JPH07310956A - 法面上に設置された太陽光熱利用発電併給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クリーンで無尽蔵の太陽光熱を有効利用でき
る法面上に設置された太陽光熱利用発電併給装置を提供
すること。 【構成】 法面２上に設置された受圧板、法枠２４等の
セメント構造物２０に対して架台３１等の取付手段を介
在して取付け固定した太陽電池１１、太陽熱集熱器等の
発電蓄熱体１０に照射され蓄熱された太陽光熱エネルギ
ーを利用する太陽光熱利用発電併給装置であって、主と
して山間部において利用される電気及び熱エネルギーを
供給し、温水循環給湯装置、各種電力消費機器に連結さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クリーンで無尽蔵の太
陽光熱を有効利用できる法面上に設置された太陽光熱利
用発電併給装置に関する。

【０００２】

【従来技術】太陽光熱は、地球上において唯一の恒久的
で無尽蔵かつ膨大な量のエネルギーであり、有害なガス
の発生などがなく、クリーンで無公害なエネルギー源で
ある。

【０００３】従来、太陽光を有効利用するサンシャイン
計画が通商産業省より発表され、この計画によると１９
９０年までに約３００万Ｋｗの電力が太陽光発電でまか
なわれる予定であった。

【０００４】しかしながら、上記計画は図４１に示すご
とく、太陽光熱利用装置８の設置場所として建造物の大
きさの制約やこれに用いられている各種の半導体よりな
る太陽電池１１の用途が電卓等のＯＡ機器又は通信機器
等に多量使用されたり、太陽電池１１として使用すると
経済上不採算となる等の理由により上記計画の推進が一
部遅延しているといわれている。

【０００５】また、太陽電池１１のセルの変換効率が、
従来平均して８％前後であり特にアモルファスを用いた
ものは数％以下と比較的低かった為に、太陽光熱利用装
置８として積極的に利用することが困難であった為とも
考えられる。

【０００６】このように、太陽光熱のエネルギー収支は
現時点では満足する状態ではなく、これを満足させるた
めには上記問題を解決する為の積極的な技術開発の推進
が必要とされている。

【０００７】一方、太陽光の特性としては、その照射量
及び補集量の地域（緯度）格差、季節差、照射時刻差、
気象状態格差などがある。しかも、補集量は、受光面が
太陽光に対して直角である場合とそうでない場合とでは
著しく異なる。

【０００８】まず、地域格差及び季節差について説明す
れば、図３３に示すごとく、緯度（Ｌ）が２５度前後の
沖縄地方と、図３４に示すごとく、緯度（Ｌ）が４５度
前後の北海道地方では日射量が著しく異なる。なお、こ
れらの中間地区である中部日本地方は緯度（Ｌ）が３５
度前後で、図３５に示すごとく、日射量（Ｋｃａｌ／ｍ
² ・Ｍ）が上記沖縄地方と北海道地方のほぼ中間位の積
算量である。

【０００９】次に、照射時刻差及び気象状態格差につい
て説明すると、図３６に示すごとく、時刻、快晴、曇、
雨などにより日射量は大きく変動する。

【００１０】即ち、図３６によれば、太陽光の日射強度
及び受光量が曇天時においては晴天時の２分の１から４
分の１にまで低下し、また降雨時には約１０分の１近く
まで低下している。

【００１１】しかも、太陽光の受光（照射）時間帯と熱
や電力の利用時間帯とが、特に夜間や冬期においては異
なる。例えば夜間では照明などに電力を必要とするにも
かかわらず、太陽光照射は殆どないという矛盾した現象
を生じる。一方、夏期における昼間の冷房や散水の必要
性（ニーズ）は、その逆である。

【００１２】また、太陽光は、単位面積当りの受光エネ
ルギーが希薄であり、例えば年間の平均値として電気エ
ネルギー換算で１ｋｗ／ｍ² 、熱エネルギー換算で２Ｋ
ｃａｌ／秒にしか過ぎない。

【００１３】更に、太陽光は、我国においては直達光が
比較的少なく、散乱光の比率が高いため、追尾型の集光
装置を用いる利点は少ないと云われている。

【００１４】また、太陽光は図３７に示すごとく、０．
２５〜２．４μｍの広範囲に波長が分布しており、電気
エネルギー可変域（０．２５〜１．２μｍ）と、熱エネ
ルギー可変域（１．２〜２．４μｍ）とに大別される。

【００１５】そのため、太陽光のみを電気エネルギーに
変換する太陽光発電によると、その利用効率は約１５％
前後であると云われている。

【００１６】一方、従来太陽熱は、図４１に示すごと
く、ソーラーハウス８２の太陽光熱利用装置８を利用と
して、小規模の給湯システムが実用化されているに過ぎ
ない。

【００１７】そして、我国は米国やオーストラリア等の
諸外国に比べて、国土面積が極めて狭いため、太陽エネ
ルギーの利用に当り、広大な面積の土地を太陽電池設置
専用地として使用することが困難であり、大規模の太陽
光発電装置８１を設置することができない現状にある。
そのため、我国では小規模又は中規模のソーラーハウス
８２程度のもので、しかも分散配置型の太陽光発電装置
８１を設置せざるを得ない。

【００１８】また、我国においては、電力利用に当り全
土が既設の配電網で殆ど覆われているため、新設の発電
装置もこれと連系した系統連系型の電力網とせざるを得
ない。

【００１９】一方、図３８に示すごとく、山間部の法面
２上に設置された擁壁２２や法枠２４等のコンクリート
製のセメント構造物２０は、その表面に植生させて緑化
することが困難な場合においては、周辺の緑色樹林など
の色と調和することができず違和感を感じさせたり殺風
景な感じを与えることが多い。しかも、コンクリートな
どから成るセメント構造物２０は、夏期の南中時などに
おいては、その表面温度が５０〜７０℃までの高温に達
し、広い面積に多数のセメント構造物２０が設置されて
いる場合には、このセメント構造物２０内に蓄熱され、
その潜熱が放散されることにより、一種のヒートアイラ
ンド現象が生じ、自然環境を悪くする原因となることも
考えられる。

【００２０】一方、従来の太陽光熱利用装置８の設置場
所としては、個人住宅の屋根やその他の各種建造物上或
いは海岸線や山間部における法面２などが候補地として
挙げられている。このうち、現時点でも個人住宅の屋根
や工場等のソーラーハウス８２の建造物上に太陽光発電
装置８１を設置し、ある程度は実用化されている。

【００２１】また、海岸線においては、例えば浜辺に太
陽光発電装置８１を設置したり、浮子を付けた太陽電池
１１のパネル（いかだ）が瀬戸内海沿岸等で実用化され
つつある。

【００２２】一方、山間部においては、図３９に示すご
とく、太陽熱を利用した盛土内蓄熱道路融雪システム９
が道路公団により開発され１９９１年頃には公表され一
部実施されている（１９９１年「土木技術」Ｖｏｌ．４
６、Ｎｏ．９）。

【００２３】これは、ステンレス製コルゲートパイプな
どよりなるヒートパイプ９１を利用し、金属の約千倍の
熱伝導性を有する材料を真空中において熱媒体として用
い、小さな温度差でもロスが無く大量の熱を輸送する温
水循環パイプ９２と集熱ヒート部９３とよりなる。その
ため、ランニングコストは、石油をエネルギー源とした
場合の約３分の１となるものと推定されている。なお、
この盛土内蓄熱道路融雪システム９には、図４０に示す
ごとく、夏期（Ａ）における集熱方式９４のものと、同
じく図４０に示すごとく、冬期（Ｂ）における融雪方式
９５のものとがある。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には、次の問題がある。山間部の法面２上におい
ては、山林などの自然木に対して太陽光発電装置８１を
直接に設置することができず、また自然環境保全上の観
点からは太陽光発電装置８１を自然木に設置することは
好ましくない。

【００２５】他方、急斜面の法面上に図４１に示すごと
き太陽光熱利用装置８を直接設置することは困難であ
り、たとえ設置できても強風や積雪により破壊され易く
不安定である。

【００２６】しかも、例えば山間部において太陽光熱利
用装置８により発電された電力エネルギーは、都市部な
どの人口集中地に送電して利用されている現状である。

【００２７】そのため、山間部において発電された電力
エネルギーは、超電導材料を介して送電しない限り送電
損失が大きい。また、昼間に発電された電力エネルギー
は、夜間において蓄電して有効利用する具体的な方法が
未だ実用化されていない。

【００２８】一方、上記盛土内蓄熱道路融雪システム９
においては、図４０に示すごとく、冬期（Ｂ）は融雪用
として利用されるのみであり、夏期（Ａ）は蓄熱された
熱エネルギーを給湯以外の用途には具体的に利用される
方法が提案されていない。

【００２９】即ち、従来においては、太陽光及び太陽熱
の双方を同時に有効利用した大規模の熱電併給装置８が
未だ設置されておらず、特にこれらの装置により得られ
た電気及び熱エネルギーを山間部において多くの用途に
対して総合的に利用されている実施例を未だ見ない。

【００３０】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、主として山間部において太陽光熱発電併
給装置１により発電された電力エネルギーを広く有効利
用するもので、夜間等においても山間部等において、ク
リーンで無尽蔵の太陽熱を有効利用できる法面２上に設
置の太陽光熱利用発電併給装置１を提供しようとするも
のである。

