(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光の受光面側に設けられる太陽光パネルと、液体が通過する樹脂製パイプと、ゴム素材と、裏面側に設けられる裏面ガラスと、を一体的に結合してなり、前記樹脂製パイプは前記太陽光パネルの裏面及び前記裏面ガラスに接触しつつ前記ゴム素材によって包囲され、太陽光を利用した発電と、太陽熱を利用して前記樹脂製パイプ内を通過する液体の温度上昇とを同時に実現することを特徴とするハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記ハイブリッド太陽電池モジュール１枚に対し、複数本または蛇行した形状の前記樹脂製パイプが設けられ、隣接する前記樹脂製パイプの間に、前記太陽光パネルの裏面、前記ゴム素材及び前記裏面ガラスによって囲まれて形成される空気層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記太陽光パネルは、表面ガラスと、太陽電池セルを内包する封止材と、セル割れ防止シートとを積層したものであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記樹脂製パイプが、架橋ポリエチレン樹脂或いはポリブテン樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記樹脂製パイプ内の耐水圧性能が、０．２ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記ハイブリッド太陽電池モジュール１枚に対し、前記樹脂製パイプの全容積が１００ｃｃから８０００ｃｃであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記ハイブリッド太陽電池モジュール１枚に対し、前記空気層が３カ所以上設けられていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記封止材は、オレフィン系封止材又はエチレン−酢酸ビニル共重合体からなることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記セル割れ防止シートは、太陽電池用バックシートとオレフィン系ゴム組成物とを一体化したものであることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記ハイブリッド太陽電池モジュール１枚に対し、平行に複数本の前記樹脂製パイプが設けられ、前記ハイブリッド太陽電池モジュールの外側において前記樹脂製パイプが互いに連結されることで、複数本の前記樹脂製パイプが１本に繋がることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記オレフィン系ゴム組成物のシート厚みが３００μｍ以上で８００μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記空気層は、中子用樹脂パイプを１本或いは複数本並べて得られる空間であることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記中子用樹脂パイプが、架橋ポリエチレン樹脂或いはポリブテン樹脂からなることを特徴とする請求項１２に記載のハイブリッド太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を利用した発電と太陽熱を利用した温水供給を同時に実現するハイブリッド太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電は、自然エネルギーを活用する有効な発電システムとして広く浸透している。しかし、太陽光発電を実施するためには、広い受光面を必要とするため、その広い面積をさらに有効活用するために、太陽光発電に付加価値を設けることが検討されている。そのような付加価値の一つとして、太陽光発電システムに、温水供給システムを付加することが提案されている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に示された従来のソーラーシステムの取付断面図である。ここで、特許文献１に記載のソーラーシステムは、屋根Ｒ等の上に並べられた太陽光パネル１００の中から一部のパネルを選択し、その下側のみに集熱管１２０や断熱材１３０を有するソーラー温水パネル１１０を設置するもので、ソーラー温水パネル１１０を最適な位置にレイアウトすることができるという効果を奏している。しかし、太陽光パネル１００とソーラー温水パネル１１０は別々に製造されるため、既存の太陽光パネル１００のフレーム１５０をそのまま用いることができない。つまり、ソーラー温水パネル１１０の台座１６０を別途設けることになるため、パネルの設置作業が煩雑である。
【０００４】
図６は、特許文献２に示された一体形成される太陽光熱電温水パネルの組立図である。特許文献２に記載の太陽光熱発電温水パネルでは、太陽光パネル１００と集熱管１２０及び断熱材１３０を一体の構造としているため、従来のフレームに二つの機能を有するパネルを設置することができるという効果を奏している。
