(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を熱エネルギーに変換するソーラー・エネルギー・モジュールにおいて、
（ａ）前記断熱要素（２０）は、太陽光に対し透過性を有し赤外線に対し透過性が低い断熱要素（２０）と、
（ｂ）その内側に包囲されたガスに利用可能な容積を有する封止された包囲体と、
（ｃ）前記断熱要素（２０）を介して伝達された太陽光を吸収するための吸収要素（３０）であって、前記封止包囲体の内側にあり、前記包囲されたガスと熱接触してなる吸収要素（３０）と、
（ｄ）可変部分と、
を備え、
前記可変部分は、
（ｉ）前記封止された包囲体の内側の固定された一定量要素（２３）と、
（ｉｉ）前記封止された包囲体の外側の拡張可能室（７５）と、
（ｉｉｉ）前記一定容量要素（２３）と拡張可能室（７５）との間の包囲されたガスの流を可能にするように構成された接続ダクト（８０）と
を含み、
前記一定量要素内で包囲されたガスを加熱すると、ガスが前記一定量要素から前記拡張可能室に流れ、前記拡張可能室が前記包囲されたガスに利用可能な容積を増加するように変化し、前記封止された包囲体の内部温度を減少させ、前記ソーラー・エネルギー・モジュールの構造的な許容値内に前記包囲されたガスの圧力を維持してなる
ソーラー・エネルギー・モジュール。
【請求項２】
前記封止包囲体（２２）内の圧力は、外部環境と平衡状態にあることを特徴とする請求項１記載の太陽エンルギー・モジュール。
【請求項３】
換気口（９７）を有するフレキシブル室（９５）が、封止されたガス包囲体（２４）内に収納され、
前記フレキシブル室（９５）の外部エンベロープは、前記封止されたガス包囲体（２４）の内部エンベロープの可変部分となり、
前記封止されたガスが温まると、ガス圧が上昇し、前記フレキシブル室（９５）により包囲された容積が減少し、前記ガスは、前記フレキシブル室（９５）から換気口（９７）を介して放出され、
これにより、前記封止されたガスの容積が増加し、前記ガス圧を許容値内に維持する
ことを特徴とする請求項１記載のソーラー・エネルギー・モジュール。
【請求項４】
前記太陽エネルギー・モジュール（１００）は、太陽光に対し高い透過性があり熱赤外線に対し透過性が低い構造物（２０）を有し、
前記構造物（２０）は、
（ｉ）複数の透明な包囲体を含む絶縁物と、
（ｉｉ）前記包囲体内に配置される断熱ビーズの層と、
（ｉｉｉ）細長いセルのアレイと、
から構成される
ことを特徴とする請求項１記載のソーラー・エネルギー・モジュール。
【請求項５】
流体パイプ（１０６）が、前記吸収要素（３０）に熱的に結合されていることを特徴とする請求項１記載のソーラー・エネルギー・モジュール。
【請求項６】
前記断熱要素（２０）は、細長いセルを含み、
前記フレキシブルで透明な層（２８）が、前記セルに配置され、
前記層（２８）の両側の間の圧力差により、前記層（２８）を局部的に伸ばし、圧力差を減らす
ことを特徴とする請求項１記載のソーラー・エネルギー・モジュール。
【請求項７】
太陽光を熱エネルギーに変換するソーラー・エネルギー・モジュールにおいて、
（ａ）太陽光に対し透過性があり熱赤外線に対し透過性が低い断熱要素（２０）であって、該断熱要素（２０）は太陽光に対し高い透過性があり熱赤外線に対し透過性が低い少なくとも１つの構造物を有し、該構造物は（ｉ）複数の透明な包囲体を含む絶縁物と（ｉｉ）前記包囲体内に配置される断熱ビーズの層と（ｉｉｉ）細長いセルのアレイとを備えてなる断熱要素（２０）と、
（ｂ）封止された包囲体であって、該包囲体の内側に封止されたガスに利用可能な容積を有する封止された包囲体と、
（ｃ）前記断熱要素（２０）を介して伝達された太陽光を吸収するための吸収要素（３０）であって、前記封止包囲体の内側にあり、前記包囲されたガスと熱接触してなる吸収要素（３０）と、
（ｄ）可変部分であって、該可変部分は、
（ｉ）前記封止された包囲体の内側の固定された一定量要素（２３）と、
（ｉｉ）前記封止された包囲体の外側の拡張可能室（７５）と、
（ｉｉｉ）前記一定容量要素（２３）と拡張可能室（７５）との間の包囲されたガスの流を可能にするように構成された接続ダクト（８０）と
を含む可変部分と、
