(57)【要約】【課題】  二酸化炭素冷媒によりソーラーパネルを効率的に冷却し、ソーラーパネルの温度上昇を抑えて、発電効率の低下を抑制することが出来るソーラー発電システムを提供する。【解決手段】  光（太陽光）により発電を行うソーラーパネル２０と、電動圧縮機１２、放熱器１３、減圧装置としてのキャピラリチューブ１６及び吸熱器１７を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路１０とを備え、吸熱器１７を、二酸化炭素冷媒が流通する多数の細孔１９Ａが構成されたマイクロチャネル型熱交換器にて構成し、この熱交換器をソーラーパネル２０に熱交換可能に配置した。【選択図】図１
2006038277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光により発電を行うソーラーパネルと、電動圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器等を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路とを備え、
前記吸熱器を、二酸化炭素冷媒が流通する多数の細孔が構成されたマイクロチャネル型熱交換器にて構成し、該熱交換器を前記ソーラーパネルに熱交換可能に配置したことを特徴とするソーラー発電システム。
【請求項２】
光により発電を行うソーラーパネルと、電動圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器等を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路と、放熱部と吸熱部とを有するヒートパイプとを備え、
該ヒートパイプの前記放熱部を前記冷媒回路の吸熱器と熱交換可能に配置し、吸熱部を前記ソーラーパネルと熱交換可能に配置したことを特徴とするソーラー発電システム。
【請求項３】
光により発電を行うソーラーパネルと、電動圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器等を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路と、内部をブラインが循環されるブライン循環回路とを備え、
該ブライン循環回路を前記冷媒回路の吸熱器と前記ソーラーパネルに熱交換可能に配置したことを特徴とするソーラー発電システム。
【請求項４】
前記ソーラーパネルの温度に基づいて前記電動圧縮機の運転を制御する制御装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のソーラー発電システム。
【請求項５】
前記冷媒回路の放熱器を、給湯用若しくは暖房用熱源として使用することを特徴とする請求項１乃至請求項４のソーラー発電システム。
【請求項６】
前記ソーラーパネルの出力を前記電動圧縮機に印加することを特徴とする請求項１乃至請求項５のソーラー発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラー発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、太陽電池を用いて太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換して使用する所謂ソーラー発電システムが提案されている。このソーラー発電システムは、例えば、住宅の屋根上などの太陽光が充分に当たる場所にソーラーパネルを設置して、太陽光発電を行うものである。
【０００３】
このようなソーラー発電システムでは、太陽光を電気エネルギーに変換する際に、ソーラーパネルが発熱する上、ソーラーパネルに太陽光を直接受けて太陽電池自体が加熱されることから、ソーラーパネルの温度上昇が不可避に生じる。しかし、ソーラーパネルは、その光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が通常３０℃前後を境として高温になると急速に低下する特性がある。従って、太陽光発電を効率よく行うためには、受光時のソーラーパネルの温度上昇を抑えるべく冷却することが重要である。
【０００４】
そこで、従来よりヒートポンプの吸熱器をソーラーパネルの裏側に配置し、当該吸熱器で冷媒を蒸発させてソーラーパネルの冷却を行っていた。即ち、吸熱器にて冷媒はソーラーパネルから吸熱して蒸発するので、ソーラーパネルを冷却することができるようになる。
【０００５】
また、上記ヒートポンプの放熱器を貯湯槽内に設け、吸熱器にてソーラーパネルから汲み上げたヒートポンプの熱を貯湯槽に搬送し、当該貯湯槽内の水と熱交換することで、ソーラーパネルの廃熱を大気中へ放出することなく、加熱用熱源として有効利用することができるようになる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−９１１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このようなヒートポンプにおいて従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒として用い、高圧側を超臨界圧力として運転した場合、二酸化炭素冷媒は放熱器において凝縮しないため、放熱器における熱交換能力が著しく高くなり、より効率的な加熱を実現することが可能となるが、吸熱器における熱交換能力を改善して、ソーラーパネルを効率的に冷却することが切望されていた。
