JP3583871B2

JP3583871B2 - Photovoltaic-heat collecting hybrid panel, and roof panel, roof unit, solar system and solar system building comprising the photovoltaic-heat collecting hybrid panel

Info

Publication number: JP3583871B2
Application number: JP22220296A
Authority: JP
Inventors: 正史加納; 俊裕近藤; 淳長谷川; 荘太森内; 循杉田; 哲藤井; 聡田中
Original assignee: Sharp Corp; Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sharp Corp; Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2016-08-23
Also published as: JPH1062017A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽光から電力及び熱エネルギを取り出す光発電−集熱ハイブリッドパネル、並びに該光発電−集熱ハイブリッドパネルを備える屋根パネル、屋根ユニット、ソーラシステム及びソーラシステム建物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建物の工業生産化率を高める一方式として、ユニット建物が広く普及している。このユニット建物は、一棟の建物を、予めいくつかのユニットに分けて工場生産し、これらを建築現場において施工、組立する方式の建物である。ユニット建物を構成するユニットとしては、建物の居間、食堂、寝室、子供部屋等の各部屋部分を構成する建物ユニットと、建物の屋根部分を構成する屋根ユニットとがある。これらのユニットは、予め工場で生産され、建築現場に輸送されて、予め準備した基礎の上で施工・組立される。組立は、まず、建物ユニットを相互に連結した状態で基礎の上に据え付け、次に、据え付けられた各建物ユニットの上部に、屋根ユニットを相互に連結した状態で据え付けて行われる。
【０００３】
一方、化石燃料の消費増大等に起因する地球環境問題・エネルギ枯渇問題の深刻化に伴い、ユニット建物等の住宅屋根の上に、太陽電池モジュールや集熱パネルをアレイ状に設置し、太陽光線から電力や熱エネルギを取り出して各種宅内電気機器や暖房システムに供給する住宅用ソーラシステムも普及してきている。
【０００４】
ところで、従来から、太陽電池モジュールと集熱パネルとをハイブリッドに構成することにより、太陽光線を光エネルギ及び熱エネルギの両面から有効に利用できるようにした光発電−集熱ハイブリッド装置が知られている。
この種のハイブリッド装置では、例えば、特開昭５６−６４４７４号公報等に記載されているように、集熱パネルは、太陽電池モジュールの裏面に取着された熱コレクタと、熱コレクタに吸収された熱を取り出すために、熱交換媒体を通流させる集熱パイプとから構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の従来ハイブリッド装置では、断面略円形の集熱パイプが熱コレクタの裏面（すなわち、装置の裏面）に外付けで配設されているため、このままでは、屋根への納まり（据付状態）が大変悪い、という欠点があった。このため、屋根面への固定が容易ではなく、屋根の構造如何によっては、固定構造が大変複雑になる場合もあり、しかも、現地屋根上での固定の仕方如何によっては、既設屋根の断熱構造や防水構造を破損する虞もあった。
また、従来では、集熱パイプ内を通流させる熱交換媒体として、水や油や空気等を用いていたため、熱交換効率が低く、このため、給湯負荷や暖房熱負荷の低減にはあまり寄与できていない、という欠点があった。
【０００６】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、住宅屋根への納まりが良く、もって、取付施工負担の軽減に寄与できる光発電−集熱ハイブリッドパネルを提供することを目的としている。
また、この発明は、建物の工業生産化率を一層高め、品質の画一化、価格低廉化、現場施工負担の軽減化を促進するために、光発電−集熱ハイブリッドパネルを備える屋根パネル、屋根ユニットを提供をすることを別の目的としている。
また、この発明は、給湯負荷や暖房熱負荷の低減に寄与できるソーラシステム及びソーラシステム建物を提供することをさらに別の目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、太陽光から直接電力を取り出すための太陽電池モジュールと、太陽光から熱エネルギを取り出すための集熱パネルとの組み合わせからなる光発電−集熱ハイブリッドパネルであって、上記集熱パネルには、当該ハイブリッドパネルの外部に設けた外部熱受容部から循環してくる外部二次冷媒と、所定の熱交換部にて熱的に接触し、太陽光から吸収した熱を該外部二次冷媒に与えるための内部一次冷媒が予め封入されていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルであって、上記集熱パネルが、剛性のある素材から作られ、かつ、上記太陽電池モジュールの裏面に取着される板状の熱コレクタを有し、該熱コレクタの内部には密封空間が設けられ、該密封空間内には上記内部一次冷媒が予め封入されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルであって、前記密封空間が、板状の前記熱コレクタ内に広く分布し、かつ、剛性のある隔壁によって互いに仕切られた複数の空間からなることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の発明は、請求項２記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルであって、前記密封空間が、板状の前記熱コレクタ内に広がり、かつ、該密封空間には、その天井部を支えるために、剛性のある複数の支持部材が散在していることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５記載の発明は、請求項３記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルであって、上記密封空間が、傾斜設置面の流れ方向にそれぞれ延びる複数の縦長空間からなり、これらの縦長空間は、剛性のある隔壁によって、互いに仕切られた状態で、前記太陽電池モジュールの裏面に沿って並設されていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６記載の発明は、請求項２，３，４又は５記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルであって、上記太陽電池モジュールが、複数の太陽電池セルを透明基板上に封止状態に配設してなる太陽電池パネルと、該太陽電池パネルをその周端部にて支える枠体とからなると共に、該枠体内には、上記集熱パネルを構成する上記板状の熱コレクタも嵌合状態に納設され、かつ、該熱コレクタの裏面と上記枠体の下面とが、略面一に設定されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７記載の発明は、請求項１，２，３，４，５又は６記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルであって、上記内部一次冷媒が、少なくとも代替フロン又はエチレングリコールを含んでなることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項８記載の発明は、太陽光から直接電力を取り出すための太陽電池モジュールと、太陽光から熱エネルギを取り出すための集熱パネルとの組み合わせからなる光発電−集熱ハイブリッドパネルであって、上記太陽電池モジュールが、複数の太陽電池セルを透明基板上に封止状態に配設してなる太陽電池パネルと、該太陽電池パネルをその周端部にて支える枠体とからなると共に、上記集熱パネルが、上記太陽電池モジュールの裏面に取着される板状の熱コレクタを有し、該熱コレクタの内部には冷媒が通過する両端開口の冷媒通路が設けられていて、かつ、上記太陽電池モジュールの枠体内には、上記集熱パネルを構成する上記板状の熱コレクタも嵌合状態に納設され、かつ、該熱コレクタの裏面と上記枠体の下面とが、略面一に設定されていることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項９記載の発明は、屋根下地が屋根枠材に支持固定されてなる屋根パネルであって、上記屋根下地の上面に、請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載の光発電−集熱ハイブリッドパネルが、予め取付固定されてなることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の屋根パネルであって、上記屋根下地が、屋根裏材−断熱材−野地板−防水シートの順の層構造からなることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１１記載の発明は、請求項９又は１０記載の屋根パネルであって、上記屋根下地及び上記光発電−集熱ハイブリッドパネルが、傾斜屋根面の流れ方向と直交する方向にて相対向するそれぞれの両側面を一対の屋根枠材によって共に挟接される態様で、当該一対の屋根枠材にそれぞれ固定されていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１２記載の発明は、光発電−集熱ハイブリッドパネルを備える屋根ユニットであって、請求項９，１０又は１１記載の屋根パネルと、該屋根パネルを支持するための支持構造部とを有してなることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１３記載の発明は、太陽光から電力及び熱エネルギを取り出して利用するソーラシステムであって、建物内の給湯設備又は暖房設備に温水を供給するための貯湯槽と、建物の屋根上に設置される請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルと、該光発電−集熱ハイブリッドパネルの一部を構成する上記集熱パネル内に封入された上記内部一次冷媒と上記集熱パネル外の上記外部二次冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換部と、該熱交換部と上記貯湯槽との間を結んで、上記外部二次冷媒の循環路を構成するための配管と、該配管内に封入された上記外部二次冷媒を強制的に循環させるためのポンプとを有してなることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１４記載の発明は、建物内の給湯設備又は暖房設備に温水を供給するための貯湯槽が備えられ、かつ、傾斜屋根上には請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルが設置されてなるソーラシステム建物であって、上記光発電−集熱ハイブリッドパネルの棟側である上端部には、該光発電−集熱ハイブリッドパネルの一部を構成する上記集熱パネル内に封入された上記内部一次冷媒と上記集熱パネル外の上記外部二次冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換部が設けられ、該熱交換部と上記貯湯槽とが配管で結ばれて上記外部二次冷媒の循環路が構成され、かつ、該循環路には上記外部二次冷媒を強制的に循環させるためのポンプが設置されていることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１５記載の発明は、太陽光から電力及び熱エネルギを取り出して利用するソーラシステムであって、建物の屋根上に設置される請求項８記載の冷媒循環型の光発電−集熱ハイブリッドパネルと、上記建物内の給湯設備又は暖房設備に温水を供給するための貯湯槽と、上記光発電−集熱ハイブリッドパネルと上記貯湯槽との間を結んで、上記冷媒の循環路を構成するための配管と、該配管内に封入された上記冷媒を強制的に循環させるためのポンプとを有してなることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１６記載の発明は、建物内の給湯設備又は暖房設備に温水を供給するための貯湯槽が備えられ、かつ、屋根上には請求項８記載の冷媒循環型の光発電−集熱ハイブリッドパネルが設置されてなるソーラシステム建物であって、上記光発電−集熱ハイブリッドパネルと上記貯湯槽とが配管で結ばれて上記冷媒の循環路が構成され、かつ、該循環路には上記冷媒を強制的に循環させるためのポンプが設置されていることを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１７記載の発明は、請求項１４又は１６記載のソーラシステム建物であって、上記循環路内を流れる上記外部二次冷媒又は冷媒が、少なくとも代替フロン又はエチレングリコールを含んでなることを特徴としている。
【００２４】
また、請求項１８記載の発明は、請求項１４又は１６記載のソーラシステム建物であって、上記暖房設備が、温水床暖房設備であることを特徴としている。
【００２５】
【作用】
請求項１乃至７記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルでは、集熱パネル内に、内部一次冷媒が予め封入されているので、設置の際、集熱パネル内に冷媒を流し込む作業（冷媒通流用の配管ジョイント作業）を省略できる。それゆえ、設置作業が安全かつ簡易となる。
【００２６】
また、請求項２，３，４，５記載の冷媒封入型及び請求項８記載の冷媒循環型の光発電−集熱ハイブリッドパネルでは、集熱パネルが、太陽電池モジュールの裏面に取着される板状の熱コレクタの内部に内部一次冷媒が予め封入され、あるいは冷媒通路が設けられているので、集熱効率が極めて高く、それゆえ、給湯負荷や暖房熱負荷の低減に寄与できる。この場合、内部一次冷媒を封入するための密封空間又は冷媒を通流させる冷媒通路を（太陽電池モジュールの裏面全域に対応する）熱コレクタの略全域に設けることが、太陽電池モジュールを冷却して発電効率を上げ、集熱パネルの集熱効率を高める上で、大変好ましい。
また、内部一次冷媒として、例えば代替フロンやエチレングリコール等を用いるようにすれば、熱交換効率が向上するので、給湯負荷や暖房熱負荷をさらに一段と低減できる。
【００２７】
また、請求項６記載の冷媒封入型及び請求項８記載の冷媒循環型の光発電−集熱ハイブリッドパネルでは、太陽電池モジュールの枠体内に、集熱パネルを構成する上記板状の熱コレクタも嵌合状態に納設され、かつ、該熱コレクタの裏面と上記枠体の下面とが、略面一に設定されているので、住宅屋根面に熱コレクタを密着載置することが可能である。このようにすれば、屋根面と熱コレクタ裏面との間に放熱通気槽ができず、さらに、屋根下地を断熱構造とすれば、熱が屋根下地を介して逃げることもなくなるので、集熱パネルの集熱効率をさらに一段と向上させることができる。
加えて、屋根への納まりが良く、屋根との一体化が容易（請求項１１記載の屋根パネル）となるので、現場での取付施工負担を軽減できる。
【００２８】
また、この発明の冷媒封入型及び冷媒循環型の光発電−集熱ハイブリッドパネルを備える屋根パネル及び屋根ユニットによれば、建物の工業生産化率を一層高め、品質の画一化、価格低廉化、現場施工負担の軽減化を一層達成できる。
【００２９】
また、請求項１３（１４）記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルを備えるソーラシステム（ソーラシステム建物）では、集熱パネル内の密封空間に封入された内部一次冷媒は、太陽光から吸収した熱で温度上昇し、対流ないしは気化により熱交換部と熱的に接触する密封空間の上端部に移動する。密封空間の上端部に到達した内部一次冷媒は、熱交換部に移ることはできないが、熱交換部内の外部二次冷媒に熱を与える。これにより冷却した内部一次冷媒は、対流ないしは液化により密封空間の下端部に沈み込む。密封空間の下端部に沈み込んだ内部一次冷媒は、再び、太陽光Ｓから吸収した熱で温度上昇し、上述のサイクルを繰り返す。
一方、外部二次冷媒は、熱交換部にて内部一次冷媒から熱を与えられ、高温媒体となって貯湯槽に送られる。そして、貯湯槽に蓄えられる水に熱を与える。
低温になった外部二次冷媒は、再び、ポンプ力により屋根上の熱交換部に送られる。このように、外部二次冷媒は、熱交換部と蓄熱槽との間を循環して、集熱パネルが太陽光から吸収した熱を貯湯槽に運ぶ。貯湯層は蓄熱可能な熱源となって、給湯負荷及び暖房熱負荷の低減に利用される。
【００３０】
また、請求項１５（１６）記載の冷媒循環型の光発電−集熱ハイブリッドパネルを備えるソーラシステム（ソーラシステム建物）では、強制的に循環路内の冷媒を通流させると、冷媒が、熱コレクタ内の冷媒通路を通過する間に熱を吸収して温度上昇し、高温媒体となって貯湯槽に送られて、そこに蓄えられる水に熱を与える。低温になった冷媒は、再び、屋根上の熱コレクタに送られる。このように、冷媒は熱コレクタと蓄熱槽との間を循環して、集熱パネルが太陽光から吸収した熱を貯湯槽に運ぶ。貯湯層は蓄熱可能な熱源となって、給湯負荷及び暖房熱負荷の低減に利用される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
光発電−集熱ハイブリッドパネルの構成
図１は、この発明の第１実施例である光発電−集熱ハイブリッドパネルの構成を分解して示す分解斜視図、図２は、同光発電−集熱ハイブリッドパネルの外観構成を概略示す斜視図、また、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
この例の光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａは、予め工場にて縦長型の屋根パネルと一体化されるもので、図１乃至図３に示すように、縦長型の屋根パネルに対応して、横寸法１７０〜１８０ｃｍ、縦寸法４００〜５００ｃｍの大きさに形成された太陽電池モジュール２の裏面に、略同寸の冷媒循環型の集熱パネル３Ａが接着されてなっている。
太陽電池モジュール２は、多数のシリコン太陽電池セル２１，２１，…を透明ガラス基板２２の裏面に封止状態に接着してなる太陽電池パネル２ａと、この太陽電池パネル２ａの四辺（周縁端部）に嵌め込まれた細長四角の枠体２３とから概略構成されている。さらに詳述すると、太陽電池パネル２ａは、白板強化ガラス等の透明ガラス基板２２と、リード線により直並列接続された状態で透明ガラス基板２２に貼り付けられる多数のシリコン太陽電池セル２１，２１，…と、シリコン太陽電池セル２１，２１，…を両面被覆して封止するＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）等の一対の接着フィルム２４，２４との積層体で、この積層体の周縁端部をブチルゴム等の封止材で封止してなっている。
【００３２】
枠体２３は、内側面に断面コ字状の嵌合溝２３１と、上面にて外方水平に突出する取付用フランジ２３２を有するアルミ製の一対の縦枠２３ａ，２３ａと、嵌合溝２３１のみを有する横枠２３ｂ，２３ｂとから構成され、これらの縦枠２３ａ，２３ａ及び横枠２３ｂ，２３ｂが、太陽電池パネル２ａの対応する各辺（周縁端部）に嵌合された状態で、互いに突付けの状態となる端部同士を接合することで、細長四角に組み付けされてなっている。なお、縦枠２３ａ，２３ａに設けられた取付用フランジ２３２には、複数のビス孔が設けられていて、この例の光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａを屋根パネル４Ａに取付一体化する際、後述する取付縦桟（屋根構造部材）５５ａ，５５ａの上面に当接された状態で、取付縦桟５５ａ，５５ａにビス止めされるようになっている。
【００３３】
次に、集熱パネル３Ａは、表面に選択吸収膜３１を施された板状の熱コレクタ３２Ａからなり、この熱コレクタ３２Ａの内部には冷媒を通流させるための両端開口ジグザグ状の冷媒通路３３Ａ（図１ではジグザグの矢印で示す）が、太陽電池モジュール２の裏面全域に対応する略全域に設けられている。熱コレクタ３２Ａは、アルミ等の金属からなる上部集熱板３２１と下部集熱板３２２とからなっている。この例では、冷媒通路３３Ａは、下部集熱板３２２の上面に、予め両端開口のジグザグ溝を設け、このジグザグ溝の上面に上部集熱板３２１を被せ、両者をその当接部位の箇所で接着又は溶接して一体化することで形成されている。なお、冷媒通路３３Ａの図示せぬ入口端及び出口端は、集熱パネル３Ａの短辺側であって同一の端面に設けられ、継手を介して冷媒循環用のヘッダ（分配主管）８１，８２に連結可能となっている。そして、設置時には、光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａは、冷媒通路３３Ａの入口端及び出口端を屋根の棟側に向けて取付固定される。
選択吸収膜３１は、集熱効率を高く保つために太陽光から吸収した熱エネルギの放散を防ぐ機能を有し、上部集熱板３２１の表面にカーボン系の塗料を塗布することにより形成されている。ここで、選択吸収膜３１としては、太陽熱の吸収効率が高く、輻射率の低い性質を有する材料（例えば、太陽光線吸収率：α＝０．９１〜０．９４、放射率：ε＝０．０９〜０．１２）である限り、カーボン系の塗料に限定されない。
【００３４】
