(57)【要約】      （修正有）【課題】日光の光エネルギーおよび熱エネルギーを電気エネルギーに変換し出力することができる複合型光熱発電装置を提供する。【解決手段】複合型光熱発電装置は、断熱ケース１００、集熱ユニット２００、発電モジュール３００、および太陽光発電パネル４００を含む。断熱ケースは開口部１１０を有し、さらに開孔１２０が設けられる。集熱ユニットは断熱ケース内に収容され、さらに開口部の位置に対応させて設置され、集熱ユニットの少なくとも一部分は開孔の位置に対応させて配置される。発電モジュールはスターリングエンジン３１０および発電機３２０を含み、スターリングエンジンは開孔を通して集熱ユニットと接着され、スターリングエンジンの動力は発電機と接続される。太陽光発電パネルは開口部に設置され、集熱ユニットを覆い、なおかつ接触する。これにより、日光の光エネルギーおよび熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。【選択図】図１
2014177895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有し、さらに開孔が設けられた断熱ケースと、
該断熱ケース内に収容され、該開口部の位置に対応させて設置され、少なくとも一部分が該開孔の位置に対応させて配置される集熱ユニットと、
スターリングエンジンおよび発電機を含み、該スターリングエンジンが該開孔を通して該集熱ユニットと接着され、該スターリングエンジンの動力が該発電機と接続される発電モジュールと、
該開口部に設けられ、該集熱ユニットを覆い、なおかつ接触する太陽光発電パネルと、
を含む複合型光熱発電装置。
【請求項２】
該発電機と電気的に接続されるインバータをさらに含む、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項３】
該太陽光発電パネルと電気的に接続されるインバータをさらに含む、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項４】
該スターリングエンジンが高温側および該高温側から離れた低温側を含み、該高温側が該集熱ユニットと接着される、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項５】
放熱ユニットをさらに含み、該放熱ユニットが該低温側に設置され、さらに該低温側と熱接続される、請求項４に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項６】
該放熱ユニットが放熱フィン群を含む、請求項５に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項７】
該集熱ユニットが真空集熱管を含む、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項８】
該集熱ユニットが平板型集熱器を含み、該平板型集熱器が金属管ループを含み、該金属管ループが該太陽光発電パネルと接触する、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項９】
オプティマイザおよびインバータをさらに含み、該オプティマイザが該発電機と電気的に接続され、該インバータが該オプティマイザと電気的に接続される、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項１０】
オプティマイザおよびインバータをさらに含み、該オプティマイザが該太陽光発電パネルと電気的に接続され、該インバータが該オプティマイザと電気的に接続される、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電装置に関し、特に光エネルギーおよび熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる複合型光熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球に埋蔵されているエネルギーは次第に枯渇し、エネルギー危機が引き起こされており、そのため、人々も次第に省エネルギーについて考え始めた。この問題に対応するため、既存エネルギーの使用を節約する以外に、新しい代替エネルギーを開発することも、もう１つの重要な課題となっている。したがって、豊富に存在する日光が、現在最も優れたエネルギーの代替案であることは明らかである。
【０００３】
日光は光エネルギーおよび熱エネルギーを提供することができる。既存の技術において、多くの光電変換装置および熱電変換装置が存在し、それぞれ光エネルギーおよび熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。例えば、周知の太陽光パネルは光電変換装置であり、日光から提供される光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。例えば、ＵＳ４７０７９９０の特許で提供される太陽光スターリングエンジンは熱電変換装置であり、これは、ディスク型集熱器が日光から提供される熱エネルギーを収集し、さらにスターリングエンジン（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅ）が日光から提供される熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【０００４】