【０００７】
本発明は係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、二酸化炭素冷媒によりソーラーパネルを効率的に冷却し、ソーラーパネルの温度上昇を抑えて、発電効率の低下を抑制することが出来るソーラー発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明のソーラー発電システムは、光により発電を行うソーラーパネルと、電動圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器等を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路とを備え、吸熱器を、二酸化炭素冷媒が流通する多数の細孔が構成されたマイクロチャネル型熱交換器にて構成し、この熱交換器をソーラーパネルに熱交換可能に配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明のソーラー発電システムは、光により発電を行うソーラーパネルと、電動圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器等を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路と、放熱部と吸熱部とを有するヒートパイプとを備え、このヒートパイプの放熱部を冷媒回路の吸熱器と熱交換可能に配置し、吸熱部をソーラーパネルと熱交換可能に配置したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明のソーラー発電システムは、光により発電を行うソーラーパネルと、電動圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器等を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路と、内部をブラインが循環されるブライン循環回路とを備え、このブライン循環回路を冷媒回路の吸熱器とソーラーパネルに熱交換可能に配置したことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明のソーラー発電システムは、請求項１乃至請求項３においてソーラーパネルの温度に基づいて電動圧縮機の運転を制御する制御装置を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明のソーラー発電システムは、請求項１乃至請求項４において冷媒回路の放熱器を、給湯用若しくは暖房用熱源として使用することを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明のソーラー発電システムは、請求項１乃至請求項５においてソーラーパネルの出力を電動圧縮機に印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明では、光により発電を行うソーラーパネルと、電動圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器等を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路とを備え、吸熱器を、二酸化炭素冷媒が流通する多数の細孔が構成されたマイクロチャネル型熱交換器にて構成し、この熱交換器をソーラーパネルに熱交換可能に配置したので、ソーラーパネルの温度上昇を抑えて発電効率の低下を防止若しくは抑制することができる。
【００１５】
特に、圧力損失の小さい二酸化炭素を冷媒として用い、且つ、吸熱器を、当該二酸化炭素冷媒が流通する多数の細孔が構成されたマイクロチャネル型熱交換器にて構成しているので、細孔内を流通しながら蒸発する二酸化炭素冷媒によりソーラーパネルを効率的に冷却し、高性能且つコンパクトなソーラー発電を実現することができるようになる。
【００１６】
請求項２の発明では、光により発電を行うソーラーパネルと、電動圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器等を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路と、放熱部と吸熱部とを有するヒートパイプとを備え、このヒートパイプの放熱部を冷媒回路の吸熱器と熱交換可能に配置すると共に、吸熱部をソーラーパネルと熱交換可能に配置したので、ヒートパイプの吸熱部でソーラーパネルから吸収した熱を、放熱部にて冷媒回路の吸熱器に放出することで、ソーラーパネルの温度上昇を抑え、発電効率の低下を防止若しくは抑制することができる。
【００１７】
特に、ヒートパイプは駆動部を持たないので装置全体を簡素化することができる。また、冷媒回路の吸熱器を流通しながら蒸発する二酸化炭素冷媒によりヒートパイプの放熱部を効率的に冷却し、高性能且つコンパクトなソーラー発電を実現することができるようになる。
【００１８】
