JP2011103350A - Cooling device of photovoltaic power generator - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling device of a photovoltaic power generator that can improve photoelectric conversion efficiency (power generation efficiency) by cooling the photovoltaic power generator. <P>SOLUTION: The cooling device 4 of the photovoltaic power generator 1, which converts sunlight into electricity, is configured such that a self-excited vibration type heat pipe is provided so as to be partly brought into contact with the back surface of the photovoltaic power generator 1 so as to conduct heat, and heat exchange is carried out between the photovoltaic power generator 1 and self-excited vibration type heat pipe, and heat transported to the self-excited vibration type heat pipe through the heat exchange is dissipated into the atmosphere from other parts of the self-excited vibration type heat pipe. Thus, the heat that the photovoltaic power generator generates is thermally transported by the self-excited vibration type heat pipe to be dissipated into the atmosphere to cool the photovoltaic power generator, thereby improving the photoelectric conversion efficiency. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、太陽光を電気に変換する太陽光発電装置の冷却装置に関するものである。   The present invention relates to a cooling device for a solar power generation device that converts sunlight into electricity.

太陽光を電気に変換する太陽光発電装置は、一般的に、その光電変換効率が３０％以下であり、また、太陽光に含まれる熱線によって加熱されてその温度が上昇し、その熱によって光電変換効率（発電効率）がさらに低下させられることが知られている。そのため、光電変換効率を向上させるために、太陽光発電装置を冷却することが検討されている。この種の装置の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置は、複数の太陽電池モジュール間をヒートパイプで接続し、日照障害のない太陽電池モジュールから、日照障害のある太陽電池モジュールに熱輸送することにより、太陽電池アレイ全体の温度分布を緩衝するように構成されている。   Photovoltaic power generation devices that convert sunlight into electricity generally have a photoelectric conversion efficiency of 30% or less, and are heated by heat rays contained in sunlight to increase the temperature. It is known that the conversion efficiency (power generation efficiency) can be further reduced. Therefore, in order to improve the photoelectric conversion efficiency, it has been studied to cool the solar power generation device. An example of this type of device is described in Patent Document 1. The apparatus described in Patent Document 1 connects a plurality of solar cell modules with heat pipes, and heat-transports the solar cell module from the solar cell module having no solar radiation obstacle to the solar cell module having the solar radiation obstacle. The temperature distribution is configured to be buffered.

特開２０００−１７４３１９号公報JP 2000-174319 A

上述した特許文献１の発明によれば、日照障害のない太陽電池モジュールの温度が低下されるので、全体として発電効率を向上させることができる。しかしながら、特許文献１に記載された構成は、太陽電池アレイに温度分布が生じている場合に、その温度分布を緩衝して発電効率を向上させるものであり、すなわち、アレイ全体に日照がある場合には、太陽電池モジュールの温度上昇を抑制できず、この点で改良の余地があった。   According to the invention of Patent Document 1 described above, since the temperature of the solar cell module free from sunshine obstruction is lowered, the power generation efficiency can be improved as a whole. However, when the temperature distribution is generated in the solar cell array, the configuration described in Patent Document 1 improves the power generation efficiency by buffering the temperature distribution, that is, when the entire array has sunshine. However, the temperature rise of the solar cell module could not be suppressed, and there was room for improvement in this respect.

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、太陽光発電装置を冷却することにより、光電変換効率（発電効率）を向上させることのできる太陽光発電装置の冷却装置を提供することを目的とするものである。   This invention is made paying attention to said technical subject, and provides the cooling device of the solar power generation device which can improve a photoelectric conversion efficiency (power generation efficiency) by cooling a solar power generation device. It is intended to do.