上記構成の光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａを製作するには、まず、白板強化ガラス等の透明ガラス基板２２−ＥＶＡ等の接着フィルム２４−シリコン太陽電池セル２１，２１，…−ＥＶＡ等の接着フィルム２４−選択吸収膜３１付きの熱コレクタ３２Ａの順に重ね、全体を熱圧着することにより、太陽電池パネル２ａの裏面に冷媒循環型の集熱パネル３Ａを固着して一体する。そして、次に、太陽電池パネル２ａの各辺（周縁端部）をブチルゴム等の封止材で封止し、最後に、縦枠２３ａ，２３ａ、横枠２３ｂ，２３ｂを太陽電池パネル２ａの各辺（周縁端部）に嵌め込んで組み付ける。なお、この例では、集熱パネル３Ａは、太陽電池モジュール２の裏面に選択吸収膜３１が密着した状態で、太陽電池モジュール２の枠体２３内に嵌合状態に納設され、しかも、熱コレクタ３２Ａの裏面と枠体２３の下面とが、略面一に設定されるようになっている。
【００３５】
屋根パネルの構成
図４は、同光発電−集熱ハイブリッドパネルを備える屋根パネルの構成を分解して示す分解斜視図、図５は、同屋根パネルの外観構成を示す斜視図、また、図６は、図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
上記構成の光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａは、縦長型の屋根パネル（横寸法１８０〜１９０ｃｍ、縦寸法４１０〜５１０ｃｍ）４Ａを工場で生産する際に、屋根下地パネル５の上面に設置されて屋根パネル４Ａを構成する。
屋根下地パネル５は、細長四角の屋根下地と、この屋根下地を支える屋根枠組とからなっている。屋根下地パネル５を構成する屋根下地は、構造用合板やパーティクルボード等の野地板５３と、石膏ボード等の屋根裏材５１との間に高断熱スチレンやウレタンフォーム（熱伝導率０．０２１〜０．０３５ＫＣａｌ／ｍｈ℃）等の断熱材５２を詰めて断熱構造とされ、さらに、野地板５３の上にアスファルトルーフィング（防水シート）５４を敷いて防水構造とされている。
また、屋根枠組は、屋根下地パネル５の長辺側側縁に配設される一対の取付縦桟（屋根構造部材）５５ａ，５５ａと、短辺側側縁に配設される一対の取付横桟（屋根構造部材）５５ｂ，５５ｂとから概略構成され、少なくとも、取付縦桟５５ａ，５５ａの背は、屋根裏材５１、断熱材５２、野地板５３、アスファルトルーフィング５４及び光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａの厚さの総和と略等しいか、それよりも幾分高めに設定されている。なお、取付縦桟５５ａ，５５ａの一端側（屋根棟側）には切欠Ｋが設けられていて、冷媒循環用のヘッダ８１，８２を配設できるようになっている。また、この例では、屋根下地パネル５の横幅は、光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａの横幅（ただし、両側の取付用フランジ２３２Ａを含めない横幅）と、略同一寸法に設定されている。一方、屋根下地パネル５の縦寸法を、光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａの縦寸法よりも少し長く設定することで、屋根棟側に冷媒循環用のヘッダ８１，８２を配設するためクリアランスを持たせている。
【００３６】
屋根パネル４Ａを製作するには、図４に示すように、まず、屋根裏材５１−断熱材５２−野地板５３−アスファルトルーフィング５４の順に貼り合わせて積層構造体とし、さらに、形成された積層構造体の四辺側端面に取付縦桟５５ａ，５５ａ、取付横桟５５ｂ，５５ｂを当てがい、外側から釘打ち固定して屋根下地パネル５を構成した後、屋根下地パネル５の上に、予め製作しておいた光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａを載置する（取付縦桟５５ａ，５５ａ、取付横桟５５ｂ，５５ｂで構成される屋根枠組の内側に納める）。このとき、上記したように、光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａは、底面平坦な構成とされ、また、屋根下地パネル５も上面平坦な構成とされているので、光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａの底面と屋根下地パネル５の上面とは完全な当接状態となる。一方、この状態では、上記した寸法設定から明らかなように、光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａの枠体２３（縦枠２３ａ，２３ａ）に設けられた取付用フランジ２３２，２３２は、屋根枠組の内側からはみ出して、取付縦桟５５ａ，５５ａの上面に当接状態となるので、取付用フランジ２３２，２３２を取付縦桟５５ａ，５５ａにビス止めして、図５及び図６に示す屋根パネル４Ａを完成させる。
【００３７】
ユニット建物の組立
図７は、ユニット建物の組立時、同屋根パネルを屋根ユニットの上に取付固定する様子を示す斜視図、図８は同部分断面図、図９は、この例で用いられる棟側屋根ユニットの構成を示す斜視図、また、図１０は、この例で用いられる軒先側屋根ユニットの構成を示す斜視図である。
上記構成の屋根パネル４Ａ，４Ａ，…は、工場で生産された後、図７に示すように、ユニット建物の組立現場に輸送され、据付の完了した棟側屋根ユニット６ａと軒先側屋根ユニット６ｂとの上に敷設されて、建物ユニット７，７，…等と共にユニット建物を構成する。
ここでは、棟側屋根ユニット６ａは、図９に示すように、ホームベース型の一対の妻小壁パネル６１，６１と、これらの妻小壁パネル６１，６１を連結する棟木６２とトラス梁６３，６３とから構成されている。また、軒先側屋根ユニット６ｂは、図１０に示すように、三角形状の一対の妻小壁パネル６４，６４と、これらの妻小壁パネル６４，６４を連結する継梁６５と軒梁６６とから構成されている。
屋根パネル４Ａは、図７に示すように、棟側の取付横桟５５ｂを棟側屋根ユニット６ａの棟木６２の上面に重ね置く状態で、トラス梁６３の上弦材６３ａ、軒先側屋根ユニット６ｂの継梁６５から、さらに軒梁６６にまで架け渡されて敷設され、緊結金物を用いて棟木６２、上弦材６３ａ、継梁６５、軒梁６６に固定され、順次、屋根パネル４Ａの幅方向に他の屋根パネル４Ａ，４Ａ，…も並設して屋根を構築する。なお、我国において屋根の北側斜面には、光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａを備えていない通常の屋根パネルが敷設されることは勿論である。
このようにして、屋根パネル４Ａ，４Ａ，…の敷設が完了すると、屋根パネル４Ａ，４Ａ，…の棟側にヘッダ８１，８２を配設し、各光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａ（集熱パネル３Ａ）内に設けられた冷媒通路３３Ａの入口端及び出口端を、継手を介して、対応するヘッダ８１，８２に連結する等の配管工事を行う。
【００３８】
住宅用ソーラシステムの構成
図１１は、住宅用ソーラシステムの構成を示す模式的断面図である。
屋根パネル４Ａ，４Ａ，…は、上記したように、建物ユニット７，７，…等とユニット建物を構成すると共に、同図に示すように、地上に設置される貯湯槽８３や図示せぬポンプ等と住宅用ソーラシステムを構成する。
すなわち、この例の住宅用ソーラシステムは、屋根パネル４Ａ，４Ａ，…に一体的に組み付けられた光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａと、住宅内の給湯設備９１，９２や温水床暖房設備９３に温水を供給するための貯湯槽８３と、光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａ（集熱パネル３Ａ）と貯湯槽８３との間を結んで、冷媒の循環路を構成するためのヘッダ８１，８２を含む配管８４，８５と、循環路内の冷媒を強制的に循環させるための図示せぬポンプとから概略構成され、太陽熱が不足する場合に備えて補助熱源８６も有している。
なお、この住宅用ソーラシステムは、これらの他、図示せぬインバータや蓄電器等によっても構成されているが、公知ゆえ以下の説明において省略する。また、この例では、好適な冷媒として、例えば、代替フロン等の気体や、エチレングリコール等の不凍液体等が用いられる。
【００３９】
次に、図１、図３及び図１１を参照して、この例のソーラシステムの動作について説明する。
屋根上で太陽に晒される光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａ（集熱パネル３Ａ）では、選択吸収膜３１を施された熱コレクタ３２Ａが太陽光Ｓによって加熱される。ポンプの強制力により、入口端から熱コレクタ３２Ａ内に供給された低温の冷媒は、熱コレクタ３２Ａ内の冷媒通路３３Ａを通過する間に熱コレクタ３２Ａから熱を吸収して温度上昇し、高温の冷媒となって出口端からヘッダ８２及び配管８５を経由して地上の貯湯槽８３に送られる。そして、そこで市水から得られた水に熱エネルギを与える。この熱交換により、低温になった冷媒は、再びポンプによって、配管８４及びヘッダ８１を経由して、熱コレクタ３２Ａに送られて、光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａ（集熱パネル３Ａ）と貯湯槽８３との間を循環する。なお、冷媒の循環によって、選択吸収膜３１を介して熱コレクタ３２Ａに密接する太陽電池モジュール２は冷却される。一方、貯湯槽８３で温められた水は、日中のみならず夜になっても蓄熱されて、必要に応じてキッチンや浴室の給湯設備９１，９２に供給され、寒期には温水床暖房設備９３にも供給されて、住宅の給湯負荷及び暖房熱負荷の低減に利用される。
【００４０】
このように、この例の光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａ（集熱パネル３Ａ）によれば、太陽電池モジュール２の裏面に取着される板状の熱コレクタ３２Ａの内部に、かつ、（太陽電池モジュールの裏面全域に対応する）熱コレクタの略全域に冷媒通路３３Ａが設けられているので、集熱効率が極めて高く、それゆえ、給湯負荷や暖房熱負荷の低減に寄与できる。
【００４１】
また、太陽電池モジュール２の枠体２３内に、集熱パネル３Ａを構成する板状の熱コレクタ３２Ａも嵌合状態に納設され、かつ、この熱コレクタ３２Ａの裏面と枠体２３の下面とが、略面一に設定されているので、屋根面に熱コレクタ３２Ａを密着載置して、屋根面と熱コレクタ３２Ａ裏面との間に放熱通気槽をなくすことができる。この例では、屋根下地が断熱構造であるので、屋根下地を介して熱が逃げることもなく、したがって、集熱パネルの集熱効率が一段と向上する。また、集熱パネルの集熱効率が向上すれば、太陽電池モジュール２も効果的に良く冷却されるので、太陽電池モジュール２の発電効率も向上する。
加えて、屋根への納まりが良く、屋根との一体化が容易となる。それゆえ、屋根瓦との違和感も解消される。
【００４２】
また、この例の光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａを備える屋根パネル４Ａによれば、建物の工業生産化率を一層高め、品質の画一化、価格低廉化、現場施工負担の軽減化を一層達成できる。また、冷媒として、例えば代替フロンやエチレングリコール等を用いるので、熱交換効率が向上し、したがって、給湯負荷や暖房熱負荷をさらに低減できる。
【００４３】
◇第２実施例
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１２は、この発明の第２実施例である光発電−集熱ハイブリッドパネルの構成を分解して示す分解斜視図、また、図１３は、同実施例における住宅用ソーラシステムの構成を示す模式的断面図である。
この第２実施例の光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ｂが、上記した第１実施例のそれと大きく異なるところは、冷媒循環型の集熱パネル３Ａに代えて、図１２に示すように、冷媒封入型の集熱パネル３Ｂを用いて構成した点である。
すなわち、この例の集熱パネル３Ｂは、表面に選択吸収膜３１を施された板状の熱コレクタ３２Ｂの内部に、互いに隔壁で隔てられた複数のかつ縦長の冷媒封入空間３３Ｂ，３３Ｂ，…が、（太陽電池モジュール２の裏面全域に対応する略全域に亘り）並設されてなり、これらの冷媒封入空間３３Ｂ，３３Ｂ，…には代替フロンやエチレングリコール等の一次冷媒が半充填状態で密封されている。
なお、この例の光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ｂ及び屋根パネルでは、循環型の冷媒通路３３Ａに代えて、冷媒密封空間３３Ｂ，３３Ｂ，…とした点以外の各部は、第１実施例の構成各部と略同一の構成であるので、第１実施例の構成部分と同一の構成各部には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
また、この例のソーラシステムでは、冷媒循環型の光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ａに代えて、冷媒密封型の光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ｂを用いることとしたことに伴い、図１３に示すように、屋根パネル４Ｂの棟側にヘッダ８１，８２に代えて、一次冷媒と熱的に接触する熱交換部８８を設け、この熱交換部８８と貯湯槽８３との間を配管８６，８７で結んで、一次冷媒と同一組成の二次冷媒を循環させる循環路を構成するようにしている。
【００４５】
上記構成のソーラシステムでは、集熱パネル３Ｂ内の冷媒封入空間３３Ｂ，３３Ｂ，…に封入された一次冷媒は、太陽光Ｓから吸収した熱で温度上昇し、対流ないしは気化により熱交換部８８と熱的に接触する上端部に移動する。冷媒封入空間３３Ｂ，３３Ｂ，…の上端部に到達した一次冷媒は、熱交換部８８に移ることはできないが、熱交換部８８内の二次冷媒に熱を与える。これにより冷却した一次冷媒は、対流ないしは液化により冷媒封入空間３３Ｂ，３３Ｂ，…の下端部に沈み込む。下端部に沈み込んだ一次冷媒は、再び、太陽光Ｓから吸収した熱で温度上昇し、上述のサイクルを繰り返す。一方、二次冷媒は、ポンプの作用力により、熱交換部８８に送り込まれ、そこで一次冷媒から熱を与えられ、高温媒体となって貯湯槽８３に送られる。そして、貯湯槽８３に蓄えられる水に熱を与える。低温になった二次冷媒は、再び、配管８４を経由して屋根上の熱交換部８８に送られる。このように、二次冷媒は、熱交換部８８と蓄熱槽８３との間を循環して、集熱パネル３Ｂが太陽光Ｓから吸収した熱を貯湯槽８３に運ぶ。貯湯槽８３で温められた水は、日中のみならず夜になっても蓄熱されて、必要に応じてキッチンや浴室の給湯設備９１，９２に供給され、寒期には温水床暖房設備９３にも供給されて、住宅の給湯負荷及び暖房熱負荷の低減に利用される。
【００４６】
この第２実施例の構成によれば、第１実施例において述べたと略同様の効果を得ることができる。これに加えて、集熱パネル３Ｂ内に、一次冷媒が予め封入されているので、設置の際、集熱パネル３Ｂ内に冷媒を流し込む作業（冷媒通流用の配管ジョイント作業）を省略できる。それゆえ、設置作業が安全かつ簡易となる。
【００４７】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、冷媒通路や冷媒封入空間の寸法形状及び形成方法は、必要に応じて変更できる。また、シリコン太陽電池セルを支える透明基板としては、透明ガラス基板に限らず、透明な硬質樹脂でも良い。また、シリコン太陽電池セルは、単結晶シリコンに限らず、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等でも良い。また、上述の実施例では、太陽電池モジュールを表面ガラス樹脂ラミネートタイプに構成したが、これに限らず、ガラスサンドイッチタイプに構成しても良い。熱コレクタの材質は、アルミ等の金属に限らず、熱伝導率が高く、耐候性、耐熱性にも優れたものである限り、プラスチック、無機材等であっても良い。また、太陽電池モジュールの裏面に集熱パネルを接着する接着剤としては、ＥＶＡに限らず、例えば、シリコーン樹脂等のように、透明性が高く、熱伝導率が高いものであれば良い。また、ソーラシステム建物は、鉄骨系であると木質系であるとを問わない。
また、光発電−集熱ハイブリッドパネルを一体的に備える屋根パネルに対して、予め工場にて、妻小壁パネルやトラス梁等の支持構造部を取着して屋根ユニットを構成することもできる。
【００４８】
また、上述の第１実施例においては、冷媒循環型の集熱パネル３Ａ内に出入口を有するジグザグ状の冷媒通路３３Ａを設ける場合について述べたが（図１）、これに限らず、例えば、図１４に示す光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ｃのように、集熱パネル３Ｃ内を冷媒が縦横に流れる分岐型の冷媒通路３３Ｃを設けるようにしても良い。また、冷媒通路３３Ａ，３３Ｃの出入口は、各１箇所に限定されない。
また、上述の第２実施例においては、冷媒封入型の集熱パネル３Ｂの内部に互いに隔壁で隔てられた複数のかつ縦長の冷媒封入空間３３Ｂ，３３Ｂ，…を設ける場合について述べたが（図１２）、これに限らず、例えば、図１５に示す光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ｄのように、集熱パネル３Ｄ内を一次冷媒が規則的にあるいは無秩序に分流合流して流れる冷媒封入空間３３Ｄを設けるようにしても良い。あるいは、例えば、図１６に示す光発電−集熱ハイブリッドパネル１Ｅのように、両端が封止された多数のパイプ部材３３Ｅ，３３Ｅ，…を束にして冷媒封入空間を構成しても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の光発電−集熱ハイブリッドパネルの構成によれば、請求項６及び７に具体的に記載したように、太陽電池モジュールの枠体内に、集熱パネルを構成する板状の熱コレクタも嵌合状態に納設され、かつ、この熱コレクタの裏面と枠体の下面とが、略面一に設定されているので、屋根面に熱コレクタを密着載置できるため、屋根面と熱コレクタ裏面との間に放熱通気槽をなくすことができる。そして、請求項１０に具体的に記載したように、屋根下地も断熱構造とすれば、屋根下地を介して熱が逃げることもなく、したがって、集熱パネルの集熱効率が一段と向上する。また、集熱効率の向上により、太陽電池モジュールも効果的に冷却されるので、発電効率の向上も期待できる。
加えて、太陽電池モジュールの裏面に取着される板状の熱コレクタの内部に冷媒通路が設けられているので、集熱効率が極めて高く、それゆえ、給湯負荷や暖房熱負荷の低減に寄与できる。
また、上記したように、屋根面に熱コレクタを密着載置できるため、屋根への納まりも良く、屋根との一体化が容易となるので、現場での取付施工負担を軽減できる。
また、この発明の構成の屋根パネル、屋根ユニットによれば、建物の工業生産化率を一層高め、品質の画一化、価格低廉化、現場施工負担の軽減化を促進することができる。
【００５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である光発電−集熱ハイブリッドパネルの構成を分解して示す分解斜視図である。
【図２】同光発電−集熱ハイブリッドパネルの外観構成を概略示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】同光発電−集熱ハイブリッドパネルを備える屋根パネルの構成を分解して示す分解斜視図である。
【図５】同屋根パネルの外観構成を示す斜視図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】ユニット建物の組立時、同屋根パネルを屋根ユニットの上に取付固定する様子を示す斜視図である。
【図８】同ユニット建物の組立時、同屋根パネルを屋根ユニットの上に取付固定する様子を示す部分断面図である。
【図９】この例で用いられる棟側屋根ユニットの構成を示す斜視図である。
【図１０】この例で用いられる軒先側屋根ユニットの構成を示す斜視図である。
【図１１】同実施例における住宅用ソーラシステムの構成を示す模式的断面図である。
【図１２】この発明の第２実施例である光発電−集熱ハイブリッドパネルの構成を分解して示す分解斜視図である。
【図１３】同実施例における住宅用ソーラシステムの構成を示す模式的断面図である。
【図１４】第１実施例の変形例である光発電−集熱ハイブリッドパネルの構成を分解して示す分解斜視図である。
【図１５】第２実施例の変形例である光発電−集熱ハイブリッドパネルの構成を分解して示す分解斜視図である。
【図１６】第２実施例の別の変形例である光発電−集熱ハイブリッドパネルの構成を分解して示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ光発電−集熱ハイブリッドパネル
２太陽電池モジュール
２ａ太陽電池パネル
２１シリコン太陽電池セル（太陽電池セル）
２２透明ガラス基板（透明基板）
２３枠体
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ集熱パネル
３１選択吸収膜
３２Ａ，３２Ｂ熱コレクタ
３３Ａ，３３Ｃ冷媒通路
３３Ｂ，３３Ｄ冷媒封入空間（密封空間、縦長空間）
３３Ｅパイプ部材（密封空間、縦長空間）
４Ａ，４Ｂ屋根パネル
５屋根下地パネル（屋根下地）
５１屋根裏材
５２断熱材
５３野地板
５４アスファルトルーフィング（防水シート）
５５ａ取付縦桟（屋根枠材）
５５ｂ取付横桟（屋根枠材）
８１，８２ヘッダ（分配主管）
８３貯湯槽（外部熱受容部）
８４，８５配管
８８熱交換部
９１，９２給湯設備
