(57)【要約】  本発明は、１つ以上の開放流路および１つ以上の光電池モジュールを有する屋根材を備えるエネルギー変換装置であって、１つ以上の光電池モジュールは、流体が流れ得る１つ以上の被覆流路を形成するように、屋根材に直接的または間接的に結合されていることを特徴とする。このように、エネルギー変換装置は、規格品屋根材に形成され、電力を発生する光電池モジュールの利点と、太陽からの熱を提供する太陽熱収集装置の利点とを単一の一体型装置において組み合わせる。
2009534560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の開放流路を有する屋根材と、
少なくとも１つの光電池モジュールとを備えたエネルギー変換装置であって、
前記光電池モジュールは、流体が流れ得る被覆流路を形成するように、前記屋根材に直接的または間接的に結合されていることを特徴とするエネルギー変換装置。
【請求項２】
前記屋根材は規格品屋根材である、請求項１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項３】
前記屋根材は長期耐用金属パネルである、請求項１または請求項２に記載のエネルギー変換装置
【請求項４】
前記屋根材は立平葺屋根として構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項５】
前記屋根材はトラフシート屋根として構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項６】
前記屋根材はほぼ平面である部分を備えるように構成されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項７】
前記開放流路は屋根材のほぼ平面である部分に形成されている、請求項６に記載のエネルギー変換装置。
【請求項８】
前記開放流路は屋根材の製造中に形成される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項９】
該エネルギー変換装置は対流板を備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１０】
前記開放流路はほぼ屋根材の長さにわたって延在する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１１】
光電池モジュールの上方に封止された空隙を備える、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１２】
前記空隙は、光電池モジュールの平面の上方に位置し、かつ前記平面とほぼ平行である平面上に位置する透明材料板によって形成される、請求項１１に記載のエネルギー変換装置
【請求項１３】
前記透明材料の縁は屋根材に封着されている、請求項１２に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１４】
前記透明材料はガラスである、請求項１２または請求項１３に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１５】
前記透明材料はプラスチック材料である、請求項１２または請求項１３に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１６】
前記空隙はハニカムモジュール材料によって形成される、請求項１１に記載のエネルギ
ー変換装置。
【請求項１７】
開放流路を収容する表面とは反対側の屋根材の表面に、断熱材の層が結合されている、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１８】
請求項１に記載のエネルギー変換装置を形成する方法であって、前記エネルギー変換装置は１つ以上の開放流路を有する屋根材を備え、
前記方法は、
ａ）１つ以上の光電池モジュールを、流体が流れ得る被覆流路を形成するように、前記屋根材に直接的または間接的に結合する工程を備えることを特徴とする、方法。
【請求項１９】
前記方法は、
ｂ）光電池モジュールを対流板の第１側面に結合する工程と、
ｃ）流体が流れ得る被覆流路を形成するように、対流板の第２側面を屋根材に結合する工程とをさらに有する、請求項１８に記載のエネルギー変換装置を形成する方法。
【請求項２０】
ｄ）流体が流れ得る被覆流路を形成するように、対流板の第１側面を屋根材に結合する工程と、
ｅ）光電池モジュールを対流板の第２側面に結合する工程とをさらに有する、請求項１８に記載のエネルギー変換装置を形成する方法。
【請求項２１】
実質的に添付の説明および図面を参照して本願に記載され、添付の説明および図面によって例証されるようなエネルギー変換装置。
【請求項２２】
