JP2015004469A

JP2015004469A - 太陽光熱電併給パネル

Info

Publication number: JP2015004469A
Application number: JP2013129552A
Authority: JP
Inventors: 智赤木; Satoshi Akagi; 畝崎　史武; Fumitake Unezaki; 史武畝崎; 拓未西山; Takumi Nishiyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: JP5747949B2

Abstract

【課題】熱回収部として樹脂構造物を用いた場合でも、樹脂構造物の結合部が高温に晒されないように配置し、結合部の信頼性を向上させる。【解決手段】太陽光熱電併給パネルは、透過層１、上部封止層２、発電層３、下部封止層４及び絶縁層５からなる発電部と、熱回収部６とを備える。熱回収部６は、予め樹脂成形した多穴管６１、第１ヘッダ部６２及び第２ヘッダ部６３を結合することにより形成する。これらの樹脂部品６１，６２，６３の結合面Ｐ，Ｐ′は、発電層３の各太陽電池セル３Ａの間の間隔部分に配置する。これにより、樹脂部品同士の結合部である結合面Ｐ，Ｐ′を、太陽電池セル３Ａのうち最も高温となる背面の中心部から離すことができ、結合面Ｐ，Ｐ′を高温から保護することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、太陽光を受光して電気と熱とを取得する機能を備えた太陽光熱電併給パネルに関する。

従来技術として、例えば特開２００８−１５１４９０号公報に記載されているように、太陽光から電気と熱とを取得する太陽光熱電併給パネルが知られている。太陽光熱電併給パネルは、太陽光を受光して発電する発電部を有し、当該発電部の吸収する太陽熱を主に発電部の背面側に熱媒体を循環させて回収するものである。回収した熱は、空調、給湯等により消費される。熱媒体の循環路は、コストダウンを図るために樹脂を用いて作成することもある。

このような従来の太陽光熱電併給パネルについては、例えば特許文献１の段落００６２に、次のように開示されている。「集熱パネル９１は、上部プレート９２と下部プレート９３とを接合した板状の熱コレクタからなり、この上部プレート９２および／または下部プレート９３には、熱媒体を流通させるための溝９４が蛇腹状（メアンダ形状）に形成され、熱媒体の流路を成している。上部プレート９２と下部プレート９３は、例えば透明な強化プラスチック等から形成されている。」

特開２００８−１５１４９０号公報

しかしながら、樹脂成形物を作成する場合には、成形後の樹脂を金型から容易に分離させるために必要な構造及び形状の制約がある上に、コスト的な要求等を考慮すると、複雑な形状の成形物を最初から一体成形することは困難である。即ち、複雑な構造物の樹脂成形時には、個別に樹脂成形した複数の部品を接着、溶着等の手段により組立てることが多い。この結果、例えば熱媒体の循環路を樹脂形成する場合には、ヘッダ部、継手部等の部品について、部品間に多くの結合部を設ける必要が生じる。このような結合部は、樹脂が連続している他の部位と比較して耐熱性が低いので、高温となる発電部に樹脂部品を接触させる場合には、前記結合部が高温とならないように十分配慮する必要がある。
ところが、特許文献１に記載された従来技術では、発電部のうちの特に高温となる部位に対して、樹脂部品の結合部を離して配置することについて配慮されていないという問題がある。このため、従来技術では、例えばヘッダ部等で樹脂部品の結合部が高温に晒されて劣化し、結合部の剥離により作動不良、故障等が誘発される虞れがある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、発電部から熱を回収する熱回収部として樹脂構造物を用いた場合でも、樹脂構造物の結合部が高温に晒されないように配置し、結合部の信頼性を向上させることが可能な太陽光熱電併給パネルを提供することを目的とする。

本発明に係る太陽光熱電併給パネルは、太陽光を受光して発電する複数の太陽電池セルを有し、該各太陽電池セルが互いに間隔をもって平面状に並べて配置された発電部と、熱媒体の流路が内部に設けられた中空の樹脂構造物であって、複数の樹脂部品を結合することにより形成され、発電部の背面に沿って配置された熱回収部と、を備え、熱回収部を構成する複数の樹脂部品の結合部は、各太陽電池セルが配置された平面を垂直方向からみた平面視において、該各太陽電池セルの間の間隔部分に配置する構成としている。