日光が照射されると、光エネルギーおよび熱エネルギーが同時に提供されるが、既存技術の多くは、同一単位の日光内における、単一エネルギーを変換することしかできず（例えば光エネルギーを電気エネルギーに変換するか、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する）、したがって、同一単位の日光内に含まれる光エネルギーおよび熱エネルギーを、どちらも電気エネルギーに変換することはできない。例えば、一般の太陽光パネルは光電変換を行うことしかできず、日光の照射を受けると、日光の熱エネルギーを吸収し、その温度を上昇させることができるが、一般的な太陽光パネルはその吸収した熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができない。したがって、エネルギーの変換効率は好ましくない。
【０００５】
このことから、本発明者グループは上記既存技術に対し、鋭意研究を重ね、また学問的理論を組み合わせ、上記の問題点を可能な限り解決することを改良の目標とした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ４７０７９９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、日光の光エネルギーおよび熱エネルギーを電気エネルギーに変換し出力することができる複合型光熱発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明は断熱ケース、集熱ユニット、発電モジュールおよび太陽光発電パネルを含む複合型光熱発電装置を提供する。断熱ケースは開放状で開口部を有し、さらに開孔が設けられる。集熱ユニットは断熱ケース内、さらに開口部に対応する位置に収容され、集熱ユニットの少なくとも一部分は、開孔の位置に対応させて配置される。発電モジュールはスターリングエンジンおよび発電機を含み、スターリングエンジンは第２開口部を通して集熱ユニットと接着され、スターリングエンジンの動力は発電機と接続される。太陽光発電パネルは開口部に設置され、集熱ユニットを覆い、なおかつ接触する。
【０００９】
好ましくは、前述した複合型光熱発電装置は、発電機と電気的に接続されるインバータをさらに含む。
【００１０】
好ましくは、前述した複合型光熱発電装置は、太陽光発電パネルと電気的に接続されるインバータをさらに含む。
【００１１】
好ましくは、前述した複合型光熱発電装置は、そのスターリングエンジンが高温側および高温側から離れた低温側を含み、高温側は集熱ユニットと接着される。
【００１２】
好ましくは、前述した複合型光熱発電装置は放熱ユニットをさらに含み、放熱ユニットは低温側に設置され、さらに低温側と熱接続される。
【００１３】
好ましくは、前述した複合型光熱発電装置は、その放熱ユニットが放熱フィン群を含む。
【００１４】
好ましくは、前述した複合型光熱発電装置は、その集熱ユニットが真空集熱管を含む。
【００１５】
好ましくは、前述した複合型光熱発電装置は、その集熱ユニットが平板型集熱器を含み、平板型集熱器は金属管ループを含み、金属管ループは太陽光発電パネルと接触する。
【００１６】
好ましくは、前述した複合型光熱発電装置はオプティマイザおよびインバータをさらに含み、オプティマイザは発電機と電気的に接続され、インバータはオプティマイザと電気的に接続される。
【００１７】
好ましくは、前述した複合型光熱発電装置はオプティマイザおよびインバータをさらに含み、オプティマイザは太陽光発電パネルと電気的に接続され、インバータはオプティマイザと電気的に接続される。
【００１８】
本発明の複合型光熱発電装置は、太陽光発電パネルにより日光の光エネルギーが電気エネルギーに変換され、さらに集熱ユニットによりスターリングエンジンが起動されて発電機が駆動し、日光の熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。したがって、本発明の複合型光熱発電装置は、同一単位の日光内における光エネルギーおよび熱エネルギーを同時に収集し、さらに電気エネルギーに変換して出力することができ、したがって、周知技術の欠点を効果的に改善した。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１実施例における複合型光熱発電装置の分解概要図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例における複合型光熱発電装置の立体概要図である。