９３温水床暖房設備（暖房設備）
Ｓ太陽光[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photovoltaic-heat collecting hybrid panel that extracts electric power and heat energy from sunlight, and a roof panel, a roof unit, a solar system, and a solar system building including the photovoltaic-heat collecting hybrid panel.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, unit buildings have been widely used as one method of increasing the industrial production rate of buildings. This unit building is a building of a type in which one building is divided into several units in advance for factory production, and these are constructed and assembled at a construction site. Units constituting a unit building include a building unit constituting each room portion such as a living room, a dining room, a bedroom, and a children's room of a building, and a roof unit constituting a roof portion of the building. These units are produced in a factory in advance, transported to a construction site, and constructed and assembled on a previously prepared foundation. The assembling is performed by first installing the building units on a foundation in a state where they are interconnected, and then installing the roof units in an interconnected state on top of each installed building unit.
[0003]
On the other hand, as the global environment and energy depletion have become more serious due to increased consumption of fossil fuels, solar cell modules and heat collection panels have been installed in an array on rooftops of unit buildings and other facilities. Residential solar systems that extract electric power and heat energy from electric power and supply them to various home electric appliances and heating systems have also become widespread.
[0004]
By the way, conventionally, a photovoltaic-heat collecting hybrid device has been known in which a solar cell module and a heat collecting panel are configured as a hybrid, so that sunlight can be effectively used from both light energy and heat energy. I have.
In this type of hybrid device, for example, as described in JP-A-56-64474, a heat collecting panel includes a heat collector attached to the back surface of a solar cell module and a heat collector absorbed by the heat collector. And a heat collection pipe through which a heat exchange medium flows to take out the heat.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional hybrid device described in the above publication, the heat collection pipe having a substantially circular cross section is externally provided on the back surface of the heat collector (that is, the back surface of the device). Condition) is very bad. For this reason, fixing to the roof surface is not easy, and depending on the structure of the roof, the fixing structure may be very complicated. In addition, depending on the method of fixing on the local roof, the heat insulating structure of the existing roof And the waterproof structure may be damaged.
In the past, since water, oil, air, etc., were used as the heat exchange medium flowing through the heat collection pipe, the heat exchange efficiency was low, and therefore, it greatly contributed to the reduction of hot water supply load and heating heat load. There was a drawback that it could not be done.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a photovoltaic-heat collecting hybrid panel that fits well on a roof of a house and can contribute to a reduction in installation work load.
The present invention also provides a roof panel including a photovoltaic-heat collecting hybrid panel, in order to further increase the industrial production rate of a building, promote uniform quality, lower prices, and reduce the burden of on-site construction. Another purpose is to provide roof units.
Still another object of the present invention is to provide a solar system and a solar system building that can contribute to reduction of hot water supply load and heating heat load.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 provides a photovoltaic power generation system comprising a combination of a solar cell module for directly extracting electric power from sunlight and a heat collecting panel for extracting thermal energy from sunlight. A heat collecting hybrid panel, wherein the heat collecting panel is in thermal contact with an external secondary refrigerant circulating from an external heat receiving portion provided outside the hybrid panel at a predetermined heat exchange portion. An internal primary refrigerant for giving heat absorbed from sunlight to the external secondary refrigerant is sealed in advance.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a hybrid photovoltaic-heat collecting panel according to the first aspect of the present invention, wherein the heat collecting panel is made of a rigid material, and the solar cell module is provided. Having a plate-shaped heat collector attached to the back surface of the heat collector, a sealed space is provided inside the heat collector, and the internal primary refrigerant is sealed in the sealed space in advance. .
[0009]
The invention according to claim 3 is the refrigerant-enclosed photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to claim 2, wherein the sealed space is widely distributed in the plate-shaped heat collector and has rigidity. It is characterized by being composed of a plurality of spaces separated from each other by partition walls having the same.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a refrigerant-enclosed photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to the second aspect, wherein the sealed space extends into the plate-shaped heat collector and the sealed space. Is characterized in that a plurality of rigid support members are scattered to support the ceiling.
[0011]
The invention according to claim 5 is the refrigerant-enclosed photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to claim 3, wherein the sealed space includes a plurality of vertically long spaces extending in the flow direction of the inclined installation surface. The vertical spaces are characterized by being arranged side by side along the back surface of the solar cell module in a state of being separated from each other by a rigid partition wall.
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a refrigerant-enclosed photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to the second, third, fourth or fifth aspect, wherein the solar cell module includes a plurality of solar cells arranged on a transparent substrate. A solar cell panel disposed in a sealed state thereon, and a frame supporting the solar cell panel at a peripheral end thereof, wherein the plate constituting the heat collecting panel is provided in the frame. The heat collector is also provided in a fitted state, and the back surface of the heat collector and the lower surface of the frame are set substantially flush.
[0013]
The invention according to claim 7 is the refrigerant-enclosed photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6, wherein the internal primary refrigerant is at least an alternative CFC or It is characterized by comprising ethylene glycol.
[0014]
The invention according to claim 8 is a photovoltaic-heat collecting hybrid panel comprising a combination of a solar cell module for directly extracting electric power from sunlight and a heat collecting panel for extracting thermal energy from sunlight. The solar cell module comprises a solar cell panel in which a plurality of solar cells are disposed in a sealed state on a transparent substrate, and a frame supporting the solar cell panel at a peripheral end thereof. The heat collecting panel has a plate-shaped heat collector attached to the back surface of the solar cell module, and inside the heat collector is provided a refrigerant passage having both ends opened through which a refrigerant passes, and In the frame of the solar cell module, the plate-shaped heat collector constituting the heat collection panel is also provided in a fitted state, and the back surface of the heat collector and the bottom surface of the frame are substantially Flush It is characterized in that it is a constant.
[0015]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a roof panel in which a roof base is supported and fixed to a roof frame material, and the top surface of the roof base is provided with claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7. Alternatively, the photovoltaic-heat collecting hybrid panel described in 8 is attached and fixed in advance.
[0016]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the roof panel according to the ninth aspect, wherein the roof base has a layer structure of at least a lining material, a heat insulating material, a field board, and a waterproof sheet in this order.
[0017]
The invention according to claim 11 is the roof panel according to claim 9 or 10, wherein the roof base and the photovoltaic-heat collecting hybrid panel are relatively positioned in a direction orthogonal to the flow direction of the inclined roof surface. It is characterized in that both sides facing each other are fixed to the pair of roof frame members, respectively, in such a manner as to be sandwiched by a pair of roof frame members.
[0018]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a roof unit including a photovoltaic-heat collecting hybrid panel, wherein the roof panel according to the ninth, tenth, or eleventh aspect, and a support structure for supporting the roof panel. It is characterized by having.
[0019]
