(57)【要約】【課題】太陽電池パネルの温度を冷却して電気変換効率を改善することに加えて、太陽電池パネルからの熱エネルギーを回収利用することができる熱電気複合型太陽電池システムにおいて、ヒートパイプの腐食を抑制できる熱電気複合型太陽電池システムを提供する。【解決手段】受光面１ａにおいて太陽光を受光し、光電変換により発生した電力を外部に供給する太陽電池パネル１の裏面に、プレート状構造体を有するヒートパイプ２の一方の端部２ａが貼り合わされ、他方の端部２ｂに中空部を有して第１冷媒流体６が流される冷媒配管（３，４）の外壁面に接して設けられ、冷媒配管に熱エネルギー利用部が接続された構成として、太陽電池パネルで発生した熱をヒートパイプの一方の端部から受け取って他方の端部へ伝導し、冷媒配管内の第１冷媒流体に伝導し、熱エネルギー利用部で利用する構成とする。【選択図】図１
2008101822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面において太陽光を受光し、光電変換により発生した電力を外部に供給する太陽電池パネルと、
プレート状構造体を有し、一方の端部側の前記プレート状構造体の表面が前記太陽電池パネルの前記受光面の裏面に貼り合わされ、前記太陽電池パネルで発生した熱を前記一方の端部から受け取って他方の端部へ伝導するヒートパイプと、
中空部を有して前記中空部に第１冷媒流体が流される冷媒配管であって、前記ヒートパイプの前記他方側の端部が前記冷媒配管の外壁面に接しており、前記ヒートパイプを伝導する熱を前記他方の端部側から前記第１冷媒流体に伝導する冷媒配管と、
前記冷媒配管に接続され、前記第１冷媒流体の熱エネルギーを利用する熱エネルギー利用部と
を有する熱電気複合型太陽電池システム。
【請求項２】
前記ヒートパイプは、プレート状構造体の内部に前記プレート状構造体の前記一方の端部と前記他方の端部間を複数回往復する蛇行細孔が設けられ、前記蛇行細孔内に第２冷媒流体が封入されてなる
請求項１に記載の熱電気複合型太陽電池システム。
【請求項３】
前記蛇行細孔内において前記第２冷媒流体の液相部と気相部が交互に存在する状態で封入されている
請求項２に記載の熱電気複合型太陽電池システム。
【請求項４】
前記ヒートパイプは、プレート状構造体の内部に、ウィック、耐圧構造物および第２冷媒流体が封入されてなる
請求項１に記載の熱電気複合型太陽電池システム。
【請求項５】
前記冷媒配管が、前記太陽電池パネルが貼り合わされた面と同じ側から前記ヒートパイプに接する第１配管と、前記太陽電池パネルが貼り合わされた面の反対側から前記ヒートパイプに接する第２配管とを有する
請求項１〜４のいずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
【請求項６】
前記冷媒配管の前記太陽電池パネルの前記受光面と同じ側の外壁面が、前記受光面より突出しないような構成となっている
請求項１〜５のいずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
【請求項７】
前記太陽電池パネルの前記受光面の近傍に設けられた日射計と、
前記第１冷媒流体の流量を調節する流量調節部と、
前記日射計で計測された日射量データに応じて前記流量調節部により第１冷媒流体の流量を制御する制御部と
をさらに有する請求項１〜６のいずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
【請求項８】
前記太陽電池パネルの前記裏面と前記ヒートパイプが熱伝導性接着剤で貼り合わされている
請求項１〜７のいずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
【請求項９】
前記一方の端部側の前記プレート状構造体の表面が前記太陽電池パネルの前記受光面の裏面に、銅板を介して貼り合わされている
請求項１〜８のいずれかに記載の熱電気複合型太陽電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電気複合型太陽電池システムに関し、特に、太陽電池パネルにより得られる電気エネルギーに加えて熱エネルギーを回収して利用する熱電気複合型太陽電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球規模の環境破壊が進み、環境保全のための自然エネルギーを活用する必要性が増している。現在の民生用エネルギーは、その大部分が電力である。その電力エネルギーの供給源は、火力や原子力などの発電であり、直接および間接的に地球環境に多くの悪影響を及ぼしている。