【００３１】

【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に係る発明の採った手段は、実施例におい
て使用する符号を用いて説明すると、「地山２５等の法
面２上に設置された受圧板２１、擁壁２２、土留め部材
２３、法枠２４又はこれに類似するモルタル・コンクリ
ートから成るセメント構造物２０に対して架台３１等の
取付け手段３を介在して取付け固定した太陽電池１１、
太陽熱集熱器１６等の発電蓄熱体１０に照射され蓄熱さ
れた太陽光熱エネルギーを利用する太陽光熱利用発電併
給装置１であって、該太陽光熱利用発電併給装置１は主
として山間部において利用される電気及び熱エネルギー
を供給し、かつ温水循環給湯装置１２、各種電力消費機
器１３に連結されていることを特徴とする法面上に設置
された太陽光熱利用発電併給装置１。」である。

【００３２】請求項２に係る発明の採った手段は、「前
記温水循環給湯装置１２は、山間部の道路直下７０に設
置された融雪用蓄熱システム１２１、山間部で利用され
る日常生活用温水供給システム１２２であることを特徴
とする請求項１に記載された法面上に設置された太陽光
熱利用発電併給装置１。」である。

【００３３】請求項３に係る発明の採った手段は、「前
記温水循環給湯装置１２は、ヒートパイプ９１を用いた
太陽熱を利用した盛土内蓄熱道路融雪システム９と併用
されるものであることを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載された法面上に設置された太陽光熱利用発電併
給装置１。」である。

【００３４】請求項４に係る発明の採った手段は、「前
記各種電力消費機器１３は、地下水や河川水等の自然水
の汲み上げ用のポンプ１３１又は散水用のポンプ１３
２、換気用の送風ポンプ１３３、冷暖房用の空調ポンプ
１３４等の駆動装置或いは夜間照明用装置１３５又は発
光表示用の電光装置１３６であることを特徴とする請求
項１〜請求項３に記載された法面上に設置された太陽光
熱利用発電併給装置１。」である。

【００３５】請求項５に係る発明の採った手段は、「前
記温水循環給湯装置１２、各種電力消費機器１３は、制
御付き蓄電池１４、各種の蓄熱器１５又は圧縮空気ガス
タービン発電装置、揚水式発電装置、超電導エネルギー
貯蔵装置等のエネルギー貯蔵再利用装置を介在して夜
間、冬期、降雨期等の太陽光非照射期間においても作動
するものであることを特徴とする請求項１〜請求項４に
記載された法面上の設置された太陽光熱利用発電併給装
置１。」である。

【００３６】本発明において、太陽光熱利用発電併給装
置１とは、太陽光と太陽熱との双方のエネルギーを利用
し、かつ発電装置及び太陽熱のコレクター（集熱器）を
用いた総合的なソーラーシステムをいい、いわば太陽エ
ネルギーを総合的に有効利用する、比較的大規模の熱電
併給装置１２３（コージェネレーションシステム）であ
る。

【００３７】また、本発明においては、太陽光を利用す
る発電を太陽光発電と称し、また太陽熱を利用する発電
を太陽熱発電という。前者は、主として結晶シリコン太
陽電池１１１やアモルファス太陽電池１１２を用いて発
電するものであり、後者は太陽電池１１及び太陽熱利用
のソーラーエンジン５１等の熱機関を併用して発電する
ものである。また、太陽熱のコレクターとしては、例え
ば太陽の日射光を受熱面に吸収し、太陽光を熱エネルギ
ーに変換する装置及びこれと一体となって働く蓄熱器１
５、補助ヒーター１２６（追焚機器）、 自動制御機器が
ある。上記コレクターは、熱吸収を向上させる目的で、
赤外線の放射（反射）を少なくし、可視光線をほぼ完全
に吸収するため、３００〜４００℃の高温下でもその特
性を満足する耐熱材料を用いたものがある。例えば、二
酸化クロム溶射の集熱管や黒色の耐熱塗料を用いたもの
がある。そして、集光方式には、例えば反射、屈折、平
面、反射と屈折との混成であるハイブリッド方式があ
る。また、平面集熱方式としては、例えば選択吸収膜、
選択透過膜等により異色半導体の表面を被覆したものを
用いる。

【００３８】そして、本発明においては、電気エネルギ
ーのみならず、冷暖房や給湯用の多目的熱エネルギーを
供給できる太陽光熱利用発電併給装置１を法面２又はそ
の周辺に設置するため、太陽エネルギーが総合的に有効
利用できるハイブリッドシステムを採用する。これによ
り、従来、入射太陽エネルギーの約１２〜１５％程度し
か電気エネルギーに変換できなかったものが、本発明に
よれば６０〜７０％位までも熱電双方のエネルギーを吸
収利用可能となる。

【００３９】また、太陽電池１１と太陽熱集熱器１６と
を一体化したコンパクトな構造とする。これにより、パ
ネルケースや表カバーの透明ガラス板３３１等からなる
集熱箱３３（図５参照）を共通利用できるため、コスト
ダウンや軽量化が可能となる。

【００４０】また、上記太陽熱集熱器１６としては、例
えば躯体集熱、水集熱、空気集熱、各種の冷媒集熱方式
を用いる。このうち、躯体集熱はコンクリート等のセメ
ント構造物２０内又はその外周にダイレクトゲイン法な
どにより組み込むことが好ましい。これにより、セメン
ト構造物２０の熱容量が大きな蓄熱特性を有効利用すこ
とができる。また、水集熱は比較的安価で大量用いるこ
とができ、直接給湯できる利点がある。

【００４１】一方、空気集熱は、多機能ヒートポンプを
用いた空気集熱システム１２５を採用することが好まし
い。これにより、低温集熱が可能となり、小型化、高性
能化によるコストダウン、機能の複合化、稼動率の向上
が可能となり、メンテ（維持管理）が容易となる。

【００４２】また、冷媒集熱としては、例えば、代表的
なアンモニア化合物や低温蒸発型のメタノール化合物の
液体が有する顕熱や潜熱を用いる溶液タイプと、溶融塩
等の溶解熱を利用する蓄熱剤や結晶性ポリエチレン・ペ
レットの溶解熱を利用することができる。これにより、
太陽エネルギーの補集時間帯と電気又は熱エネルギーの
利用時間帯のズレやギャップ等のピークシフトを解消す
ることができる。

【００４３】そして、電気エネルギーの蓄電は、一般に
据置用のＰｂ−ＳｂやＰｂ−Ｃａなどの鉛蓄電池が使用
でき、比較的小容量の場合には、Ｎｉｃｄを使用するこ
とができる。また、よりエネルギー密度の高いＮａ−Ｓ
やＮｉ−Ｚｎ又は塩素 亜鉛、レドックスなどの新型蓄
電地を用いたり、化学反応で得られた水素ガスを燃料電
池の燃料源として用いることもできる。

【００４４】また、コレクターの材料としては、例えば
軽量で熱伝導が良く加工性に優れたアルミ−亜鉛−イン
ジウム−鉄系の新合金を用い、この新合金には亜鉛を被
覆して陰極防食効果により耐食性を向上したものを用い
ることが好ましい。更に、太陽光の電気エネルギーや化
学エネルギーの変換効率を高めるため、可視光を紫外線
に変換できる稀土類元素（例えばエルビウム、ユーロビ
ウム）を混合したハチオキシノリンやプロクラビンなど
の有機物を用いることもできる。

【００４５】また、集電極、透明電極、アモルファス
層、基盤を組み合わせたアモルファス電池１１２（図４
参照）やこの電池と集熱板１６１（図５参照）とをコレ
クター中に組み込んだ全波長光域の補集システムを採用
することもできる。そして、ポリオレフィンやアクリル
系の黒色バインダーに酸化物を混入した半導体分散塗料
を用いることもできる。

【００４６】これにより、短波光域の太陽光と、コレク
ターから放出される赤外線領域の長波光域（図３７参
照）の全光域の太陽光を選択吸収し又は選択透過するこ
とにより、集熱効率を向上することができる。

【００４７】また、太陽熱集熱器１６は、例えば黒色の
光吸収膜より成り、熱を逃がさないようにガラスカバー
で覆った集熱箱３３（図５参照）や真空型集熱器１６２
（図６参照）や放物面型集熱器１６３（図７参照）の構
造とし、更に高温で集熱するために、反射板やレンズに
よる集光密度を向上させる方法を採用することが好まし
い。更に、エネルギー強度の高い短波長の太陽光熱を吸
収し易くするために、太陽熱で温まった集熱材からの長
波長の輻射熱が放熱されにくい前記選択吸収膜をコレク
ター材料を表面に施した集熱板１６１を用いることが好
ましい。これにより、高湿でも効率良く集熱することが
できる。

【００４８】一方、集熱方式としては、例えばセメント
構造体２０などの躯体蓄熱のほか、水タンクや砂利蓄熱
槽の容器蓄熱や伝熱パイプと伝熱垂直平板などを地中に
埋設した地中蓄熱方式も採用することができる。これに
より、長期（数日以上）又は中期（１日〜数日）の蓄熱
が可能となる。また、ヘリオスタットの軽量化構造を採
用し、コストダウンと軽量化を図ることができる。