The invention according to claim 13 is a solar system that extracts and uses electric power and heat energy from sunlight, and uses a hot water storage tank for supplying hot water to a hot water supply facility or a heating facility in a building, and a roof of the building. The refrigerant-enclosed photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7, which is installed thereon, and the photovoltaic-heat collecting hybrid panel, which constitutes a part of the hybrid panel A heat exchanging unit for exchanging heat between the internal primary refrigerant enclosed in the heat collecting panel and the external secondary refrigerant outside the heat collecting panel, and between the heat exchanging unit and the hot water storage tank. And a pump for compulsorily circulating the external secondary refrigerant enclosed in the pipe, and a pipe for forming a circulation path of the external secondary refrigerant. I have.
[0020]
The invention according to claim 14 is provided with a hot water storage tank for supplying hot water to a hot water supply facility or a heating facility in a building, and the first, second, third, fourth, fifth, and fifth aspects on a sloped roof. A solar system building in which the refrigerant-enclosed photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to 6 or 7 is installed, wherein the photovoltaic-heat collecting hybrid panel is provided at the upper end on the ridge side of the photovoltaic-heat collecting hybrid panel. A heat exchanging unit is provided for exchanging heat between the internal primary refrigerant enclosed in the heat collecting panel constituting a part of the heat collecting hybrid panel and the external secondary refrigerant outside the heat collecting panel. The heat exchange unit and the hot water storage tank are connected by a pipe to form a circulation path for the external secondary refrigerant, and a pump for forcibly circulating the external secondary refrigerant is provided in the circulation path. It is characterized by being installed.
[0021]
The invention according to claim 15 is a solar system that extracts and uses electric power and thermal energy from sunlight, and is installed on a roof of a building. A hybrid circuit, a hot water storage tank for supplying hot water to hot water supply equipment or a heating equipment in the building, and a connection between the photovoltaic-heat collecting hybrid panel and the hot water storage tank constitute a circulation path for the refrigerant. And a pump for forcibly circulating the refrigerant sealed in the piping.
[0022]
According to a sixteenth aspect of the present invention, a hot water storage tank for supplying hot water to a hot water supply facility or a heating facility in a building is provided, and the photovoltaic power generation and collection system of the refrigerant circulation type according to the eighth aspect is provided on a roof. A solar system building in which a thermal hybrid panel is installed, wherein the photovoltaic-heat collecting hybrid panel and the hot water storage tank are connected by piping to form a circulation path for the refrigerant, and the circulation path includes A pump for forcibly circulating the refrigerant is provided.
[0023]
The invention according to claim 17 is the solar system building according to claim 14 or 16, wherein the external secondary refrigerant or refrigerant flowing in the circulation path includes at least alternative Freon or ethylene glycol. It is characterized by.
[0024]
The invention according to claim 18 is the solar system building according to claim 14 or 16, wherein the heating equipment is a hot water floor heating equipment.
[0025]
[Action]
In the refrigerant-encapsulated photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to any one of claims 1 to 7, since the internal primary refrigerant is previously sealed in the heat collecting panel, the work of pouring the refrigerant into the heat collecting panel during installation is performed. (Piping joint work for refrigerant flow) can be omitted. Therefore, the installation work is safe and simple.
[0026]
Moreover, in the refrigerant | coolant enclosure type | mold of Claim 2, 3, 4, 5 and the refrigerant | coolant circulation type photovoltaic-heat collection hybrid panel of Claim 8, a heat collection panel is attached to the back surface of a solar cell module. Since the internal primary refrigerant is previously sealed inside the plate-shaped heat collector or the refrigerant passage is provided, the heat collection efficiency is extremely high, and therefore, it is possible to contribute to the reduction of hot water supply load and heating heat load. In this case, it is possible to provide a sealed space for enclosing the internal primary refrigerant or a refrigerant passage through which the refrigerant flows in substantially the entire region of the heat collector (corresponding to the entire rear surface region of the solar cell module). It is very preferable in increasing the power generation efficiency and the heat collection efficiency of the heat collection panel.
Also, if, for example, alternative Freon or ethylene glycol is used as the internal primary refrigerant, the heat exchange efficiency is improved, so that the hot water supply load and the heating heat load can be further reduced.
[0027]
Moreover, in the refrigerant | coolant enclosure type of Claim 6 and the refrigerant | coolant circulation type photovoltaic-heat collection hybrid panel of Claim 8, the said plate-shaped heat collector which comprises a heat collection panel in the frame of a solar cell module is also provided. Since the heat collector is installed in a fitted state, and the back surface of the heat collector and the lower surface of the frame are set substantially flush, it is possible to closely mount the heat collector on the roof surface of the house. . In this way, there is no heat dissipation vent between the roof surface and the back of the heat collector, and if the roof base has a heat insulating structure, heat will not escape through the roof base. Can be further improved.
In addition, since it fits easily on the roof and is easily integrated with the roof (the roof panel according to claim 11), the load on the installation work at the site can be reduced.
[0028]
Further, according to the roof panel and the roof unit having the refrigerant-enclosed type and the refrigerant circulation type photovoltaic-heat collecting hybrid panel of the present invention, the industrial production rate of the building can be further increased, the quality can be made uniform, and the price can be reduced. Thus, the burden on the construction site can be further reduced.
[0029]
In the solar system (solar system building) including the refrigerant-enclosed photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to claim 13 (14), the internal primary refrigerant sealed in the sealed space in the heat collecting panel is sunlight. The temperature rises due to the heat absorbed from the heat exchanger and moves to the upper end of the sealed space that is in thermal contact with the heat exchange unit by convection or vaporization. The internal primary refrigerant that has reached the upper end of the sealed space cannot transfer to the heat exchange unit, but gives heat to the external secondary refrigerant in the heat exchange unit. Thus, the cooled internal primary refrigerant sinks to the lower end of the sealed space by convection or liquefaction. The temperature of the internal primary refrigerant that has subsided at the lower end of the sealed space rises again by the heat absorbed from the sunlight S, and the above-described cycle is repeated.
On the other hand, the external secondary refrigerant is given heat from the internal primary refrigerant in the heat exchange section, and is sent to the hot water storage tank as a high-temperature medium. Then, heat is given to the water stored in the hot water tank.
The low-temperature external secondary refrigerant is sent to the heat exchange section on the roof again by the pumping force. In this way, the external secondary refrigerant circulates between the heat exchange unit and the heat storage tank, and carries the heat absorbed by the heat collecting panel from sunlight to the hot water storage tank. The hot water storage layer serves as a heat source capable of storing heat and is used for reducing a hot water supply load and a heating heat load.
[0030]
In the solar system (solar system building) including the refrigerant circulation type photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to claim 15 (16), when the refrigerant in the circulation path is forced to flow, the refrigerant generates heat. While passing through the refrigerant passage in the collector, it absorbs heat and rises in temperature, becomes a high-temperature medium, is sent to a hot water storage tank, and gives heat to the water stored therein. The cooled refrigerant is sent again to a heat collector on the roof. In this manner, the refrigerant circulates between the heat collector and the heat storage tank, and carries the heat absorbed by the heat collecting panel from the sunlight to the hot water storage tank. The hot water storage layer serves as a heat source capable of storing heat and is used for reducing a hot water supply load and a heating heat load.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The description will be made specifically using an embodiment.
◇ First embodiment
Structure of photovoltaic-heat collecting hybrid panel