実質的に添付の説明および図面を参照して本願に記載され、添付の説明および図面によって例証されるようなエネルギー変換装置を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエネルギー転換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱収集装置(solar thermal collectors)および光電池は、太陽エネルギーを他の有用なエネルギー形態に変換するための十分に確立された技術である。太陽熱収集装置は、典型的には太陽からの放射を用いて流体を加熱し、続いてその流体を熱交換器に通し、他の用途のためにその流体から熱を取り出す単純な装置である。
【０００３】
太陽熱システムの主要な構成要素は集熱器である。最も一般的な型の平板型太陽集熱器(flat plate solar collector)は、入来する太陽放射を吸収し、それを熱に変換する選択的に層を成した吸収体から構成される。この吸収体は、一般に、熱損失を最小限にするために、透明カバーと共に断熱箱に埋設されている。熱伝導性流体（通常は水と環境を破壊しない不凍剤との混合物）は吸収体を通って流動し、集熱器と熱交換器または温水貯蔵タンクと間を循環する。太陽熱システムは、７５％を越える効率を達成することができる。
【０００４】
太陽エネルギーを変換する別の確立された形態としては、光電池（photovoltaic（ＰＶ） cell）が挙げられる。ＰＶ電池システムは、太陽放射を直流電気に直接変換する。直
流電気は直接用いられてもよいし、または、例えばインバータによって交流（ＡＣ）に変換され、その後、電力を提供するために建築物に供給されてもよい。過剰な電力は、そのような電力が販売される送電網に送出されてもよい。
【０００５】
ＰＶ光電池は、典型的には、シリコンの薄いウェーハから製造される。前記ウェーハは、概して、２０年を超える典型的な耐用寿命を有する光電池モジュール（photovoltaic module）（ＰＶモジュール)と呼ばれる堅牢な製品を提供するように構成され密閉される。太陽ＰＶモジュールは約１６％の典型的な効率を有する。太陽ＰＶモジュールの性能にはそれらの耐用寿命を通してほとんど劣化がなく、推奨される年に一度の清掃は別として、太陽ＰＶモジュールはほとんどメンテナンスフリーである。
【０００６】
しかしながら、これらの技術の応用によって現在経験される多数の不都合が存在する。
太陽熱収集装置は、一般的には熱伝導性流体を収容するために、吸収体において管または流路を必要とする。管が用いられる場合、一般に吸収体から流体への良好な熱の移動を提供するために、これらの管を吸収体に接合する必要がある。これは、集熱器を形成する時間およびコストを増大させるとともに、集熱器の効率および寿命における（管の接合の潜在的な不具合による）制限因子にもなり得る。
【０００７】
これに代わって、吸収体における流路の形成は、付加的な機械加工（例えば、流路を掘ること）を必要とするか、または場合により、複数の部分の間に流路が形成されるように、吸収体を後で組み立てられる複数の部分に分けて形成することを必要とする。これはまた、付加的な機械加工でおよび組み立てを必要とし、よって集熱器を形成するコストを増大させる。
【０００８】
太陽熱収集装置は、有用な量の熱を取り込み、提供するために大きな集熱器を有する傾向にある。それらの大きさおよび重量は、それ自体が有意の建造物の性質を帯びることを意味する。
【０００９】
建築物の屋根の上における典型的な設置において、太陽熱収集装置は、該熱吸収装置の
重量を支持し、かつ屋根および建築物への構造的結合を提供するための構造部材を備えるフレームに取り付けられる。
【００１０】
設置は、骨組の架設およびその骨組の建築物への取り付け、並びに流体回路への適切な接続を必要とするため、比較的高価である。これは設置費用を増大させるとともに、設置を完了するのに必要な範囲の技術（大工仕事、配管など）を提供するために多数の人々が必要とされ得るので遅れを生じることがある。
【００１１】
更に、太陽熱収集装置の設置は、一般的には、支持フレームの取り付けおよび流体回路の接続に適応するために、屋根に対して、結合部を含むいくらかの改造を必要とする。これらの改造は、屋根を介した漏れをもたらす結合部の後での不具合の可能性を増大する。
【００１２】
太陽熱収集装置の付加的な重量は、構造体が装置を支持する能力に関する工学的問題も生じ得る。これは、特に太陽熱収集装置が既存の建築物へ組み込まれる一般的な状況に当てはまる。
【００１３】
類似した不都合は、ＰＶシステムの設置がＰＶ電池用のフレームと、そのユニットを建築物に取り付けるための支持フレームとを必要とするという点において、ＰＶシステムの設置に当てはまる。この場合には、大工および配管工だけでなく、必要な電気接続をなすための電気工が必要とされる。
【００１４】
従って、両システムの既存の建築物上への設置は、構造体に負わせる付加的な重量および潜在的な屋根を介した漏れ部位の導入に関する問題を招来し得る。太陽熱コネクタまたはＰＶパネルを保持するフレームの態様に応じて、パネルおよび支持構造に対する風圧による風の負荷の増大という付加的な問題が存在する。これらの問題はすべて、構造体に対する損傷の危険性が増大するために、高い保険費用を潜在的にもたらし得る。
【００１５】
