(57)【要約】【課題】コンパクトかつ低コストで、効率的かつ安定的に稼動できる太陽光・太陽熱発電の融雪システム。【解決手段】太陽光集光板又は太陽電池モジュールPVに近接して配置され、太陽光集光板又は太陽電池モジュールが発生する熱を内部に封入した流体に伝達する熱交換器HE1、熱交換器と複数の第１配管T2とに接続され、流体が複数の第１配管を通して流出入する蓄熱槽S、複数の第１配管から分離した第２配管T1に接続され、蓄熱槽と流体の流れが並列になるように配置された放熱器C、複数の第１配管と蓄熱槽との間及び分離した第２配管と放熱器との間に設けられ且つ流体の流量を減ずる複数の弁V1〜V3と、複数の弁を開閉させることにより流体の送り先として蓄熱槽と放熱器とのいずれかを選択する流体送り先選択部101を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光集光板又は太陽電池モジュールと、
前記太陽光集光板又は前記太陽電池モジュールに近接して配置され、前記太陽光集光板又は前記太陽電池モジュールが発生する熱を内部に封入した流体に伝達する熱交換器と、
前記熱交換器と複数の第１配管とに接続され、前記流体が前記複数の第１配管を通して流出入する蓄熱槽と、
前記複数の第１配管から分離した第２配管に接続され、前記蓄熱槽と流体の流れが並列になるように配置された放熱器と、
前記複数の第１配管と前記蓄熱槽との間及び前記分離した第２配管と前記放熱器との間に設けられ且つ流体の流量を減ずる複数の弁と、
前記複数の弁を開閉させることにより流体の送り先として前記蓄熱槽と前記放熱器とのいずれかを選択する流体送り先選択部と、
を備えることを特徴とする太陽光・太陽熱発電の融雪システム。
【請求項２】
気象データを送受信する気象データ送受信部を備え、
前記流体送り先選択部は、前記気象データ送受信部からの気象データに基づき前記蓄熱槽と前記放熱器とのいずれかを選択することを特徴とする請求項１記載の太陽光・太陽熱発電の融雪システム。
【請求項３】
前記太陽光集光板又は前記太陽電池モジュール近傍に配置され且つ前記太陽光集光板又は前記太陽電池モジュールの温度を検出する温度検出部を備え、
前記流体送り先選択部は、前記温度検出部で検出された温度に基づき前記蓄熱槽と前記放熱器とのいずれかを選択することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽光・太陽熱発電の融雪システム。
【請求項４】
前記太陽光集光板又は前記太陽電池モジュール近傍にヒーターを配置したことを特徴とする請求項３記載の太陽光・太陽熱発電の融雪システム。
【請求項５】
前記太陽光集光板又は前記太陽電池モジュールの発電量を測定する発電量測定部と、
日射量を測定する日射量測定部と、
前記発電量測定部で測定された発電量と前記日射量測定部で測定された日射量と前記温度検出部で検出された温度とに基づき異常を判断する異常判断部と、
を備えることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の太陽光・太陽熱発電の融雪システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光あるいは太陽熱を利用した発電システムに積もった雪を溶解する太陽光・太陽熱発電の融雪システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光あるいは太陽熱を利用した発電システムにおける積雪は、太陽電池の発電不能を引き起こすため、特に降雪の多い地域ではシステムの効率的稼動を考える上で、重要な課題の一つとなっている。
【０００３】
このため、発電システムにおける積雪に対する対策が提案されている。通常、太陽電池モジュールは、直列に接続して構成されるストリングを複数並列接続して使用される。特許文献１に記載された融雪機能付き太陽光発電システムは、ストリングごとに開閉可能なスイッチング手段を設け、スイッチング手段を介してストリングと外部電源とを接続可能とし、ストリングごとに外部電源によって順次通電し、ストリングを発熱させることで、太陽電池モジュール表面に積もった雪を融解する。
【０００４】
