(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体を注入可能な液体保持空間を有し、当該液体保持空間を密閉可能に構成された本体部と、
前記本体部の内部に少なくともハイドロキシアパタイトを含む汚濁防止剤を備え、
前記本体部は、太陽電池パネルの受光面を接触により覆う形状の裏面と、太陽光側を向く表側を有し、前記裏面と前記表側により前記液体保持空間を挟み、前記裏面と前記表側はいずれも透明な樹脂からなる、
太陽電池パネルの冷却用部材。
【請求項２】
前記汚濁防止剤は、前記ハイドロキシアパタイトに加え、銀及び酸化チタンを含む、請求項１に記載の冷却用部材。
【請求項３】
前記本体部の前記表側は、
外側で互いに向かい合うように設けられた隆起部と、
前記隆起部の内側でくぼんだ位置に帯状に形成される帯状領域と、
を有する請求項１又は２に記載の冷却用部材。
【請求項４】
前記帯状の領域から当該帯状領域の隆起している外側へは傾斜により連続しており、当該傾斜の角度は前記裏面又は前記帯状領域により形成される面に対して、４５度〜１５度の範囲内である請求項３に記載の冷却用部材。
【請求項５】
前記本体部の前記裏面と前記表側の間の厚みは、所定の端の側からもう一方の端の側に進むにつれて大きくなっていく請求項１又は２に記載の冷却用部材。
【請求項６】
前記本体部の前記裏面と前記表側の間の厚みは、前記帯状領域の長手方向に沿って、所定の端の側からもう一方の端の側に進むにつれて大きくなっていく請求項３又は４に記載の冷却用部材。
【請求項７】
前記液体保持空間は、前記表側を含む第１空間と前記裏面を含む第２空間に区分けされ、前記第１空間と前記第２空間の間には、前記液体が注入されない間隙が設けられる、
請求項３、４又は６に記載の冷却用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池パネルを冷却するための部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池はその温度が上昇するほど、発電効率が低下することが知られている。例えば、単結晶系又は多結晶系太陽電池では太陽電池パネル（モジュール）の表面温度が１℃上昇する毎に発電効率が約０．５％低下する（２０℃で１割減少）。したがって、太陽電池の発電効力を向上させるために、太陽電池パネルを冷却する方法が考えられてきた。例えば特許文献１では、雨水貯溜槽と、この水を散水するためのポンプを間欠的に運転することで、パネル表面を冷却する装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３４１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように、雨水を散水する場合、節水のために雨水を貯溜しなければならない。雨水を貯溜すると夏場等は貯溜槽に雑菌が繁殖し易く、透明度が低下する。このように透明度が低下した水をパネルに間欠的に散水するとパネル表面を汚濁させる原因になり発電効率を低下させる要因ともなる。雨水ではなく水道水などを利用する場合でも、貯留槽に水を溜めておかなければならない状況には変わりがなく、透明度が低下した状態で散水しなければならない。雨水に比べて透明度は向上するが、水道水を消費しなければならない問題が生じる。
【０００５】
パネル表面が汚濁されることによる発電効率の低下を解消するためにパネル表面を綺麗にしなければならないが、定期的に洗剤等で洗浄する必要があり、そのための保守費用が必要であり、野立て（屋外）の場合洗剤で環境を汚染する怖れもあり、余計に水を消費することにもなる。そして、パネル表面に滞留する水の透明度が低下した場合には、パネルに到達する太陽光の照射量も低下することになり、太陽電池の発電効率を低下させることになる。
【０００６】
また太陽電池パネルに散水する場合、赤外線に対しては一旦熱を吸収してしまった後で冷却するものであるので、熱冷却の手段としては後手になってしまう。そして、太陽電池セルの発熱に対しては放熱のための充分な水量を確保できず、雨水貯溜槽からヘッダに水を供給するためのポンプが必要であり、ポンプで太陽電池パネルの発電電力の一部を消費してしまうという問題もある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、水などの透明な液体を用いて太陽電池パネルを冷却することにより太陽電池の発電効力を向上させる一方で、流入した液体の透明度低下を防止することが可能な太陽電池パネルの冷却用部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る太陽電池パネルの冷却用部材は、内部に液体を注入可能な液体保持空間を有し、当該液体保持空間を密閉可能に構成された本体部と、前記本体部の内部に少なくともハイドロキシアパタイトを含む汚濁防止剤を備え、前記本体部は、太陽電池パネルの受光面を接触により覆う形状の裏面と、太陽光側を向く表側を有し、前記裏面と前記表側により前記液体保持空間を挟み、前記裏面と前記表側はいずれも透明な樹脂からなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、本体部の内部にある液体保持空間に透明な液体を注入して保持することにより、本体部の太陽電池パネルへの接触を介して太陽電池パネルを冷却することができるとともに、当該液体保持空間内に配置された汚濁防止剤により注入された液体の汚濁を抑制することができるので、保持された液体の透明度を確保することができる。