一般的に言えば、太陽熱収集装置および／または光起電性パネルを既存の屋根の輪郭線に追加することにより、見苦しい外観を生じる場合もある。
昨今、再生可能エネルギー源および技術を利用する必要性についての認識が高まっている。世界の一部の地域において、地方自治体は、管轄内のすべての新規の建築物または建築物の改築に対して一定レベルのエネルギーの自給自足を要求している。従って、上記の不都合を克服するような太陽熱パネルおよびＰＶシステムの使用は、相当に興味深い事項である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、前述の問題に対処すること、または少なくとも公衆に有用な選択肢を提供することを目的とする。
この明細書に引用する任意の特許または特許出願を含むすべての参照文献は、参照により本願に援用される。任意の参考文献が従来技術となることは認めていない。参考文献の議論は、それらの著者が何を主張するかを述べており、本出願人は、引用した文書の的確さおよび適切性に異議を唱える権利を留保する。本願においては多数の従来技術の刊行物が引用されているが、この参照は、これらの文書のうちのいずれかが、ニュージーランドまたは他の国の当業における共通の一般知識の一部を形成することを認めるものではないことが明らかに理解されるであろう。
【００１７】
様々な管轄下において、「備える(comprise)」という用語は、排他的な意味または包括的な意味を持つと考えられ得る。この明細書においては、特段の断りがない限り、「備える」という用語は包括的な意味を有するものとする。すなわち、それが直接参照する列記
された構成要素だけではなく、他の明示されていない構成要素または要素も含むという意味に解釈されるであろう。「からなる(comprised)」および「備える(comprising)」とい
う用語が、方法または製法の１つ以上の工程に関して用いられる場合にも、この原理は用いられであろう。
【００１８】
本発明のさらなる態様および効果は、ほんの例として与えられる後続の記載から明白になるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一態様によれば、
１つ以上の開放した流路（以下、「開放流路」と記載する）を有する屋根材と、
少なくとも１つの光電池モジュールとを備えるエネルギー変換装置であって、
前記光電池モジュールは、流体が流れ得る被覆された流路（以下、「被覆流路」と記載する）を形成するように、前記屋根材に直接的または間接的に結合されていることを特徴とするエネルギー変換装置が提供される。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、
１つ以上の開放流路を有する屋根材と、
少なくとも１つの光電池モジュールとを備えたエネルギー変換装置を構築する方法が提供される。
【００２１】
前記方法は、
前記光電池モジュールを、流体が流れ得る被覆流路を形成するように、屋根材に直接的または間接的に結合する工程を有することを特徴とする。
【００２２】
前記エネルギー変換装置は、太陽からのエネルギーを取り込んで、そのエネルギーを電力および使用可能な熱に変換するように構成されている。
好ましい実施形態において、前記屋根材は規格品屋根材(standard roofing product)である。規格品屋根材とは、建設業において一般に用いられる屋根材製品として理解されるべきである。一般に用いられている屋根材製品を選択することにより、エネルギー変換装置の基礎が、屋根を形成する好ましい方法として建設業界内においてよく知られており、同業界によって受け入れられることが保証される。結果として、完全に新規なシステムではなく既存の技術の強化と見なされるので、本発明の理解が早くなり得る。
【００２３】
更に、屋根材を設置するのに必要な工学的設計の問題および技術は、業界内において既に周知である。従って、エネルギー変換装置を形成するように改良された屋根材は、構造の設計に容易に組み込まれ、屋根材を使用する当業者によって設置され得る。
【００２４】
好ましい実施形態において、屋根材は長期耐用(long run)金属パネルである。これは、エネルギー変換装置が形成され得る広大な表面を提供する。
各エネルギー変換装置は、流体流回路、並びに電気回路に接続されなければならない。配管および電気的接続は設置し、維持するのに費用が掛る。従って、実際上、流体流および電気的接続の数を最小限に抑える必要がある。長期耐用屋根板の使用は、接続の数を増大することなく、各装置の面積を増大する。
【００２５】
しかしながら、屋根材、例えばタイルの他の形態が用いられてもよく、この明細書全体にわたって予め形成された長期耐用金属板として構成された屋根材のみに言及していることが、それに限定するものと見なされるべきではないことが、当業者には分かるであろう。
【００２６】
