(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を用いて流体を加熱するモジュール式ソーラーパネルであって、
熱伝導材料からなる第１の平坦なプレートと、
前記第１の平坦なプレートに取り付けられて前記第１の平坦なプレートの面に対して平行な面内に配置された熱伝導材料からなる第２の平坦なプレートと、を有して構成され、
前記第１および第２の平坦なプレートの間が液密状態となるように互いに結合されて流体通路用のチャネルが形成され、前記チャネルは流体導入用の入口および流体排出用の出口を有し、
前記第２の平坦なプレートは、前記チャネルを通過する流体の流れを制御するために前記チャネル内において前記第１の平坦なプレートに向かうように突出して前記第２の平坦なプレートの外面に設けられた凹部からなる複数のギザギザ体を有し、
前記複数のギザギザ体は、前記第１の平坦なプレートに当接することなく前記チャネル内に突出し、
前記第１の平坦なプレートと熱伝導するように取り付けられた光電池セルを備え、
前記ギザギザ体は、らせん状のギザギザ体を備え、らせん状のギザギザ体の１つの先端部は、前記第２の平坦なプレートから外向きであり、
前記ギザギザ体は、前記チャネルを通る流体の流れ方向に並んだ行、および前記チャネルを通る流体の流れ方向に垂直な列に沿って配置されており、
各列のそれぞれにおいて前記ギザギザ体の先端部が前記チャネル内の流れの方向に並んでおり、
所定の列の前記ギザギザ体の先端部が前記チャネル内の流れの第１の方向に向かって並び、次の列の前記ギザギザ体の先端部が前記第１の方向とは１８０度異なる第２の方向に向かって並んでおり、前記ギザギザ体の先端部は隣り合う列毎に反対方向に並んでいるモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項２】
前記入口は前記出口よりも高い位置に配置される、請求項１に記載のモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項３】
前記第１および第２の平坦なプレートの双方が金属から構成されている、請求項１に記載のモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項４】
前記第１および第２の平坦なプレートの双方がアルミニウムから構成されている、請求項３に記載のモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項５】
前記入口は、前記チャネルの前記入口に沿って延びるヘッダーを含み、前記ヘッダーは、前記チャネルと連通する複数のノズルを有し、前記ノズルは前記チャネル内に流体を均一に導入するために前記ヘッダーの全長に亘って形成されている、請求項１に記載のモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項６】
前記ノズルは細長い、請求項５に記載のモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項７】
さらに前記ノズルを通過する流体の流れを制御する制御機構を含む、請求項５に記載のモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項８】
前記制御機構は、前記ノズルの大きさを制御する、請求項７に記載のモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項９】
前記ヘッダーはそこに前記ノズルのそれぞれに流体を連通させる細長い開口部を有し、スリーブが入口ノズルを通過する流れを制御するために前記細長い開口部と共に移動可能である、請求項５に記載のモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項１０】
前記スリーブは、前記入口ノズルと同一の形状で前記スリーブに形成された複数の穴を有し、前記スリーブは、前記穴が、前記入口ノズルと揃った位置と、前記入口ノズルからずれた位置との間を移動するように動く、請求項９に記載のモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項１１】
らせん状のギザギザ体の前記先端部は前記チャネルを通る流体の下流方向を向く、請求項１に記載のモジュール式ソーラ―パネル。
【請求項１２】
熱伝導材料からなる第１の平坦なプレートを提供する第１のステップと、