請求項３の発明では、光により発電を行うソーラーパネルと、電動圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器等を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路と、内部をブラインが循環されるブライン循環回路とを備え、このブライン循環回路を冷媒回路の吸熱器とソーラーパネルに熱交換可能に配置したので、ソーラーパネルからの熱を循環されるブラインによって冷媒回路の吸熱器に搬送し、ソーラーパネルの温度上昇を抑えて発電効率の低下を防止若しくは抑制することができる。
【００１９】
特に、ブライン回路を介して冷媒回路によりソーラーパネルを冷却するので、ソーラーパネルの設置状態を問わず、効果的に冷却することが可能となる。また、冷媒回路の吸熱器を流通しながら蒸発する二酸化炭素冷媒によりブライン循環回路内を流れるブラインを効率的に冷却し、高性能且つコンパクトなソーラー発電を実現することができるようになる。
【００２０】
この場合、請求項４の発明の如くソーラーパネルの温度に基づいて電動圧縮機の運転を制御する制御装置を設ければ、ソーラーパネルの冷却が必要な場合にのみ電動圧縮機を運転することが可能となり、電動圧縮機の運転による不必要な消費電力の発生を防止することができるようになる。
【００２１】
また、請求項５の発明の如く冷媒回路の放熱器を、給湯用若しくは暖房用熱源として使用すれば、冷媒回路の吸熱器からの熱を放熱器にて給湯用若しくは暖房用に供することができるようになり、より高効率な熱利用を実現することができる。
【００２２】
更に、請求項６の発明の如くソーラーパネルの出力を電動圧縮機に印加するようにすれば、商用電源によらず電動圧縮機を駆動し、より一層の省エネ化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明のソーラー発電システムは、ソーラーパネルをより効率的に冷却し、ソーラーパネルの温度上昇を抑えて、発電効率の低下を抑制することを特徴とする。発電効率の低下を抑制するという目的を、ソーラーパネルと熱交換する冷媒回路の吸熱器を二酸化炭素冷媒が流通する多数の細孔が構成されたマイクロチャネル型熱交換器にて構成し、当該吸熱器をソーラーパネルに熱交換可能に配置することにより実現した。以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明の一実施例を示すソーラー発電システム１の概略構成図、図２はソーラー
発電システムの電気ブロック図をそれぞれ示している。
【００２５】
実施例のソーラー発電システム１は、図１に示すように光（太陽光）を受けて発電するソーラーパネル２０と、冷媒回路１０とから構成され、この冷媒回路１０は電動圧縮機１２、放熱器１３、減圧装置としてのキャピラリチューブ１６及び吸熱器１７を順次環状に接続して成る。
【００２６】
即ち、電動圧縮機１２の吐出側の配管１２Ａには放熱器１３の入口が接続され、放熱器１３の出口側の配管１３Ａは、キャピラリチューブ１６の入口に接続されている。そして、キャピラリチューブ１６の出口側の配管１６Ａは、吸熱器１７の入口が接続され、この吸熱器１７の出口側の配管１７Ａが電動圧縮機１２に戻る環状の冷媒サイクルを構成している。また、この放熱器１３は、給湯用として使用されるものであり、後述する温水回路４０を介して貯湯槽４２に熱を搬送し、貯湯槽４２内の水を加熱するものとされている。
【００２７】
ここで、冷媒回路１０には冷媒として地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素冷媒（ＣＯ2）を使用しており、電動圧縮機１２の潤滑油としてのオイルは、例えばＰＧＡ（ポリアルキレングリコール）、ＰＯＥ（ポリオールエステル）等が使用される。
【００２８】
前述した温水回路４０は、冷媒回路１０によるヒートポンプ効果により温められた温水をポンプ４７により循環するものであり、水或いは不凍液、オイルなどの流動性熱媒体（以降水で説明する）が封入されている。この温水回路４０は、貯湯槽４２内を通過するように形成されている。即ち、水が循環する蛇行状の温水配管４４が当該貯湯槽４２の内部を通過するように設けられている。そして、貯湯槽４２の出口側の温水配管４２Ａには温水回路４０に水を循環させるためのポンプ４７が設けられ、ポンプ４７の出口側の温水配管４７Ａは冷媒回路１０の放熱器１３に熱交換可能に接続されている。また、放熱器１３を出た温水配管は、貯湯槽の入口側の温水配管４２Ｂに接続され、当該温水配管４２Ｂは貯湯槽４２内の温水配管４４に接続されて温水が循環する冷媒回路４０を構成している。
【００２９】
尚、放熱器１３は冷媒回路１０内の二酸化炭素冷媒が流通する蛇行状の冷媒配管と、温水回路４０内の水が流通する蛇行状の温水配管とを熱交換可能に密着固定させて構成している。そして、放熱器１３の冷媒配管を流れる冷媒と温水配管を流れる水と対向流となる。このように、放熱器１３は冷媒回路１０と温水回路４０とを熱交換可能に設けることにより、冷媒回路１０から温水回路４０に効率よく熱を渡すことができるように構成している。
【００３０】
