(57)【要約】【課題】太陽電池パネルの発電効率を効果的に維持する。【解決手段】太陽光を受光して発電する太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの太陽光入射面側及び前記太陽光入射面の反対面側に熱媒体が充填された上層流路及び下層流路と前記上層流路と前記下層流路を連通する中間流路とからなる集熱器と、前記上層流路内の前記熱媒体温度情報を取得する監視部と、前記熱媒体を送液する送液装置と、前記監視部の情報を基に前記送液装置に送液の指示を出す制御部とを備え、前記熱媒体は設定光波長領域に吸収を有し、前記下層流路、前記中間流路、前記上層流路の順で送液され、前記監視部で取得された前記熱媒体温度を基に、前記制御部により前記送液装置によって送液する前記熱媒体の流量を制御することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を受光して発電する太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルの太陽光入射面側及び前記太陽光入射面の反対面側に熱媒体が充填された上層流路及び下層流路と前記上層流路と前記下層流路を連通する中間流路とからなる集熱器と、
前記上層流路内の前記熱媒体の温度情報を取得する監視部と、
前記熱媒体を送液する送液装置と、
前記監視部の情報を基に前記送液装置に送液の指示を出す制御部と
を備え、
前記熱媒体は、赤外光領域に吸収特性を有し、前記下層流路、前記中間流路、前記上層流路の順で送液され、
前記監視部で取得された前記温度情報を基に、前記制御部により前記送液装置によって送液する前記熱媒体の流量を制御することを特徴とする太陽光熱ハイブリッドシステム。
【請求項２】
前記温度情報が設定温度以上の時に、前記送液装置によって前記上層流路の熱媒体が送液されることを特徴とする請求項１に記載の太陽光熱ハイブリッドシステム。
【請求項３】
前記設定温度は、給湯として使用可能な温度であることを特徴とする請求項２に記載の太陽光熱ハイブリッドシステム。
【請求項４】
前記監視部は、前記上層流路内で前記温度情報を計測する温度センサであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽光熱ハイブリッドシステム。
【請求項５】
前記熱媒体が水であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽光熱ハイブリッドシステム。
【請求項６】
前記上層流路は前記太陽電池パネルと非接触で、
前記下層流路は前記太陽電池パネルと接触していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽光熱ハイブリッドシステム。
【請求項７】
前記監視部、前記制御部、前記送液装置の少なくとも一つに対し、
前記太陽電池パネルにより発電された電気が供給されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽光熱ハイブリッドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽光エネルギーを電力及び熱として取り出す太陽光熱ハイブリッドシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、太陽光を電力に変換する太陽電池パネルと、太陽電池パネルの熱を回収する集熱器とを組み合わせた太陽光熱ハイブリッドシステムが提案されている。特許文献１では、太陽光を極力電気エネルギーに変換できるように、太陽電池パネルの太陽光入射面とは反対面に集熱器を配置した構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２３６２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３１７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２では、太陽電池パネルの太陽光入射面側に上層流路、太陽光入射面とは反対面側に下層流路が形成された太陽光熱ハイブリッドシステムが開示されている。特許文献２では、上層流路及び下層流路には赤外線を吸収する媒体が循環しており、下層流路で太陽電池パネルを冷却し、上層流路では太陽電池パネルの昇温要因となる太陽光に含まれる赤外線を吸収している。媒体は、貯蔵タンクから下層流路と上層流路にこの順で流され、再び貯蔵タンクへと流入する構成となっている。