【００４９】そして、給湯システム（図１３参照）とし
ては、例えば太陽熱を利用する温水供給システム１２２
（図１９及び図２０参照）及びこれに補助ヒーター１２
６（図１３参照）を組み合わせた自然循環式給湯システ
ム及び太陽熱集熱器１６と直接又は間接的な給湯方式或
いはヒートポンプ給湯方式を組み合わせた強制循環式給
湯システムを採用することができる。

【００５０】また、これらの給湯方式に使用される水
は、地下水、河川又は湖水、更には雨水貯蔵水を汲み上
げて循環利用することができる。この他の液媒体として
は、例えば低温蒸気の蓄熱器のアキュムレーターを連動
する方式を採用することができる。これにより、日没後
や曇りの日においても短期（数時間から１日）又は中期
（１日から数日）の蓄熱を可能とする。

【００５１】以上のごとく、各種の集熱装置、殊にハイ
ブリッドシステムを採用することにより、全波長域の太
陽光熱を効率良く吸収し、太陽エネルギーの熱収支を向
上させ、電気及び熱エネルギーの総合変換率を６０〜７
０％以上にまで向上させ、電力コストや熱エネルギーの
変換コストを改善することができる。

【００５２】前記太陽光熱利用発電併給装置１として
は、例えばシリコンウェハ１１０（図１８参照）等の半
導体セルを用い、これに光エネルギーが入射すると−と
＋の電荷をもった電子と正孔とが発生し、ｎ型側におい
て電子（−）が、Ｐ型側において正孔（＋）が引き付け
られ、それぞれの両電極部に集められた電子と正孔が電
線等のリード線を介して電流が流れ、電力エネルギーが
得られる太陽電池１１（図１８参照）を用いる。この太
陽電池１１は、セル１１３（図１８参照）の変換効率が
例えば１０〜２４％のものを用いる。そして、太陽電池
１１は多数のセルで構成されたモジュールやこのモジュ
ールを多数配列したアレイ１１１により大型化する（図
１６参照）。これにより、太陽電池１１の量産化メリッ
トとしてのコストダウンが可能となる。

【００５３】前記半導体としては、例えば結晶シリコン
太陽電池１１１のほかに、図４に示すごときアモルファ
スシリコン太陽電池１１２（α−ｓｉ）、二元系、三元
系の化合物（ＣａＡｓ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ）半導体、メ
ロシアン又はフタロシアン等の有機系半導体を用いるこ
ともできる。

【００５４】このうち、特にアモルファスシリコン太陽
電池１１２は、原子配列が不規則であるため、太陽光に
対する光吸光係数が結晶シリコン太陽電池１１１に比べ
て十倍以上である。そのため、太陽電池１１を構成する
のに必要な厚さが約３５０〜４００分の１に薄くなる。
また、製膜や接合温度も２００〜３００℃と比較的低く
製造コストを下げることができる。しかも、アモルファ
ス組織のため、結晶軸を合わせずに積層でき、結晶シリ
コン太陽電池１１１に比し大幅にコスダウンができる。

【００５５】前記温水循環給湯装置１２としては、例え
ば融雪用蓄熱システム１２１（図３参照）や日常生活用
温水供給システム１２２がある。融雪用蓄熱システム１
２１としては、例えば従来の盛土内蓄熱道路融雪システ
ム９における集熱ヒート部９３に代えて太陽電池１１を
用い、温水循環パイプ９２又はヒートパイプ９１に代え
てセラミックスヒータ及びその他の導電体１２４（図３
参照）を用いたものがある。また、前記セラミックスヒ
ータに代えて放熱管やその他の発熱体などを用いること
もできる。また、これらと従来の盛土内蓄熱道路融雪シ
ステム９（図３９及び図４０参照）を併用することもで
きる。

【００５６】前記日常生活用温水供給システム１２２
（図１３参照）としては、例えば太陽光熱利用発電併給
装置１により発電した電力エネルギー及びその余剰電力
を利用した太陽光熱利用発電併給装置１に接続された電
気ユーティリティ１２４を有する熱電併給装置（コージ
ェネレーションシステム）１２３がある。この熱電併給
装置１２３は、太陽光熱利用発電併給装置１により発電
した電力を山間部における生活空間、例えば山小屋や休
憩所等で直接各種電力消費機器１３を介して使用すると
共に、上記電力の一部を熱源とする温水循環給湯装置１
２である。

【００５７】前記地下水などの自然水の汲み上げ用のポ
ンプ１３１としては、例えば太陽電池１１を電源として
モータに直結し、地山２５内に存在する地下水２６（図
２４参照）又は浸透水を汲み上げて、上記融雪用蓄熱シ
ステム１２１（図３参照）や潅漑用水或いは飲料水など
の日常生活用の温水供給システム１２２などの温水循環
給湯装置１２における熱媒体として汲み上げ水を用いる
為の駆動用のポンプ１３１（図２４参照）がある。

【００５８】前記散水用ポンプ１３２（図２４及び図２
５参照）としては、例えば山間部の道路や山林又は田畑
などの農林用地にスプリンクラー等により散水し又は液
肥などを給水するための駆動ポンプがある。これによ
り、太陽エネルギーの利用と需要時間帯とを一致させ、
日射の強い日ほど山間部における電熱の需供バランスを
改善し、渇水期、夏期における樹木への散水給水状態や
道路環境を向上し、自然環境保全又は交通安全に寄与す
ることができる。

【００５９】前記冷暖房用の空調ポンプ１３４（図２２
参照）としては、例えば前記生活空間における冷房又は
暖房用の熱交換器５６（図１９及び図２０参照）を介し
て空調する為の駆動ポンプがある。ここで、暖房用の駆
動ポンプは、前記温水循環給湯装置１２又は放射冷却
器、密閉式太陽熱集熱冷却器と併用することができる。
これにより、山間部における山荘やホテルの生活が冷暖
房により快適となり、登山者や山間部の通交人の生活に
便宜を図ることができる。

【００６０】前記夜間照明用装置１３５（図２６及び図
２７参照）としては、例えば前記生活空間における夜間
照明灯、トンネル内の照明灯、法面２上を装飾的に採光
し照明するためのランドスケープなどの景観向上用のネ
オン照明灯、山間部の道路７の街路灯（図２６参照）、
交通標識誘導灯又はサインストッパーのごとき照明灯及
び殺虫灯などがある。これにより、夜間や雨期、冬期に
おける薄暗い日の道路等を有効に照明する交通安全用照
明システムを設置したり、夜間においても明るい換気の
良いソーラートイレや緊急電話、更には休憩所、停留
所、診療所等における夜間照明用装置１３５を設置する
ことができる。

【００６１】前記発光表示用の電光装置１３６として
は、例えばエレクトロルミネッセンス（ＬＥＤ又はＥＬ
素子）などの発光体６５を用いて、電気エネルギーをイ
ンバータ１２５のセット等を介して光エネルギーに変え
る装飾デザイン灯、警告ランプ等の表示用ランプ又は自
発光点滅灯などの電光用装置１３６（図３０参照）があ
る。これにより、山間部における交通安全や情報通信
（図３１参照）の円滑化、更には法面２上のセメント構
造物２０の景観向上を図ることができる。

【００６２】また、交通安全や情報通信の円滑化を図る
ために、降雪時に常時表示を明確とすべくセラミックヒ
ーター等を用いた融雪装置を設置することもできる。こ
の融雪装置は、太陽電池１１を電源としたり、ヒートパ
イプ内に温湯を循環させることが好ましい。そして、こ
のような表示板には、県名や地名或いは交通スローガン
などを表示することが好ましい。

【００６３】前記換気用の送風ポンプ１３７（図２９参
照）としては、例えば長大なトンネル内で排気ガスによ
り汚染された空気を入れ変え集塵する為の駆動ポンプ又
は前記生活空間における暖房等により汚染された室内空
気を入れ変える為の換気用の送風ポンプ１３７がある。
これにより、人間の健康生活環境を提供することができ
る。

【００６４】前記制御付き蓄熱器１４（図３０及び図３
２参照）としては、前記各種の蓄熱器のほかに、例えば
コントローラー（充放電制御装置）１７（図３２参照）
を介して電気を繰り返して蓄えられるバッテリ・チャー
ジャがある。これにより、夜間や雨期等の日照がない時
においても太陽光熱利用発電併給装置１により発電した
電力エネルギーを利用できる。

【００６５】前記圧縮空気ガスタービン（図示略）とし
ては、例えば余剰電力で高圧の圧縮空気をつくり、地下
空洞内等に貯蔵した電力エネルギーを圧縮エネルギーに
変換しておき、必要に応じてこの圧縮エネルギーを取り
出してガスタービンを回して発電する方法（ＣＡＥＳ）
がある。

【００６６】この他に、山荘やホテルなどの日常生活に
おいて使用するテレビ、調理器、洗濯機、掃除機（図１
９及び図２０参照）などの各種家庭電化製品用の電力又
は熱エネルギーとしても利用できる。

【００６７】前記エネルギー再利用装置としては、上記
制御付き蓄熱器１４又は圧縮空気ガスタービンのほか
に、例えば揚水式発電装置（図示略）又は超電導エネル
ギー貯蔵方法がある。前者は、余剰電力によって水を山
間部の上方に運び、落下エネルギーを利用して再発電す
る方法がある。