【図３】図３は、図２の本発明の第１実施例における複合型光熱発電装置の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施例における複合型光熱発電装置の別の様態の立体概要図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施例における複合型光熱発電装置の概要図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施例における複合型光熱発電装置の別の概要図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施例における複合型光熱発電装置の概要図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施例における複合型光熱発電装置の別の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２０】
図１および図２を参照されたい。本発明の好ましい実施例は、断熱ケース１００、集熱ユニット２００、発電モジュール３００、および太陽光発電パネル（ｓｏｌａｒ  ｐａｎｅｌ）４００を含む複合型光熱発電装置を提供する。集熱ユニット２００は断熱ケース１００内に設置され、太陽光発電パネル４００は集熱ユニット２００を覆い、なおかつ接触する。
【００２１】
本実施例において、断熱ケース１００はおおよそが開放状の矩形筐体であり、開口部１１０を有し、さらに断熱ケース１００の底面に開孔１２０が設けられる。
【００２２】
集熱ユニット２００は断熱ケース１００内に設置され、さらに開口部１１０の位置に対応させて設置され、集熱ユニット２００の少なくとも一部分は、断熱ケース１００の開孔１２０の位置に対応させて配置される。集熱ユニット２００は開口部１１０を通して太陽光発電パネル４００と接触することにより、太陽光発電パネル４００が日光から吸収した熱エネルギーを収集する。本実施例において、集熱ユニットは１つの平板型集熱器（ｆｌａｔ  ｐｌａｔｅ  ｓｏｌａｒ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）２１０を含んでいてもよく、平板型集熱器２１０は金属管ループ２１１を含み、金属管ループ２１１は開口部１１０を通して太陽光発電パネル４００と接触する。金属管ループ内に作動流体（例えば水）が充填され、金属管ループ２１１にポンプ２１２が設置される。ポンプ２１２は金属管ループ２１１と通じており、ポンプ２１２が金属管ループ２１１内の作動流体を駆動して循環流動させる。他に、図４を参照されたい。金属管ループ２１１はポンプ２１２を設置しなくてもよい。
【００２３】
図１および図３を参照されたい。発電モジュール３００はスターリングエンジン（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅ）３１０および発電機３２０を含む。本実施例において、スターリングエンジン３１０は、好ましくは低温スターリングエンジン（Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅ、ＬＴＤ  Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅ）であり、スターリングエンジン３１０は高温側３１１および高温側３１１から離れて配置される低温側３１２を含む。スターリングエンジン３１０の高温側３１１は、開孔１２０を通して集熱ユニット２００と接着され、集熱ユニット２００と熱接続される。本実施例において、スターリングエンジン３１０の高温側３１１は、好ましくは金属管ループ２１１の少なくとも一部分に接着され、断熱ケース１００の開孔１２０を通して、集熱ユニット２００が収集した熱エネルギーがスターリングエンジン３１０に伝達され、スターリングエンジン３１０が駆動して回転する。スターリングエンジン３１０の低温側３１２に放熱ユニット６００が設置され、放熱ユニット６００はスターリングエンジン３１０の低温側３１２と熱接続され、低温側３１２に対して放熱を行う。本実施例において、放熱ユニット６００は放熱フィン群６１０を含み、これにより高温側３１１および低温側３１２の温度差を増加させ、スターリングエンジン３１０の回転動力を増加させる。さらに、スターリングエンジン３１０の動力は発電機３２０と接続され、発電機３２０を駆動して発電させ、電流が産生される。発電機３２０は直流電流または交流電流を産生することができる。発電機３２０はさらに、他に１つのインバータ５１０と電気的に接続してもよく、インバータ５１０が発電機４１０により産生された直流電流を交流電流に変換するか、または発電機により産生された交流電流を直流電流に変換する。
【００２４】
太陽光発電パネル４００は開口部１１０に設置され、好ましくは集熱ユニット２００を覆う。太陽光発電パネル４００のうちの１面は受光面４１０であり、受光面４１０は断熱ケース１００の外側に向けて設置される。太陽光発電パネル４００は、受光面４１０が光エネルギー（好ましくは日光由来）を吸収し、さらに光エネルギーが直流電流に変換される。好ましくは、太陽光発電パネル４００はインバータ（ｉｎｖｅｒｔｅｒ）５２０と電気的に接続してもよく、インバータ５２０により直流電流が交流電流に変換される。好ましくは、発電機３２０および太陽光発電パネル４００は、同一のインバータ５１０（５２０）と電気的に接続してもよく、同一のインバータ５１０（５２０）が発電機３２０および太陽光発電パネル４００により産生された直流電流を交流電流に変換する。
【００２５】