【０００５】
特許文献２の構成により、太陽電池パネルへの赤外線の入射を抑制し、更にこの赤外線を熱エネルギーとして回収することができる。しかしながら、特許文献２では吸熱体の中を流動する媒体（水）の温度によっては、太陽電池チップパネルの温度を効果的に下げることができないｋとがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を鑑み、本発明の太陽光熱ハイブリッドシステムは、
太陽光を受光して発電する太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルの太陽光入射面側及び前記太陽光入射面の反対面側に熱媒体が充填された上層流路及び下層流路と前記上層流路と前記下層流路を連通する中間流路とからなる集熱器と、
前記上層流路内の前記熱媒体温度情報を取得する監視部と、
前記熱媒体を送液する送液装置と、
前記監視部の情報を基に前記送液装置に送液の指示を出す制御部と
を備え、
前記熱媒体は設定光波長領域に吸収を有し、前記下層流路、前記中間流路、前記上層流路の順で送液され、
前記監視部で取得された前記熱媒体温度を基に、前記制御部により前記送液装置によって送液する前記熱媒体の流量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、太陽電池パネルの昇温を効果的に抑制すことができる太陽光熱ハイブリッドシステムを提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽光熱ハイブリッドシステムを示す概念図。
【図２】本発明の一実施形態に係るハイブリッドパネル１００の説明図。
【図３】本発明の一実施形態に係る太陽光熱ハイブリッドシステムの構成例。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜第１実施形態＞
（全体構成）
本発明の第１実施形態について、図を参照して構成を説明する。図１は、本発明に係る太陽光熱ハイブリッドシステムを示した図である。本発明に係る太陽光熱ハイブリッドシステムは、太陽光を受光して電気エネルギーに変換する太陽電池パネル１と太陽光を熱エネルギーとして回収する集熱器２からなるハイブリッドパネル１００と、集熱器２内の熱媒体の温度情報を取得する監視部６と、監視部６の情報を基に熱媒体の流量を指示する制御部３３と、集熱器２から給湯タンク５０に熱媒体を送液する送液装置３２を含む送液機構３と、送液装置３２で送液された熱媒体を貯蔵する給湯タンク５０と、ハイブリッドパネル１００へ送液する熱媒体貯蔵タンク５１からなる。
【００１０】
図２はハイブリッドパネル１００の詳細な構成の説明図である。ハイブリッドパネル１００は太陽光を電気エネルギーに変換する機能を有する太陽電池パネル１と、太陽電池パネル１における発電にはあまり寄与しない波長を含む光を吸収し、かつ太陽電池パネル１から発生する熱を回収する集熱器２とからなる。それぞれの作用についての詳しい説明は後述する。
【００１１】
太陽電池パネル１では太陽光を電気エネルギーに変換する。発電した電気は直接使用することもできるし、電気エネルギー貯蔵庫１２に電気を貯蔵してから必要に応じて各装置に供給することもできる。太陽電池パネル１から送液機構３や監視部６に配線を接続し、太陽電池パネル１で発電した電気を送液機構３や監視部６を動作させるのに用いても良い。
【００１２】
本発明において、集熱器２は、太陽電池パネル１への太陽光入射面側に設けられた上層流路２２と、太陽電池パネルにおける太陽光入射面とは反対面に設けられた下層流路２１と、上層流路２２と下層流路２１とを接続して連通する中間流路２３とからなり、上層流路２２、中間流路２３、下層流路２１には赤外線を含む光を吸収する熱媒体が充填されている。上層流路２２では、太陽光に含まれる赤外線を含む光を吸収して太陽電池パネル１に赤外線が入射するのを抑制し、下層流路２１では、太陽電池パネル１によって発生した熱を回収し、太陽電池パネル１の温度上昇を抑制している。
【００１３】
本実施形態における太陽光熱ハイブリッドシステムでは、図１に示す熱媒体貯蔵タンク５１、ハイブリッドパネル１００、給湯タンク５０の順番で熱媒体が流れる構成となっている。ここで、ハイブリッドパネル１００から給湯タンク５０への媒体の移動は、監視部６によって取得した上層流路２２の熱媒体温度情報に基づいた制御部３３の指示により送液機構３を駆動することによって行われる。