【０００３】
自然エネルギーを利用した各種の発電システムの中でも、太陽電池は最も普及している発電システムである。
太陽電池の長所は、無尽蔵にある太陽エネルギーと初期投資以外には必要のない優れたメンテナンス性およびその発電寿命が長いことなどが挙げられる。しかしながら、太陽エネルギーが無料で無尽蔵であると言っても太陽電池自体を製作するためには、多くのエネルギーを必要とする。従って、太陽エネルギーをなるべく効率よく電気にまたは有効なエネルギーに変換することは、エネルギー問題の解決や環境保全の観点から重要なことと考えられる。
【０００４】
太陽電池は、その表面温度の上昇に伴って発電力が低下することが知られている。太陽電池の発電効率自体は、太陽電池を冷却して高い発電効率を目指したとしても１５％程度が限界値である。即ち、太陽電池では、太陽エネルギーの８５％は有効なエネルギーとして使用できていない。
しかも、上記の有効に利用できていない８５％の太陽エネルギーは、熱として太陽電池パネルを暖めてしまう。パネルの温度上昇が発電効率を悪化させる現在の太陽電池では、利用できていないエネルギーが発電効率の悪化に拍車をかけている。
そのため、発電効率の向上を目的として、太陽電池の温度を冷却する研究が行われている。
【０００５】
一方、昔から多くの家庭で使用されてきた太陽熱温水器は、比較的簡単な設備で太陽エネルギーから入浴用の湯などを得ることができる。太陽熱温水器では、太陽から供給される太陽エネルギーの約４０％を温水として回収することが可能である。
【０００６】
上記のような状況に対応して、特許文献１には、冷却機構を備えることで従来の太陽電池よりも太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる太陽電池システムと、太陽電池による電気エネルギーとしての利用効率の向上に加えてさらに冷却機構から熱エネルギーを回収することができる熱電気複合型太陽電池システムが開示されている。
【特許文献１】国際公開第２００６／０３８５０８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の複合型太陽電池システムにおいては、太陽電池からの熱エネルギーを伝導するために、ヒートパイプの端部が水に浸漬していることから、ヒートパイプが腐食しやすいという不利益があった。
【０００８】
本発明の目的は、冷却機構を備えて太陽エネルギーの利用効率を向上し、冷却機構からの熱エネルギーをも回収する熱電気複合型太陽電池システムにおいて、熱エネルギーを伝導するヒートパイプの腐食を抑制できる熱電気複合型太陽電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、受光面において太陽光を受光し、光電変換により発生した電力を外部に供給する太陽電池パネルと、プレート状構造体を有し、一方の端部側の前記プレート状構造体の表面が前記太陽電池パネルの前記受光面の裏面に貼り合わされ、前記太陽電池パネルで発生した熱を前記一方の端部から受け取って他方の端部へ伝導するヒートパイプと、中空部を有して前記中空部に第１冷媒流体が流される冷媒配管であって、前記ヒートパイプの前記他方側の端部が前記冷媒配管の外壁面に接しており、前記ヒートパイプを伝導する熱を前記他方の端部側から前記第１冷媒流体に伝導する冷媒配管と、前記冷媒配管に接続され、前記第１冷媒流体の熱エネルギーを利用する熱エネルギー利用部とを有する。
【００１０】
上記の本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、太陽電池パネルと、ヒートパイプと、冷媒配管、熱エネルギー利用部とを有する。
太陽電池パネルは、受光面において太陽光を受光し、光電変換により発生した電力を外部に供給する。
ヒートパイプは、熱媒体の蒸気流を通す中心部の外周部に凝縮した液体を通す２重構造を有する従来のヒートパイプとは異なり、プレート状構造体を有し、一方の端部側のプレート状構造体の表面が太陽電池パネルの受光面の裏面に貼り合わされており、太陽電池パネルで発生した熱を一方の端部から受け取って他方の端部へ伝導する。
