JPH05332636A - Solar cell cogeneration system - Google Patents
Solar cell cogeneration systemInfo
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- JPH05332636A JPH05332636A JP4168342A JP16834292A JPH05332636A JP H05332636 A JPH05332636 A JP H05332636A JP 4168342 A JP4168342 A JP 4168342A JP 16834292 A JP16834292 A JP 16834292A JP H05332636 A JPH05332636 A JP H05332636A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
- F24S23/31—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光熱ハイブリッドシス
テムに関し、特に、太陽電池の種類に応じて最適の電力
及び熱の収集利用が可能なように改善した太陽電池コジ
ェネレーションシステムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photothermal hybrid system, and more particularly, to a solar cell cogeneration system improved so that optimum power and heat can be collected and used according to the type of solar cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光熱ハイブリッドシステムは、単一の装
置により電気と熱との両方を収集することを目的とし
た、太陽電池素子と集光装置の組合わせで構成される太
陽エネルギー利用機器である。このような光熱ハイブリ
ッドシステムは、太陽電池素子により発電を行うと同時
に集光装置により集熱を行うことが可能なので、太陽光
発電のみでは10％程度の効率であった太陽エネルギーの
利用率を大幅に高めることが可能である。さらに、図２
に関連して後述するように、温度上昇に対して敏感な太
陽電池素子を冷却することにより太陽電池の発電効率を
向上させることができると同時に、太陽電池素子から回
収された冷却熱を熱エネルギーとして利用することが可
能である。さらにまた、太陽電池と集光装置を一体化す
ることにより、ハウジング等の部材費、施工費、設置面
積等が共通化され、低コスト化を図ることも可能であ
る。このように、太陽熱コジェネレーションシステム
は、高効率低コストの装置であり、しかも環境に対して
優しくクリーンなシステムであるので、人間と環境にと
って理想的なシステムとして将来にわたって利用される
ことが期待される。2. Description of the Related Art A photothermal hybrid system is a solar energy utilizing device composed of a combination of a solar cell element and a light concentrating device for the purpose of collecting both electricity and heat by a single device. .. Such a photothermal hybrid system can generate power from the solar cell elements and at the same time collect heat from the light concentrating device. Can be increased to Furthermore, FIG.
As will be described later in connection with the above, by cooling the solar cell element that is sensitive to temperature rise, the power generation efficiency of the solar cell can be improved, and at the same time, the cooling heat recovered from the solar cell element is converted into thermal energy. It can be used as. Furthermore, by integrating the solar cell and the light concentrating device, the cost of members such as the housing, the construction cost, the installation area, etc. can be made common, and the cost can be reduced. In this way, the solar thermal cogeneration system is a highly efficient and low-cost device, and is also an environmentally friendly and clean system, so it is expected to be used in the future as an ideal system for humans and the environment. It
【０００３】しかしながら、太陽光コジェネレーション
システムを実際に設計・製作するにあたっては、様々な
困難が存在するので、なかなか実用化が進展しないのが
現状である。例えば、どの種類の太陽電池素子及び集光
装置を選定してどのように組み合わせるかは、太陽エネ
ルギーの収集性能を決定する最も重要な要因であるが、
これまでは、どのような種類のものをどのように組み合
わせれば最も高い光熱総合性能が得られるかについては
未確定の状態であった。However, there are various difficulties in actually designing / manufacturing a solar power cogeneration system, so that the practical use is not progressing at present. For example, what kind of solar cell element and concentrator are selected and how to combine them is the most important factor that determines the solar energy collection performance.
Until now, it was unclear as to what kind of thing and how to combine it to obtain the highest total photothermal performance.
【０００４】また、太陽電池素子は、図１に示すよう
に、日射量に比例した発生電流（起電力）を得ることが
できる発電設備であるので、大きな発電量を得るために
は、太陽電池の設置面積を拡大するか、光熱ハイブリッ
ドシステム自体を日射量の高い場所に設置することが好
ましい。しかしながら、設置可能面積には自ずと限界が
あるし、単位面積当たりに照射される日射量の最大値は
緯度により決定されるため、システムの設置面積及び設
置場所のみの操作によって、所望の発電量を得ることは
困難である。Further, as shown in FIG. 1, the solar cell element is a power generation facility capable of obtaining a generated current (electromotive force) proportional to the amount of solar radiation. It is preferable to increase the installation area of or to install the photothermal hybrid system itself in a place where the amount of solar radiation is high. However, since there is a limit to the area that can be installed and the maximum value of the amount of solar radiation irradiated per unit area is determined by the latitude, the desired amount of power generation can be achieved by operating only the installation area and installation location of the system. Hard to get.