（ｅ）前記断熱要素によって伝達された太陽光を吸収する少なくとも１つの流体パイプ（１０６）であって、当該太陽光の吸収が吸収表面（３０）に熱的に結合されること、及び当該太陽光に露出されることのうちの少なくとも１つによって起きる流体パイプ（１０６）と、
（ｆ）前記吸収表面（３０）と前記流体パイプ（１０６）の少なくとも一方に熱的に結合された空気ダクト（１１０）と、
を有してなるソーラー・エネルギー・モジュールであって、
これにより、太陽光は、前記断熱要素（２０）を貫通し、前記吸収表面（３０）で吸収され、
これにより、前記吸収表面（３０）が、前記流体パイプ（１０６）内の水と前記空気ダクト（１１０）内を流れる空気を暖め、及び
これにより、前記一定量要素を内に包囲されたガスを暖め、ガスは前記一定量要素から前記拡張可能室へ流れ、前記拡張可能室が前記包囲されたガスに利用可能な容積を増加するように変化し、前記封止された包囲体の内部温度を減少させ、前記ソーラー・エネルギー・モジュールの構造的な許容値内に前記包囲されたガスの圧力を維持してなる
ことを特徴とするソーラー・エネルギー・モジュール。
【請求項８】
熱蓄積体（２０５）を有し、
前記熱蓄積体（２０５）は、前記吸収表面（３０）と前記流体パイプ（１０６）の少なくとも一方に熱的に結合される
ことを特徴とする請求項７記載のソーラー・エネルギー・モジュール。
【請求項９】
前記ソーラー・エネルギー・モジュールにより生成された熱は、ビルの壁に熱的に結合され、
これにより、前記ビルの壁を温め、
この温められた壁が前記壁の内側を温める
ことを特徴とする請求項７記載のソーラー・エネルギー・モジュール。
【請求項１０】
前記空気ダクト（１４２，１４５）は、複数の空気弁（５−１３６）を有することを特徴とする請求項７記載のソーラー・エネルギー・モジュール。
【請求項１１】
前記ソーラー・エネルギー・モジュールは、前記空気ダクト（１４２，１４５）内の空気の流れを調整するコントローラ（５００）を有することを特徴とする請求項７記載のソーラー・エネルギー・モジュール。
【請求項１２】
前記コントローラ（５００）は、前記ソーラー・エネルギー・モジュールからの熱流を最適化プログラムに従って調整し、
前記最適化プログラムは、複数のソースから入力情報を受領し、
前記複数のソースは、ビルのパラメータをモニタするセンサと、前記ソーラー・エネルギー・モジュールのパラメータをモニタするセンサと、環境センサと、人間の入力とからなる複数のソースの内の少なくとも１つのソースを含む
ことを特徴とする請求項１１記載のソーラー・エネルギー・モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギーの分野に関し、特にソーラー・エネルギー・モジュールに関する。このソーラー・エネルギー・モジュールは、圧力制御されたガスの収納体と、制御されたエアダクトと、太陽エネルギーを様々なビルのアプリケーションに分配する手段を具備する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光に対し透過性を有し発熱する赤外線に対しては低い透過率しか有さない断熱パネルは、特許文献１−５に開示されている。断熱パネル（透明な絶縁材料或いは熱的ダイオード（一方向性素子）とも称する）は、合成材料製或いはガラス製のハニカム構造を有する。この種の合成材料或いはガラスは、その材料の光学特性と形状故に、赤外線と可視光に対し透明性を有するが、赤外線の背面放射（thermal IR back-radiation）に対しては不透明である。同時に、透明な絶縁材料は、熱伝達抑制子（thermal convection suppressor ）と熱伝導抑制子（thermal conduction suppressor ）でもある。その理由は、前者はその形状故に、後者はハニカム構造の材料の熱的特性と薄い壁の為に、そのように呼ばれる。入射する太陽光と、熱的赤外線の背面放射と、低い伝導率と伝達率故のエネルギー損失が制限されていることに対する不均衡は、熱的ダイオードを構成し、様々なエネルギー分野における熱の捕獲と使用を可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４，４８０，６３２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７１９，９０２号明細書