保持された液体の透明度が確保されるので、本体部をパネルに接触させて太陽光の入射側に配置した場合でも、太陽光は透明な表側、液体、裏面を介して太陽電池パネルに到達することができ、液体の透明度低下による発電効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】太陽電池パネルと冷却用部材の位置関係を説明する図である。
【図２】シリコンのバンドギャップ電圧の温度特性を示すグラフである。
【図３】単結晶シリコン太陽電池の分光感度を説明するグラフである。
【図４】基本的構成にかかる冷却用部材の具体的構成を説明する図である。
【図５】南北方向の勾配を変化させた場合の構成を示す図である。
【図６】東西方向に太陽光の入射を最適化させた場合の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、太陽電池パネル（モジュール）について説明する。太陽電池として機能する素子をセルと言うが、この複数のセルを配線、配列して保護シートや強化ガラス、金属枠などでパッケージ化したものが太陽電池パネルである。太陽電池パネルとしては、屋根の上に設置されるものが一般的であるが、例えば遊休の土地などに直接据え置く野立ての太陽電池も多く設置されている。
【００１２】
本実施形態にかかる太陽電池パネルの冷却用部材は、いずれの場合でも利用することができる。一方で本実施形態では、太陽電池パネルの上に直接積み重ねることで太陽電池パネルを冷却するものであるから、野立てのように設置位置に荷重がかかっても影響を受けない太陽電池パネルに対して用いるのがより好ましいと考えられる。
【００１３】
太陽電池パネルは、太陽光に向けて配置することにより太陽光を受光し、光起電力効果により太陽光発電を行う。本実施の形態にかかる太陽電池パネルの冷却用部材は、この太陽電池パネルの受光面側に積み重ね、冷却用部材の温度を接触により伝達することにより、太陽電池パネルを冷却する。
【００１４】
太陽電池パネルの受光面側に積み重ねた後も太陽光が冷却用部材を透過し、受光面で太陽光を受光できるように、冷却用部材は全体として透明となる材料を用いる。具体的には透明な樹脂であり、特に透明アクリル樹脂を用いるのが好ましい。そして冷却用部材には透明な液体が充填される。透明な液体は主に水であるが、屋外で利用する関係から凝固点降下のために、塩やグラニュー糖を混ぜた水溶液としてもよい。
【００１５】
このように、透明な材料により太陽光を透過しつつ、太陽電池パネルに接触させて冷却させるのが本実施の形態の基本的な骨格である。本実施の形態にかかる冷却部材は、太陽電池パネル表面に水槽を作り、この水槽の水深を数センチメートル以上とすることにより、赤外線は水槽の表面で吸収し、可視光の発熱は水槽の深い部分である太陽電池パネル表面のガラス面を通して熱を吸収することにより冷却するものである。このための冷却用部材の構成について各図を参照して説明する。
【００１６】
なお、「透明」とは、光が透過してその先が見える程度の透明性があればよく、半透明の概念も含む。多少の濁りがあって可視光を１００％透過しなくとも、太陽電池による発電が可能な程度に光が通過して太陽電池に到達すれば十分であるが、可能な限り透明度が高いことが望ましいことは言うまでもない。
【００１７】
（基本的構成）
図１は、太陽電池パネルと冷却用部材の位置関係を説明する図である。まず、支持部材１０が設置され、その上に太陽電池パネル２０が配置される。支持部材１０は、太陽電池パネル２０の接地に角度を付与するための部材であり、側部断面で見たときに地表面に対してθ１の角度の部材が用いられる。支持部材１０の高い方（右）が北側であり、角度θ１を形成する頂点の側（左）が南側である。一般的な構成としてθ１＝３０度としているが、地域に合わせて３０度より若干大きくしたり小さくしたりして、θ１＝２０度〜４０度とする場合がある。
【００１８】
このように南北配置することにより、太陽電池パネル２０は、真上でなく南側を向くように配置される。角度θ１は好ましくは３０度であるが、この近傍のいかなる数値であってもよい。例えば２５度〜３５度の範囲となるが、夏場の太陽光をより多く受けるために、１５度〜３５度の範囲としてもよい。太陽光は真上からでなく南側から照射されるので、このように傾けることにより、照射量を増やし、太陽電池の発電効率を向上させることができる。
【００１９】