冷媒配管は、中空部を有し、この中空部に第１冷媒流体が流され、ヒートパイプの他方側の端部が冷媒配管の外壁面に接しており、ヒートパイプを伝導する熱を他方の端部側から第１冷媒流体に伝導する。
熱エネルギー利用部は、冷媒配管に接続され、第１冷媒流体の熱エネルギーを利用する。
【００１１】
上記の本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、好適には、前記ヒートパイプは、プレート状構造体の内部に前記プレート状構造体の前記一方の端部と前記他方の端部間を複数回往復する蛇行細孔が設けられ、前記蛇行細孔内に第２冷媒流体が封入されてなる。
さらに好適には、前記蛇行細孔内において前記第２冷媒流体の液相部と気相部が交互に存在する状態で封入されている。
また、好適には、前記ヒートパイプは、プレート状構造体の内部に、ウィック、耐圧構造物および第２冷媒流体が封入されてなる。
【００１２】
上記の本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、好適には、前記冷媒配管が、前記太陽電池パネルが貼り合わされた面と同じ側から前記ヒートパイプに接する第１配管と、前記太陽電池パネルが貼り合わされた面の反対側から前記ヒートパイプに接する第２配管とを有する。
また、好適には、前記冷媒配管の前記太陽電池パネルの前記受光面と同じ側の外壁面が、前記受光面より突出しないような構成となっている。
【００１３】
上記の本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、好適には、前記太陽電池パネルの前記受光面の近傍に設けられた日射計と、前記第１冷媒流体の流量を調節する流量調節部と、前記日射計で計測された日射量データに応じて前記流量調節部により第１冷媒流体の流量を制御する制御部とをさらに有する。
【００１４】
上記の本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、好適には、前記太陽電池パネルの前記裏面と前記ヒートパイプが熱伝導性接着剤で貼り合わされている。
また、好適には、前記一方の端部側の前記プレート状構造体の表面が前記太陽電池パネルの前記受光面の裏面に、銅板を介して貼り合わされている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、太陽電池パネルの温度を冷却して電気変換効率を改善することに加えて、太陽電池パネルからの熱エネルギーを回収することができ、さらにヒートパイプの端部が冷媒配管の外壁面に接しているのでヒートパイプの腐食を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本実施の形態に係る熱電気複合型太陽電池システムについて、図面を参照して説明する。
【００１７】
第１実施形態
図１（ａ）は本実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムの太陽電池パネル部分の模式平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）中のＹ−Ｙ’における断面図である。
例えば、太陽電池パネル１と、ヒートパイプ２と、冷媒配管（３，４）とを有し、冷媒配管（３，４）には不図示の熱エネルギー利用部が接続して設けられている。
【００１８】
太陽電池パネル１は、受光面１ａにおいて太陽光を受光し、光電変換により発生した電力を外部端子１ｂから外部に電力供給、あるいは、バッテリーなどに蓄電する。
【００１９】
ヒートパイプは、熱媒体の蒸気流を通す中心部の外周部に凝縮した液体を通す２重構造を有する従来のヒートパイプとは異なり、プレート状構造体を有し、一方の端部側のプレート状構造体の表面が太陽電池パネルの受光面の裏面に貼り合わされており、太陽電池パネルで発生した熱を一方の端部から受け取って他方の端部へ伝導する。詳細については後述する。
【００２０】
冷媒配管（３，４）は、中空部を有し、この中空部に第１冷媒流体６が流され、ヒートパイプ２の他方側の端部が冷媒配管（３，４）の外壁面に接しており、ヒートパイプ２を伝導する熱を他方の端部側から第１冷媒流体６に伝導する。
本実施形態において、例えば、冷媒配管（３，４）は、太陽電池パネル１が貼り合わされた面と同じ側からヒートパイプ２に接する第１配管３と、太陽電池パネル１が貼り合わされた面の反対側からヒートパイプ２に接する第２配管４とを有する。