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、太陽光を電気に変換する太陽光発電装置の冷却装置において、前記太陽光発電装置の裏面に、自励振動型ヒートパイプの少なくとも一方の部分が熱伝達可能に接触して設けられ、前記太陽光発電装置と前記自励振動型ヒートパイプとの間で熱交換するとともに、その熱交換によって前記自励振動型ヒートパイプに輸送された前記熱を前記自励振動型ヒートパイプの他方の部分から大気中に放熱するように構成されていることを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a cooling device for a solar power generation device that converts sunlight into electricity, and at least one of self-excited vibration heat pipes is provided on the back surface of the solar power generation device. The portion of is provided so as to be able to transfer heat, and exchanged heat between the photovoltaic power generation device and the self-excited vibration heat pipe, and was transported to the self-excited vibration heat pipe by the heat exchange The heat is radiated from the other part of the self-excited vibration type heat pipe to the atmosphere.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記自励振動型ヒートパイプは、前記太陽光発電装置と前記自励振動型ヒートパイプとの間で熱交換する一方の部分と前記熱を大気中に放熱する他方の部分とを結ぶ直線の中央付近で折り曲げられてＵ字形状に形成され、そのＵ字形状に形成された前記自励振動型ヒートパイプの直線部分が前記太陽光発電装置に平行に設けられ、かつ前記一方の部分が、前記太陽光発電装置の裏面に熱伝達可能に接触して設けられるとともに、前記一方の部分と前記他方の部分との間に、複数の放熱フィンが張り渡されていることを特徴とする太陽光発電装置の冷却装置である。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the self-excited vibration type heat pipe exchanges the heat with one portion that exchanges heat between the solar power generation device and the self-excited vibration type heat pipe. It is bent in the vicinity of the center of a straight line connecting to the other part that radiates heat to the atmosphere, and is formed into a U shape. The straight part of the self-excited vibration heat pipe formed in the U shape is the solar power generation device. And the one portion is provided in contact with the back surface of the photovoltaic power generator so as to be capable of transferring heat, and a plurality of heat radiation fins between the one portion and the other portion. Is a solar power generator cooling device characterized by being stretched.

請求項１の発明によれば、太陽光発電装置に生じた熱を自励振動型ヒートパイプによって熱輸送して、その熱を大気中に放熱するように構成されている。また、その自励振動型ヒートパイプは、太陽光発電装置の裏面に設けられている。そのため、発電のための日照を阻害せず、太陽光発電装置の冷却のためにエネルギを消費しない、いわゆるパッシブ型の冷却装置を構成することができる。また、太陽光発電装置に生じた熱を熱輸送して大気中に放熱することにより、太陽光発電装置を冷却でき、光電変換効率（発電効率）を向上させることができる。さらにまた、自励振動型ヒートパイプは、他のヒートパイプに比較して熱輸送能力が高く、他のヒートパイプを使用した場合に比較して、太陽光発電装置の冷却効率を向上させることができ、発電効率を向上させることができる。また、自励振動型ヒートパイプは、他の一般的なヒートパイプに比較して、作動液の設計自由度が高い。したがって、作動液に、水に比較して表面張力の低いブタンやＲ１３４ａなどを用いることができ、これにより他のヒートパイプを適用した場合に比較して、冷却装置の軽量化を図ることができる。そして、これにより太陽光発電装置の信頼性および寿命を向上させることができる。   According to the first aspect of the present invention, the heat generated in the photovoltaic power generation apparatus is transported by the self-excited vibration heat pipe, and the heat is radiated to the atmosphere. The self-excited vibration heat pipe is provided on the back surface of the solar power generation device. Therefore, it is possible to configure a so-called passive cooling device that does not hinder sunlight for power generation and does not consume energy for cooling the solar power generation device. Moreover, by heat transporting the heat generated in the solar power generation device and dissipating it to the atmosphere, the solar power generation device can be cooled, and the photoelectric conversion efficiency (power generation efficiency) can be improved. Furthermore, the self-excited vibration type heat pipe has a higher heat transport capacity than other heat pipes, and can improve the cooling efficiency of the photovoltaic power generation device compared to the case where other heat pipes are used. And power generation efficiency can be improved. Further, the self-excited vibration type heat pipe has a higher degree of freedom in designing the hydraulic fluid than other general heat pipes. Therefore, butane or R134a having a lower surface tension than that of water can be used as the hydraulic fluid, and thus the weight of the cooling device can be reduced as compared with the case where other heat pipes are applied. . And thereby, the reliability and lifetime of a solar power generation device can be improved.

