(57)【要約】      （修正有）【課題】日中の太陽電池セル温度を低下させることができる太陽光発電機を提供する。【解決手段】太陽電池セル２と、太陽電池セル２の裏面側に熱的に接触するように配置された蓄熱材６と蓄熱材６の過冷却を解除する発核手段７とを収容する蓄熱材充填部５とを有する太陽電池モジュール１００と、発核手段７を制御する制御部８と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルと、前記太陽電池セルの裏面側に熱的に接触するように配置された蓄熱材と前記蓄熱材の過冷却を解除する発核手段とを収容する蓄熱材充填部とを有する太陽電池モジュールと、
前記発核手段を制御する制御部と、を有することを特徴とする太陽光発電機。
【請求項２】
前記制御部は、前記太陽電池セルが発電する電力量を測定し、
前記制御部は、前記測定した電力量と予め定められた設定発電量を比較し、前記測定した電力量が前記設定電力量以下の場合、前記発核手段を操作し、過冷却状態の前記蓄熱材を発核させることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電機。
【請求項３】
前記制御部は、時刻を測定し、
前記制御部は、前記測定した時刻と予め設定された設定時刻とを比較し、前記測定した測定時刻が前記設定時刻と同刻又は経過した場合、前記発核手段を操作し、過冷却状態の前記蓄熱材を発核させることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電機。
【請求項４】
前記太陽電池モジュールは、重力の鉛直方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽光発電機。
【請求項５】
前記蓄熱材充填部は、分離壁によって分割された複数の領域からなり、
前記分離壁は、前記蓄熱材充填部の下面と上面を接続し、
前記分離壁は、前記蓄熱材が重力方向へ移動することを妨げる向きに形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽光発電機。
【請求項６】
前記分離壁で分割された蓄熱材充填部には、融点の異なる蓄熱材が充填されていることを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、太陽光発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルはセル温度の上昇に伴い発電効率が低下するという課題がある。
特に、電力需要が最も高い夏季の昼間はセル温度が上昇するため、セル温度を冷却することで発電効率を改善する提案がいくつかなされている。
そこでセル温度を低下させる方法として潜熱蓄熱材でセルの熱を吸熱することが知られている。日射量が高く、かつ外気温度が高い地域ではセル温度が非常に高温となるため、セルから蓄熱材への蓄熱が短時間で進み、日中に蓄熱材が完全に融解して融点以上の温度になってしまうことがある。この場合、蓄熱材が融点以上から融点以下に下がる過程で蓄熱材からセルに凝固潜熱が長時間放出され、日没前の夕方に太陽電池セルの温度が高温に保持され、発電量が低下する課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０８４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態の太陽光発電機は、日中の太陽電池セル温度を低下させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の太陽光発電機は、太陽電池セルと、太陽電池セルの裏面側に熱的に接触するように配置された蓄熱材と蓄熱材の過冷却を解除する発核手段とを収容する蓄熱材充填部と、を有する太陽電池モジュールと、発核手段を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態の太陽光発電機の概念図である。
【図２】図２は、実施形態の太陽光発電機の動作にかかるチャート図である。
【図３】図３は、実施形態の太陽電池セルの時刻別発電量と温度変化の関係を示すグラフである。
【図４】図４は、実施形態の太陽光発電機の動作にかかるチャート図である。
【図５】図５は、実施形態の太陽光発電機の概念図である。
【図６】図６は、実施形態の太陽光発電機の動作にかかるチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各実施形態で共通する詳細な説明は適宜省略する。なお、以下の日中、夕方や夜とは晴天時の日射量に応じた表現であって、時間帯を制限する表現ではない。
