(57)【要約】【課題】  太陽熱利用と太陽電池を同一ソーラーブロックにまとめ、これらの任意数を連結して利用効率を高くしたソーラーユニットシステムを提供する。【解決手段】  角筒状のブロック枠５の天井部２９を透明板とし、底板上に太陽電池パネル３１を敷設し、端部に排出穴２４ｆを有する端部板２４ｃを設けて内部に空気の通路２５を設けたものを上ソーラーブロック３としてある。同様の構成で端部板を設けてない両端開口のブロック枠６に太陽電池パネル３１を敷設したものを下ソーラーブロック４としてある。上ブロック３に複数の下ブロック４を、各通路が連通するように、連結部材７を介して連結することにより、発電部と昇温部とを有し、かつ連続する通路を備えたソーラーブロック行を傾斜面上に設置する。排出穴２４ｆに搬送ダクトを接続し、送風ファンにより強制的に屋内に昇温空気を搬送することにより大容量の太陽熱と電力とを同時利用可能とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底板部と、この底板部の両側部を立ち上げてなる側板部と、各上記側板部上に設けてある透明板からなる天井部とにより筒状の通路を形成してなるブロック枠となし、
上記ブロック枠は、上記通路内に太陽電池パネルを敷設することによりソーラーブロックを構成し、
複数の上記ソーラーブロックは、上記通路を連通可能に連結することによりソーラーブロック行となし、
上記ソーラーブロック行の最上部に位置する上記ブロック枠の出口側には、上記通路と連通する搬送ダクトに接続する排出穴を有する端部板が設けてある
ことを特徴とする複合ソーラーユニット。
【請求項２】
請求項１に記載した複合ソーラーユニットを家屋の屋根等の傾斜面上に設置し、上記搬送ダクトには送風用ファンを設け、上記通路で昇温した空気を直接屋内の暖房エネルギーとして利用可能又は上記空気を温水槽内に設けられた熱交換器を通すことにより温水槽の熱源として利用可能としてあることを特徴とする複合ソーラーユニットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラー発電と太陽熱を同時に利用可能にする複合ソーラーユニット及びこれを利用した複合ソーラーユニットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、地球温暖化や資源の枯渇問題の深刻化から太陽エネルギーの利用が盛んになってきているが、これに伴い多くの技術が開発・実用化されている。このような現状の下にあって限定される受光面積からいかに多くの太陽エネルギーを利用可能にするかについても多くの提案がなされている。その第１例として、太陽電池モジュール部を集熱器温水槽部の表面に張り付けたユニット一体型発電・温水ソーラーシステムがある（特許文献１、同２）。このシステムは、ユニット化により設置面積を有効に利用可能としてあるところに特徴がある。第２例として、太陽電池モジュールと太陽光から熱エネルギーを取り出すための集熱パネルとを組合せたもので、集熱パネルで冷媒を暖め、これを蓄熱槽に送り込んで蓄熱可能とするものである（特許文献３）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０３７９０号公報
【特許文献２】特開平１０−２０５８８９号公報
【特許文献３】特開平１０ー６２０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記各例は、いずれも少ない集光面積を有効に利用するという点においてそれぞれの特徴を活かすものと理解できる。しかし、いずれもパネルが独立したものとしてあることから、発電モジュールはともかくとして集熱モジュールの方は、集熱時における温度が低く、集熱効率が不十分になることは否めない。また、集熱モジュールの方は、熱交換装置を屋根上等に設置するものであることから、屋根の重量負担を大きくしている。これとともに、屋根上等に設置してあるものは、メンテナンスが面倒な上に、さらに地震等の災害に対する危険発生の恐れもある。本発明は、集熱効率を高くするとともに、熱交換装置等は屋内に引き込んで、屋根の重量負担を軽くし、メンテナンスや災害対策に対応容易とする複合ソーラーユニット及びこれを利用した複合ソーラーユニットシステムを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用し以下の作用効果を生じるようにした。請求項１に記載した発明の複合ソーラーユニットは、以下のような段階により構成してある。第１に、複合ソーラーユニットをなすブロック枠は、底板部と、この底板部の両側部を立ち上げてなる側板部と、各側板部上に設けてある透明板からなる天井部とにより筒状に形成される通路を有するものとしてある。第２に、上記のブロック枠の通路に太陽電池パネルを敷設することにより、このブロック枠を発電部と昇温部とを備えたソーラーブロックとしてある。第３に、複数のソーラーブロックの通路を連通可能に連結することによりソーラーブロック行としてある。第４に、ソーラーブロック行の最上部に位置するブロック枠の出口側には、
上記の通路と連通する搬送ダクトに接続する排出穴を有する端部板を設けたものによって発電と集熱の機能を同時に備えた複合ソーラーユニットとしてある。
【０００６】