支持部材１０に太陽電池パネル２０が積み重ねられたさらにその上に、冷却用部材３０がさらに積み重ねられる。冷却用部材３０を太陽電池パネル２０に積み重ねる際には何らかの固定部材により位置固定をすることも考えられる。一方で、冷却用部材３０の設置の際に太陽電池パネル２０の上に水を散布又は塗布し、その上に冷却用部材３０を積み重ねる方法もまた考えられる。これにより、特段の固定部材を用いることなく、冷却用部材３０の設置の際に太陽電池パネル２０に密着されるとともに、冷却用部材３０の温度を太陽電池パネル２０に伝達し易くなり、言い換えると太陽電池パネル２０の温度を冷却用部材３０に伝達し易くなる。
【００２０】
冷却用部材３０には内部に液体保持空間３１が設けられている。冷却用部材３０は、液体保持空間３１に液体を保持する内部空間であり、これにより容器又は水槽などを形成する。太陽光を向いている側が表側３２であり、太陽電池パネル２０に接する面が裏面３３である。表側３２及び裏面３３は、液体保持空間３１を外部との間で仕切る壁の一部である。表側３２及び裏面３３と側壁により、冷却用部材３０を仕切る壁が形成される。表側３２及び裏面３３は、ともに内壁と外壁の間の厚みが一定であり、外壁の面に平行して内壁の面が形成されている。厚みは常に一定でなければならないわけではなく、製作の都合により局所的に厚みが変動する部分が存在してもよい。
【００２１】
裏面３３は平坦な面である。太陽電池パネル２０の受光面が平面であるので、裏面３３と受光面をそれぞれ平坦な面とすることにより密着する構成となる。もちろん完全に平坦な面でなくてもよく、一部に凹凸が発生してもよい。この場合も全体として面を形成していることに変わりはない。しかしながら温度の伝達を効率的に行うとともに、上述の水接着を実現するためには平坦な方が好ましい。
【００２２】
裏面３３の反対側には表側３２が配置されている。表側３２は、裏面３３のように平坦な面としてもよいが、ただし、裏面３３と異なり、他の部材と積み重ねる部分ではないので必ずしも平坦な面とする必要はなく、後述のように曲面とすることも可能である。まず基本的構成においては、表側３２も裏面３３のように平坦な面を例に挙げて説明する。
【００２３】
冷却用部材３０の内部に設けられた液体保持空間３１は、表側３２と裏面３３に挟まれている。この液体保持空間３１は初期段階では空洞となっている。その後、透明な液体（特に水）を内部に流入させることにより、液体保持空間３１内部が透明な液体で充填される。その結果、太陽電池パネル２０は冷却されるが、この太陽電池パネル２０の温度と発電効率の関係について説明する。
【００２４】
図２は、シリコンのバンドギャップ電圧の温度特性を示すグラフである。まず、シリコンのバンドギャップ電圧ＶＧは、太陽電池パネル２０表面の絶対温度Ｔを用いて次式で近似できる。
ＶＧ＝-２．６７×１０-４・Ｔ ＋１．２          （１）
このバンドギャップ電圧ＶＧと絶対温度の関係を図２のグラフに示す。常温に近い３００Ｋでは、バンドギャップ電圧ＶＧは１．１２ｅＶとなる。
【００２５】
太陽電池はｐ型半導体とｎ型半導体の接合でできており、太陽電池の出力電圧ＶＯＰは電池のｐ−ｎ接合の各フェルミレベルの差分が出力電圧となるので、
ＶＯＰ ＝（Ｅｃ−Ｅｖ）− ｋ・Ｔ・Ｉｎ（Ｎｃ・Ｎｖ／ＮＤ・ＮＡ）  （２）
となる。
【００２６】
ここで、ＮＤ：ドナー濃度、ＮＡ:アクセプタ濃度、Ｎｃ：伝導体の電子に対する実行状態密度、Ｎｖ : 価電子帯のホールに対する実行状態密度、Ｅｃ : コンダクションバンド、Ｅｖ：バレンスバンド、である。
【００２７】
（２）式のＥｃ−Ｅｖはバンドギャップ電圧ＶＧに相当するため、
ＶＯＰ ＝ＶＧ − ｋ・Ｔ・Ｉｎ（Ｎｃ・Ｎｖ／ＮＤ・ＮＡ）    （３）
となり、α＝ ｋ・Ｉｎ（Ｎｃ・Ｎｖ／ＮＤ・ＮＡ）  とすると、
ＶＯＰ ＝−２．６７×１０-４・Ｔ ＋１．２ − α・Ｔ         （４）
となる。
【００２８】
ＶＯＰは半導体が真性領域（フェルミレベルが（Ｅｃ−Ｅｖ）／２）となる温度で出力が０ｖとなるため、この温度である、６００Ｋの時の（４）式より、
α＝２．２７×１０-３であるから、
ＶＯＰ＝１．２ − ２０×１０-４・Ｔ                           （５）
【００２９】
よって、ＶＯＰは温度に比例して低下し、電力はその二乗で低下する。すなわち、太陽電池の日射光による発電効率は温度が上昇するほど低下し、逆に言うと温度を低下させることができれば発電効率を向上させることができる。
【００３０】
上述の理由から、本実施の形態は太陽電池パネル２０を冷却することにより発電効率を向上させるものであるが、太陽電池パネル２０の冷却には２つの側面がある。太陽電池パネル２０が日射されて温度が上昇する要因には大きく下記の二要素がある。（１）０．８３μｍより長い赤外線の吸収による発熱（２）可視光でエネルギーが１．５ｅｖより大きなエネルギーを持つ比較的短い波長を持つ光エネルギーによる発電に余分なエネルギーによるジュール熱による発熱。
【００３１】
このように、太陽光パネル２０上の温度上昇については照射される光の波長と関係が深いことから、この関係について図３を参照して説明する。
【００３２】