【００１４】
（太陽電池パネル）
太陽電池パネル１は太陽光を吸収し、吸収した光波長のエネルギーを電気エネルギーに変える装置である。すなわち、太陽電池パネル１が吸収できる波長領域の光のみを発電に利用することができる。
【００１５】
太陽電池パネル１は多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系半導体、ＣｄＴｅ（カドニウムテルル）系・ＣＩＧＳ（銅・インジウム・ガリウム・セレン）系などの化合物半導体など、さまざまな種類がある。この半導体の種類によって吸収できる光波長、即ち発電に利用できる光波長が決まるが、概ね、可視光〜近赤外光領域（４００〜１０００ｎｍ）程度の光波長が、太陽電池パネル１が発電に利用できる波長領域となる。本発明では特に半導体の種類に限定はないが、最も広く普及しているシリコン系半導体を用いた太陽電池パネルを採用するのが、コストを鑑みると有用である。
【００１６】
太陽電池パネル１で発電された電気エネルギーは電気エネルギー貯蔵庫１２へ一旦貯蔵され、必要に応じて家電等に供給される。ただし、太陽電池パネル１で発電された電気エネルギーの一部は、電気エネルギー貯蔵庫１２へ貯蔵されることなく、監視部６、制御部３３、送液装置３２などの稼働に利用されてもよい。
【００１７】
（集熱器）
集熱器２は太陽光に含まれる一部の光波長から変換された熱エネルギーおよび太陽電池パネル１で発生する熱エネルギーを回収する機能を有する。上述したように、集熱器２は太陽電池パネル１における太陽光入射面側に位置する上層流路２２と、太陽光入射面とは反対面側に位置する下層流路２１と、上層流路２２と下層流路２１とをつなぐ中間流路２３によって構成されている。
【００１８】
集熱器２には熱媒体が充填されている。ここで、本発明の熱媒体について説明する。本発明の熱媒体には給湯として直接利用できる水を用いることが好ましい。水は、可視領域では透明で１１００ｎｍ以上の光波長に光吸収特性を有しており、太陽電池パネル１で発電に利用できる光波長を透過しつつ、太陽電池パネル１で発電に利用できず昇温の要因となる１１００ｎｍ以上の光波長が太陽電池パネル１に入射することを抑制することができる。
【００１９】
更に、水によって吸収された光は熱エネルギーとして回収できるため、太陽光エネルギーを無駄なく利用することができる。そして熱媒体に水を用いることで、回収した熱媒体を直接給湯として利用できる。なお、熱媒体として水以外のものを使用した場合には、熱媒体の保有する熱を給湯タンク５０に充填された水に移行することなどによって利用可能である。水以外の熱媒体とは、例えば不凍液等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００２０】
熱媒体は集熱器２内を下層流路２１、中間流路２３、上層流路２２の順番で流れ、下層流路２１によって、太陽電池パネル１で発生する熱エネルギーを回収し、上層流路２２では太陽電池パネル１の発電に利用されない光すなわち１１００ｎｍ以上の光波長を主とする光から変換された熱エネルギーを回収する。
【００２１】
上層流路２２では、太陽電池パネル１の発電に利用できる光波長、即ち４００〜１０００ｎｍ程度の光波長を透過できる材料で形成されることが好ましい。更に、上層流路２２内の熱媒体が吸収する１１００ｎｍ以上の光波長を透過できる材料であることが好ましい。例えば、ガラスやアクリルなどいわゆる透明な部材は上述した太陽電池パネル１の発電に利用できる光波長を透過し、太陽電池パネル１に到達させることができる。１１００ｎｍ以上の光波長も透過でき、上層流路２２内の熱媒体によって１１００ｎｍ以上の光波長を吸収することができる。なお、上層流路２２を構成する材料としてはこれに限られず、例えば１１００ｎｍ以上の光波長に対してあまり透過率が高くない材料であっても良い。この場合、１１００ｎｍ以上の光によって昇温した上層流路２２自体と内部を流れる熱媒体との間で熱交換することで、結果的に太陽電池パネル１での発電に利用されない光波長によって発生する熱を回収することができる。
【００２２】
さらに、上層流路２２と太陽電池パネル１は非接触であることが好ましい。上層流路２２と太陽電池パネル１を非接触とすることで、上層流路２２に流れる熱媒体によって太陽光エネルギーから変換された熱エネルギーが太陽電池パネル１に移行することを効果的に抑制することができる。
【００２３】