請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、自励振動型ヒートパイプはＵ字形状に形成され、そのＵ字形状に形成された自励振動型ヒートパイプの直線部分が太陽光発電装置に平行に設けられ、かつその一方の部分が太陽光発電装置に熱伝達可能に設けられるとともに、一方の部分と他方の部分との間に複数の放熱フィンが張り渡されている。自励振動型ヒートパイプをＵ字形状に形成することにより、自励振動型ヒートパイプに伝達された熱を大気中に放熱する他方の部分を、太陽光から遮蔽される太陽光発電装置の裏面に配置することができる。また、Ｕ字形状にすることにより、自励振動型ヒートパイプの長手方向の長さを短くでき、冷却装置を小型化することができる。また、一方の部分と他方の部分との間に、複数の放熱フィンが張り渡されているので、複数の放熱フィンによって自励振動型ヒートパイプを補強できる。さらにまた、自励振動型ヒートパイプに伝達された熱を、一方の部分および他方の部分の双方から複数の放熱フィンを介して大気中に放熱することができとともに、これにより、放熱性能を向上させることができる。   According to the invention of claim 2, in addition to the same effect as that of the invention of claim 1, the self-excited vibration type heat pipe is formed in a U shape, and the self-excited vibration type formed in the U shape. The straight part of the heat pipe is provided in parallel to the photovoltaic power generator, and one part thereof is provided to be able to transfer heat to the photovoltaic power generator, and a plurality of radiating fins between one part and the other part Is stretched out. By forming the self-excited vibration type heat pipe into a U shape, the other part of the solar power generation apparatus that shields the other part that dissipates the heat transmitted to the self-excited vibration type heat pipe into the atmosphere from the sunlight. Can be arranged. Moreover, by making it U shape, the length of the longitudinal direction of a self-excited vibration type heat pipe can be shortened, and a cooling device can be reduced in size. Further, since the plurality of radiating fins are stretched between the one portion and the other portion, the self-excited vibration heat pipe can be reinforced by the plurality of radiating fins. Furthermore, the heat transferred to the self-excited vibration heat pipe can be dissipated from the one part and the other part to the atmosphere via a plurality of heat dissipating fins, thereby improving the heat dissipating performance. Can be made.

この発明に係る冷却装置を適用した太陽光発電装置の断面図を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically sectional drawing of the solar power generation device to which the cooling device which concerns on this invention is applied. この発明に係る太陽光発電装置の冷却装置の作用を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action of the cooling device of the solar power generation device which concerns on this invention. この発明を適用できる太陽光発電装置の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of the solar power generation device which can apply this invention. 一般的な形状の自励振動型ヒートパイプを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the self-excited vibration type heat pipe of a general shape.

つぎに、この発明をより具体的に説明する。図３に、この発明を適用できる太陽光発電装置１の構成例を模式的に示してある。太陽光発電装置１は、複数の太陽光発電セル２が基材３上に配設されるとともに、各太陽光発電セル２が電気的に直列または並列に接続されて構成されている。各太陽光発電セル２は、光電変換により太陽光を電気に変換する光電変換素子（図示せず）を備えており、その光電変換素子に太陽光を照射することにより太陽光を電気に変換するようになっている。また、太陽光には熱線が含まれているから、各光電変換素子（太陽光発電セル２）は、その熱線によって、もしくは熱線を吸収することによって不可避的に加熱される。   Next, the present invention will be described more specifically. FIG. 3 schematically shows a configuration example of the solar power generation device 1 to which the present invention can be applied. The solar power generation device 1 is configured by arranging a plurality of solar power generation cells 2 on a base material 3 and electrically connecting each solar power generation cell 2 in series or in parallel. Each photovoltaic power generation cell 2 includes a photoelectric conversion element (not shown) that converts sunlight into electricity by photoelectric conversion, and converts the sunlight into electricity by irradiating the photoelectric conversion element with sunlight. It is like that. Moreover, since sunlight includes heat rays, each photoelectric conversion element (solar photovoltaic cell 2) is inevitably heated by the heat rays or by absorbing the heat rays.

光電変換素子は従来知られている結晶系もしくはアモルファス系のいずれであってもよく、要は、太陽光を電気に変換するものであればよい。太陽光発電セル２を配設する基材３には、熱伝導性を備えたアルミニウムなどを適用することが好ましい。   The photoelectric conversion element may be either a crystal system or an amorphous system known in the art. In short, any photoelectric conversion element may be used as long as it converts sunlight into electricity. It is preferable to apply aluminum or the like having thermal conductivity to the base material 3 on which the solar power generation cell 2 is disposed.

