(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池モジュールの裏側で、電磁波を利用して温水を製造するために樹脂ホースを高密度に敷き詰める方法を提供する。【解決手段】太陽電池モジュールは、太陽光を受けて、輻射熱で温度が上昇する。そのモジュールの裏面から放出される電磁波は、渦巻き状に巻かれた樹脂ホースを通過し、さらに遠赤外線放射率１％から１５％である材料のプレートで覆うことによって反射される。その波長が水分子が共鳴する３０μｍ程度まで長くなることにより、効率よく温水を製造できる。温水製造は電磁波によるものであり、冬場でも効率的に温水を製造することができる。樹脂ホースは、架橋ポリエチレンホース、ポリエチレンホース、ポリブテンホースが耐水圧性、衛生性、長期信頼性の観点から適している。【選択図】図４
2019219102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂ホースをホールドするエラストマー押出し製品の形状が採用する樹脂ホース円形の外形の直径（D)ｍｍと同等のくぼみ形状を有し、そのエラストマー製品の高さ（A)ｍｍは、Dｍｍ×（０．５〜０．７）＋Cｍｍ:エラストマー材厚みで、横幅（B)ｍｍはDｍｍ＋（１ｍｍ〜４０ｍｍ）であり、かつ、エラストマー材料硬度は、JISA硬度：６５から７８である樹脂ホースホールド押出しエラストマー部材
【請求項２】
樹脂ホースホールド押出しエラストマー部材に樹脂ホースをはめ込めることによりなる渦巻き状巻き樹脂ホースのプレート状であって、その樹脂ホースの巻き長さが５ｍ以上４０ｍ以下である樹脂ホースからなる軽量集熱部材
【請求項３】
エチレンプロピレンジエンランダム共重合体ゴムを含む熱可塑性のコンパウンドである特許請求1項の樹脂ホースホールド押出しエラストマー部材
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
太陽電池モジュールは、太陽光を電気に変換するものであり、太陽熱温水器は、パネルで受けた太陽の輻射熱を冷媒に伝え、温水として貯蔵し、活用するものである。
本発明は、太陽光スペクトルの内、可視光線を電気に変換し、赤外光線で温水を同時に製造する軽量かつ安価であり、長期間に亘り、メンテナンスフリーの熱電ハイブリット太陽電池モジュールの集熱機能を発揮するエラストマー部材および渦巻き状巻き樹脂ホースのプレート部材を提供する。
【背景技術】
【０００２】
太陽の輻射熱で温まった集熱部の熱を熱伝導により水に伝え温水を製造する機器は、太陽熱温水器として古くから製造、販売されている。太陽熱温水器には、平板型と真空管型の２通りある。平板型は簡便な構造であり、製造コストが抑えられ、太陽熱温水器の普及に大きく貢献した。しかし、平板型の太陽熱集熱器では、構造そのものに起因して、寒冷な気象条件下の使用において、放熱により、集熱効率が低下し、温水が得られないという問題がある。また、集熱器の傾斜角度を屋根傾斜よりも大きくする必要があり、この設置角度では、住居外観が悪くなり、そのため普及の妨げになっている。
【０００３】
真空管型集熱器は、集熱部の熱損失を真空状態にすることによってゼロに近づけており、冬場でも８０℃以上の温水を容易に製造することができる。しかし、真空を保持するガラス管は、冬場の凍結で割れることがあり、その対策として、断熱材の多用と熱シール構造確立のため、高価となり、また、製品重量が重く、屋根設置工事代金がかさむ問題がある。
太陽熱温水器では、日中に製造した温水を貯蔵するタンクが必要である。タンク一体型は安価であるが、平米当たり、約３００kgの重量となり、木造建築物では設置安全性の問題になることが指摘されている。一方、熱媒の強制循環方式は、タンク分離できるので、重量の問題は解消されるが、温水製造のシステム化により経済性が損なわれる問題があった。
こうした中、太陽光パネルの表面で発電し、裏面側で温水を製造する、所謂、熱・電ハイブリット太陽電池モジュールの開発が１９７０年代から行われている。太陽電池モジュールは、太陽光を受けて、発電するが、一方、パネル温度の上昇に伴い、１℃の温度上昇あたり、約０．５％程度の発電効率低下することが知られている。そこで、裏面を水道水などで冷やすことによって、発電効率向上を狙い、併せて、「温水」を利用することによって、太陽光総合エネルギー効率の向上を狙った製品である。