熱伝導材料からなり、複数のギザギザ体を有する第２の平坦なプレートを提供する第２のステップと、
前記第２の平坦なプレートを前記第１の平坦なプレートの平面に対して平行な平面内に位置させてこれら両プレートの間に流体通路用のチャネルを形成するように前記第２の平坦なプレートを前記第１の平坦なプレートに取り付ける第３のステップであり、前記第２の平坦なプレートが、前記チャネル内において前記第１の平坦なプレートに向かうように突出して前記第２の平坦なプレートの外面に設けられた凹部からなる複数のギザギザ体を有し、前記複数のギザギザ体が、前記第１の平坦なプレートに当接することなく前記チャネル内に突出する第３のステップと、
前記チャネルへの流体入口と流体出口を残しながら、前記第１のプレートと前記第２のプレートの周辺をシールする第４のステップと、
光電池セルを前記第１の平坦なプレートに熱伝導関係で取り付ける第５のステップと、を有し、
前記ギザギザ体は、らせん状のギザギザ体を備え、らせん状のギザギザ体の１つの先端部は、前記第２の平坦なプレートから外向きであり、
前記ギザギザ体は、前記チャネルを通る流体の流れ方向に並んだ行、および前記チャネルを通る流体の流れ方向に垂直な列に沿って配置されており、
各列のそれぞれにおいて前記ギザギザ体の先端部が前記チャネル内の流れの方向に並んでおり、
所定の列の前記ギザギザ体の先端部が前記チャネル内の流れの第１の方向に向かって並び、次の列の前記ギザギザ体の先端部が前記第１の方向とは１８０度異なる第２の方向に向かって並んでおり、前記ギザギザ体の先端部は隣り合う列毎に反対方向に並んでいる、ソーラ―パネルを構築する方法。
【請求項１３】
前記第３のステップにおいて前記第２の平坦なプレートが有する前記ギザギザ体はらせん状である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第４のステップが、前記流体入口を前記流体出口よりも高い位置に配置するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
複数のソーラ―パネルが太陽に面するように取り付けられた構造物であって、
各ソーラ―パネルが、
熱伝導材料からなる第１の平坦なプレートと、
前記第１の平坦なプレートに取り付けられて前記第１の平坦なプレートの面に対して平行な面内に配置された熱伝導材料からなる第２の平坦なプレートと、を有して構成され、
前記第１および第２の平坦なプレートの間が液密状態となるように互いに結合されて流体通路用のチャネルが形成され、前記チャネルは流体導入用の入口および流体排出用の出口を有し、
前記第２の平坦なプレートは、前記チャネルを通過する流体の流れを制御するために前記チャネル内において前記第１の平坦なプレートに向かうように突出して前記第２の平坦なプレートの外面に設けられた凹部からなる複数のギザギザ体を有し、
前記複数のギザギザ体が、前記第１の平坦なプレートに当接することなく前記チャネル内に突出し、
前記第１の平坦なプレートと熱伝導するように取り付けられた光電池セルと、から構成され、
前記ギザギザ体は、らせん状のギザギザ体を備え、らせん状のギザギザ体の１つの先端部は、前記第２の平坦なプレートから外向きであり、
前記ギザギザ体は、前記チャネルを通る流体の流れ方向に並んだ行、および前記チャネルを通る流体の流れ方向に垂直な列に沿って配置されており、
各列のそれぞれにおいて前記ギザギザ体の先端部が前記チャネル内の流れの方向に並んでおり、
所定の列の前記ギザギザ体の先端部が前記チャネル内の流れの第１の方向に向かって並び、次の列の前記ギザギザ体の先端部が前記第１の方向とは１８０度異なる第２の方向に向かって並んでおり、前記ギザギザ体の先端部は隣り合う列毎に反対方向に並んでいる、構造物。
【請求項１６】
前記チャネル内に流体を導入するための入口は、前記チャネルを通る流れを変化させる可変開口部入口である、請求項１５に記載の構造物。
【請求項１７】
前記出口は、前記可変開口部入口よりも大きい、請求項１６に記載の構造物。
【請求項１８】
前記複数のソーラ―パネルは、少なくとも、ソーラ―パネルの第１の列および前記ソーラーパネルの第１の列よりも低い位置にあるソーラ―パネルの第２の列を有し、ソーラーパネルの前記第１の列は入口を有し、ソーラ―パネルの前記第２の列は出口を有し、前記流体が、ソーラ―パネルの前記第１の列からソーラ―パネルの前記第２の列へ流れることができる、請求項１５に記載の構造物。
【請求項１９】