ここで、前記吸熱器１７について図３を用いて説明する。本発明の吸熱器１７は、マイクロチャンネル型熱交換器であり、一対のヘッダー１８Ａ、１８Ｂと、両ヘッダー１８Ａ、１８Ｂ間に配設された複数のマイクロチューブ１９（マイクロチャンネル材）にて構成されている。各マイクロチューブ１９内には図４に示すように二酸化炭素冷媒が流通する多数の細孔１９Ａが構成されている。また、図中、１８Ｃは各ヘッダー１８Ａ、１８Ｂ内を仕切る仕切板である。ヘッダー１８Ａの一端側にはキャピラリチューブ１６の出口側に接続された配管１６Ａが接続されており、ここからキャピラリチューブ１６にて減圧された冷媒が吸熱器１７内に流入する。
【００３１】
また、各ヘッダー１８Ａ、１８Ｂ内は上述の如く仕切板１８Ｃにより仕切られているので、ヘッダー１８Ａの一端から流入した冷媒が、マイクロチューブ１９内を矢印で示す如く蛇行状に流れるように構成されている。即ち、吸熱器１７のヘッダー１８Ａの一端から流入した二酸化炭素冷媒は、分流されて一端側のマイクロチューブ１９（図４の一番右側のマイクロチューブ１９）内に形成された細孔１９Ａ内に入り、当該マイクロチューブ１９内をヘッダー１８Ｂに向かって流れ、ヘッダー１８Ｂで一旦合流する。次に、分流されてその隣のマイクロチューブ１９内の細孔１９Ａに入り、ヘッダー１８Ａに向かって流れ、ヘッダー１８Ａでまた合流する。その後、更にまた分流して更に隣のマイクロチューブ１９内の細孔１９Ａ内に入り、当該マイクロチューブ１９内を流れ、ヘッダー１８Ｂで合流する。このように、ヘッダー１８Ａ、１８Ｂ内が仕切板１８Ｃで仕切られているため、二酸化炭素冷媒は各マイクロチューブ１９内及び両ヘッダー１８Ａ、ヘッダー１８Ｂ内を分流と合流を繰り返して、一端側のマイクロチューブ１９から他端側のマイクロチューブ１９へと蛇行状に流れる。
【００３２】
また、ヘッダー１８Ｂの他端側（ヘッダー１８Ａの一端と対向する側）には配管１７Ａが接続されており、当該吸熱器１７にて蒸発した冷媒がここから吐出され、電動圧縮機１２に吸い込まれる。
【００３３】
そして、吸熱器１７はソーラーパネル２０の裏側に熱交換可能に配置されている。即ち、吸熱器１７のマイクロチューブ１９がソーラーパネルの裏面に熱交換可能に密着固定されている。このように、吸熱器１７のマイクロチューブ１９をソーラーパネル２０と熱交換可能に設けることにより、マイクロチューブ１９を流れる冷媒はソーラーパネル２０から効率よく吸熱することができるようになる。
【００３４】
一方、ソーラー発電システム１には図２に示すように、冷媒回路１０の電動圧縮機１２の運転と、温水回路４０のポンプ４７の運転を制御するためのマイクロコンピュータから成る制御装置６０が設けられている。また、制御装置６０にはソーラーパネル２０の温度を検出する温度センサ（図示せず）が接続されており、制御装置６０は当該ソーラーパネル２０の温度に基づき、電動圧縮機１２及びポンプ４７の運転を制御している。
【００３５】
尚、電動圧縮機１２は屋内分電盤７０に接続され、屋内分電盤７０にはＤＣ／ＡＣ変換装置７８を介して、屋根上等に設置された前記ソーラーパネル２０が接続されている。更に、屋内分電盤７０には系統商用交流電源ＡＣが接続されている。この屋内分電盤７０には貯湯槽４２及び照明器具、洗濯機、電子レンジ、オーブン、電熱器、エアコン、暖房器具、扇風機、冷蔵庫、テレビ、ビデオなどの音響機器、コピー機器、電話或いは工作機械などの電気機器から成る室内負荷７４が接続されている。
【００３６】
室内分電盤７０は、屋内配電線の一部に大量の電力が流れることにより屋内全体の給電が停止してしまうのを防止するため家屋内を複数に分割して電力を供給すると共に、屋内配電線の一部に大量の電力が流れることにより電気事故が発生してしまうのを防止するため使用箇所に応じて電力量を分配する器具である。
【００３７】
また、ソーラーパネル２０は、室内負荷７４及びソーラー発電システム１等一般家庭で昼間使用する全体の電力をまかなえる、例えば、約３ｋＷ〜５ｋＷ或いはそれ以上の大きな発電能力を有するものが備えられている。そして、ソーラーパネル２０で発電された電力は、既に周知のとおり、直流（ＤＣ）電力であるため、一般家庭で使用可能な電力に変換するためのＤＣ／ＡＣ変換装置７８が設けられ、このＤＣ／ＡＣ変換装置７８にはインバータ装置、電力調整装置、系統連系保護装置（これら図示せず）が設けられている。
【００３８】
そして、ソーラーパネル２０で発電された直流電力は、ＤＣ／ＡＣ変換装置７８で交流電力に変換され、一般家庭で使用可能な電圧（１００Ｖ或いは２００Ｖ）、周波数（５０Ｈｚ或いは６０Ｈｚ）に調整される。変換された電力は、屋内分電盤７０にて分電された後、ソーラー発電システム１や室内負荷７４に供給される。尚、ＤＣ／ＡＣ変換装置７８にて直流電力を一般家庭で使用できる周波数及び電圧の交流電力に変換する技術については、従来より周知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【００３９】
また、屋内分電盤７０にはソーラーパネル２０で発電された電力を系統商用交流電源ＡＣに売電可能な売電装置（図示せず）が設けられている。この売電装置は、ソーラーパネル２０にて発電された電力で室内負荷７４（ソーラー発電システム１を含む）を作動させた状態で、余剰電力が出た場合、当該ソーラーパネル２０で発電された余剰電力を系統商用交流電源ＡＣに流し、電力会社に売電する。
【００４０】