図３は単結晶シリコン太陽電池の分光感度を説明するグラフである。図３を参照して、光の波長ごとの発熱現象と冷却の仕組みを説明する。太陽光のスペクトルは色々な波長の光子を含み、３８０ｎｍ−７８０ｎｍが可視光範囲であり、８３０ｎｍを超えると赤外線領域となる。
【００３３】
（１）まず赤外線領域について説明すると、太陽電池パネルの基本単位のセルはシリコンでできているため、表面の色としては藍色をしているため、赤外線をよく吸収する。これが、赤外線吸収による発熱の原因となる。この赤外線領域のうち、０．９５μｍ，１．２μｍ，１．４μｍ，１．９μｍ帯の処に水に吸収され易いスペクトル帯が存在する。この波長域では、大気中の水分に吸収されてスペクトルエネルギーが減衰する。
【００３４】
本実施の形態では、図１に示したように、太陽電池パネル２０に太陽光が入射する前に、冷却用部材３０を配置しておくので、太陽光はまず冷却用部材３０内の水を通過して太陽電池パネル２０に到達する。この過程で、上記スペクトル帯の光は水を通過する中で吸収される。このように水に吸収され易い性質を利用して、赤外線領域の１．２μｍより長いスペクトル帯域を太陽電池パネル２０に届く前に大部分を吸収することで、太陽電池パネル２０の温度上昇をかなり抑えることができる。
【００３５】
さらに、日の出の時間帯及び日没の時間帯には、入射角が小さい角度から太陽光が入射する。この入射角が小さい太陽光は、大気圏を長く通過することから、大気によって波長の短い光が散乱し、朝焼け、夕焼けとなるように、赤外光などの波長の長い光のみが地表に到達する。すなわち、このときに太陽光パネル２０で受光する光は、熱のみを生じ発電効率の低いもののみとなる。
【００３６】
本実施の形態では、太陽光は冷却用部材３０内の水を通過して太陽電池パネル２０に到達するので、水に入射する時点で、角度の小さい光は全反射する。具体的には、４５度未満の入射角については太陽光は冷却用部材３０内の水に対して全反射する。その一方で、４５度未満の入射角の太陽光は赤外光などの、熱のみを生じ発電効率の低い光であるので、太陽光の角度が４５度を超える時間帯までの温度の上昇を妨げることができる。特に夜間に水温が下がった状態を維持したまま太陽光発電に移行することができる。
【００３７】
なお、太陽電池パネル２０の感度のピークは、図２に示したシリコンのバンドギャップ１．１ｅｖを越えられる波長である１．１μｍより、少し短い０．９μｍ〜１．０μｍ近傍にある。光スペクトルの波長域の内、特に単結晶シリコンの場合、発電に寄与する波長は０．４μｍ〜１．１μｍのものだけであり、１．２μｍより長い波長の光は発電に寄与しない。この波長域の光を水により吸収することにより、発電効率をほとんど下げることなく熱の発生要素のみを遮断することができる。なお、赤外線領域よりもさらに長い波長についても発電に寄与しないので、水中を通過するときに吸収される波長帯の光については、同様に熱の発生を妨げることができる。
【００３８】
（２）次に可視光域の光スペクトルについて説明する。可視光の波長の比較的短いスペクトルはシリコンのバンドエネルギーギャップ１．１ｅｖを越えるエネルギーを持っているため、発電後の余剰エネルギーはジュール熱となって温度上昇を引き起こす。光により与えられるエネルギーのうち、バンドエネルギーギャップ１．１ｅｖの分は太陽光発電に用いられるが、それ以上の分は発電に用いられず、余剰エネルギーとして太陽電池パネル２０を加熱させる。そしてこの温度上昇が、図２を参照して説明した動作電圧（ＶＯＰ）を低下させるため、発電出力の極端な低下をもたらす。
【００３９】
これに対し、図１を参照して説明したように、冷却用部材３０を太陽電池パネル２０に接触させることにより、冷却用部材３０に収納されている水の温度を太陽電池パネル２０に伝達させて冷却する。
【００４０】
まとめると、
１）１．２μｍより長い赤外線領域の光エネルギーは太陽電池パネル２０に届く前に減衰させてしまう。したがって、赤外線のうち特に温度上昇をもたらす波長域の光はあまり太陽電池パネル２０に到達しないことから、赤外線領域の光による温度上昇を抑制することができる。
【００４１】
２）１．５ｅｖ以上のエネルギーを持っている波長、特に波長がより短い可視光領域の光については、発電による余分なエネルギーのジュール熱を、液体保持空間３１に保持された液体（水）で太陽電池パネル２０の表面を冷却する。特に、太陽電池パネル２０表面を数センチメートル以上の厚さの水で直接冷却することは、熱伝導率の数値からも効果が期待できる。シリコンの熱伝導率は１６８Ｗ／ｍ・ｋで金属並の熱伝導率があるので、ソーラーパネルのガラス面裏に伝わる速度が速い。ガラスの熱伝導率は０．８Ｗ／ｍ・ｋであり、この数値を空気の０．０２２Ｗ／ｍ・ｋと水の０．５９Ｗ／ｍ・ｋと比較すると水の方が空気の約２７倍も大きいため、冷却効果が期待できる。また夜間の気温低下により、水を冷却しておいて翌日の日射時に効果的にパネルを冷却することができる。
以上の２つの側面から、本実施の形態では太陽電池パネル２０を冷却する。次に、冷却用部材３０の具体的構成について説明する。
【００４２】