一方、下層流路２１は太陽電池パネル１と接触するように配置されることが好ましい。下層流路２１と太陽電池パネル１とを接触させることで、太陽電池パネル１で発生した熱は下層流路２１へ効果的に移行し、下層流路２１内部を流れる熱媒体の温度を上昇させる。特に、太陽電池パネル１のバックシートに熱伝導性の良い金属部材を密着させるか、バックシートを熱伝導性の良い金属部材によって構成し、そこに下層流路２１を接触させることで、より効率よく下層流路２１内部を流れる熱媒体に熱を伝達することができる。このように太陽電池パネル１の熱を吸収することで太陽電池パネル１を冷却して、太陽電池パネル１が温度上昇することによる発電効率低下を効果的に抑制している。
【００２４】
太陽電池パネル１で発生した熱を、更に効率的に下層流路２１へ移行させるために、下層流路２１の部材に熱伝導率の高い材料を用いることが望ましい。例えば銅、ステンレス、アルミニウムを用いることによって速やかに熱伝達を行うことができる。下層流路２１を形成する部材が、上述したバックシートを兼ねていても良い。なお、太陽電池パネル１から発生した熱を回収した下層流路２１内の熱媒体が外部へ放熱することを抑制するために、下層流路２１と大気の接触面に対し、断熱するための構造を設けることが好ましい。断熱構造として下層流路２１の太陽電池パネル１との接触面以外を断熱部材で覆う方法がある。例えば、耐熱性があり、結露対策ができる断熱部材として、発泡ポリスチレン、硬質ウレタン、発泡フェノールなどがある。
【００２５】
中間流路２３は下層流路２１と上層流路２２とを接続するために設けられる。すなわち、上層流路２２に到達する熱媒体は、中間流路２３を通過した熱媒体となる。下層流路２１を流れる熱媒体によって太陽電池パネル１から回収した熱がこの中間流路２３で放熱しないような構造を設けることが望ましい。例えば中間流路２３の周囲を断熱部材で充填する方法がある。これによって、中間流路２３内を流れる熱媒体が放熱することを最小限に抑えることができる。断熱部材の種類として、耐熱性、結露を考慮して硬質ウレタンフォーム、ポリエチレンフォームをなどが好適に使用できる。
【００２６】
集熱器２の形状は、例えば、パイプ状にしてパイプ中に熱媒体を流す方式をとってもよいし、例えば向かい合った平板状で、平板間に熱媒体を流す構成をとってもよいが、太陽電池パネル１で発生した熱を効率良く移行させるため、下層流路２１は太陽電池パネル１の底面形状に追従する構成であることが望ましい。下層流路２１、中間流路２３、上層流路２２の材料として、上述したようにそれぞれの流路に適した材料を選定しても良いし、流路の製造の容易さから同じ材料のものを用いても良い。
【００２７】
なお、下層流路２１、中間流路２３、上層流路２２は熱媒体に対して一体となっていても良いし、上層流路２２内の熱媒体を滞留させ熱媒体を効率的に昇温できるように、上層流路２２と中間流路２３との間をバルブなどによって一時的に遮断し、上層流路２２内の熱媒体を優先的に昇温させることもできる。なお、バルブを設ける流路に特に限定はないが、中間流路２３に設けることが好ましい。
【００２８】
更に、上層流路２２は太陽光からの光エネルギーを効率的に利用するために、表面反射や乱反射を防止するような構成であることが望ましい。例えば、上層流路２２の太陽光入射面側の表層に反射防止構造体を設けたり、光の散乱が抑制できるように表面を研磨した研磨層を有したりすることが好ましい。
【００２９】
上層流路２２内の媒体温度を速やかに上昇させるため、上層流路２２と太陽電池パネル１との間に、太陽電池パネル１の発電に不必要な１１００ｎｍ以上の光波長を反射する赤外反射構造体を設置してもよい。赤外反射構造体は例えば、屈折率の異なる薄膜を複数積層した赤外反射膜等を用いることができる。一例として、上層流路２２の底面における太陽電池パネル１側の面に設けても良い。その場合、不必要な光波長の光をできるだけ太陽電池パネル１から遠い位置で反射することができるとともに、上層流路２２内を流れる熱媒体が赤外反射構造体に及ぼす経時的な影響を抑えることができる。
【００３０】
（監視部）
監視部６は上層流路２２内の熱媒体温度を監視するものである。例えば、図３に示す位置などに設けた温度センサ６１が好適に使用できる。温度センサ６１は例えば、２種類の異なる金属を接続して、両方の接点間に温度差により生じる起電力を利用した熱電対、もしくは、金属の電気抵抗特性を利用した測温抵抗体などを用いて直接熱媒体温度を測定することもできるし、放射温度計、サーモグラフィなどで熱媒体とは非接触で測定することもできる。温度センサ６１によって取得する上層流路２２の熱媒体温度は、上層流路２２内の熱媒体温度が設定温度以上となっていることを検出できるようにするため、最も熱媒体温度の低い場所を測定することが好ましい。例えば、上層流路２２内の太陽光入射面と反対側の面近傍の熱媒体温度を計測することが好適である。