金属基材から製造されたタイルは、屋根材の別の一般的な形態である。そのようなタイルからエネルギー変換装置を構成することができる。しかしながら、各タイルは、残りのシステムへの配管および電気的接続を必要とする。例えば残りのタイル張りの屋根の外観を補完するためなどの、タイルの使用を選択する他の理由が存在することもあるが、タイルに基づくシステムの設置および維持の追加費用は、配管および電気的接続における多大な増大のために、金銭的な観点から実行可能性を低くする。
【００２７】
好ましくは、屋根材は、太陽集熱器の性能を増強することから、良好な熱伝導性を有する材料から製造される。そのような材料の例としては、鋼、銅およびアルミニウムが挙げられ、それらは全て一般的な屋根材として用いられている。
【００２８】
これらの材料は良好な熱伝導性を有するだけでなく、他の鋼鉄基材、銅基材またはアルミニウム基材をそれぞれ含む他の材料に結合する能力のような他の利点を提供し得る。
更に、これらの材料から製造された屋根材は可鍛性であり得、必要により、現場で複雑な形状に形成され得る。
【００２９】
好ましくは、屋根材は、費用効率が高く、ニュージーランドを含む多数の国々で屋根材に一般的に用いられていることから、ＣＯＬＯＲＳＴＥＥＬのような長期耐用鋼鉄から製造される。
【００３０】
しかしながら、アルミニウムまたは銅のような他の金属が用いられてもよく、この明細書全体にわたって長期耐用鋼鉄から製造された屋根材のみについて言及していることが、それに限定するものと見なされるべきでないことが、当業者には分かるであろう。
【００３１】
好ましい実施形態において、屋根材はほぼ平面である部分を備えるように構成される。平面部分の利点は、光電池モジュールが結合され得る平面を提供するということである。光電池モジュールは、一般に平面形状に製造されており、曲げによって変形されると容易に損傷する。光電池モジュールを曲面上に結合することは可能であるが、平坦面への結合ほど簡単ではない。
【００３２】
好ましい実施形態において、屋根材は立平葺屋根(standing seam roof)として構成される。立平葺屋根は長期耐用屋根材の一般的な形態である。立平葺屋根は、金属、一般的には鋼鉄またはアルミニウムの平板から形成される。前記平板は、屋根の稜線から軒の外縁まで延びるように切断または形成され得る。前記平板の長手端縁は、平板の両側において隆起部(ridge)を形成するように構成され、それにより、隣接する平板は重ね合わされ、
折り曲げられ、封止されて、前記隆起部に沿った継ぎ目を形成し得る。典型的な設置において、隣接する隆起部の間のほぼ平面である部分の幅は５〜６０ｃｍであるが、これに限定されるものと見なされるべきではない。
【００３３】
隣接する隆起部の間に形成されたほぼ平坦な平面部分は、本発明の構成のための好ましい土台である。
別の実施形態において、屋根材はトラフシート屋根(trough sheet roof)として構成さ
れる。トラフシート屋根は、隣接する山部(crest)の間にほぼ平面である谷部(trough)を
備えたほぼ平行な山部として構成されたパネルから形成される。前記パネルは、トラフが屋根の最大傾斜線(fall line)に沿って整合されるように、屋根に配置される。
【００３４】
本発明の最も単純な実施形態において、屋根材の開放流路は、屋根材の表面上において隣接した突出部の間にある空間であってもよい。これは、立平葺屋根における隣接した隆起部の間の空間、またはトラフシート屋根における隣接した山部の間の空間であり得る。
【００３５】
屋根材の表面上に位置する隣接した突出部には、液体が流れ得る被覆流路を形成するために、カバーが結合されてもよい。このように、単純な太陽熱収集装置は、有効な吸収体を提供するために、屋根材の高い熱伝導性を利用して形成され得る。
【００３６】
この明細書の全体にわたる被覆流路への言及は、流体が流路に進入するか、または流路から退出するのを可能にする開口から隔離して密閉された水密空間を指すものと理解されなければならない。被覆流路は任意の形状、大きさおよび構成であり得る。
【００３７】
屋根材の開放流路とカバーとの間に形成された被覆流路を流れる熱伝導性液体によって、太陽集熱器から熱が取り出される。
典型的な配置において、流体は閉回路内に存在し、その閉回路は、太陽集熱器を通る被覆流路と同様に、流体から熱を取り出して、より冷たい流体を回路に戻す熱交換器への接続部を備える。
【００３８】
しかしながら、実際には、上記のように形成された太陽熱収集装置は、熱効率が低い上に、非実用的である。カバーから液体への熱伝導は、流路内の熱伝導液体の体積に対するカバーの接触面積の比が小さいために、不十分となりやすい。
【００３９】
好ましい実施形態において、１つ以上の開放流路は屋根材のほぼ平面である部分の上に形成される。開放流路は、折曲げ(folding)、圧延(rolling)の工程、またはプレス機を用いることによって形成され得る。しかしながら、開放流路を形成するために金属表面を変形させる任意の方法を用いることができる。本明細書において、折曲げ加工、圧延加工またはプレス加工のみについて言及することは、それらに限定するものと見なされるべきではない。
【００４０】
好ましい実施形態において、開放流路の断面は矩形である。矩形流路は、長期耐用金属屋根材において、折曲げ加工、圧延加工またはプレス加工によって、容易に形成され得る。しかしながら、任意の好都合な形状を用いることができる。
