(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電発熱システムであって、
透明ガラスフロントカバー、透明封止材料、透明ガラスバックシート及び前記透明封止材料により封止された複数の太陽光発電構成部材を含む太陽電池アセンブリと、
前記太陽電池アセンブリの前記透明ガラスバックシートの下方に位置する複数の光ガイドと、
前記太陽電池アセンブリ及び前記複数の光ガイドの下方に配置される光反射板と、を備え、
前記光反射板、２つの隣接する光ガイド及び前記透明ガラスバックシートは、複数の光収集キャビティを形成し、
前記光反射板及び前記複数の光ガイドの一方又は両方は、前記光収集キャビティに対向する面上の反射層で覆われ、
前記光収集キャビティのそれぞれには、熱交換器が配置され、前記光収集キャビティに対向する前記透明ガラスバックシートの表面は、入射太陽光の長波長帯を反射する長波長帯光反射層で覆われ、前記長波長帯光反射層は、高反射金属膜／透明金属酸化膜（Ａ）／透明金属酸化膜（Ｂ）／透明金属酸化膜（Ａ）／高反射金属膜の多層化構造であり、前記透明金属酸化膜（Ａ）の光学屈折率は、前記透明金属酸化膜（Ｂ）の光学屈折率よりも大きい、太陽光発電発熱システム。
【請求項２】
前記透明ガラスバックシートは、物理強化ガラスである、請求項１に記載の太陽光発電発熱システム。
【請求項３】
前記物理強化ガラスは、１２０ＭＰａから３００ＭＰａの範囲の圧縮強度、１２０ＭＰａから３００ＭＰａの範囲の曲げ強度、及び９０ＭＰａから１８０ＭＰａの範囲の引張強度を有する、請求項２に記載の太陽光発電発熱システム。
【請求項４】
前記長波長帯光反射層の前記高反射金属膜は、銀膜であり、前記透明金属酸化膜（Ａ）は、酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ）膜であり、前記透明金属酸化膜（Ｂ）は、酸化アルミニウム亜鉛（ＡＺＯ）膜である、請求項１に記載の太陽光発電発熱システム。
【請求項５】
前記長波長帯光反射層は、直接堆積により前記透明ガラスバックシートに接合される、請求項１に記載の太陽光発電発熱システム。
【請求項６】
前記反射層は、銀、金、アルミニウム若しくはクロムから選択される金属材料、又はＴｉＯ２、ＢａＳＯ４若しくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から選択される酸化金属若しくは非金属材料である、請求項１に記載の太陽光発電発熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電発熱システムに関し、特に、光収集キャビティを有する太陽熱収集アセンブリ及び二重ガラス太陽電池構成部材を有する集積システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーは、使用される環境に優しいエネルギー源として最も流行している。一般的に、太陽エネルギーが使用される２つの原理手法が存在する。第１の手法では、太陽熱収集器は、太陽光からの放射熱を直接吸収し、第２の手法では、太陽熱は、太陽電池の光起電力効果を用いることにより電気エネルギーへ変換する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
太陽熱収集器は、太陽ヒーターで最も一般的に採用されており、通常、太陽光からの光エネルギーが管内の温水への熱エネルギーへ変換されるように、集中反射板又は真空熱収集器により太陽光を水管へ導くことにより動作される。
【０００４】
太陽電池アセンブリは、通常、ガラス、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、光発電構成部材及び太陽エネルギーバックシートの多層化構造、アルミニウムからなる外枠、亜鉛めっきスチールシート、木材及び合成材料（例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びエチレンプロピレンゴム）のような周辺構成部材、ジャンクションボックス、導線及びバッテリを組み合わせることにより形成される。太陽光の放射下で、太陽電池アセンブリは、特定の動作電圧及び動作電流を出力する。