図１に、この発明に係る冷却装置４を適用した太陽光発電装置１の断面図を模式的に示してある。図１において、複数の太陽光発電セル２を支持する基材３を挟んで、各太陽光発電セル２の裏面に、Ｕ字形状に形成された自励振動型ヒートパイプ（Ｐｕｌｓａｔｉｎｇ ｈｅａｔ ｐｉｐｅ；以下、ＰＨＰと記す。）５が設けられている。ＰＨＰ５は、従来一般的に知られているものであってよく、その蒸発部５ａと凝縮部５ｂとの間で、ループ状に形成された無端状のチューブが複数回、往復され、そのチューブの内部に作動液Ｌが封入されている。図４に、一般的な形状のＰＨＰ５を模式的に示してあり、ＰＨＰ５は、チューブ形状の細管が複数蛇行して形成されており、その長手方向の中央付近（図４に符号Ｃで示してある）で折り曲げられてＵ字形状に形成されている。すなわち、蒸発部５ａと凝縮部５ｂとを結ぶ直線の中央付近で折り曲げられてＵ字形状に形成されている。そのＰＨＰ５は、一例として、厚み１．９ｍｍ、内径２．０ｍｍのアルミニウム製チューブによって形成されており、その内部に、作動液Ｌとしてブタンもしくはハイドロフルオロカーボン（Ｒ１３４ａ）が封入されている。なお、ＰＨＰ５を形成するアルミニウム製チューブは、適用条件に応じて、すなわち、耐久性や熱輸送量などを考慮して、その厚みや内径などを適宜変更してもよく、例えば厚み１．９ｍｍのアルミニウム製チューブの内径が２．５ｍｍもしくは３．０ｍｍであってもよい。   FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a solar power generation device 1 to which a cooling device 4 according to the present invention is applied. In FIG. 1, a self-excited vibration heat pipe (Pulsating heat pipe; hereinafter) formed in a U-shape on the back surface of each photovoltaic cell 2 with a base material 3 supporting a plurality of photovoltaic cells 2 interposed therebetween. , PHP).) 5 is provided. The PHP 5 may be generally known conventionally, and an endless tube formed in a loop shape is reciprocated a plurality of times between the evaporation unit 5a and the condensing unit 5b. The hydraulic fluid L is enclosed inside. FIG. 4 schematically shows a PHP 5 having a general shape. The PHP 5 is formed by meandering a plurality of tube-shaped thin tubes, and is near the center in the longitudinal direction (indicated by reference numeral C in FIG. 4). It is bent into a U shape. That is, it is bent in the vicinity of the center of the straight line connecting the evaporation section 5a and the condensation section 5b to form a U shape. As an example, the PHP 5 is formed of an aluminum tube having a thickness of 1.9 mm and an inner diameter of 2.0 mm, and butane or hydrofluorocarbon (R134a) is enclosed as a working fluid L therein. The aluminum tube forming the PHP 5 may be appropriately changed in thickness, inner diameter, etc. according to application conditions, that is, in consideration of durability, heat transport amount, etc. The inner diameter of the aluminum tube may be 2.5 mm or 3.0 mm.

ＰＨＰ５は、前述したように、その長手方向の中央付近で、すなわち、蒸発部５ａと凝縮部５ｂとを結ぶ直線の中央付近で折り曲げられてＵ字形状に形成されている。そして、その折り曲げられたＰＨＰ５の直線部分の長さが、図１に示したように、太陽光発電セル２の一辺の長さと同一もしくはほぼ同一になるように設計される。言い換えれば、折り曲げられたＰＨＰ５の全体が、太陽光発電セル２で隠れるように、ＰＨＰ５もしくは太陽光発電セル２の大きさが設計（調整）される。   As described above, the PHP 5 is formed in a U shape by being bent in the vicinity of the center in the longitudinal direction, that is, in the vicinity of the center of the straight line connecting the evaporation section 5a and the condensation section 5b. The length of the bent straight portion of the PHP 5 is designed to be the same as or substantially the same as the length of one side of the photovoltaic cell 2 as shown in FIG. In other words, the size of the PHP 5 or the photovoltaic cell 2 is designed (adjusted) so that the entire folded PHP 5 is hidden by the photovoltaic cell 2.

そのＰＨＰ５の一方の部分における少なくとも一部分は、前述した基材３に熱伝達可能に設けられており、この基材３に接触する部分（蒸発部５ａ）で、太陽光発電セル２に生じた熱を奪うようになっている。すなわち、この基材３に接触するＰＨＰ５の一方の部分に蒸発部５ａが形成され、ここで、作動液Ｌが液相から気相に相変化し、蒸気化潜熱によってＰＨＰ５の他方の部分に熱を輸送するようになっている。   At least a part of one part of the PHP 5 is provided so as to be able to transfer heat to the base material 3 described above, and the heat generated in the photovoltaic power generation cell 2 at the part (evaporation part 5 a) in contact with the base material 3. To take away. That is, the evaporation part 5a is formed in one part of the PHP 5 in contact with the base material 3, where the working liquid L changes from a liquid phase to a gas phase, and heat is generated in the other part of the PHP 5 by latent heat of vaporization. Is supposed to be transported.