本発明によれば、樹脂部品同士の結合部を、太陽電池セルのうち最も高温となる背面の中心部から離すことができ、結合部を高温から保護することができる。従って、熱回収部として樹脂構造物を用いた場合でも、その結合部が高温に晒されないように配置し、信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１による太陽光熱電併給パネルを示す断面図である。本発明の実施の形態１において、太陽光熱電併給パネルの熱回収部を示す断面図である。本発明の実施の形態１において、熱回収部を組立てる前の分解図、及び各樹脂部品の断面図を例示したものである。本発明の実施の形態１において、太陽光熱電併給パネルの縦断面、太陽電池セルの配置及び発電部背面の温度分布を示す説明図である。本発明の実施の形態１において、太陽電池セルと樹脂部品の結合部との位置関係を示す説明図である。本発明の実施の形態２において、太陽光熱電併給パネルの熱回収部を示す断面図及び分解図である。本発明の実施の形態２において、太陽電池セルと樹脂部品の結合部との位置関係を示す説明図である。本発明の変形例による太陽光熱電併給パネルの熱回収部を示す断面図及び分解図である。

実施の形態１．
以下、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。なお、本明細書で使用する各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。図１は、本発明の実施の形態１による太陽光熱電併給パネルを示す断面図である。本実施の形態の太陽光熱電併給パネルは、透過層１、上部封止層２、発電層３、下部封止層４及び絶縁層５を表面側から背面側に向けて（上部側から下部側に向けて）順次積層することにより構成されている。また、太陽光熱電併給パネルは、絶縁層５の背面側に面接触した状態で取付けられた熱回収部６を備えている。以下、これらの構成要素について説明する。

透過層１は、水分、加重、漏電等から発電層３を保護するための透明な層であり、例えばガラスのように剛性と光透過性を有する物質により構成されている。上部封止層２は、水分、漏電等から発電層３を保護すると共に、透過層１と発電層３との間の熱応力を吸収する透明な層であり、例えばＥＶＡのように透明な樹脂系の弾性体により構成されている。発電層３は、太陽光を受光して発電するもので、複数の太陽電池セル３Ａを平板状に並べることにより構成されている。具体例を挙げると、発電層３の各太陽電池セル３Ａは、例えば四角形のタイル状に形成され、発電層３を含む平面上で互いに直交する２方向に沿って格子状に並べられている。より詳しく述べると、各太陽電池セル３Ａは、予め設定された寸法の間隔をもって平面状に並べて配置されている。

下部封止層４は、水分、漏電から発電層３を保護すると共に、発電層３絶縁層５との間の熱応力を吸収するものである。下部封止層４は、例えばＥＶＡのような樹脂系の弾性体により構成されているが、透明性は必ずしも必要ではない。絶縁層５は、下部封止層４とほぼ同様に、発電層３を水分、漏電から保護するものである。なお、下部封止層４及び絶縁層５の機能は１つの層により代用してもよい。以下の説明では、これらの透過層１、上部封止層２、発電層３、下部封止層４及び絶縁層５をまとめて、「発電部」と定義するものとする。発電部は、熱を回収せずに太陽光発電だけを実行する既存の太陽光パネルと同様の構成を有しており、一体で形成する構成としてもよい。

熱回収部６は、発電部により太陽光発電が行われたときに発生する熱を回収するための機構であり、コストダウン等を目的として樹脂材料により形成されている。熱回収部６は、発電部の背面に沿って略平板状に広がる中空の樹脂構造物として形成され、各太陽電池セル３Ａから熱が効率よく到達するように構成されている。また、熱回収部６の内部には、例えば水、ブライン等の熱媒体が流通する流路が設けられており、この流路の端部には、熱媒体が出入りする流入口６Ａ及び流出口６Ｂが設けられている。

熱回収部６内の流路は、後述のように複雑な形状を有しているので、熱回収部６を単一の部品として樹脂成形するのは難しい。このため、熱回収部６は、複数の樹脂部品を接着、溶着等の手段によって結合することにより組立てられている。また、複数の太陽光熱電併給パネルを並べて組合わせる場合には、例えば隣接するパネル同士の流入口６Ａと流出口６Ｂとが接続され、複数のパネルの熱回収部６が全体として熱媒体の循環流路を形成する。また、この循環流路の両端には、例えば空調機器、給湯機器等の熱需要機器に対して各パネルから回収した熱を供給する配管が接続される。

発電部の背面と熱回収部６との間には、熱応力を吸収する機能と接触熱抵抗を低減する機能とを有する弾性層を介在させてもよい。この弾性層には、例えばＥＶＡやＥＰＤＭのような樹脂材料を用いてもよい。また、弾性層は、必ずしも透明である必要はないが、透明であれば、弾性層の外側から内側を点検することができるので、メンテナンス性が向上する。また、発電部の背面と熱回収部６の表面とが十分に平坦で両者の密着が容易である場合、及び、両者の接触面に作用する熱応力が軽微であると判断される場合には、弾性層を省略する構成としてもよい。

次に、上記太陽光熱電併給パネルの作動について説明する。まず、日中には、発電層３の太陽電池セル３Ａが太陽光を受けて発電を行う。また、太陽電池セル３Ａは、太陽光エネルギの大部分を吸収することにより、セルの温度が上昇する。このため、太陽光熱電併給パネルの作動時には、各太陽電池セル３Ａがパネル中で最も高温の部位となり、この部位から周囲の物質に向けて熱が伝導、拡散していく。