しかし、太陽電池アセンブリの効率は制限されており、太陽エネルギーの大部分は、熱エネルギーに変換されて、太陽エネルギー構成部材に蓄積され、これは、太陽エネルギー構成部材の温度を上昇させ、太陽電池アセンブリへの損傷を生じ、合計出力電力を減少させる。太陽電池アセンブリ及び太陽熱収集器が太陽光発電発熱システムを形成するように集積されうる場合、太陽エネルギーがより効率的に用いられうるだけでなく、太陽エネルギー構成部材により蓄積される太陽熱エネルギーが効率的に低減されうるため、上述した課題を回避することができる。また、太陽光発電発熱システムを形成するための太陽電池アセンブリ及び太陽熱収集器の集積は、また、必要とされる材料の量を低減し、経済的にも有益である。
【０００５】
本発明は、高効率及び高信頼性の太陽光発電発熱システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、
透明ガラスフロントカバー、透明封止材料、透明ガラスバックシート及び前記透明封止材料により封止された太陽光発電構成部材を含む太陽電池アセンブリと、
前記太陽電池アセンブリの前記透明ガラスバックシートの下に位置する複数の光ガイドと、
前記太陽電池アセンブリ及び前記光ガイドの下に配置される光反射板と、を備え、
前記光反射板、２つの隣接する光ガイド及び前記透明ガラスバックシートは、光収集キャビティを形成し、
前記光収集キャビティには、熱交換器が配置される、太陽光発電発熱システムを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明は、添付の図面に基づいて説明される。
【図１】図１は、本発明の太陽光発電発熱システムの平面図であり、符号３は光発電構成部材であり、符号５は熱交換器であり、矢印は作動流体の流れ方向である。
【図２】図２は、本発明の太陽光発電発熱システムの断面図であり、符号２は透明封止材料であり、符号３は光発電構成部材であり、符号４は透明ガラスバックシートであり、符号５は熱交換器であり、符号６は光ガイドであり、符号７は光反射板であり、符号６及び７で囲まれる空間は光収集キャビティを形成する。
【図３】図３は、本発明の長波長光反射層の異なる実施例の光波長及び伝送データを示し、ここで、選択された長波長光反射層は、銀膜／酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ）膜／銀膜の多層化構造（図３）である。
【図４】図４は、本発明の長波長光反射層の異なる実施例の光波長及び伝送データを示し、ここで、選択された長波長光反射層は、銀膜／ＧＺＯ膜／酸化アルミニウム亜鉛（ＡＺＯ）膜／ＧＺＯ膜／銀膜の多層化構造（図４）である。
【図５】図５は、本発明の長波長光反射層の異なる実施例の光波長及び伝送データを示し、ここで、選択された長波長光反射層は、ＧＺＯとＡＺＯとの交互層構造（ＧＺＯ／ＡＺＯ／ＧＺＯ／ＡＺＯ／ＧＺＯ／ＡＺＯ／ＧＺＯ／ＡＺＯ／ＧＺＯ／ＡＺＯ／ＧＺＯ）（図５）である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書では、特に定めない限り、単一の文言（例えば“１つ”（“ａ”）のような）は、複数も含むものとする。本明細書では、全ての実施形態及び例示的な文言（“例えば”のような）は、本発明をより際立たせることのみを目的とするが、本発明の範囲を限定するものではなく、本明細書中の文言は、クレームされない構成部材が本発明を実施するために必要な構成部材を形成することを意味するものと解釈されるべきではない。
【０００９】
本発明の目的は、
透明ガラスフロントカバー、透明封止材料、透明ガラスバックシート及び該透明封止材料により封止された太陽光発電構成部材を含み、そこでは、隣接する太陽光発電構成部材間に光透過を許容するギャップが備えられている太陽電池アセンブリと、
太陽電池アセンブリの透明ガラスバックシートの下方に配置された複数の光ガイドと、
太陽電池アセンブリ及び光ガイドの下方に配置された光反射板であって、そこでは、光反射板、２つの隣接する光ガイド及び透明ガラスバックシートは、光収集キャビティを形成する光反射板と、
光収集キャビティ中に配置された熱交換器と、