一方、ＰＨＰ５の他方の部分は、蒸発部５ａに対向するように設けられており、作動液Ｌの蒸気化潜熱によって輸送された熱をホールドフィン（放熱フィン）６を介して大気中に放熱することにより、作動液を気相から液相に相変化するようになっている。すなわち、ＰＨＰ５の他方の部分に凝縮部５ｂが形成されている。   On the other hand, the other part of the PHP 5 is provided so as to face the evaporation part 5a, and radiates the heat transported by the latent heat of vaporization of the working fluid L to the atmosphere via the hold fins (radiation fins) 6. As a result, the working fluid changes phase from the gas phase to the liquid phase. That is, the condensing part 5b is formed in the other part of PHP5.

前述したホールドフィン６は、蒸発部５ａと凝縮部５ｂとの間に、所定の間隔を開けて張り渡されており、蒸発部５ａおよび凝縮部５ｂの双方から熱が伝達されるようになっている。また、各ホールドフィン６は、所定の間隔を開けて張り渡されているので、この各ホールドフィン６の間に風が通ることにより、ＰＨＰ５に伝達された熱を大気中に放熱できるようになっている。したがって、蒸発部５ａと凝縮部５ｂとの間に、所定の間隔を開けてホールドフィン６を張り渡すことにより、ＰＨＰ５の放熱性能を向上させることができるようになっている。また、ＰＨＰ５の蒸発部５ａと凝縮部５ｂとの間に複数のホールドフィン６が張り渡されているので、チューブ形状の細管が複数蛇行して形成されているＰＨＰ５を補強することができる。なお、このホールドフィン６は、熱伝導性を備えた薄板状の金属製材料によって形成されており、その金属製材料には、例えば、アルミニウムを用いることが好ましい。   The hold fin 6 described above is stretched between the evaporation unit 5a and the condensing unit 5b at a predetermined interval so that heat is transmitted from both the evaporating unit 5a and the condensing unit 5b. Yes. Further, since the hold fins 6 are stretched at a predetermined interval, the heat transmitted to the PHP 5 can be dissipated into the atmosphere by the wind passing between the hold fins 6. ing. Therefore, the heat radiation performance of the PHP 5 can be improved by stretching the hold fins 6 with a predetermined gap between the evaporator 5a and the condenser 5b. In addition, since the plurality of hold fins 6 are stretched between the evaporation section 5a and the condensation section 5b of the PHP 5, it is possible to reinforce the PHP 5 formed by meandering a plurality of tube-shaped thin tubes. The hold fin 6 is formed of a thin plate-shaped metal material having thermal conductivity, and it is preferable to use aluminum, for example, as the metal material.

図２は、前述した図１のように構成された太陽光発電装置１の冷却装置４の作用を説明するための模式図である。なお、図２に示す例は、前述した図１に示す構成の一部を変更したものであり、したがって図１に示す部分と同一の部分には図２に図１と同様の符号を付してその説明を省略する。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the cooling device 4 of the solar power generation device 1 configured as shown in FIG. The example shown in FIG. 2 is obtained by changing a part of the configuration shown in FIG. 1 described above. Therefore, the same parts as those shown in FIG. The description is omitted.

各太陽光発電セル２が日照を受けると、太陽光発電セル２は加熱され、太陽光発電セル２の温度が上昇する。そして、その熱は、基材３を介してＰＨＰ５の蒸発部５ａに伝達される。蒸発部５ａでは、その熱によって作動液Ｌが蒸気化され、蒸気化潜熱によって凝縮部５ｂに熱が輸送される。凝縮部５ｂに輸送された熱は、蒸発部５ａと凝縮部５ｂとの間に、所定の間隔を開けて張り渡された複数のホールドフィン６に伝達され、その複数のホールドフィン６から大気中に放熱される。また、ホールドフィン６は、蒸発部５ａと凝縮部５ｂとの間に張り渡されているので、蒸発部５ａからも直接大気中に放熱することができる。   When each solar power generation cell 2 receives sunlight, the solar power generation cell 2 is heated and the temperature of the solar power generation cell 2 rises. Then, the heat is transmitted to the evaporation part 5 a of the PHP 5 through the base material 3. In the evaporation part 5a, the working fluid L is vaporized by the heat, and heat is transported to the condensing part 5b by the vaporization latent heat. The heat transported to the condensing unit 5b is transmitted to the plurality of hold fins 6 stretched at a predetermined interval between the evaporation unit 5a and the condensing unit 5b, and from the plurality of hold fins 6 to the atmosphere Heat is dissipated. Moreover, since the hold fin 6 is stretched between the evaporation part 5a and the condensation part 5b, it can be directly radiated from the evaporation part 5a to the atmosphere.