また、特許文献２に記載された太陽光発電・集熱・融雪方法およびその装置は、太陽電池によって発生する熱を利用して融雪することが記載されている。特許文献２によれば、太陽電池から発生する熱を、伝熱板（伝熱管）を介して熱媒体に伝達して蓄熱槽に回収して、その熱を利用に供する。また、太陽電池の表面に積雪がある場合には、熱媒体によって運ばれる熱を還流させ、伝熱板（伝熱管）を介して、太陽電池表面の融雪を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９６５４７号公報
【特許文献２】特許第３３９０６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１及び特許文献２にあっては、以下のような課題を有していた。
【０００７】
特許文献１では、太陽電池モジュールへ通電し、太陽電池モジュールを強制的に発熱させるため、太陽電池自体の断線、欠損、又は劣化の機会が増え、太陽電池モジュールの寿命が早まる恐れがある。また、特許文献１の構成では、発電している可能性がある降雪開始時には対応できず、夜間あるいは完全に太陽電池モジュール表面に積雪した場合しか融雪システムを運転することができない。このため、融雪しきるまでに時間がかかり、効率的かつ安定した発電を行うことができない。
【０００８】
また、特許文献２による太陽電池の発電時の発熱を利用した場合には、蓄熱槽の熱容量が問題となる。すなわち、太陽電池モジュールの排熱を蓄熱槽に貯蔵し、生活と融雪に供することにより、太陽電池からの廃熱Ｑを全て生活に利用する熱をＱ’とした場合、Ｑ＝Ｑ’となると、蓄熱槽へは蓄熱されず、融雪のための熱の貯蔵ができなくなる。
【０００９】
融雪のための熱Ｑ”を蓄熱する場合、Ｑ＝Ｑ’＋Ｑ”となるようにする必要がある。この場合、常にＱ”が残留するため、蓄熱槽の熱容量を大きくしないと、循環する熱媒体の温度がすぐに上昇する。このため、太陽電池モジュールを冷却できなくなり、廃熱を利用できなくなる。このため、蓄熱槽の熱容量を大きくする必要があり、蓄熱槽自体の体積を大きくする必要があり、コストも増大する。
【００１０】
本発明の課題は、コンパクトかつ低コストで、効率的かつ安定的に稼動できる太陽光・太陽熱発電の融雪システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の太陽光・太陽熱発電の融雪システムは、太陽光集光板又は太陽電池モジュールと、太陽光集光板又は太陽電池モジュールに近接して配置され、太陽光集光板又は前記太陽電池モジュールが発生する熱を内部に封入した流体に伝達する熱交換器と、熱交換器と複数の第１配管とに接続され、流体が複数の第１配管を通して流出入する蓄熱槽と、複数の第１配管から分離した第２配管に接続され、蓄熱槽と流体の流れが並列になるように配置された放熱器と、複数の第１配管と蓄熱槽との間及び分離した第２配管と放熱器との間に設けられ且つ流体の流量を減ずる複数の弁と、複数の弁を開閉させることにより流体の送り先として蓄熱槽と放熱器とのいずれかを選択する流体送り先選択部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、流体送り先選択部が、複数の弁を開閉させることにより流体の送り先として蓄熱槽と放熱器とのいずれかを選択する。すなわち、融雪のための蓄熱流路と、放熱器からの廃熱のための流路を完全に分けることにより、全ての廃熱を集中的に蓄熱のみに使用できるため、短時間に確実に積雪に備えることができる。また、必要最低限に抑えた蓄熱槽の熱容量で融雪できる。従って、コンパクトかつ低コストで、効率的かつ安定的に稼動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施例２に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施例３に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの構成を示す図である。図１において、太陽光・太陽熱発電の融雪システムは、太陽電池モジュールＰＶ、電力変換装置ＩＮＶ、変圧器ＴＲ、蓄電池ＣＥＬ、熱交換器ＨＥ１，ＨＥ２、配管Ｔ１，Ｔ２、弁Ｖ１〜Ｖ３、放熱器Ｃ、蓄熱槽Ｓ、気象データ送受信部１００、流体送り先選択判定部１０１（流体送り先選択部に対応）を備えている。太陽電池モジュールＰＶは、直列に接続して構成されるストリングを複数並列接続して使用される。