【０００５】また、システムの効率を高めるためには、
集光装置を設けて、限定的な日射量を増幅することが効
果的であることが知られているが、集光装置により日射
量を増幅すると、太陽電池自体の温度の上昇も増加して
しまうため、図２に示すように、太陽電池モジュールの
最大出力が著しく低下し、発電量（発電効率）の低下を
招くことになる。そのため、太陽電池素子の余剰熱の放
熱装置などを設置する必要が生じていた。In order to improve the efficiency of the system,
It is known that it is effective to provide a concentrator to amplify a limited amount of solar radiation. However, when the amount of solar radiation is amplified by a concentrator, the temperature rise of the solar cell itself also increases. Therefore, as shown in FIG. 2, the maximum output of the solar cell module is significantly reduced, and the amount of power generation (power generation efficiency) is reduced. Therefore, it has been necessary to install a heat dissipation device for surplus heat of the solar cell element.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のような問題点に
鑑み、本発明の目的は、単位発電量に対する太陽電池素
子の設備容量と設置面積を低減することが可能な、高い
光熱総合性能を得ることができる太陽光コジェネレーシ
ョンシステムを提供することである。さらに本発明の別
の目的は、使用される太陽電池素子の種類に応じて適宜
最も高い利用効率を得ることが可能な太陽光コジェネレ
ーションシステムを提供することである。さらにまた本
発明の別の目的は、太陽電池自体の過熱による発電効率
の低下を防止可能であり、しかも太陽電池から回収され
た排熱を積極的に加熱源として利用することが可能な太
陽電池コジェネレーションシステムを提供することであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a high total photothermal performance capable of reducing the installed capacity and installation area of a solar cell element per unit power generation amount. It is to provide an obtainable solar light cogeneration system. Still another object of the present invention is to provide a solar power cogeneration system capable of appropriately obtaining the highest utilization efficiency according to the type of solar cell element used. Still another object of the present invention is a solar cell that can prevent a decrease in power generation efficiency due to overheating of the solar cell itself, and that can actively use exhaust heat recovered from the solar cell as a heating source. It is to provide a cogeneration system.
【０００７】[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、本願によれば、太陽光を電気エネルギーに変換する
ための太陽電池アレイと冷媒を循環させてその太陽電池
アレイを冷却するための一次熱交換系と太陽電池アレイ
及び一次熱交換系を収納するためのハウジングとから構
成される光熱ハイブリッドユニットと、一次熱交換系に
より集熱された熱エネルギーを高温圧縮化するための二
次熱交換系と、一次熱交換系と二次熱交換系との間で冷
媒を循環させるための循環系と、から成る太陽電池コジ
ェネレーションシステムであって、ハウジングに集光装
置を設け、その集光装置による集光位置に結晶形太陽電
池を平板面状アレイに配列し、一次熱交換系が平板面状
アレイに配列された太陽電池アレイの裏面に冷媒を循環
させる循環系であることを特徴とする、太陽電池コジェ
ネレーションシステムが提供される。さらに、本発明の
別の観点によれば、上記装置の集光装置による集光位置
に、結晶形太陽電池の代わりに、アモルファス形太陽電
池を円筒面状アレイに配列し、一次熱交換系が円筒面状
アレイに配列された太陽電池アレイの円筒軸に沿って冷
媒を循環させる循環系であることを特徴とする、太陽電
池コジェネレーションシステムが提供される。In order to solve the above problems, according to the present invention, a solar cell array for converting sunlight into electric energy and a coolant are circulated to cool the solar cell array. A photothermal hybrid unit including a primary heat exchange system, a solar cell array, and a housing for housing the primary heat exchange system, and a secondary heat for compressing the heat energy collected by the primary heat exchange system to a high temperature. A solar cell cogeneration system comprising an exchange system and a circulation system for circulating a refrigerant between a primary heat exchange system and a secondary heat exchange system, wherein a concentrating device is provided in a housing and the condensing device is provided. This is a circulation system that arranges the crystalline solar cells in a flat plate array at the light collecting position by the device, and the primary heat exchange system circulates the refrigerant on the back surface of the solar cell array arranged in the flat plate array. Characterized in that, the solar cell cogeneration system is provided. Further, according to another aspect of the present invention, instead of the crystalline solar cells, the amorphous solar cells are arranged in a cylindrical planar array at the condensing position of the concentrator of the above device, and the primary heat exchange system is Provided is a solar cell cogeneration system, which is a circulation system for circulating a coolant along a cylindrical axis of a solar cell array arranged in a cylindrical planar array.
【０００８】[0008]
【作用】本発明は上記のように構成されているので、本
発明によれば、集光装置を設けたことにより、システム
の設置面積及び設置場所にかかわらずシステムが受光す
る日射量を増幅することが可能である。日射量が増幅す
ると、太陽電池自体の温度も上昇し、図２のグラフに示
すように、太陽電池素子の相対出力が著しく低下し、発
電量（発電効率）の低下を招くことになる。しかしなが
ら、本発明によれば、後に詳述するように、セルの温度
上昇に対して感度の高い結晶形太陽電池については、相
対的にセルの過熱が生じ難く排熱も容易な平板状配列に
より集光及び集熱を行い、これに対して、セルの温度が
上昇しても効率の落ちにくいアモルファス形太陽電池に
ついては、集光集熱率が高い円筒状配列を用いているの
で、太陽電池の種類に応じて最も高い光熱総合性能を得
ることが可能である。Since the present invention is configured as described above, according to the present invention, by providing the light collecting device, the amount of solar radiation received by the system is amplified regardless of the installation area and installation location of the system. It is possible. When the amount of solar radiation is amplified, the temperature of the solar cell itself also rises, and as shown in the graph of FIG. 2, the relative output of the solar cell element is significantly reduced, leading to a reduction in the amount of power generation (power generation efficiency). However, according to the present invention, as will be described later in detail, regarding the crystalline solar cell having high sensitivity to the temperature rise of the cell, it is relatively easy to overheat the cell and to dissipate heat easily by the flat plate-like array. Amorphous solar cells that perform light collection and heat collection, and whose efficiency does not easily decrease even when the cell temperature rises, use a cylindrical array with a high light collection and collection rate. It is possible to obtain the highest total photothermal performance according to the type of.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、添付図面に従って、本発明に基づく太
陽光コジェネレーションシステムの細部構成を具体的に
説明するが、その前に、まず最初に、最も有効な光熱総
合性能を有する光熱ハイブリッドシステムを構築するに
あたり最も重要な要因である太陽電池素子の出力と温度
の関係について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed construction of a solar power cogeneration system according to the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. Before that, first, a photothermal hybrid system having the most effective photothermal total performance will be described. The relationship between the output of the solar cell element and the temperature, which is the most important factor in constructing, will be described.