【０００５】
しかし、特許文献２ではほとんど検討されていないが、集熱管１２０には相当の耐水圧性能や長期間の耐久性が要求され、また、蓄熱性やパネル全体の強度などを十分に検討しなければ、一年中を通して、十分な温水を供給することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２７０９号公報
【特許文献２】特開２０００−２４１０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような実情に鑑み、本発明では、太陽光パネルと液体が通過する樹脂製パイプとを一体的に結合し、軽量かつ安価で、さらに長期間の使用に耐えられ、また、一年中を通して温水を供給することができるハイブリッド太陽電池モジュール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】
上記目的を達成するための第１発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、
太陽光の受光面側に設けられる太陽光パネルと、液体が通過する樹脂製パイプと、ゴム素材と、裏面側に設けられる裏面ガラスと、を一体的に結合してなり、前記樹脂製パイプは前記太陽光パネルの裏面及び前記裏面ガラスに接触しつつ前記ゴム素材によって包囲され、太陽光を利用した発電と、太陽熱を利用して前記樹脂製パイプ内を通過する液体の温度上昇とを同時に実現することを特徴とする。
【０００９】
第１発明のハイブリッド太陽電池モジュールを用いれば、従来の太陽電池モジュールに用いられるフレーム等を利用して、太陽光を利用した発電と太陽熱を利用して温度上昇した液体の供給とを同時に実現することができるという効果を奏する。
【００１０】
また第１発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、太陽電池パネルの下部にゴム素材層を設け、その内部に樹脂製パイプが設けられたものであり、その樹脂製パイプに水等の液体を流通させ、太陽光により発電するとともに、太陽熱により温水等を製造する。温水等は樹脂製パイプを流通するので、従来の金属パイプを使用した場合に比べ腐食することがまったく無い。また従来の太陽電池パネルに樹脂製パイプを接着したものに比べ、樹脂製パイプがゴム素材層で覆われていて集熱性・熱伝導性・保温性に優れており、効率よく太陽熱により温水を製造することができる。
【００１１】
第２発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第１発明において以下の特徴を有する。
前記ハイブリッド太陽電池モジュール１枚に対し、複数本または蛇行した形状の前記樹脂製パイプが設けられ、隣接する前記樹脂製パイプの間に、前記太陽光パネルの裏面、前記ゴム素材及び前記裏面ガラスによって囲まれて形成される空気層が設けられている。
【００１２】
第２発明のハイブリッド太陽電池モジュールを用いれば、温水等が流通する樹脂製パイプを包囲するゴム素材層の内部に空気層を設けているので、断熱効果が向上するだけでなく、ゴム素材の量を減少させるので、更なるコストダウンや軽量化にも寄与することができる。
【００１３】
第３発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第１発明において以下の特徴を有する。
前記太陽光パネルは、表面ガラスと、太陽電池セルを内包する封止材と、セル割れ防止シートとを積層したものである。
【００１４】
第３発明のハイブリッド太陽電池モジュールを用いれば、太陽電池パネルとゴム素材層の間にセル割れ防止シートが挿入されている。従って第３発明のハイブリッド太陽電池モジュールを製造する際に真空加圧によるラミネ−ト加工により製造するが、その際に太陽電池パネルのセル割れを防止することができる。シートがクッション性を有しており衝撃力やプレス力が付加されても太陽電池パネルの太陽電池セルの割れを防止することができる。
【００１５】
第４発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第１発明または第２発明において以下の特徴を有する。
前記樹脂製パイプが、架橋ポリエチレン樹脂或いはポリブテン樹脂からなる。
【００１６】
第４発明のハイブリッド太陽電池モジュールを用いれば、温水等が流通する樹脂製パイプを架橋ポリエチレン樹脂或いはポリブテン樹脂で構成しているので、耐圧性に優れ樹脂製パイプの破損・破裂等による温水等の漏れが発生する事のないハイブリッド太陽電池モジュールを実現することができる。またハイブリッド太陽電池モジュールを製造する際に、樹脂製パイプの潰れ防止をするためのテフロン
（登録商標）樹脂棒等の中子が不要となる。
【００１７】
第５発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第１発明または第２発明において以下の特徴を有する。