【００６８】後者は、例えば山間部の岩盤空洞内におい
て、超電導材料をコイル状にしてここに電力エネルギー
を貯蔵する方法（ＳＭＥＳ）がある。

【００６９】前記法面上のセメント構造物２０として
は、例えば切土又は盛土面上に設置されたプレキャスト
（ＰＣ）コンクリート製の受圧板２１、擁壁２２、土留
め部材２３、法枠２４又は現場打ちモルタルの受圧板２
１、擁壁２２、土留め部材２３、法枠２４など及びこれ
に類似する時計塔６７や照明塔などのコンクリート製の
建造物がある。

【００７０】前記受圧板２１としては、例えばアンカー
工法において使用するスクエアタイプ、セミスクエアタ
イプと称される一辺が約２〜３ｍのプレキャストコンク
リート製のものがある。

【００７１】前記擁壁２２（図１５参照）としては、例
えばコンクリート製の各種形状のものがあり、前記プレ
キャスト製又は現場打吹付けのほかに、プレストレス
（鉄筋入り高級品）及び枠打ち施工タイプのものがあ
る。

【００７２】前記土留め部材２３としては、例えばコン
クリートブロック又はユニット及びコンポジットタイプ
のものがあり、その形状及び大きさは各種使用目的に応
じて種々のものがある。

【００７３】前記法枠２４としては、例えば植生用ブロ
ック、コンクリート矢板、土留部材２３を用いた植生用
法枠や法面２の近傍に設置した各種のものがある。

【００７４】前記取付け手段３としては、例えば上記セ
メント構造物２０の表面に設けた接合用穴２０１又は凹
部に入れて用いる、アンカー４１、ボルト４２、ナット
４３、釘ネジ類、接着剤４７、セラミックス部材、その
他の無機質材料部材又は金属製部などの接合用部材４が
ある。 なお、接合用穴２０１の大きさや形状は、アン
カー４１、ボルト４２、釘ネジ類等の接合部材４の種類
や大きさに相応したものとすることが好ましい。

【００７５】前記アンカー４１としては、例えばステデ
ィアンカー（図１０参照）、ＢＬ型アンカー等の如く、
ウェッジ部４４と取付け用のボルト４２とが一体とな
り、引張力を加えることによりウェッジ部４４が引き出
されカラーに密着するタイプのものがある。このほか、
自穿式のもの、ダブル定着スリーブ付きのエキスプレス
アンカー、レジンアンカーの如きレジンカプセルを併用
するものなどがある。

【００７６】前記釘ネジ類としては、例えば木工用ネ
ジ、ダブルジョイントネジ、コンクリートネジ、防錆処
理（フッ素加工等）を施したネジ、ファスナーなどがあ
る。

【００７７】前記接着剤４７としては、例えばエポキシ
樹脂、ウレタン樹脂、紫外線硬化（ＵＶ）樹脂等の耐水
性、耐候性等に優れたものを用いることが好ましい。

【００７８】前記接合用挿入穴に嵌入する接合部材とし
ては、上記例示のもののほかに、例えば木片又はプラス
チック片等の木工用ネジが嵌入可能な材料を予め嵌入し
ておくか、現場施工時に前記接着剤を併用して嵌入する
ものであることが好ましい。

【００７９】また、前記温水循環給湯装置１２、各種電
力消費機器１３としては、例えば太陽電池１１による光
電変換と同時に、熱エネルギーも取り出すように構成し
た光・熱ハイブリッド装置を併用することもできる。こ
の装置は、太陽光熱利用発電併給装置１を出発点として
集光素子の裏面から熱を集熱管であるヒートパイプ９１
内の熱媒体（水）に伝えて温水を取り出すものである。
この装置の併用により、集光によって一定量の入射面積
である発電蓄熱体１０からの熱放射面積が小さくなる
為、放熱損失は集光比に逆比例する形で小さくなり、高
温域の集熱効率が大きくなる利点がある。

【００８０】また、太陽光熱利用発電併給装置１におい
ては各種の太陽熱集熱器１６を併置することにより、こ
の装置による太陽熱（エネルギー）の利用率を大きく向
上させることができる。また、この太陽光熱利用発電併
給装置１において用いる太陽電池１１は、従来のものよ
りもセルの変換効率が１０〜２４％と一段と高いものを
用いることが好ましい。

【００８１】また、上記太陽電池１１としては、例えば
外形寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ〜２０ｍｍ×５５ｍｍ
で、代表的動作特性が１．０Ｖ〜１．５Ｖ ７μＡ〜４
０μＡのものを用いる。

【００８２】そして、法面２上には、コントローラ（制
御装置）、インバータ１２５（直交変換器）、太陽熱集
光器１６（円型フレネルレンズ等）を補助装置１２６と
して併用することが好ましい。これにより、効率良く太
陽熱を電気エネルギー又は熱エネルギーなどに変換する
ことができる。なお、法面２としては、我国の緯度（２
５〜４５度）又はその前後の勾配を有する山間部におけ
る切土や盛土によって形成された斜面又は岩盤斜面であ
ることが好ましい。これにより、太陽光の照射角と受光
面とが６０〜９０度の範囲となり、受光率が一段と向上
する。

【００８３】以上のごとく、本発明の太陽光熱利用発電
併給装置１によれば、広大な法面２上のセメント構造物
２０に照射され、蓄積される太陽熱を利用して、主とし
て山間部の道路直下７０や各種の生活空間において用い
る電力や温水などの熱エネルギーを効率良く得ることが
できる。これにより、例えば交通機関用のセーフティー
ライト（交通安全システム）としての各種照明システム
や天気予報システム、ダム監視用テレメーター、気象観
測システム、太陽電池時計６２、電話、テレビ、ラジオ
等のその他の情報伝達システム又は温水循環給湯装置１
２及び各種電力消費機器１３に対しての双電力・熱エネ
ルギーを昼夜にわたり供給することができる。

【００８４】しかも、本発明によれば、太陽光熱の全波
長光エネルギーを利用する為、無公害（クリーン）で無
尽蔵の膨大なエネルギーを有効利用することができ、自
然環境保全及び省エネルギー上でも好ましい。

【００８５】また、電力を利用する場所（山間部）で直
接かつ独立的に使用する為、送電損失（ロス）が極めて
少なく、太陽光が遮えぎられることが少なく比較的入射
率の良い地山斜面等の法面２上において太陽光熱利用発
電併給装置１を設置する。そのため、規模の大小を問わ
ずセメント構造物２０に対して太陽光熱利用発電併給装
置１を設置し、入射量の変動に対応しつつ比較的未利用
の山間部の広大な面積を有効利用できる。

【００８６】従って、本発明によれば、山間部や斜面の
多い我国の国土事情に対して最適の太陽光熱利用発電併
給装置１を提供できると共に、昼夜を問わず太陽光熱利
用発電併給装置１により得られた電力エネルギーを最大
限有効利用することができる。そのため、山間部におい
て別荘地やキャンプ地で健康的な野外生活を楽しむ人達
に有用であり、山間部の生活空間における便利さを向上
し人間性の回復や自然保護に役立つことができる。

【００８７】

【発明の作用】以上のようにして構成した本発明の太陽
光熱利用発電併給装置１の作用につき説明する。

【００８８】本発明の太陽光熱利用発電併給装置１は、
太陽光と太陽熱との双方のエネルギーを可及的に大量利
用した発電装置及び各種の太陽熱集熱器１６を使用し、
全光域波長の太陽光熱を補集するハイブリッド補集シス
テムを採用している。そのため、０．２５〜２．４μｍ
の広範囲の可視光線、紫外線、赤外線などの太陽光及び
太陽熱を広く有効に利用した熱電併給装置を実現し、エ
ネルギー変換効率を６０〜７０％以上にまで高めること
ができる。これにより、エネルギー収支を改善すること
ができると共に、エネルギー密度が希薄で散乱光の比較
的多い我国の山間部であっても受光率及び熱吸収率を向
上させることができる。

【００８９】そして、各種の蓄電器１４及び蓄熱器１５
などのエネルギー貯蔵再利用装置を採用している。その
ため、太陽光の特性としての、地域格差、季節差、時刻
差、天候状態格差などの照射変動があっても、これを緩
和することができる。また、太陽光照射による受光時間
帯と太陽光熱による電気及び熱エネルギーの利用時間帯
とのエネルギーの需給時間帯のズレやギャップなどのピ
ークシフト（不一致）を解消することができる。

【００９０】また、本発明においては、法面２上に設置
されたセメント構造物２０上に太陽電池１１、太陽熱集
熱器１６等の発電蓄熱体１０を取付け固定している。そ
のため、太陽光の照射角度が受光面に対して年間を通じ
て６０〜９０度の範囲となり受光率が向上する。

【００９１】これにより、太陽エネルギーの収支が改善
すると共に、熱容量が比較的大きいセメント構造物２０
の潜熱媒体を有効利用して太陽熱の放熱（反射）ロスを
少なくすることができる。

【００９２】更に、本発明においては、太陽光熱利用発
電併給装置１が、主として山間部において利用される温
水循環給湯装置１２（図１３参照）、各種電力消費機器
１３（図１９及び図２０参照）に連結されている。その
ため、電気エネルギーの送電ロスを低減して利用効率を
高めると共に、山間部においてエネルギーの自給自足が
可能な独立型の電力系統（図２１参照）を形成してエネ
ルギーの利用対象（用途）を従来に比して広く拡大する
ことができる。