【００１６】
熱交換器ＨＥ１は、太陽電池モジュールＰＶに近接して配置され、太陽電池モジュールＰＶが発生する熱Ｑ１を内部に封入した流体に伝達する。熱交換器ＨＥ２は、電力変換装置ＩＮＶ、変圧器ＴＲ、蓄電池ＣＥＬに近接して配置され、電力変換装置ＩＮＶ、変圧器ＴＲ、蓄電池ＣＥＬからの電力による熱Ｑ２を内部に封入した流体に伝達する。
【００１７】
熱交換器ＨＥ１，ＨＥ２には配管Ｔ１，Ｔ２を介して放熱器Ｃと蓄熱槽Ｓとが並列に接続されている。具体的には、熱交換器ＨＥ１の一端側には熱交換器ＨＥ２の一端側が接続され、熱交換器ＨＥ２の他端側にはポンプＰの一端側が接続され、ポンプＰの他端側は配管Ｔ１と配管Ｔ２とに２分岐されている。配管Ｔ１は弁Ｖ１を介して放熱器Ｃの一端側に接続され、放熱器の他端側は熱交換器ＨＥ１の他端側に接続されている。すなわち、放熱器Ｃは、配管Ｔ２から分離した配管Ｔ１に接続され、蓄熱槽Ｓと流体の流れが並列になるように配置されている。
【００１８】
配管Ｔ２の他端側は弁Ｖ２と弁Ｖ３とに２分岐され、さらに弁Ｖ２と弁Ｖ３とは蓄熱槽Ｓの一端側に接続されている。弁Ｖ１〜Ｖ３は、配管Ｔ２と蓄熱槽Ｓとの間及び分離した配管Ｔ１と放熱器Ｃとの間に設けられ且つ流体の流量を減ずる。蓄熱槽Ｓの他端側は、熱交換器ＨＥ１の他端側に接続されている。蓄熱槽Ｓは、熱交換器ＨＥ１と配管Ｔ２，Ｔ３とに接続され、流体が配管Ｔ２，Ｔ３を通して流出入する。
【００１９】
気象データ送受信部１００は、気象データを送受信する。流体送り先選択判定部１０１は、気象データ送受信部１００からの気象データに基づき、弁Ｖ１〜Ｖ３を開閉させることにより流体の送り先として蓄熱槽Ｓと放熱器Ｃとのいずれかを選択する。
【００２０】
次に、このように構成された実施例１に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの動作を図２に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
まず、気象データ送受信部１００は、現在の天候を気象データとして受信し（ステップＳ１１）、流体送り先選択判定部１０１は、気象データ送受信部１００からの気象データを入力する（ステップＳ１３）。
【００２２】
次に、流体送り先選択判定部１０１は、気象データに基づき降雪予報があったかどうかを判定し（ステップＳ１４）、降雪予報がない場合には、弁Ｖ１を開き、弁Ｖ２、Ｖ３を閉じ（ステップＳ１５）、この状態でポンプＰによって流体を循環させる指令を送信して通常運転を行う（ステップＳ１６）。
【００２３】
通常の発電によって生じる太陽電池モジュールＰＶ、電力変換装置ＩＮＶ、変圧器ＴＲ、蓄電池ＣＥＬの発熱Ｑ１，Ｑ２が、熱交換器ＨＥ１，ＨＥ２を介して流体に伝達される。流体はポンプＰにより放熱器Ｃへ運ばれ、放熱器Ｃは、熱交換器ＨＥ１，ＨＥ２によって流体が吸収した熱量Ｑ１，Ｑ２をＱ３として放熱する。放熱されて常温まで降温された流体は、再び、熱交換器ＨＥ１に運ばれ、熱量Ｑ１を吸収する。すなわち、それぞれの構成機器が発電中に発生する熱を冷却しながら運転することになる。
【００２４】
次に、気象データ送受信部１００が降雪予報を受信したとき、流体送り先選択判定部１０１は、弁Ｖ１を閉じ、弁Ｖ２を開く指令を送信する（ステップＳ１７）。このとき、弁Ｖ３は閉じたままである。発熱量Ｑ１、Ｑ２はそれぞれ熱交換器ＨＥ１、ＨＥ２を介して、封入された流体に伝達され、伝達された熱量は蓄熱槽Ｓに蓄熱される。
【００２５】
次に、気象データ送受信部１００から降雪の開始を示す気象データを受信し、発電量がゼロになった時点で（ステップＳ１９）、流体送り先選択判定部１０１は、弁Ｖ２を閉じ、弁Ｖ３を開く指令を送信する（ステップＳ２１）。蓄熱槽Ｓに蓄積された熱は、熱交換器ＨＥ１に運ばれ、熱量Ｑ４として、太陽電池モジュールＰＶを加温し、融雪を行う。融雪され、再び発電量が発生すると、流体送り先選択判定部１０１は、弁Ｖ１を開き、弁Ｖ３を閉じる指令を送信し、流体の循環は通常の運転状態に戻る。
【００２６】