尚、ソーラーパネル２０で発電された電力に不足が生じた場合は、系統商用交流電源ＡＣから買電し、屋内分電盤７０がソーラー発電システム１の電動圧縮機１２やポンプ３７及びポンプ４７、室内負荷７４に供給することになる。ここで、ソーラーパネル２０で発電した電力をインバータで変換して系統商用交流電源ＡＣに供給して電力会社に売買する技術については従来より周知の技術であり詳細な説明を省略する。また、売電装置は屋内分電盤７０に設けても或いは別に設けても差し支えない。
【００４１】
以上の構成で次に本発明のソーラー発電システム１の動作を図５を参照して説明する。図５では冷媒回路１０、温水回路４０を図示し、系統商用交流電源ＡＣなどは図示していない。また、図５において、矢印はこの場合の冷媒回路１０内の冷媒の流れ及び温水回路４０内の温水の流れをそれぞれ示している。尚、ソーラー発電システム１は昼間太陽が出ているときはソーラーパネル２０にて発電された電力でソーラー発電システム１を運転すると共に、太陽光が少なくソーラーパネル２０にて室内負荷７４を作動させるだけの充分な発電ができない場合や夜間には系統商用交流電源ＡＣにて室内負荷７４を駆動するように構成されている。即ち、ソーラーパネル２０にて充分な発電が得られるときは、ソーラーパネル２０の出力を電動圧縮機１２に印加するものとする。
【００４２】
先ず、制御装置６０は、ソーラーパネル２０に設けられた図示しない温度センサの出力に基づき、ソーラーパネル２０の温度が所定温度に上昇すると、電動圧縮機１２及びポンプ４７を駆動する。電動圧縮機１２が駆動されると、当該電動圧縮機１２で圧縮され高温高圧となった二酸化炭素冷媒は、電動圧縮機１２から出口側の配管１２Ａに吐出され、放熱器１３に流入する。
【００４３】
放熱器１３に流入した二酸化炭素冷媒は、当該放熱器１３にてポンプ４７により温水回路４０を流れる水と熱交換して冷却される。反対に温水回路４０内の水は温められて温水となる。この放熱器１３を通過する過程で二酸化炭素冷媒は凝縮せず、超臨界のままであるので、温水回路４０内を流れる水の加熱能力は極めて高いものとなる。
【００４４】
放熱器１３で温められた温水回路４０内の温水は、ポンプ４７により循環して貯湯槽４２に至る。そして、温水は貯湯槽４２に設けた蛇行状の温水配管４４内に流入し、温水配管４４内を通過する過程で温水配管４４内の温水は、貯湯槽４２内に貯溜された水と熱交換して冷却される。反対に貯湯槽４２内に貯溜された水は温められ、温水となる。
【００４５】
そして、貯湯槽４２内で冷却された温水回路４０の温水は、当該貯湯槽４２から出て温水配管４２Ａ、ポンプ４７、温水配管４７Ａを経て放熱器１３にて冷媒回路１０内の二酸化炭素冷媒と熱交換して温められるサイクルを繰り返す。
【００４６】
他方、放熱器１３で放熱して温度低下した二酸化炭素冷媒は、放熱器１３の出口側に接続された配管１３Ａから出て、キャピラリチューブ１６に至り、そこで減圧された後、吸熱器１７内にヘッダー１８Ａの一端から流入する。吸熱器１７内に流入した二酸化炭素冷媒は当該吸熱器１７内において前述の如く各マイクロチューブ１９内及び両ヘッダー１８Ａ、ヘッダー１８Ｂ内を分流と合流を繰り返して、一端側のマイクロチューブ１９から他端側のマイクロチューブ１９へと蛇行状に流れる。
【００４７】
このとき、二酸化炭素冷媒は各マイクロチューブ１９内を通過する過程でソーラーパネル２０から吸熱して蒸発する。反対にソーラーパネル２０は二酸化炭素冷媒により熱を奪われて冷却される。このように、吸熱器１７をソーラーパネル２０と熱交換可能に配置することで、発電により発熱し、且つ、太陽光の照射により加熱されたソーラーパネル２０を、当該吸熱器１７における吸熱作用により冷却することができるようになる。これにより、ソーラーパネル２０の温度上昇を抑えて発電効率の低下を防止、若しくは、抑制することができるようになる。
【００４８】
特に、本発明の如く圧力損失の小さい二酸化炭素を冷媒として用いると共に、吸熱器１７を二酸化炭素冷媒が流通する多数の細孔１９Ａが形成されたマイクロチャンネル型の熱交換器とすることで、大成る熱交換面積を確保することができるので、吸熱器１７における冷媒の熱交換能力が向上し、ソーラーパネル２０をより効果的に冷却することができるようになり、高性能なソーラー発電を実現することができるようになる。
【００４９】
また、ソーラーパネル２０の発電効率の低下を防止、或いは、抑制することで、その分、ソーラーパネル２０を小型化することが可能となり、高効率且つコンパクトなソーラー発電を実現することが可能となる。
【００５０】
一方、ソーラーパネル２０を冷却した二酸化炭素冷媒はその後、電動圧縮機１２に吸い込まれて圧縮され、再び吐出側の配管１２Ａに吐出され、放熱器１３に流入して温水回路４０を流れる温水と熱交換するサイクルを繰り返す。尚、制御装置６０はソーラーパネル２０の温度が所定の温度に低下すると、電動圧縮機１２及びポンプ４７の運転を停止する。
【００５１】
このように、吸熱器１７にてソーラーパネル２０から汲み上げた（ヒートポンプ効果）廃熱を、大気中に放出することなく、放熱器１３にて温水回路４０と熱交換させて、貯湯槽４２内の水を加熱し、給湯用熱源として使用することで、より高効率な熱利用を実現することができるようになる。
【００５２】
更に、ソーラーパネル２０の出力を電動圧縮機１２に印加することで、商用電源によらず電動圧縮機１２を駆動することが可能となり、より一層の省エネ化を図ることができるようになる。