【００９３】そのため、主として山間部において使用さ
れる電気エネルギーは、例えば太陽が西の山影に沈む
と、徐々に路側表示灯や交通安全誘導灯の照明の明りが
蓄電器１４より送り出されて点り始め、法面２の周辺及
び山間道路のランドスケープ（環境）照明が行われる。

【００９４】これにより、山間部における夜の散策やド
ライブを楽しむ人々に楽しさを倍増させ、光と闇が人間
に安らぎを与えるなどの豊かさをもたらすことができ
る。

【００９５】その他、夜間の山間部において、キャンプ
場や山荘などで生活する人々に必要な電力の供給や給湯
が蓄電器１４や蓄熱器１５によってもたらされる。

【００９６】

【実施例】

（実施例１）本発明の実施例である太陽光熱利用発電併
給装置１につき、図１〜図１４を用いて説明する。な
お、図３９を参照しながら説明する。

【００９７】本例においては、図１及び図２に示すごと
く、法面２上に設置した法枠２４等のセメント構造物２
０の全面に対しては、架台３１を介在して太陽電池１１
及び太陽熱集熱器１６などの発熱蓄熱体１０が取付け固
定される。

【００９８】法面２としては、例えば図１及び図２に示
すごとく、勾配が２５〜５０度位の道路７の近傍の切土
斜面を用いる。

【００９９】受圧板２１としては、図８に示すごとく、
プレキャストコンクリート製のものを用いる。受圧板２
１は、法面２に対して底面２１１が密着するよう設置す
る。なお、法面２と受圧板２１との間に不陸としての隙
き間２１０がある場合には、例えばゴム製チューブなど
の膨張性充填材２４１を使用する。そして、受圧板２１
は、ロックボルト７２を用いて固定し、地山２５を補強
する。

【０１００】そして、上記受圧板２１の表面には、図
８、図１０及び図１１に示すごとく、下地材などの架台
３１及び接着剤４７を介在して太陽電池１１及び太陽熱
集熱器１６が内蔵された太陽光熱利用発電併給装置１が
取付け固定されている。なお、架台３１は、図１０に示
すごとく、受圧板２１等のセメント構造物２０に接合用
穴２０１を設け、この中にＢＬ型のアンカー４１を挿入
しボルト４２の頭部にナット４３を締め付けることによ
り引張力が矢印方向に働き、ウェッジ部４４が引き出さ
れてカラー部４５のスリット４６が開き接合用穴２０１
の側壁２０２に密着する。これにより、アンカー４１が
接合用穴２０１より抜け出ない状態で固定される。な
お、ボルト４２の頭部には、防水用パテ４８を被覆す
る。また、ナット４３を締め付けるに当って、ワッシャ
ー４９を用いる。

【０１０１】このようにして、まずセメント構造物２０
上に下地材などの架台３１を取付け固定する。

【０１０２】次に、図３及び図１１に示すごとく、架台
３１に対しては、接着剤４７を介して箱状の太陽光熱利
用発電併給装置１を取付け固定する。

【０１０３】これにより、図１〜図８に示すごとく、法
面２上に設置した受圧板２１などのセメント構造物２０
に対して太陽電池１１及び太陽熱集熱器１６などからな
る太陽光熱利用発電併給装置１を取付けることができ
る。なお、セメント構造物２０上には、図３、図４及び
図５に示すごとく、アモルトンヒートパイプコレクター
からなる太陽光熱利用発電併給装置１を取付けることも
できる。また、図６、図７に示すごとく、真空型集熱器
１６２又は放物面型集熱器１６３を取付ける。これによ
り、太陽光によりアモルファス太陽電池１１２で発電す
ると共に、太陽熱を利用してこれらの集熱器により給湯
することもできる。

【０１０４】以上のようにして、法面２上に設置した受
圧板２１や法枠２４に対して太陽光熱利用発電併給装置
１を取付け固定することにより、図１３及び図１４に示
すごとく、太陽光熱利用による熱電併給装置１２３及び
給湯能力、電力供給能力（図１４参照）の向上を法面２
及びその周辺等の山間部において現実可能とすることが
できる。

【０１０５】従来のコージェネレーションシステム（熱
電併給装置）は、一般に発電機等により発生した電力
（電力負荷）を店舗や家庭で使用すると共に、エンジン
や発電機５０の駆動に伴う冷却水、排ガスの熱源を有効
利用する、比較的小型の給湯システムである。

【０１０６】本例の熱電併給装置１２３は、図１３に示
すごとく、太陽電池１１及び熱交換を介してソーラーエ
ンジン５１によって駆動される発電機５０と、この発電
機５０に接続された電気ユーティリティ１２４とを有
し、またソーラーエンジン５１の冷却水を冷却するため
のエンジン冷却水循環回路１２８と、このエンジン冷却
水循環回路内１２８に設けた温水熱交換機５２と、温水
貯蔵タンク５３と、この温水貯蔵タンク５３と温水熱交
換器５２との間に設けた温水循環給湯装置１２とよりな
る熱電併給装置１２３であって、温水循環給湯装置１２
には、温水熱交換器５２に接続した混合弁５８と、この
混合弁５８の開閉を制御するための混合弁制御装置が設
けられている。そして、熱電併給装置１２３は、温水熱
交換器５２によって加熱された温水を貯えておくための
温水貯蔵タンク５３と、これと温水熱交換器５２との間
に設けた温水循環給湯装置１２を有する。

【０１０７】また、温水貯蔵タンク５３は、水道用減圧
弁５４と、温水センサー５５とを有する。また、上記温
水循環給湯装置１２は、温水循環用ポンプ５６と、上記
温水熱交換器５２と、水栓５７と、補助熱源装置１２６
を有する。

【０１０８】上記熱電併給装置１２３においては、図１
３及び図１４に示すごとく、ソーラーエンジン５１によ
って駆動される発電機５０が電気を発生する。そして、
ソーラーエンジン５１に用いられた太陽熱エネルギーよ
り発生する１次エネルギーの約３０％が、電力負荷とし
て、山荘やホテル等の電気ユーティリティ１２４におい
て使用される。

【０１０９】また、ソーラーエンジン５１を冷却して昇
温した冷却水は、上記エンジン冷却水循環回路１２８内
に設けた温水熱交換器５２により、温水を加温するため
に用いられる。これには、上記１次エネルギーの約４０
％に当るエネルギーが利用される。

【０１１０】一方、上記温水は、上記温水貯蔵タンク５
３内に貯えられる。そして、この温水貯蔵タンク５３内
の温水は、温水センサ５５により水温Ｔが検知される。
そして、温水は温水循環ポンプ５６により矢印のごと
く、三方弁などの混合弁５８が作動して温水循環回路給
湯装置１２内を循環する。そして、上記温水熱交換器５
２によって加温される。次いで、加温された温水は、再
び温水貯蔵タンク５３内に貯えられる。

【０１１１】そこで、上記温水貯蔵タンク５３内は、そ
の上部に温度の高い湯が層状に貯えられる。これを利用
して、温水貯蔵タンク５３の下方中央部に入口５９を設
け、上記不具合を解消している。この時、前記給湯負荷
（点散部分）は、入口５９より上層部となり、図１１に
示す余剰能力が実際の安定供給には必要となる。そのた
め、貯湯槽の容量が大型化する。

【０１１２】これを避けるため、図１０に示すごとく、
温水貯蔵タンク５３の下流に補助熱源１２６を設け、タ
ンク５３からの給湯温度の変動をカバーする方法も採用
できる。

【０１１３】そして、図１０に示すごとく、電力負荷の
不足を補足する目的で、補助ヒーター１２６としてのブ
ースタヒータ装置を温水循環給湯装置１２の下流側に配
設してある。

【０１１４】上記ソーラーエンジン５１は、太陽熱エネ
ルギーを利用して一旦動力エネルギーに変換するための
熱機関である。そして、ソーラーエンジン５１は、太陽
光熱を効率良く集める太陽熱集熱器１６（図５参照）
と、これにより集められたエネルギーを高温の熱に変換
するソーラーレシーバー（図示略）とに連結されてい
る。

【０１１５】一方、温水循環給湯装置１２は、図３９に
示すごとく、従来から設置されている盛土内蓄熱道路融
雪システム９に連結され、両者を併用できるよう構成さ
れている。

【０１１６】これにより、冬期などにおいて、山間部の
道路７の融雪を効率良く行うことができる。このよう
に、温水循環給湯装置１２と盛土内蓄熱道路融雪システ
ム９を併用する理由は、温水循環給湯装置１２によって
貯蔵された余剰の温水と、既設の盛土内蓄熱道路融雪シ
ステム９を有効利用すると共に、この盛土内蓄熱道路融
雪システム９で不足する温水を温水循環給湯装置１２に
より補給することにより、融雪を効率良く行い、山間部
における交通の便利を良くするためである。

【０１１７】一方、「蓄熱」は躯体自体やそれに接する
大地の大きな熱容量を利用することによって、余った太
陽熱やその潜熱を蓄えておき、必要なときに使えるよう
にしてある。