を含む、太陽光発電発熱システムを提供することである。
【００１０】
本発明の太陽光発電発熱システムの部材及び技術的特徴は以下にさらに説明される。
【００１１】
太陽電池アセンブリ
本発明の太陽電池アセンブリは、任意のタイプの太陽電池アセンブリであってもよい。本発明の太陽電池アセンブリは、フロントカバー、封止材、光発電構成部材及びバックシートに加えて、外枠、保全ボックス、導線、バッテリのような周辺構成部材を含んでもよい。全ての周辺構成部材は、従来技術により製造されてもよく、よって、本発明においてさらに詳細には説明しない。
【００１２】
本発明の太陽電池アセンブリで使用されるフロントカバーには特段の制限はなく、一般的な、十分な光透過性及び圧縮強度、引張強度及び硬度のような機械的な強度を提供し、かつ太陽電池アセンブリへの水分の浸入を防ぐような低反射透明ガラス板が使用される。
【００１３】
本発明の太陽電池アセンブリで使用される封止材は、主に、太陽電池の光発電構成部材を固定し、光発電構成部材を衝撃への耐性及び水分の浸入の抑制のような物理的な保護を提供する。本発明の太陽電池アセンブリで使用される封止材は、従来の材料からなってもよく、現在、ＥＶＡが太陽電池板用の封止材として最も広く用いられている。ＥＶＡは、硬化後に、高い光透過性、耐熱性、低温耐性、耐湿性及び防水性のような特性を有し、金属、ガラス及びプラスチックとの良好な接着を有し、さらに一定の弾性、耐衝撃性及び熱伝導性を有する熱硬化性樹脂であり、よって、理想的な太陽電池封止材である。
【００１４】
本発明の太陽電池アセンブリで使用される光発電構成部材には特段の制限はなく、結晶性シリコン光発電構成部材、薄膜光発電構成部材及び色素感光光発電構成部材のような光発電構成部材の各種の形態から選択されてもよい。
【００１５】
本発明の太陽光発電発熱システムでは、熱交換器内の流体を熱するために、光が太陽電池アセンブリの層を透過し、その底部において光収集キャビティに到達できるように、照射領域の少なくとも１箇所は、光発電構成部材により覆われない。覆われず残る比率は、光発電構成部品の変換効率、太陽光の期間及び強度、熱出力に対する電力の需要のようなその実装の特定の条件に適応するように調整されてもよい。一般的に、覆われる量は、３０％から８０％、好ましくは４０％から６０％であることが望ましい。特定の実施形態では、本発明の太陽光発電発熱システムは、図１に示すような太陽電池アセンブリ及び熱交換器の構成を備えている。
【００１６】
本発明の特定の実施形態では、太陽電池アセンブリの光発電構成部材は、日本の三洋電機株式会社製のＨＩＴ（登録商標）ダブルのような両面光発電構成部材であってもよく、これは、光発電構成部材の背面の光収集キャビティにより反射される光学エネルギーを十分に活用することができる。
【００１７】
本発明の太陽電池アセンブリにおけるバックシートは、光収集キャビティの上部カバーとしても機能し、そのため、特有の特性を有する必要がある。第１に、バックシートは、光が光収集キャビティに進入できるように、透明である必要がある。第２に、バックシートは、外枠及び光ガイドによってのみ支持され、空気中に浮いているバックシートの大部分は離れており、そのため、優れた機械的特性を有する必要がある。一般的に、適切なバックシート材料は、少なくとも約１２０Ｍｐａの圧縮強度、少なくとも約１２０Ｍｐａの曲げ強度、及び少なくとも約９０Ｍｐａの引張強度を有する必要がある。
【００１８】
空力加熱及び冷却のような処理工程を通じて製造される新規なタイプの物理的強化ガラスは、本発明のバックシートガラスとして用いられてもよい。具体的には、物理的強化ガラスは、約６００℃から約７５０℃の範囲の温度、好ましくは約６３０℃から約７００℃の範囲の温度で空力加熱焼き戻し炉（例えば、ＬｉＳＥＣ  ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の平床式焼き戻し炉）で加熱を行い、その後、例えば、エアノズル通じて急速冷却を行うことにより製造されてもよい。本明細書において、“空力加熱（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｈｅａｔｉｎｇ）”とは、物体及び空気又は他のガスが高速で移動するときに、生成された高温ガスにより物体へ熱を伝達するプロセスを示す。強化ガラスが空力加熱法で加熱されるとき、ガラスと焼き戻し炉とは、直接接触せず、そのためガラスは変形せず、薄いガラスにとって好適である。より詳細な物理強化ガラス生成法については、中国特許出願第２０１１１０１９８５２６．１号（さらに米国特許公開公報２０１３／０００８５００Ａ１）の内容に示される。