【００３１】
温度センサ６１は上層流路２２に複数設けてもよいし、上層流路２２の一部にのみ設けてもよい。また、異なる温度センサ６１を複数用いてもよい。温度センサ６１で取得したデータは制御部３３に送信され、制御部３３はそれを基に、送液装置３２によって送液される熱媒体の流量を調整する。
【００３２】
温度センサ６１は必ずしも上層流路２２内の熱媒体温度を測定するものでなくてもよく、例えば、上層流路２２と大気との界面の温度と上層流路を構成する材料の熱伝導率から熱媒体温度を推測しても良い。温度センサ６１などから取得したデータを複合して上層流路２２内の熱媒体温度を推測しても良い。
【００３３】
（送液機構）
送液機構３は熱媒体が充填されている流路に接続される。送液機構３は、監視部６の情報を基に上層流路２２内の熱媒体温度が設定温度以上であるかを判断して送液装置３２へ熱媒体の流量を指示する制御部３３と、制御部３３からの制御情報を基に設定流量の熱媒体を送液する送液装置３２とで構成されている。本システムにおいては、給湯タンク５０に送出した熱媒体が、再度熱媒体貯蔵タンク５１に流入し、そのまま循環しながら熱交換するように構成しても良いし、給湯タンク５０に送出した熱媒体が他の装置等に流入するように構成しても良い。また、その一部のみが再度熱媒体貯蔵タンク５１に流入するように構成しても良い。
【００３４】
ここで、設定温度は給湯使用用途によって決定することができる。例えば、給湯に利用可能であり、長期に亘り太陽光熱ハイブリットシステムを運用できる温度として４５〜７０℃とすることができる。更に給湯で、入浴、厨房、洗面で直接利用する場合の最適温度は４５〜５５℃程度が好ましい。４５℃未満だと、給湯として使用するには別の機構で加熱する必要が生じ、７０℃より高い温度で熱媒体を連続的に流すとハイブリッドパネル１００が破損する要因となり得る。
【００３５】
送液機構３は給湯タンク５０と上層流路２２との間に配置してもよいし、下層流路２１と熱媒体貯蔵タンク５１との間に配置しても良い。または、集熱器２の内部に配置する構成をとっても良い。
【００３６】
熱媒体の流れの制御方法としては、上層流路２２内の熱媒体温度に連動して送液装置３２の稼働、非稼働を切り替えても良いし、送液装置３２によって送液される熱媒体の流速を調整し、熱媒体の流量を変化させてもよい。
【００３７】
上層流路２２に充填されている熱媒体を給湯タンク５０へ送液する送液装置３２として小水量高揚程の性能を有するポンプを用いるのが望ましい。例えば、ポンプの種類としてはキャンド式ポンプ、マグネットドライブ方式ポンプが挙げられる。上述したポンプにおいては上層流路２２を通過する熱媒体が、高温状態になることを想定し、耐熱性能を有することが望ましい。ポンプによる送液装置３２の送液について述べたがこれに限定されず、他の方式によって送液することもできる。例えば、集熱器２内に設けたファンを稼働することによって上層流路２２内の媒体を給湯タンク５０に送液しても良い。給湯タンク５０に到達した熱媒体はすぐに給湯として使用してもよいし、給湯使用するまで保温して貯湯しても良い。
【００３８】
また、予め設定された時間が経過しても上層流路２２内の熱媒体温度が設定の温度に上昇しない場合や熱媒体温度の上昇率が著しく低い場合には、熱媒体の衛生面などから上層流路２２内の媒体を強制的に排出する機構を設けても良い。例えば上層流路２２内の媒体が、予め設定された時間経過しても設定温度に到達していない場合、制御部３３から送液装置３２が稼働するように指令を出す。この時、設定温度に到達しなかった熱媒体は、熱媒体貯蔵タンク５１に送液し、再度集熱器内を循環させてもよい。衛生面を考慮し、強制排出した熱媒体は、廃棄するようにしても良い。
【００３９】
予め設定された時間は気温などを考慮して適宜設定することができる。また、上層流路２２内の熱媒体温度が設定温度に対して高くなるような使用環境の際は、送液装置３２により送液される熱媒体の流量を大きくして、熱媒体温度が過度に昇温しないようにしてもよい。このようにすることで、ハイブリッドパネル１００内の過度な温度上昇を防止し、構成部材の劣化を抑制することができる。
【００４０】
（給湯タンク）