【００４１】
他の実施形態において、開放流路は屋根材の曲線部に形成されてもよい。しかしながら、上記で検討したように、典型的な光電池を曲面へ結合することは、同光電池を平面に結合するよりも、一般に困難である。従って、そのような実施形態は、典型的には、光電池モジュールに結合するための平面と屋根材の湾曲に合致させるための曲面とを有する何らかの形の中間基材を必要とするため、高価になる可能性がある。
【００４２】
好ましい実施形態において、開放流路は屋根材を製造する間に形成される。開放流路の製造を屋根製品に組み入れることは、同一または類似した形成プロセスにおいて複数の特徴を追加することによって、屋根材製品の価値を高める。
【００４３】
典型的には、金属板の表面上に開放流路、すなわち溝を形成するほうが、閉鎖した流路を形成するよりも、より安価である。開放流路が屋根材を形成する一体部品として形成される場合、費用はさらに低減され得る。
【００４４】
好ましい実施形態において、開放流路は、ほぼ屋根板の長さにわたって延在する。
開放流路は、直線状であってもよいし、またはパターンに形成されていてもよい。例えば、開放流路は、ほぼ屋根板の長さにわたって延在し、前記屋根板の同一端においてループの両開放端を有する開ループを形成してもよい。
【００４５】
本発明によるエネルギー変換装置は、少なくとも１つの光電池モジュールを屋根材に対して、開放流路を被覆するように、直接的または間接的に結合することにより、屋根材上
の開放流路を被覆することにより形成される。
【００４６】
この明細書の全体にわたる光電池モジュールへの言及は、光起電力効果によって光エネルギーを電気エネルギーに変換するための独立した自給式装置を指すものと理解されるべきである。
【００４７】
ほとんどの用途において、光エネルギーは太陽放射であるが、他の光源が用いられてもよい。
典型的な光電池モジュールの能動部品は光電池である。これは、半導体材料、一般的にはシリコンウェーハから形成される。脆弱なウェーハを保護し、かつ一般的な使用法に耐え得る製品を提供するために、ウェーハは、通常、光電池モジュール（ＰＶモジュール）内に組み込まれる。
【００４８】
典型的なＰＶモジュールにおいて、ウェーハは、ウェーハに支持および保護を提供するエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）のような透明材料の層の間に挟持される。モジュールの（上側）表面（つまり太陽に晒される面）は、典型的には、板ガラス(pane of glass)のよ
うな材料の強直な透明シートによって保護される。
【００４９】
基材は、典型的には、モジュールの反対側（下側）の表面に結合される。これは、多くの場合、ＥＶＡと結合するＴｅｄｌａｒ（登録商標）のようなポリフッ化ビニルシートである。これに代わって、前記基材は、ＰＶモジュールに強度および剛性を与える金属板であってもよい。
【００５０】
上記の記載は典型的な光電池モジュールに関する。しかしながら、本発明においては、いかなるＰＶモジュールを用いてもよく、上述の記載は、典型的なＰＶモジュールを例示するために提供したに過ぎず、それに限定するものではないことが当業者には理解されるであろう。
【００５１】
好ましい実施形態において、ＰＶモジュールは、屋根材と同一材料の基材を備える。
例えば、鋼鉄基材を備えたＰＶモジュールは、長期耐用鋼鉄屋根材に容易に結合され得る。これは良好な結合を保証するだけでなく、基材と屋根材との熱膨張を一致させる。異なる熱伝導率の２つの材料の間に形成された結合は熱サイクル中に応力を受け、よって限られた寿命を有するので、これは重要な特徴である。
【００５２】
本発明は、一般的な屋根材を利用する、太陽熱収集装置およびＰＶモジュールシステムの複合体を提供する。この配置は、別個のフレームまたは他の支持構造物を必要とすることなく、双方の設備を提供するという利点を有する。一般的な屋根材の利用により、該装置は、建築物の外観に対して大きな改造または変更を行うことなく、建築物に容易に組み込まれ得る。
【００５３】
このようにＰＶモジュールおよび太陽熱収集装置を組み合わせることのさらなる利点としては、ＰＶモジュールを太陽熱収集装置に結合することによってもたらされる冷却により、（正常運転条件下における）ＰＶモジュールの出力が増大されるということがある。典型的には、太陽熱収集装置に結合される（そして太陽熱収集装置によって冷却される）場合、ＰＶモジュールによって発生される電圧は、ＰＶモジュールを単独で稼働させる場合よりも、１０％以上大きいことがある。これは、単独型のＰＶモジュールおよび太陽熱収集装置の稼働に対する有意な利点を提供する。
【００５４】
本発明の別の態様によれば、対流板を備えるほぼ上記に記載した通りのエネルギー変換装置が提供される。
この明細書全体にわたる対流板への言及は、熱伝導性材料板を指すもの理解されるべきである。対流板の１つの機能は、太陽熱収集装置用の集熱器として作用することである。対流板の別の機能は、ＰＶモジュール用の基材、すなわちＰＶモジュールが容易に結合され得る表面を形成することである。