前記ギザギザ体は、前記入口と前記出口の間を通過する流体の流れに渦巻き状のパターンを形成する、請求項１５に記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の参照＞
本特許出願は２０１４年７月３日に出願された米国仮特許出願第６２／０２０９４８号に基づいており、これによる優先権を主張する。この仮出願は、参照によりその全体が本特許出願に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、太陽エネルギーの技術分野に関し、より具体的には、本発明は、熱、温水および／または、電力を発生させるためのソーラ―パネルを使用する太陽エネルギーシステムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、太陽からの放射エネルギーを集めるソーラ―パネルを用いる太陽エネルギーシステムがあり、ソーラ―パネルは、そこを循環する流体を加熱するか、電力を発生させるか、またはその双方を行うように構成されている。このようなソーラ―パネルの例は、２０１０年３月２日に発明の名称「太陽エネルギーシステム」で米国特許出願第１２／６６０，６４６号で出願されて、米国特許出願公開第２０１０／０２２４２３４号で公開されたもので示される。その特許出願の明細書および開示内容は、その全てがここに参照として本出願に組み込まれている。
【０００４】
前述の特許出願の太陽エネルギーシステムおよび個別のモジュール式ソーラ―パネルは、温水、および／または電力供給用としては全く適切であるが、このような太陽エネルギーシステムの全体的な効率は使用の際には重要である。従って太陽エネルギーシステムおよび太陽エネルギーパネルの熱伝達特性のいかなる向上も有益である。
【０００５】
しかしながら、ハイブリッドソーラ―パネルが市場において沈滞している主な理由はコストであり、そのため、設計におけるいかなる改善もこの重要な市場セグメントを成長させるためには有益である。
【０００６】
従って、ソーラーパネルおよびシステムの総合的な熱効率を向上させる太陽エネルギーシステムの材料、パネル寸法、および種々の改善された特徴を提供することが好ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、太陽エネルギーシステムであり、主要なイノベーションは、電力のコジェネレーションの際にエネルギー（熱）を捕捉するための、アルミニウムのような金属材料の薄板のブラダー（bladder）から構成されているソーラ―パネルと併用する光電池セルの使用である。ソーラーパネルは、薄い、平坦なプレートの間に形成された乱流のチャネルを通過する流体を暖める。
【０００８】
プレートは、その両方が熱伝導の金属またはポリマーから形成されており、プレートの間に形成されたチャネルを有する平行な平面である。プレートは互いに固定されており、１つのプレートは光電池セルが取り付けられた外側に平らな表面を有し、別のプレートは液体とプレートとの間の熱伝導を改善するために、チャネル内を通過する液体の流れの制御をする細長いギザギザ体を有する。これらのギザギザ体は、また、重さが問題となるパネル内における流体の量を制御するのに役立っている。流体の量の制御をする能力は、また、パネルの全領域を通して均一な熱吸収のために流体をパネル内で通過させるのみならず、「設計された乱流」を起こすことによって、（電力を発生する際に熱も得る）ＰＶセルから前述の「ブラダー」内の稼働流体への熱移動を最大化するのに役立つ。
【０００９】
流体は、ヘッダーアセンブリを用いてチャネル内に導入されチャネルから回収される。ヘッダーアセンブリは、自身の間に端部多岐管（end manifold）が挟まれた上側および下側のフランジから構成される。端部多岐管は、実質的にまたは完全にプレートの反対側の端部の長さに沿って間隔を空けられた複数のノズルを有しており、プレートの間のチャネルと連通している。このように、流体はスムーズな均一な流れでチャネルに導入されチャネルから排出される。ヘッダーの１つは、流体をチャネル内に入れる入口として働き、別のヘッダーは流体がチャネルを通過した後で、その流体の除去用の出口として働く。
【００１０】
入口ヘッダーのノズルの大きさは、例示的な実施形態においては、複数のパネルを有するアレイを用いるときに入口の流れがオペレータによって全体的なシステムを最適化するように増大または減少することができるように制御可能である。加えて、チャネルから流体を除去する出口ヘッダーにおけるノズルの全体または累積的な開口部は、逆流を生成することなく、チャネルを通るスムーズな流れを維持するために、入口ヘッダーにおける全体または累積的な開口部よりも大きい。