他に、図４を参照されたい。発電モジュール３００により産生された電流は、オプティマイザ５３０を通過させて電流を安定させてから、インバータ５１０を通過させてもよい。太陽光発電パネル４００により産生される電流もオプティマイザ５４０を通過させて電流を安定させてから、インバータ５２０を通過させてもよい。好ましくは、発電モジュール３００および太陽光発電パネル４００により産生される電流は、同一のオプティマイザ５３０（５４０）を通過させてから、インバータ５１０（５２０）を通過させてもよい。図４を参照されたい。本発明の第２実施例は、複合型光熱発電装置を提供する。その構造は前記第１実施例とほとんど同じであり、その同じ部分の説明はここでは省略する。本実施例において、第１実施例と異なる部分は、集熱ユニット２００が平行に配列して設置される複数の真空集熱管（ｅｖａｃｕａｔｅｄ  ｓｏｌａｒ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  ｔｕｂｅ）２２０を含むことができることである。これらの真空集熱管２２０は開口部１１０を通して太陽光発電パネル４００と接触し、さらに各真空集熱管２２０の一端はすべて１つの水槽２３０に収容され、さらに、水槽２３０内に充填された作動流体（例えば水）と接触する。真空集熱管２２０が開口部１１０を通して日光の熱エネルギーを吸収し、さらに水槽２３０の作動流体に伝達される。スターリングエンジン３１０の高温側３１１は水槽２３０の外壁に接着され、作動流体に含まれる熱エネルギーは開孔１２０を通してスターリングエンジン３１０に伝達され、スターリングエンジン３１０が駆動して回転する。これにより、スターリングエンジン３１０がさらに発電機３２０を駆動して発電させ、電流が産生される。
【００２６】
図５および図６を参照されたい。本発明の第３実施例は複合型光熱発電装置を提供する。その構造は前記第１実施例とほとんど同じであり、その同じ部分の説明はここでは省略する。本実施例において、第１実施例と異なる部分は、集熱ユニット２００が扇形に広がって配列された複数の真空集熱管２２０を含むことができることである。これらの真空集熱管２２０は開口部１１０を通して太陽光発電パネル４００、さらに各真空集熱管２２０と接触し、さらにこれらの真空集熱管２２０が接近する一端は、スターリングエンジン３１０の高温側３１１と接着される。真空集熱管２２０が開口部１１０を通して日光の熱エネルギーを吸収し、さらに開孔１２０を通して熱エネルギーがスターリングエンジン３１０に伝達され、スターリングエンジン３１０が駆動して回転する。また、スターリングエンジン３１０がさらに発電機３２０を駆動して発電させ、電流が産生される。
【００２７】
本発明の複合型光熱発電装置は、太陽光発電パネル４００により日光の光エネルギーが電気エネルギーに変換され、さらに集熱ユニット２００によりスターリングエンジン４１０が起動されて発電機４２０が駆動し、日光の熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。したがって、本発明の複合型光熱発電装置は、同一単位の日光内における光エネルギーおよび熱エネルギーを同時に収集し、さらに電気エネルギーに変換して出力することができ、したがって、周知技術の欠点を効果的に改善した。
【００２８】
以上記載したのは、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の特許範囲を制限するものではない。本発明の特許の精神を利用したその他の同等の変化は、いずれも本発明の特許範囲に属するべきである。
【符号の説明】
【００２９】
１００  断熱ケース
１１０  開口部
１２０  開孔
２００  集熱ユニット
２１０  平板型集熱器
２１１  金属管ループ
２１２  ポンプ
２２０  真空集熱管
２３０  水槽
３００  発電モジュール
３１０  スターリングエンジン
３１１  高温側
３１２  低温側
３２０  発電機
４００  太陽光発電パネル
４１０  受光面
５１０  インバータ
５２０  インバータ
５３０  オプティマイザ
５４０  オプティマイザ
６００  放熱ユニット
６１０  放熱フィン群
【図１】
2014177895.tif 000003
【図２】
2014177895.tif 000004
【図３】
2014177895.tif 000005
【図４】
2014177895.tif 000006
【図５】
2014177895.tif 000007
【図６】
2014177895.tif 000008
【図７】
2014177895.tif 000009
【図８】
2014177895.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月2日(2014.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱ケース、集熱ユニット、放熱ユニット、発電モジュール、及び太陽光発電パネルを含む複合型光熱発電装置であって、
該断熱ケースは開口部を有し、さらに底面に開孔が設けられ、
該集熱ユニットは該断熱ケース内の該開口部の位置に設置され、該集熱ユニットの少なくとも一部分は該開孔の位置に配置され、
該発電モジュールはスターリングエンジンおよび発電機を含み、該スターリングエンジンは高温側と該高温側から離れた低温側を含み、該高温側は該開孔を通して該断熱ケース内の該集熱ユニットと接着され、該低温側は該断熱ケースの下部に離れて配置される該放熱ユニットと熱接続され、該スターリングエンジンの動力は該発電機と接続され、