【００５５】
本発明に従った対流板は、流体が流れ得る被覆流路を形成するように、１つ以上の開放流路を有する長期耐用屋根板との接合された接合部を形成するように構成される。
好ましい実施形態において、対流板は屋根材と同一の材料から形成される。このように、屋根材および対流板の熱伝導率は同一であることにより、熱サイクル中において、不適当な組合せによる結合に対する応力を低減または排除する。
【００５６】
本発明の別の態様によれば、ほぼ上記に記載した通りのエネルギー変換装置を形成する方法が提供される。前記方法は、
ａ）光電池モジュールを対流板の第１側面に結合する工程と、
ｂ）流体が流れ得る被覆流路を形成するように、対流板の第２側面を屋根材に結合する工程とをさらに有する。
【００５７】
本発明の別の態様によれば、ほぼ上記に記載した通りのエネルギー変換装置を製造する方法が提供される。前記方法は、
ａ）流体が流れ得る被覆流路を形成するように、対流板の第１側面を屋根材に結合する工程と、
ｂ）光電池モジュールを対流板の第２側面に結合する工程とをさらに有する。
【００５８】
好ましい実施形態において、エネルギー変換装置は、光電池モジュールの上方に封止された空隙(entrapped air gap)を備える。
好ましい実施形態において、前記空隙は、光電池モジュールの平面の上方に位置し、かつ前記平面とほぼ平行である平面上に位置する透明材料板によって形成される。前記透明材料の縁は屋根材に封着されている。
【００５９】
封入された空気の太陽による加熱は、温室効果によって、エネルギー変換装置の温度を上昇させるために用いられる。温度の増大により、流路内流体に伝えられる熱量が（等しい流量に対して）増大され、エネルギー変換装置の太陽熱収集装置要素の効率を向上する。
【００６０】
好ましくは、前記透明材料はガラスであるが、他の透明材料、例えば、ＵＶ安定性ポリカーボネートのようなプラスチック材料を用いてもよい。
代替の実施形態においては、ハニカムモジュール材料が封止された空隙を提供する。ハニカムモジュールは、電池内に空気を保持または封入するように構成された任意の構造体であり得る。
【００６１】
好ましい実施形態において、流路を収容している面とは反対側の屋根材の表面（下面）には、断熱材の層が結合される。屋根材の下面の断熱は、屋根を介した熱損失を制限することによって、太陽熱収集装置の効率を向上させる。また、上記の断熱は、夏の間のような暑い時期に、屋根材から構造内部に入り込む熱を低減し得る。
【００６２】
上記に記載したエネルギー変換システムは、一般的な屋根材の組込み要素として、ＰＶモジュール技術を太陽光集熱と直接組み合わせることにより、従来のシステムに対して多数の有意な効果を提供する。
【００６３】
本エネルギー変換システムによれば、太陽電気ＰＶモジュールおよび太陽熱収集装置は
、３つの別個の設置（屋根、ＰＶモジュールおよび太陽熱収集装置）としてではなく、通常の屋根の設置の一部として設置される。更に、エネルギー変換システムへの電気系および配管系の接続の適切な配置により、前記システムは、さらに広範囲な電気工事および配管工事を必要とすることなく、建築物の電気回路および配管回路に容易に接続され得る。
【００６４】
実際には、エネルギー変換システムは、相応の資格を有する者によって設置されることが意図される。そのような者はＰＶをモジュールおよび太陽熱収集装置を組込んだ屋根材を設置し、かつ必要な接続をすべて同時に行い、時間および費用を節約する。
【００６５】
ＰＶモジュールおよび太陽熱収集装置をシステムの一体部分として一般的な屋根材に組み込むことは、別個の構造がそれらを支持する必要をなくす。その結果、使用される材料の量、よって構造上に掛る付加的な重量が（従来の配置に対して）大幅に低減される。より少ない材料の使用、および支持構造物の構築および設置に必要な人件費の削減により、従来の装置に対して、有意なコストの削減にもなる。
【００６６】
太陽熱収集装置を形成する手法は、屋根材の完全性を害することなく、従来の太陽熱収集装置またはＰＶモジュールシステム用の土台を取り付けるのに必要な取付け具による漏れまたは他の不具合の付加的な危険性を低減する。
【００６７】
通常の屋根構造の一部として形成される本エネルギー変換装置は、屋根の輪郭線に溶け込み、屋根上のフレーム上に取り付けられたＰＶシステムまたは太陽熱収集装置の場合よりも、より許容可能な外観を生じるであろう。上記エネルギー変換装置はまた、従来の設置によって受ける付加的な風圧を低減し得る。
【００６８】
一体化エネルギー変換システムの総費用はまた、屋根材、太陽熱収集装置およびＰＶモジュールシステムの個々の費用の合計よりも低くなり得、建築物の骨組の別個の支持構造または補強構造の必要性がない。
【００６９】
更に、エネルギー変換装置の効率は、太陽熱収集装置によって冷却される場合にＰＶモジュールによって発生されるより大きな電力によって、増大される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