給湯タンク５０は集熱器２で集熱した熱媒体を一時的に貯蔵する機能を有する。給湯タンク５０に流れ込んだ熱媒体は、そのまま給湯使用することもできる。給湯タンク５０の容量は一人一日当たりの使用湯量と使用人数から設定することが望ましい。給湯タンク５０は集熱器２で温められた熱媒体が給湯タンク５０の外部へ放熱することによって、温度低下することを防止するために、断熱構造を取ることが望ましい。断熱構造を取る方法として、例えば、給湯タンク５０の周囲に断熱材を充填させる方法などがある。使用環境により結露する可能性があるため、断熱部材として、耐水性に優れることが好ましい。例えば、断熱部材として、耐熱性を有し、かつ放熱を少なくする発泡ポリエチレンや発泡ウレタンなどが最適な素材である。なお、不凍液などの直接給湯と使用できない熱媒体を用いる場合は、熱媒体の保有する熱を給湯タンク５０内の給湯に使用する水に移行させる機構が設けられている。
【００４１】
（システムの構成）
図３に本実施形態に係る太陽光熱ハイブリッドシステムの構成図を示す。本実施形態では上層流路２２内で熱媒体の温度を検知し、その温度情報を基に送液装置３２で給湯タンク５０へ送液する構成をとっている。
【００４２】
本実施形態では熱媒体貯蔵タンク５１、太陽電池パネル１、集熱器２、送液機構３、給湯タンク５０を有し、送液機構３には上層流路２２内を充填している熱媒体の温度を計測する温度センサ６１、太陽電池パネル１で発電された電気エネルギーを貯蔵する電気エネルギー貯蔵庫１２が設置されている。
【００４３】
熱媒体としては水を用いている。水は１１００ｎｍ以上の赤外光を吸収するため、この波長領域の光を熱エネルギーに変換できるためである。
【００４４】
本実施形態では、太陽電池パネル１はシリコン系半導体を用いた太陽電池を用い、構造は平面状となっている。本実施形態で用いる太陽電池パネル１は４００〜１０００ｎｍ程度の光波長を電気エネルギーに変換できる。また、波長４００〜１０００ｎｍの光の大部分は上層流路２２を透過して太陽電池パネルに到達するようになっている。
【００４５】
集熱器２は下層流路２１と上層流路２２との間に、中間流路２３が接続されている構成となっている。下層流路２１は太陽電池パネル１で発生する熱を効果的に移動できるように、太陽電池パネル１底面と同様の平面構造をとっており、太陽電池パネル１の裏面と面接触している。下層流路２１が太陽電池パネル１と面接触することで、下層流路２１内の熱媒体で太陽電池パネル１の熱を効率的に回収することができ、太陽電池パネル１の昇温を効果的に抑制することができる。下層流路２１の材質は太陽電池パネル１で発生する熱を熱媒体へ速やかに移行させるために、本実施形態においては腐食性、軽量化、熱伝導性も考慮してステンレスを用いている。
【００４６】
中間流路２３は、太陽電池パネル１から受熱して下層流路２１を通過した熱媒体が流れてくるため、放熱を抑制するための断熱構造を設けている。本実施形態では中間流路２３を管状構造とし、その周囲を断熱部材で覆う構成とする。断熱部材の材質は熱媒体温度が高温状態でも利用できるように硬質ウレタンフォームを用いる。本実施形態において中間流路２３は製造コストを鑑み、後述の上層流路２２と同一の材料で一体に構成した。
【００４７】
本実施形態では、上層流路２２は太陽電池パネル１の太陽光入射面側に配置し、上層流路２２と太陽電池パネル１とは非接触となるように間隔を空けて配置する。上層流路２２を太陽電池パネル１の太陽光入射面側に配置することによって、太陽電池パネル１の発電に利用できない光を上層流路２２内の熱媒体が吸収し、熱として回収することができる。そして、発電に利用できない光の入射による太陽電池パネル１の昇温を抑制することができ、発電効率を維持することができる。なお、上層流路２２は、光の透過性を考慮しアクリル材を使用して形成されている。
【００４８】
更に、上層流路２２内の媒体温度を速やかに上昇させるため、本実施形態では上層流路２２内の太陽光出射面（上層流路２２の底面における太陽電池パネル１側の面）に赤外反射構造膜を設置し、太陽光の１１００ｎｍ以上の光波長を反射させ、再び、上層流路２２内の媒体で吸収できるようにしている。本実施形態では赤外線の反射特性を有する材料としてTiO2とSiO2の積層膜からなる赤外カットフィルタを用いている。
【００４９】