図４は、基本的構成にかかる冷却用部材の具体的構成を説明する図である。冷却用部材３０の構成は、図１を参照して説明したように、表側３２と裏面３３を備えることにより、内部に液体保持空間３１を形成している。そして、裏面３３は、太陽電池パネル２０の上に配置される。冷却用部材３０は立体的な構造であるので、この他に側壁として、側部３４Ａ、３４Ｂ、３６Ａ、３６Ｂをさらに備える。
【００４３】
図４に示すように表側３２を上に、裏面３３を下に配置したとき、側部３４Ａは西側（図中左）、側部３４Ｂは東側（図中右）、側部３６Ａは北側（図中上）、側部３６Ｂは南側（図中下）の配置となる。つまり、表側３２と裏面３３に加え、側部３４Ａ、３４Ｂ、３６Ａ、３６Ｂの六面により直方体を形成して囲むことにより、内部に液体保持空間３１を形成する。
【００４４】
裏面３３は太陽電池パネルの受光面を接触により覆う形状である。このために、裏面３３は太陽電池パネル２０のガラス面と同じ又はこれより若干大きいサイズに設計されている。これにしたがって表側３２も裏面３３に合わせた大きさとなり、表側３２及び裏面３３の大きさにしたがって冷却用部材３０の大きさも決まる。このような大きさとすることにより、太陽電池パネル２０に到達する光はすべて、冷却用部材３０及び内部の液体を通過する。
【００４５】
太陽光が透過するのは、基本的には表側３２と裏面３３であるので、表側３２と裏面３３についてのみ透明樹脂を使用し、側部３４Ａ、３４Ｂ、３６Ａ、３６Ｂについては、他の比較的廉価な材料、例えば檜などを用いてもよい。なお、側部３４Ａ、３４Ｂについては東西からの光を透過するため透明樹脂を使用してもよい。太陽電池パネル２０及び冷却用部材３０は、図１に示したように南側に傾けられる構造上側部３６Ｂは低い位置に配置され、側部３６Ａは北側の配置であることから、側部３６Ａ、３６Ｂについては透明とする必要性は比較的低い。したがって、側部３６Ａ、３６Ｂについてのみ他の比較的廉価な材料、例えば檜などを用いてもよいが、液体保持空間３１に接するすべての部材に透明樹脂を用いる構成としてもよい。
【００４６】
図４では冷却用部材３０について、内部をくりぬいて液体保持空間３１を形成したように示しているが、表側３２と裏面３３、側部３４Ａ、３４Ｂ、３６Ａ、３６Ｂの６つの部材を接合させて形成することができる。または、表側３２と裏面３３、側部３４Ａ、３４Ｂについては１つの材料を折り曲げることにより形成し、側部３６Ａ、３６Ｂについて別の材料を接合させることもできる。
【００４７】
透明樹脂としては、透明アクリル樹脂を用いる。アクリル樹脂（英語 ａｃｒｙｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）とは、アクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルの重合体で、透明性の高い非晶質の合成樹脂である。透明アクリル樹脂は、メタクリル樹脂や、ポリメタクリル酸メチル、ポリメチルメタクリレート等と称呼される。この中で例えばアクリルガラスとも呼ばれる、ポリメタクリル酸メチル樹脂（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ）による透明固体材等を用いることができる。また透明樹脂のその他の材料としては、例えばポリカーボネート（ＰＣ）なども考えられる。
【００４８】
以上のように構成することにより、冷却用部材３０は以下の性質をもつものとして実現することができる。
（１）光の透過率が高いこと
（２）直射日光下でも劣化しないこと
（３）−４０度〜８０度の温度に耐えられこと
（４）耐水性があること
（５）強度があること
【００４９】
側部３６Ａには、注入口４０が設けられている。注入口４０は側部３６Ａの一部に設けられた封、栓又は蓋であり、開口したときには冷却用部材３０の外側と液体保持空間３１の間を貫通する穴となる。開口したときに、外側から水などの透明な液体を液体保持空間３１に注入する。注入後は、封、栓又は蓋により注入口４０を密閉又は密封する。内部には液体が保持されているので、内部から液体が漏れないように密閉又は密封する。この過程により、液体保持空間３１の内部に透明な液体が保持される。
【００５０】
液体保持空間３１の内部には、汚濁防止剤５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄが設けられている。以降総称して汚濁防止剤５０として説明する。図中、汚濁防止剤５０を４つ設けるものとして示しているが、数は限定するものではなく、１つ又は２つでもよく、逆に多数配置してもよい。汚濁防止剤５０は、少なくともハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）を含み、さらに銀（Ａｇ）及び酸化チタン（ＴｉＯ２）を含む。言い換えると、汚濁防止剤５０にはセラミック材料の複合粉末を用いる。
【００５１】
ハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）は、細菌やウィルスなどを吸着して離さない性質を持つ。酸化チタン（ＴｉＯ２）は、ウィルス、細菌、匂いなどのたんぱく質を分解する性質を持つ。銀（Ａｇ）は電極として機能し、反応速度を促進する性質を持つ。したがって、汚濁防止剤５０は、ハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）と酸化チタン（ＴｉＯ２）を組み合わせたものでもよい。
【００５２】
汚濁防止剤５０によって様々な細菌の増殖を抑制することができるが、その中でも特に重要なのは土壌菌である。本実施の形態では、液体保持空間３１内の液体の透明度を維持するため、透明度を低下させる細菌のみを抑制することができればそれで十分ということになる。その中でも特に透明度を低下させるのが土壌菌であり、この土壌菌の繁殖を汚濁防止剤５０によって抑制する。その結果、液体保持空間３１内の液体の透明度は維持される。
【００５３】
特に液体保持空間３１内の液体として水道水を使用した場合、カルキが抜けさらに水に溶けていた酸素が減少すると、雑菌が繁殖し易くなる。溜めた水で冷却する場合、この除菌対策がうまくいかないとパネル表面が赤色化したりして透明度が落ちる。その結果発電が低下してしまうことになる。
【００５４】
この対策として、水に「塩化ナトリウム」等の薬品を入れて対策しようとすると、下記の条件を満たさなければならない。
（１）透明度が落ちないこと
（２）透明度に影響する全ての雑菌に対して殺菌力があること
（３）環境に優しいこと
（４）経済的に成り立つこと
【００５５】
この対応として透明度をある程度維持できる塩化ナトリウムが考えられるが、殺菌力が十分でない。また、菌の一例として「高好塩菌」なる菌が土壌菌として発生しやすい。この菌が繁殖すると表面が赤色化してしまう。上述の汚濁防止剤５０を用いることにより、土壌菌の繁殖を抑制することができる。
【００５６】
汚濁防止剤５０について具体的な材料を示したが、さらに具体的にはアースプラス（登録商標）技術を使用した、株式会社トライカンパニーの「ニポン」を使用することができる。本製品は飲料用水の除菌に用いられるものであるので、同様の飲料用水の除菌に用いられる材料を汚濁防止剤５０として用いることで液体の汚濁を防止させることも考えられる。
【００５７】
このカプセル１つにより、冷却用部材３０内に約５リットルの水を除菌保存できる。冷却用部材３０に使用する水は１パネル当たり、数十リットルにもなるので設置可能場所を考慮して適切な本数を使用する。冷却用部材３０は傾斜して配置されているので、日射による液体表面の温度上昇により、この水が暖められて上に上昇するようになり、冷却用部材３０内を上昇する対流が起きる。暖められた水は上に取り付けられたカプセルで除菌し冷えた水は下に向かうので、低温の水は下側で除菌する。このようにして、大量の水を少ないカプセルで除菌することが可能となる。また上下の取り付け位置をジグザグ状にすることで、さらに効率が高まる。その他、効率的に循環させるような配置を適宜採用してもよい。
【００５８】
以上のように液体保持空間３１の内部に汚濁防止剤５０を配置することにより本実施形態では汚濁を防止するが、ここで冷却用部材３０が密閉されていることが重要な意味を持つ。密閉されていない場合、例えば開放した状態で雨水を用いる場合、外部から細菌が無制限に入ってくるので、汚濁防止剤５０により抑制しても限度があり、いずれ吸着状態が飽和することが考えられる。しかし本実施の形態では冷却用部材３０が密閉されているので、初期段階では細菌が入ってしまうことは考えられるものの、液体が内部循環する中で汚濁が抑制される。そして、一度細菌を吸着した後はそれ以上外部からは細菌が流入してこないので、細菌は増加せず、液体は透明なままで維持される。
【００５９】
（実装上の構成）
以上、本実施の形態にかかる冷却用部材３０の基本的構成について説明した。基本的構成にかかる冷却用部材３０自体には傾斜を設けないものとして説明したので、図１に示したように、支持部材１０によって太陽電池パネル２０に傾斜が設けられた場合、冷却用部材３０の表側３２及び裏面３３は、太陽電池パネル２０に平行して傾斜する。一方、ここで説明する実装上の構成では、南北方向の勾配を変化させた構成としている。
【００６０】
図５は、南北方向の勾配を変化させた場合の構成を示す図である。図５に示す冷却用部材３０の各部は図４に示したものと同一である。つまり、表側３２と裏面３３に加え、側部３４Ａ、３４Ｂ、３６Ａ、３６Ｂの六面により直方体を形成して囲むことにより、内部に液体保持空間３１を形成する。側部３６Ａには、注入口４０が設けられている。注入口４０を介して、外側から水などの透明な液体を液体保持空間３１に注入する。そして、液体保持空間３１の内部には、汚濁防止剤５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄが設けられている。
【００６１】