【特許文献３】米国特許第４，８１５，４４２号明細書
【特許文献４】米国特許第４，９２８，６６５号明細書
【特許文献５】米国特許第５，１６７，２１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
断熱パネルを使用することにより、広い大気温度と大気状態に渡り、特に寒冷地において、大きなエネルギー変換効率を可能とする。一方で、ソーラー・エネルギー・モジュールの寿命を延ばしその性能を確保するために、ソーラー・エネルギー・モジュールをシールし、内部要素（例、透明な断熱パネル）そのものを、周囲（大気）から切り離し、これにより、化学的残留汚染のリスクを減らす必要がある。封止された包囲体により、ユニット内の大気ガスを、優れた熱的特性を有する媒体即ち熱伝導率と熱伝達率の低い媒体（稀ガスであるアルゴンとクリプトン）で置換することが可能になる。しかし断熱パネルをシールすることは、ガス包囲体の増加する内部圧力と大規模故障に関しては、新たな挑戦的事項となる。このようなリスクは、ソーラー・パネルの内部容積を増やすと大きくなるが、その理由は、透明な断熱パネルと透明な絶縁材料により可能となる温度変動の幅広い範囲を含むことが原因である。このため、封止されたガスのパラメータを制御することが好ましく、同時にソーラー・エネルギー・モジュールから様々な応用分野に熱が流れるのを制御するのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の太陽光を熱エネルギーに変換するソーラー・エネルギー・モジュールは、
（ａ）断熱要素（太陽光に対し透過性を有し赤外線に対し透過性が低く）と、（ｂ）吸収要素（前記断熱要素を透過した太陽光を吸収し）と、（ｃ）封止包囲体（前記吸収要素と関連して配置され）と、（ｄ）前記封止包囲体内の可変部分（前記封止包囲体内に封止されたガスの温度変化に応じて前記封止包囲体内のガスが入る容積を変え）とを有する。
その結果、前記太陽光は、前記断熱要素を通過し、前記吸収要素で吸収され、前記封止されたガスが加熱されると、前記可変部分は容積を増加させ、前記封止されたガスの圧力を許容値内に維持する。前記封止包囲体内の圧力は、外部環境と平衡状態にある。
一実施例においては、前記可変部分は、伸縮するシーリング要素で形成される。前記シーリング要素は、前記断熱要素と前記吸収要素とを接続する。前記伸縮するシーリング要素が伸びることにより、前記封止されたガスの容積が増加する。
一実施例においては、前記封止包囲体は、一定容量要素と、拡張可能室と、それ等の間を繋ぐ接続ダクトとを有する。前記一定容量要素内に封止されたガスが加熱されると、前記ガスは、一定容量要素から拡張可能室に移り、前記封止包囲体内に封止されたガスの圧力を、一定の範囲内に維持する。
【０００６】
一実施例においては、換気口を有するフレキシブル室が、封止されたガス包囲体内に収納される。前記フレキシブル室の外部エンベロープは、前記封止されたガス包囲体の内部エンベロープの可変部分となり、前記封止されたガスが温まると、ガス圧が上昇し、前記フレキシブル室により包囲された容積が減少し、前記ガスは、前記フレキシブル室から換気口を介して放出され、これにより、前記封止されたガスの容積が増加し、前記ガス圧を許容値内に維持する。
一実施例においては、前記太陽エネルギー・モジュールは、太陽光に対し高い透過性があり熱赤外線に対し透過性が低い構造物を有する。前記構造物は、複数の透明な包囲体を含む絶縁物と、前記包囲体内に配置される断熱ビーズの層と、細長いセルのアレイと、を有する。
一実施例においては、太陽光を熱エネルギーに変換するソーラー・エネルギー・モジュールは、（ａ）断熱要素（太陽光に対し高い透過性を有し赤外線に対し透過性が低く、太陽光に対し透過性があり熱赤外線に対し透過性が低い構造物を有し、前記構造物は、複数の透明な包囲体を含む絶縁物と、前記包囲体内に配置される断熱ビーズの層と、細長いセルのアレイとから構成され）と、（ｂ）吸収表面（前記断熱要素を透過した太陽光を吸収し）と、（ｃ）流体パイプ（前記断熱要素を透過した太陽光を吸収し、記太陽光の吸収は、前記吸収表面に熱的に結合され、太陽光への露光により行われ）と、（ｄ）空気ダクト（前記吸収表面と前記流体パイプの少なくとも一方に熱的に結合され）とを有する。これにより、太陽光は、前記断熱要素を貫通し、前記吸収表面で吸収される。前記吸収表面が、前記流体パイプ内の水と前記空気ダクト内を流れる空気を暖める。
