に同発電系の太陽電池と線膨張率が概ね同等で電気的絶縁性のある平板部材を密着させ、この平板部材と集熱系との間に接着樹脂層を介在させたものである。この構成により、発電機能の低下を防止でき、長寿命化を推進できる、というものである。
【０００８】
特許文献１，２をはじめとする従来の集熱器一体型の太陽電池モジュールでは、太陽電池モジュールを熱媒（特許文献１では冷媒）にて冷却することにより、その発電効率は比較的高く保持される一方で、その集熱効率は決して高いとはいい難い。
【０００９】
すなわち、集熱効率を高めるためには、太陽電池モジュールの冷却をある程度抑制する必要があることから、この発電効率と集熱効率は背反の関係にあると言える。
【００１０】
本発明者等は、上記する発電効率と集熱効率の背反関係を前提として、集熱器一体型の太陽電池モジュールを適用した際の、発電効率と集熱効率を総合したトータルの省エネルギー効果を高めることを課題として鋭意検討をおこなってきた。そして、たとえば、従来の集熱器一体型の太陽電池モジュールに比してその発電効率が低下したとしても、逆に集熱効率を向上させ、トータルとしての省エネルギー効果を高めることのできる新規な構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールの発案に至っている。
【００１１】
なお、付言するに、このように背反関係にある発電効率と集熱効率に対して、これら双方からなる省エネルギー効果を高める、もしくはこの省エネルギー効果の最適値を求めるという技術思想は、それ自体新規な思想であると言えるものである。そして、従来のハイブリッドパネルのように、太陽電池モジュールを冷却することを主目的として集熱が実施されるという技術思想に代わり、集熱器が自身の集熱効率を向上させることを主目的として太陽電池モジュールとユニット化される、という技術思想もまた新規な思想である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−２３４４９１号公報
【特許文献２】特開平１１−３２５６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、相互に背反関係にある発電効率と集熱効率に対して、これら双方からなる省エネルギー効果を従来構造に比して高めることのできる、集熱器一体型の太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成すべく、本発明による集熱器一体型の太陽電池モジュールは、熱媒流通用の集熱管の上方に集熱板が配されてなる集熱器と、太陽電池の上方にカバーガラスが配されてなる太陽電池モジュールと、からなり、該集熱器の上に太陽電池モジュールが積層し、太陽光が前記カバーガラスを介して太陽電池に受光される、集熱器一体型の太陽電池モジュールにおいて、前記カバーガラスの太陽光側の側面を第１の領域、カバーガラスと太陽電池の間を第２の領域、太陽電池と集熱板の間を第３の領域、集熱板と集熱管の間を第４の領域とした際に、反射防止膜と選択吸収膜がそれぞれ、前記第１の領域〜第４の領域のいずれかに配されているものである。
【００１５】
本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールは、エアや水等の熱媒が流通するための集熱管の上方に集熱板が配されてなる集熱器と、太陽電池の上方にカバーガラスが配されてなる太陽電池モジュールと、からなるユニットを基本構成としながら、その構成部材表面もしくは構成部材間に、受光した太陽光の反射による放散を防止するための反射防止膜と、さらに、太陽光による熱の吸収を促進し、放熱を防止するための選択吸収膜と、を配したものである。すなわち、単に反射防止膜のみを介層させる構成では、光の反射防止効果が期待できても、集熱効果を十分に期待することはできない。より多くの熱を生じさせるために反射防止膜を配すると同時に、生じた熱を効果的に熱媒に伝熱するための選択吸収膜が介層されることにより、集熱性能の向上が期待できる。
【００１６】
ここで、反射防止膜、選択吸収膜の素材は特に限定されるものではないが、反射防止膜としては、チタンやシリコン、セラミックスからなる単層膜、これらの複合膜などから形成できる。また、選択吸収膜は、アルミニウムやその合金などから形成できる。さらに、これらの膜は、密着させたい構成部材表面に塗布および乾燥させる等して薄膜成形してもよいし、別途成形した薄膜を部材表面に接着してもよい。
【００１７】
本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールでは、反射防止膜と選択吸収膜をその構成要素としたことにより、従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールに比してその内部温度は高温となり、これに起因して太陽電池モジュールにおける発電効率は相対的に低下する。しかし、本発明では、この発電効率の低下を許容しながら、その代わりに従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールに比して集熱効率を高め、発電効率、集熱効率双方を勘案したトータルの効果、すなわち省エネルギー効果を最大のものとすることをその主たる目的とするものである。
【００１８】
ここで、受光した太陽光の反射を抑制してより高い熱を生じさせ、生じた熱を集熱器に提供して集熱効率を高める、という集熱作用を勘案すれば、選択吸収膜に比して反射防止膜が相対的に太陽光側に配されている形態が好ましい。
また、集熱器の形態として、集熱板と、熱媒流通用の集熱管が埋め込まれた断熱材と、から形成されたものが、生じた熱を放熱させることなく熱媒に提供できる観点から好ましい。
【００１９】
また、カバーガラスの形態として、一枚のカバーガラスからなる形態のほかに、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する形態、もしくは、２枚のカバーガラスと、その間の真空層と、からなる２重ガラス構造を有する形態が挙げられ、特に、これらの２重ガラス構造の形態では、この２重ガラス構造の断熱性能によって太陽電池モジュールにて生じた熱の放熱がより一層抑制され、発生熱をより効果的に集熱することが可能となる。
【００２０】
上記するように、本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールによれば、従来構造のものに比してその集熱性能が格段に向上する一方で、太陽電池モジュールの過加熱を抑制する必要性もあり得る。
【００２１】
そこで、太陽電池の過加熱を防止する、以下の過加熱防止手段のうちのいずれか一種もしくは複数種を具備する形態であってもよい。
【００２２】
すなわち、（１）過加熱防止手段が、ポンプと、給湯に供される貯湯槽と、からなり、該ポンプを作動させて太陽電池モジュールをクーリングするための熱媒を集熱管に提供し、集熱管内の相対的に高温な熱媒を貯湯槽に戻すようになっている形態、（２）過加熱防止手段が、ポンプと、ラジエータと、からなり、該ポンプを作動させて集熱管から熱媒をラジエータに送り、ラジエータでクーリングされた熱媒を集熱管に戻すようになっている形態、（３）過加熱防止手段が、強制的に熱媒を集熱管に送るポンプからなり、該ポンプを作動させて強制的に熱媒が集熱管に送られ、集熱管内の相対的に高温な熱媒が強制排出されるようになっている形態、（４）前記カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する場合に、過加熱防止手段が、少なくとも該空気層内に外気を自然流入させること、もしくは強制流入させる流入機からなる形態である。
【００２３】