本発明のさらなる態様は、ほんの一例として、添付図面に関連して与えられる以下の説明から明白になるであろう。
図１は、エネルギー変換装置（１）の断面図を示す。標準的な屋根材（２）は、矩形断面を備えて形成された開放流路（３）を有する。開放流路（３）は、光電池モジュール（４）を、屋根材（２）の表面（５）において、屋根材（２）に結合することによって密閉される。開放流路（３）を覆って光電池モジュール（４）を屋根材（２）に結合することは、流体（図示せず）が流路内に収容されている状態のまま流れることができる矩形の被覆流路を形成するようなものである。
【００７１】
この単純な配置によれば、太陽エネルギーは、第一に光電池モジュール（４）によって取り込まれて電力に変換され、第２に開放流路（３）内の流体を加熱する。本発明は、光電池モジュールの既知の特性を太陽集熱器と共に屋根ふきシステムの一体部品として組み込む。
【００７２】
図２は、本発明の別の実施形態の断面図を示す。この場合、半円形断面を有する１つ以上の開放流路（３）が、立平葺の形態に形成された屋根材（２）の２つの隆起部（１１）の間のほぼ平坦な部分に形成されている。１つ以上の光電池モジュール（４）が開放流路（３）を覆って屋根材（２）に結合され、被覆流路を形成する。
【００７３】
図３は、屋根材（２）と光電池モジュール（４）との間に高熱伝導性対流板（６）が結合されている本発明の別の実施形態の断面図を示す。対流板（６）は、被覆流路を形成するように、開放流路（３）を覆って屋根材（２）に結合されている。対流板（６）を備えることによって、光電池モジュール（４）と被覆流路内を流動する流体との間の熱的接触を増強する。
【００７４】
図４は、一定量の封入空気（７）を含む上記のエネルギー変換装置の断面図を示す。筐体は、光電池の平面の上方に位置し、かつ前記平面とほぼ平行である平面上に位置する板ガラス（８）の形態にある透明材料板によって、光電池モジュール（４）の上に形成される。板ガラスは、屋根材に封着される筐体側面（１９）に封着することによって、屋根材（２）に封止される。
【００７５】
図５は、対流板（６）または光電池モジュールが（４）結合される表面（５）とは反対側の屋根材（２）の側面（１０）に取り付けられた絶縁層（９）を備えた上記の別のエネルギー変換装置の断面図を示す。このように断熱層を使用することは、屋根材（２）の下面（１０）からの熱損失を防止することにより、エネルギー変換装置の太陽集熱器要素の効率を高める。逆に、これは、屋根を介した熱伝導による建築物への熱負荷を低減するというさらなる効果を備える。
【００７６】
図６は、立平葺屋根の一部として構成された長期耐用鋼鉄パネルの形態にある標準的な屋根材上における本発明によるエネルギー変換装置（１）の平面図を示す。ジグザグ線は、装置の様々な層を示すための切り取り内部図を表わす。
【００７７】
この実施形態において、エネルギー変換装置（１）は、隆起部（１１）を有する、封止された隆起構造として形成された屋根材（２）から成る。開放流路（３）は、隆起部（１１）の間の平面領域において屋根材（２）内に形成されている。
【００７８】
開放流路（３）は、ほぼ屋根板の長さにわたって延在する開ループを形成する。前記開ループは前記屋根板の同一端において該ループの両開放端（１２,１３）を備える。他の
実施形態において、流路（３）は直線状であり、ほぼ屋根板の長さにわたって延在する。
【００７９】
対流板（６）は、開放流路（３）を被覆するように屋根材（２）に結合されて、液体が流体入口（１２）から流体出口（１３）へ流れ得る連続した被覆流路を形成する。
図６は、流体入口（１２）および流体出口（１３）に流体流を接続するためにマニホルド（１４）が用いられている実施形態を示す（この概略図にはマニホルド内の接続の詳細は図示せず）。図６に示したマニホルド（１４）は、屋根材の下縁に位置する。これは、マニホルド（１４）、流体入口（１２）および流体出口（１３）に対する多数の可能な構成の１つを表わすに過ぎない。
【００８０】
光電池モジュール（４）は、対流板（６）の上面上に結合される。配線（１８）は光電池モジュール（４）を電気接続部（１５）に接続する。光電池モジュールによって生成された電力は、ケーブル（１６）を介して取り出される。
【００８１】
本発明の態様についてほんの一例として説明してきた。本発明に対して、添付する特許請求の範囲において定義される本発明の範囲から逸脱することなく、変更および追加がなされ得ることが認識されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】エネルギー変換装置の断面図。
【図２】立平葺屋根上に位置するエネルギー変換装置の断面図。
【図３】エネルギー変換装置の別の実施形態の断面図。
【図４】エネルギー変換装置の別の実施形態の断面図。
【図５】エネルギー変換装置の別の実施形態の断面図。
【図６】エネルギー変換装置の一部を切り取った平面図。
【図１】
2009534560.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月12日(2007.12.12)