このように、実施例１に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムによれば、流体送り先選択判定部１０１が、複数の弁Ｖ１〜Ｖ３を開閉させることにより流体の送り先として蓄熱槽Ｓと放熱器Ｃとのいずれかを選択する。すなわち、融雪のための蓄熱流路と、放熱器Ｃからの廃熱のための流路を完全に分けることにより、全ての廃熱を集中的に蓄熱のみに使用できるため、短時間に確実に積雪に備えることができる。また、必要最低限に抑えた蓄熱槽Ｓの熱容量で融雪できる。従って、コンパクトかつ低コストで、効率的かつ安定的に稼動を実現できる太陽光・太陽熱発電の融雪システムを提供できる。
【実施例２】
【００２７】
図３は本発明の実施例２に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの構成を示す図である。実施例２は、実施例１の構成にさらに、太陽電池モジュールＰＶの温度を測定する温度センサーＴＭ、太陽電池モジュールＰＶを加温するヒーターＨを設けたことを特徴とする。
【００２８】
次に、このように構成された実施例２に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの動作を図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００２９】
なお、図４において、ステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ２１，Ｓ２３の動作は、図２に示すそれらと同じであるので、その説明は省略し、追加された構成の動作のみを説明する。
【００３０】
まず、温度センサーＴＭが太陽電池モジュールＰＶの温度を検出する。流体送り先選択判定部１０１は、温度センサーＴＭで検出された太陽電池モジュールＰＶの温度を入力し、降雪前でも温度センサーＴＭで検出された温度を予め設定した温度と比較し、比較した結果、低温である場合には、積雪、氷結に備え、弁Ｖ２を閉じ、弁Ｖ３を開く指令を送信し、太陽電池モジュールＰＶの加温を行う。
【００３１】
次に、流体送り先選択判定部１０１は、融雪時に温度センサーＴＭの時間に対する傾向を観測し、温度上昇があるかないかを判定する（ステップＳ２２ａ）。温度上昇がない場合、あるいは、温度が下がってきてしまった場合、ヒーターＨの稼動（ＯＮ）を指令する（ステップＳ２２ｂ）。ヒーターＨは、流体送り先選択判定部１０１からの指令により太陽電池モジュールＰＶの加温を行う。
【００３２】
次に、融雪され、再び発電量が発生すると、流体送り先選択判定部１０１は、ヒーターＨが稼動している場合には、ヒーターＨの稼動を中止し、弁Ｖ１を開き、弁Ｖ３を閉じる指令を送信し、流体の循環は通常の運転状態に戻る。
【００３３】
このように、実施例２に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムによれば、実施例１に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの効果と同様な効果が得られる。
【００３４】
また、流体による熱とヒーターによる熱とを共に太陽電池モジュールＰＶに加えることにより、ヒーター容量を小さくすることができ、低コストで効率的な雪の融解が行える。また、複数のヒーターＨを設け、積もった雪の面積に応じて、複数のヒーターＨの内の通電すべきヒーターＨの数を変化させることにより効率的な雪の融解が行える。
【００３５】
さらに、太陽モジュールＰＶを直列接続して構成されるストリングごとにヒーターＨを設けても良い。この場合、１つのストリング部が溶解して、発電を再開すると、そのストリング部がヒーターＨにより発熱される。ヒーターＨの電源に、容量制限がある例えば家庭用の太陽光発電システムでは、ストリングごとに設けたヒーターＨを一度に発熱させず、まずいくつかのストリング部をヒーターＨにより発熱させて、そのいくつかのストリング部における雪を溶解させる。発電が再開し始めたら、そのヒーターＨへの通電を停止し、次のいくつかのストリング部におけるヒーターＨを通電する。このように通電することで効率的な雪の融解が行える。
【実施例３】
【００３６】
図５は本発明の実施例３に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの構成を示す図である。図５に示す実施例３は、図３に示す実施例２の構成にさらに、太陽電池モジュールＰＶの発電量を測定する発電量センサー１０３、日射量を測定する日射量センサー１０４、日射量センサー１０４からの日射量と温度センサーＴＭからの温度と発電量センサー１０３からの発電量に基づき異常を判断する異常判定部１０２を設けたことを特徴とする。