【００１９】
最も標準的な太陽電池のソーラーバックシートは、（例えば、米国のＤｕＰｏｎｔ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＴｅｄｌａｒ（登録商標）のような）ポリフッ化ビニルから製造される。このような材料は、上述した必須の機械的特性を有さず、よって、本発明には適さない。
【００２０】
通常のガラスも必須の機械的特性を有さず（例えば、通常のガラスは約４０Ｍｐａの引張強度のみを有する）、よって、本発明には適用できない。また、従来の物理強化ガラスは、十分な機械的強度を有するが、通常、変形を防ぐために３ｍｍ厚を超え、重くなるため、光ガイド上に増加した負荷を与えるだけでなく、家屋の屋根に搭載するのに不適切となる。従来の化学強化ガラスに関しては、必須の機械的特性を満たしており、機械加工による厚さに与えられる制限に依存しない。しかし、化学強化ガラスは、環境要因により非常に容易に劣化し、コーティングが困難である、剥がれ易い、値段が高い等のような用途が限定されるという特有の他の不利益を有する。
【００２１】
太陽熱収集アセンブリ
本発明の太陽熱収集アセンブリは、太陽電池セルアセンブリのバックシート、光ガイド及び光反射板により囲まれた光収集キャビティと、その熱交換器とから形成される。
【００２２】
光収集キャビティの主な目的は、入る入射太陽光が光収集キャビティに閉じ込められること、及び、放射熱が熱交換器に集中され、熱交換器内部の流体を加熱するように、散乱及び反射するような機構を通じて、光エネルギーが放射熱に変換されることにある。また、光収集キャビティの温度が熱交換器内の流体の温度よりも高いため、熱エネルギーの一部は、熱伝導により流体へ伝達される。
【００２３】
本発明の太陽熱収集アセンブリにおける光ガイド及び最下部（ｂｏｔｔｏｍ−ｍｏｓｔ）光反射板は、ガラス又はプラスチックのような各種材料から製造されてもよい。プラスチック材料は、一又はそれ以上のポリマー樹脂層で形成されてもよい。ポリマー樹脂層の形成に用いられる樹脂のタイプは、特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のようなポリエステル樹脂；ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなポリアクリレート樹脂；ポリエチレン（ＰＥ）又はポリプロピレン（ＰＰ）のようなポリオレフィン；ポリスチレン樹脂；ポリシクロオレフィン樹脂；ポリイミド樹脂；ポリカーボネート樹脂；ポリウレタン樹脂；トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）；ポリ乳酸；又はその混合物であることができるが、これに限定されず、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ポリシクロオレフィン樹脂、ＴＡＣ、ポリ乳酸又はその混合物であることが好ましい。
【００２４】
本発明の光ガイドの表面形状は、特に制限されない。しかし、その主な目的は、入射光を可能な限り熱交換器へ反射することであるため、傾斜角を有する面（例えば三角形状の側面）、円弧状表面又は放物線状表面を備えることが好ましい。
【００２５】