そして、各太陽電池セル３Ａから放出された熱は、熱回収部６内を流れる熱媒体により回収される。熱回収部６により回収された熱は、即時の熱需要があれば直接消費されることもあるが、一般的には貯湯タンク等に一旦蓄えられる。一方、各太陽電池セル３Ａは、熱回収部６から熱を回収されることにより、セルの温度が低下して冷却されることになる。これにより、各太陽電池セル３Ａの発電効率が向上し、発電層３の発電量が増加する。

次に、図２及び図３を参照して、熱回収部６の構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、太陽光熱電併給パネルの熱回収部を示す断面図である。より詳しく述べると、図２(ａ)は、発電層３等と平行な平面に沿って熱回収部６を破断した横断面図であり、図２(ｂ)は、熱回収部６を図２(ａ)中のＡ−Ａ′断面で破断した縦断面図である。また、図３は、熱回収部６を組立てる前の分解図、及び各樹脂部品の断面図を例示したものである。

図２及び図３に示すように、熱回収部６は、例えば多穴管６１、第１ヘッダ部６２及び第２ヘッダ部６３からなる３種類の樹脂部品６１，６２，６３を、接着、溶着等の手段によって接合することにより形成されている。上記樹脂部品６１，６２，６３は、それぞれ個別に樹脂成形された後に、図２中に示す点線の位置で結合され、熱回収部６として組立てられている。なお、図１では、熱回収部６の流入口６Ａと流出口６Ｂを第１ヘッダ部６２と第２ヘッダ部６３とに分けて配置する構成を例示したが、図２以降では、流入口６Ａ及び流出口６Ｂを第２ヘッダ部６３に一緒に配置した場合を例示している。熱回収部６内の流路は、図２に示すように、クランク状に屈曲して細長く延びている。２個のヘッダ部６２，６３は、多穴管６１の端部で流路の集約、分岐、連結を行うために必要となる。

詳しく述べると、多穴管６１の内部には、互いに並列に伸びる複数の流路が形成されている。第１ヘッダ部６２は、各流路のうち少なくとも一部を長さ方向の一側で互いに接続するために、該各流路の一側となる位置（結合面Ｐ）で多穴管６１に結合されている。第２ヘッダ部６３は、各流路のうち少なくとも一部を長さ方向の他側で互いに接続するために、該各流路の他側となる位置（結合面Ｐ′）で多穴管６１に結合されている。

次に、図４を参照して、発電部の背面における温度分布について説明する。図４は、本発明の実施の形態１において、太陽光熱電併給パネルの縦断面、太陽電池セルの配置及び発電部背面の温度分布を示す説明図である。この図において、図４(ａ)は、太陽光熱電併給パネルを図２(ａ)中のＡ−Ａ′断面で破断したものである。また、図４(ｂ)は、太陽光熱電併給パネルを図４(ａ)中のＦ−Ｆ′断面で破断した横断面図であり、一定の間隔をもって格子状に並べられた太陽電池セル３Ａの配置を示している。一方、図４(ｃ)は、発電部背面の温度分布と太陽電池セル３Ａとの位置関係を示している。

前述したように、太陽光エネルギの大部分は太陽電池セル３Ａにより一旦吸収されるので、発電部は、各太陽電池セル３Ａが配置された部位が最も高温となる。この結果、熱回収部６の温度は、図４(ｃ)に示すように、各太陽電池セル３Ａの背面の中心に重なる位置で最も高温となり、当該背面中央と重なる位置から離れるほど温度が低下する。このことから判るように、樹脂部品同士の結合部を高温から保護するためには、発電部の背面側において、当該結合部を太陽電池セル３Ａの背面の中心から水平方向に出来るだけ離して配置する必要がある。なお、水平方向とは、太陽光熱電併給パネルを含む平面が広がる方向を意味している。

上記考察に基いて、本実施の形態では、熱回収部６の樹脂部品同士の結合部を以下のように構成する。図５は、本発明の実施の形態１において、太陽電池セルと樹脂部品の結合部との位置関係を示す説明図である。この図の上段、中段は、それぞれ図４(ａ)，図４(ｂ)とほぼ等しい図面を示している。また、図５の下段は、図５(ａ)中のＧ−Ｇ′断面で破断した熱回収部６の横断面図である。本実施の形態では、第１ヘッダ部６２と多穴管６１とを接着または溶着によって結合面Ｐの位置で結合し、第２ヘッダ部６３と多穴管６１とを結合面Ｐ′の位置で結合している。