【０００４】
本熱・電ハイブリット太陽電池モジュールには、太陽電池モジュールと太陽熱温水器を単純に組み合わせた形式と受光面側に太陽電池パネル、そのモジュールの裏面側にガラスを用い、その中間に架橋ポリエチレン樹脂管を挟んだことによる発電と温水製造を同時に行えるモジュール一体型の２通りある。前者は、太陽の輻射熱で高温になった表面の熱を熱伝導良好な銅管に伝えることで温水を得る方式である。後者は、ガラスとガラスに囲まれた構造で、所謂、温室効果（輻射）により、樹脂管中の水を温水に変えるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】JP２０１７０８５７６０には、太陽電池モジュールの裏側に液体が通過する樹脂製パイプを一体的に結合した高効率な太陽熱光ハイブリッド太陽電池モジュールとして、太陽光の受光面側及び反受光面側にガラスを設け、温水製造部と発電部を備えた構成の発明が開示されている。一旦取り込んだ光を温室効果により、樹脂管内に流れる水を温水に変えることができる。しかし、ガラス/ガラス両面構造のモジュールのため、重量が非常に重く、また、ガラス部とアルミフレーム部との接触部に傷が入りやすく、割れることが多々あった。また、一体成型方式のハイブリット太陽電池モジュールは、ラミネータ工程でシリコンセル割れの危険性を含んでおり、ロバスト性に欠くものであった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱伝導により温水を得る方式は、金属素材であり、放熱防止のため断熱材を多用することになり、重量が重くなること、製品コストが上がること、冬場に放冷により、温水が取れないことが致命的である。これに対し、ガラス/ガラスの両面ガラスによる輻射熱伝達方式は、外気や風に影響することがない。一方、ガラス/ガラスは、モジュール重量が重いこと、モジュール設置コストが高いこと、水圧により水漏れのリスクがあることから、輻射を利用した軽量で、安価で、１０年以上の長期間の耐水圧、水漏れ保証を可能とする新しい熱電ハイブリット太陽電池モジュールの出現が待たれていた。
鋭意検討の結果、太陽電池モジュールで受けた輻射熱を高効率で、温水製造するため、太陽電池モジュールの受光面に対して裏側に樹脂ホースを高密度で、かつ太陽電池モジュールのバックシート側にフラットに張り付けることを可能とする樹脂ホールド部材およびそれを用いた渦巻き状巻き樹脂ホースのプレートの開発が必要であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段は以下の通りである。
遠赤外線放射率が８０％から９９％である材料からなる樹脂ホースを太陽電池モジュールの裏側に貼り付け、遠赤外線放射率が１％から１５％であるプレート状材料をその樹脂ホースの裏側に張り付けることにより、太陽電池モジュールの裏面で効率よく温水を製造できることを発見した。その効率は、樹脂ホースを単位面積当たり高密度で巻くことにより向上することを発見した。樹脂ホースは剛直で、直線状にはならないものである。また、樹脂ホース製品は円状に束ねてあるためスパイラル状に撚れている。この撚れを残したまま熱電ハイブリット太陽電池モジュールに組み込み、化学接着させると水圧により、必ず破裂、破損する。そこで、樹脂ホースを容易に取り扱える技術を検討した結果、樹脂ホースと特定の形状と材料物性を有するエラストマー部材を組み合わせることによって、極めて良好なハンドリング性を有し、高密度で、渦巻き状に樹脂ホースを巻き取れることを発見した。また、完全に樹脂ホースと太陽電池モジュールが固定化されていないので、水圧に対する緩衝効果により、躯体を破壊することがない。このことは、つまり、シンプルな構造であり、安価で、軽量で、かつ、高効率で太陽電池モジュールのバックシート裏で、容易に温水を製造できる。
【０００８】
