(57)【要約】【課題】複数の潜熱蓄熱材付集熱パネルを用いた太陽エネルギー利用システムにおいて、集熱効率やシステムの運転エネルギー低減など、システム全体のエネルギー効率を最適化するための蓄熱材の利用方法や、集熱パネルの組合せや配置・接続方法などについて考慮されていなかった。【解決手段】潜熱蓄熱材と前記潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を回収するための熱媒体流路を有する集熱パネルを複数用いる太陽熱利用システムにおいて、前記複数の集熱パネルの前記熱媒体流路を複数の熱媒体経路を形成するように接続し、前記熱媒体経路内を切り替える流路切替手段を設け、前記熱媒体経路から順次熱回収することにより、システム運転の消費エネルギーを低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集熱部と、前記集熱部で集めた熱を蓄えるための潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材内に並列回路を構成する熱媒体経路と、前記熱媒体経路の内部を流れる熱媒体と、前記熱媒体を流すためのポンプと、前記並列回路の一部もしくは複数に選択的に流すための開閉弁と、前記ポンプと前記開閉弁とを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする太陽エネルギー利用システム。
【請求項２】
前記並列回路は互いに略並行に配列された熱媒体経路であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項３】
蓄熱温度検出手段を備え、前記制御部は前記蓄熱温度検出手段の蓄熱温度に基づいて制御をすることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項４】
日射量検出手段を備え、前記制御部は前記日射量検出手段の日射量に基づいて制御をすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項５】
前記熱媒体経路において、上流側の潜熱蓄熱材の相変化温度が下流側の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項６】
前記熱媒体経路の並列回路のうち少なくとも１つが、相変化温度が低い潜熱蓄熱材を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項７】
前記熱媒体経路の並列回路に対応するように太陽電池を備え、前記太陽電池の並列回路の発電量を検出する発電量検出手段を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽エネルギー利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱蓄熱材備えた複数の集熱パネルを用いた太陽エネルギー利用システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化が世界的な問題となっており、さまざまな自然エネルギー利用が進められている中、太陽電池や太陽熱温水器など、太陽エネルギーを利用する機器が世界的に増加している。
【０００３】
太陽電池は、太陽光の中の波長が短い成分を利用して電力に変換するもので、市販されている太陽電池の太陽エネルギーの利用率は１０〜２０％程度であり、しかも温度が高いと発電効率は低下することが知られている。
【０００４】
市販の太陽光発電システムは太陽電池パネル、接続箱、パワーコンディショナーなどから構成されている。太陽電池パネルは建物に設置する場合は屋根・屋上に設置するのが一般的であるが、壁面やベランダに設置する場合もある。
【０００５】
太陽電池パネルは、１枚のパネルは１ｍ2程度であり、これを多数設置して大きな発電量を得る。太陽電池によって生じた電力は太陽電池パネル数枚ずつ直列に接続し、直列接続した複数の太陽電池パネルの出力が接続箱の１つの端子に導かれ、端子ごとに発電出力が最大になるように調整を行う。この後、パワーコントローラーで系統電源に合わせた周波数・電圧の交流に調節し、電気機器に利用または電力系統への逆潮流を行う。
【０００６】
一方、太陽熱温水器は、家庭用としては１〜２ｍ2程度の集熱器と温水を貯えるタンクを組み合わせたシステムが多く普及しており、太陽エネルギー利用率は４０％以上になる。最近では、太陽熱単独ではなく、太陽熱集熱器とガス給湯器やヒートポンプ給湯器など他の給湯器と組み合わせてエネルギー効率を高めるシステムも開発されている。
【０００７】
太陽熱温水器の熱を蓄える手段として、温水ではなく、蓄熱材を用いるものが提案されており、蓄熱槽に蓄熱材を内蔵するものの他、集熱パネルに蓄熱材に備えたシステムも提案されている（特許文献１）。