たとえば上記過加熱防止手段のいずれか一種をさらに具備することにより、最大もしくは最適な省エネルギー効果が得られることに加えて、仮に太陽電池が過加熱された場合でもその破損を抑止することができる。なお、上記（４）の過加熱防止手段が空気層内に外気を自然流入させる形態において、この外気の自然流入とは、空気層内で温められて相対的に軽量となった高温空気が、空気層内に外部から自然流入してくる相対的に重い空気によって押出され、これが繰り返されるという空気の自然循環作用によるものである。
【００２４】
また、省エネルギー効果をさらに高めるべく、カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する場合であって、かつ、過加熱防止手段が、少なくとも該空気層内に外気を自然流入させること、もしくは強制流入させる流入機からなる場合に、該空気層内から排気された高温空気が、以下のいずれか一種もしくは双方に供されるものであってもよい。
【００２５】
すなわち、（１）建築物に設置された暖房施設、（２）建築物に設置された除湿材の再生のための熱源、である。ここで、「建築物」には、一般の家屋、オフィスビル、各種公共施設等、集熱器一体型の太陽電池モジュールを設置可能な建築物の全般を包含している。
【００２６】
空気層内から排気された高温空気を外気へ放散する代わりに、建築物の暖房施設に供されるようにすることで、該暖房施設作動用の熱源の省エネ化が図られる。一方、シリカゲル等の除湿材に高温空気を提供してその水分を蒸発させることで、除湿材の吸湿性能を復元させ、その再利用を図ることができる。
【００２７】
さらに、太陽電池モジュールによる発電電気を利用して、前記過加熱防止手段を構成する、ポンプ、ラジエータ、ブロア等の流入機のいずれか一種もしくは複数の作動が実行されるようになっている形態であってもよい。
【００２８】
蓄電された発電電気を過加熱防止手段の作動用電源に利用することで、過加熱防止手段を作動させるための電源の併設を省略できることに加えて、停電時等で電源からの電気提供がなされない条件下で過加熱防止手段を作動させたい場合に、その効果は極めて大きい。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から理解できるように、本発明による集熱器一体型の太陽電池モジュールによれば、反射防止膜と選択吸収膜をその構成要素としたことにより、従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールに比して太陽熱の集熱能力は一層促進され、これに起因して太陽電池モジュールにおける発電効率は相対的に低下する一方で、その集熱効率を格段に向上させることができ、もって、発電効率、集熱効率双方を勘案したトータルの省エネルギー効果の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、１重ガラス構造を呈した本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールの実施の形態の縦断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、２重ガラス構造を呈した本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールの実施の形態の縦断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、過加熱防止手段の実施の形態を含む集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムを説明した模式図である。
【図４】蓄電池利用型の過加熱防止手段を有する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムを説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールの実施の形態を説明する。なお、本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールは、１重ガラス構造であれ２重ガラス構造であれ、少なくとも反射防止膜と選択吸収膜を具備するものであれば、図示例の構成に限定されるものではない。すなわち、太陽光側に選択吸収膜が配された形態であってもよいし、反射防止膜と選択吸収膜が図示例以外の部材間に介層される形態であってもよい。
【００３２】
図１ａ、ｂ、ｃはいずれも、１重ガラス構造を呈した本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールの実施の形態の縦断面図であり、図２ａ、ｂ、ｃはいずれも、２重ガラス構造を呈した本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールの実施の形態の縦断面図である。
【００３３】
まず、図１ａ，ｂ，ｃの各実施の形態で共通する構成は、太陽光の入射側（入射方向Ｘ）から順に、カバーガラスＧと太陽電池１（ＰＶパネルとも称される）とから構成される太陽電池モジュール２と、集熱板３と還流する集熱管４を内蔵した断熱材５とから構成される集熱器６と、が積層された積層構造を有することである。
【００３４】
上記共通構成を前提として、カバーガラスＧの太陽光の入射側の側面を第１の領域、カバーガラスＧと太陽電池１の間を第２の領域、太陽電池１と集熱板３の間を第３の領域、集熱板３と集熱管４の間を第４の領域とした際に、反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓはそれぞれ、これら第１の領域〜第４の領域のいずれかに配されるものである。その中で、図１ａで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール１０は、反射防止膜ＨがカバーガラスＧの太陽光側の側面に形成され、選択吸収膜Ｓが太陽電池１と集熱板３の間に介層された形態である。
【００３５】
一方、図１ｂで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール１０Ａは、反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓが積層してカバーガラスＧの太陽光の入射側の側面に形成された形態である。
さらに、図１ｃで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール１０Ｂは、反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓが積層して太陽電池１と集熱板３の間に介層された形態である。
【００３６】
ここで、反射防止膜Ｈは、チタンやシリコン、セラミックスからなる単層膜や、これらの複合膜などから形成でき、選択吸収膜Ｓは、アルミニウムやその合金などから形成でき、いずれも、密着部材表面にそれらのペースト素材を塗布し、高温乾燥させることで所望厚の反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓを形成することができる。
【００３７】
太陽電池モジュール２で発電された電気は、不図示の電線を介して建物内に供給、および（もしくは）送電線に逆潮流される。一方、太陽電池モジュール２にて生じた熱は、集熱器６の集熱管４内を還流する水等の熱媒に集熱されて高温雰囲気の熱媒とされ、この熱媒が不図示の配管系を介して貯湯槽等に送られる。
【００３８】
図１で示すいずれの集熱器一体型の太陽電池モジュール１０，１０Ａ，１０Ｂにおいても、反射防止膜Ｈによって受光した太陽光の反射放散を防止でき、もって太陽電池モジュール内における発熱を促進させることができる。さらに、選択吸収膜Ｓにより、太陽光による熱の吸収を促進し、放熱を防止することができ、発生した熱を集熱管４内の熱媒に効果的に提供することができるものである。