【００１０】太陽電池素子は、図１のグラフから明かな
ように、素子の温度が一定であれば（例えば、２５
℃）、日射量に応じた電圧を生じる装置である。よっ
て、単位素子当たりの効率を高めてより高い発生電圧を
得るためには、単位素子当たりに照射される日射量を増
加させてやればよい。そのためには、レンズや凹面鏡の
ような集光装置により、単位素子当たりに照射される日
射量を増加させればよく、それにより高い効率を得るこ
とができる。As is apparent from the graph of FIG. 1, the solar cell element has a constant element temperature (for example, 25
It is a device that produces a voltage according to the amount of solar radiation. Therefore, in order to increase the efficiency per unit element and obtain a higher generated voltage, the amount of solar radiation irradiated per unit element may be increased. For that purpose, it is sufficient to increase the amount of solar radiation radiated per unit element by using a condensing device such as a lens or a concave mirror, whereby high efficiency can be obtained.
【００１１】しかしながら、同時に、日射量の増加によ
り太陽電池素子自体の温度が上がることになる。ここ
で、太陽電池素子の温度とその最大出力との関係は、一
般に次式で与えられることが知られている。 Ｐ(t)＝Ｐ0〔１−α（ｔ−２５℃）〕 (1) 上式において、Ｐ(t)：温度ｔ（℃）での最大出力 Ｐ0 ：２５℃での最大出力 α ：出力の温度変化係数 上式及び太陽電池素子の温度とその相対出力を示す図２
のグラフから明らかなように、太陽電池素子の温度が上
昇すればするほど、結果として、太陽電池素子の発電量
が低下することになる。そのため、太陽電池素子の変換
効率を保持するためには、太陽電池素子の過熱を防止す
るための冷却装置を設ける必要がある。さらに、この太
陽電池素子の冷却により回収された熱エネルギーを積極
的に利用することを目的としたのが光熱ハイブリッドシ
ステムである。However, at the same time, the temperature of the solar cell element itself rises due to the increase in the amount of solar radiation. Here, it is known that the relationship between the temperature of the solar cell element and its maximum output is generally given by the following equation. P (t) = P0 [1-α (t-25 ° C)] (1) In the above equation, P (t): maximum output at temperature t (° C) P0: maximum output at 25 ° C α: output FIG. 2 which shows the temperature change coefficient and the temperature of the solar cell element and its relative output
As is clear from the graph, the higher the temperature of the solar cell element, the lower the power generation amount of the solar cell element as a result. Therefore, in order to maintain the conversion efficiency of the solar cell element, it is necessary to provide a cooling device for preventing the solar cell element from overheating. Further, the photothermal hybrid system aims to positively utilize the thermal energy recovered by cooling the solar cell element.
【００１２】かかる光熱ハイブリッドシステムの効率を
決定する要因は、集光による電気エネルギーの収集と、
集光により過熱した太陽電池素子を冷却することにより
得られる熱エネルギーの収集とのバランスであり、かか
る観点に基づいて、本願に基づく太陽光コジェネレーシ
ョンシステムは、最適のバランスを達成可能な装置を提
供するものである。The factors that determine the efficiency of such a photothermal hybrid system are the collection of electrical energy by light collection,
It is a balance with the collection of thermal energy obtained by cooling the solar cell element that has overheated by concentrating light, and based on this viewpoint, the solar power cogeneration system according to the present application provides a device that can achieve the optimum balance. Is provided.
【００１３】かかる最適のバランスを達成するために、
本発明は、まず第１に太陽電池の種類に着目する。現在
市販されている太陽電池モジュールは、結晶系電池とア
モルファス電池の２種類であるが、温度上昇による変換
効率の低下の程度は、これら２種の太陽電池の間で大き
く異なっているのである。すなわち、式(1)における出
力の温度変化係数αの値は電池の種類に応じて大きく異
なっており、一般的に結晶系では0.005／℃、アモルフ
ァス系では0.002／℃とされている。従って、結晶形太
陽電池とアモルファス形太陽電池の間では、素子の温度
の上昇に対する感度において２倍以上の差があるため、
最適の光熱総合性能を有する光熱ハイブリッドシステム
を実際に設計する場合にはこの相違に考慮する必要があ
る。In order to achieve such an optimum balance,
The present invention first of all focuses on the type of solar cell. There are two types of solar cell modules currently on the market, a crystalline cell and an amorphous cell, but the degree of decrease in conversion efficiency due to temperature rise is greatly different between these two types of solar cells. That is, the value of the temperature change coefficient α of the output in the formula (1) greatly varies depending on the type of battery, and is generally 0.005 / ° C in the crystalline system and 0.002 / ° C in the amorphous system. Therefore, since there is a difference of more than twice in sensitivity to the rise in the temperature of the element between the crystalline solar cell and the amorphous solar cell,
This difference needs to be taken into consideration when actually designing a photothermal hybrid system with optimum total photothermal performance.