【０００８】
蓄熱材としてよく用いられる潜熱蓄熱材は、物質が液体と固体へ変わる場合などに、その相変化のために大きなエネルギーが必要であることを利用するもので、熱を加えながら低温から温度上昇させた場合、相変化温度に達すると、相が完全に変化し終わるまでは、熱エネルギーを吸収するが、その温度は変化せず、完全に相変化が終わると再び温度上昇し始めるという性質を持っている。
【０００９】
潜熱蓄熱材を利用して日射による熱エネルギーを蓄える場合、トータルで見ると、相変化温度が低い蓄熱材の方が多くの熱を蓄えることができる。
【００１０】
たとえば気温１０℃で日射により表面温度が３０℃までしか上昇しない状況では、相変化温度２５℃の蓄熱材は相変化エネルギーとして多くの熱エネルギーを蓄えることができるが、相変化温度３５℃の蓄熱材は顕熱分の熱エネルギーしか蓄えることができない。このように相変化温度が低い蓄熱材の方が、年間を通して見ると、多くの熱を回収することができる。しかし、温度が低い分、用途によっては別熱源のよる加熱が必要になる。
【００１１】
蓄えられた太陽熱の利用方法としては、温水を生成することが一般的で、風呂、暖房や炊事などがあり、それぞれ異なる温度で使用される。
【００１２】
さらに、より多くの太陽エネルギーを利用するため、太陽電池と太陽熱集熱器を組合せたパネルが提案されている（特許文献２）。
【００１３】
特許文献２では、太陽電池の裏面に潜熱付熱材を装着して、太陽電池の温度上昇を抑制し、発電効率の低下を低減する相乗効果についても述べられている。この場合の集熱パネルは、基本構造としては、図１０のように、パネル表面の集熱板６０の裏面に潜熱蓄熱材６１、その下に断熱材６２という順に積層構造になっており、前記蓄熱材部分に熱回収のための集熱管６３を設けたものになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】実開昭６０−２７３１３号公報
【特許文献２】特開平１１−１４１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら上記特許文献１、２では、蓄熱材を用いることにより、パネル単体の機能や、集熱パネルを用いた熱利用の方式やシステム構成について述べられているが、より多くの太陽エネルギーを利用するために複数のパネルを配列し、集熱面積を大きくしたシステムにおいて、集熱部の太陽熱集熱効率向上やシステムの運転エネルギー低減など、システムの最適化については考慮されていない。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決し、太陽利用効率を高め、システム運転の消費エネルギーを低減できる複数の潜熱蓄熱材付集熱パネルを用いた太陽エネルギー利用システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記従来の課題を解決するために、本発明の太陽エネルギー利用システムは、集熱部と、前記集熱部で集めた熱を蓄えるための潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材内に並列回路を構成する熱媒体経路と、前記熱媒体経路の内部を流れる熱媒体と、前記熱媒体を流すためのポンプと、前記並列回路の一部もしくは複数に選択的に流すための開閉弁と、前記ポンプと前記開閉弁とを制御する制御部と、を備えるものである。
【００１８】
また、本発明の太陽エネルギー利用システムは、前記並列回路は互いに略並行に配列された熱媒体経路であるものである。
【００１９】
また、本発明の太陽エネルギー利用システムは、蓄熱温度検出手段を備え、前記制御部は前記蓄熱温度検出手段の蓄熱温度に基づいて制御をするものである。
【００２０】
また、本発明の太陽エネルギー利用システムは、日射量検出手段を備え、前記制御部は前記日射量検出手段の日射量に基づいて制御をするものである。
【００２１】
また、本発明の太陽エネルギー利用システムは、前記熱媒体経路において、上流側の潜熱蓄熱材の相変化温度が下流側の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低いものである。
【００２２】
また、本発明の太陽エネルギー利用システムは、前記熱媒体経路の並列回路のうち少なくとも１つが、相変化温度が低い潜熱蓄熱材を備えたものである。
【００２３】
また、本発明の太陽エネルギー利用システムは、前記熱媒体経路の並列回路に対応するように太陽電池を備え、前記太陽電池の並列回路の発電量を検出する発電量検出手段を設けたものである。
【００２４】