鋭意検討の結果、樹脂ホースをホールドする形状を有したエラストマー押出し製品は、採用する樹脂ホース円形の外形の直径（D)ｍｍと同等のくぼみ形状を有し、そのホールドエラストマー製品の高さ（A)ｍｍは、Dｍｍ×（０．５〜０．７）＋Cｍｍ:エラストマー材厚みで、横幅（B)ｍｍは、D＋（１ｍｍ〜４０ｍｍ）であり、かつ、樹脂ホースをホールドするモジュラスと剛直な樹脂ホースの可暁性とがバランスされるものであるため、エラストマー材料硬度は、JISA硬度：６５から７８である樹脂ホースホールド押出しエラストマー製品である。
【０００９】
住宅配管として古くから採用されているこれらの樹脂ホースは、硬く曲げにくい素材である。集熱効率を向上させるためには、太陽電池モジュールの裏面部分にできる限り長尺の樹脂ホースを張り付けることである。そのため、樹脂ホースを樹脂ホースをホールドする形状を有したエラストマー押出し製品に一方向からはめ込み、剛直な樹脂ホースが部分部分で浮きが発生することがないようにできる。
この浮きがあると太陽電池モジュールからの輻射：電磁波を効率よく吸収することができないため好ましくない。
【００１０】
本発明の押出しエラストマーの断面形状は、集熱性能と２０年以上に亘り、剛直な樹脂ホースをホールドし続ける機械的な強度と関係する。本製品の高さは、極めて重要な数値であり、Aｍｍ；高さは、直径；Dｍｍ×０．７を超えると樹脂ホースを一方向から挿入できないため好ましくない。Dｍｍ×０．５を下回ると円形に巻く加工工程において、外れることがあるため好ましくない。好ましくは、Dｍｍに対して、０．６０〜０．６７の倍率の高さに対して決定される。
Cｍｍのエラストマーの厚みは、１ｍｍから１０ｍｍで、好ましくは１．５ｍｍから５ｍｍである。横幅Bｍｍは、樹脂ホースを巻かれた状態では、水圧を支える緩衝層であり、１ｍｍより薄いと水圧のため樹脂ホースが外れることがあるため好ましくない。４０ｍｍを超えると太陽電池モジュールの裏面に配する樹脂ホースの長さが制限されるため好ましくない。また、モジュールの重量、コストも増加するため、好ましくない。
JISA硬度６５を下回ると樹脂ホースをホールドするモジュラスが低下し、外れることがあるため好ましくない。７８を超えるとモジュラスが高すぎるため渦巻き状に巻く加工作業性が極めて悪くなるため好ましくない。
【００１１】
採用する樹脂ホースの内管直径が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、２ｍｍより細い場合は、詰りの問題や凍結の問題が発生することもあるため、好ましくない。また、１０ｍｍを超えると樹脂ホースの曲げ強度が強いため、パネル内で長尺で巻くことが難しくなるため、好ましくない。好ましくは、３ｍｍ以上７ｍｍ以下ある。樹脂ホース長は、５メートル以上３００メートル以下である。５メートルよりも短いと有用な温水を製造することができない、３００メートルを超えると樹脂ホース巻き加工費が高騰するため安価な製品を生産することができない。好ましくは１０メートル以上１５０メートル以下である。さらに好ましくは、５メートルから２０メートルの樹脂ホースを２巻き以上１０巻き以下を連結してなる集熱樹脂ホース構造（図２）が好ましい。
樹脂ホース材料は、遠赤外線放射率；８０％から９９％である材料で、その中でも架橋ポリエチレンホース、ポリエチレンホース、ポリブテンホースが好ましい。樹脂ホースとエラストマー部材との物理的一体化により得られる、渦巻き状巻き樹脂ホースは、渦巻き状に巻く作業工程ならびに巻き終えた後の巻き戻りのない特長を有する部材を発明した。
【発明の効果】
【００１２】
樹脂ホースを本発明の樹脂ホールドエラストマー押出し製品にはめ込むことで組み合わせてなる樹脂ホース／エラストマー部材は、容易に円形状に巻くことが可能で、また巻き戻りが一切ないので、太陽電池モジュールの裏面部に高密度で、樹脂ホースを配置することが可能である。また、水道水圧、あるいはそれ以上の水圧に対して、渦巻き状に巻いた樹脂ホース／エラストマー部材は、巻き戻りは一切ない。
１MPaの水圧によりモジュールが破壊することなく、少なくとも２０年間は、渦巻き状の巻き樹脂ホースの巻き戻り、外れのない、よって、長期間に亘り、水漏れなし保証できる熱電ハイブリット太陽電池モジュールの温水製造部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】渦巻き状巻き樹脂ホースのプレート