前記樹脂製パイプ内の耐水圧性能が２５℃で、０．２ＭＰａ以上である。
【００１８】
第５発明によれば、第４発明と同様の効果が発現する。
【００１９】
第６発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第１発明または第２発明において以下の特徴を有する。
前記ハイブリッド太陽電池モジュール１枚に対し、前記樹脂製パイプの全容積が１００ｃｃから８０００ｃｃである。
【００２０】
第６発明によれば、本発明のハイブリッド太陽電池モジュールにより所要の温水等を得ることができる。
【００２１】
第７発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第２発明において以下の特徴を有する。
前記ハイブリッド太陽電池モジュール１枚に対し、前記空気層が３カ所以上設けられている。
【００２２】
第７発明によれば、第２発明と同様の効果を発現することができる。
【００２３】
第８発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第３発明において以下の特徴を有する。
前記封止材は、オレフィン系封止材及び／又はエチレン−酢酸ビニル共重合体である。
【００２４】
第８発明によれば、封止材としてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を封止材として使用することができる。この場合、封止材は公知の封止材であり入手が容易である。またオレフィン系封止材は、出願人が２０１４年２月２５日において特願２０１４−３４４０５として出願したものである。このオレフィン系封止材を使用することにより、封止材としてＥＶＡを使用した場合に比べて太陽電池パネルの発電中に酢酸の発生が非常に少なく、太陽電池パネル内の電極が腐食することがない。更にこのオレフィン系封止材と太陽電池パネルの表面側ガラスとの間にＥＶＡ封止材を設ける構成とすることも可能である。
【００２５】
第９発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第３発明において以下の特徴を有する。
前記セル割れ防止シートは、太陽電池用バックシートとオレフィン系ゴム組成物とを一体化したものである。
【００２６】
第９発明によれば、太陽電池パネルに使用するバックシートにオレフィンゴム組成物を一体化したセル割れ防止シートを使用している。このオレフィン系ゴム組成物は、出願人が２０１４年２月２５日において特願２０１４−３４５８０として出願したものである。このオレフィン系ゴム組成物をセル割れ防止シートとして使用することにより、第３発明と同様の効果が発現する。またこのセル割れ防止シートをハイブリッド太陽電池モジュールに使用することにより、ハイブリッド太陽電池モジュールの使用中に外的要因により衝撃力が加えられても太陽電池セルが割れることながなく発電機能を維持しながら温水等の製造をすることができる。
【００２７】
第１０発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第１発明において以下の特徴を有する。
前記ハイブリッド太陽電池モジュール１枚に対し、平行に複数本の前記樹脂製パイプが設けられ、前記ハイブリッド太陽電池モジュールの外側において前記樹脂製パイプが互いに連結されることで、複数本の前記樹脂製パイプが１本に繋がれている。
【００２８】
第１０発明によれば、ハイブリッド太陽電池モジュール内に設けられた複数本の樹脂製パイプの隣接するもの同士が連結されているので温水等がハイブリッド太陽電池モジュール内を繰り返し流通することになり１枚のハイブリッド太陽電池モジュールでも温水等製造することができる。
【００２９】
第１１発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第９発明において以下の特徴を有する。
前記オレフィン系ゴム組成物のシート厚みが３００μｍ以上で８００μｍ以下である。
【００３０】
第１１発明によれば、太陽電池パネルとゴム素材層との間に設けられたオレフィン系ゴム組成物の厚みが３００μｍ以上で８００μｍ以下であり、ハイブリッド太陽電池モジュールを製造する際のラミネート加工におけるプレス力により太陽電池パネル内の太陽電池セルが割れることは無い。
このオレフィン系ゴム組成物の厚みが３００μｍ未満においては、ハイブリッド太陽電池モジュールを製造する際のラミネート加工時のプレス力により太陽電池セルが割れてしまう虞がある。また、このオレフィン系ゴム組成物の厚みが８００μｍを超えると結晶系セル表面にゴム組成物が回り込み、発電の阻害となることがあるため、好ましくない。
【００３１】
第１２発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第２発明において以下の特徴を有する。
前記空気層は、樹脂ホースを１本或いは複数本並べて得られる空間である。
【００３２】