【００１１】
本ソーラ―パネルは、容易に、かつ安価に製造することができ、さらに、組み立てることも容易である。本ソーラ―パネルの製造および組立の容易さは、熱、温水、および電力を生成するためのソーラ―パネルの使用に多大な利点がある（同様なＰＶセルでこの技術なしの場合よりも年間の発電量が１０％大きい）。
【００１２】
本太陽エネルギーシステムの他の特徴は、添付図面を参照して好ましい実施形態の詳細な説明の観点からより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従って構築された太陽エネルギーシステムの概略図である。
【００１４】
【図２】本発明のソーラ―パネルの分解図である。
【００１５】
【図３】本ソーラ―パネルに用いる入口ヘッダーアセンブリの透視図である。
【００１６】
【図４Ａ】本ソーラ―パネルの出口ヘッダーアセンブリの構築に用いられる出口多岐管の斜視図である。
【図４Ｂ】その出口多岐管の拡大した側面図である。
【００１７】
【図５】本発明の入口多岐管を説明する概略図である。
【００１８】
【図６Ａ】本発明の主流体チャネルに用いられるギザギザ体の形状および方向を説明する概略図である。
【図６Ｂ】それらのギザギザ体の側面図である。
【００１９】
【図７】ギザギザ体の形状および方向を説明する更なる概略図である。
【００２０】
【図８】本発明のソーラ―パネルに用いる側面支持アセンブリを説明する透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、図１に本発明に従って構成された太陽エネルギーシステム１０を説明する部分的に分解された概略図を示す。図示されているように、直接的または間接的に何らかの形態の太陽光にさらされる屋根１４を有する建造物１２がある。建造物１２は、もちろん、電力および／または温水を必要とするいかなるタイプの建物であってもよい。本発明は、熱、温水および／または電力の生産に完全に専念した構造物、すなわち、居住者用または住居現住者用の構造物のような他の目的には全く供されない専用の構造物または支持構造体でも使用できることが分かる。
【００２２】
図１で分かるように、屋根１４は、列（縦配列）および行（横配列）に配置された複数のソーラ―パネル１６を有している。図示されるように９個のソーラ―パネル１６がある。しかしながら、パネルの数、パネルの大きさおよび幾何学的配置は、熱、温水および／または電力の所要に応じて個別の装置によって変えてもよい。モジュール式の設計を用いて、単一のパネルを用いることができ、または２以上のパネルを容易に一緒に接続して、それらが設置される構造物用の太陽エネルギー所要に対して十分に提供することができる。
【００２３】
ソーラ―パネル１６は、ソーラ―パネル１６と屋根１４の間に空気の循環を許容する従来方式で屋根１４に取り付けてもよく、または、屋根１４に面一で直接的に取り付けてもよい。構造物の屋根に直接的に設置すれば、ソーラ―パネルと屋根の間に絶縁材料を介在させることができる。また、図１には第１のプレート１８と第２のプレート２０から構成される分解されたソーラ―パネル１６があることを注記する。
【００２４】
図示するように、第１のプレート１８は、第２のプレート２０に対して上方にあり、ソーラ―パネル１６は、また、入口ヘッダーアセンブリ２４および出口ヘッダーアセンブリ２２を含んでおり、これらは後述する。しかしながら、入口および出口ヘッダーアセンブリ２４、２２は、ソーラ―パネル１６内への流体導入用の入口２６、および流体がソーラ―パネル１６を通過した後でそのソーラ―パネル１６からの流体排除用の出口２８をそれぞれ含んでいる。
【００２５】
図示した実施形態において、各ソーラ―パネル１６の入口２６は、ソーラ―パネル１６を通る流体の移動が下方になり、それによって重力の助けを受けるように地面に対して出口２８よりも高くなるように配置されている。すなわち、複数のパネルがあれば、冷たい液体が上側のパネルまたはパネルに入り、その後、低い位置のソーラ―パネルまたはパネルの方向へ進んで行くのも事実である。液体は、ソーラ―パネル１６を通過する水であってもよいのであるが、他の流体も使用することができる。他の流体は、例示的にはエチレングリコールまたは空気でさえも含む。本明細書においては、以後、便宜上、媒体を液体と呼ぶ。
【００２６】