【００２１】
熱エネルギー利用部（不図示）は、例えば、冷媒配管（３，４）に接続されて第１冷媒流体が流されるように構成され、第１冷媒流体６の熱エネルギーを利用する。
【００２２】
本実施形態の熱電気複合型太陽電池システムにおいては、太陽電池パネル１からの熱を伝導するヒートパイプ２の端部が冷媒配管（３，４）の外壁面に接しているので、ヒートパイプ２が水に浸漬しておらず、ヒートパイプ２の腐食を抑制できる。
また、腐食抑制のためにヒートパイプ２の端部が冷媒配管の外壁面に接している構成としているが、上記のようにヒートパイプ２の両面に第１配管３と第２配管４をそれぞれ配置してヒートパイプ２の両面から冷媒配管（３，４）内の第１冷媒流体６に熱を伝導させることにより、太陽電池パネル１から伝導される熱の利用効率を高めることができる。
【００２３】
また、冷媒配管（３，４）の太陽電池パネル１の受光面１ａと同じ側の外壁面、即ち、本実施形態においては第１配管３の外壁面３ａが、受光面１ａより突出しないような構成となっている。
これにより、太陽電池パネル１の受光面１ａに対する太陽光の入射角が大きくなっても、冷媒配管（３，４）の影が受光面１ａ上にできることを防止でき、太陽光エネルギーの利用効率を向上できる。これは、冷媒配管を２本に分けて配置することで、ヒートパイプが冷媒配管の外壁面に接するようにしながら、冷媒配管が受光面より突出しないような構成とすることを可能にしたものである。
【００２４】
図２（ａ）は上記のヒートパイプ２の模式斜視図である。
ヒートパイプ２は、プレート状構造体の内部に、熱の伝導方向Ｄに沿って、プレート状構造体の一方の端部２ａと他方の端部２ｂ間を複数回往復する蛇行細孔が設けられており、この蛇行細孔内に第２冷媒流体が封入された構成である。蛇行細孔は、ループ状の一繋がりの細孔を蛇行させて配置させたものである。
例えば、図２（ａ）の模式斜視図およびそれを分解して示す図２（ｂ）の模式図のように、金属などの熱伝導性材料からなる３枚の板（２０，２１，２２）が積層されて、プレート状構造体が構成されている。このプレート状構造体において、中板２０には打ち抜き開口部２０ａが設けられ、この中板２０の表裏面に２枚の表板（２１，２２）が貼り合わされており、このようにしてプレート状構造体の内部に、中板２０の打ち抜き開口部２０ａの内壁面と表板（２１，２２）の表面とから、プレート状構造体の一方の端部２ａと他方の端部２ｂ間を複数回往復（図面上は２往復）するレイアウトで、蛇行細孔が構成されている。蛇行細孔の太さ（直径または１辺）は、例えば１ｍｍ程度である。
また、上記の蛇行細孔内には、例えば、Ｒ１３４ａなどの代替フロン、アルコールあるいはその他の揮発性流体からなる第２冷媒流体が、第２冷媒流体の液相部と気相部が交互に存在する状態で、封入されている。
【００２５】
図３は上記のヒートパイプの熱輸送の動作原理を示す模式図である。
上記の構成のプレート型のヒートパイプ２は、いわゆる自励振動式のヒートパイプであり、熱媒体の蒸気流を通す中心部の外周部に凝縮した液体を通す構造を有する方式のヒートパイプとは異なる。
ヒートパイプの蛇行細孔２３内に、第２冷媒流体２４の液相部２４Lと気相部２４Gが交互に存在する状態で封入されている。プレート状構造体の一方の端部２ａである受熱部２５において熱Ｈが吸収されると、この熱量により蛇行細孔２３内に断続的に第２冷媒流体の蒸気泡が発生し、温度と蒸気圧の上昇をもたらす。
一方、他方の端部２ｂである放熱部２６においては、熱Ｈを放散して、冷却作用により蒸気泡の温度降下と圧力の低下が起こる。受熱部２５と放熱部２６の間の圧力差により、蛇行細孔内に交互に閉塞している気相と液相が同時に放熱部側へと移動する。
このとき、気相の移動ＤGにより潜熱の輸送が起こり、液相には自励振動ＶLが発生して顕熱の輸送が起こり、気相部と液相部が同時に移動することで潜熱と顕熱の両熱輸送が行われ、速やかで効率的に熱が輸送される。
本実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムにおいて最適なヒートパイプを実現するためには、上記の第２冷媒流体について最適な冷媒の種類や充填量（充填圧力）を選択し、さらに、最適な蛇行細孔の蛇行パターンをレイアウトすることが重要である。
【００２６】