第１２発明によれば、ハイブリッド太陽電池モジュールの空気層を形成するためにゴム素材層と隣接して樹脂ホースを１本或いは複数本並べているので、空気層を形成するために中子の抜き取りが不要である。従って本発明のハイブリッド太陽電池モジュールの製造効率を大幅に向上させることができる。
【００３３】
第１３発明のハイブリッド太陽電池モジュールは、第１２発明において以下の特徴を有する。
前記樹脂ホースが、架橋ポリエチレン樹脂或いはポリブテン樹脂である。
【００３４】
第１３発明によれば、空気層中に埋設された樹脂ホースが架橋ポリエチレン樹脂或いはポリブテン樹脂を使用しているので、空気層に相当する空間に当該ホースを配置し、ハイブリッド太陽電池モジュールを製造する際に加えられるプレス力に対して十分な強度を有しており所要の空気層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ハイブリッド太陽電池モジュールの斜視図である。
【図２】ハイブリッド太陽電池モジュールの断面図である。
【図３】別形態のハイブリッド太陽電池モジュールの断面図である。
【図４】樹脂製パイプの配置を説明する図であって、（ａ）は直線配置、（ｂ）は蛇行配置、（ｃ）は蛇行配置した別形態を示す。
【図５】従来のソーラーシステムの取付断面図である。
【図６】一体形成される太陽光熱電温水パネルの組立図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１は、ハイブリッド太陽電池モジュールの斜視図であり、また、図２は、ハイブリッド太陽電池モジュールの断面図である。また図３は、別形態のハイブリッド太陽電池モジュールの断面図である。このハイブリッド太陽電池モジュール１０は、太陽電池セル２１を備えた太陽光パネル２０と、その太陽光パネル２０の裏側に樹脂製パイプ３０を有しており、これらをゴム素材５０によって接着して一体的に結合したものである。そして、この樹脂製パイプ３０に水や不凍液などの液体を流し込み、太陽光パネル２０が取り込んだ太陽熱を利用して、樹脂製パイプ内部３１に流し込まれた液体の温度を上昇させることを目的とするものである。液体の種類としては、シリコーンチューブやフッ素チューブに置き換えれば、油等も考えられるが、通常は、水の場合には、温水を供給することになるので、浴場施設のような温水を大量に必要とする施設だけで利用するのではなく、一般家庭でも利用することができる。不凍液を使用する場合は、熱交換機にて、上水道系の水を温水とする。希望の温度に満たない場合は、ボイラーで追い炊きするシステムで、快適に、経済的に温水を製造できる。
【００３８】
このハイブリッド太陽電池モジュール１０は、受光面側には太陽電池パネル２０の表面ガラス２２、裏面側に裏面ガラス５１を備えて、樹脂製パイプ３０はゴム素材層５０により内包した構成となっている。尚構造的には、樹脂製パイプ３０の頂点部分は太陽電池パネル２０のセル割れ防止シート（バックシート）２４及び裏面側ガラス５１と接触していることが好ましい。このようなガラスで内包する構成にすることで、蓄熱効果を高め、さらにハイブリッド太陽電池モジュール１０全体の強度を強くすることができる。なお、太陽光パネル２０の表面ガラス２２と太陽電池セル２１及びセル割れ防止シート２４の接着及び封止には封止材２３が用いられている。この封止材２３としては、ＥＶＡ（エチレン―酢酸ビニル共重合体）を用いるのがよい。またこの封止材としては、出願人が２０１４年２月２５日において特願２０１４−３４４０５として出願したオレフィン系封止材を使用することができる。
【００３９】
従来、このような太陽熱を吸収する集熱管としては、銅製のものが用いられてきた。しかし、太陽光パネル２０と一体化する場合には、長期間の使用に耐えられなければならないことと、銅製の場合には放熱が早いため、特に温水を必要とする冬場には十分な蓄熱ができず、温水を供給するという効果を果たすことが難しくなる。そこで、本発明では、耐蝕性に優れ、かつ、放熱しにくいという特徴を持つ樹脂製パイプ３０を採用することとしている。樹脂製パイプ３０の素材としては、ポリエチレン、シリコーン、フッ素系、塩ビ等を用いることができるが、好ましくはエチレン系で、特に架橋ポリエチレンパイプ及びポリブテン樹脂パイプを用いるのが最適である。
【００４０】
なお、樹脂製パイプ３０の耐水圧性能としては、２５℃で、０．２ＭＰａ以上が必要となる。これだけの耐水圧性能がなければ、ハイブリッド太陽電池モジュール１０は面外方向に膨らみ、ハイブリッド太陽電池モジュール１０を破壊する恐れがあるためである。
【００４１】
また、１枚のハイブリッド太陽電池モジュール１０に対し、樹脂製パイプ３０の容積が１００ｃｃ以上なければ、一般家庭での使用に対し、十分な量の温水を供給することができない。また、容積が８０００ｃｃ以上となると、樹脂製パイプ３０の径が大きくなり過ぎて、モジュールの強度等に問題が生じることから、本発明では、１枚のハイブリッド太陽電池モジュール１０に対し、１００ｃｃ以上で８０００ｃｃ以下を最適な樹脂製パイプ３０の容積と考える。
【００４２】
ゴム素材５０としては、好ましくはオレフィン系ゴムを用いるのがよい。オレフィン系ゴムに接着機能を有する素材を含有させ、後述するラミネート加工において受ける熱により樹脂製パイプ３０とゴム素材５０を一体的に接着することができる。