【００１４】上記点に鑑みて、本発明によれば、素子自
体の温度上昇による変換効率の減少が著しい結晶形太陽
電池の場合には、排熱冷却性能に優る平板状配列を採用
して、集光による効率よりも排熱利用による効率が重視
される。これに対して、素子の温度上昇による変換効率
の減少が相対的に低いアモルファス形太陽電池の場合に
は、集光による電気エネルギーへの効率が重視されて、
円筒面状アレイに太陽電池が配列される。In view of the above points, according to the present invention, in the case of a crystalline solar cell in which the conversion efficiency is remarkably decreased due to the temperature rise of the element itself, a flat plate array excellent in exhaust heat cooling performance is adopted, The efficiency of using waste heat is more important than the efficiency of collecting light. On the other hand, in the case of an amorphous solar cell, in which the decrease in conversion efficiency due to the temperature rise of the element is relatively low, the efficiency of conversion to electric energy is emphasized,
The solar cells are arranged in a cylindrical planar array.
【００１５】本願発明はかかる観点に沿ってなされたも
のであり、以下添付図面を参照しながら本願発明の好適
な実施例について詳述する。図３乃至図７には、本発明
に基づく太陽光コジェネレーションシステムに使用する
ことができる集光装置が示されている。図３には排熱効
果に優れた典型的な平板形集光装置が示されている。こ
の実施例においては、集光は金属枠３により固定された
フレンネルレンズにより行われ、その集光位置に結晶形
太陽電池１が平板状アレイに配列されている。また、太
陽電池の両側面４及び裏面５には絶縁フィルムが配設さ
れ、結晶形太陽電池１のアレイの裏面には、図８又は図
９に示すような冷却性能に優れた冷却集熱装置が配置さ
れる。なお、図３に示す実施例においては、集光装置と
してフレンネルレンズを用いているが、図４乃至図７に
示すように、集光装置として凹面鏡を併せて用いること
も可能である。The present invention has been made in view of this point of view, and a preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. 3 to 7 show a concentrating device that can be used in the solar cogeneration system according to the invention. FIG. 3 shows a typical flat plate type light concentrating device having an excellent effect of exhausting heat. In this embodiment, light is collected by a Frennel lens fixed by a metal frame 3, and the crystalline solar cells 1 are arranged in a flat array at the light collecting position. Insulating films are provided on both side surfaces 4 and back surface 5 of the solar cell, and a cooling heat collecting device having excellent cooling performance as shown in FIG. 8 or 9 is provided on the back surface of the array of crystalline solar cells 1. Are placed. In the embodiment shown in FIG. 3, a Frennel lens is used as the light collecting device, but it is also possible to use a concave mirror as the light collecting device as shown in FIGS. 4 to 7.
【００１６】図４及び図５に示される装置においては、
前面が保護ガラス７により覆われた凹面鏡、又は放物面
鏡９により集光が行われ、それらの集光位置に太陽電池
６又は１１が配列され、電極８を介して太陽光から変換
された電力が回収される。なお、図４に示す集光装置は
結晶形太陽電池６のためのもので、結晶形太陽電池６は
本発明に基づいて凹面鏡の集光位置に平板状アレイに配
列されている。これに対して、図５に示す集光装置はア
モルファス太陽電池１１のためのもので、アモルファス
電池１１は本発明に基づいて凹面鏡の集光位置に円筒面
状アレイに配列されている。このように円筒面状アレイ
に太陽電池素子を配列することにより、凹面鏡による集
光位置により集中的に太陽電池素子を配置することが可
能なので、日射量の集光効率をより高めることが可能で
あるが、同時に、太陽電池素子の温度上昇の割合も高い
ことに留意する必要がある。In the apparatus shown in FIGS. 4 and 5,
Concentration is performed by a concave mirror whose front surface is covered with the protective glass 7 or a parabolic mirror 9, and the solar cells 6 or 11 are arranged at their converging positions and converted from sunlight through the electrode 8. Power is recovered. The concentrating device shown in FIG. 4 is for the crystalline solar cell 6, and the crystalline solar cell 6 is arranged in a flat array at the converging position of the concave mirror according to the present invention. On the other hand, the concentrating device shown in FIG. 5 is for an amorphous solar cell 11, which is arranged in a cylindrical array at the converging position of a concave mirror according to the present invention. By arranging the solar cell elements in the cylindrical planar array in this way, the solar cell elements can be arranged more intensively at the condensing position by the concave mirror, so that it is possible to further enhance the concentrating efficiency of the amount of solar radiation. However, at the same time, it should be noted that the rate of temperature rise of the solar cell element is also high.
【００１７】さらに、図６及び図７に示される装置も、
図４及び図５に示す集光装置と同様のものであるが、こ
れらの実施例においては、保護ガラス７の代わりにフレ
ンネルレンズが前面に配置されており、集光性能がさら
に高められている。なお、詳細には図示されていない
が、図４及び図６に示す結晶形太陽電池アレイ６の裏面
には、図８又は図９に示すような冷却性能に優れた冷却
集熱装置が配置され、図５及び図７に示す円筒面状アレ
イに配列されたアモルファス形太陽電池アレイの円筒軸
に沿っては、図１０に示すような循環系が配設されてい
る。In addition, the device shown in FIGS. 6 and 7 also
This is the same as the condensing device shown in FIGS. 4 and 5, but in these examples, a Fresnel lens is arranged on the front surface instead of the protective glass 7 to further improve the condensing performance. There is. Although not shown in detail, on the back surface of the crystalline solar cell array 6 shown in FIGS. 4 and 6, a cooling heat collector having excellent cooling performance as shown in FIG. 8 or 9 is arranged. A circulation system as shown in FIG. 10 is arranged along the cylindrical axis of the amorphous solar cell array arranged in the cylindrical planar array shown in FIGS. 5 and 7.