これにより、エネルギー効率の高い太陽エネルギー利用システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の太陽エネルギー利用システムでは、システム運転の消費エネルギーの低減や熱回収量アップによるトータルエネルギー効率が高い太陽エネルギー利用システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１における太陽熱利用システムの概略図
【図２】本発明の実施の形態１における潜熱蓄熱材付集熱パネルの断面図
【図３】（Ａ）本発明の実施の形態２における集熱パネル群を設置した屋根の概略図（Ｂ）家屋の屋根に設置された同集熱パネル群と建物による影の関係の概略図
【図４】本発明の実施の形態３における太陽エネルギー利用システムの概略図
【図５】（Ａ）本発明の実施の形態４における複数の集熱パネル群を設置した屋根の概略図（Ｂ）同太陽エネルギー利用システムの構成概略図
【図６】本発明の実施の形態５における太陽エネルギー利用システムの構成概略図
【図７】本発明の実施の形態６における太陽エネルギー利用システムの概略図
【図８】本発明の実施の形態７における太陽エネルギー利用システムの概略図
【図９】本発明の実施の形態７における潜熱蓄熱付集熱パネルの断面図
【図１０】従来例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
第１の発明は、集熱部と、前記集熱部で集めた熱を蓄えるための潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材内に並列回路を構成する熱媒体経路と、前記熱媒体経路の内部を流れる熱媒体と、前記熱媒体を流すためのポンプと、前記並列回路の一部もしくは複数に選択的に流すための開閉弁と、前記ポンプと前記開閉弁とを制御する制御部と、を備えるものである。この構成により、複数の熱媒体経路の抵抗が小さくなり、また熱が蓄えられてから順次熱媒体経路を切り替えて熱媒体を循環することによりシステムの運転時間を短くすることができるのでシステムの消費エネルギーを低減することができる。
【００２８】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記並列回路は互いに略並行に配列された熱媒体経路であることを特徴とするものであり、この構成により、近隣の建築物などの影により、日射が当たらず蓄熱が不十分な潜熱蓄熱材付集熱パネルの下の方の熱媒体経路と熱が蓄えられている熱媒体経路を分離でき、熱が蓄えられた熱媒体経路に優先的に熱媒体を流すことにより、効率よく熱エネルギーを回収することができる。
【００２９】
第３の発明は、蓄熱温度検出手段を備え、前記制御部は前記蓄熱温度検出手段の蓄熱温度に基づいて制御をするものであり、これにより、十分蓄熱されている熱媒体経路を選んで熱媒体を流すことができるので、システム運転のエネルギー消費を低減することができる。
【００３０】
第４の発明は、日射量検出手段を備え、前記制御部は前記日射量検出手段の日射量に基づいて制御をするものであり、これにより、常に日射量が多く蓄熱量が多いと推定される熱媒体経路に優先的に熱媒体を流すことができるので、システム運転のエネルギー消費を低減することができる。
【００３１】
第５の発明は、前記熱媒体経路において、上流側の潜熱蓄熱材の相変化温度が下流側の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低いものであり、これにより、気温が低い、日射量が少ないなどより、温度上昇が小さい場合にも低温相変化潜熱蓄熱材には熱エネルギーを蓄えることができるので、年間を通じての太陽エネルギー集熱量を大きくすることができる。
【００３２】
第６の発明は、前記熱媒体経路の並列回路のうち少なくとも１つが、相変化温度が低い潜熱蓄熱材を備えたものであり、これにより、気温が低い・日射量が少ないなどより、温度上昇が小さい場合に、熱エネルギーが蓄えられている低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネルのみから熱回収することができ、システム運転の消費エネルギーを低減することができる。
【００３３】
第７の発明は、前記熱媒体経路の並列回路に対応するように太陽電池を備え、前記太陽電池の並列回路の発電量を検出する発電量検出手段を設けたものであり、これにより、発電量から各熱媒体経路に蓄えられている熱エネルギー量を推定できるので、効率的に熱回収ができ、システム運転のエネルギー消費を低減することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における太陽エネルギー利用システムの概略図である。
【００３６】
図１に示すように、１６枚の集熱パネルが４×４に配置されており、横方向に４枚の熱媒体流路が接続されている。
【００３７】
図２は、図１における潜熱蓄熱材付集熱パネル２の断面図である。図２に示すように、潜熱蓄熱材付集熱パネル２は集熱部１５と断熱材１７と潜熱蓄熱材１６と熱媒体流路１８とを備えており、その断面構造は積層構造になっている。