したがって、太陽光発電セル２の裏面にＰＨＰ５を設けることにより、加熱された太陽光発電セル２の熱を大気中に放熱することができる。すなわち、太陽光発電セル２を冷却することができ、その結果、太陽光発電セル２の光電変換効率（発電効率）を向上させることができる。また、ＰＨＰ５は、その長手方向の中央付近で、すなわち、蒸発部５ａと凝縮部５ｂとを結ぶ直線の中央付近で折り曲げられてＵ字形状に形成されるとともに、太陽光発電セル２の裏面に設けられている。そのため、ＰＨＰ５を太陽光発電セル２の裏面に収めることができ、発電のための日照を阻害しない。言い換えれば、太陽光発電セル２によって太陽光が遮蔽される位置にＰＨＰ５を収めることができる。したがって、日照を阻害せずに太陽光発電セル２を冷却することができる。また、太陽光発電セル２の冷却にエネルギを消費しないので、エネルギ消費のない冷却装置４とすることができ、発電した電力を全て出力することができる。さらにまた、作動液Ｌの蒸気化潜熱によって太陽光発電セル２の熱を輸送し、冷却するように構成されているので、冷却のための動力源を必要とする冷却装置に比較して、維持管理が不要もしくは低減された装置とすることができる。   Therefore, by providing the PHP 5 on the back surface of the photovoltaic power generation cell 2, the heat of the heated photovoltaic power generation cell 2 can be radiated to the atmosphere. That is, the solar power generation cell 2 can be cooled, and as a result, the photoelectric conversion efficiency (power generation efficiency) of the solar power generation cell 2 can be improved. The PHP 5 is bent in the vicinity of the center in the longitudinal direction, that is, in the vicinity of the center of the straight line connecting the evaporator 5a and the condenser 5b, and is formed in a U shape. Is provided. Therefore, PHP5 can be stored in the back surface of the photovoltaic power generation cell 2, and the sunlight for electric power generation is not inhibited. In other words, the PHP 5 can be housed in a position where sunlight is shielded by the photovoltaic cell 2. Therefore, the solar power generation cell 2 can be cooled without impeding sunlight. Moreover, since energy is not consumed for cooling of the photovoltaic power generation cell 2, it can be set as the cooling device 4 without energy consumption, and all the generated electric power can be output. Furthermore, since the heat of the photovoltaic power generation cell 2 is transported and cooled by the latent heat of vaporization of the hydraulic fluid L, it is maintained compared to a cooling device that requires a power source for cooling. It is possible to make the apparatus unnecessary or reduced in management.

ＰＨＰ５の作動原理を具体的に説明する。図４に、一般的な形状のＰＨＰ５を模式的に示してある。前述したように、ＰＨＰ５は、蒸発部５ａと凝縮部５ｂとの間で、ループ状に形成された無端状のチューブが複数回、往復されて形成されており、言い換えれば、複数蛇行して形成されており、そのチューブの内部に作動液Ｌが封入されている。蒸発部５ａに入熱されると、その内部に封入された作動液Ｌは、液相から気相に相変化する。すなわち、蒸発部５ａでは、断続的に作動液Ｌが蒸気化されて、蒸発部５ａの圧力が上昇する。そして、蒸気化した作動液は、蒸発部５ａにおいて気泡Ｖを形成し、その作動液の気泡Ｖは、液相の作動液Ｌが気相に相変化する場合に生じる圧力によって蒸発部５ａから圧し出される。   The operation principle of the PHP 5 will be specifically described. FIG. 4 schematically shows a PHP 5 having a general shape. As described above, the PHP 5 is formed by reciprocating the endless tube formed in a loop shape a plurality of times between the evaporation section 5a and the condensation section 5b, in other words, a plurality of meandering forms. The hydraulic fluid L is sealed inside the tube. When heat is input to the evaporation unit 5a, the working fluid L enclosed therein changes from a liquid phase to a gas phase. That is, in the evaporation part 5a, the working fluid L is intermittently vaporized, and the pressure of the evaporation part 5a increases. The vaporized hydraulic fluid forms bubbles V in the evaporator 5a, and the bubbles V of the hydraulic fluid are pressed from the evaporator 5a by the pressure generated when the liquid-phase hydraulic fluid L changes to the gas phase. Is issued.

また、ループ形状のチューブの途中には、液相の作動液Ｌが液栓を形成している場合があり、この液栓は、前述した気泡Ｖの移動にともなって、すなわち、気泡Ｖに圧迫されて凝縮部５ｂに圧し進められる。この液栓が、蒸発部５ａの圧力によって凝縮部５ｂに圧し進められる場合に、液栓の一部は、チューブの内壁と気泡Ｖとの間を流動して蒸発部５ａに還流される。   Further, the liquid-phase hydraulic fluid L may form a liquid stopper in the middle of the loop-shaped tube, and this liquid stopper is pressed against the bubbles V as the bubbles V move. Then, it is pressed against the condensing part 5b. When this liquid stopper is pressed against the condensing part 5b by the pressure of the evaporation part 5a, a part of the liquid stopper flows between the inner wall of the tube and the bubble V and is returned to the evaporation part 5a.