【００３９】
図１ａ〜ｃで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール１０，１０Ａ，１０Ｂに対して、図２ａ〜ｃで示す集熱器一体型の太陽電池モジュールは、２重ガラス構造を有する点で構成上の大きな相違がある。
【００４０】
図２ａ、ｂ、ｃの各実施の形態で共通する構成は、太陽光の入射側から順に、２重構造のカバーガラスＧ１，Ｇ２と太陽電池１とから構成される太陽電池モジュール２Ａと、集熱器６と、が積層された積層構造を有することである。
【００４１】
この共通構成を前提として、図２ａで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール２０は、太陽光の入射側のカバーガラスＧ１における、太陽光の入射側の側面に反射防止膜Ｈが形成され、選択吸収膜Ｓが太陽電池１と集熱板３の間に介層された形態である。
【００４２】
一方、図２ｂで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール２０Ａは、反射防止膜Ｈが太陽電池１側のカバーガラスＧ２の太陽光の入射側の側面に形成され、選択吸収膜Ｓが太陽電池１と集熱板３の間に介層された形態である。
【００４３】
さらに、図２ｃで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール２０Ｂは、反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓが積層して太陽電池１と集熱板３の間に介層された形態である。
【００４４】
いずれの形態の集熱器一体型の太陽電池モジュール２０、２０Ａ、２０Ｂも、２重構造のカバーガラスＧ１，Ｇ２の間の空間に空気層Ａもしくは真空層Ｖａが形成され、これによって太陽電池１の断熱性能が集熱器一体型の太陽電池モジュール１０，１０Ａ，１０Ｂに比して一層向上する。
【００４５】
本発明者等の検証によれば、従来の反射防止膜や選択吸収膜を有しない集熱器一体型の太陽電池モジュールの表面の温度が最高で７０℃程度にまで達するのに対して、本発明による集熱器一体型の太陽電池モジュールの太陽電池１表面の温度は、１５０℃〜３００℃程度にまで達することが分かっている。
【００４６】
したがって、このように高温雰囲気となる太陽電池１の熱を集熱器に効果的に提供することができ、しかも、この高温雰囲気下で太陽電池１が熱破損しないような過加熱防止手段を具備する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムとすることにより、その耐久性を担保しながら、集熱性能に優れたシステムとなる。
【００４７】
そこで、図３ａ、ｂ、ｃには、この過加熱防止手段を具備する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムの実施の形態を示しており、集熱器一体型の太陽電池モジュール２０を適用したシステム形態を模擬している。
【００４８】
図３ａで示す過加熱防止手段３０を具備する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムは、集熱管４の出口および入口に連通した熱媒流路Ｌ１と、この熱媒流路Ｌ１内に介在する貯湯槽Ｔと、ポンプＰと、から大略構成されるものであり、この熱媒流路Ｌ１を熱媒が還流しながら（Ｙ１方向）、太陽電池１のクーリングと集熱が実行される。
【００４９】
ここで、貯湯槽Ｔには、給湯提供ラインＬ２（流れＹ２）と、冷水等の熱媒吸入ラインＬ３（流れＹ３）と、さらに温められた熱媒を適宜排水する排水ラインＬ４（流れＹ４）とが流体連通している。
【００５０】
高温に温められた熱媒を給湯に供しながら、および（もしくは）排水ラインＬ４からみ図を排水して、適宜冷水等の新規な熱媒をポンプＰにて集熱器一体型の太陽電池モジュール２０に提供して、太陽電池１の過加熱が防止される。
【００５１】
一方、図３ｂで示す過加熱防止手段３０Ａを具備する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムは、集熱管４の出口および入口に連通した熱媒流路Ｌ１と、この熱媒流路Ｌ１内に介在するラジエータＲと、ポンプＰと、から大略構成されるものであり、ラジエータＲが高温に温められた熱媒をクーリングし、クーリングされた熱媒を集熱器一体型の太陽電池モジュール２０に提供して、太陽電池１の過加熱を防止するものである。
【００５２】
さらに、図３ｃで示す過加熱防止手段３０Ｂを具備する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムは、集熱管４の出口に連通した熱媒流路Ｌ１と、この熱媒流路Ｌ１に連通した給湯提供ラインＬ２および排水ラインＬ４と、集熱管４の入口に連通した熱媒流路Ｌ５と、この熱媒流路Ｌ５中に介在するポンプＰとからなり、熱媒を給湯に供しながら、熱媒を給湯に供することで、および（もしくは）排水ラインＬ４から水を排水することで、冷水等の熱媒をポンプＰにて強制的に集熱器一体型の太陽電池モジュール２０に提供して、太陽電池１の過加熱を防止するものである。なお、Ｌ５に供給される熱媒の圧力がＹ２からの給湯に十分な圧力であれば、ポンプＰは不要である。
【００５３】
なお、図示を省略するが、２重構造のカバーガラスＧ１，Ｇ２の間に空気層Ａを有する形態において、この空気層Ａ内に外気を自然流入させる形態のほかに、過加熱防止手段である不図示のブロア等の流入機にて強制流入させる形態であってもよい。
【００５４】
さらに、２重構造のカバーガラスＧ１，Ｇ２の間に空気層Ａを有する形態において、この空気層Ａ内に外気を自然流入させる形態や、過加熱防止手段であるブロア等の流入機にて外気を強制流入させる形態においては、空気層Ａ内から排気された高温空気を、建築物に設置された暖房施設や除湿材の再生のための熱源として利用することにより、その省エネルギー効果は一層促進される。
【００５５】
図４は、蓄電池利用型の過加熱防止手段を有する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムの実施の形態を説明した模式図であり、図３ａで示す過加熱防止手段３０に対して、発電電気集電ラインＬ６（集電流れＹ６）と、バッテリＢと、ポンプＰに電気を提供する電気提供ラインＬ７を付加した（電気流れＹ７）形態である。
【００５６】
この形態の集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムでは、自身による発電電気を有効利用することにより、過加熱防止手段３０を構成するポンプＰを作動させるための電源の併設を省略できることに加えて、停電時等で外部電源からの電気提供がなされない条件下でこのポンプＰを作動させて太陽電池１のクーリングを図りたい場合に、自己発電にてポンプＰの作動を実行できることからその効果は極めて大きい。
【００５７】
また、停電時に日射があれば太陽電池１は発電することができるため、蓄電池を介さずに直接過加熱防止手段３０に要する電力を、太陽電池１から供給することもできる。さらに、これらは図３のｂ、ｃに示すポンプＰやラジエータＲへの電力供給に適用することもできる。
【００５８】
[発電効率、集熱効率双方を勘案したトータルの省エネルギー効果を比較した試算評価結果]
本発明者等は、従来構造と本発明双方の集熱器一体型の太陽電池モジュールに関し、発電効率、集熱効率双方を勘案したトータルの省エネルギーをそれぞれ試算してその結果の比較を試みた。
【００５９】