【００５３】
更にまた、本実施例の如く制御装置６０によりソーラーパネル２０の温度に基づいて、電動圧縮機１２及びポンプ４７の運転を制御することで、ソーラーパネル２０の冷却が必要な場合のみ電動圧縮機１２を運転することが可能となり、電動圧縮機１２の運転による不必要な消費電力の発生を防止することができるようになる。
【００５４】
尚、本実施例では、各ヘッダー１８Ａ、１８Ｂを仕切板１８Ｃで仕切ることにより、ヘッダー１８Ａの一端から流入した冷媒が、一本のマイクロチューブ１９を流路とし、このマクロチューブ１９に形成された複数の細孔１９Ａ内を流れるものとしたが、これに限らず、仕切板１８Ｃの位置を変更したり、幾つかの仕切板１８Ｃを撤去して、二本以上のマイクロチューブ１９を流路とするように構成しても構わない。また、ヘッダー１８Ａの他端側に出口を設けるものとしても良い。更に、当該仕切板１８Ｃにより各ヘッダー１８Ａ、１８Ｂ内を仕切らずに、ヘッダー１８Ａから流入した冷媒が全てのマイクロチューブ１９に分流して流れ、ヘッダー１８Ｂで合流して配管１７Ａへと流出するものとしても本発明は有効である。
【００５５】
また、本実施例の放熱器１３は、冷媒配管と温水配管とを熱交換可能に密着固定するものとしたが、例えば、放熱器１３を２重管式熱交換器、プレート式熱交換器、マイクロチャンネル型熱交換器等の熱交換器にて構成するものとしても構わない。更に、これら熱交換器の配管の形状も蛇行状、コイル状、螺旋状等の種々の配管を用いることが可能であり、熱交換器の形式や形状は実施例に限定されるものではない。
【実施例２】
【００５６】
次に、本発明の他の実施例のソーラー発電システムについて図６を用いて説明する。図６は本実施例におけるソーラー発電システム１００の概略構成図である。尚、図６において、図１乃至図５と同一の符号が付されているものは同一、若しくは、類似の効果を奏するものとする。
【００５７】
図６において、３０は複数本の配管３２から成るヒートパイプであり、このヒートパイプ３０の各配管３２内にはＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）、ＨＣ（ハイドロカーボン）、ＣＯ2（二酸化炭素）や水等の熱媒体が封入されている。この熱媒体は当該ヒートパイプ３０内を後述する如く自己循環するものとする。
【００５８】
本実施例の吸熱器１７０としては、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器、若しくは、前記実施例と同様のマイクロチャンネル型熱交換器などの熱交換器を用いることが可能であり、当該吸熱器１７０を流れる冷媒配管の形状も、蛇行状、コイル状、若しくは、螺旋状等の種々の形状の配管が適用可能である。そして、この吸熱器１７０は冷媒回路１０の二酸化炭素冷媒が流れる冷媒配管とヒートパイプ３０の熱媒体が封入された各配管３２の一端（本発明における放熱部）とが熱交換可能に配置されている。また、ヒートパイプ３０の熱媒体が封入された各配管３２の他端はソーラーパネル２０の裏側に熱交換可能に配置されている。
【００５９】
このように、吸熱器１７０にて冷媒回路１０とヒートパイプ３０とを熱交換可能に設けることにより、冷媒回路１０内の冷媒はヒートパイプ３０内の熱媒体から効率よく吸熱することができるようになる。また、ソーラーパネル２０はヒートパイプ３０内の熱媒体と効率よく熱交換することができるようになる。
【００６０】
ここで、ヒートパイプ３０内に封入される熱媒体は、通常、液と蒸気が共存する気液二相混合状態であり、この場合にはヒートパイプ３０の各配管３２の設置位置は特に限定されない。即ち、各配管３２の一端側（吸熱器１７０側）が他端側（ソーラーパネル２０側）より上側となるように配置した場合には、配管３２の冷媒回路１０内の冷媒にて冷却される放熱部が上となり、ソーラーパネル２０にて加熱される吸熱部が下となるため、配管３２を単なる円筒状の管にて構成することで、密度差を利用して配管３２内の熱媒体を自己循環することができる。即ち、配管３２の一端で冷媒回路１０内の冷媒にて冷却され、凝縮して液体となった熱媒体は気体より重いので上から下に移動し、配管３２の他端でソーラーパネル２０にて加熱され、蒸発して気体となった熱媒体は液体より軽いので下から上に移動する。これにより、配管３２内にて熱媒体を自己循環させることができる。
【００６１】
一方、配管３２の他端側（ソーラーパネル２０側）が一端側（吸熱器１７０側）より上側となるように配置した場合、配管３２の冷媒回路１０内の冷媒にて冷却される放熱部が下となり、ソーラーパネル２０にて加熱される吸熱部が上となるため、単なる円筒状の配管を用いても熱媒体を自己循環させることができない。従って、ヒートパイプ３０を構成する各配管３２内面にウィック（溝）を形成し、ウィックによる毛細管現象を利用して液体を下から上へ移動させることで、熱媒体を自己循環させることがきるようになる。
【００６２】
尚、熱媒体を超臨界圧力以上の所謂超臨界状態としてヒートパイプ３０内に封入することも可能であるが、この場合、熱媒体は凝縮及び蒸発しないため、配管３２の一端側（吸熱器１７０側）が他端側（ソーラーパネル２０側）より上側となるように配置しなければ熱媒体を自己循環させることができない。
【００６３】