一方で図４と異なり、図５では側部３６Ａを低く、逆に側部３６Ｂを高くする。その結果として側部３４Ａ、３４Ｂは、側部３６Ａの側が短く側部３６Ｂの側が高い台形型となる。そして、裏面３３を平坦な面に置いたときに、表側３２は側部３６Ｂから側部３６Ａに向かって下る傾斜を形成する面となる。すなわち、冷却用部材３０及び液体保持空間３１の裏面３３と表側３２の間の厚みは、側部３６Ａがある側の端から側部３６Ｂがあるもう一方の端の側に進むにつれて大きくなっていく。
【００６２】
支持部材１０による太陽電池パネル２０の傾斜は、傾斜角θ１が３０度となるように配置する。太陽の高度（仰角）は、一日の間でも朝から晩まで変化するが、最も高い位置にある正午ごろの時間帯でも、季節によってその高度は変化する。夏至の頃は太陽は真上につけて仰角で０度（地表面に対してなす角で９０度）となり、冬至の頃は太陽は最も低い位置につけて仰角で６０度（地表面に対してなす角で３０度）となる。その中間の春分、秋分の時期は仰角で３０度（地表面に対してなす角で６０度）となることから、このときの太陽光が直角に入射するように、一般的な構成として支持部材１０は、傾斜角θ１を３０度とするように配置している。
【００６３】
本実施の形態の冷却用部材３０では、さらにθ２＝１５度の傾斜を設けている。これにより、側部３６Ａを南側に、側部３６Ｂを北側に配置したとき、表側３２に対して設けられた傾斜角は、θ１＋θ２＝４５度ということになる。この傾斜角は、春分又は秋分と冬至のちょうど間の日の太陽光を表側３２の真上から入射させる角度となる。したがって、秋分から冬至を経て春分の間の平均の、太陽の入射角に対応することとなる。
【００６４】
もちろんこれでは夏場には適切な太陽光を入射させることができないので、ここで、側部３６Ａと側部３６Ｂの位置を南北で入れ替える。つまり、側部３６Ａを北側に、側部３６Ｂを南側に配置する。このように配置することにより、θ１−θ２＝１５度となる。この傾斜角は、春分又は秋分と夏至のちょうど間の日の太陽光を表側３２の真上から入射させる角度となる。したがって、春分から夏至を経て秋分の間の平均の、太陽光の入射角に対応することとなる。
【００６５】
以上のように、図４に示した基本的構成に加えて、冷却用部材３０に傾斜角θ２を設けることにより、傾斜角θ１が１年の平均の太陽の角度に対応させたものにすぎないのに対して、夏場と冬場で冷却用部材３０の位置関係を変えるだけで、太陽の入射角を夏用と冬用に対応させることができる。
【００６６】
もちろん太陽光パネル２０の角度自体は変わらないが、冷却用部材３０内の通過距離にばらつきが生じるのを防ぐことができる。また、液体保持空間３１は液体で満たしているため、太陽光が冷却用部材３０内に入射したときに屈折し、適切な角度で太陽光パネル２０に入射させることができる。図５のように傾斜角θ２を設けることにより、入射面の角度を適切に調節することができる。
【００６７】
このように、冷却用部材３０により与えられる傾斜角度をθ１＋θ２とすることで、液体保持空間３１内の液体で太陽光の赤外線のうち特に温度上昇をもたらす１．２μｍより特に長い波長のものを多く吸収させる。そして、１．１μｍより短い赤外線がある程度パネル面に届くように水深を調整する。その結果、太陽電池パネル２０表面の温度上昇を少なくし、より短い可視光領域の光による発電による余分なエネルギーのジュール熱を、液体により冷却することができる。
【００６８】
（実装上の他の構成）
以上、本実施の形態にかかる冷却用部材３０について、図５を参照して南北方向の傾斜を変化させる構成について説明した。これに対して、ここでは図６を参照して東西方向の太陽光の入射について最適化する構成について説明する。図６は、図４の構成をベースにして図示しやすいように南北方向には傾斜を設けないものとして示すが、図５の構成と組み合わせて、南北方向に傾斜を設けた構成としてもよい。むしろ、図６の構成に加えて、図５に示したように南北方向にも傾斜を加えた方が、両方向について太陽光の入射を最適化する点では望ましい。
【００６９】
図６は、東西方向に太陽光の入射を最適化させた場合の構成を示す図である。図４及び図５と異なる点として、表側３２の外側で互いに向かい合うように隆起部５１及び隆起部５２が設けられている。図６では、手前が南、奥に向かって北になるように冷却用部材３０を配置しているので、隆起部５１は東側、隆起部５２は西側に配置されている。
【００７０】
そして、東西方向の両端に隆起部５１及び隆起部５２を南北に延びるように設けたことにより、中央すなわち内側で南北に延びる部分は液体保持空間３１に向かって下にくぼんだ形になる。つまり、表側３２の東西方向の中央部分となる、隆起部５１及び隆起部５２の東西方向の内側でくぼんだ位置に、帯状に帯状領域５３が形成される。そして、中央の帯状領域５３と、隆起部５１及び隆起部５２に対してそれぞれ傾斜面５４が形成される。
【００７１】
隆起部５１及び隆起部５２は、裏面３３までの厚みにおいて、帯状領域５３に比べて厚みが大きい。この厚みは、中央に進むにつれて、傾斜面５４に沿って徐々に薄くなっていき、帯状領域５３において最も薄くなる。帯状領域５３は平面として裏面３３と並行に形成されている。したがって、帯状領域５３全体にわたって裏面３３との厚さは均一であるが、設計の都合に合わせて適当な厚みとしてもよい。