ここで、上記試算に際し、本発明者等による過去の多数の実績と経験則に基づいて、１００の日射に対して、従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールでは、その発電効率が１５％、集熱効率が４０％と特定できる。そして、発電所からの送電系統を経てこの発電電気が各家庭に送電されるとした際の送電ロス等を勘案した系統発電効率を４０％、給湯器効率は各家庭でオンサイトにて給湯が実施できることから給湯器効率を９０％と仮定でき、これらの条件の下での従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールによる省エネルギー効果は、以下の式１にて算出することができる。
15/0.4 + 40/0.9 = 82・・・・・（式１）
【００６０】
一方、本発明による集熱器一体型の太陽電池モジュールでは、太陽電池表面が相対的に高温となることからその発電効率が１２％と従来構造のものに比して低下する一方で、その集熱効率は６０％と特定でき、従来構造のものに比して格段に向上する。この結果、従来構造のものと同様の条件、すなわち、系統発電効率を４０％、給湯器効率を９０％と仮定した際の、本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールによる省エネルギー効果は、以下の式２にて算出することができる。
12/0.4 + 60/0.9 = 97・・・・・（式２）
【００６１】
上記試算結果より、本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールでは、従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールに比して、発電効率、集熱効率双方を勘案したトータルの省エネルギー効果がおよそ２０％程度も向上するとの試算結果が得られ、省エネルギー性能に優れた集熱器一体型の太陽電池モジュールであることが実証されている。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態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における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１…太陽電池、Ｇ，Ｇ１，Ｇ２…カバーガラス、２，２Ａ…太陽電池モジュール、３…集熱板、４…集熱管、５…断熱材、６…集熱器、１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０，２０Ａ…熱器一体型の太陽電池モジュール、３０，３０Ａ，３０Ｂ…過加熱防止手段、Ｈ…反射防止膜、Ｓ…選択吸収膜、Ａ…空気層、Ｖａ…真空層、Ｔ…貯湯槽、Ｐ…ポンプ、Ｒ…ラジエータ、Ｂ…バッテリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電と、太陽熱の集熱をともに実施する、集熱器一体型の太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素排出削減が国際的な取り組み課題となっている昨今、太陽光発電を住宅やオフィスビル、各種公共施設に設置することが世界的におこなわれており、我が国においては、そのための国レベル、地方自治体レベルの補助金制度も普及しつつある。
【０００３】
太陽光発電は、太陽電池モジュール（太陽電池：ＰＶ（Photovoltaic generation））を介して太陽光を電気に変換している。
【０００４】
この集熱器一体型の太陽電池モジュールは、その表面温度が上昇すると発電出力が低下するという特性を有しており、この問題を解決するために、モジュールの背面（太陽光受光面と反対側の面）に水や空気等の熱媒を流してモジュールの表面温度の上昇を抑制する集熱器が配されている。
【０００５】
集熱器にてモジュールから熱を回収した熱媒は、家屋等の暖房施設、給湯施設等に利用されるようになっており、このような、集熱器一体型の太陽電池モジュールは一般に、ハイブリッドパネルなどと称呼されることもある。なお、この集熱器一体型の太陽電池モジュールに関する発案が特許文献１，２に開示されている。
【０００６】
特許文献１に開示の集熱器一体型の太陽電池モジュールは、太陽光を白板強化ガラスを通じて太陽電池セルマトリクスで受光し、太陽光を太陽電池セルマトリクスによって光電変換し、その出力を出力端子から出力するものであり、同時に、太陽光により暖められた太陽電池モジュールの熱を集熱器の集熱板で集熱し、この熱を冷媒循環パイプに循環されている冷媒に伝導して、この冷媒を暖めるものである。ここで、集熱板が耐候性フィルムを介して太陽電池セルマトリクスに密接する構成が適用されており、これにより、太陽電池モジュールの熱を速やかに吸収することができ、その集熱効率が高い、というものである。
【０００７】
一方、特許文献２に開示の集熱器一体型の太陽電池モジュールは、面上に並べられた複数の太陽電池が透光性を持つ接着樹脂層に埋設され、太陽光発電を行なう発電系と、発電系の裏面に積層され、太陽熱を集熱する集熱板に熱媒管を設けた集熱系とを備えて、全体が盤状に構成された太陽エネルギー利用装置であり、その発電系と集熱系との間に同発電系の太陽電池と線膨張率が概ね同等で電気的絶縁性のある平板部材を密着させ、この平板部材と集熱系との間に接着樹脂層を介在させたものである。この構成により、発電機能の低下を防止でき、長寿命化を推進できる、というものである。
【０００８】
特許文献１，２をはじめとする従来の集熱器一体型の太陽電池モジュールでは、太陽電池モジュールを熱媒（特許文献１では冷媒）にて冷却することにより、その発電効率は比較的高く保持される一方で、その集熱効率は決して高いとはいい難い。
【０００９】
すなわち、集熱効率を高めるためには、太陽電池モジュールの冷却をある程度抑制する必要があることから、この発電効率と集熱効率は背反の関係にあると言える。
【００１０】
本発明者等は、上記する発電効率と集熱効率の背反関係を前提として、集熱器一体型の太陽電池モジュールを適用した際の、発電効率と集熱効率を総合したトータルの省エネルギー効果を高めることを課題として鋭意検討をおこなってきた。そして、たとえば、従来の集熱器一体型の太陽電池モジュールに比してその発電効率が低下したとしても、逆に集熱効率を向上させ、トータルとしての省エネルギー効果を高めることのできる新規な構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールの発案に至っている。
【００１１】
なお、付言するに、このように背反関係にある発電効率と集熱効率に対して、これら双方からなる省エネルギー効果を高める、もしくはこの省エネルギー効果の最適値を求めるという技術思想は、それ自体新規な思想であると言えるものである。そして、従来のハイブリッドパネルのように、太陽電池モジュールを冷却することを主目的として集熱が実施されるという技術思想に代わり、集熱器が自身の集熱効率を向上させることを主目的として太陽電池モジュールとユニット化される、という技術思想もまた新規な思想である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−２３４４９１号公報
【特許文献２】特開平１１−３２５６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、相互に背反関係にある発電効率と集熱効率に対して、これら双方からなる省エネルギー効果を従来構造に比して高めることのできる、集熱器一体型の太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成すべく、本発明による集熱器一体型の太陽電池モジュールは、熱媒流通用の集熱管の上方に集熱板が配されてなる集熱器と、太陽電池の上方にカバーガラスが配されてなる太陽電池モジュールと、からなり、該集熱器の上に太陽電池モジュールが積層し、太陽光が前記カバーガラスを介して太陽電池に受光される、集熱器一体型の太陽電池モジュールにおいて、前記カバーガラスの太陽光側の側面を第１の領域、カバーガラスと太陽電池の間を第２の領域、太陽電池と集熱板の間を第３の領域、集熱板と集熱管の間を第４の領域とした際に、反射防止膜と選択吸収膜がそれぞれ、前記第１の領域〜第４の領域のいずれかに配されているものである。