【００３８】
集熱パネル群１は１６枚の潜熱蓄熱材付集熱パネル２から構成される。潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｄ、２ｅ〜ｈ、２ｉ〜ｌ、２ｍ〜ｐの下部には熱媒体流路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが構成されている。各熱媒体経路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄには上流にそれぞれ流路を切り替えるための開閉弁１０ａ〜ｄが設置されている。各熱媒体経路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｄ、２ｅ〜ｈ、２ｉ〜ｌ、２ｍ〜ｐの外側であって下流側で一つにまとめられ蓄熱槽９に接続されている。蓄熱槽９はさらにポンプ８に接続されている。また、ポンプ８は、接続配管を伝わってさらに開閉弁１０ａ〜ｄに分岐されて接続されている。制御部３は、ポンプ８や開閉弁１０ａ〜ｄを制御する。
【００３９】
太陽光が潜熱蓄熱材付集熱パネル２に入射すると、熱に変わり、熱伝導により潜熱蓄熱材１６に到達する。温度が潜熱蓄熱材１６の相変化温度より高くなると、潜熱蓄熱材１６の温度上昇が止まり、太陽光により入射した熱が、潜熱として蓄えられる。ここで、制御部３は、予め決められた時刻にポンプ８の運転を開始し、熱媒体を蓄熱槽９から集熱パネル群１の方へ送り出し、開閉弁１０ａ〜ｄを一定時間ごとに１つずつ開き、熱媒体経路１１ａ〜ｄに順次熱媒体が流れるようにする。
【００４０】
まず、開閉弁１０ａが開き、熱媒体経路１１ａに熱媒体が流れる。そして、潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｄの潜熱蓄熱材１６に蓄えられた熱が熱媒体に伝わり、熱媒体は蓄熱槽９に戻る。熱媒体はこの熱を熱交換して蓄熱槽９に蓄え、冷却された熱媒体は再び熱媒体流路１８へ送り出される。
【００４１】
次に、開閉弁１０ａが閉じ開閉弁１０ｂが開いて、熱媒体経路１１ｂに熱媒体が流れる。そして、潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｅ〜ｈの潜熱蓄熱材に蓄えられた熱が熱媒体によって蓄熱槽９に運ばれる。この時、潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｄは再び太陽光により熱を蓄えている。
【００４２】
このように、潜熱蓄熱材を通して太陽エネルギーの利用を図るものであるが、特に、熱媒体経路を分岐して並列回路とすることにより、全ての潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｐを直列に接続した場合よりも流路抵抗が小さくできるので、ポンプ８の消費エネルギーを低減しつつ高効率の太陽光エネルギーの利用を実現することができる。
【００４３】
また、潜熱蓄熱材付集熱パネル２では日射による熱エネルギーは潜熱蓄熱材１６に保持されるので、常時熱媒体により熱回収を行わずに、間欠的に熱媒体を流すことによりさらにポンプ８の省エネを実現することも可能である。例えば、朝夕の日射が弱い時間帯は、ポンプ８を停止する時間を設けることにより、ポンプの運転時間を短縮することができる。このように、制御部３は熱媒体を並列の熱媒体経路を選択的に流すとともに、さらに時間帯に応じて間欠的にポンプ８を動作させることによって、システム運転の消費エネルギーを過度に上げることなく、高効率の太陽光エネルギー変換を維持することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、各熱媒体経路に開閉弁を設置しているが、熱媒体経路の分岐部分に流路切替弁を設置しても同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、熱媒体経路は図の横方向に配列された１列が４枚ずつの潜熱蓄熱材付集熱パネルを接続して構成されているが、接続する潜熱蓄熱材付集熱パネルの枚数は何枚でもよく、また熱媒体経路ごとに異なる枚数であっても良い。
【００４６】
また、本実施の形態では、熱媒体経路１１が潜熱蓄熱材付パネルのみで構成されているが、潜熱蓄熱材を備えていない集熱パネルを含んでいても良い。
【００４７】
また、本実施の形態では、熱源を持たないシステム例を示したが、ガス・石油給湯器やヒートポンプ給湯器、燃料電池コジェネレーションシステムなど、他の熱源の補助熱源として太陽熱を利用するシステムを構成しても同様の効果が得られる。
【００４８】
また、パネル表面に太陽電池が設置されたものを用いても同様の効果が得られる。
【００４９】
（実施の形態２）