従来のように、液体はソーラ―パネル１６を循環し、そこで、太陽の放射エネルギー、およびソーラ―パネルそれ自体の光電池セルによって生成された熱によって加熱される。図１に示す例示的な実施形態においては、第１のプレート１８は上側位置にあり、太陽に面しているが、第２のプレート２０は下側位置にあり、屋根１４に面している。加熱された液体は、適切なパイプ３０（閉回路システム）を通って容器３２内の熱交換器に行くことができる。容器３２は、（適切なコネクタを有する）積み重ねにより、および／または必要な構成に応じた複数段積み重ねユニットを用いることにより、付加的な容量を追加できる、またはユーザもしくは設計者により容量を減らせる、モジュール方式に構成することができる。いずれにしても、加熱された液体は、排出パイプ３４を通って最終目的用に使用するために容器３２に保存され蓄積される。
【００２７】
太陽エネルギーシステム１０は、また、必要に応じて容器３２内の液体を所定の温度に維持するために熱を供給する暖房装置３６を含むことができる。暖房装置３６の一つのタイプは、ヒートポンプであってもよいが、所定の温度に維持するために他の装置を使用することもできる。暖房装置３６は、本質的にモジュール式にはならない唯一の構成要素であるが、必要な構成に応じて、いくつかのサイズ／（出力）容量を容易に入手することができる。
【００２８】
次に図１と共に図２を参照すると、図２には、例示的な実施形態の個別のソーラ―パネル１６の構造を説明するソーラ―パネル１６の分解図が示されている。図２のソーラ―パネル１６は、２つのほぼ平坦なプレート、すなわち、第１のプレート１８および第２のプレート２０によって構築されている。図２から分かるようにソーラ―パネル１６は、その通常の使用の方向から裏返しされている。すなわち、第１のプレート１８は、自身の上にある第２のプレート２０の下側位置にある。正常な使用においては、第１のプレート１８は上側位置にある一方で、ソーラ―パネル１６は図２においては第２のプレート２０の特別な構造をよりよく説明するために、逆転されている。
【００２９】
従って、使用時には、最上部の構成要素は、光電池セル４０（ＰＶセル）またはセルであり、それが伝統的であり、また、放射エネルギーを受けて電力を生成するために、それらが太陽に面している。ＰＶセル４０は、第１のプレート１８の上側表面４２に取り付けられており、そこに接着剤または積層によって取り付けられてもよい。本ソーラ―パネルの１つの利点は、本ソーラ―パネルに使用可能なＰＶセルは容易に商業的に入手できるのでＰＶセルをカスタマイズする必要がなく、市販されているＰＶセルのほとんどが使用可能であることである。
【００３０】
典型的な市販の封入されたＰＶセルは、所望の大きさでガラスカバーを有するユニットとして得ることができ、第１のプレート１８の上部表面４２の領域の全てまたは実質的に全てを覆う単一のＰＶセルであることができる。第１のプレート１８の上部表面４２は、熱の移動を促進するためにＰＶセル４０がその表面を均一に覆うように、概ね平坦な表面であることを注記しておく。
【００３１】
図２において、ソーラ―パネル１６は、端部４４、４６および側部４８、５０を有する長方形として構成されているが、別の幾何学的形状を使用できるのは明らかである。注記するが、ソーラ―パネル１６の端部４４、４６は、入口および出口ヘッダーアセンブリ２４、２２によって固定されている。例示的な実施形態においては、入口ヘッダーアセンブリ２４は、入口２６（図１）を介してソーラ―パネル１６に液体を導入するように用いられており、一方、出口ヘッダーアセンブリ２２は、出口２８（図１）を介してソーラ―パネル１６から液体を除去するように用いられる。
【００３２】
従って、図２に示すように、入口および出口ヘッダーアセンブリ２４、２２は、それぞれ上部フランジ５４および下部フランジ５２を含むとはいえ、後述するように基本的にはある観点からは異なる。加えて、それらには入口多岐管５６および出口多岐管５７がある。入口および出口ヘッダーアセンブリ２４、２２の製造において、上部および下部フランジ５４、５２は、それらの間に挟まれる入口および出口多岐管５６、５７と共に固定される。
【００３３】