【００１８】図８乃至図１３には、本発明に基づく太陽
光コジェネレーションシステムに用いられる太陽電池ア
レイの冷却装置が示されている。図８は結晶形太陽電池
アレイに対して用いられる冷却集熱性能に優れた平板型
パイプ熱交換器の概略図である。図８に示す装置におい
ては、平板状アレイに配列された結晶形太陽電池１２の
裏面を横切るように並列された複数の平行パイプ１４の
中をヘッダ１３を介して冷媒が入口１６から出口１７に
向かって循環され、過熱した結晶形太陽電池の冷却が行
われると共に、冷却熱が熱エネルギーとして回収され
る。8 to 13 show a cooling device for a solar cell array used in the solar power cogeneration system according to the present invention. FIG. 8 is a schematic view of a flat plate pipe heat exchanger having excellent cooling and heat collecting performance used for a crystalline solar cell array. In the apparatus shown in FIG. 8, the refrigerant flows from the inlet 16 to the outlet 17 via the header 13 in a plurality of parallel pipes 14 arranged in parallel so as to cross the back surface of the crystalline solar cells 12 arranged in a flat array. The crystalline solar cell, which is circulated toward and overheated, is cooled, and the cooling heat is recovered as thermal energy.
【００１９】図９はフレンネルレンズと組み合わせた平
板型パイプ熱交換器の別の実施例の断面図である。図９
に示す装置においては、結晶形太陽電池アレイ１の表面
上部にフレンネルレンズ１２を敷設し、その間に光透過
性絶縁フィルム５１を介して冷媒５０の層が形成され
て、過熱した結晶形太陽電池の冷却が行われる。冷媒５
０は図８と同様にフレーム１５の両側に設置されたヘッ
ダ１３を介して循環される。さらに、図９の実施例にお
いては、冷媒と外気の温度差による結露、霜を防止する
ためにフレンネルレンズ１２の上部に光透過性板５３を
設置し、フレンネルレンズ１２と光透過性板５３の間に
真空層又は低湿気層５２を形成している。FIG. 9 is a sectional view of another embodiment of a flat plate pipe heat exchanger combined with a Fresnel lens. Figure 9
In the device shown in FIG. 1, a Frennell lens 12 is laid on the upper surface of the crystalline solar cell array 1, and a layer of the cooling medium 50 is formed between them through a light-transmissive insulating film 51 to heat the crystalline solar cell. Cooling is performed. Refrigerant 5
0 is circulated through the headers 13 installed on both sides of the frame 15 as in FIG. Further, in the embodiment of FIG. 9, a light-transmissive plate 53 is installed above the Fresnel lens 12 in order to prevent dew condensation and frost due to the temperature difference between the refrigerant and the outside air, and the Fresnel lens 12 and the light-transmissive plate 53 are installed. A vacuum layer or a low humidity layer 52 is formed between 53.
【００２０】図１０は図８及び図９と同様の結晶形太陽
電池アレイに対して用いられる平板形熱交換器であり、
平板状アレイに配列された結晶形太陽電池の裏面に蛇腹
状に一体に形成された流路１９中を冷媒が入口２０から
出口２１に向かって循環され、過熱した結晶形太陽電池
の冷却が行われる。FIG. 10 shows a flat plate heat exchanger used for a crystalline solar cell array similar to that shown in FIGS. 8 and 9.
Refrigerant is circulated from the inlet 20 to the outlet 21 in the flow path 19 integrally formed in a bellows shape on the back surface of the crystalline solar cells arranged in the flat array to cool the overheated crystalline solar cells. Be seen.
【００２１】これに対して、図１１乃至図１３はアモル
ファス形太陽電池用に用いられる円筒形熱交換器であ
る。図１１に示す装置においては、アモルファス形太陽
電池２１が円筒形熱交換器２４の円筒面状アレイに配列
され、円筒軸に沿って配置されたパイプの中を入口２２
から出口２３に向かって冷媒が循環され、その際に過熱
した太陽電池の冷却が行われると共に、冷却熱が熱エネ
ルギーとして回収される。On the other hand, FIGS. 11 to 13 show a cylindrical heat exchanger used for an amorphous solar cell. In the apparatus shown in FIG. 11, the amorphous solar cells 21 are arranged in a cylindrical planar array of cylindrical heat exchangers 24, and an inlet 22 is inserted through a pipe arranged along the cylindrical axis.
The refrigerant is circulated from the outlet to the outlet 23, and the solar cell that has overheated at that time is cooled and the cooling heat is recovered as thermal energy.
【００２２】図１２及び図１３は、図１１に示すアモル
ファス形太陽電池用に用いられる円筒形熱交換器の変更
例の縦断面図及び横断面図をそれぞれ示している。図１
２及び図１３に示す装置では、アモルファス形太陽電池
アレイ６１の上面に光透過性絶縁フィルム６２を介して
光透過性の材質でできた半円柱形の空胴成形体６０を設
置し、その内部に水などの冷媒６３を循環させている。
半円柱形空胴体６０内に形成された水層は、凸型レンズ
として図中矢印で示すように集光を行うと共に、水層中
の水を循環させることにより過熱したアモルファス形太
陽電池の冷却を行うことが可能である。また、空胴体６
０内の水槽を効果的に循環させると共に、空胴体内に水
を密に充填して良好な凸型レンズを形成するために、図
示の実施例においては、冷媒入口を低い位置に設け、冷
媒出口を高い位置に設けている。12 and 13 are respectively a longitudinal sectional view and a lateral sectional view of a modified example of the cylindrical heat exchanger used for the amorphous solar cell shown in FIG. Figure 1
In the apparatus shown in FIGS. 2 and 13, a semi-cylindrical cavity molded body 60 made of a light transmissive material is installed on the upper surface of an amorphous solar cell array 61 via a light transmissive insulating film 62, and the inside thereof is installed. A coolant 63 such as water is circulated through.