以上の構成でソーラー発電システム１００の動作を図６を参照して説明する。当該ソーラー発電システム１００は上記実施例と同様に昼間太陽が出ているときにソーラーパネル２０にて発電された電力でソーラー発電システム１００を運転すると共に、太陽光が少なくソーラーパネル２０にて室内負荷７４を作動させるだけの充分な発電ができない場合や夜間には系統商用交流電源ＡＣにて室内負荷７４を駆動するように構成されている。尚、図６において矢印は、この場合の冷媒回路１０内の冷媒の流れ、ヒートパイプ３０内の熱媒体の流れ及び温水回路４０内の温水の流れをそれぞれ示している。
【００６４】
先ず、制御装置６０は、ソーラーパネル２０に設けられた図示しない温度センサの出力に基づき、ソーラーパネル２０の温度が所定温度に上昇すると、電動圧縮機１２及びポンプ４７を駆動する。電動圧縮機１２が駆動されると、当該電動圧縮機１２で圧縮され高温高圧となった二酸化炭素冷媒は、電動圧縮機１２から出口側の配管１２Ａに吐出され、放熱器１３に流入する。
【００６５】
放熱器１３に流入した二酸化炭素冷媒は、当該放熱器１３にてポンプ４７により温水回路４０を流れる水と熱交換して冷却される。反対に温水回路４０内の水は温められて温水となる。この放熱器１３を通過する過程で二酸化炭素冷媒は凝縮せず、超臨界のままであるので、温水回路４０内を流れる水の加熱能力は極めて高いものとなる。
【００６６】
放熱器１３で温められた温水回路４０内の温水は、ポンプ４７により循環して貯湯槽４２に至る。そして、温水は貯湯槽４２に設けた蛇行状の温水配管４４内に流入し、温水配管４４内を通過する過程で温水配管４４内の温水は、貯湯槽４２内に貯溜された水と熱交換して冷却される。反対に貯湯槽４２内に貯溜された水は温められ、温水となる。
【００６７】
そして、貯湯槽４２内で冷却された温水回路４０の温水は、当該貯湯槽４２から出て温水配管４２Ａ、ポンプ４７、温水配管４７Ａを経て放熱器１３にて冷媒回路１０内の二酸化炭素冷媒と熱交換して温められるサイクルを繰り返す。
【００６８】
他方、放熱器１３で放熱して温度低下した二酸化炭素冷媒は、放熱器１３の出口側に接続された配管１５Ａから出て、キャピラリチューブ１６に至り、そこで減圧された後、吸熱器１７０内に流入する。このとき、二酸化炭素冷媒は当該吸熱器１７０内の冷媒配管を通過する過程で当該冷媒配管と熱交換可能に設置されたヒートパイプ３０の各配管３２内の熱媒体から吸熱して蒸発する。反対にヒートパイプ３０の各配管３２内の熱媒体は二酸化炭素冷媒に熱を奪われて放熱する。このように、ヒートパイプ３０の放熱部となる配管３２の一端を冷媒回路１０の吸熱器１７０のマイクロチューブ１９と熱交換可能に配置することで、当該吸熱器１７０における吸熱作用によりヒートパイプ３０の各配管３２内の熱媒体を効率よく冷却することができるようになる。
【００６９】
吸熱器１７０で冷却されたヒートパイプ３０の各配管３２内の熱媒体は自己循環して、各配管３２の他端側（ソーラーパネル２０側）に移動する。そして、ソーラーパネル２０の裏面にて各配管３２内の熱媒体は、ソーラーパネル２０から吸熱する（熱交換する）。反対にソーラーパネル２０は熱媒体に熱を奪われて冷却される。
【００７０】
このように、ヒートパイプ３０の吸熱部となる配管３２の他端をソーラーパネル２０と熱交換可能に配置することで、発電により発熱し、且つ、太陽光の照射により加熱されたソーラーパネル２０の熱を吸収し、当該ソーラーパネル２０を冷却することができるようになる。
【００７１】
尚、配管３２の他端にてソーラーパネル２０にて温められたヒートパイプ３０内の熱媒体は、ソーラーパネル２０から熱を奪って吸熱した熱媒体は、配管３２の一端側（吸熱器１７０側）に移動する自己循環を繰り返す。
【００７２】
このように、ヒートパイプ３０の配管３２の他端でソーラーパネル２０から吸収した熱を配管３２の一端で吸熱器１７０内の冷媒配管を流れる冷媒に放出することで、ソーラーパネル２０の温度上昇を抑えて、発電効率の低下を防止、若しくは、抑制することができるようになる。
【００７３】
特に、本実施例ではヒートパイプ３０はポンプ等の駆動部を持たずに、当該ヒートパイプ３０内の熱媒体を自己循環させるものとしたので、装置全体を簡素化することができるようになる。
【００７４】
更に、本実施例では、上記実施例の如くソーラーパネル２０の裏側に冷媒回路１０の吸熱器を直接設けず、ヒートパイプ３０の配管３２の一端を冷媒回路１０の当該吸熱器１７０と熱交換可能に配置すると共に、ヒートパイプ３０の配管３２の他端をソーラーパネル２０と熱交換可能に配置することで、当該ヒートパイプ３０内の熱媒体にてソーラーパネル２０を効率的に冷却しながら、装置の小型化を図ることができるようになる。これにより、高性能且つコンパクトなソーラー発電を実現することができるようになる。
【００７５】
尚、吸熱器１７０にて蒸発した二酸化炭素冷媒はその後、電動圧縮機１２に吸い込まれて圧縮され、再び吐出側の配管１２Ａに吐出され、放熱器１３に流入して温水回路４０を流れる温水と熱交換するサイクルを繰り返す。尚、制御装置６０はソーラーパネル２０の温度が所定の温度に低下すると、電動圧縮機１２及びポンプ４７の運転を停止する。
【００７６】
このように、吸熱器１７０にてソーラーパネルから汲み上げた（ヒートポンプ効果）廃熱を、大気中に放出することなく、放熱器１３にて温水回路４０と熱交換させて、貯湯槽４２内の水を加熱し、給湯用熱源として使用することで、より高効率な熱利用を実現することができるようになる。