図２と共に図３を参照すれば、図３には、完成した入口ヘッダーアセンブリ２４の透視図が示されており、図２に示されている入口および出口ヘッダーアセンブリ２４、２２の両方の共通構成要素を含んでいる。従って、入口ヘッダーアセンブリ２４を説明すると、上部フランジ５４および下部フランジ５２およびそれらの間に位置する入口多岐管５６があることが分かる。入口ヘッダーアセンブリ２４の組立は、ねじ、リベットまたは他の締結装置であってもよい留め具５８によって行うことができる。また、完全に一緒に組み立てられる場合には、後述するようにそれらが一緒に取り付けられた後で第１および第２のプレート１８、２０の端縁部６２、６４を受容するために、細長いスロット６０が入口ヘッダーアセンブリ２４に形成される。
【００３４】
説明したように、入口ヘッダーアセンブリ２４および出口ヘッダーアセンブリ２２の双方は、上部フランジ５４および下部フランジ５２の間に挟まれている多岐管を除いては同様であり、多岐管は、入口ヘッダーアセンブリ２４用と出口ヘッダーアセンブリ２２用とでは異なる。
【００３５】
次に、図４Ａおよび４Ｂに出口多岐管５７の斜視図および正面図を示す。図示するように、出口多岐管は、出口多岐管５７内で液体を排出するための細長い通路からなる排出手段を提供する出口２８を含む。複数の出口ノズル６６が出口多岐管５７内に形成されており、各出口ノズル６６は、出口２８を通って排出される液体が複数の出口ノズル６６の中に均一に受容されるように、出口多岐管５７内の細長い通路と連通している。
【００３６】
図４Ｂにおいては、例示的な実施形態において、出口ノズル６６は、引き伸ばされたまたは長円形の形状であり、出口多岐管５７に沿って一様に分布できることが分かる。
【００３７】
図５に入口多岐管５６の概略図を示す。入口多岐管５６は、図４Ａおよび４Ｂの出口ノズル６６と同様な複数の細長い入口ノズル６７を有する。しかしながら、それらには入口多岐管５６内を摺動するスリーブ６９があり、スリーブはまた、入口ノズル６７とほぼ同じ距離で同様な大きさである（やや遠く離れた）複数の開口部７１を有する。このように、開口部７１のたいていが入口ノズル６７と整列するので、入口多岐管５６を通る液体の流れを変えるためにスリーブを入口多岐管５６に対して軸方向に移動することができる。
【００３８】
従って、スリーブ６９は、その開口部７１が入口ノズル６７と完全に揃った位置に移動された場合には、最大の液体を入口多岐管６７から通過させることができる。スリーブ６９はその後、軸方向に動き、その開口部７１は入口ノズル６７に対してより少なく揃うので、入口ノズル６７の有効な累積開口部は減少し、従って入口多岐管を通る流れは減少する。
【００３９】
このようにして、多岐管５６を通る流れは、オペレータが制御することができ、スリーブ６９の軸方向移動を人手でまたは自動的に生じさせるための機構７３が存在できる。
【００４０】
図２に戻ると、ソーラ―パネル１６のアセンブリにおいて、第１および第２のプレート１８、２０は、それらの間にソーラ―パネル１６を通過する液体の通路用のチャネル６８を形成するために一緒に取り付けられる。すでに述べたように、入口および出口ヘッダーアセンブリ２４、２２に関しては、第１および第２のプレート１８、２０が説明するように一度、共に結合されれば、その結合体は出口ヘッダーアセンブリ２２の出口ノズル６６および、入口ヘッダーアセンブリ２４内の入口ノズルがチャネル６８内で連通することができるように、入口ヘッダーアセンブリ２４内の細長いスロット６０（図３）および、出口ヘッダーアセンブリ２２内の理想的な細長いスロットに収まる。このようにして、入口ヘッダーアセンブリ２４の幅に実質的に沿って、または完全に沿って配置された複数の入口ノズル６７が液体をチャネル６８内に導入する。また、出口ヘッダーアセンブリ２２の幅に実質的に沿って、または完全に沿って配置された複数の出口ノズル６６が、チャネル６８を通る液体のスムーズで均一な流れを生成するようにチャネル６８から液体を除去する。
【００４１】
チャネル６８を通る流れの逆流を防ぐために、出口ノズル６６の全体の累積開口面積が入口ノズル６７の累積面積よりもより大きく設計されるという特徴によってスムーズな流れがもたらされる。
【００４２】
液体の流れは、第２のプレート２０にあって、チャネル６８内に突出するギザギザ体７０の使用によってさらに改善される。ギザギザ体７０は、第２のプレート２０に渡って均一に分布しており、チャネル６８内に延びるが、チャネル６８の全部を通って第１のプレート１８と接触するように延びている訳ではない。このような方法で、ギザギザ体７０は、（スロープまたは最も容易な流路によって、たぶん生じる）最速の経路を取る代わりに狭い空間を通って流れるように液体を誘導するのみならず、最大の熱伝導のために液体が下側プレート２０の全領域を占めるようにチャネル６８を通過することを許容する。さらにギザギザ体７０はまた、ソーラ―パネル１６を通過する液体の量を管理するのに役立つ。