【０１１８】コンクリートなどを使用した熱容量の大き
なセメント構造物２０は、外界温度（外気温）の変動に
対して、図９に示すように室温の大きな振幅減少と時間
のずれを生ずる。この熱特性を利用することにより、数
時間の蓄熱が可能である。なお、長期蓄熱を考える場合
には、土壌と水タンクを組み合わせた熱核方式などの蓄
熱装置が好ましい。

【０１１９】また、太陽電池１１によって得られた電気
エネルギーは、例えば交通機関用のセーフティーライト
（交通安全システム）としての各種照明システムや天気
予報システム、ダム監視用テレメーター、気象観測シス
テム、太陽電池時計６２（図３２参照）、電話、テレ
ビ、ラジオ等のその他の情報伝達システム及び各種電力
消費機器１３（図２０参照）により昼夜にわたり利用さ
れる。

【０１２０】したがって、本例によれば、太陽エネルギ
ーの収支を改善することができると共に、熱容量が比較
的大きいセメント構造物２０の潜熱媒体を有効利用して
いるため、太陽熱の放熱（反射）ロスを少なくすること
ができる。

【０１２１】しかも、本例においては、太陽光熱利用発
電併給装置１が、主として山間部において利用される温
水循環給湯装置１２、各種電力消費機器１３に連結され
ている。そのため、電気エネルギーの送電ロスを低減し
て利用効率を高めると共に、山間部においてエネルギー
の自給自足が可能な独立型の電力系統（図８Ａ参照）を
形成してエネルギーの利用対象（用途）を従来よりも広
くすることができる。

【０１２２】また、主として山間部において使用される
電気エネルギーは、例えば太陽が西の山影に沈むと、徐
々に路側表示灯や交通安全誘導灯の照明の明りが蓄電器
１５より送り出されて点り始め、法面２の周辺及び山間
部の道路７のランドスケープ（環境）照明が行われる。

【０１２３】これにより、山間部における夜の散策やド
ライブを楽しむ人々に楽しさを倍増させ、光と闇が人間
に安らぎを与えるなどの豊かさをもたらすことができ
る。

【０１２４】その他、夜間の山間部において、キャンプ
場や山荘などで生活する人々に必要な電力の供給や給湯
が蓄電器１４や蓄熱器１５によってもたらされる。

【０１２５】（実施例２）本例は、図１５〜図２３に示
すごとく、従来のソーラーハウス８１（図４１参照）に
替えて太陽光熱利用発電併給装置１によって供給される
エネルギーを利用する山間部における独立型太陽光発電
装置６（図２１参照）のエネルギー利用ハウス（以下、
建物という）を提供するものである。

【０１２６】この建物は、太陽電池によって得られた電
力で必要な電気をなるべく賄うということでつくられた
ものである。この建物では発電能力に換算して、最大約
１０ｋＷが保障されることを条件に結晶シリコン太陽電
池１１１を利用した太陽熱集熱器１６は、図１５、図１
６に示すごとく、蓄電地１４及び透明ガラス板３３１を
有する集熱箱３３よりなり、法面２の擁壁２３上のセメ
ント構造物２０の全面に設置されている。法面２の向き
は真南で、南側に面する法面２の勾配は平均して約３０
度、これは年間を通じて太陽光が太陽電池受光面に対
し、できるだけ垂直に近い方向で入射するように配慮し
たものである。この建物の床面積はおよそ１００ｍ² 、
したがってそれに相応して法面２の面積もかなりの広さ
になっている。しかし、そこでの太陽電池１１の占める
面積は約１００ｍ² にすぎず、設置面積のうえではなお
十分の余裕がある。

【０１２７】発電された電力は、図２１に示すごとく制
御器を介して、いったん蓄電池１４に蓄えられる。制御
器は過充電ならびに過放電から蓄電池１４を保護するた
めのものである。蓄電池１４は鉛・酸蓄電池であり、そ
の容量は４００Ａｈといわれるものである。こうした蓄
電池１４を数個、直列に接続し一つのユニットを形成し
ている。ここではこうしたユニットが２組も備えられて
いる。各ユニットの端子電圧は１２Ｖで、この電圧が通
常１１．５Ｖと１３．５Ｖの間に維持されるよう制御さ
れている。

【０１２８】ここで得られた電力は、主として建物室内
の照明、井戸水の汲み上げ用ポンプ１３１（図２４参
照）、それに換気用のファン６４（図２９参照）の動力
としても用いられる。照明は１２Ｖの直流電源をそのま
ま利用し、主として白熱電球を用いている。しかし、省
エネルギーの面も考えて、一部、螢光灯も用いられてい
る。図１９及び図２０に示すごとく、直流電源をそのま
ま使用している電気器具類には、小型送風機、冷蔵庫、
小型テレビ、充電式掃除機などの各種電力消費機器１３
としての家庭電化用の製品がある。家庭用井戸ポンプの
駆動は１００Ｖの交流電源によっている。

【０１２９】上記ポンプ１３１の消費電力は１００Ｖで
２５０Ｗであり、１００Ｖを用いるのは１２Ｖの電圧で
は電流が大きくなりすぎるためである。交流への変換は
最大出力１．２ｋＷのインバータ１２５（図２８参照）
を用いている。このインバータ１２５の出力が２５０Ｗ
付近では変換効率は約９３％であり、その他の出力電圧
のところでも良好な性能を示している。なお、ポンプ１
３１の発停は、建物の内外に取りつけられているいくつ
かの給水用の蛇口を開閉することにより、実施例１と同
様に温度センサ５５が作動して自動的に行われるように
なっている。

【０１３０】また、主として炊飯用の給水は地下水２６
（図２４参照）を用いることで可能になっているが、風
呂や洗濯などの雑用水には雨水の貯蔵水を用いることも
できる。図１９及び図２０に示すごとく、水槽５３１で
は、樋からの雨水を集めている。そしてフィルタ（図示
略）で濾過された雨水はここに一時貯えられ、必要に応
じて風呂場へと導かれる。この場合、水槽５３１は高い
位置に設置されているため、特に動力を必要としていな
い。また、この位置に水槽５３１を設けていることは、
屋上にある太陽熱温水器にこの水を移す場合にも、少な
いポンプ１３１の動力でまかなわれる点で都合が良い。
なお、このシステム全体は、図２１及び図２２に示すよ
うないずれかの系統図により構成されている。

【０１３１】（実施例３）本例は、図２４及び図２５に
示すごとく、太陽電池１１を利用した自然水汲み上げポ
ンプシステムへの応用例を示すものである。

【０１３２】この自然水汲み上げポンプシステムは、太
陽電池１１を電源として水汲み上げ用のポンプ１３１を
動かし、飲料又は潅漑用の水を地下または河川から汲み
上げるシステムである。この水汲み上げポンプシステム
は、太陽電池１１を利用した各種のシステムの中でも、
最も太陽エネルギー利用と需要とを一致させたシステム
の一つということができる。それは太陽電池１１は晴天
日、すなわち日射の強い日ほど多くの発電を行うため、
当然にこの水汲み上げポンプシステムは多くの水を汲む
ことができる。また、日射の強い時は、法面２からの水
の蒸発が多く農作物は水不足になりがちになるからであ
る。逆に雨天・曇天の日には太陽電池１１はあまり発電
できず、ポンプ１３１にはわずかの電力しか供給でき
ず、水の汲み上げる量も少なくなる。しかしその様な日
には地面からの蒸発する水の量も少なくなるため、それ
程多くの水を必要としない。また雨天時は自然が農業用
の水を雨の形で供給してくれるので、地下や川から水を
汲み上げる必要はなく、太陽電池１１の発電する時と水
を必要とする時期が一致するからである。このことは単
に、一日や二日だけでなく長期の日照り続きの時、すな
わち旱魃時や、逆に長雨で水を必要としない時にも同じ
ことがいえる。

【０１３３】また、本例の独立型（図８Ａ参照）の太陽
光熱発電併給装置１において、発電電力の不安定さの問
題も解決できる。例えば飲料水を確保するための水汲み
上げ用のポンプ１３１の場合、晴れた時でなくてもある
程度の水を確保しておく必要がある。しかしこの場合、
他の負荷のように電力の形で、即ち蓄電池１４で電力を
貯えて置かなくても、汲み上げた水を構造的にも簡単
で、かつ設置も容易な貯水漕に貯えて置けばその目的は
十分に達成される。また、小規模な潅漑用水ポンプシス
テムの場合にはこの水タンクも必要とせず、単に太陽電
池１１と電動ポンプだけで給水がまかなえる場合もあ
る。

【０１３４】用途としては、農業の潅漑用水汲上用、飲
料水汲上用、山間道路等への散水、池や河川、または水
槽の水循環用として使用する。また、規模の面からする
と、実用的な数Ｗから２０ｋＷ程度のものである。使用
形態としては、水を汲み上げる高さが１ｍ未満の低揚程
のものから１００ｍ以上の高揚程のものまで可能であ
り、水量も毎時１リットル未満のものから毎分数 のも
のまで種々のものまで採用できる。また水中ポンプを使
用するものや地上設置のものなどいろいろなシステムが
ある。さらに、ポンプ１３１の形態は、直流又は交流を
使用するものが採用できる。