【図２】渦巻き状巻き樹脂ホースのプレート配置および樹脂ホース連結
【図３】熱電ハイブリット太陽電池モジュールの断面構造
【図４】渦巻き状巻き樹脂ホースのホールドエラストマー押し出し製品断面形状および寸法
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜太陽電池モジュール＞
ガラス/ガラスの両面構造の太陽電池モジュールを除く、市販されているすべての太陽電池モジュールを熱電ハイブリット太陽電池モジュール製造のベースパネルとして使用できる。つまり、単結晶、多結晶、薄膜、タンデム型セル、ハーフセルタイプの太陽電池モジュールのバックシート側に本発明の熱電ハイブリット太陽電池用樹脂ホースホールドエラストマー部材および渦巻き状巻き樹脂ホースのプレート部材を適用する。
＜ 熱電ハイブリット太陽電池モジュール外装の裏面側プレート：遠赤外線放射率１％以上１５％材料＞
アルミニウム合金板：厚み；１．５ｍｍ：遠赤外線放射率：３.６％、アルミ箔；厚み２０μｍ、鉄プレート：厚み；２．０ｍｍ；遠赤外線放射率１％未満、ステンレス（SUS430）：板；厚み：２.０ｍｍ：遠赤外線放射率：７.５％など、適用することにより、輻射の波長の長波長化により、水分子の自己振動と共振することにより温水製造ができる。
＜渦巻き状巻き樹脂ホースプレート＞
図１に集熱機能を有する渦巻き状巻き樹脂ホースのプレートを示す。図４に示すエラストマー樹脂ホールド部材に樹脂ホースを開口部から押し込み、物理的に一体化させたのち、直径１０ｃｍ、厚み１５ｍｍの木製の円盤に樹脂ホースを巻きつけることによって、渦巻き状の樹脂ホース巻きを得ることができる。エラストマー部材の開口部は、熱電ハイブリット太陽電池モジュール外装の裏面側プレート：遠赤外線放射率１％以上１５％材料側に向けて取り付ける。
【００１５】
樹脂ホース/エラストマーホールド部材は、外周から内部に向かって巻かれている、あるいは、内側から外側に向かって巻かれていることを特長とし、この巻き方式は、不自然な曲げストレスの加わらないため、長期間に亘り水漏れの心配は全くない。
電磁波を反射させる裏側プレートの厚みは１０μｍ以上であり、好ましくは、厚み２０μｍ以上、更に好ましくは、３０μｍ以上である。アルミニウム板を使用する場合は、１．５ｍｍ以下である。それよりも厚い場合は、屋根などの設置作業が難しくなる。１０μｍより薄い場合は、電磁波の反射が少なくなり、効率よく遠赤外線３０μｍの波長の電磁波が得られないため、好ましくない。
また、電磁波を反射させるプレート表面は、鏡面に近いほど良好で、平滑であることが好ましい。酸化などにより、遠赤外線放射率が大きくなり、反射し難くなるため、表面酸化防止の対策をすることが好ましい。
【００１６】
＜軽量熱電ハイブリット太陽電池モジュールの製造方法＞
市販の太陽電池モジュールの裏面に予め準備した渦巻き状巻き樹脂ホースプレートに遠赤外線放射率１％以上、１５％以下のプレートで全面覆いながら押し当て、あるいは接着し、あるいはネジなどで固定することにより、製造できる。
本発明の熱電ハイブリット太陽電池モジュール外装の裏面側プレート：遠赤外線放射率１％以上１５％材料を適用してなる軽量熱電ハイブリット太陽電池モジュールは、既存太陽熱温水器およびハイブリット太陽電池モジュールに較べ軽量であることも特長である。
【実施例】
【００１７】
実施例１：ゴムコンパウンド配合：三井EPT４０２１：１００phr、旭カーボンブラック＃５０：６０ｐｈｒ、ホワイトンSB：２０ｐｈｒ：ニプシルVN３：１０ｐｈｒを充填率７５％にて、神戸製鋼所のバンバリーミキサー１１０Lにて１５分混練し、排出温度は、１１０℃とした。得られたコンパウンドは、２６インチのロールにて、ゴム押出し機に供給できるように厚み１０ｍｍ、幅５０ｍｍのリボン形状のコンパウンドを準備した。図４に示す、押出し後に得られる押出し断面の口金にて、押出し機シリンダー温度HD４０℃/C1：５０℃/C2：５０℃/C3：５０℃に設定し、押出し速度８ｍ/分の速度にて準備した。加硫槽の温度は室温とした。エラストマー部材の製品硬度は、JISA硬度７０であった。