The water layer formed in the semi-cylindrical cavity 60 collects light as a convex lens as shown by the arrow in the figure, and also cools the overheated amorphous solar cell by circulating the water in the water layer. It is possible to Also, the cavity 6
In order to effectively circulate the water tank within 0 and form a good convex lens by densely filling the cavity with water, in the illustrated embodiment, the refrigerant inlet is provided at a low position, The exit is located at a high position.
【００２３】次に、図１４及び図１５を参照しながら、
本発明に基づく太陽光コジェネレーションシステムの概
要について説明する。図１４は、本発明に基づく光熱ハ
イブリッドシステムを利用した温水利用システムであ
る。図示のように、太陽光の集光／集熱は、図３乃至図
１３において説明した平板形光熱ハイブリッドユニット
３２又は反射鏡形光熱ハイブリッドユニット３３を用い
て行われる。それぞれの装置においては、結晶形太陽電
池アレイについてはそれぞれの集光装置の集光位置に平
板状アレイに配列され、アモルファス形太陽電池アレイ
についてはそれぞれの集光装置の集光位置に円筒面状ア
レイに配列されているが、その詳細については、図３乃
至図１３に関連して既に述べたのでここでは省略する。Next, referring to FIGS. 14 and 15,
An outline of the solar power cogeneration system based on the present invention will be described. FIG. 14 shows a hot water utilization system using the photothermal hybrid system according to the present invention. As shown in the drawing, the light collection / heat collection of sunlight is performed using the flat-plate type photothermal hybrid unit 32 or the reflecting mirror type photothermal hybrid unit 33 described in FIGS. 3 to 13. In each device, the crystalline solar cell array is arranged in a flat array at the light collecting position of each concentrator, and the amorphous solar cell array is arranged in a cylindrical surface at the light collecting position of each concentrator. Although they are arranged in an array, the details thereof have already been described with reference to FIGS. 3 to 13 and will be omitted here.
【００２４】これらの集光／集熱ユニットは固定台３４
に取り付けることも可能であるし、時間帯に応じた最適
の日射量を受光するために、太陽追尾装置３５を設け
て、太陽追尾形に構成することも可能である。These light collecting / heat collecting units are mounted on a fixed base 34.
It is also possible to attach the solar tracking device 35 to the solar tracking device 35 in order to receive the optimum amount of solar radiation according to the time zone.
【００２５】平板状アレイに配列された結晶形太陽電池
の裏面に巡らされた一次熱交換系又は円筒面状アレイに
配列されたアモルファス形太陽電池の円筒軸に沿って配
置された一次熱交換系に冷媒を循環させることにより回
収された熱エネルギーは冷媒パイプ４４を介して、二次
熱交換系である二次ヒートポンプ４３を構成する第２の
熱交換器３８に送られ、そこで熱エネルギーを放出し、
ポンプ３６により再度、光熱ハイブリッドユニット３２
又は３３に送られる。A primary heat exchange system arranged on the back surface of a crystalline solar cell arranged in a flat array or a primary heat exchange system arranged along the cylindrical axis of an amorphous solar cell arranged in a cylindrical planar array. The heat energy recovered by circulating the refrigerant through the refrigerant is sent to the second heat exchanger 38 constituting the secondary heat pump 43 which is the secondary heat exchange system via the refrigerant pipe 44, and the heat energy is released there. Then
The photothermal hybrid unit 32 is again driven by the pump 36.
Or sent to 33.
【００２６】第２の熱交換器３８により回収された熱エ
ネルギーはさらに冷媒パイプ４５を介してコンプレッサ
４０に送られて高温圧縮化されて第３の熱交換器３９に
送られ、高温圧縮化された熱エネルギーはこの第３の熱
交換器３９から温水パイプを介して温水として暖房施設
等へ供給される。さらに、三次熱交換系として冷凍機４
２を付加し、二次交換系により温水に変換された熱エネ
ルギーを冷凍機４２によって冷却水４６に変換し、冷却
塔に送ったり、冷水供給に利用することも可能である。
冷凍機としては吸収式冷凍機を用いることも可能である
し、吸着式冷凍機を用いることも可能である。The thermal energy recovered by the second heat exchanger 38 is further sent to the compressor 40 via the refrigerant pipe 45, compressed to a high temperature and then sent to the third heat exchanger 39 to be compressed to a high temperature. The heat energy is supplied from the third heat exchanger 39 to the heating facility as hot water through the hot water pipe. Furthermore, a refrigerator 4 is used as a tertiary heat exchange system.
It is also possible to add 2 and convert the heat energy converted into hot water by the secondary exchange system into the cooling water 46 by the refrigerator 42 and send it to the cooling tower or use it for supplying cold water.
As the refrigerator, it is possible to use an absorption refrigerator or an adsorption refrigerator.