【００３７】
次に、このように構成された実施例３に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの動作を図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００３８】
なお、図６において、ステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ２１，Ｓ２２ａ，Ｓ２２ｂ，Ｓ２３の動作は、図３に示すそれらと同じであるので、その説明は省略し、追加された構成の動作のみを説明する。
【００３９】
まず、融雪時に、異常判定部１０２は、温度センサーＴＭからの温度データと発電量センサー１０３からの発電量データと日射量センサー１０４からの日射量データとを受信する。
【００４０】
次に、異常判定部１０２は、発電量センサー１０３からの発電量データが予め定められた発電量設定値Ｑｃを超えたかどうかを判定する（ステップＳ２３）。発電量データが予め定められた発電量設定値Ｑｃを超えていない場合には、異常判定部１０２は、温度センサーＴＭからの温度データが予め定められた温度設定値θｃを超えたかどうかを判定する（ステップＳ２４）。
【００４１】
温度データが予め設定された温度設定値θｃを超えた場合には、次に、日射量センサー１０４からの日射量データが予め定められた日射量設定値Ｓｃを超えたかどうかを判定する（ステップＳ２５）。  
日射量データが予め定められた日射量設定値Ｓｃを超えた場合、すなわち、日射があり、モジュール温度が上がっているにも拘わらず、発電量が発生してこない場合には、融雪システムに異常があると判断する（ステップＳ２６）。従って、融雪システムの異常を容易に発見することができ、安定的な稼動を行える。
【００４２】
また、実施例３に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムによれば、コンパクトかつ低コストで、効率的かつ安定的に稼動を実現できる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施例１乃至実施例３に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムに限定されるものではない。実施例１乃至実施例３に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムでは、太陽電池モジュールＰＶを用いた太陽光発電システムについて説明したが、本発明は太陽光集光板を有した太陽熱発電システムにおいても同様に適用可能である。太陽光集光板を有した太陽熱発電システムの動作及び効果は上述した実施例１乃至実施例３に係る太陽光・太陽熱発電の融雪システムの動作及び効果と同様である。また、上述した実施例１乃至実施例３において、放熱器Ｃにより排出される廃熱は、別途、他のものに利用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、太陽光あるいは太陽熱を利用した発電システムに利用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
ＰＶ   太陽電池モジュール
ＩＮＶ  電力変換装置
ＴＲ  変圧器
ＣＥＬ  蓄電池
ＨＥ１，ＨＥ２  熱交換器
Ｐ  ポンプ
Ｔ１，Ｔ２  配管
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３  弁
Ｓ  蓄熱槽
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ４’  熱量
１００  気象データ送受信部
１０１  流体送り先選択判定部
１０２  異常判定部
１０３  発電量センサー
１０４  日射量センサー
ＴＭ  温度センサー
Ｈ  ヒーター
【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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