【００１５】
本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールは、エアや水等の熱媒が流通するための集熱管の上方に集熱板が配されてなる集熱器と、太陽電池の上方にカバーガラスが配されてなる太陽電池モジュールと、からなるユニットを基本構成としながら、その構成部材表面もしくは構成部材間に、受光した太陽光の反射による放散を防止するための反射防止膜と、さらに、太陽光による熱の吸収を促進し、放熱を防止するための選択吸収膜と、を配したものである。すなわち、単に反射防止膜のみを介層させる構成では、光の反射防止効果が期待できても、集熱効果を十分に期待することはできない。より多くの熱を生じさせるために反射防止膜を配すると同時に、生じた熱を効果的に熱媒に伝熱するための選択吸収膜が介層されることにより、集熱性能の向上が期待できる。
【００１６】
ここで、反射防止膜、選択吸収膜の素材は特に限定されるものではないが、反射防止膜としては、チタンやシリコン、セラミックスからなる単層膜、これらの複合膜などから形成できる。また、選択吸収膜は、アルミニウムやその合金などから形成できる。さらに、これらの膜は、密着させたい構成部材表面に塗布および乾燥させる等して薄膜成形してもよいし、別途成形した薄膜を部材表面に接着してもよい。
【００１７】
本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールでは、反射防止膜と選択吸収膜をその構成要素としたことにより、従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールに比してその内部温度は高温となり、これに起因して太陽電池モジュールにおける発電効率は相対的に低下する。しかし、本発明では、この発電効率の低下を許容しながら、その代わりに従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールに比して集熱効率を高め、発電効率、集熱効率双方を勘案したトータルの効果、すなわち省エネルギー効果を最大のものとすることをその主たる目的とするものである。
【００１８】
ここで、受光した太陽光の反射を抑制してより高い熱を生じさせ、生じた熱を集熱器に提供して集熱効率を高める、という集熱作用を勘案すれば、選択吸収膜に比して反射防止膜が相対的に太陽光側に配されている形態が好ましい。
また、集熱器の形態として、集熱板と、熱媒流通用の集熱管が埋め込まれた断熱材と、から形成されたものが、生じた熱を放熱させることなく熱媒に提供できる観点から好ましい。
【００１９】
また、カバーガラスの形態として、一枚のカバーガラスからなる形態のほかに、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する形態、もしくは、２枚のカバーガラスと、その間の真空層と、からなる２重ガラス構造を有する形態が挙げられ、特に、これらの２重ガラス構造の形態では、この２重ガラス構造の断熱性能によって太陽電池モジュールにて生じた熱の放熱がより一層抑制され、発生熱をより効果的に集熱することが可能となる。
【００２０】
上記するように、本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールによれば、従来構造のものに比してその集熱性能が格段に向上する一方で、太陽電池モジュールの過加熱を抑制する必要性もあり得る。
【００２１】
そこで、太陽電池の過加熱を防止する、以下の過加熱防止手段のうちのいずれか一種もしくは複数種を具備する形態であってもよい。
【００２２】
すなわち、（１）過加熱防止手段が、ポンプと、給湯に供される貯湯槽と、からなり、該ポンプを作動させて太陽電池モジュールをクーリングするための熱媒を集熱管に提供し、集熱管内の相対的に高温な熱媒を貯湯槽に戻すようになっている形態、（２）過加熱防止手段が、ポンプと、ラジエータと、からなり、該ポンプを作動させて集熱管から熱媒をラジエータに送り、ラジエータでクーリングされた熱媒を集熱管に戻すようになっている形態、（３）過加熱防止手段が、強制的に熱媒を集熱管に送るポンプからなり、該ポンプを作動させて強制的に熱媒が集熱管に送られ、集熱管内の相対的に高温な熱媒が強制排出されるようになっている形態、（４）前記カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する場合に、過加熱防止手段が、少なくとも該空気層内に外気を自然流入させること、もしくは強制流入させる流入機からなる形態である。
【００２３】
たとえば上記過加熱防止手段のいずれか一種をさらに具備することにより、最大もしくは最適な省エネルギー効果が得られることに加えて、仮に太陽電池が過加熱された場合でもその破損を抑止することができる。なお、上記（４）の過加熱防止手段が空気層内に外気を自然流入させる形態において、この外気の自然流入とは、空気層内で温められて相対的に軽量となった高温空気が、空気層内に外部から自然流入してくる相対的に重い空気によって押出され、これが繰り返されるという空気の自然循環作用によるものである。
【００２４】
また、省エネルギー効果をさらに高めるべく、カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する場合であって、かつ、過加熱防止手段が、少なくとも該空気層内に外気を自然流入させること、もしくは強制流入させる流入機からなる場合に、該空気層内から排気された高温空気が、以下のいずれか一種もしくは双方に供されるものであってもよい。
【００２５】
すなわち、（１）建築物に設置された暖房施設、（２）建築物に設置された除湿材の再生のための熱源、である。ここで、「建築物」には、一般の家屋、オフィスビル、各種公共施設等、集熱器一体型の太陽電池モジュールを設置可能な建築物の全般を包含している。
【００２６】
空気層内から排気された高温空気を外気へ放散する代わりに、建築物の暖房施設に供されるようにすることで、該暖房施設作動用の熱源の省エネ化が図られる。一方、シリカゲル等の除湿材に高温空気を提供してその水分を蒸発させることで、除湿材の吸湿性能を復元させ、その再利用を図ることができる。
【００２７】
さらに、太陽電池モジュールによる発電電気を利用して、前記過加熱防止手段を構成する、ポンプ、ラジエータ、ブロア等の流入機のいずれか一種もしくは複数の作動が実行されるようになっている形態であってもよい。
【００２８】