そして、熱回収部６の結合面Ｐ，Ｐ′は、太陽電池セル３Ａの間に確保された間隔の背面に配置されている。換言すれば、結合面Ｐ，Ｐ′は、各太陽電池セル３Ａが配置された平面を垂直方向からみた平面視において、太陽電池セル３Ａと重複しない位置、即ち、各太陽電池セル３Ａの間の間隔部分に配置されている。

このような配置を採用することにより、樹脂部品同士の結合部である結合面Ｐ，Ｐ′を、太陽電池セル３Ａのうち最も高温となる背面の中心部から離すことができ、結合面Ｐ，Ｐ′を高温から保護することができる。従って、本実施の形態によれば、熱回収部６として樹脂構造物を用いた場合でも、その結合面Ｐ，Ｐ′が高温に晒されないように配置し、信頼性を向上させることができる。しかも、接着または溶着等の低コストな結合方法を用いながらも、結合部の信頼性を長期間にわたって維持することができる。

実施の形態２．
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態の特徴は、熱回収部に存在する結合部の配置が実施の形態１と異なる場合において、各結合部に熱が伝わりにくい構成としたことにある。図６は、本発明の実施の形態２において、太陽光熱電併給パネルの熱回収部を示す断面図及び分解図である。

図６に示すように、本実施の形態の多穴管６１は、予め樹脂成形した複数の小型多穴管６１Ａを接着または溶着によって結合することにより形成されている。各小型多穴管６１Ａの内部には、それぞれ少なくとも１つの流路が形成されている。そして、複数の小型多穴管６１Ａは、互いに並列に並べた状態で結合されている。また、ヘッダ部６２，６３も、それぞれ複数の分割部品６２Ａ，６３Ａを結合することにより形成されている。

図７は、本発明の実施の形態２において、太陽電池セルと樹脂部品の結合部との位置関係を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態では、多穴管６１を構成する各小型多穴管６１Ａの結合面Ｐ１，Ｐ１′も、平面視において各太陽電池セル３Ａの間に配置する構成としている。この構成によれば、並列に並べた複数の小型多穴管６１Ａを結合して多穴管６１を形成する場合でも、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。即ち、低コストな押し出し成形により多数の流路を並列に形成しつつ、熱回収部６の信頼性を向上させることができる。

また、前記実施の形態１，２では、多穴管６１を低コストな押し出し成形により形成する場合を例示したが、図８に示す変形例のように、多穴管６１は、溝付板７０と、平板７１とを結合する方法により形成してもよい。また、溝付板７０は、厚肉平板の削り加工によって形成してもよいし、真空成形によって形成してもよい。なお、図８は、本発明の変形例による太陽光熱電併給パネルの熱回収部を示す断面図及び分解図である。

１透過層，２上部封止層，３発電層，３Ａ太陽電池セル，４下部封止層，５絶縁層，６熱回収部，６Ａ流入口，６Ｂ流出口，多穴管６１（樹脂部品），６１Ａ小型多穴管，６２第１ヘッダ部（樹脂部品），６３第２ヘッダ部（樹脂部品），Ｐ，Ｐ′，Ｐ１，Ｐ１′ 結合面（結合部）

Claims

太陽光を受光して発電する複数の太陽電池セルを有し、該各太陽電池セルが互いに間隔をもって平面状に並べて配置された発電部と、
熱媒体の流路が内部に設けられた中空の樹脂構造物であって、複数の樹脂部品を結合することにより形成され、前記発電部の背面に沿って配置された熱回収部と、を備え、
前記熱回収部を構成する複数の樹脂部品の結合部は、前記各太陽電池セルが配置された平面を垂直方向からみた平面視において、該各太陽電池セルの間の間隔部分に配置する構成とした太陽光熱電併給パネル。
前記熱回収部を構成する前記樹脂部品は、
互いに並列に伸びる複数の流路が形成された多穴管と、
前記各流路のうち少なくとも一部を長さ方向の一側で互いに接続するために、該各流路の一側となる位置で前記多穴管に結合された第１ヘッダ部と、
前記各流路のうち少なくとも一部を長さ方向の他側で互いに接続するために、該各流路の他側となる位置で前記多穴管に結合された第２ヘッダ部と、を備え、
前記第１ヘッダ部と前記多穴管との結合部及び前記第２ヘッダ部と前記多穴管との結合部を前記各太陽電池セルの間の間隔部分に配置する構成としてなる請求項１に記載の太陽光熱電併給パネル。
前記多穴管は、それぞれ前記流路が形成された複数の小型多穴管を並列に並べて結合することにより形成し、前記各小型多穴管の結合部を前記各太陽電池セルの間の間隔部分に配置する構成としてなる請求項１または２に記載の太陽光熱電併給パネル。
前記結合部は接着または溶着により形成してなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の太陽光熱電併給パネル。