【００４３】
図４は、樹脂製パイプの配置を説明する図であって、（ａ）は直線配置、（ｂ）は蛇行配置を示す。更に図４（ｃ）は、蛇行配置したハイブリッド太陽電池モジュールの別形態を示している。
【００４４】
図４（ａ）の樹脂製パイプ３０の配置方法は、ハイブリッド太陽電池モジュール１０の表面全体から太陽熱を取り入れることができるように、１枚のハイブリッド太陽電池モジュール１０に対し、図４（ａ）のように複数本の樹脂製パイプ１０を平行に並べている。平行に設置された各樹脂製パイプ３０は、隣接する樹脂製パイプ３０の先端同士をそれぞれジョイント３２により接続されている。また別のモジュールとも接続することが容易であり、設置の際の配管作業も容易である。このように樹脂製パイプを配置することにより大量の温水等を製造することができる。このような樹脂製パイプ３０の配置方法は、後述する空気層６０を形成する面においてハイブリッド太陽電池モジュール１０の製造がしやすく最も好ましい形態である。
【００４５】
また図４（ｂ）、図４（ｃ）のように樹脂製パイプ３０を蛇行した配置で設ける構成も可能である。
【００４６】
また、これらの配置の場合には、モジュール内において隣接する樹脂製パイプ３０同士が平行に設けられることになる。そこで、隣接する樹脂製パイプ３０同士の間に空気層６０を設けることで、更なる断熱効果の向上が図られる。なお、空気層６０の厚さとしては、樹脂製パイプ３０の外径程度とするのがよい。そして、空気層６０を設ければ、それだけハイブリッド太陽電池モジュール１０そのものの重量が軽くなり、かつ、使用するゴム素材５３の量も減らすことができるので、より経済的なモジュールとすることができる。このような実情から考えて、１枚のハイブリッド太陽電池モジュール１０に対して、３カ所以上の空気層６０を設けるのが効果的である。
【００４７】
以下に本発明のハイブリッド太陽電池モジュールの製造方法について簡単に説明する。
本発明に係るハイブリッド太陽電池モジュール１０は、ラミネート装置により真空雰囲気において加圧プレスして製造される。太陽電池パネル２０の構成部材、ゴム素材、樹脂製パイプ及び裏面ガラス積層配置して製造される。従って、加圧プレスする際に、樹脂製パイプ３０や空気層６０は、そのままでは潰れてしまう恐れがある。そこで空気層６０は、相当する部分にアルミ等の金属製の中子を詰めておき、プレス後に抜き取るという方法で形成される。また、樹脂製パイプについては、塩を詰めておき、プレス後に流し取るという方法を採用することもできるし、樹脂製パイプ３０の形状を図４（ａ）のように直線配置とし、プレス前にテフロン（登録商標）樹脂棒を樹脂製パイプ内部３１に詰めておいて、プレス後に引き抜くという方法を採用することでも良い。なお、図３（ｂ）のように樹脂製パイプ３０が蛇行して配置した場合には、テフロン（登録商標）樹脂棒では対応できないので、このような場合には、塩を詰める方法を採用すると確実に水路を確保できる。
【００４８】
図３は、ハイブリッド太陽電池モジュールの空気層６０部分を別形態としたものの断面図である。図２の形態のハイブリッド太陽電池モジュールの場合は空気層６０に相当する部分に中子を納入しラミネート装置にて製造し中子を抜いていた。一方図３の形態の場合は、中子の代わりに架橋ポリエチレン樹脂やポリブテン樹脂のような高強度な中子用樹脂パイプ７０を複数本挿入して空気層６０を形成している。この空気層６０を形成するための中子用樹脂パイプ７０は、樹脂製パイプ３０と同じものでも良いし、樹脂製パイプ３０の径に対し±３ｍｍ程度違いがあるものでも良く、また、ハイブリッド太陽電池モジュール１０製造後引き抜いても良いし、図３のようにそのまま残しておいても良い。
【００４９】
以上のようにして製造されたハイブリッド太陽電池モジュール１０は、太陽光を利用した発電と太陽熱を利用して温度上昇した液体の供給とを同時に実現することができる。そして、従来の太陽電池モジュールに用いられるフレーム等をそのまま利用して設置することが可能である。また、モジュールそのものの製造に関しても、従来の製造装置（ラミネート装置）を使用することが可能である。さらに、空気層６０を設けることで、断熱効果が向上するだけでなく、ゴム素材５０の量を減少させるので、更なるコストダウンや軽量化にも寄与することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ハイブリッド太陽電池モジュール
２０  太陽光パネル
２１  太陽電池セル
２２  表面ガラス
２３  封止材
２４  セル割れ防止シート
３０  樹脂製パイプ
３１  パイプ内部
５０  ゴム素材
５１  裏面ガラス
６０  空気層
７０  中子用樹脂パイプ
【図１】
0006474632.tif 000002
【図２】
0006474632.tif 000003
【図３】
0006474632.tif 000004
【図４】
0006474632.tif 000005
【図５】
0006474632.tif 000006
【図６】
0006474632.tif 000007