【００７７】
尚、本実施例の放熱器１３も前記実施例と同様に冷媒配管と温水配管とを熱交換可能に密着固定するものに限らず、例えば、放熱器１３を２重管式熱交換器、プレート式熱交換器、マイクロチャンネル型熱交換器等の熱交換器にて構成するものとしても構わない。更に、これら熱交換器の配管の形状も蛇行状、コイル状、螺旋状等の種々の配管を用いることが可能である。
【実施例３】
【００７８】
尚、上記実施例では、ヒートパイプ３０内の熱媒体を自己循環させて、ソーラーパネル２０から吸収した熱を、吸熱器１７０にて放出するものとしたが、このように熱媒体を自然対流させるものに限らず、ブラインを循環させてソーラーパネル２０の冷却を行うものとしても構わない。
【００７９】
図７はこの場合のソーラー発電システム２００の概略構成図である。尚、図７において、図１乃至図６と同一の符号が付されているものは、同一、若しくは類似の効果を奏するものとする。
【００８０】
図７において、１３０はブライン循環回路１３０であり、このブライン循環回路１３０には、水或いは不凍液、オイルなどの流動性熱媒体であるブラインが封入され、このブラインが循環する蛇行状の加熱配管１３４がソーラーパネル２０の裏側に熱交換可能に設けられている。このソーラーパネル２０の出口側のブライン配管１２０Ａには、当該ブライン循環回路１３０にブラインを循環させるためのポンプ１３７が設けられ、ポンプ１３７の出口側のブライン配管１３７Ａは冷媒回路１０の前記吸熱器１７０に熱交換可能に接続されている。そして、吸熱器１７０を出た配管はソーラーパネル２０の入口側のブライン配管１３７Ｂに接続されてブラインが循環するブライン循環回路１３０を構成している。
【００８１】
ここで、吸熱器１７０は、冷媒回路１０内の二酸化炭素冷媒が流通する冷媒配管とブライン循環回路１３０内のブラインが流通するブライン配管とを熱交換可能に密着固定させて形成している。このように、吸熱器１７０は冷媒回路１０とブライン循環回路１３０とを熱交換可能に設けることにより、冷媒回路１０からブライン循環回路１３０に効率よく熱を渡すことができるように構成している。
【００８２】
このように、ブライン循環回路１３０を冷媒回路１０の吸熱器１７０とソーラーパネル２０に熱交換可能に配置した場合にも、ソーラーパネル２０からの熱を循環されるブラインによって冷媒回路１０の吸熱器１７０に搬送し、ソーラーパネル２０の温度上昇を抑えて発電効率の低下を防止、若しくは、抑制することができるようになる。
【００８３】
特に、ブライン循環回路１３０を介して冷媒回路１０によりソーラーパネル２０を冷却するので、ソーラーパネル２０の設置状態を問わず、ポンプ１３７にてブラインを循環させ、効果的に冷却することが可能となる。
【００８４】
尚、上記各実施例では放熱器を給湯用熱源として使用するものとしたが、暖房用熱源として使用するものとしても本発明は有効であり、同様に高効率な熱利用を実現することができるようになる。
【００８５】
また、上記各実施例では、本発明の減圧装置としてキャピラリチューブを用いて説明したが、減圧装置としては、例えば、電子膨張弁や温度自動膨張弁、圧力調整弁等を用いることも可能であり、実施例に限定されるものではない。
【００８６】
更に、上記各実施例において温水回路４０を流れる流動性熱媒体として水（温水）を用いる場合には、貯湯槽４２内の水（温水）を直接温水回路４０に流して、放熱器１３と熱交換させるものとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施例を示すソーラー発電システムの概略構成図である。
【図２】図１のソーラー発電システムに関する電気回路のブロック図である。
【図３】図１のソーラー発電システムの冷媒回路の吸熱器の平面図である。
【図４】図３の吸熱器のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図１のソーラー発電システムの動作を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例のソーラー発電システムの概略構成図である。
【図７】本発明のもう一つの他の実施例のソーラー発電システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００８８】
１、１００、２００  ソーラー発電システム
１０  冷媒回路
１２  電動圧縮機
１３  放熱器
１６  キャピラリチューブ
１７、１７０  吸熱器
１８Ａ、１８Ｂ  ヘッダー
１８Ｃ  仕切板
１９  マイクロチューブ
１９Ａ  細孔
２０  ソーラーパネル
３０  ヒートパイプ
４０  温水回路
４２  貯湯槽
４７、１３８  ポンプ
６０  制御装置
１３０  ブライン循環回路
【図１】
2006038277.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006038277.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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