上記の構成のヒートパイプ２の一方の端部２ａ側のプレート状構造体の表面が、太陽電池パネル１の受光面１ａの裏面に、例えばサーマルコンパウンド（金属粉入り接着剤）などの熱伝導性接着剤により貼り合わされており、太陽電池パネル１で発生した熱を一方の端部２ａから受け取って他方の端部２ｂへ伝導する。
【００２７】
本実施形態においては、ヒートパイプ２の一方の端部２ａ側のプレート状構造体の表面と、太陽電池パネル１の受光面１ａの裏面とが、銅板５を介して貼り合わされている。
この場合、例えば、太陽電池パネル１の裏面が複数の領域に区分され、これらの領域のそれぞれにおいて複数のヒートパイプ２が銅板５を介して貼り合わされており、ヒートパイプ２と銅板５の貼り合わせ面積は太陽電池パネル１の裏面の区分された各領域の面積より小さい構成とすることが好ましい。銅板は集熱効果が高いので、銅板を介することで、太陽電池パネルの裏面全面にヒートパイプを貼り合わせなくても十分効率的に太陽電池パネルの熱放散を行うことができる。
また、熱放散の効率を高めるために、上記の構成において、太陽電池パネル１の裏面と銅板５、および／または、銅板５とヒートパイプ２が、例えばサーマルコンパウンド（金属粉入り接着剤）などの熱伝導性接着剤により貼り合わされていることが好ましい。
【００２８】
また、熱の利用効率を高めるために、太陽電池パネル１の裏面やヒートパイプ２などが断熱材で被覆された構成とすることが好ましい。
本実施形態においては、例えば、太陽電池パネル１の裏面において上記の銅板５と、銅板５に貼り合わされたヒートパイプ２を被覆して、発泡ポリウレタンなどからなる断熱材７ａが設けられている。
さらに、太陽電池パネル１と冷媒配管（３，４）との間隙においても、ヒートパイプ２が露出しないように上記の間隙に断熱材７ｂが埋め込まれている。
【００２９】
第１冷媒流体は種々の媒体を用いることができるが、例えば水とすると、冷媒配管（３，４）を通過する水に熱を伝達して加熱し、温水を得ることができる。この場合、例えば熱エネルギー利用部は温水タンクなどとして、給湯設備が構成される。
得られた温水は様々な用途に用いることができ、例えば、足湯あるいは全身用の浴槽として、あるいは厨房に供給する温水として利用することができる。
【００３０】
また、例えば第１冷媒流体を空気や二酸化炭素などの気体とすることもできる。この場合、気体は１気圧以上の加圧した状態で用いるようにしてもよい。
熱を与えられた第１冷媒流体をそのまま利用することができ、例えば、熱エネルギー利用部として設けられた建築物の床や壁に埋め込んだ配管に加熱された空気などの第１冷媒流体を通すことで暖房設備を構成できる。
あるいは、第１冷媒流体から熱を他の対象物に伝導して利用することも可能である。例えば、熱エネルギー利用部として、空気などの第１冷媒流体から水に熱を伝導して温水を得る温水製造器が冷媒配管（３，４）に接続されている構成とする。
その他、種々の気体あるいは液体の物質を第１冷媒流体として用いることができ、その圧力なども冷媒の種類に応じて好ましい範囲を設定できる。
【００３１】
また、冷媒配管（３，４）を構成する材料も、内部を通過させる冷媒の種類に応じて選択することが可能であり、例えば水を用いる場合にはステンレスを用いることが好ましく、また、空気や二酸化炭素などの場合にはアルミニウムや銅などの材料を用いることができる。
第１冷媒流体に水を用いる場合、通常水を高圧にして用いないので、冷媒配管として肉薄のものを用いることができ、軽量化が図れる。
【００３２】
第２実施形態
本実施形態の熱電気複合型太陽電池システムは、第１実施形態に対して熱エネルギー利用部をさらに具体的に示したものである。
図４は熱電気複合型太陽電池システムの模式構成図である。
例えば、上記のようにして、太陽電池パネル１の受光面１ａの裏面にヒートパイプ２の一方の端部が銅板５を介して貼り合わされ、ヒートパイプ２の他方の端部を挟み込むように冷媒配管（３，４）が設けられている。太陽電池パネル１の受光面１ａの裏面側のヒートパイプ２と銅板５は断熱材７ａなどで断熱されている。
例えば、上記の冷媒配管（３，４）内には、第１冷媒流体として水が流される。
【００３３】
また、例えば、冷媒流体（３，４）は配管３０ａを介して貯水タンク３１が設けられ、冷媒配管（３，４）を通して熱エネルギーが伝導されて得られた温水が蓄えられ、温水として利用される。