一実施例においては、熱蓄積体を更に有し、前記熱蓄積体は、前記吸収表面と前記流体パイプの少なくとも一方に熱的に結合される。
一実施例においては、前記ソーラー・エネルギー・モジュールにより生成された熱は、ビルの壁に熱的に結合され、これにより、前記ビルの壁を温め、この温められた壁が前記壁の内側を温める。
一実施例においては、前記空気ダクトは、複数の空気弁を有する。前記ソーラー・エネルギー・モジュールは、前記空気ダクト内の空気の流れを調整するコントローラを有する。前記コントローラは、前記ソーラー・エネルギー・モジュールからの熱流を最適化プログラムに従って調整し、前記最適化プログラムは、複数のソースから入力情報を受領し、前記複数のソースは、ビルのパラメータをモニタするセンサと、前記ソーラー・エネルギー・モジュールのパラメータをモニタするセンサと、環境センサと、人間の入力とからなる複数のソースの内の少なくとも１つのソースを含む。
【０００７】
一実施例においては、ソーラー・エネルギー・モジュールからの暖かい空気と温水を用いてビルに熱を提供する方法は前記ソーラー・エネルギー・モジュールは、熱を加熱手段に提供し、前記加熱手段は、空気ダクトと熱貯蔵体の少なくとも一方を含み、前記加熱手段からの熱流は、制御手段により調整される。この方法は、（ａ）  前記ビル内の場所の温度を監視するステップと、（ｂ）  前記加熱手段の温度を監視するステップと、（ｃ）  前記ビル内の場所の監視された温度と、加熱手段の監視された温度とに従って、最適化された加熱プランをデザインするステップと、（ｄ）  前記加熱プランを適用するために、前記制御手段に指示を与えるステップと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】太陽光を透過する断熱要素と吸収面を繋ぐ拡張可能なシーリング要素を有するソーラー・エネルギー・モジュールの側面図。
【図２】一定容積要素と拡張可能室とそれ等の間を繋ぐダクトを有するソーラー・エネルギー・モジュールの側面図。
【図３】シールされたガス包囲体内に換気口を具備するフレキシブルな部屋を有するソーラー・エネルギー・モジュールの側面図。
【図４ａ】熱的に結合されたエアダクトを有するソーラー・エネルギー・モジュールの斜視図。
【図４ｂ】熱的に結合されたエアダクトを有するソーラー・エネルギー・モジュールの断面図。
【図５】吸収面に熱的に結合された熱貯蔵装置を有するソーラー・エネルギー・モジュールの側面図。
【図６ａ】壁に熱的に結合されたソーラー・エネルギー・モジュールの斜視図。
【図６ｂ】壁に熱的に結合されたソーラー・エネルギー・モジュールの断面図。
【図７】拡張可能なアルミ製バッグ（封止されたガスの内圧と外圧とを比較する機能を有する）を有するソーラー・エネルギー・モジュールの斜視図。
【図８】液相変化により熱を移す手段を有するソーラー・エネルギー・モジュールの斜視図。
【図９】様々なセンサーを空気弁或いは監視員に接続するソーラー・エネルギー・モジュールのブロック図。
【図１０】熱をビルに供給する方法のフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
可変部分を有するシールされたガス包囲体を有するソーラー・エネルギー・モジュール（図１−３）
図１−３に、太陽光を熱エネルギーに変換するソーラー・エネルギー・モジュール５を示す。このソーラー・モジュール５は壁１０に取り付けられる。太陽光は、鉄を少量含有するガラス・プレート１５と断熱パネル２０を透過して、封止包囲体２２内のガス空間に入り、更に、低放射ガラス・プレート２５と吸収プレート３０に入射する。吸収プレート３０は、蓄積された熱を、他の要素（例、ウォーター・パイプと熱蓄積体とエアダクト等）に伝熱する。鉄を少量含有するガラス・プレートである低放射ガラス・プレート２５は、赤外線放射が低く、赤外線波長範囲において、大気への放射損失を低減する。市販されている低−ＥガラスはPilkington K Glass （ＴＭ：登録商標）である。吸収プレート３０は壁１０からスペーサ３３で若干離れている。