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an exploded configuration of a photovoltaic / heat collecting hybrid panel according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view schematically showing an external configuration of the photovoltaic / heat collecting hybrid panel. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
The photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A of this example is integrated in advance with a vertical roof panel at a factory, and as shown in FIGS. 1 to 3, corresponding to the vertical roof panel, A refrigerant circulation type heat collecting panel 3A of substantially the same size is adhered to the back surface of the solar cell module 2 formed to have a size of 170 to 180 cm in width and 400 to 500 cm in length.
The solar cell module 2 includes a solar cell panel 2a in which a large number of silicon solar cells 21, 21,... Are bonded to the back surface of a transparent glass substrate 22 in a sealed state, and four sides (peripheral edge portion) of the solar cell panel 2a. )), And is roughly composed of an elongated rectangular frame 23 fitted into the frame 23. More specifically, the solar cell panel 2a is composed of a number of silicon solar cells 21 and 21 attached to the transparent glass substrate 22 in a state where the solar cell panel 2a is connected to the transparent glass substrate 22 in a state of being connected in series and parallel by a lead wire. , And a pair of adhesive films 24, 24 such as EVA (ethylene vinyl acetate) for covering and sealing the silicon solar cells 21, 21,... On both sides. And the like.
[0032]
The frame 23 includes a pair of aluminum vertical frames 23 a, 23 a having a fitting groove 231 having a U-shaped cross section on the inner surface, a mounting flange 232 projecting horizontally outward on the upper surface, and a fitting groove 231. The vertical frames 23a, 23a and the horizontal frames 23b, 23b are fitted to the corresponding sides (peripheral ends) of the solar cell panel 2a, respectively. By joining the end portions that are in a state of being protruded from each other, the end portions are assembled in an elongated square. A plurality of screw holes are provided in the mounting flange 232 provided in the vertical frames 23a, 23a, and when the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A of this example is mounted and integrated with the roof panel 4A, In a state in which it is in contact with the upper surfaces of mounting vertical bars (roof structural members) 55a, 55a described later, screws are attached to the mounting vertical bars 55a, 55a.
[0033]
Next, the heat collecting panel 3A is composed of a plate-shaped heat collector 32A having a selective absorption film 31 formed on the surface thereof. Inside the heat collector 32A, a zigzag-shaped refrigerant passage having both ends opened to allow a refrigerant to flow therethrough. 33 </ b> A (indicated by zigzag arrows in FIG. 1) is provided in substantially the entire area corresponding to the entire back surface of the solar cell module 2. The heat collector 32A includes an upper heat collecting plate 321 and a lower heat collecting plate 322 made of a metal such as aluminum. In this example, the refrigerant passage 33A is provided with a zigzag groove having both ends opened in advance on the upper surface of the lower heat collecting plate 322, and covers the upper heat collecting plate 321 on the upper surface of the zigzag groove, and places the two at the abutting portions. It is formed by bonding or welding to be integrated. The inlet end and the outlet end (not shown) of the refrigerant passage 33A are provided on the same end surface on the short side of the heat collecting panel 3A, and headers (distribution main pipes) 81, 82 for circulating the refrigerant via joints. It can be connected to. At the time of installation, the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A is attached and fixed with the inlet end and the outlet end of the refrigerant passage 33A facing the ridge side of the roof.
The selective absorption film 31 has a function of preventing dissipation of heat energy absorbed from sunlight in order to maintain high heat collection efficiency, and is formed by applying a carbon-based paint to the surface of the upper heat collection plate 321. . Here, as the selective absorption film 31, a material having a high solar heat absorption efficiency and a low emissivity (for example, solar absorptivity: α = 0.91 to 0.94, emissivity: ε = 0. As long as it is in the range of 09 to 0.12), it is not limited to the carbon-based paint.
[0034]
In order to manufacture the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A having the above configuration, first, a transparent glass substrate 22 such as a white plate reinforced glass-an adhesive film 24 such as an EVA-a silicon solar cell 21, 21,... By stacking the film 24 and the heat collector 32A with the selective absorption film 31 in this order, and by thermocompression bonding the whole, the coolant circulation type heat collection panel 3A is fixed to the back surface of the solar cell panel 2a and integrated. Then, each side (peripheral end) of the solar cell panel 2a is sealed with a sealing material such as butyl rubber, and finally, the vertical frames 23a, 23a and the horizontal frames 23b, 23b are respectively sealed with the respective solar cell panels 2a. Fit into the side (peripheral edge) and assemble. In this example, the heat collecting panel 3A is fitted in the frame 23 of the solar cell module 2 in a state where the selective absorption film 31 is in close contact with the back surface of the solar cell module 2, and the heat collecting panel 3A The rear surface of the collector 32A and the lower surface of the frame 23 are set substantially flush.
[0035]
Roof panel configuration
FIG. 4 is an exploded perspective view showing an exploded configuration of a roof panel including the photovoltaic-heat collecting hybrid panel, FIG. 5 is a perspective view showing an external configuration of the roof panel, and FIG. It is sectional drawing which follows the BB line of FIG.
The photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A having the above configuration is installed on the upper surface of the roof base panel 5 when producing a vertically long roof panel (width 180 to 190 cm, length 410 to 510 cm) 4A at a factory. The roof panel 4A is configured.
The roof base panel 5 includes an elongated square roof base and a roof framework supporting the roof base. The roof base making up the roof base panel 5 is made of a highly heat-insulating styrene or urethane foam (thermal conductivity 0.021-0) between a base plate 53 such as structural plywood or particle board and a roofing material 51 such as gypsum board. A heat insulating material 52 such as 0.035 KCal / mh ° C.) is packed to form a heat insulating structure. Further, an asphalt roofing (waterproof sheet) 54 is laid on a base plate 53 to form a waterproof structure.
In addition, the roof frame includes a pair of mounting vertical rails (roof structural members) 55a, 55a provided on the long side edge of the roof base panel 5, and a pair of mounting lateral bars provided on the short side edge. At least the backs of the mounting vertical bars 55a, 55a have at least a roofing material 51, a heat insulating material 52, a field board 53, an asphalt roofing 54, and a photovoltaic-heat collecting hybrid panel. The thickness is set to be approximately equal to or slightly higher than the total thickness of 1A. A notch K is provided at one end side (roof ridge side) of the mounting vertical rails 55a, 55a, so that headers 81, 82 for refrigerant circulation can be arranged. In this example, the width of the roof base panel 5 is set to be substantially the same as the width of the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A (however, the width not including the mounting flanges 232A on both sides). On the other hand, by setting the vertical dimension of the roof base panel 5 to be slightly longer than the vertical dimension of the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A, the clearance for arranging the headers 81 and 82 for refrigerant circulation on the roof ridge side is increased. I have it.
[0036]
In order to manufacture the roof panel 4A, as shown in FIG. 4, first, a roofing material 51, a heat insulating material 52, a base plate 53, and an asphalt roofing 54 are laminated in this order to form a laminated structure. The mounting vertical rails 55a, 55a and the mounting horizontal rails 55b, 55b are applied to the four side edges of the body, nailed and fixed from the outside to form the roof base panel 5, and the roof base panel 5 is manufactured in advance on the roof base panel 5. The installed photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A is placed (fitted inside a roof frame composed of mounting vertical rails 55a, 55a and mounting horizontal rails 55b, 55b). At this time, as described above, the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A has a flat bottom surface configuration and the roof base panel 5 has a flat top surface configuration as described above. Is completely in contact with the upper surface of the roof base panel 5. On the other hand, in this state, the mounting flanges 232 and 232 provided on the frame 23 (vertical frames 23a and 23a) of the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A are connected to the roof frame as apparent from the above-described dimension setting. Since it protrudes from the inside and comes into contact with the upper surfaces of the mounting vertical rails 55a, 55a, the mounting flanges 232, 232 are screwed to the mounting vertical rails 55a, 55a, and the roof panel 4A shown in FIGS. To complete.