例えば、貯水タンク３１は配管３０ｂを通して循環ポンプ３２に接続され、さらに電磁式の流量調節弁３３が中途に設けられた配管３０ｃを通して流量計３４が設けられ、さらに配管３０ｄを通して冷媒配管（３，４）に接続されている。
例えば、循環ポンプ３２の駆動と流量調節弁３３の調節により、所定の流量で第１冷媒流体である水が冷媒配管（３，４）内に流される。
【００３４】
ここで、循環ポンプ３２の駆動と流量調節弁３３の調節は制御部３５によって制御される。即ち、太陽電池パネル１の受光面１ａの近傍に、日射計３６が設けられており、日射計で計測された日射量データに応じて、制御部３５において適切な流量を算出し、得られた流量となるように、循環ポンプ３２の駆動と流量調節弁３３の調節を制御する。制御部３５は、流量計３４の出力から目標の流量となっていることをフィードバックしてもよい。上記のような制御部３５は、例えばデータロガーなどを備えたコンピュータ装置などにより実現できる。
日射量データに応じた適切な流量は、予め実験データなどにより決定することができる。
【００３５】
また、太陽電池パネル１の受光面１ａ上に、温度測定部３７を設けておき、得られた温度データに応じて流量を調節するようにしてもよい。
【００３６】
第１冷媒流体の流量を調節することにより、冷媒配管（３，４）で受け取る受熱速度を調整できるので、太陽電池パネルの温度を好ましい範囲に調節できるとともに、得られる温水の温度調節を行うことができる。
【００３７】
また、例えば太陽電池パネル１で光電変換により発生した電力は、外部端子１ｂから充放電コントローラ３８を経て充電端子３９などから外部バッテリーなどに充電できる。充放電コントローラ３８には、例えば電流計などが組み込まれ、太陽電池パネルで得られた電流を制御部３５などで監視できるようになっている。
また、太陽電池パネル１で得られた電力を、制御部３５、循環ポンプ３２および流量調節弁３３などを駆動する電力として利用してもよい。
例えば、夜間は循環ポンプの駆動を停止して電力消費を抑えるように設定できる。さらに、昼間でも曇りの日など日射量が十分でない場合にも循環ポンプの駆動を停止するようにしてもよい。
【００３８】
例えば、太陽電池パネル１は、太陽光を効率的に受光するため、例えば水平面に対して２０°程度の傾きをもって設置されることが好ましい。
通常太陽電池パネルは建築物の屋上に設置されるが、建築物の屋根の傾きに合わせて、あるいは屋根の傾きから調整して所定の傾きをもって設置することができる。例えば、太陽電池パネル１は一辺が斜面上方に配置され、これに対向する辺が斜面下方に配置されており、残りの二辺は対向し、斜面に沿って傾きをもつように配置されている。
【００３９】
第３実施形態
本実施形態は、上記の第１および第２実施形態の太陽電池システムにおいて、使用するヒートパイプを以下のように変更したものである。
図５（ａ）は本実施形態に係る太陽電池システムに用いられるヒートパイプの構成を分解して示す模式図であり、図５（ｂ）はヒートパイプの構成および熱輸送の動作を示す模式図である。
本実施形態で用いられるヒートパイプは、薄い金属箔で形成したプレート状構造体であるコンテナ４０の内部に可動な状態で、毛管力を発生させるためのウィック４１および耐圧構造物４２と、少量の作動液（例えば水、アルコールなどの潜熱の大きい液体）が封入され、空気を全て排出して密閉して形成されている。
【００４０】
上記の構成のヒートパイプの受熱部４３は、太陽電池パネル１である熱源ＨＳに接しており、熱を受け取ると作動液の飽和蒸気圧が高まり、蒸発して、熱が液体の蒸発潜熱として吸収される。
作動液の蒸気４４はウィック間に設けられた空間において隅々まで拡散し、相対的に温度の低い部位である凝縮部４５において凝縮する。
凝縮した作動液４６はウィックに吸収され、重力や毛管力によって受熱部に還流する。
上記のような相変化を利用した作動液の循環が起こるため、極めて小さい温度差間で熱輸送が可能となる。また、ヒートパイプ内に封入する作動液を変えることで、多様な温度条件および熱輸送条件に対応することが可能である。
【００４１】
本実施形態で用いられるヒートパイプは、ウィックおよび耐圧構造物が内部で可動であることから、屈曲時にひずみを吸収して座屈による空間の閉塞が起こらず、可撓性を有しており、本実施形態の太陽電池システムに用いる際に、容易に太陽電池パネルに貼り合わせることが可能で、また、太陽電池パネルと温水生成部などを接続するときに屈曲させることが容易である。