【０００８】
［第一の実施形態］
図１は、第一の実施形態に係る太陽光発電機１００の概念図である。図１の太陽光発電機１００は、ガラス板１、太陽電池セル２、封止材３、伝熱板４、蓄熱材充填部５、蓄熱材６と発核手段７とで構成される太陽電池モジュール１０と、制御部８と、で構成される。よって、太陽電池セル２の熱は封止材３、伝熱板４、蓄熱材充填部５を通して蓄熱材６に伝わる構成である。重力と反対方向をＹ軸、Ｙ軸の鉛直方向をＸ軸とする。
【０００９】
ガラス板１は、太陽電池セル２の表面の保護層となる板である。ガラス板１としては、低反射性のものが好ましい。
【００１０】
太陽電池セル２は、ガラス板１から入射する太陽光を電気に変換して発電を行う。太陽電池モジュール１０には、太陽電池セル２を複数備え、太陽電池セル２間は電気的に接続している。太陽電池セル２の光電変換素子には、シリコン系、化合物系、有機系、量子ドット系や多接合型など各種光電変換素子を用いることができ、特に限定されるものではない。
【００１１】
封止材３は、太陽電池セル２を封止し、ガラス１との接着を行う。封止材３としては、例えば、ＥＶＡ（ポリエチレン酢酸ビニル）などを用いることができる。図１では、封止材３は、太陽電池セル２間にも含まれているが、シート状の封止材３で太陽電池セル２を挟んでもよい。
【００１２】
伝熱板４は、太陽電池セル２の裏面側に形成されている。伝熱板４は、太陽電池セル２からの熱を効率良く蓄熱材充填部５内の蓄熱材６に伝える部材である。伝熱板４としては、接着層を用いることもでき、また、封止材３によって代替出来る場合は、省略することができる。
【００１３】
蓄熱材充填部５は、太陽電池セル２の裏面側に熱的に接触するように形成されている。蓄熱材充填部５は、蓄熱材６と発核手段７とを内部に含む。蓄熱材充填部５は、その筐体を樹脂性容器、金属容器、金属・樹脂複合容器もしくはこれら材料のフィルムで構成された袋とすることができる。蓄熱材７の凝固・融解に伴う体積変化に追従可能な部材を蓄熱材充填部５に用いることが好ましい。
【００１４】
蓄熱材６は、太陽電池セル２の熱を回収し、貯蔵し、放出する。常温（２０℃）以上１００℃以下の範囲で融点を持ち、かつ過冷却を有する潜熱蓄熱材を用いることが好ましい。過冷却を有する潜熱蓄熱材とは、融点以下の温度でも固化せずに液体で準安定に存在する物質で、硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム水和物、エリスリトールなどを用いることができる。これら蓄熱材は３０℃以上９０℃以下の範囲に融点を有しており、かつ融点から３０℃以上の低い温度で過冷却状態を有する。
【００１５】
発核手段７は、蓄熱材６とその一部が接触し、過冷却状態にある蓄熱材６を固化（結晶化）させる機能を果たす。具体的な発核方法は、２本の電極を挿入し、電極間に電圧を印加する方法、凹凸を有する板バネとアクチュエータで構成され、アクチュエータで板バネを動かす方法、熱電素子に電圧を印加して極所急冷する方法、結晶核を結晶核収納容器より投入して核生成させる方法などを用いることができる。
【００１６】
制御部８は、太陽電池セル２と配線Ｌ１で接続され、発核手段７と配線Ｌ２で接続される。制御部８は、集積回路を含む電子回路で構成され、ハードウェア又はソフトウェアで制御される。発核手段７の動作条件は制御部８に記憶されている。太陽電池セル２で発電した電力は配線Ｌ１を通して制御部８に送られる。これにより制御部８ではセルの発電電力量を測定する。また、発核手段７の動作指令は配線Ｌ２を通して制御部８から発核手段７に送られる。制御部８は、太陽電池モジュール１０内に含まれていてもよいし、太陽電池モジュール１０外の例えばパワーコンディショナ等の装置内に含まれていてもよい。
【００１７】
また、実施形態の伝熱板４、蓄熱材充填部５、蓄熱材６と発核手段７を既存の太陽電池モジュールの裏面に取り付けることで、既存の太陽電池モジュールを実施形態の太陽電池モジュールや太陽光発電機に改造することができる。
【００１８】
次に、実施形態の太陽光発電機の動作（太陽光発電システム）について説明する。実施形態の太陽光発電機の動作は、上記制御部８によって制御される。図２は太陽光発電機１００の運転方法に係るフローチャートである。このフローチャートは予め制御部８に記録されており、その条件に応じて配線Ｌ１、配線Ｌ２を通して各機器を操作する。なお、ステップＳ００１の時点で、蓄熱材６は、太陽電池セル２からの熱を回収し、過冷却状態にある。
【００１９】