【０１３５】本例は、交流モータ使用の蓄電池１４を有
しないシステムであり、太陽光熱発電装置１の負荷とし
て水汲み上げ用のポンプ１３１を使用するシステムは最
も適したシステムといえるものである。このシステムの
場合、水汲み上げ用のポンプ１３１としては一般に使用
されている汎用の電動力ポンプを使用する。また、発電
機５０は一般の三相交流誘導電動機であるため、直流ブ
ラッシ付モータのように定期的なメンテナンス等は一切
不要である。しかし、太陽電池１１からの出力は直流で
あるため、図２４及び図２５に示すごとく、その直流電
力を交流に変換するためのインバータ１２５（図２１参
照）を必要とする。この交流モータ使用の蓄電池１４を
有しないシステムの場合、直流入力可変電圧可変用のイ
ンバータ１２５を使用して、日射の強い時は高い周波数
（回転数）で運転し、日射の弱い時はその時の発電電力
に見合った電力を消費する低い周波数（回転数）で運転
する方式を採用している。こうすることにより比較的日
射が弱い時（０．２〜０．３ｋＷ／ｍ³ ）でも量は減少
するが水を汲み上げることができ、日射が強い時はポン
プ１３１の定格に近い水を汲み上げることができるシス
テムとなる。

【０１３６】（実施例４）本例は、図２６〜図２８に示
すごとく、太陽電池１１を利用した街路灯６１に応用し
た例を示すものである。

【０１３７】この街路灯６１は、日射がある時間帯に支
持ポール６０の頭部に設置した太陽電池１１によって発
電し、得られた電力を蓄電池１４に蓄えておき、日没と
ともに照明器具にその蓄えた電力を供給して、支持ポー
ル６０に取付けた夜間の照明用装置１３５である。こう
した街路灯６１は照明設備のない山間部の道路７、その
周辺などを夜間に照明するための電力を用いるものであ
る。図２６及び図２７に示すごとく、この照明機器は支
持ポール６０ごとに電源をもつ独立電源システムであ
る。そして、設置工事が容易なこと、および一度設置し
てしまえば、蓄電池１４の定期的なメンテナンス以外は
保守する必要がほとんど必要なく、また電力使用量を支
払う必要がない等の特徴を有している。また法面２のラ
ウンドスケープ用照明としての使用方法がある。さらに
特殊な使用例としては農作物や公園、庭園の樹木・草花
等の害虫である蛾の駆除のため誘殺灯や誘蛾灯としての
使用方法もある。

【０１３８】なお、街路灯６１の場合は、太陽電池１１
の発電する時間帯と照明機器の使用するときが全く一致
しないため蓄電池１４の使用は必須であり、また雨天・
曇天など発電電力量が少ない日が続くことも設計する際
には考慮する必要がある。一方、街路灯６１に代えて、
図３０に示すごとく、発光体６５を用いたセンサー回路
５０１、制御回路５０２、点滅回路６８を有する電光装
置１３６に応用することもできる。

【０１３９】したがって、本例において、太陽電池１１
と蓄電池１４と充放電制御装置１８とを使用する。ま
た、本例は、図３２に示すごとく、支持ポール６０にマ
ウントされた屋外のアナログ式の時計塔６７に取付けた
太陽電池時計６２にも応用する。日中に太陽電池１１で
発電した電力の一部を蓄電池１４に蓄えながら、夜間に
も時計に電力を供給できるようにされているものであ
る。時計を照明する必要のない時計塔の場合、太陽電池
時計６２の電力は微小であるので、約１０ｃｍ角の太陽
電池１１を設置するだけで十分で、太陽電池１１を利用
した時計塔６７であることに気付かれない場合も多いと
思われるが、かなり多くの場所でこの時計塔６７が使用
される。太陽電池利用の時計塔６７は、昼夜・年間を問
わず２４時間連続して動かなくてはならない。そのた
め、その構成機器としては、太陽電池１１と蓄電池１４
と、充放電制御装置１７と、時計機構及び調節機構６３
と、支持ポール６０とよりなる。また、照明器具が太陽
電池時計６２の文字板の内側に装備された内部照明タイ
プと、外部の照明にたより、時計には照明器具をもたな
い外部照明タイプとがある。なお、その代表的な回路は
図３２に示す。

【０１４０】（実施例５）本例は、太陽電池を利用した
通信機器用電源システムに応用するものである。この通
信機器用電源システムは、図３１に示すごとく、事業用
として使用される電話回線のためのマイクロウェーブ中
継所用の電源等を提供として世界中で広く使用されるも
のである。その他にも商用電源の引き込みが困難な場所
で使用する各種計測・観測システム用の電源、およびデ
ータの無線電送のための電源としても使用される可能性
がある。

【０１４１】このシステムの用途としては、比較的大規
模な事業用のものから、比較的規模の小さいもの、それ
に個人的使用の各種タイプのものにも応用できる。

【０１４２】前者に対しては電話回線、あるいは放送電
波の中継所の電源として、後者は遠隔地の無人気象観測
機、地震観測機、ダム、河川の各種データ観測機、ある
いは防災用や非常時の情報伝達のための無線機器の電源
等がある。また個人的な用途としては、ハム（アマチュ
ア無線家）の移動局用の電源などとして使用される可能
性もある。

【０１４３】これらの通信機器６６は直流で稼働する機
器であり、しかもそのほとんどが１２〜４８Ｖの電圧で
使用されている。その基本回路は、上記図３１に示す通
りである。

【０１４４】また、本例は太陽電池を利用した換気用の
ファンにも応用できる。太陽電池を利用した換気用のフ
ァン６４は、図２９に示すごとく、比較的小型のファン
６４を太陽電池１１で直接駆動するもので、主として日
射の強いときに運転し日射の弱いときや夜間には運転し
ないことが多い。したがって一般には蓄電池１４をもた
ない極く小さなシステムを対象としており、小規模なブ
ロアを備えたものも可能である。もし大規模の換気ファ
ンを必要とする場合には、実施例３のごとき水汲み上げ
用ポンプシステムのように大規模なものとすることもで
きる。

【０１４５】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に係る発明
においては、実施例１においても例示したごとく、「地
山２等の法面２上に設置された受圧板２１、擁壁２２、
土留め部材２３、法枠２４又はこれに類似するモルタル
・コンクリートから成るセメント構造物２０に対して架
台３１等の取付け手段３を介在して取付け固定した太陽
電池１１、太陽集熱器１６等の発電蓄熱体１０に照射さ
れ蓄熱された太陽光熱エネルギーを利用する太陽光熱利
用発電併給装置１であって、該太陽光熱利用発電併給装
置１は主として山間部において利用される電気及び熱エ
ネルギーを供給するための温水循環給湯装置１２、各種
電力消費機器１３に連結されていることを特徴とする法
面２上に設置された太陽光熱利用発電併給装置１。 」 に
その特徴があり、法面２上に設置された太陽電池１１、
太陽熱集熱器１６等の発電蓄熱体１０を介して太陽光及
び太陽熱の双方のエネルギーを全波長に亘り効率良く吸
収して利用すると共に、セメント構造物２０等の蓄熱体
に貯えられた太陽熱エネルギーをも有効利用して、主と
して山間部において使用される電気及び熱エネルギーを
大量に供給することができる。

【０１４６】また、請求項２に係る発明によれば、主と
して冬期においては山間部の道路の融雪用の電気及び熱
エネルギーを提供すると共に、山荘やホテルなどにおい
て利用される日常生活用の温水などの熱エネルギーをも
供給することができる。

【０１４７】請求項３に係る発明によれば、従来より利
用されているヒートパイプ９１を用いた盛土内蓄熱道路
融雪システム９と、本発明の融雪用蓄熱システム１２１
とを併用して、冬期における山間部の道路上の融雪を効
率良く行うことができる。

【０１４８】請求項４に係る発明によれば、山間部にお
いて太陽光熱発電により得られた電気エネルギーを地下
水又は、河川や湖水を汲み上げて道路や樹林などに対し
て散水することができる。また、トンネル内の換気浄化
や山間部の道路７、法面２などに対して照明を行い交通
安全や生活環境の改善を行うことができる。

【０１４９】請求項５に係る発明によれば、太陽光照射
時間において有効に発電したり吸熱した熱電エネルギー
を蓄電池１４や蓄熱器１５に貯えておき、夜間や照射の
少ない冬期、降雨期などの太陽光非照射期間においても
温水循環給湯装置１２や各種電力消費機器１３を介して
有効利用し、山間部における生活空間の改善及び交通安
全、更には自然環境の保全を図ることができる。

【０１５０】したがって、本発明によれば、次に示すご
とく、従来の太陽光熱利用装置８とは幾つか相違する特
異な効果をもたらすことができる。 （１）法面上のコンクリートなどから成るセメント構造
物２０上及びその周辺に、これらに照射され蓄積された
膨大な太陽光熱の双方のエネルギーを有効利用すること
ができる。これは、主として山間部等の比較的広大な斜
面（法面）を太陽光の照射角度が比較的直角に近い受光
面として利用することが可能なため受光率を向上させる
ことができると共に、セメント構造物２０の膨大な熱容
量を有する特性を有効利用するものである。 （２）また、太陽光熱の双方のエネルギーを太陽電池１
１及び太陽熱集熱器１６を介在して可及的に大量に吸収
し、電力のみならず各種の熱媒体に蓄熱された熱エネル
ギーを主として山間部において多用途目的に広く有効利
用することができる。これは、従来よりも太陽エネルギ
ーの熱収支を改善できる諸手段を採用すると共に、コス
トダウンやコンパクト及び軽量化した各種の部材を用い
ていることにより経済採算性を改善したことによるもの
である。 （３）そして、山間部という地域的特殊性を利用して各
種の蓄電池１４や蓄熱器１５などのエネルギー貯蔵再利
用装置を介在してエネルギーの需給時間のズレを解消す
る（図１４参照）と共に、送電損失を可及的に低減させ
ている。これにより、経済上不採算であった従来の太陽
光熱利用システムを実現可能としてその普及促進を図る
ことができる。