【００２７】図１５も、図１４と同様の、本発明に基づ
く光熱ハイブリッドシステムを利用した温水利用システ
ムである。図１５に示す温水利用システムの基本的な構
成は図１４に示すシステムと同様であるが、図１５のシ
ステムは２段ヒートポンプ利用システムであり、図１４
の第２の熱交換器の前段に第１の熱交換器４４が配置さ
れており、一次熱交換系である集光／集熱ユニット３２
又は３３から回収された熱エネルギーはまず、コンプレ
ッサ４７により高温圧縮化されて第１の熱交換器４８に
送られ、第１の熱交換器４８により高温圧縮化された熱
エネルギーがパイプ４９を介して図１４に示す第２の熱
交換器３８に送られる。以下の熱処理については、図１
４のシステムと同様であり、温水パイプ４１を介して温
水として利用することも可能であるし、また、上記のよ
うな三次熱交換系により冷却水に変換して、冷却水とし
て利用することも可能である。図１５のシステムでは、
ヒートポンプが２段に構成されているため、熱エネルギ
ーがより高温圧縮化され、図１４のシステムに比較し
て、より効率的に利用可能である。FIG. 15 also shows a hot water utilization system using the photothermal hybrid system according to the present invention, similar to FIG. The basic configuration of the hot water utilization system shown in FIG. 15 is the same as the system shown in FIG. 14, but the system of FIG. 15 is a two-stage heat pump utilization system.
The first heat exchanger 44 is arranged in front of the second heat exchanger of the first heat exchanger 44, and the light collecting / collecting unit 32 is a primary heat exchange system.
Alternatively, the heat energy recovered from 33 is first subjected to high temperature compression by the compressor 47 and sent to the first heat exchanger 48, and the heat energy subjected to high temperature compression by the first heat exchanger 48 is passed through the pipe 49. And is sent to the second heat exchanger 38 shown in FIG. For the following heat treatment, see FIG.
It is similar to the system of No. 4 and can be used as hot water via the hot water pipe 41, or can be used as cooling water after being converted into cooling water by the above-mentioned tertiary heat exchange system. It is possible. In the system of FIG. 15,
Since the heat pump is configured in two stages, the heat energy is compressed at a higher temperature and can be used more efficiently as compared with the system of FIG.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
使用される太陽電池素子が結晶形かアモルファス形かに
応じて、集光及び集熱のバランスがとれた最適の太陽光
利用効率を得ることが可能なように集光装置及び集熱装
置が選択されるので、単位発電量に対する太陽電池素子
の設備容量と設置面積を低減することが可能な、高い光
熱総合性能を有する太陽光コジェネレーションシステム
が提供される。さらに、本発明によれば、太陽電池自体
の過熱による発電効率の低下を効率的に防止可能であ
り、しかも太陽電池から回収された排熱を積極的に加熱
源として利用することが可能な太陽電池コジェネレーシ
ョンシステムが提供される。As described above, according to the present invention,
Depending on whether the solar cell element used is crystalline or amorphous, the concentrator and heat collector are selected so as to obtain optimal sunlight utilization efficiency with a well-balanced collection and heat collection. Therefore, a solar power cogeneration system having a high total photothermal performance capable of reducing the installed capacity and installation area of the solar cell element per unit power generation amount is provided. Furthermore, according to the present invention, it is possible to effectively prevent a decrease in power generation efficiency due to overheating of the solar cell itself, and yet to actively use the exhaust heat recovered from the solar cell as a heating source. A battery cogeneration system is provided.
【図１】太陽電池素子の日射量と発生電圧の関係を示す
グラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of solar radiation of a solar cell element and the generated voltage.
【図２】太陽電池素子の温度と相対出力の関係を示すグ
ラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between temperature of a solar cell element and relative output.
【図３】典型的な平板形太陽電池の集光装置を示す概略
図である。FIG. 3 is a schematic view showing a concentrating device of a typical flat plate solar cell.
【図４】結晶形太陽電池アレイに用いられる凹面鏡によ
る集光装置の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of a concentrating device using a concave mirror used in a crystalline solar cell array.
【図５】アモルファス形太陽電池アレイに用いられる凹
面鏡による集光装置の概略図である。FIG. 5 is a schematic view of a concentrating device using a concave mirror used in an amorphous solar cell array.
【図６】結晶形太陽電池アレイに用いられる凹面鏡とレ
ンズによる集光装置の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a concentrating device using a concave mirror and a lens used in a crystalline solar cell array.
【図７】アモルファス形太陽電池アレイに用いられる凹
面鏡とレンズによる集光装置の概略図である。FIG. 7 is a schematic view of a concentrating device using a concave mirror and a lens used in an amorphous solar cell array.
【図８】平板パイプ熱交換器を用いた結晶形太陽電池ア
レイ用の一次熱交換系の概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a primary heat exchange system for a crystalline solar cell array using a flat plate pipe heat exchanger.
【図９】平板形熱交換器を用いた結晶形太陽電池アレイ
用の一次熱交換系の縦断面図である。FIG. 9 is a vertical cross-sectional view of a primary heat exchange system for a crystalline solar cell array using a flat plate heat exchanger.
【図１０】溝付き平板熱交換器を用いた結晶形太陽電池
アレイ用の一次熱交換系の概略図である。FIG. 10 is a schematic view of a primary heat exchange system for a crystalline solar cell array using a grooved flat plate heat exchanger.
【図１１】円筒形熱交換器を用いたアモルファス形太陽
電池アレイ用の一次熱交換系の概略図である。FIG. 11 is a schematic view of a primary heat exchange system for an amorphous solar cell array using a cylindrical heat exchanger.
【図１２】半円柱形熱交換器を用いたアモルファス形太
陽電池アレイ用の一次熱交換系の縦断面図である。FIG. 12 is a vertical cross-sectional view of a primary heat exchange system for an amorphous solar cell array using a semi-cylindrical heat exchanger.
【図１３】半円柱形熱交換器を用いたアモルファス形太
陽電池アレイ用の一次熱交換系の横断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a primary heat exchange system for an amorphous solar cell array using a semi-cylindrical heat exchanger.
【図１４】一段ヒートポンプを組み込んだ本発明に基づ
く温水利用システムの構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram of a hot water utilization system according to the present invention incorporating a one-stage heat pump.