【００４３】
図２と共に図６Ａおよび６Ｂを参照すれば、図６Ａおよび６Ｂは、チャネル６８およびギザギザ体７０の形状および方向を説明する例示的な実施形態を示す上面図および側面図である。ギザギザ体７０が、図６Ａの行（矢印Ａによって示される液体の流れ方向に平行）および列（液体の流れに垂直）に配置されているのが分かる。
【００４４】
このギザギザ体７０は、チャネル６８を通る流れの方向に垂直になるように方向付られた、らせん状の端部を有するらせん形状であると特徴づけることができる。加えて、図６Ｂに示すように、らせん状のギザギザ体７０の一端は、チャネル６８の中にますます突入する。
【００４５】
図７は、ギザギザ体７０の形状および方向を説明する概略図である。図７においては、液体の流れの方向は、矢印Ｂによって示される。ギザギザ体７０が、線Ｃにより示されるような、流れの方向に垂直な列、および液体の流れに平行である線Ｄによって示される行に配置されていることが分かる。
【００４６】
ギザギザ体７０は基本的には１つの円形、または３６０度のらせん状コイルであり、コイル状のギザギザ体７０の一端７５が第２のプレート２０の平坦な表面と基本的に平らであり、他端または先端７７は、第２のプレート２０の平坦な表面から離れて、外の方へ変位している。らせん形状の場合と同様に、ギザギザ体７０の一端７５および先端７７が、有限の距離だけ分離された分割７９がある。
【００４７】
従って矢印Ｅで示す、より冷たい流体の流れがチャネル６８に入れば、流れの一部がギザギザ体７０によって分流されて、Ｈの矢印で示すように流れの渦巻き模様を形成しながら加熱され、従って熱伝導を増進する。例示的な実施形態においては、分割７９は流体の流れに垂直であり、分割７９を隣り合う列で１８０度ずれるように配置することができる。流体の流れのらせん状のパターンが、流体への熱伝導を最大化するようにＰＶセル４０（図２）のホット・スポットの周囲に連続した渦巻流を作る。
【００４８】
ギザギザ体７０は、第２のプレート２０とギザギザ体７０との間にスムーズで継続的な金属転移があるようにおよびそれらの間で破壊または空間がないように、第２のプレートに押圧される。
【００４９】
ギザギザ体７０に加えて、第２のプレート２０に形成されたくぼみ７２がある。くぼみは内側に延びており、第２のプレート２０に均一に分布している。くぼみ７２はチャネル６８の内側を通って延びて第１のプレート１８に接触し、第１および第２のプレート１８、２０を共に固定するためにレーザ溶接がその接触点で行われる。くぼみ７２の使用は２つの機能がある。すなわち、くぼみ７２は、チャネル６８が均一な深さを有するように、第１および第２のプレート１８、２０をソーラ―パネル１６全体に渡って等間隔に保持する。また、レーザ溶接されたくぼみ７２の使用により、予期しない膨張の場合に第１および第２のプレート１８、２０が膨らむのを防止する。そのような膨張は、しかしながら、安全弁および／または業界標準である「ドロップ・バック」システムによっても制御することができる。
【００５０】
ソーラ―パネル１６の更なる構成要素として側面部材７４、７６がある。側面部材はアルミニウムのような金属から構成されてもよく、ソーラ―パネル１６の側面４８、５０に沿って側面４８および５０のシールのために第１および第２のプレート１８、２０の間に位置しており、チャネル６８からの液体の漏れを防ぐ。側面４８および５０は、側面部材７４、７６を所望の位置で保つように側面部材７４、７６をレーザ溶接することができる。
【００５１】
図２と共に図８を参照すると、側面部材７４、７６の双方はソーラ―パネル１６を強化するために用いることができる側面支持アセンブリ８０として構築されてもよい。側面支持アセンブリはソーラ―パネル１６の各側面４８、５０に沿って同一であるが、図には１つだけ記載されている。このような側面支持アセンブリ８０は、外側の端部突出部８２を含む。この端部突出部８２は、側面部材７４、７６と同様に、第１および第２のプレート１８、２０の間に挟まれた側部シール８６を保持するための主チャネル８４を有し、第１および第２のプレートの間にシールを提供する。
【００５２】
また、ＰＶセル４０は、第１のプレート１８と共に端部突出部８２内の凹部８８に取り付けられている。同様に、第２のプレート２０は、端部突出部内の凹部９０に取り付けられている。ねじやリベットのような固定具９２は、全ての構成要素を一緒に保持するために、端部突出部８２を通過する。