【００７２】
また、図５の構成と組み合わせる場合、冷却用部材３０及び液体保持空間３１の裏面３３と表側３２の間の厚みは、帯状領域５３の長手方向に沿って、側部３６Ａがある側の端から、側部３６Ｂがあるもう一方の端の側に進むにつれて大きくなっていく。
【００７３】
そして、隆起部５１、隆起部５２及び帯状領域５３の南北方向の両端には、側部６１が設けられている。側部６１は、図４及び図５の側部３６Ａ、３６Ｂに対応する。そして、側部６１の上部に注入口６０Ａ、６０Ｂが設けられている。図６では省略するが、側部６１は側部３６Ｂに対応する北側にもそれぞれ設けられている。この注入口６０Ａ、６０Ｂから透明な液体（水）を注入して密閉する。この点は図４を参照して説明した基本的構成にかかる注入口４０と同じ構成である。
【００７４】
側部６１に示すように、帯状領域５３と傾斜面５４のなす角はθ３である。傾斜面５４は隆起部５１及び隆起部５２のいずれに対しても同じである。しかし、隆起部５１及び隆起部５２のそれぞれの傾斜面５４に対して異なる傾斜角を設けてもよい。西側からの太陽光を遮断する必要性は、東側からの太陽光を遮断する必要性に比べて小さいことから、例えば隆起部５２の傾斜角については、小さくしてもよい。
【００７５】
傾斜角θ３については、太陽光を帯状領域５３に直接入射させる最大の角度である４５度が限度となる。４５度を超えると、発電効率の高い光についても隆起部５１及び隆起部５２を通過しなければならず、全体として発電効率が低下するからである。そして下限は１５度を想定する。あまり小さいと隆起部５１及び隆起部５２を設ける意味がなくなるからである。
【００７６】
現実的には、傾斜角θ３を４５度よりも小さくすることが望ましく、４０度程度が現実的な最大値となる。傾斜角θ３を大きくするほど、太陽光の遮断効果が高くなってしまうことから、遮断したい光の入射角との兼ね合いを考慮すると、傾斜角θ３は、２０度から３０度の範囲内で設定することが好ましい。
【００７７】
次に、東西方向の太陽光の入射角と、隆起部５１及び隆起部５２との関係について説明する。日の出の時間帯及び日没の時間帯には、入射角が小さい角度から太陽光が入射する。このときに太陽光パネル２０で受光する光は、熱のみを生じ発電効率の低いもののみとなる。
【００７８】
角度の低い光は、帯状領域５３よりも先に隆起部５１及び隆起部５２に到達する。角度の低い光は、隆起部５１及び隆起部５２を経由して液体保持空間３１内に保持されている液体を通って太陽光パネル２０に到達する。したがって、太陽光は液体保持空間３１内の長い距離通過するので、主に赤外光は液体保持空間３１内に保持されている液体（水）に吸収され、太陽光パネル２０にほとんど到達しない。
【００７９】
このように、隆起部５１及び隆起部５２を太陽光が通過しなければならない臨界条件は、太陽光の入射角が、傾斜面５４の傾斜角θ３を超えることである。十分に角度が大きい場合、帯状領域５３に入射する光は隆起部５１及び隆起部５２をを通過せず、隆起部５１及び隆起部５２に到達する光についても、入射角度が大きくなる分、隆起部５１及び隆起部５２を横切る距離が短くなる。また液体によって吸収するのは主に赤外光であることを考慮すると、隆起部５１及び隆起部５２によって遮断される太陽光の量は限定的となる。その結果、発電効率を下げることなく発熱量を抑えることができる。
【００８０】
また、図６に示すように、液体保持空間３１のある位置に空洞６２を設けてもよい。空洞６２は、南側の側部６１の面から、北側の側部６１の面まで貫通する。言い換えると、液体保持空間３１は、空洞６２によって分断され、空洞６２の上が第１空間となり、下が第２空間となる。第１空間と第２空間は、東と西の端でつながっている。そして表側３２を含む第１空間と、裏面３３を含む第２空間に区分けされ、第１空間と第２空間の間には、液体が注入されない間隙である空洞６２が設けられる構成となる。
【００８１】
図６にかかる構成例では隆起部５１及び隆起部５２を設けた結果、全体として液体保持空間３１及びこれを満たす液体の占める領域が大きくなりすぎ、太陽光が必要以上に液体内を通過しなければならなくなるので、通過を必要とする液体の領域を全体として差し引くために、空洞６２を設ける。その結果、上述の角度の小さい光に対する遮断効果を発揮しつつも、角度の大きい光に対しては適切に太陽光パネル２０に到達できるような構成としている。
【００８２】
本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０…支持部材、２０…太陽電池パネル、３０…冷却用部材、３１…液体保持空間、３２…表側、３３…裏面、３４Ａ、３４Ｂ、３６Ａ、３６Ｂ…側部、４０…注入口、５０…汚濁防止剤、５１…隆起部、５２…隆起部、５３…帯状領域、５４…傾斜面
【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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