蓄電された発電電気を過加熱防止手段の作動用電源に利用することで、過加熱防止手段を作動させるための電源の併設を省略できることに加えて、停電時等で電源からの電気提供がなされない条件下で過加熱防止手段を作動させたい場合に、その効果は極めて大きい。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から理解できるように、本発明による集熱器一体型の太陽電池モジュールによれば、反射防止膜と選択吸収膜をその構成要素としたことにより、従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールに比して太陽熱の集熱能力は一層促進され、これに起因して太陽電池モジュールにおける発電効率は相対的に低下する一方で、その集熱効率を格段に向上させることができ、もって、発電効率、集熱効率双方を勘案したトータルの省エネルギー効果の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、１重ガラス構造を呈した本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールの実施の形態の縦断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、２重ガラス構造を呈した本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールの実施の形態の縦断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、過加熱防止手段の実施の形態を含む集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムを説明した模式図である。
【図４】蓄電池利用型の過加熱防止手段を有する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムを説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールの実施の形態を説明する。なお、本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールは、１重ガラス構造であれ２重ガラス構造であれ、少なくとも反射防止膜と選択吸収膜を具備するものであれば、図示例の構成に限定されるものではない。すなわち、太陽光側に選択吸収膜が配された形態であってもよいし、反射防止膜と選択吸収膜が図示例以外の部材間に介層される形態であってもよい。
【００３２】
図１ａ、ｂ、ｃはいずれも、１重ガラス構造を呈した本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールの実施の形態の縦断面図であり、図２ａ、ｂ、ｃはいずれも、２重ガラス構造を呈した本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールの実施の形態の縦断面図である。
【００３３】
まず、図１ａ，ｂ，ｃの各実施の形態で共通する構成は、太陽光の入射側（入射方向Ｘ）から順に、カバーガラスＧと太陽電池１（ＰＶパネルとも称される）とから構成される太陽電池モジュール２と、集熱板３と還流する集熱管４を内蔵した断熱材５とから構成される集熱器６と、が積層された積層構造を有することである。
【００３４】
上記共通構成を前提として、カバーガラスＧの太陽光の入射側の側面を第１の領域、カバーガラスＧと太陽電池１の間を第２の領域、太陽電池１と集熱板３の間を第３の領域、集熱板３と集熱管４の間を第４の領域とした際に、反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓはそれぞれ、これら第１の領域〜第４の領域のいずれかに配されるものである。その中で、図１ａで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール１０は、反射防止膜ＨがカバーガラスＧの太陽光側の側面に形成され、選択吸収膜Ｓが太陽電池１と集熱板３の間に介層された形態である。
【００３５】
一方、図１ｂで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール１０Ａは、反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓが積層してカバーガラスＧの太陽光の入射側の側面に形成された形態である。
さらに、図１ｃで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール１０Ｂは、反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓが積層して太陽電池１と集熱板３の間に介層された形態である。
【００３６】
ここで、反射防止膜Ｈは、チタンやシリコン、セラミックスからなる単層膜や、これらの複合膜などから形成でき、選択吸収膜Ｓは、アルミニウムやその合金などから形成でき、いずれも、密着部材表面にそれらのペースト素材を塗布し、高温乾燥させることで所望厚の反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓを形成することができる。
【００３７】
太陽電池モジュール２で発電された電気は、不図示の電線を介して建物内に供給、および（もしくは）送電線に逆潮流される。一方、太陽電池モジュール２にて生じた熱は、集熱器６の集熱管４内を還流する水等の熱媒に集熱されて高温雰囲気の熱媒とされ、この熱媒が不図示の配管系を介して貯湯槽等に送られる。
【００３８】
図１で示すいずれの集熱器一体型の太陽電池モジュール１０，１０Ａ，１０Ｂにおいても、反射防止膜Ｈによって受光した太陽光の反射放散を防止でき、もって太陽電池モジュール内における発熱を促進させることができる。さらに、選択吸収膜Ｓにより、太陽光による熱の吸収を促進し、放熱を防止することができ、発生した熱を集熱管４内の熱媒に効果的に提供することができるものである。
【００３９】
図１ａ〜ｃで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール１０，１０Ａ，１０Ｂに対して、図２ａ〜ｃで示す集熱器一体型の太陽電池モジュールは、２重ガラス構造を有する点で構成上の大きな相違がある。
【００４０】
図２ａ、ｂ、ｃの各実施の形態で共通する構成は、太陽光の入射側から順に、２重構造のカバーガラスＧ１，Ｇ２と太陽電池１とから構成される太陽電池モジュール２Ａと、集熱器６と、が積層された積層構造を有することである。
【００４１】
この共通構成を前提として、図２ａで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール２０は、太陽光の入射側のカバーガラスＧ１における、太陽光の入射側の側面に反射防止膜Ｈが形成され、選択吸収膜Ｓが太陽電池１と集熱板３の間に介層された形態である。
【００４２】
一方、図２ｂで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール２０Ａは、反射防止膜Ｈが太陽電池１側のカバーガラスＧ２の太陽光の入射側の側面に形成され、選択吸収膜Ｓが太陽電池１と集熱板３の間に介層された形態である。
【００４３】
さらに、図２ｃで示す集熱器一体型の太陽電池モジュール２０Ｂは、反射防止膜Ｈ、選択吸収膜Ｓが積層して太陽電池１と集熱板３の間に介層された形態である。
【００４４】
いずれの形態の集熱器一体型の太陽電池モジュール２０、２０Ａ、２０Ｂも、２重構造のカバーガラスＧ１，Ｇ２の間の空間に空気層Ａもしくは真空層Ｖａが形成され、これによって太陽電池１の断熱性能が集熱器一体型の太陽電池モジュール１０，１０Ａ，１０Ｂに比して一層向上する。
【００４５】
本発明者等の検証によれば、従来の反射防止膜や選択吸収膜を有しない集熱器一体型の太陽電池モジュールの表面の温度が最高で７０℃程度にまで達するのに対して、本発明による集熱器一体型の太陽電池モジュールの太陽電池１表面の温度は、１５０℃〜３００℃程度にまで達することが分かっている。
【００４６】
したがって、このように高温雰囲気となる太陽電池１の熱を集熱器に効果的に提供することができ、しかも、この高温雰囲気下で太陽電池１が熱破損しないような過加熱防止手段を具備する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムとすることにより、その耐久性を担保しながら、集熱性能に優れたシステムとなる。
【００４７】