吸収プレート３０は、暗い不透明な物質、例えば太陽エネルギーの分野では公知の選択的にコーティングした金属で形成される。
断熱パネル２０は、太陽光に対し透過性を有し、赤外線に対し低い透過率しか有さない。この種の断熱（パネル）層は、特許文献１−５に開示されている。構成要素の一例は、複数の透明な包囲体と、この包囲体内に配置された絶縁ビーズ（insulative beads ）の層と、細長いセルのアレイを含む。
【００１０】
太陽光に対し透過性を有し発熱する赤外線に対しては低い透過率しか有さない断熱パネルは、特許文献１−５に開示されている。断熱パネル（透明な絶縁材料或いは熱的ダイオード（一方向性素子）とも称する）は、合成材料製或いはガラス製のハニカム構造を有する。この種の合成材料或いはガラスは、その材料の光学特性と形状の結果、太陽光の赤外線と可視光に対し透明性を有するが、赤外線の背面放射（thermal IR back-radiation）に対しては不透明である。同時に、透明な絶縁材料は、熱伝達抑制子（thermal convection suppressor ）と熱伝導抑制子（thermal conduction suppressor ）でもある。その理由は、前者はその形状故に、後者はハニカム構造の材料の熱的特性と薄い壁の為に、そのように呼ばれる。入射する太陽光と、熱的赤外線の背面放射と、低い伝導率と伝達率故のエネルギー損失が制限されていることに対する不均衡は、熱的ダイオードを構成し、様々なエネルギー分野における熱の捕獲と使用を可能にする。
一般的なハニカム材料は、Polycarbonate(PC),Polymethyl methaxrylate(PMMA),Cellulose triacetate(CTA)、ガラス、或いはガラスに類似の光学特性と伝熱特性を有する材料である。ハニカム構造のホールは、鉄含有ガラス・プレート１５の方向を向いている。
このようなハニカム構造の寸法は、直径が３−１２ｍｍで、壁の厚さが０．０５−０．２ｍｍで、アスペクト比が３−１５である。断面が丸くない場合には、３−１２ｍｍに類似の大きさである。
【００１１】
断熱パネル２０を使用することにより、広い大気温度と大気状態に渡り、特に寒冷地において、大きなエネルギー変換効率を可能とする。一方で、ソーラー・エネルギー・モジュール５の寿命を延ばしその性能を確保するために、内部要素（例、透明な断熱パネル２０）そのものを、周囲（大気）から切り離し、これにより化学的残留汚染のリスクを減らす必要がある。封止された包囲体２２により、ユニット内の大気ガスを、優れた熱的特性を有する媒体即ち熱伝導率と熱伝達率の低い媒体（稀ガスであるアルゴンとクリプトン）で置換することが可能になる。しかし断熱パネルをシールすることは、包囲体２２の増加する内部圧力と大規模故障に関しては、新たな挑戦的事項となる。このようなリスクは、ソーラー・パネルの内部容積を増やすと大きくなるが、その理由は、透明な断熱パネル２０と、透明な絶縁材料により可能となる温度変動の幅広い範囲とを含むことが原因である。このため、封止されたガスのパラメータを制御することが好ましく、同時にソーラー・エネルギー・モジュールから様々な応用分野に熱が流れるのを制御するのが好ましい。
【００１２】
封止包囲体２２は、吸収プレート３０に熱的に結合され、可変部分を有する。この可変部分は、封止包囲体２２内に封止されたガスが入る容積を変化させる。図１において、この可変部分を構成する手段は、伸縮するシーリング要素３５である。このシーリング要素３５は、断熱パネル２０を、貫通形状４０を介して吸収プレート３０に熱的に結合する。シーリング要素３５が伸びると、断熱パネル２０と吸収プレート３０との間の距離が増加し、封止されたガスの容積が増加する。吸収プレート３０は、壁１０からスペーサ３３で若干離れている。
【００１３】
図１の実施例では、断熱パネル２０は細長いセルから形成され、テフロン（登録商標）製の層２８が、このセル２０の下側に配置される。テフロン層２８は、両側にある圧力差がテフロン層２８を局部的に引き延ばすと、テフロン層２８により封止されたガスの容積が拡張し、圧力差を軽減する。テフロン（登録商標）は柔軟性があり、広い動作温度にわたり蒸気を透過させないバリアである。更にテフロンが十分薄い場合には、太陽光の波長にわたって極めて透明性が高い。