【０１５１】以上のごとく、本発明の太陽光熱発電併給
装置１は、主として、山間部の法面上に設置されたコン
クリート等のセメント構造物２０の特殊性及び太陽光の
各種特性を考慮して、クリーンで無尽蔵の太陽光熱のエ
ネルギーを有効利用し、有限で公害発生などをもたらす
石油、石炭などのエネルギー源に代えて、省資源で省エ
ネルギーを可能とし、更には自然環境保全や生活環境の
向上を可能とするサンシャイン計画を促進するものであ
る。

【０１５２】

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１に係る法面上に設置されたセメント
構造物に取付け固定された太陽光発電用の太陽電池の斜
視図である。

【図２】 実施例１に係る太陽光熱利用発電併給装置を
コンクリート法枠に取付け固定した状態を示す正面図で
ある。

【図３】 実施例１に係る太陽光熱発電併給装置に使用
されるアモルトンヒートパイプコレターの斜視図であ
る。

【図４】 実施例１の前記アモルトンヒートパイプコレ
クターの断面図である。

【図５】 実施例１で使用する太陽熱集熱器を示す断面
図である。

【図６】 実施例１で使用する他の太陽熱集熱器を示す
断面図である。

【図７】 実施例１で使用するさらに他の太陽熱集熱器
を示す断面図である。

【図８】 実施例１における受圧板の断面図である。

【図９】 実施例１における熱容量差を示すグラフであ
る。

【図１０】 実施例１の前記取付け手段の一例を示す断
面図である。

【図１１】 実施例１の前記取付け手段の一例を示す断
面図である。

【図１２】 実施例１の前記取付け手段の一例を示す断
面図である。

【図１３】 実施例１に係る太陽光熱発電併給装置の全
体概念図である。

【図１４】 図１３に示した太陽光熱発電併給装置のあ
る時刻における蓄熱能力と蓄電能力の変化を示すグラフ
である。

【図１５】 実施例２に係る法面上に設置されたコンク
リート製の擁壁及び土留め部材上に設置された状態を示
す結晶シリコン太陽電池の設置斜視図である。

【図１６】 図１５に示した太陽電池の部分拡大斜視図
である。

【図１７】 実施例２で使用する集熱箱の一部切欠斜視
図である。

【図１８】 太陽電池の原理図である。

【図１９】 実施例２に係る熱電併給装置を説明する系
統図である。

【図２０】 実施例２に係る熱電併給装置を説明する他
の系統図である。

【図２１】 実施例２に係る太陽光熱発電併給装置を説
明する系統図である。

【図２２】 実施例２に係る太陽光熱発電併給装置を説
明する他の系統図である。

【図２３】 実施例２に係る太陽光熱発電併給装置を説
明するさらに他の系統図である。

【図２４】 実施例３に係る太陽光熱発電併給装置を説
明する部分断面図である。

【図２５】 実施例３に係る太陽光熱発電併給装置を説
明する系統図である。

【図２６】 実施例４に係る太陽光熱発電併給装置の正
面図である。

【図２７】 実施例４に係る太陽光熱発電併給装置の側
面図である。

【図２８】 実施例４に係る太陽光熱発電併給装置を説
明する系統図である。

【図２９】 実施例４に係る太陽光熱発電併給装置を説
明する他の系統図である。

【図３０】 実施例４に係る太陽光熱発電併給装置を説
明するさらに他の系統図である。

【図３１】 実施例５に係る太陽光熱発電併給装置を説
明する系統図である。

【図３２】 実施例５に係る太陽光熱発電併給装置を説
明する他の系統図である。

【図３３】 緯度が２５度の場合の太陽光の照射量の地
域及び季節格差を示す説明図である。

【図３４】 緯度が４５度の場合の太陽光の照射量の地
域及び季節格差を示す説明図である。

【図３５】 緯度が３５度の場合の太陽光の照射量の地
域及び季節格差を示す説明図である。

【図３６】 太陽光の照射時刻及び気象条件格差を示す
説明図である。

【図３７】 太陽光の波長分布と光及び熱変換特性との
関係を示す説明図である。

【図３８】 法面上に設置されたコンクリート製法枠及
び受圧板等の未利用のセメント構造物の斜視図である。

【図３９】 従来の太陽熱を利用した盛土内蓄熱道路融
雪システムに使用されるヒートパイプの斜視図である。

【図４０】 上記盛土内蓄熱道路融雪システムの夏期に
おける集熱方式Ａ及び冬期における集熱方式Ｂを示す斜
視図である。

【図４１】 従来の太陽光熱利用装置を示す側面図であ
る。

【符号の説明】 １ 太陽光熱発電併給装置 １１ 太陽電池 １２ 温水循環給湯装置 １２１ 融雪用蓄熱システム １２２ 温水供給システム １２３ 熱電併給装置 １２４ 電気ユーティリティ １２５ インバーター １２６ 補助ヒーター １３ 各種電力消費機器 １３１ 汲み上げ用のポンプ １３２ 散水用のポンプ １３３ 換気用の送風ポンプ １３４ 冷暖房用空調ポンプ １３５ 夜間照明用装置 １３６ 電光用装置 １３７ 換気用送風ポンプ １４ 蓄電池 １５ 蓄熱器 １６ 太陽熱集熱器 １６１ 集熱板 １６２ 真空型集熱器 １６３ 放物面型集熱器 １７ 充放電制御装置 ２ 法面 ２０ セメント構造物 ２１ 受圧板 ２２ 擁壁 ２３ 土留め部材 ２４ 法枠 ２５ 地山 ２６ 地下水 ３ 取付け手段 ３１ 架台 ３２ コンクリート用支持具のアンカー ３３ 集熱箱 ４ 接合用部材 ４０ 接合用穴 ４１ アンカー ４２ ボルト ４３ ナット ４４ ウェッジ部 ４５ カラー部 ４６ スリット ４７ 接着剤 ４８ 防水用パテ ４９ ワッシャー ５ 熱交換器 ５０ 発電機 ５１ ソーラーエンジン ５２ 温水熱交換器 ５３ 温水貯蔵タンク ５４ 水道用減圧弁 ５５ 温水センサー ５６ 温水循環用ポンプ ５７ 水栓 ５８ 混合弁 ５９ 入口 ６ 独立型太陽光発電装置 ６０ 支持ポール ６１ 街路灯 ６２ 太陽電池時計 ６３ 電圧安定器 ６４ 直流モーターファン ６５ 発光体 ６６ 通信機器 ６７ 時計塔 ６８ 点滅回路 ９ 盛土内蓄熱道路融雪システム ９１ ヒートパイプ ９２ 温水循環パイプ ９３ 集熱ヒート部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地山等の法面上に設置された受圧板、擁
   壁、土留め部材、法枠又はこれに類似するモルタル・コ
   ンクリートから成るセメント構造物に対して架台等の取
   付け手段を介在して取付け固定した太陽電池、太陽熱集
   熱器等の発電蓄熱体に照射され蓄熱された太陽光熱エネ
   ルギーを利用する太陽光熱利用発電併給装置であって、
   該太陽光熱利用発電併給装置は主として山間部において
   利用される電気及び熱エネルギーを供給し、かつ温水循
   環給湯装置、各種電力消費機器に連結されていることを
   特徴とする法面上に設置された太陽光熱利用発電併給装
   置。
2. 【請求項２】 前記温水循環給湯装置は、山間部の道路
   直下に設置された融雪用蓄熱システム、山間部で利用さ
   れる日常生活用温水供給システムであることを特徴とす
   る請求項１に記載された法面上に設置された太陽光熱利
   用発電併給装置。
3. 【請求項３】 前記温水循環給湯装置は、ヒートパイプ
   を用いた太陽熱を利用する盛土内蓄熱道路融雪システム
   と併用されるものであることを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載された法面上に設置された太陽光熱利用
   発電併給装置。
4. 【請求項４】 前記各種電力消費機器は、地下水や河川
   水等の自然水の汲み上げ用ポンプ又は散水用のポンプ、
   換気用の送風ポンプ、冷暖房用の空調ポンプ等の駆動装
   置或いは夜間照明用装置又は発光表示用の電光装置であ
   ることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載された法
   面上に設置された太陽光熱利用発電併給装置。
5. 【請求項５】 前記温水循環給湯装置及び各種電力消費
   機器は、制御付き蓄電器、各種の蓄熱器又は圧縮空気ガ
   スタービン発電装置、揚水式発電装置、超電導エネルギ
   ー貯蔵装置等のエネルギー貯蔵再利用装置を介在して夜
   間、冬期、降雨期等の太陽光非照射期間においても作動
   するものであることを特徴とする請求項１〜請求項４に
   記載された法面上に設置された太陽光熱利用発電併給装
   置。