そこで、図３ａ、ｂ、ｃには、この過加熱防止手段を具備する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムの実施の形態を示しており、集熱器一体型の太陽電池モジュール２０を適用したシステム形態を模擬している。
【００４８】
図３ａで示す過加熱防止手段３０を具備する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムは、集熱管４の出口および入口に連通した熱媒流路Ｌ１と、この熱媒流路Ｌ１内に介在する貯湯槽Ｔと、ポンプＰと、から大略構成されるものであり、この熱媒流路Ｌ１を熱媒が還流しながら（Ｙ１方向）、太陽電池１のクーリングと集熱が実行される。
【００４９】
ここで、貯湯槽Ｔには、給湯提供ラインＬ２（流れＹ２）と、冷水等の熱媒吸入ラインＬ３（流れＹ３）と、さらに温められた熱媒を適宜排水する排水ラインＬ４（流れＹ４）とが流体連通している。
【００５０】
高温に温められた熱媒を給湯に供しながら、および（もしくは）排水ラインＬ４からみ図を排水して、適宜冷水等の新規な熱媒をポンプＰにて集熱器一体型の太陽電池モジュール２０に提供して、太陽電池１の過加熱が防止される。
【００５１】
一方、図３ｂで示す過加熱防止手段３０Ａを具備する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムは、集熱管４の出口および入口に連通した熱媒流路Ｌ１と、この熱媒流路Ｌ１内に介在するラジエータＲと、ポンプＰと、から大略構成されるものであり、ラジエータＲが高温に温められた熱媒をクーリングし、クーリングされた熱媒を集熱器一体型の太陽電池モジュール２０に提供して、太陽電池１の過加熱を防止するものである。
【００５２】
さらに、図３ｃで示す過加熱防止手段３０Ｂを具備する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムは、集熱管４の出口に連通した熱媒流路Ｌ１と、この熱媒流路Ｌ１に連通した給湯提供ラインＬ２および排水ラインＬ４と、集熱管４の入口に連通した熱媒流路Ｌ５と、この熱媒流路Ｌ５中に介在するポンプＰとからなり、熱媒を給湯に供しながら、熱媒を給湯に供することで、および（もしくは）排水ラインＬ４から水を排水することで、冷水等の熱媒をポンプＰにて強制的に集熱器一体型の太陽電池モジュール２０に提供して、太陽電池１の過加熱を防止するものである。なお、Ｌ５に供給される熱媒の圧力がＹ２からの給湯に十分な圧力であれば、ポンプＰは不要である。
【００５３】
なお、図示を省略するが、２重構造のカバーガラスＧ１，Ｇ２の間に空気層Ａを有する形態において、この空気層Ａ内に外気を自然流入させる形態のほかに、過加熱防止手段である不図示のブロア等の流入機にて強制流入させる形態であってもよい。
【００５４】
さらに、２重構造のカバーガラスＧ１，Ｇ２の間に空気層Ａを有する形態において、この空気層Ａ内に外気を自然流入させる形態や、過加熱防止手段であるブロア等の流入機にて外気を強制流入させる形態においては、空気層Ａ内から排気された高温空気を、建築物に設置された暖房施設や除湿材の再生のための熱源として利用することにより、その省エネルギー効果は一層促進される。
【００５５】
図４は、蓄電池利用型の過加熱防止手段を有する集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムの実施の形態を説明した模式図であり、図３ａで示す過加熱防止手段３０に対して、発電電気集電ラインＬ６（集電流れＹ６）と、バッテリＢと、ポンプＰに電気を提供する電気提供ラインＬ７を付加した（電気流れＹ７）形態である。
【００５６】
この形態の集熱器一体型の太陽電池モジュールシステムでは、自身による発電電気を有効利用することにより、過加熱防止手段３０を構成するポンプＰを作動させるための電源の併設を省略できることに加えて、停電時等で外部電源からの電気提供がなされない条件下でこのポンプＰを作動させて太陽電池１のクーリングを図りたい場合に、自己発電にてポンプＰの作動を実行できることからその効果は極めて大きい。
【００５７】
また、停電時に日射があれば太陽電池１は発電することができるため、蓄電池を介さずに直接過加熱防止手段３０に要する電力を、太陽電池１から供給することもできる。さらに、これらは図３のｂ、ｃに示すポンプＰやラジエータＲへの電力供給に適用することもできる。
【００５８】
[発電効率、集熱効率双方を勘案したトータルの省エネルギー効果を比較した試算評価結果]
本発明者等は、従来構造と本発明双方の集熱器一体型の太陽電池モジュールに関し、発電効率、集熱効率双方を勘案したトータルの省エネルギーをそれぞれ試算してその結果の比較を試みた。
【００５９】
ここで、上記試算に際し、本発明者等による過去の多数の実績と経験則に基づいて、１００の日射に対して、従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールでは、その発電効率が１５％、集熱効率が４０％と特定できる。そして、発電所からの送電系統を経てこの発電電気が各家庭に送電されるとした際の送電ロス等を勘案した系統発電効率を４０％、給湯器効率は各家庭でオンサイトにて給湯が実施できることから給湯器効率を９０％と仮定でき、これらの条件の下での従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールによる省エネルギー効果は、以下の式１にて算出することができる。
15/0.4 + 40/0.9 = 82・・・・・（式１）
【００６０】
一方、本発明による集熱器一体型の太陽電池モジュールでは、太陽電池表面が相対的に高温となることからその発電効率が１２％と従来構造のものに比して低下する一方で、その集熱効率は６０％と特定でき、従来構造のものに比して格段に向上する。この結果、従来構造のものと同様の条件、すなわち、系統発電効率を４０％、給湯器効率を９０％と仮定した際の、本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールによる省エネルギー効果は、以下の式２にて算出することができる。
12/0.4 + 60/0.9 = 97・・・・・（式２）
【００６１】
上記試算結果より、本発明の集熱器一体型の太陽電池モジュールでは、従来構造の集熱器一体型の太陽電池モジュールに比して、発電効率、集熱効率双方を勘案したトータルの省エネルギー効果がおよそ２０％程度も向上するとの試算結果が得られ、省エネルギー性能に優れた集熱器一体型の太陽電池モジュールであることが実証されている。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態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における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１…太陽電池、Ｇ，Ｇ１，Ｇ２…カバーガラス、２，２Ａ…太陽電池モジュール、３…集熱板、４…集熱管、５…断熱材、６…集熱器、１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０，２０Ａ…熱器一体型の太陽電池モジュール、３０，３０Ａ，３０Ｂ…過加熱防止手段、Ｈ…反射防止膜、Ｓ…選択吸収膜、Ａ…空気層、Ｖａ…真空層、Ｔ…貯湯槽、Ｐ…ポンプ、Ｒ…ラジエータ、Ｂ…バッテリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒流通用の集熱管の上方に集熱板が配されてなる集熱器と、太陽電池の上方にカバーガラスが配されてなる太陽電池モジュールと、からなり、該集熱器の上に太陽電池モジュールが積層し、太陽光が前記カバーガラスを介して太陽電池に受光される、集熱器一体型の太陽電池モジュールにおいて、