一方、凝縮部５ｂでは、作動液Ｌの蒸気化潜熱によって輸送された熱が奪われて、すなわち、作動液が気相から液相に相変化して凝縮し、気泡Ｖの大きさが縮小したりして、圧力が低下する。   On the other hand, in the condensing part 5b, the heat transported by the vaporization latent heat of the working fluid L is taken away, that is, the working fluid is condensed by changing phase from the gas phase to the liquid phase, and the size of the bubbles V is reduced. Or the pressure drops.

したがって、ＰＨＰ５は、蒸発部５ａと凝縮部５ｂとの圧力差により、自励的に圧力振動を発生するようになっている。そして、この圧力振動により、ループ状に形成された無端状のチューブに封入された気相および液相の作動液が、凝縮部５ｂに比較して圧力の高い蒸発部５ａから、圧力の低い凝縮部５ｂへ移動し、熱輸送がおこなわれる。また、ＰＨＰ５は、圧力振動により熱輸送をおこなうように構成されているので、従来のヒートパイプに比較して、重力の影響を受け難い。その結果、ＰＨＰ５は、いわゆるトップヒートモードで作動できるようになっている。   Accordingly, the PHP 5 is configured to generate pressure vibrations by self-excitation due to a pressure difference between the evaporation unit 5a and the condensing unit 5b. Due to this pressure vibration, the gas-phase and liquid-phase working liquid enclosed in the endless tube formed in a loop shape is condensed from the evaporation section 5a having a higher pressure than the condensation section 5b. It moves to the part 5b and heat transport is performed. Further, since the PHP 5 is configured to perform heat transport by pressure vibration, it is less susceptible to gravity than a conventional heat pipe. As a result, the PHP 5 can operate in a so-called top heat mode.

また、ＰＨＰ５は、毛管力によって作動液Ｌを還流させないので、水などに比較して、表面張力が低く、毛管作用が小さい熱媒体を作動液に用いることができる。その作動液には、例えば、ブタンもしくは代替フロンであるハイドロフルオロカーボン（Ｒ１３４ａ）などの熱媒体を用いることができる。これらの熱媒体は、銅もしくは鉄に比較して軽量なアルミニウムとの反応性が低い。そのため、これらの熱媒体を作動液に用いることにより、アルミニウムなどによってＰＨＰ５を形成することができる。その結果、軽量な冷却装置４を作製することができる。   In addition, since the hydraulic fluid L does not recirculate the hydraulic fluid L by capillary force, a heat medium having a lower surface tension and a smaller capillary action than water can be used as the hydraulic fluid. As the working fluid, for example, a heat medium such as butane or alternative fluorocarbon hydrofluorocarbon (R134a) can be used. These heat media are less reactive with lighter aluminum than copper or iron. Therefore, PHP5 can be formed with aluminum etc. by using these heat media for a hydraulic fluid. As a result, a lightweight cooling device 4 can be produced.

したがって、この発明によれば、太陽光発電セル２の裏面に、その長手方向の中央付近（図４に符号Ｃで示してある。）で折り曲げられた自励振動型ヒートパイプを設けることにより、発電のための日照を阻害せずに太陽光発電セル２の熱を大気中に放熱して、冷却することができる。その結果、太陽光発電セル２の光電変換効率（発電効率）を向上させることができる。また、これにより太陽光発電セル２の信頼性および寿命を向上させることができる。ＰＨＰ５は、従来のヒートパイプに比較して、熱輸送能力が高いので、小型かつ軽量な太陽光発電装置１の冷却装置４を作成できる。   Therefore, according to the present invention, by providing the back surface of the photovoltaic cell 2 with the self-excited vibration type heat pipe bent near the center in the longitudinal direction (indicated by the symbol C in FIG. 4), Without disturbing the sunshine for power generation, the heat of the photovoltaic power generation cell 2 can be dissipated into the atmosphere and cooled. As a result, the photoelectric conversion efficiency (power generation efficiency) of the solar power generation cell 2 can be improved. Moreover, the reliability and lifetime of the photovoltaic power generation cell 2 can thereby be improved. Since the PHP 5 has a higher heat transport capability than the conventional heat pipe, the cooling device 4 of the solar power generation device 1 that is small and lightweight can be created.