[0037]
Unit buildingassembly
FIG. 7 is a perspective view showing how the roof panel is mounted and fixed on the roof unit when assembling the unit building, FIG. 8 is a partial sectional view of the same, and FIG. 9 is a view of the ridge side roof unit used in this example. FIG. 10 is a perspective view showing a configuration, and FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of an eaves roof unit used in this example.
After being manufactured at the factory, the roof panels 4A, 4A,... Having the above configuration are transported to the assembly site of the unit building as shown in FIG. , And constitute a unit building together with the building units 7, 7,....
Here, as shown in FIG. 9, the ridge-side roof unit 6a includes a pair of home base type small wife wall panels 61, 61, a ridge 62 connecting these small wife wall panels 61, 61, and a truss beam 63. , 63. As shown in FIG. 10, the eaves-side roof unit 6 b includes a pair of triangular end small wall panels 64, 64, and a connecting beam 65 and an eave beam 66 connecting these end small wall panels 64, 64. It is composed of
As shown in FIG. 7, the roof panel 4A is configured such that the ridge-side mounting horizontal rail 55b is placed on the upper surface of the purlin 62 of the ridge-side roof unit 6a, and the upper chord material 63a of the truss beam 63 and the eaves-side roof unit 6b From the connecting beam 65, it is further laid and laid to the eave beam 66, and is fixed to the purlin 62, the upper chord material 63a, the connecting beam 65, and the eave beam 66 using a tie, and sequentially in the width direction of the roof panel 4A. The other roof panels 4A, 4A, ... are also juxtaposed to construct a roof. In Japan, a normal roof panel without the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A is of course laid on the northern slope of the roof.
When the laying of the roof panels 4A, 4A,... Is completed in this manner, the headers 81, 82 are arranged on the ridge side of the roof panels 4A, 4A,. Piping work such as connecting the inlet end and the outlet end of the refrigerant passage 33A provided in the panel 3A) to the corresponding headers 81, 82 via joints is performed.
[0038]
Structure of solar system for house
FIG. 11 is a schematic sectional view showing the configuration of a solar system for a house.
The roof panels 4A, 4A,... Constitute a unit building with the building units 7, 7,... As described above, and as shown in FIG. Construct a solar system for a house with the like.
That is, the residential solar system of this example includes a photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A integrated with the roof panels 4A, 4A,... And hot water supply facilities 91, 92 and a hot water floor heating facility 93 in the house. Headers 81 and 82 for connecting a hot water storage tank 83 for supplying hot water, a photovoltaic power generation / heat collection hybrid panel 1A (heat collection panel 3A) and the hot water storage tank 83, and forming a circulation path of a refrigerant are provided. The system generally includes pipes 84 and 85 including a pump and a pump (not shown) for forcibly circulating the refrigerant in the circulation path, and also has an auxiliary heat source 86 in case of insufficient solar heat.
The residential solar system includes an inverter, a storage battery, and the like (not shown) in addition to the above, but is omitted in the following description because it is publicly known. In this example, as a suitable refrigerant, for example, a gas such as a substitute for chlorofluorocarbon or an antifreeze liquid such as ethylene glycol is used.
[0039]
Next, the operation of the solar system of this example will be described with reference to FIGS.
In the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A (heat collecting panel 3A) exposed to the sun on the roof, the heat collector 32A provided with the selective absorption film 31 is heated by sunlight S. Due to the forcible force of the pump, the low-temperature refrigerant supplied from the inlet end into the heat collector 32A absorbs heat from the heat collector 32A while passing through the refrigerant passage 33A in the heat collector 32A and rises in temperature. The refrigerant is sent from the outlet end to the above-mentioned hot water storage tank 83 via the header 82 and the pipe 85. Then, heat energy is given to the water obtained from the city water. The refrigerant which has become low temperature by this heat exchange is again sent to the heat collector 32A by the pump via the pipe 84 and the header 81, and is connected to the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A (the heat collecting panel 3A) and the hot water storage. Circulate between the tank 83. The circulation of the refrigerant cools the solar cell module 2 that is in close contact with the heat collector 32A via the selective absorption film 31. On the other hand, the water heated in the hot water storage tank 83 is stored heat not only during the day but also at night, and is supplied to the hot water supply facilities 91 and 92 in the kitchen and bathroom as needed. It is also supplied to the facility 93 and used for reducing the hot water supply load and the heating heat load of the house.
[0040]
As described above, according to the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A (heat collecting panel 3A) of this example, the inside of the plate-like heat collector 32A attached to the back surface of the solar cell module 2 and the (solar Since the refrigerant passage 33A is provided in substantially the entire area of the heat collector (corresponding to the entire area of the back surface of the battery module), the heat collection efficiency is extremely high, and therefore, it is possible to contribute to the reduction of hot water supply load and heating heat load.
[0041]
Further, a plate-shaped heat collector 32A constituting the heat collecting panel 3A is also provided in the frame 23 of the solar cell module 2 in a fitted state, and the back surface of the heat collector 32A and the lower surface of the frame 23 are connected to each other. However, since the heat collector 32A is set to be substantially flush, the heat collector 32A can be closely mounted on the roof surface, and the heat radiation vent tank can be eliminated between the roof surface and the back surface of the heat collector 32A. In this example, since the roof base has a heat insulating structure, heat does not escape through the roof base, so that the heat collection efficiency of the heat collecting panel is further improved. In addition, if the heat collection efficiency of the heat collection panel is improved, the solar cell module 2 is also effectively cooled well, so that the power generation efficiency of the solar cell module 2 is also improved.
In addition, it fits well on the roof, and integration with the roof becomes easy. Therefore, discomfort with the roof tile is also eliminated.
[0042]
Further, according to the roof panel 4A including the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1A of this example, the industrial production rate of the building can be further increased, the quality can be made uniform, the price can be reduced, and the on-site construction burden can be further reduced. Can be achieved. Further, since, for example, alternative chlorofluorocarbon or ethylene glycol is used as the refrigerant, the heat exchange efficiency is improved, so that the load of hot water supply and the heat load of heating can be further reduced.
[0043]
◇ Second embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 12 is an exploded perspective view showing an exploded configuration of a photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a schematic view showing a configuration of a solar system for a house in the embodiment. FIG.
The difference between the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1B of the second embodiment and that of the above-described first embodiment is that, instead of the refrigerant circulation type heat collecting panel 3A, refrigerant is filled as shown in FIG. This is the point that the heat collecting panel 3B is used.
That is, the heat collecting panel 3B of this example has a plurality of vertically elongated refrigerant enclosing spaces 33B, 33B,... Separated from each other by partition walls inside a plate-shaped heat collector 32B having a selective absorption film 31 on the surface. Are arranged side by side (over substantially the entire area corresponding to the entire back surface of the solar cell module 2), and these refrigerant enclosure spaces 33B, 33B,. Sealed.
In the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1B and the roof panel of this example, each part other than the refrigerant sealed space 33B, 33B,... Since the components are substantially the same as those of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0044]
Further, in the solar system of this example, a refrigerant-sealed photovoltaic / heat collecting hybrid panel 1B is used instead of the refrigerant circulation type photovoltaic / heat collecting hybrid panel 1A, as shown in FIG. Thus, instead of headers 81 and 82 on the ridge side of roof panel 4B, a heat exchange section 88 that is in thermal contact with the primary refrigerant is provided, and pipes 86 and 87 are provided between this heat exchange section 88 and hot water storage tank 83. To form a circulation path for circulating a secondary refrigerant having the same composition as the primary refrigerant.