【００１４】
図２のソーラー・モジュール７０において、封止包囲体２２は、一定容量要素２３と、拡張可能室７５と、それ等の間を繋ぐ接続ダクト８０とを有する。一定容量要素２３は、断熱パネル２０、鉄含有ガラス・プレート１５、スペーサ４５により境界が形成される。一定容量要素２３内に封止されたガスを加熱すると、ガスは一定容量要素２３から拡張可能室７５に流れ、封止包囲体２２内に封止されたガスの圧力を、一定の範囲内に維持する。
【００１５】
図３のソーラー・モジュール９０において、換気口９７を有するフレキシブル室９５が、封止されたガス包囲体２４内に収納されている。フレキシブル室９５の外部エンベロープは、封止されたガス包囲体２４の内部エンベロープの可変部分となる。封止されたガスを加熱すると、ガス圧が上昇し、フレキシブル室９５により包囲された容積が減少する。かくして、フレキシブル室９５のガスは、換気口９７を介して放出される。これにより、ガス包囲体２４内に封止されたガスの容積が増加し、ガス圧を許容値内に維持し、外部環境と平衡状態となる。
【００１６】
加熱手段を有するソーラー・エネルギー・モジュール（図４−９）
図４ａ、４ｂにおいて、太陽エネルギー・モジュール１００は、太陽光に対し透過性があり熱赤外線に対し透過性が低い断熱パネル２０と、太陽光を吸収する吸収表面３０と、前記吸収表面３０に熱的に結合されたウォーター・パイプ１０６と、前記吸収プレート３０と、ウォーター・パイプ１０６と直接熱的に接触している空気加熱ダクト１１０とを有する。
【００１７】
太陽光は、断熱パネル２０を貫通し、吸収プレート３０で吸収される。この吸収プレート３０が、ウォーター・パイプ１０６内の水を温め、その結果、空気加熱ダクト１１０内を流れる空気も暖める。この温められた水と空気は、様々なアプリケーションで用いられる。
【００１８】
空気加熱ダクト１１０の後ろ（図４ｂでは左側）に、別の内部接続されたエアダクトと伝熱ダクト１１５とを有する。伝熱ダクト１１５は、空気加熱ダクト１１０と伝熱ダクト１１５の間に絶縁材料１２０を具備する。この伝熱ダクト１１５は、金属ダクト、又は太陽エネルギー・モジュール１００と壁１０との間の単なる空間である。壁１０と太陽エネルギー・モジュール１００との間の周囲をシールして、暖められた空気の漏れを防ぐ。
【００１９】
６個の空気弁１３１−１３６が、空気加熱ダクト１１０と伝熱ダクト１１５内の加熱された空気の流れを制御する。空気は、空気弁が開いている時に、空気ベント１４１−１４６を通して流れる。
【００２０】
他のモードにおいては、空気加熱ダクト１１０は、外の世界、或いは伝熱ダクト１１５又はビル内の内側に向けて解放されるか、空気の通路全体をブロックする。太陽エネルギー・モジュール１００により得られた太陽エネルギーは、交互に或いは同時に、複数個の熱受領体に転送される。空気加熱ダクト１１０は、空気弁１３１，１３６が底部にあり、空気加熱ダクト１１０の上部が開いている場合には、天然の煙突として機能する。その結果、温められた空気は、空気ベント１４６を自然対流により出て、新たな空気を空気ベント１４１を介して入れる。吸収プレートである熱コレクタをシャットダウンしたモードにおいては、吸収プレート３０は、冷却されて、エネルギーが必要ないときには過熱を防止する。
【００２１】
空気循環による空間加熱モードにおいては、空気弁１３５，１３２がビル内の部屋に対し開いた状態にあり、他の全ての弁は閉じた状態にある。従って、空気加熱ダクト１１０からの熱い空気は、空気ベント１４５を介して室内に入り、空気加熱ダクト１１０内は、部屋の冷たい空気で置換される。この部屋の冷たい空気は、空気加熱ダクト１１０内に空気ベント１４２を介して入ってきたものである。
別の構成として、新たな空気による空間加熱モードにおいては、空気弁１３１，１３５が開いた状態にあり、他の全ての弁は閉じた状態にある。同様に、空気は、部屋から自然の排気口としての空気加熱ダクト１１０で取り出される。これは、空気弁１３２，１３６を開いた状態にし、他の全ての弁を閉じた状態で、行われる。
【００２２】
水を加熱するモードにおいては、熱吸収（熱収集）プレート３０からの熱は、エンドユーザへのパイプ内を流れる温水で移送される。温水利用の一例は、部屋を暖房する空間或いは洗面所の温水である。これは空気或いは空間の直接加熱と同時に行われる。