はめ込む樹脂ホースとして、イノアック住環境社製架橋ポリエチレン管５A：内径D：５ｍｍを適用した。ホールドエラストマー押出し製品の形状は、A：８ｍｍ、B：１８ｍｍ、樹脂ホース長は、１０ｍとした。
【表１】
2019219102.tif 000003
【００１８】
本発明の樹脂ホースを組み込んだホールドエラストマー押出し製品（図４）適用の軽量熱電ハイブリット太陽電池モジュールの構造を図３に示す。Alpha Zeroth株式会社製Zeroth−６０BMの太陽電池モジュールを準備し、そのバックシート側に渦巻き状巻き樹脂ホースのプレートを信越化学工業社製一液型RTVシリコーンシーラント(KE-441-W)を用いてバックシートと化学接着した（図２）。このタイプは、6枚の渦巻き状巻き樹脂ホースのプレートを太陽電池モジュールの裏面側に配置し、それぞれ、同種の樹脂ホースで接続する。接続の技術は、既存の樹脂ホース継手製品を適用することができる。好ましくは、安価で、軽量なタケノコニップルが好ましい。本実施では、オンダ社製の真鍮タケノコニップルを使用した。
【００１９】
渦巻き状巻き樹脂ホースプレート(図１）は、イノアック住環境(株)社製：内径５ｍｍの５A架橋ポリエチレン管を直径：１００ｍｍの木製円盤（厚み：１０ｍｍ）に巻きつけて、渦巻き状の直径：４１０ｍｍのプレートを準備した。
この渦巻き状巻き樹脂ホースのプレートを６枚準備し、図2に示した配置とし、それぞれは、真鍮製ニップル（５Aと５A接続）で連結した。接続樹脂ホースは、渦巻き状巻き樹脂ホースと同様を用いた。１．０ｍｍ厚みのアルミ板（JISA 1050P)を渦巻き状の直径：４１０ｍｍのプレートの裏側に押し当て、信越化学工業社製一液型RTVシリコーンシーラント(KE-441-W)にて、接着して軽量熱電ハイブリット太陽電池モジュールを得た。
実施例２：架橋ポリエチレンホースをポリエチレンホースに置き換えた以外は実施例１と同様に行った。
実施例３：樹脂ホースとして、ブリヂストン社製１０Aポリブテンホースを適用し、接続ニップルは、１０A用を使用した。太陽電池モジュールとの接合は、シーラントを用いず、物理的に押し当てるのみとした。樹脂ホールドエラストマーとして、三井化学社製ミラストマー硬度７５を用いた。これ以外は、実施例１と同様に行った。
【００２０】
比較例１：本発明の樹脂ホールドエラストマー押し出し部材を適用せず、樹脂ホースのみで渦巻き状のプレートを作成し、適用した以外は、実施例１と同様に行った。樹脂ホースは、粘着テープを用いて手作業で１０ｍの巻きを作製した。
【００２１】
＜集熱性評価＞
モジュール入り口：４−１部から水道水を通水し、出口：４−２から温水を採取して、集熱性能を評価した。
風速1m/s、日射強度：平米当たり、１０００Wにおいて、外気温１８．５℃、水道水温度１４.３℃、水流量６０L/ｈの条件で、パネル出口４−２部の温水温度を温度計で測定し、昇温度合い（出口温度ー水道水温度）を集熱性能（℃）とした。
＜熱電ハイブリット太陽電池モジュールの水圧試験＞
水道水圧を加え、１０分間ホールドした際に樹脂ホースの巻き戻りや外れの有無の評価（官能試験）
良好：巻き戻りや外れが一切ない。不良：巻き戻りや外れが発生
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の樹脂ホース/円形断面の１／２から２／３断面のエラストマー部材は、剛直で円形に巻くことの難しい樹脂ホースを容易に巻くことができるので、太陽電池モジュールの裏面部に取り付けることによって、電磁波を吸収、放射して内部を通過する水分子に吸収されて、温水を製造することができる。
【符号の説明】
【００２３】
1:樹脂ホース
２：樹脂ホールド押出しエラストマー部材
３：ニップル
４：接続用樹脂ホース
５：アルミフレーム
６：バックシート
７：電気ケーブル
８：ジャンクションブックス
９：１〜１５％遠赤外線放射材料
１０：発電素子
１１：カバーガラス
１２：太陽電池モジュール
【図１】
2019219102.tif 000004
【図２】
2019219102.tif 000005
【図３】
2019219102.tif 000006
【図４】
2019219102.tif 000007