[0045]
In the solar system having the above-described configuration, the temperature of the primary refrigerant enclosed in the refrigerant enclosure spaces 33B, 33B,... It moves to the upper end that makes thermal contact. The primary refrigerant that has reached the upper end of the refrigerant enclosure spaces 33B, 33B,... Cannot transfer to the heat exchange unit 88, but gives heat to the secondary refrigerant in the heat exchange unit 88. The primary refrigerant thus cooled sinks into the lower ends of the refrigerant enclosure spaces 33B, 33B,... By convection or liquefaction. The temperature of the primary refrigerant sinking at the lower end rises again by the heat absorbed from sunlight S, and the above-described cycle is repeated. On the other hand, the secondary refrigerant is sent to the heat exchange section 88 by the action of the pump, where heat is given from the primary refrigerant, and sent to the hot water storage tank 83 as a high-temperature medium. Then, heat is given to the water stored in the hot water storage tank 83. The low-temperature secondary refrigerant is sent to the heat exchange section 88 on the roof via the pipe 84 again. In this way, the secondary refrigerant circulates between the heat exchange unit 88 and the heat storage tank 83, and carries the heat absorbed by the heat collecting panel 3B from the sunlight S to the hot water storage tank 83. The water heated in the hot water storage tank 83 is stored heat not only during the day but also at night, and is supplied to the hot water supply facilities 91 and 92 in the kitchen and bathroom as needed. To reduce the hot water supply load and heating heat load of the house.
[0046]
According to the configuration of the second embodiment, substantially the same effects as those described in the first embodiment can be obtained. In addition, since the primary refrigerant is sealed in the heat collecting panel 3B in advance, the work of pouring the refrigerant into the heat collecting panel 3B (the piping joint work for flowing the refrigerant) can be omitted at the time of installation. Therefore, the installation work is safe and simple.
[0047]
Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the present invention is applicable even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention. include. For example, the dimensions, shape, and method of forming the refrigerant passage and the refrigerant enclosing space can be changed as necessary. The transparent substrate supporting the silicon solar cell is not limited to the transparent glass substrate, but may be a transparent hard resin. Further, the silicon solar cell is not limited to single crystal silicon, but may be polycrystalline silicon, amorphous silicon, or the like. Further, in the above-described embodiment, the solar cell module is configured as a surface glass resin laminate type, but is not limited thereto, and may be configured as a glass sandwich type. The material of the heat collector is not limited to a metal such as aluminum, and may be a plastic, an inorganic material, or the like as long as it has a high thermal conductivity and excellent weather resistance and heat resistance. Further, the adhesive for adhering the heat collecting panel to the back surface of the solar cell module is not limited to EVA, but may be any material having high transparency and high thermal conductivity such as silicone resin. The solar system building may be of a steel frame type or a wooden type.
In addition, a roof unit can be configured by attaching a support structure such as a small wall panel or a truss beam to a roof panel integrally including a photovoltaic-heat collecting hybrid panel at a factory in advance. .
[0048]
Further, in the first embodiment described above, the case is described in which the zigzag-shaped refrigerant passage 33A having the entrance and exit is provided in the refrigerant circulation type heat collection panel 3A (FIG. 1). As in the photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1C shown in FIG. 14, a branched refrigerant passage 33C in which the refrigerant flows vertically and horizontally in the heat collecting panel 3C may be provided. In addition, the entrances and exits of the refrigerant passages 33A and 33C are not limited to one each.
Further, in the above-described second embodiment, a case has been described in which a plurality of vertically long refrigerant-enclosed spaces 33B, 33B,... 12) However, the present invention is not limited to this. For example, as in a photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1D shown in FIG. 15, a refrigerant enclosing space 33D in which a primary refrigerant flows in the heat collecting panel 3D in a regular or disorderly manner. May be provided. Alternatively, for example, as in a photovoltaic-heat collecting hybrid panel 1E shown in FIG. 16, a refrigerant enclosing space may be configured by bundling a large number of pipe members 33E, 33E,.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the configuration of the photovoltaic-heat collecting hybrid panel of the present invention, the heat collecting panel is formed in the frame of the solar cell module as specifically described in claims 6 and 7. The plate-shaped heat collector is also installed in a fitted state, and since the back surface of the heat collector and the lower surface of the frame are set substantially flush, the heat collector can be closely mounted on the roof surface. In addition, it is possible to eliminate the heat radiation ventilation tank between the roof surface and the back surface of the heat collector. As specifically described in claim 10, when the roof base is also of a heat insulating structure, heat does not escape through the roof base, and thus the heat collection efficiency of the heat collecting panel is further improved. In addition, since the solar cell module is effectively cooled by the improvement of the heat collection efficiency, the improvement of the power generation efficiency can be expected.
In addition, since the refrigerant passage is provided inside the plate-shaped heat collector attached to the back surface of the solar cell module, the heat collection efficiency is extremely high, and therefore, it can contribute to the reduction of hot water supply load and heating heat load. .
Further, as described above, since the heat collector can be closely mounted on the roof surface, the heat collector can be easily housed on the roof, and can be easily integrated with the roof.
Further, according to the roof panel and the roof unit of the present invention, it is possible to further increase the industrial production rate of the building, promote uniform quality, reduce the price, and reduce the burden of on-site construction.
[0050]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an exploded configuration of a photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing an external configuration of the photovoltaic-heat collecting hybrid panel.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 4 is an exploded perspective view showing an exploded configuration of a roof panel including the photovoltaic-heat collecting hybrid panel.
FIG. 5 is a perspective view showing an external configuration of the roof panel.
FIG. 6 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 5;
FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the roof panel is mounted and fixed on the roof unit when assembling the unit building.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing a state where the roof panel is mounted and fixed on the roof unit when assembling the unit building.
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration of a ridge side roof unit used in this example.
FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of an eaves roof unit used in this example.
FIG. 11 is a schematic sectional view showing a configuration of a solar system for a house in the embodiment.
FIG. 12 is an exploded perspective view showing an exploded configuration of a photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic sectional view showing a configuration of a solar system for a house in the embodiment.
FIG. 14 is an exploded perspective view showing an exploded configuration of a photovoltaic-heat collecting hybrid panel as a modification of the first embodiment.
FIG. 15 is an exploded perspective view showing an exploded configuration of a photovoltaic-heat collecting hybrid panel which is a modification of the second embodiment.
FIG. 16 is an exploded perspective view showing an exploded configuration of a photovoltaic-heat collecting hybrid panel which is another modification of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1A, 1B, 1C, 1D, 1E Photovoltaic-heat collecting hybrid panel
2 Solar cell module
2a Solar panel
21 Silicon solar cells (solar cells)
22 Transparent glass substrate (transparent substrate)
23 Frame
3A, 3B, 3C heat collecting panel
31 Selective absorption membrane
32A, 32B heat collector
33A, 33C refrigerant passage
33B, 33D Refrigerant filled space (sealed space, vertically long space)
33E pipe member (sealed space, vertically long space)
4A, 4B roof panel
5 Roof base panel (roof base)
51 Attic
52 Insulation
53 Field Board
54 Asphalt roofing (waterproof sheet)
55a Mounting vertical bar (roof frame material)
55b Mounting crossbar (roof frame material)
81, 82 header (main distributor)
83 Hot water storage tank (external heat receiving part)
84,85 Piping
88 Heat exchange unit
91,92 Hot water supply equipment
93 Hot water floor heating equipment (heating equipment)
S Sunlight