光収集キャビティの熱収集効率を向上させるために、光ガイドの表面及び光反射板の表面は、反射層で覆われてもよい。光ガイド及び光反射板上の反射層の主な機能は、全ての波長帯の光を反射することであり、そのため、使用される材料の種類は特に限定されないが、銀、金、アルミニウム若しくはクロムのような金属、酸化金属、又は非金属材料であってもよい。ＴｉＯ２、ＢａＳＯ４若しくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（テフロン）（登録商標）のような材料は、白い外観を有しており、そのため、光の反射をより効果的に提供できるため、好ましい材料である。反射層は、例えば、接着剤を用いることにより接合されるような適切な方法により光ガイド又は光反射板に接合されてもよい。反射層が金属材料で製造される一方で、光ガイド又は光反射板がガラス材料で製造される場合、好ましい方法は、物理気相堆積のような方法を用いることによりガラス基板上に直接堆積することである。この方法は、接着剤を必要としないため、製造プロセスステップを低減することに加えて、接着剤の劣化に関連する問題を回避する。このような方法は、信頼性の観点から好ましい。
【００２６】
或いは、光ガイドは、金属で製造されてもよい。
【００２７】
同様に、光収集キャビティの効率を向上させるために、太陽電池アセンブリのバックシートの裏面は、反射層により覆われていてもよい。しかし、太陽光が光収集キャビティへ入ることができるようにするために、バックシートの裏面上の反射層は、光を選択的に反射可能である必要がある。さらに、入射太陽光は、主に短波長帯であり、一方で、物体を照射した後に反射された太陽光は、長波長帯の光に変換される、そこで、本発明の太陽電池アセンブリのバックシートの裏面は、主に長波長帯の光を反射する反射層で覆われることが最も好ましい。
【００２８】
一般的に、長波長帯の光を反射する層は、主として金属膜及び透明な酸化金属膜で形成される多層化構造であり、以下の型の設計のいずれを採用してもよい。
（１）高反射金属膜層／透明酸化金属膜層／高反射金属膜層；
（２）高反射金属膜層／透明酸化金属膜層（Ａ）／透明酸化金属膜層（Ｂ）／透明酸化金属膜層（Ａ）、ここで、透明酸化金属膜層Ａの光学屈折率は、透明酸化金属膜層Ｂの光学屈折率よりも大きい；
（３）異なる透明金属酸化膜層の交互繰り返しの多層化構造。
【００２９】
好適な高反射金属は、例えば、銀、金、アルミニウム又はクロムを含み、銀であることが好ましい。好適な透明金属酸化物は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム  プラス  酸化チタニウム（ＩＴｉＯ）、酸化インジウムモリブデン（ＩＭＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）、ＡＺＯ、ＧＺＯ及び酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）を含み、ＧＺＯ及びＡＺＯが好ましい。具体例（１）として、長波長光反射層は、銀膜／ＧＺＯ膜／銀膜の多層化構造であり、その光透過波長データは、図３に示されており、具体例（２）として、長波長光反射層は、銀膜／ＧＺＯ（ｎ＝２．１）膜／ＡＺＯ（ｎ＝１．９）膜／ＧＺＯ（ｎ＝２．１）膜／銀膜の多層化構造であり、その光透過波長データは、図４に示されている。具体例（３）として、長波長光反射層は、ＧＺＯ及びＡＺＯを交互に積層した多層化構造（ＧＺＯ／ＡＺＯ／ＧＺＯ／ＡＺＯ／ＧＺＯ／ＡＺＯ／ＧＺＯ／ＡＺＯ／ＧＺＯ／ＡＺＯ／ＧＺＯ）であり、その光透過波長データは、図５に示されている。
【００３０】
各光収集キャビティでは、少なくとも１つの熱交換器は、キャビティ内の熱エネルギーを除去するために設けられる。本発明で使用される熱交換器の材料は、特に限定されず、銅又はステンレススチールのような熱伝導性材料で製造されてもよい。熱交換器のタイプも特に限定されず、例えば、コラムチューブ熱交換器又はスパイラルチューブ熱交換器が使用されてもよい。熱交換器は、熱伝導効率を向上させるために暗色の熱吸収材料でコートされる又は覆われてもよい。
【００３１】
熱交換器内の流体は、任意の好適な流体であってもよく、水のような高比熱を有するものであることが好ましい。しかし、ガスでも可能である。
【００３２】
特定の実施形態では、本発明の太陽光発電発熱システムは、図２で示すような断面構成を有していてもよい。
【図１】
0006351209.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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