【００２３】
水の加熱が必要な場合には、以下の複数のモードの内の何れか１つが選択される。      水のみを加熱するモードの場合においては、全てのバルブを閉じ、空気加熱ダクト１１０内に空気を閉じ込め、断熱を改善し、吸収プレート３０とウォーター・パイプ１０６の加熱手段としての効率を改善する。
壁を加熱するモードにおいては、空気弁１３３と１３４は、開いた状態であり他の全ての空気弁は閉じたままである。従って、空気加熱ダクト１１０と伝熱ダクト１１５は、接続され、熱い空気が２つのダクト内を循環する。これは天然の熱サイフォン現象である。かくして、熱エネルギーは、吸収プレート３０から伝熱ダクト１１５に隣接する壁１０に移る。壁１０は、熱蓄積装置として機能し、熱を熱伝導により室内に移す。
【００２４】
受動型の断熱モードにおいては、太陽光が無い場合には、全てのバルブを閉じて、太陽エネルギー・モジュール１００は、受動型の断熱材として機能し、ビル外に熱が漏れるのを防止する。
【００２５】
図５において、ウォーター・パイプ１０６は、複数の方法で用いることができる。ソーラー・モジュール２００は、蓄熱装置２０５とウォーター・パイプ１０６を有する。この蓄熱装置２０５は、吸収プレート３０と熱的に接触している。蓄熱装置２０５は、水或いは他の熱保持流体で充填される容器である。太陽光により暖められた水は、ウォーター・パイプ１０６内を流れ、蓄熱装置２０５内の水を暖める。後の時点で、蓄熱装置２０５から暖められた水が、ウォーター・パイプ１０６を通して流れ、蓄熱装置２０５内に蓄えられた熱エネルギーを、エンドユーザに移す。エンドユーザの一例は、家庭用或いは工業用の利用である。
【００２６】
蓄熱装置２０５のの後側は、非伝熱性絶縁物２３０でビルの外壁から断熱されている。非伝熱性絶縁物２３０の一例は、ポリウレタン、鉱物ウール、他の絶縁材料である。カバー２５０とシーリング部材２２０と２１０は、絶縁性能を改善し、吸収プレート３０が冷寒期に凍るのを阻止する。
【００２７】
図６ａ，６ｂにおいて、ソーラー・エネルギー・モジュール３００は、ウォーター・パイプ１０６で壁１０を加熱する。このウォーター・パイプ１０６は、一方の側で吸収プレート３０と熱的に接触し、他方の側で壁１０と熱的に接触する。壁１０が、熱を、壁１０の外側に、そして更にビルの内側に移す。ウォーター・パイプ１０７は、太陽光を直接吸収し、その結果暖められた水は、ウォーター・パイプ１０６と同様様々なアプリケーションに用いられる。
【００２８】
図７において、ソーラー・モジュール４００は、側面方向は断熱部材４０５で断熱され、ウォーター・パイプ１０６の側は断熱層４１０，４２０で断熱される。断熱層４１０と４２０との間に、アルミ製の拡張可能バッグ４１５が配置される。このバッグ４１５は、換気口９７を介して大気に対し開いた状態にある。斯くして、バッグ４１５は、伸縮し、中に封止されたガスは大気圧に保持されて、封止されたガスと大気との間の圧力差に起因して、ソーラー・モジュール４００が破損するのを防止する。
【００２９】
ウォーターパイプは、ヒートパイプで置換或いは補強してもよい。
図８に包囲体の内部から外部に熱を移送する方法を示す。ヒート・パイプ４５５はシールされたパイプから構成される。このヒート・パイプは、熱い端部と冷たい端部の両端は、高い伝熱性の材料製例えば銅、アルミで形成される。ヒート・パイプ蒸発ボリューム４６０は、流体で所定圧に充填される。この流体の一例は、水或いはエタノールであり、これ等は一部液状で一部ガス状である。熱は、ヒート・パイプ４５５により凝縮蓄積体４５０に移送される。この凝縮蓄積体（heat pipe condensation bulb ）４５０は、ソーラー・エネルギー・モジュールの外部にある。熱は、液体の凝縮による潜在熱として、離れた場所にあるアプリケーションに放出される。他の相変化材料も同様の構成で用いることができる。
【００３０】
図４−８の実施例は、複数の加熱手段と、空気加熱ダクト１１０と、ウォーター・パイプ１０６と、蓄熱装置２０５とを有する。他の加熱手段も利用可能である。ビルとその住民は、様々なアプリケーション、例えば手洗い、空気循環、床暖房、部屋の暖房、エアコン等でエネルギーを必要とする。