図３（Ａ）は、本発明の実施の形態２における太陽エネルギー利用システムの集熱パネル群を設置した切妻屋根の概略図であり、図３（Ｂ）は集熱パネル群が屋根に設置された家屋と隣接建築物による影の状態を示す図である。
【００５０】
１６枚の集熱パネルはすべて潜熱蓄熱媒体を備えており、潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｄ、２ｅ〜ｉ、２ｈ〜ｌがそれぞれ１つの熱媒体経路を形成するように接続されている。
【００５１】
一般に住宅地では近接して家屋やビルが建っているので、季節や時間帯によっては、図３（Ｂ）のように、晴れていても家屋５０が近隣のビル５１の影に入る場合があり、集熱パネル群の一部に日射が当らないことがある。図の斜線部の領域Ａが影を示しており、集熱パネル群の下の方が陰に入っている。図３（Ａ）の状態では、屋根５２において、一番下段の潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｉ〜ｌに日射が当っていないので、潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｉ〜ｌは蓄熱されず、潜熱蓄熱材付集熱パネル２Ａ〜ｈには太陽熱が蓄熱される。
【００５２】
影の位置は、緯度家の屋根の高さ、近隣の建物の高さ、季節・時刻などの条件で決まるので、制御部３は、予め指定した日時には、熱媒体経路１１ｃには熱媒体を流さないようにし、熱媒体経路１１ａ、ｂには熱媒体を流して潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｄ、２ｅ〜ｉの熱を回収することにより、運転時間を低減でき、消費エネルギーを低減することができる。
【００５３】
また潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｄのみ日射が当っている場合なら、熱媒体経路１１ａのみ熱媒体を流せば、同様に効率的に熱エネルギーを回収できる。
【００５４】
このように、水平方向に配列された潜熱蓄熱材付集熱パネルを接続して熱媒体経路を形成していれば、その時々の近隣の建築物により変化する日射の当り方に合わせて効率的に熱エネルギーを回収することができる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、集熱パネル群が家の屋根に設置された場合について述べたが、壁面や、ビルの屋上・壁面、その他の建築物の外壁に設置した場合でも同様の効果が得られる。
【００５６】
また、本実施の形態では集熱パネルが１つの集熱パネル群を形成している場合について述べたが、複数の集熱パネル群を形成していて、各集熱パネル群内で概ね水平方に配列された集熱パネルを接続して熱媒体経路を形成すれば同様の効果が得られる。
【００５７】
また、本実施の形態では、熱媒体経路１１が潜熱蓄熱材付パネルのみで構成されているが、潜熱蓄熱材を備えていない集熱パネルを含んでいても良い。
【００５８】
また、本実施の形態では、熱源を持たないシステム例を示したが、ガス・石油給湯器やヒートポンプ給湯器、燃料電池コジェネレーションシステムなど、他の熱源の補助熱源として太陽熱を利用するシステムを構成しても同様の効果が得られる。
【００５９】
また、パネル表面に太陽電池が設置されたものを用いても同様の効果が得られる。
【００６０】
（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における、熱媒体経路に温度センサを設置した太陽エネルギー利用システムの概略を示す概略図である。
【００６１】
日射が当たると、潜熱蓄熱材の温度が上昇し、潜熱蓄熱材の相変化温度で温度上昇が停止し、相変化が完了した時点でさらに温度上昇し始める。
【００６２】
制御部３は、ポンプ８を運転し、開閉弁１０ａを開いて熱媒体を熱媒体経路１１ａに流し、温度センサ２０ａで温度検出される温度が潜熱蓄熱材の相変化温度以上であれば熱媒体を流し続け、相変化温度より低い温度を検出したら開閉弁１０ａを閉じる。続いて開閉弁１０ｂを開いて熱媒体経路１１ｂに熱媒体を流し、同様に検出されたた時点で開閉弁１０ｂを閉じる。
【００６３】
このような制御を行うことで、回収すべき熱が蓄えられた潜熱蓄熱材付集熱パネルのみ熱媒体による熱回収を行うことができ、ポンプの運転を最適化でき、消費エネルギーを低減することができる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、蓄熱量検出手段として、熱媒体経路に設置した温度センサを用いたが、設置場所は集熱パネルの他の場所でも良く、また温度センサの代わりに日射量検出手段や、潜熱蓄熱材の粘度や硬度の検出手段により潜熱蓄熱材の相変化を検出しても良い。
【００６５】