さらにまた、太陽光発電セル２の冷却にＰＨＰ５を用いているので、冷却装置４の配置もしくは設計の自由度を向上できる。より具体的には、ＰＨＰ５を用いることにより、トップヒートモードで作動でき、かつ軽量な冷却装置４を作製することができる。また、太陽光発電セル２の冷却に電力を必要としないので、エネルギ消費のない冷却装置４とすることができ、発電した電力を全て出力することができる。さらにまた、作動液Ｌの蒸気化潜熱によって太陽光発電セル２の熱を輸送し、冷却するように構成されているので、冷却のための動力源を必要とする冷却装置４に比較して、維持管理が不要もしくは低減された装置とすることができる。   Furthermore, since the PHP 5 is used for cooling the solar power generation cell 2, the degree of freedom of arrangement or design of the cooling device 4 can be improved. More specifically, by using the PHP 5, it is possible to manufacture the cooling device 4 that can operate in the top heat mode and is lightweight. Moreover, since electric power is not required for cooling of the solar power generation cell 2, it can be set as the cooling device 4 without energy consumption, and all the generated electric power can be output. Furthermore, since it is configured to transport and cool the heat of the photovoltaic power generation cell 2 by the vaporization latent heat of the hydraulic fluid L, compared to the cooling device 4 that requires a power source for cooling, It is possible to provide an apparatus that does not require or reduces maintenance.

なお、ＰＨＰ５に替わって、ループ型のヒートパイプを適用することができる。要は、太陽光発電セル２の冷却にエネルギを消費することがなく、いわゆるトップヒートモードでも作動するものであればよい。   Note that a loop type heat pipe can be applied in place of the PHP 5. In short, it is sufficient that energy is not consumed for cooling the solar power generation cell 2 and it can operate even in a so-called top heat mode.

１…太陽光発電装置、 ２…太陽光発電セル、 ４…冷却装置、 ５…自励振動型ヒートパイプ（ＰＨＰ）、 ５ａ…蒸発部、 ５ｂ…凝縮部、 ６…ホールドフィン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solar power generation device, 2 ... Photovoltaic power generation cell, 4 ... Cooling device, 5 ... Self-excited vibration type heat pipe (PHP), 5a ... Evaporating part, 5b ... Condensing part, 6 ... Hold fin.

Claims (2)

太陽光を電気に変換する太陽光発電装置の冷却装置において、
前記太陽光発電装置の裏面に、自励振動型ヒートパイプの少なくとも一方の部分が熱伝達可能に接触して設けられ、前記太陽光発電装置と前記自励振動型ヒートパイプとの間で熱交換するとともに、その熱交換によって前記自励振動型ヒートパイプに輸送された前記熱を前記自励振動型ヒートパイプの他方の部分から大気中に放熱するように構成されている
ことを特徴とする太陽光発電装置の冷却装置。 In the solar power generator cooling device that converts sunlight into electricity,
At least one part of the self-excited vibration heat pipe is provided on the back surface of the solar power generation apparatus so as to be able to transfer heat, and heat exchange is performed between the solar power generation apparatus and the self-excited vibration heat pipe. And the heat transferred to the self-excited vibration heat pipe by the heat exchange is dissipated into the atmosphere from the other part of the self-excited vibration heat pipe. Photovoltaic generator cooling device. 前記自励振動型ヒートパイプは、前記太陽光発電装置と前記自励振動型ヒートパイプとの間で熱交換する一方の部分と前記熱を大気中に放熱する他方の部分とを結ぶ直線の中央付近で折り曲げられてＵ字形状に形成され、そのＵ字形状に形成された前記自励振動型ヒートパイプの直線部分が前記太陽光発電装置に平行に設けられ、かつ前記一方の部分が、前記太陽光発電装置の裏面に熱伝達可能に接触して設けられるとともに、前記一方の部分と前記他方の部分との間に、複数の放熱フィンが張り渡されている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置の冷却装置。 The self-excited vibration type heat pipe is a center of a straight line connecting one part that exchanges heat between the photovoltaic power generation device and the self-excited vibration type heat pipe and the other part that radiates the heat to the atmosphere. The self-excited vibration heat pipe formed in the U-shape is bent in the vicinity of the U-shape, and the linear portion of the self-excited vibration type heat pipe is provided in parallel to the photovoltaic power generator, and the one portion is 2. The solar power generation device is provided in contact with the back surface of the solar power generation device so as to be capable of transferring heat, and a plurality of heat radiation fins are stretched between the one portion and the other portion. The cooling device of the solar power generation device of description.
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