【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】
１つ以上の開放流路を有する屋根材と、屋根材の表面は２つの隣接する山部の間に、側面とほぼ平面の基部とを有する谷部を備えるように構成されることと、
少なくとも１つの光電池モジュールとを備えたエネルギー変換装置であって、
前記平面の基部は１つまたは複数の開放流路として構成され、
前記光電池モジュールは、流体が流れ得る少なくとも１つの被覆流路を形成するように、該開放流路の上で前記屋根材に直接的または間接的に結合されていることを特徴とするエネルギー変換装置。
【請求項２】
前記屋根材は規格品屋根材である、請求項１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項３】
前記屋根材は長期耐用金属パネルである、請求項１または請求項２に記載のエネルギー変換装置
【請求項４】
前記屋根材は立平葺屋根として構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項５】
前記屋根材はトラフシート屋根として構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項６】
前記開放流路は屋根材の製造中に形成される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項７】
該エネルギー変換装置は対流板を備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項８】
前記開放流路はほぼ屋根材の長さにわたって延在する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項９】
光電池モジュールの上方に封止された空隙を備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１０】
前記空隙は、光電池モジュールの平面の上方に位置し、かつ前記平面とほぼ平行である平面上に位置する透明材料板によって形成される、請求項９に記載のエネルギー変換装置
【請求項１１】
前記透明材料の縁は屋根材に封着されている、請求項１０に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１２】
前記透明材料はガラスである、請求項１０または請求項１１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１３】
前記透明材料はプラスチック材料である、請求項１０または請求項１１に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１４】
前記空隙はハニカムモジュール材料によって形成される、請求項９に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１５】
開放流路を収容する表面とは反対側の屋根材の表面に、断熱材の層が結合されている、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項１６】
請求項１に記載のエネルギー変換装置を形成する方法であって、前記エネルギー変換装置は屋根材を備え、屋根材の表面は２つの隣接する山部の間に、側面とほぼ平面の基部とを有する谷部を備え、該基部はさらに１つまたは複数の開放流路として構成され、
前記方法は、
ａ）１つ以上の光電池モジュールを、流体が流れ得る少なくとも一つの被覆流路を形成するように、前記基部の開放流路の上で前記屋根材に直接的または間接的に結合する工程を備えることを特徴とする、方法。
【請求項１７】
前記方法は、
ｂ）光電池モジュールを対流板の第１側面に結合する工程と、
ｃ）流体が流れ得る被覆流路を形成するように、前記基部の開放流路の上で対流板の第２側面を屋根材に結合する工程とをさらに有する、請求項１６に記載のエネルギー変換装置を形成する方法。
【請求項１８】
ｄ）流体が流れ得る被覆流路を形成するように、前記基部の開放流路の上で対流板の第１側面を屋根材に結合する工程と、
ｅ）光電池モジュールを対流板の第２側面に結合する工程とをさらに有する、請求項１６に記載のエネルギー変換装置を形成する方法。
【請求項１９】
ｄ）前記少なくとも一つの被覆流路に熱伝導性液体を通過させることによりエネルギー変換装置から熱を取り出す工程をさらに有する、請求項１６〜１８のいずれかに記載のエネルギー変換装置を形成する方法。
【請求項２０】
実質的に添付の説明および図面を参照して本願に記載され、添付の説明および図面によって例証されるようなエネルギー変換装置。
【請求項２１】
実質的に添付の説明および図面を参照して本願に記載され、添付の説明および図面によって例証されるようなエネルギー変換装置を形成する方法。
【国際調査報告】
2009534560.tif 000009
2009534560.tif 000010
2009534560.tif 000011