Claims

太陽光から直接電力を取り出すための太陽電池モジュールと、太陽光から熱エネルギを取り出すための集熱パネルとの組み合わせからなる光発電−集熱ハイブリッドパネルであって、
前記集熱パネルには、当該ハイブリッドパネルの外部に設けた外部熱受容部から循環してくる外部二次冷媒と、所定の熱交換部にて熱的に接触し、太陽光から吸収した熱を該外部二次冷媒に与えるための内部一次冷媒が予め封入されていることを特徴とする冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネル。A photovoltaic-heat collecting hybrid panel comprising a combination of a solar cell module for directly extracting electric power from sunlight and a heat collecting panel for extracting thermal energy from sunlight,
In the heat collecting panel, an external secondary refrigerant circulating from an external heat receiving portion provided outside the hybrid panel is in thermal contact with a predetermined heat exchange portion, and absorbs heat absorbed from sunlight. A refrigerant-encapsulated photovoltaic-heat collecting hybrid panel, wherein an internal primary refrigerant to be given to the external secondary refrigerant is previously sealed.

前記集熱パネルは、剛性のある素材から作られ、かつ、前記太陽電池モジュールの裏面に取着される板状の熱コレクタを有し、該熱コレクタの内部には密封空間が設けられ、該密封空間内には前記内部一次冷媒が予め封入されていることを特徴とする請求項１記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネル。The heat collection panel is made of a rigid material, and has a plate-shaped heat collector attached to the back surface of the solar cell module, and a sealed space is provided inside the heat collector, The hybrid photovoltaic / heat collecting hybrid panel according to claim 1, wherein the internal primary refrigerant is sealed in a sealed space in advance.

前記密封空間は、板状の前記熱コレクタ内に広く分布し、かつ、剛性のある隔壁によって互いに仕切られた複数の空間からなることを特徴とする請求項２記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネル。3. The refrigerant-enclosed photovoltaic power generation according to claim 2, wherein the sealed space comprises a plurality of spaces widely distributed in the plate-shaped heat collector and separated from each other by a rigid partition. Heat collection hybrid panel.

前記密封空間は、板状の前記熱コレクタ内に広がり、かつ、該密封空間には、その天井部を支えるために、剛性のある複数の支持部材が散在していることを特徴とする請求項２記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネル。The sealing space is spread in the plate-shaped heat collector, and a plurality of rigid support members are scattered in the sealing space to support a ceiling portion thereof. 2. The photovoltaic-heat collecting hybrid panel of type 2, wherein the refrigerant is sealed.

前記密封空間は、傾斜設置面の流れ方向にそれぞれ延びる複数の縦長空間からなり、これらの縦長空間は、剛性のある隔壁によって、互いに仕切られた状態で、前記太陽電池モジュールの裏面に沿って並設されていることを特徴とする請求項３記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネル。The sealed space is composed of a plurality of vertically long spaces each extending in the flow direction of the inclined installation surface, and these vertically long spaces are arranged along the back surface of the solar cell module while being separated from each other by a rigid partition. The refrigerant-enclosed photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to claim 3, wherein the panel is provided.

前記太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを透明基板上に封止状態に配設してなる太陽電池パネルと、該太陽電池パネルをその周端部にて支える枠体とからなると共に、
該枠体内には、前記集熱パネルを構成する前記板状の熱コレクタも嵌合状態に納設され、かつ、該熱コレクタの裏面と前記枠体の下面とが、略面一に設定されていることを特徴とする請求項２，３，４又は５記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネル。The solar cell module includes a solar cell panel having a plurality of solar cells arranged in a sealed state on a transparent substrate, and a frame supporting the solar cell panel at a peripheral end thereof,
In the frame, the plate-shaped heat collector constituting the heat collecting panel is also provided in a fitted state, and the back surface of the heat collector and the lower surface of the frame are set substantially flush. The refrigerant-encapsulated photovoltaic / heat collecting hybrid panel according to claim 2, 3, 4, or 5.

前記内部一次冷媒は、少なくとも代替フロン又はエチレングリコールを含んでなることを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネル。The hybrid photovoltaic / heat collecting hybrid panel according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6, wherein the internal primary refrigerant contains at least substitute Freon or ethylene glycol.

太陽光から直接電力を取り出すための太陽電池モジュールと、太陽光から熱エネルギを取り出すための集熱パネルとの組み合わせからなる光発電−集熱ハイブリッドパネルであって、
前記太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを透明基板上に封止状態に配設してなる太陽電池パネルと、該太陽電池パネルをその周端部にて支える枠体とからなると共に、
前記集熱パネルは、前記太陽電池モジュールの裏面に取着される板状の熱コレクタを有し、該熱コレクタの内部には冷媒が通過する両端開口の冷媒通路が設けられていて、かつ、前記太陽電池モジュールの枠体内には、前記集熱パネルを構成する前記板状の熱コレクタも嵌合状態に納設され、かつ、該熱コレクタの裏面と前記枠体の下面とが、略面一に設定されていることを特徴とする冷媒循環型の光発電−集熱ハイブリッドパネル。A photovoltaic-heat collecting hybrid panel comprising a combination of a solar cell module for directly extracting electric power from sunlight and a heat collecting panel for extracting thermal energy from sunlight,
The solar cell module includes a solar cell panel having a plurality of solar cells arranged in a sealed state on a transparent substrate, and a frame supporting the solar cell panel at a peripheral end thereof,
The heat collection panel has a plate-shaped heat collector attached to the back surface of the solar cell module, and inside the heat collector are provided with refrigerant passages at both ends through which a refrigerant passes, and In the frame of the solar cell module, the plate-shaped heat collector constituting the heat collecting panel is also provided in a fitted state, and the back surface of the heat collector and the lower surface of the frame are substantially flat. A refrigerant circulation type photovoltaic-heat collecting hybrid panel characterized by being set to one.

屋根下地が屋根枠材に支持固定されてなる屋根パネルの上面に、請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載の光発電−集熱ハイブリッドパネルが、予め一体的に取付固定されてなることを特徴とする屋根パネル。The photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, or 8 is integrally formed on a roof panel having a roof foundation supported and fixed to a roof frame material in advance. A roof panel characterized by being fixedly mounted.

前記屋根下地は、屋根裏材−断熱材−野地板−防水シートの順の層構造からなることを特徴とする請求項９記載の屋根パネル。The roof panel according to claim 9, wherein the roof base has a layer structure of a roof lining material, a heat insulating material, a base plate, and a waterproof sheet in this order.

前記屋根下地及び前記光発電−集熱ハイブリッドパネルは、傾斜屋根面の流れ方向と直交する方向にて相対向するそれぞれの両側面を一対の屋根枠材によって共に挟接される態様で、当該一対の屋根枠材にそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項９又は１０記載の屋根パネル。The roof base and the photovoltaic-heat collecting hybrid panel are configured so that both side surfaces facing each other in a direction orthogonal to the flow direction of the inclined roof surface are sandwiched together by a pair of roof frame members, The roof panel according to claim 9, wherein the roof panel is fixed to each of the roof frame members.

請求項９，１０又は１１記載の屋根パネルと、該屋根パネルを支持するための支持構造部とを有してなることを特徴とする光発電−集熱ハイブリッドパネルを備える屋根ユニット。A roof unit comprising a photovoltaic-heat collecting hybrid panel, comprising: the roof panel according to claim 9, 10 or 11, and a support structure for supporting the roof panel.

建物内の給湯設備又は暖房設備に温水を供給するための貯湯槽と、建物の屋根上に設置される請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルと、
該光発電−集熱ハイブリッドパネルの一部を構成する前記集熱パネル内に封入された前記内部一次冷媒と前記集熱パネル外の前記外部二次冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換部と、
該熱交換部と前記貯湯槽との間を結んで、前記外部二次冷媒の循環路を構成するための配管と、該配管内に封入された前記外部二次冷媒を強制的に循環させるためのポンプとを有してなることを特徴とするソーラシステム。8. The photovoltaic power generation system of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7 installed on a roof of a building and a hot water tank for supplying hot water to a hot water supply system or a heating system in the building. A heat collection hybrid panel;
Heat exchange for exchanging heat between the internal primary refrigerant enclosed in the heat collecting panel and a part of the external secondary refrigerant outside the heat collecting panel, which constitute a part of the photovoltaic-heat collecting hybrid panel Department and
A pipe for connecting the heat exchange section and the hot water storage tank to form a circulation path for the external secondary refrigerant, and for forcibly circulating the external secondary refrigerant sealed in the pipe. And a pump.

建物内の給湯設備又は暖房設備に温水を供給するための貯湯槽が備えられ、かつ、傾斜屋根上には請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の冷媒封入型の光発電−集熱ハイブリッドパネルが設置されてなるソーラシステム建物であって、
前記光発電−集熱ハイブリッドパネルの棟側である上端部には、該光発電−集熱ハイブリッドパネルの一部を構成する前記集熱パネル内に封入された前記内部一次冷媒と前記集熱パネル外の前記外部二次冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換部が設けられ、該熱交換部と前記貯湯槽とが配管で結ばれて前記外部二次冷媒の循環路が構成され、かつ、該循環路には前記外部二次冷媒を強制的に循環させるためのポンプが設置されていることを特徴とするソーラシステム建物。The refrigerant-filled light according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7, further comprising a hot water tank for supplying hot water to a hot water supply facility or a heating facility in the building, and on a sloped roof. A solar system building in which a power generation-heat collection hybrid panel is installed,
At the upper end on the ridge side of the photovoltaic-heat collecting hybrid panel, the internal primary refrigerant sealed in the heat collecting panel constituting a part of the photovoltaic-heat collecting hybrid panel and the heat collecting panel A heat exchange unit for performing heat exchange between the outside and the external secondary refrigerant is provided, and the heat exchange unit and the hot water storage tank are connected by a pipe to form a circulation path of the external secondary refrigerant, A solar system building, wherein a pump for forcibly circulating the external secondary refrigerant is installed in the circulation path.

建物の屋根上に設置される請求項８記載の冷媒循環型の光発電−集熱ハイブリッドパネルと、
前記建物内の給湯設備又は暖房設備に温水を供給するための貯湯槽と、
前記光発電−集熱ハイブリッドパネルと前記貯湯槽との間を結んで、前記冷媒の循環路を構成するための配管と、
該配管内に封入された前記冷媒を強制的に循環させるためのポンプとを有してなることを特徴とするソーラシステム。A refrigerant-circulating photovoltaic-heat collecting hybrid panel according to claim 8, which is installed on a roof of a building;
A hot water storage tank for supplying hot water to a hot water supply facility or a heating facility in the building,
A pipe for connecting the photovoltaic-heat collecting hybrid panel and the hot water storage tank to form a circulation path for the refrigerant,
And a pump for forcibly circulating the refrigerant sealed in the pipe.

建物内の給湯設備又は暖房設備に温水を供給するための貯湯槽が備えられ、かつ、屋根上には請求項８記載の冷媒循環型の光発電−集熱ハイブリッドパネルが設置されてなるソーラシステム建物であって、
前記光発電−集熱ハイブリッドパネルと前記貯湯槽とが配管で結ばれて前記冷媒の循環路が構成され、かつ、該循環路には前記冷媒を強制的に循環させるためのポンプが設置されていることを特徴とするソーラシステム建物。A solar system comprising: a hot water storage tank for supplying hot water to a hot water supply facility or a heating facility in a building; and a refrigerant circulation type photovoltaic / heat collecting hybrid panel according to claim 8 installed on a roof. Building
The photovoltaic-heat collecting hybrid panel and the hot water storage tank are connected by a pipe to form a circulation path for the refrigerant, and a pump for forcibly circulating the refrigerant is installed in the circulation path. A solar system building.

前記循環路内を流れる前記外部二次冷媒又は冷媒は、少なくとも代替フロン又はエチレングリコールを含んでなることを特徴とする請求項１４又は１６記載のソーラシステム建物。17. The solar system building according to claim 14, wherein the external secondary refrigerant or the refrigerant flowing in the circulation path includes at least substitute Freon or ethylene glycol.

前記暖房設備は、温水床暖房設備であることを特徴とする請求項１４又は１６記載のソーラシステム建物。17. The solar system building according to claim 14, wherein the heating facility is a hot water floor heating facility.