本発明に係る複合ソーラーユニットは、外装体であるブロック枠内に太陽電池パネルによる発電部と、周囲を囲んである通路内で通過空気を暖める昇温部とを併存させたものであることから、マルチソーラーパネルの範疇に入るものである。ソーラーユニットの単位面積当たりのエネルギー採取効率を高くしたものであることについては既存のハイブリッドソーラーシステムと同様の特徴を有するものである。本発明の最大の特徴は、任意数のソーラーブロックを連結することにより設置場所に対応した規模のソーラーブロック行とすることができることである。また、ソーラーブロック行を複数列に並べて配置するようにすれば、任意の電力と大量の太陽熱を採取可能となる。
【０００７】
上記のソーラーブロック行は、天井部を透明板としてあるので、照射する太陽光により通路内の空気が暖められて上昇移動し、温度上昇した空気（以下「昇温空気」と略称する）が傾斜面に沿って移動するため、ソーラーブロック行の上部位置になるほど昇温空気の温度が高くなる。また、このソーラーブロック行は、最上部に位置するブロック枠の出口側に設けてある搬送ダクトを介して昇温空気を屋内等に搬送して直接又は間接的に利用可能としてある。これにより、熱交換器等の重量物を屋根上に載置する必要がなくなることから屋根の重量負担を軽減するとともに、システムの大部分が屋内に位置することからメンテナンスが容易になる利点がある。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した複合ソーラーユニットを利用してなる複合ソーラーユニットシステムとして発展させたものである。これは複合ソーラーユニットを家屋の屋根等の傾斜面上に設置し、ソーラーブロック行の最上部に位置するブロック枠の端部に接続してある搬送ダクトに送風ファンを設け、上記の昇温空気を直接屋内の暖房エネルギーとして利用可能、又は昇温空気を温水槽内に設けられた熱交換器を通すことにより温水槽の熱源として利用可能としたものでる。昇温空気は通路内で外気よりも高温になっているので、それに対応して効果的な太陽熱の利用が可能となる。また、温水槽の他の機器を屋内に設置するようにしてあるので、屋根等の重量負担を軽減し、かつ各機器のメンテナンスを容易にしてあるところにこの発明の特徴がある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１に、複合ソーラーユニットを複数のソーラーブロックを連結したソーラーブロック行により構成してあるので、屋根等の大きさに対応して任意の数のソーラーブロックを組み合わせたものを採用可能となる。さらにソーラーブロック行を複数列に並べることにより、所望の電力や太陽熱を採取可能となる。第２に、ソーラーブロック行に搬送ダクトを接続してこれを屋内で利用可能にすれば、屋根上等の作業に不便かつ脆弱な場所に温水槽等の機器を設置しなくともよくなるので、メンテナンスが容易化するとともに、屋根の重量負担を軽減する。第３に、搬送ダクトに送風ファンを設けることにより、昇温空気を下向きにして屋内へ搬送可能となるので、屋内の任意の場所で太陽熱を利用可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、平屋建ての住宅家屋Ｈの屋根Ｒ上に、複合ソーラーユニットＵが設置してある状態を示している。図示してあるように、傾斜面になっている屋根Ｒ上にソーラーブロック行１が設置してある。ソーラーブロック行１は、後述の上ブロック３に下ブロック４，４を連結することにより、内部に設けてある空気の通路と、これに敷設された太陽電池パネルとを備えている。ソーラーブロック行１の上端部には、搬送ダクト１５が接続してあり、その先は屋内に引き込まれている。図２に示すように、ソーラーブロック行１は、上述のとおり複数個（図面では３個）のソーラーブロック３，４，４を連結したものからなる。同様の組合せからなるソーラーブロック行を複数列（図面では３列）に並べたものに、各ソーラーブロック行１の最上端部に位置するソーラーブロック３には、搬送ダクト１５の分岐管１５ａ，…を接続することにより、屋内で昇温空気と電力とを合わせて利用可能としたものにより複合ソーラーユニットＵとしてある（図１参照）。
【００１１】
図３は、ソーラーブロックの構成を示したもので、（ａ）は最上端部用ソーラーブロック（上ブロック）３を示しており、（ｂ）は継ぎ足し用ソーラーブロック（下ブロック）４を示している。上ブロック３のブロック枠５は、底板部２４ａと、この底板部２４ａの両側部を立ち上げてなる側板部２４ｂ，２４ｂとにより三方を囲み、側板部の上端に透明板からなる天井部２９を被せたものからなる（図４参照）。ブロック枠５の上端部（図３（ａ）右端部）は、搬送ダクト１５を接続するための端部板２４ｃで塞いである。この端部板２４ｃの中央部には、排出穴２４ｆが設けてある。上ブロック枠５の下端両側部（図３（ａ）左端）には連結部材７，７が取り付けてある。これに対し下ブロック４のブロック枠６の基本構造は、上ブロック３のそれと同じであるが、両端部が開口になっており、各側板の上下両端部には連結部材７，…が取り付けたものからなる。
【００１２】
各ブロック枠５，６の内部には、底板部２４ａの上方約５０ｍｍの位置に太陽電池パネル３１が敷設してある。また、太陽電池パネル３１と天井部２９との間の間隔は約２００ｍｍであり、両側の側板によって囲まれた角筒状の空洞は空気用通路２５となっている。この通路２５は、太陽電池パネル３１による発電作用をする発電部と、移動中の空気を暖める働きをする昇温部との両機能を備えたものとなっている。また、底板部２４ａと太陽電池パネル３１と両側板２４ｂ，２４ｂとによって囲まれた空間は、通風により太陽電池パネル３１を冷却するための冷却通路２６となっている。図５に示すように、上ブロック３の太陽電池パネル３１の上端部と、端部板２４ｃとの間に約７０ｍｍの間隙２６ａを設けて冷却通路２６と昇温空気の通路２５とを連通するようにしてある。