【図１５】二段ヒートポンプを組み込んだ本発明に基づ
く温水利用システムの構成図である。FIG. 15 is a configuration diagram of a hot water utilization system according to the present invention incorporating a two-stage heat pump.
１ 結晶形太陽電池アレイ ２ フレンネルレンズ ６ 結晶形太陽電池アレイ ９ 凹面鏡 １０ フレンネルレンズ １１ アモルファス形太陽電池アレイ １２ 結晶形太陽電池アレイ １４ 平行パイプ １９ パイプ ２１ アモルファス形太陽電池アレイ ２４ 円筒形熱交換器 ３２ 平板形集光集熱ユニット ３３ 反射鏡形集光集熱ユニット ４３ 二次ヒートポンプ 1 Crystalline Solar Cell Array 2 Fresnel Lens 6 Crystalline Solar Cell Array 9 Concave Mirror 10 Fresnel Lens 11 Amorphous Solar Cell Array 12 Crystalline Solar Cell Array 14 Parallel Pipe 19 Pipe 21 Amorphous Solar Cell Array 24 Cylindrical Heat Exchange 32 Flat plate type heat collecting unit 33 Reflective mirror type heat collecting unit 43 Secondary heat pump
Claims (2)
太陽電池アレイと、冷媒を循環させて前記太陽電池アレ
イを冷却するための一次熱交換系と、前記太陽電池アレ
イ及び前記一次熱交換系を収納するためのハウジングと
から構成される光熱ハイブリッドユニットと；前記一次
熱交換系により集熱された熱エネルギーを高温圧縮化す
るための二次熱交換系と；前記一次熱交換系と前記二次
熱交換系との間で冷媒を循環させるための循環系と；か
ら成る太陽電池コジェネレーションシステムにおいて：
前記ハウジングに集光装置を設け、前記集光装置による
集光位置に結晶形太陽電池を平板面状アレイに配列し、
前記一次熱交換系が平板面状アレイに配列された太陽電
池アレイの裏面に冷媒を循環させる循環系であることを
特徴とする、太陽電池コジェネレーションシステム。1. A solar cell array for converting sunlight into electric energy, a primary heat exchange system for circulating a coolant to cool the solar cell array, the solar cell array and the primary heat exchange system. A photothermal hybrid unit including a housing for housing a secondary heat exchange system for compressing the heat energy collected by the primary heat exchange system to a high temperature; the primary heat exchange system and the secondary heat exchange system; In a solar cell cogeneration system comprising: a circulation system for circulating a refrigerant to and from a secondary heat exchange system;
The concentrator is provided in the housing, and the crystalline solar cells are arranged in a flat surface array at a condensing position by the concentrator.
The solar cell cogeneration system, wherein the primary heat exchange system is a circulation system that circulates a refrigerant on the back surface of the solar cell array arranged in a flat plate array.
太陽電池アレイと、冷媒を循環させて前記太陽電池アレ
イを冷却するための一次熱交換系と、前記太陽電池アレ
イ及び前記一次熱交換系を収納するためのハウジングと
から構成される光熱ハイブリッドユニットと；前記一次
熱交換系により集熱された熱エネルギーを高温圧縮化す
るための二次熱交換系と；前記一次熱交換系と前記二次
熱交換系との間で冷媒を循環させるための循環系と；か
ら成る太陽電池コジェネレーションシステムにおいて：
前記ハウジングに集光装置を設け、前記集光装置による
集光位置にアモルファス形太陽電池を円筒面状アレイに
配列し、前記一次熱交換系が円筒面状アレイに配列され
た太陽電池アレイの円筒軸に沿って冷媒を循環させる循
環系であることを特徴とする、太陽電池コジェネレーシ
ョンシステム。2. A solar cell array for converting sunlight into electric energy, a primary heat exchange system for circulating a coolant to cool the solar cell array, the solar cell array and the primary heat exchange system. A photothermal hybrid unit including a housing for housing a secondary heat exchange system for compressing the heat energy collected by the primary heat exchange system to a high temperature; the primary heat exchange system and the secondary heat exchange system; In a solar cell cogeneration system comprising: a circulation system for circulating a refrigerant to and from a secondary heat exchange system;
A concentrator of the solar cell array in which a concentrator is provided in the housing, the amorphous solar cells are arranged in a cylindrical planar array at a condensing position by the concentrator, and the primary heat exchange system is arranged in the cylindrical planar array. A solar cell cogeneration system, which is a circulation system that circulates a refrigerant along an axis.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4168342A JPH05332636A (en) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | Solar cell cogeneration system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4168342A JPH05332636A (en) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | Solar cell cogeneration system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05332636A true JPH05332636A (en) | 1993-12-14 |
Family
ID=15866288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4168342A Pending JPH05332636A (en) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | Solar cell cogeneration system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05332636A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6005185A (en) * | 1996-12-25 | 1999-12-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Coolant sealing structure for a solar cell |
| US6018122A (en) * | 1996-03-11 | 2000-01-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Tracking solar module |
| CN104792062A (en) * | 2015-01-22 | 2015-07-22 | 聂雅盛 | Light gathering reflection solar steam driving central air conditioner compressor |
| KR101535908B1 (en) * | 2013-10-16 | 2015-07-22 | 대한민국 | Hotwater Supply Apparatus using Solar Heat Storage Mothod |
-
1992
- 1992-06-04 JP JP4168342A patent/JPH05332636A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE19709981C2 (en) * | 1996-03-11 | 2003-04-10 | Toyota Motor Co Ltd | Tracked solar cell module |
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