前記カバーガラスの太陽光側の側面を第１の領域、カバーガラスと太陽電池の間を第２の領域、太陽電池と集熱板の間を第３の領域、集熱板と集熱管の間を第４の領域とした際に、反射防止膜と選択吸収膜がそれぞれ、前記第１の領域〜第４の領域のいずれかに配されている、集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項２】
選択吸収膜に比して反射防止膜が相対的に太陽光の入射側に配されている、請求項１に記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記集熱器が、集熱板と、熱媒流通用の集熱管が埋め込まれた断熱材と、から形成されている、請求項１または２に記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の真空層と、からなる２重ガラス構造を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項６】
２枚のカバーガラスのうち、太陽光の入射側のカバーガラスとは異なる他方のカバーガラスの空気層側もしくは真空層側の側面に反射防止膜が配され、太陽電池と集熱板の間に選択吸収膜が配されている、請求項４または５に記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記太陽電池の過加熱を防止する、以下の過加熱防止手段のうちのいずれか一種もしくは複数種を具備する、
（１）過加熱防止手段が、ポンプと、給湯に供される貯湯槽と、からなり、該ポンプを作動させて太陽電池モジュールをクーリングするための熱媒を集熱管に提供し、集熱管内の相対的に高温な熱媒を貯湯槽に戻すようになっている、
（２）過加熱防止手段が、ポンプと、ラジエータと、からなり、該ポンプを作動させて集熱管から熱媒をラジエータに送り、ラジエータでクーリングされた熱媒を集熱管に戻すようになっている、
（３）過加熱防止手段が、強制的に熱媒を集熱管に送るポンプからなり、該ポンプを作動させて強制的に熱媒が集熱管に送られ、集熱管内の相対的に高温な熱媒が強制排出されるようになっている、
（４）前記カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する場合に、過加熱防止手段が、少なくとも該空気層内に外気を自然流入させること、もしくは強制流入させる流入機からなる、
請求項１〜６のいずれかに記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する場合であって、かつ、過加熱防止手段が、少なくとも該空気層内に外気を自然流入、もしくは強制流入させる流入機からなる場合に、該空気層内から排気された高温空気が、以下のいずれか一種もしくは双方に供される、
（１）建築物に設置された暖房施設、
（２）建築物に設置された除湿材の再生のための熱源、
請求項７に記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項９】
太陽電池モジュールによる発電電気を利用して、前記過加熱防止手段を構成する、ポンプ、ラジエータ、流入機のいずれか一種もしくは複数の作動が実行されるようになっている、請求項７またはこれに従属する請求項８に記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項１】
熱媒流通用の集熱管の上方に集熱板が配されてなる集熱器と、太陽電池の上方にカバーガラスが配されてなる太陽電池モジュールと、からなり、該集熱器の上に太陽電池モジュールが積層し、太陽光が前記カバーガラスを介して太陽電池に受光される、集熱器一体型の太陽電池モジュールにおいて、
前記カバーガラスの太陽光側の側面を第１の領域、カバーガラスと太陽電池の間を第２の領域、太陽電池と集熱板の間を第３の領域、集熱板と集熱管の間を第４の領域とした際に、反射防止膜と選択吸収膜がそれぞれ、前記第１の領域〜第４の領域のいずれかに配されている、集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項２】
選択吸収膜に比して反射防止膜が相対的に太陽光の入射側に配されている、請求項１に記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記集熱器が、集熱板と、熱媒流通用の集熱管が埋め込まれた断熱材と、から形成されている、請求項１または２に記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の真空層と、からなる２重ガラス構造を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項６】
２枚のカバーガラスのうち、太陽光の入射側のカバーガラスとは異なる他方のカバーガラスの空気層側もしくは真空層側の側面に反射防止膜が配され、太陽電池と集熱板の間に選択吸収膜が配されている、請求項４または５に記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記太陽電池の過加熱を防止する、以下の過加熱防止手段のうちのいずれか一種もしくは複数種を具備する、
（１）過加熱防止手段が、ポンプと、給湯に供される貯湯槽と、からなり、該ポンプを作動させて太陽電池モジュールをクーリングするための熱媒を集熱管に提供し、集熱管内の相対的に高温な熱媒を貯湯槽に戻すようになっている、
（２）過加熱防止手段が、ポンプと、ラジエータと、からなり、該ポンプを作動させて集熱管から熱媒をラジエータに送り、ラジエータでクーリングされた熱媒を集熱管に戻すようになっている、
（３）過加熱防止手段が、強制的に熱媒を集熱管に送るポンプからなり、該ポンプを作動させて強制的に熱媒が集熱管に送られ、集熱管内の相対的に高温な熱媒が強制排出されるようになっている、
（４）前記カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する場合に、過加熱防止手段が、少なくとも該空気層内に外気を自然流入させること、もしくは強制流入させる流入機からなる、
請求項１〜６のいずれかに記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記カバーガラスが、２枚のカバーガラスと、その間の空気層と、からなる２重ガラス構造を有する場合であって、かつ、過加熱防止手段が、少なくとも該空気層内に外気を自然流入、もしくは強制流入させる流入機からなる場合に、該空気層内から排気された高温空気が、以下のいずれか一種もしくは双方に供される、
（１）建築物に設置された暖房施設、
（２）建築物に設置された除湿材の再生のための熱源、
請求項７に記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【請求項９】
太陽電池モジュールによる発電電気を利用して、前記過加熱防止手段を構成する、ポンプ、ラジエータ、流入機のいずれか一種もしくは複数の作動が実行されるようになっている、請求項７またはこれに従属する請求項８に記載の集熱器一体型の太陽電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１９０９９１（Ｐ２０１１−１９０９９１Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７７２４（Ｐ２０１０−５７７２４）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
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