【００１３】
ソーラーブロック行１は、上ブロック３から順次下ブロック４，４を、連結部材７，７を介して開口部同士が連通するように連結したものからなる。図２に示すように、各ソーラーブロック行１の上端部には、搬送ダクトの分岐管１５ａ，…が接続してあり、各分岐管１５ａは管継ぎ手１５ｂを介して搬送ダクト１５に接続してある。搬送ダクト１５の途中には送風ファン１６が設けてあり、昇温空気を強制的に搬送可能としてある（図１参照）。
【００１４】
図６は、ソーラーブロック行１の作用に関する説明図である。ソーラーブロック行１の通路２５内の空気は、透明板からなる天井部２９を透過して来る太陽光を照射されることにより暖められ、傾斜面に沿って上昇移動する。これに伴い、下端部に位置するソーラーブロック４の下端の開口部から大気中の空気が補充される。これと同時に太陽光は、太陽電池パネル３１にも照射するため、ここでは発電現象が起こる。通路２５を上昇移動中の空気は、移動に伴い温度が上昇して昇温空気となり、上端部に達する頃には最高温度に達する。このように最高温度に達した昇温空気は、膨張して排出穴２４ｆから通路外に排出される。排出穴２４ｆに接続してある搬送ダクト１５には、第１送風ファン１６が設けてある（図1参照）ので、昇温空気は強制的に屋内の必要個所に搬送可能である。
【００１５】
図１に示すように、ソーラーブロック行1の上端部に接続された搬送ダクト１５は、屋内に搬送された昇温空気をノズル１５ｄから放出して室内温度上昇用に利用可能としてある。もちろん昇温空気の放出量と室内温度との関係は対応する制御機器により調整可能とする必要がある。また、この昇温空気は温水槽１７内に導き、この温水槽内に張り巡らしてある熱交換器１８を通すことにより温水槽内の水道水を温水に変えることに利用することも可能である。温水槽１７には、水道水が常に定量だけ貯留するようにしてあり、温水化した水は一端貯湯槽１９に入り、ここからさらに浴室２０の風呂水又はシャワー水として、あるいは台所のシンクに導いて台所用温水として利用可能となっている。また、熱交換器１８を通った昇温空気は、屋内の温度上昇用として利用可能としてあるが、昇温空気の排出力が不足するような場合には、第２送風ファン１６ａを設けるとよい。なお、場合に応じて第１送風ファン１６の設置を省略して第２送風ファン１６ａのみを設けるようにしてもよい。
【００１６】
太陽電池パネル３１は、ソーラーブロック行１の通路２５内にあって風雨から保護されているため、外傷や汚れが付きにくく老化の進行も抑制されるので寿命を長くできる特徴がある。太陽電池パネル３１で発電した電力は、配線３２により接続箱３３に接続され、ここからさらに分電盤３４の売電用メーター３４ａを経て電力会社の配線に接続されている。発電量が少ないときには買電用メーター３４ａを経て電力を購入するようにしてあることについては、通常のソーラーシステムと同様である。
【００１７】
以上の説明において、図１では、熱交換器や分電盤の設置位置が家屋の中央部となっているが、これは説明の都合上そうなっているだけであり、実際には生活を圧迫しない壁際の場所に設けてあることは言うまでもない。また、太陽電池パネルは市販品を使用するので、ソーラーブロック枠の寸法形状はこれらの仕様に合わせて定めることが必要である。家屋内の温度調整その他、換気などについては通常の家屋と同様の管理が必要なことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、太陽エネルギーを有効に利用して効率的な発電や太陽熱の利用を図るものであり、本発明の実施は産業の発達に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の全体のシステムを示す説明図である。
【図２】ソーラーユニットの配置例を示す平面図である。
【図３】ソーラーブロックの構成を示すものであり、（ａ）は上ブロックの斜視図、（ｂ）は下ブロックの斜視図である。
【図４】ソーラーブロックの断面の状態を示すものであり、（ａ）は上ブロックの断面図、（ｂ）は下ブロックの断面図である。
【図５】上ブロックの上端部の状態を示す断面図である。
【図６】ソーラーブロック行内における作用の説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
Ｕ          複合ソーラーユニット
１          ソーラーブロック行
３，４      ソーラーブロック
５，６      ブロック枠
１５        搬送ダクト
１７        温水槽
１８        熱交換器
２４ａ      底板部
２４ｂ      側板部
２４ｃ      端板部
２４ｆ      排出穴
２５        通路
２７        太陽電池パネル
２９        天井部（透明板）
３１        太陽電池パネル
【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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