【００５３】
図２に戻ると、ソーラ―パネル１６の更なる特徴として、前述のように第１のプレート１８が第２のプレート２０に取り付けられているときに、第１のプレート１８内に形成された開口部９４および第２のプレート２０内に形成された開口部９６は整列している。ガスケット９８が開口部９４、９６の中間に第１および第２のプレート１８、２０の間をシールするために備えられている。このようにして、開口部９４、９６は、電気配線または他のユーテリティ所要の通路用にソーラ―パネル１６内に貫通開口部を提供する。
【００５４】
これらの構成要素の全ては、（加熱される面積の大きさ、温水使用量、人数、構造物の大きさ、断熱（insulation）レベル、地理的領域など）のユーザ入力に基づいて（見積もりおよび据え付け指示目的用に）コンピュータ構成可能であり、構造、大きさ、効率、（ユーザ入力に基づいて）見積もられる値引き、などの全ての付属データもまたこの入力に基づいて使用可能である。
【００５５】
さらに、これらのソーラ―パネルは、十分な容量の容器内に一定の温度に維持される十分な温水を提供する。温度が数度低下したときは、別の燃料駆動加熱ユニットを駆動する代わりに、このユニットは、より効率の良い温度管理を選択して非効率な「ピークおよび谷」を除くように、所定の温度に維持するように設計されている。追加的な（モジュール式）ソーラ―パネルが、そのモジュール式設計の範囲内で十分な熱／温水、または電力のコジェネレーションを提供するために追加することができる。
【００５６】
従って、最小の共通項、例えば小さな車庫用に適した大きさが、各モジュール式ソーラ―パネルユニットの基本的な大きさになり、より大きなサイズは、これらのモジュール式ユニットを一緒に追加することで容易に組み立てることができる。
【００５７】
図１〜５に示す本発明の詳細構造は、いかなる大きさの建造物にも適用できるシステム構造である。使用される材料は暴露用（屋上）に適しており、および全ての気候および条件に対して理想的に適している。加えて、ユニットは、新しい建造物の中に容易に構築および取り付けることができ、既存の構造物内における改造もまた容易である。本質的にソーラ―パネルは、一緒に結合された２つのアルミニウムシートからなるブラダーを含み、作動流体が、薄いアルミニウム壁によって分離されたパネルの背面全体に薄い「シート」状で均一に横断するように流れることができ、従ってＰＶセルのアレイ全体をより効率的に冷却することができ、プロセス内で温水用により多くの熱を抽出することができる。
【００５８】
アルミニウムの２つのシートは、水密シール用にレーザ溶接することができ、適切な間隔（流体量制御）を維持するため、および膨張を防ぐために（圧力安全弁を加えて）内部でレーザ溶接することができる。本発明は、液体がパネルの全平面の全域で均一に流れるように誘導することができるのみならず、さらに、稼働中にパネル内の流体の全体積を管理するように用いることができる。この設計は、ＰＶ層の最も熱い領域に液体を強制的に押し込み、自然な加速で、より効率的な冷却と温水発生用に抽出されるより多くの熱を可能にする。
【００５９】
広範な実施形態においては、本発明は、革新的な材料、大きさおよび構造を使用して水を温めるソーラ―パネルおよび発電するＰＶセルを組み込んでいるユニークな多次元ソーラ―パネルシステムである。加えて、本発明は、設置および維持管理が非常に容易な完全モジュール式の概念である。
【００６０】
本発明の前述の説明は、現時点で最良であり、最も便利、最も構成可能であり、あらゆる点で最も好ましいソーラシステムと考えられるものの製造と使用を可能にするが、当業者は、本明細書に示された実施形態、方法、および実施例からの変更例、組み合わせおよび等価物の存在を理解し、評価することができる。従って、本発明は、上述の実施形態、方法および実施例に限定されることなく、本発明の特許請求の範囲に記載された精神と範囲内の全ての実施形態および方法によって限定されるべきである。
【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５】
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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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