【００４２】
上記の本実施形態の太陽電池システムは、太陽電池パネルの裏面にプレート状のヒートパイプを配しており、これによって、太陽電池パネルの温度を冷却して電気変換効率を改善することができ、従来の太陽電池よりも太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる。これにより、エネルギー資源の有効活用を図ることができ、地球環境の保全に貢献することが可能である。
【００４３】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、従来の太陽電池以上に大きな発電量を蓄電し、自励振動式ヒートパイプによって収集した熱量を蓄熱することにより、電気および熱エネルギーの自立供給システム構築することも可能であり、災害時等でライフラインが停止した際の自立エネルギー供給システムを構築することも可能である。
また、システム自体は小型発電装置として構築が可能であるので、個別エネルギー供給システムとしても利用可能である。
冷媒配管において熱を受け取る第１冷媒流体としては水に限定されない。例えば空気、二酸化炭素、フロンガスなどの熱伝達ガスや水以外の液体などを使用でき、この媒体から再び水などに熱交換して温水として熱を利用することができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の熱電気複合型太陽電池システムは、太陽光を受光して発電し、さらに太陽光から得られる熱エネルギーを回収し、温水生成によって浴槽やその他の給湯設備に利用するなど、熱エネルギー利用部に利用できる、熱と電気を複合した発電システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムの太陽電池パネル部分の模式平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＸ−Ｘ’における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）中のＹ−Ｙ’における断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第１実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムを構成するヒートパイプの模式斜視図であり、図２（ｂ）は分解して示す模式図である。
【図３】図３は本発明の第１実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムを構成するヒートパイプの熱輸送の動作原理を示す模式図である。
【図４】図４は本発明の第２実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムの模式構成図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第３実施形態に係る熱電気複合型太陽電池システムに用いられるヒートパイプの構成を分解して示す模式図であり、図５（ｂ）はヒートパイプの構成および熱輸送の動作を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…太陽電池パネル
１ａ…受光面
１ｂ…外部端子
２…ヒートパイプ
２ａ，２ｂ…ヒートパイプの端部
３，４…冷媒配管
５…銅板
６…第１冷媒流体
７ａ，７ｂ…断熱材
２０…中板
２０ａ…打ち抜き開口部
２１，２２…表板
２３…蛇行細孔
２４…冷媒流体
２４L…液相部
２４G…気相部
２５…受熱部
２６…放熱部
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…配管
３１…貯水タンク
３２…循環ポンプ
３３…流量調節弁
３４…流量計
３５…制御部
３６…日射計
３７…温度測定部
３８…充放電コントローラ
３９…充電端子
４０…コンテナ
４１…ウィック
４２…耐圧構造物
４３…受熱部
４４…蒸気
４５…凝縮部
４６…作動液
Ｈ…熱
ＨＳ…熱源
【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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