図２のフローチャートでは、まず、制御部８は、配線Ｌ１を通して太陽電池セル２が発電する電力量を測定する（電力検知：ステップＳ００１）。そして測定した電力量(検知電力値)と予め定められた設定電力量（設定電力値）を比較し判定を行う（ステップＳ００２）。そして測定した電力量が予め定められた設定電力量以下の場合、配線Ｌ２を通して発核手段７に発核信号を与える。これにより蓄熱して過冷却状態に保持された蓄熱材６が結晶化して潜熱が放出される。ステップＳ００２での電力判定には、測定した電力量の瞬時値を使う他、数分〜数時間の時間平均電力量、単位時間あたりの電力変化量などを用いることができる。なお、測定した電力量が予め定められた設定電力量より大きい場合は、再度、電力量を測定する（ステップＳ００１）。
【００２０】
図３に図２のフローチャートに基づいて太陽光発電機１００を運転した場合の、太陽電池セル２の時刻別発電量と温度変化の関係のグラフを示す。
日中（朝〜夕方前）の日射量が多い時間帯は、太陽電池セル２は、発電し、太陽熱を吸収して温度上昇する。蓄熱材６は太陽電セル２と熱的に接触しているため、太陽電池セル２の熱は、太陽電池セル２と蓄熱材６との温度差で蓄熱材６に蓄熱される。これにより太陽電池セル２の温度上昇が抑制され、太陽電池セル２温度上昇に伴う発電量低下を抑えることができる。時間とともに太陽電池セル２から蓄熱材６への吸熱が進み、蓄熱材６が融点以上となると蓄熱材６は固体から液体に固化する（日中領域・日射量多）。
【００２１】
そして、日没に近づく等により日射量が低下すると、太陽電池セル２温度が低下する。この時、蓄熱材６の温度が蓄熱材６の融点以下となっても、蓄熱材６は、過冷却を保持する。従って、蓄熱材６は、融点で温度保持されることなく、凝固潜熱を放出せずにその温度が低下する。従って、蓄熱材６からの熱の放出が無いため、太陽電池セル２温度は低下し、温度に伴う発電量の低下を抑制することができる（夕方領域・日射量低）。
【００２２】
夜間になると、太陽の日射がないため、太陽電池セル２温度はさらに低下し、大気温度に近づく。そこで、発電量が予め定められた設定電力値より下がる時刻を夜間と判断し、下限電力値より発電量が下がった時点で過冷却した蓄熱材６を発核させ、放熱させる（夜間領域・日射量無）。夜間は発電がほとんどないため、放熱に伴う温度上昇を受けても、発電量を低下させることがない。一方、夜間に蓄熱材６の潜熱を放熱させることで夕方に蓄熱材６が融点を上回った場合にも、融点以下の温度が下がる過程で潜熱を放出することなく、太陽電池セル２の温度を低減することが可能となる。
【００２３】
［第二の実施形態］
図４に時刻に基づいた太陽光発電機１００の運転方法（太陽光発電システム）に係るフローチャートを示す。
第一の実施形態では、太陽電池セル２の発電量を測定し、その値に基づいて発核信号を操作していたが、本実施形態では、発電時間帯（日中および夕方）が終了する夜間を時刻に基づいて測定し、発核信号を操作することも可能である。測定する時刻は、制御部８に内蔵された時計又は制御部８が外部装置から取得した時刻である。
【００２４】
まず、制御部８は時刻を測定する（時刻検知：ステップＳ０１０）。そして測定した時刻（検知時刻）と予め定められた設定時刻とを比較して判定を行う（ステップＳ０１１）。そして測定した時刻が予め定められた設定時刻と同刻又は経過した場合、配線Ｌ２を通して発核手段に発核信号を与える（ステップＳ０１１→ステップＳ０１２）。これにより蓄熱して過冷却状態に保持された蓄熱材６が結晶化して潜熱が放出される。本方式では設定時刻を夜間に設定することで、夜間に蓄熱材６を発核させ、放熱させることが可能となる。測定した時刻が予め定められた設定時刻とより前である場合、再度、時刻を測定する（ステップＳ０１１）。
【００２５】
［第三の実施形態］
図５は、第三の実施形態に係る太陽光発電機２００の概略図である。太陽光発電機２００は、ガラス板１、太陽電池セル２、封止材３、伝熱板４、蓄熱材充填部５０、蓄熱材６０と発核手段７０とで構成される太陽電池モジュール２０と、制御部８と、で構成される。蓄熱材充填部５０の領域を分割する分離壁９０が設けられている。分離壁９０は、蓄熱材充填部５０の上面と下面を接続する。なお、蓄熱材充填部５０の上面とは、太陽電池セル２側の面であり、下面はその反対面である。太陽光発電機２００の太陽電池モジュール２０は、Ｘ軸方向からＹ軸方向に、重力の鉛直方向に対してθ１だけ傾斜している。ここでθ１は太陽から太陽電池セル２への日射量が最大となるよう、その角度が定められることが好ましい。分離壁９０は、蓄熱材６０が重力方向へ移動することを妨げる向きに形成される。また、分離壁９０は蓄熱材充填部に対してθ２の角度を有する。