図９において、利用できる加熱手段と好ましいアプリケーションにマッチさせるために、コントローラ５００は、複数のセンサからデータを受領する。ソーラ・モジュール・センサ５１５は、太陽エネルギー・モジュール１００内の様々な場所の温度を測定し、且つ太陽エネルギー・モジュール１００に入る太陽光を測定する。温度センサ５２０は、ビルの部屋或いはホールの温度を測定する。環境センサ５２５は、大気温度と風速を測定する。
プロセッサ５４０は、最適プログラム内に、好ましい加熱対象の複数のリストを有する利用可能なデータをインストールする。その後、プロセッサ５４０は、加熱手段に対し適宜のフローパターンと加熱プランをデザインし、適切な指令を、空気弁１３１−１４６に、更に流れ強化装置５１０に対し、発する。例えば、ウォーター・パイプ１０６からの温水を制御するポンプに、或いは蓄熱装置２０５からの熱を制御するポンプに、適切な指令を発行する。
一実施例においては、コントローラ５００は、作業員５４５により、作業員インターフェース５４７を介して制御される。
一実施例においては、コントローラ５００は、複数のインターフェース５３０，５１７，５２２，５２７を有し、それぞれ、空気弁１３１−１４６と、流れ強化装置５１０と、ソーラ・モジュール・センサ５１５と、温度センサ５２０と、環境センサ５２５とのインターフェースを実行する。
【００３１】
ソーラー・エネルギー・モジュールを制御する方法
図１０に、太陽エネルギー・モジュール１００からの温風と温水を用いてビルを温める方法６００のフローチャートを示す。太陽エネルギー・モジュール１００が熱を複数の加熱手段に与える。
加熱手段は、空気加熱ダクト１１０と蓄熱装置２０５とを有する。加熱手段からの熱の流れは、制御手段である空気弁１３１−１３６と流れ強化装置５１０により調整される。
ビルの温度を監視する方法６００は、ビル内の各位置の温度をモニタするステップ６１０と、加熱手段の温度を監視するステップ６２０と、監視された温度と加熱最適化目標に従って加熱プランをデザインするステップ６３０と、加熱プランのアプリケーションに対し制御手段にコマンドを送るステップ６４０とを有する。
【００３２】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。
【符号の説明】
【００３３】
５  ソーラー・モジュール
１０  壁
１５  鉄含有ガラス・プレート
２０  断熱パネル
２２  封止包囲体
２３  一定容量要素
２４  封止されたガス包囲体
２５  低放射ガラス・プレート
２８  層
３０  吸収プレート
３３  スペーサ
３５  シーリング要素
４０  貫通形状
４５  スペーサ
７０  ソーラー・モジュール
７５  拡張可能室
９５  フレキシブル室
９７  換気口
１００  太陽エネルギー・モジュール
１０６  ウォーター・パイプ
１１０  ダクト
１１５  伝熱ダクト
１２０  絶縁材料
１３１−１３６  空気弁
１４１−１４６  空気ベント
２００  ソーラー・モジュール
２０５  蓄熱装置
２３０  非伝熱性絶縁物
４００  ソーラー・モジュール
４０５  断熱部材
４１０，４２０  断熱層
４１５  拡張アルミ・バッグ
４５５  ヒート・パイプ
４５０  凝縮蓄積体
４６０  ヒート・パイプ蒸発ボリューム
５００  ソーラ・モジュール・コントローラ
５１０  流れ強化装置
５１５  ソーラ・モジュール・センサ
５１７  ソーラ・モジュール・センサ・インターフェース
５２０  ビルのセンサ
５２２  ビルのセンサ・インターフェース
５２５  環境センサ
５２７  環境センサ・インターフェース
５３０  ソーラー・モジュール・インターフェース
５４０  プロセッサ
５４５  作業員
５４７  作業員・インターフェース
５３０、５１７，５２２，５２７  インターフェース
図１０
６００  熱をビルに供給する方法
６１０  ビルの温度を監視する
６２０  加熱手段の温度を監視する
６３０  最適化された加熱プランをデザインする
６４０  制御手段に指示を与える
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
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