監視部６として集熱器２内の熱媒体温度を計測する温度センサ６１を設置している。温度センサ６１に用いる駆動電源は太陽電池パネル１で発電した電気エネルギーを利用しても良い。本実施形態では上層流路２２の内部に測温抵抗体からなる温度センサ６１が設けられ、上層流路２２内に充填している熱媒体温度を測定する。上層流路２２内の熱媒体全体の温度が設定温度以上であることを確保するために本実施形態では、最も測定温度が低くなると推測される上層流路２２内の下面に温度センサ６１を設置している。なお、本実施形態では、温度センサ６１から制御部３３へつなぐ配線による影の影響を考慮し、無線通信機能を有する温度センサを使用している。
【００５０】
送液機構３は集熱器２内の熱媒体を流す送液装置３２と送液装置３２の稼働を制御する制御部３３から構成されている。本実施形態では送液機構３は熱媒体が流れる流路上である上層流路２２の下流端に配置されている。制御部３３の機能として、温度センサ６１が設定温度以上を感知すると、制御部３３の指示により送液装置３２が稼働し、上層流路２２内の熱媒体が給湯タンク５０へ流れる。このとき、上層流路２２内から給湯タンク５０へ流れる流体の流量は、上層流路２２内に貯留されている熱媒体全体が入れ変わる程度の流量であることが好ましいが、それよりも少なくても良い。少なくした場合には、熱交換していない熱媒体が給湯タンク５０へ送出されることを防ぐことができる。
【００５１】
一方、温度センサ６１が設定温度よりも小さい値を示すとき、送液装置３２は稼働せず、集熱器２内に熱媒体が滞留する状態となる。
【００５２】
送液装置３２は高温・高圧条件においても機能を維持でき、少量で高揚程であるものが望ましい。本実施形態ではキャンド式モータを用いている。
【００５３】
本実施形態では上層流路２２内の熱媒体流量を制御する方法の一例として、送液装置３２の稼働時間を設定する。送液装置３２の稼働時間は上層流路２２に充填される熱媒体の容積に対し、設定流量で除した値を表し、送液装置３２の稼働時間に達したら、送液装置３２が停止するように制御する。すなわち、稼働時間に亘って稼働することで、上層流路２２内の熱媒体がすべて入れ替わる時間を設定している。
【００５４】
上層流路２２内の熱媒体温度が設定温度に達したときに制御部３３によって、送液装置３２の稼働時間を制御することで、別の機構による加熱を利用せず、給湯に利用可能な温度以上の熱媒体を直接利用することができる。ここで、送液装置３２、制御部３３に用いる駆動電源は太陽電池パネル１で発電した電気エネルギーを利用できるように接続される。
【００５５】
給湯に直接使用できる好適な温度は４５〜５５℃であるが、本実施形態においての設定温度は５０℃とした。すなわち、上層流路２２内の熱媒体温度が５０℃未満の時、送液装置３２によって上層流路２２内の熱媒体は滞留される。一方、上層流路２２内の熱媒体温度が常に５０℃以上に達する場合、送液装置３２によって上層流路２２内の熱媒体の流量を上昇させることで、ハイブリッドパネル１００の温度が過度に上昇すること抑制するようにしている。
【００５６】
給湯タンク５０はタンクの周囲に断熱部材を充填し、熱媒体が保持している熱が逃げないようにする。本実施形態では耐熱性が高く、使用環境による結露を防止することを考慮し、断熱部分に発泡ウレタンを用いる。
【００５７】
以上説明した本実施形態の作用をまとめると、熱媒体貯蔵タンク５１から下層流路２１へ供給された熱媒体の温度が２０℃の場合、本実施形態のハイブリッドパネル１００を通過させることで、上層流路２２内の熱媒体温度が本実施形態で設定した５０℃へ温度上昇させた後で給湯タンク５０へ流入させることができる。そしてこの場合、給湯タンク５０に送出された時点では４５°〜５０°程度で回収することができ、給湯として好適に利用することができる。すなわち、本実施形態の構成をとることで従来の課題である太陽電池パネル１の昇温による発電効率低下を抑制し、補助的な加熱機構を用いずに給湯に直接利用できる温度以上の熱媒体を得ることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  太陽電池パネル
２  集熱器
３  送液機構
４  熱媒移動流路
６  監視部
１２  電気エネルギー貯蔵庫
２１  下層流路
２２  上層流路
２３  中間流路
３２  送液装置
３３  制御部
５０  給湯タンク
５１  熱媒体貯蔵タンク
６１  温度センサ
１００  ハイブリッドパネル
【図１】
2020003112.tif 000003
【図２】
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【図３】
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