【００２６】
蓄熱材充填部５０は分離壁９０（９０ａｂ、９０ｂｃ、９０ｃｄ）によって、複数に分割された領域（５０ａ〜５０ｄ）からなる。各々の領域に蓄熱材（６０ａ〜６０ｄ）が充填され、発核手段（７０ａ〜７０ｄ）が設置される。蓄熱材充填部５０ａ〜５０ｄの各領域の蓄熱材（６０ａ〜６０ｄ）が混入しないよう分離されている。分離壁９０は、蓄熱材充填部５０と同様の材料で構成される。また、領域５０ａ〜５０ｄはそれぞれが蓄熱材６０を収容する別容器であって、並列に接続されていてもよい。
【００２７】
図５では、分離壁９０は、蓄熱材充填部５０の下面又は上面の鉛直方向（θ２＝９０°）を向くように形成されている。そして、太陽電池セル２に合わせて、蓄熱材充填部５０の領域が４等分になるように分離されている。本構成は実施形態の一例であり、傾斜角度θ、蓄熱材７０と蓄熱材充填部５０の分割領域の条件から好適な形態を採用することができる。
【００２８】
発核手段７０ａ〜７０ｄは配線Ｌ２０で制御部８に接続される。これにより発核手段７０ａ〜７０ｄの動作指令は配線Ｌ２０を通して制御部８から発核手段７０ａ〜７０ｄにそれぞれ送られる。
【００２９】
次に太陽光発電機２００の運転方法について説明する。
図６は太陽光発電機２００の運転方法に係るフローチャートである。このフローチャートは予め制御部８に記録されており、その条件に応じて配線Ｌ１、配線Ｌ２０を通して機器を操作する。
図６のフローチャートでは、まず、制御部８は、配線Ｌ１を通して太陽電池セル２が発電する電力量を測定する（電力検知：ステップＳ０２１）。そして測定した電力量（検知電力値）と予め定められた設定電力量（設定電力値）を比較し判定を行う（ステップＳ０２２）。そして測定した電力量が予め定められた設定電力量以下の場合、配線Ｌ２０を通して発核手段７０ａ〜７０ｄの全てに発核信号を与える。これにより蓄熱して過冷却状態に保持された蓄熱材６０が結晶化して潜熱が放出される。なお、測定した電力量が予め定められた設定電力量より大きい場合は、再度、電力量を測定ないし測定する（ステップＳ０２１）。
【００３０】
蓄熱材６０は融点以上になると固体から液体に変化するが、固体と液体には密度差があるため、対流などにより固体が重力方向下部に沈殿する傾向がある。太陽電池モジュール２０がθ傾斜する場合、蓄熱材充填部５０ａ〜５０ｄが連通していると固体の蓄熱材６０は、５０ｄから５０ａの方向に沈殿していき、５０ａの領域に固体の蓄熱材６０が蓄積する。この場合、５０ｄの領域では蓄熱材６０が融解して高温の液体となり接する部分のセル温度が上昇する。そして、５０ａの領域では固体の蓄熱材６０が融解せずに残るため、過冷却せずに潜熱を放出してしまう。そこで、本実施の形態では蓄熱材充填部５０の下面と上面を接続する分離壁９０を用いることで蓄熱材充填部５０を５０ａ〜５０ｄに分割する。分離壁９０は、蓄熱材６０が重力方向へ移動することを妨げる向きに形成され、６０ａ〜６０ｄの蓄熱材６０は互いに分離されているため、上記５０ｄの領域で固体状態の蓄熱材６０ｄが５０ａの領域に移動することはない。よって、日中、夕方ともに各領域（５０ａ〜５０ｄ）の蓄熱材６０が均一に太陽電池セル２を均一に冷却することが可能となり、発電量を向上させることが可能となる。
また、蓄熱材充填部５０a〜５０ｄで融点の異なる蓄熱材６０a〜６０ｄを入れても良い。蓄熱材６０ｄに高温の融点の潜熱蓄熱材を使用し、６０aに低温の融点の潜熱蓄熱材を使用することで、上記課題をより抑制することが可能となる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定解釈されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成することができる。例えば、変形例の様に異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１００、２００…太陽光発電機、１０、２０…太陽電池モジュール、１…ガラス板、２…太陽電池セル、３…封止材、４…伝熱板、５、５０…蓄熱材充填部、６、６０…蓄熱材、７、７０発核手段、８…制御部、９０…分離壁、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ２０…配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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