該太陽光発電パネルは該開口部に設けられ、該集熱ユニットを覆い、なおかつ該集熱ユニットに接触することを特徴とする複合型光熱発電装置。
【請求項２】
該発電機と電気的に接続されるインバータをさらに含む、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項３】
該太陽光発電パネルと電気的に接続されるインバータをさらに含む、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項４】
該放熱ユニットが放熱フィン群を含む、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項５】
該集熱ユニットは扇形に広がって配列された複数の真空集熱管を含み、該真空集熱管は該開口部全体に亘って該太陽光発電パネルと接触し、該真空集熱管が接近する扇の根元に相当する端部は、該スターリングエンジンの高温側と接着されることを特徴とする、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項６】
該集熱ユニットは平行に配列された複数の真空集熱管を含み、該真空集熱管は該開口部全体に亘って該太陽光発電パネルと接触し、さらに該真空集熱管の一端はすべて１つの水槽に収容され、該水槽の外壁は該スターリングエンジンの高温側と接着されることを特徴とする、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項７】
該集熱ユニットが平板型集熱器を含み、該平板型集熱器が金属管ループを含み、該金属管ループが該太陽光発電パネルと接触する、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項８】
オプティマイザおよびインバータをさらに含み、該オプティマイザが該発電機と電気的に接続され、該インバータが該オプティマイザと電気的に接続される、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【請求項９】
オプティマイザおよびインバータをさらに含み、該オプティマイザが該太陽光発電パネルと電気的に接続され、該インバータが該オプティマイザと電気的に接続される、請求項１に記載の複合型光熱発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
他に、図４を参照されたい。発電モジュール３００により産生された電流は、オプティマイザ５３０を通過させて電流を安定させてから、インバータ５１０を通過させてもよい。太陽光発電パネル４００により産生される電流もオプティマイザ５４０を通過させて電流を安定させてから、インバータ５２０を通過させてもよい。好ましくは、発電モジュール３００および太陽光発電パネル４００により産生される電流は、同一のオプティマイザ５３０（５４０）を通過させてから、インバータ５１０（５２０）を通過させてもよい。図５および図６を参照されたい。本発明の第２実施例は、複合型光熱発電装置を提供する。その構造は前記第１実施例とほとんど同じであり、その同じ部分の説明はここでは省略する。本実施例において、第１実施例と異なる部分は、集熱ユニット２００が平行に配列して設置される複数の真空集熱管（ｅｖａｃｕａｔｅｄ  ｓｏｌａｒ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  ｔｕｂｅ）２２０を含むことができることである。これらの真空集熱管２２０は開口部１１０を通して太陽光発電パネル４００と接触し、さらに各真空集熱管２２０の一端はすべて１つの水槽２３０に収容され、さらに、水槽２３０内に充填された作動流体（例えば水）と接触する。真空集熱管２２０が開口部１１０を通して日光の熱エネルギーを吸収し、さらに水槽２３０の作動流体に伝達される。スターリングエンジン３１０の高温側３１１は水槽２３０の外壁に接着され、作動流体に含まれる熱エネルギーは開孔１２０を通してスターリングエンジン３１０に伝達され、スターリングエンジン３１０が駆動して回転する。これにより、スターリングエンジン３１０がさらに発電機３２０を駆動して発電させ、電流が産生される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
図７および図８を参照されたい。本発明の第３実施例は複合型光熱発電装置を提供する。その構造は前記第１実施例とほとんど同じであり、その同じ部分の説明はここでは省略する。本実施例において、第１実施例と異なる部分は、集熱ユニット２００が扇形に広がって配列された複数の真空集熱管２２０を含むことができることである。これらの真空集熱管２２０は開口部１１０を通して太陽光発電パネル４００、さらに各真空集熱管２２０と接触し、さらにこれらの真空集熱管２２０が接近する一端は、スターリングエンジン３１０の高温側３１１と接着される。真空集熱管２２０が開口部１１０を通して日光の熱エネルギーを吸収し、さらに開孔１２０を通して熱エネルギーがスターリングエンジン３１０に伝達され、スターリングエンジン３１０が駆動して回転する。また、スターリングエンジン３１０がさらに発電機３２０を駆動して発電させ、電流が産生される。