また、本実施の形態では、熱媒体経路１１が潜熱蓄熱材付パネルのみで構成されているが、潜熱蓄熱材を備えていない集熱パネルを含んでいても良い。
【００６６】
また、本実施の形態では、熱源を持たないシステム例を示したが、ガス・石油給湯器やヒートポンプ給湯器、燃料電池コジェネレーションシステムなど、他の熱源の補助熱源として太陽熱を利用するシステムを構成しても同様の効果が得られる。
【００６７】
また、パネル表面に太陽電池が設置されたものを用いても同様の効果が得られる。
【００６８】
（実施の形態４）
図５は、本発明の第４の実施の形態における、太陽エネルギー利用システムの潜熱蓄熱材付集熱パネルが設置された家屋の概略図であり、（Ａ）は３面に３つ集熱パネル群が設置されている寄棟屋根５３を上方から見た集熱パネルの配置図、（Ｂ）はこの時の太陽エネルギー利用システムの接続構成の概略図である。
【００６９】
寄棟の屋根の東、南、西の３面に潜熱蓄熱材付集熱パネルが設置されており、西面の潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｄが集熱パネル群１ａ、東面の潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｅ〜ｈが集熱パネル群１ｂ、南面の潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｊ〜ｏが集熱パネル群１ｃを形成している。また集熱パネル群１ａでは潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ、集熱パネル群１ｂでは潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｅ、集熱パネル群１ｃでは潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｉに日射量検出手段３４ａ〜ｃが設置されていて、屋根の東、南、北面の日射量を検出することができる。
【００７０】
これらの潜熱蓄熱材付集熱パネルは図３（Ｂ）のように、各集熱パネル群が１つの熱媒体経路を形成するように接続されている。すなわち、屋根東面の潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｄが熱媒体経路１１ａ、屋根西面の潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｅ〜ｈが熱媒体経路１１ｂ、屋根南面の潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｊ〜ｏが熱媒体経路１１ｃを形成している。
【００７１】
異なる方角の屋根に設置された潜熱蓄熱材付集熱パネルに蓄えられる熱エネルギーは、時間帯によって異なるので、日射量検出手段３４ａ〜ｃによって、多くの日射量が検出された設置面の熱媒体経路に優先的に熱媒体を流れるように、制御部３がポンプ８と開閉弁１０ａ〜ｃを制御することにより、効率的に熱を回収することができ、システムの運転時間を短縮し、消費エネルギーを低減することができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、一般家屋の寄棟の屋根の３面に集熱パネル群が設置されている場合について示したが、２面設置の場合や、１階・２階部分の屋根など、離れた場所に集熱パネル群が設置されている場合や、ビルその他の建築物の外壁の離れた箇所に集熱パネル群が設置されている場合にも同様の効果を得ることができる。
【００７３】
また、本実施の形態では、１つの集熱パネル群が１つの熱媒体経路を形成している場合について述べたが、１つの集熱パネル群が複数の熱媒体経路を構成していて、これらの熱媒体経路に順に熱媒体を流す場合にも同様の効果が得られる。
【００７４】
また、本実施の形態では、熱媒体経路１１が潜熱蓄熱材付パネルのみで構成されているが、潜熱蓄熱材を備えていない集熱パネルを含んでいても良い。
【００７５】
また、本実施の形態では、熱源を持たないシステム例を示したが、ガス・石油給湯器やヒートポンプ給湯器、燃料電池コジェネレーションシステムなど、他の熱源の補助熱源として太陽熱を利用するシステムを構成しても同様の効果が得られる。
【００７６】
また、パネル表面に太陽電池が設置されたものを用いても同様の効果が得られる。
【００７７】
（実施の形態５）
図６は、本発明の第５の実施の形態における、熱媒体経路の上流側に低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネルを用いた太陽エネルギー利用システムの概略を示すものである。
【００７８】
潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ、２ｅと低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネル４ａ、４ｅが熱媒体経路１１ａ、潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｂ、２ｆと低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネル４ｂ、４ｆが熱媒体経路１１ｂ、潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｃ、２ｇと低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネル４ｃ、４ｇが熱媒体経路１１ｃ、潜熱蓄熱材付集熱パネル２ｄ、２ｈと低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネル４ｄ、４ｈが熱媒体経路１１ｄを形成している。
【００７９】
ここで低温相変化潜熱蓄熱材４とは他の潜熱蓄熱材より槽変化温度が相対的に低い蓄熱材であり、たとえば相変化温度が２０℃で他の潜熱蓄熱材の相変化温度が３０℃といった、常温付近の温度や、さらに低温であっても、相対的に相変化温度が低い方を低温相変化潜熱蓄熱材としている。
【００８０】
気温や日射量が十分であるときには、パネルの温度が潜熱蓄熱材より高くなるので、熱媒体経路エネルギーは潜熱蓄熱材に蓄えられるが、気温が低い、日射量が少ない、などの場合には、パネルの温度上昇が不十分で、潜熱蓄熱材の相変化温度に達しない恐れがある。冬季や寒冷地などで、そのようになる確率が高い。
【００８１】
相変化温度の低い低温潜熱蓄熱材付集熱パネルを熱媒体経路の上流に設置することにより、十分なパネル温度上昇があれば、低温潜熱蓄熱材付集熱パネルを用いない場合と同等の温度で同等の熱回収量が得られる。そして、パネル温度上昇が不十分で低温潜熱蓄熱材の相変化温度よりは高温で、かつ他の潜熱蓄熱材の相変化温度より低温にまでしか温度上昇がない場合には、低温潜熱蓄熱材にのみ熱エネルギーが蓄えられ、その分の熱エネルギーを回収することができる。
【００８２】
なお、本実施の形態では、すべての熱媒体経路の上流側の集熱パネルが低温相変化潜熱蓄熱材である場合を示したが、すべての熱媒体経路が低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネルを含んでいない場合、低温潜熱蓄熱材付集熱パネルを含む熱媒体経路のみに熱媒体を流すことにより同様の効果を得ることができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、相変化温度が異なる２種類の蓄熱材を用いた場合について述べたが、相変化温度が３点以上の蓄熱材を用いても同様の効果が得られる。
【００８４】
また、本実施の形態では、熱媒体経路１１ａ〜ｄが潜熱蓄熱材付パネルのみで構成されているが、潜熱蓄熱材を備えていない集熱パネルを含んでいても良い。
【００８５】
また、本実施の形態では、熱源を持たないシステム例を示したが、ガス・石油給湯器やヒートポンプ給湯器、燃料電池コジェネレーションシステムなど、他の熱源の補助熱源として太陽熱を利用するシステムを構成しても同様の効果が得られる。
【００８６】
また、パネル表面に太陽電池が設置されたものを用いても同様の効果が得られる。
【００８７】
（実施の形態６）
図７は本発明の実施の形態６における低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネルにより形成された熱媒体経路を含む太陽エネルギー利用システムの概略図である。
【００８８】
上から２段の集熱パネルが潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｈであり、これらが熱媒体経路１１ａ、ｂを形成している。また、下の２段の集熱パネルが低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネル４ａ〜ｈであり、これが熱媒体経路１１ｃ、ｄを形成している。熱媒体経路１１ａ、ｂは蓄熱槽８ａとポンプ９ａに接続されており、熱媒体経路１１ｃ、ｄは蓄熱槽８ｂとポンプ９ｂに接続されている。
【００８９】
パネルの温度が十分に上昇する場合には、熱媒体経路１１ａ、ｂに熱媒体を流すことにより、蓄熱槽８ａには温度が高い熱が蓄えられ、熱媒体経路１１ｃ、ｄに熱媒体を流すことにより、蓄熱槽８ｂには温度が低い熱が蓄えられる。
【００９０】
一般に、熱は用途によって必要な温度が異なるので、このように温度が異なる熱を用途によって異なる蓄熱槽に蓄えても、熱エネルギーを有効利用することが可能である。
【００９１】
パネルの温度上昇が不十分で、潜熱蓄熱材の相変化温度にまで到達せず、低温相変化潜熱蓄熱材の相変化温度に到達していれば、低温潜熱蓄熱材には熱エネルギーが蓄えられる。
【００９２】
したがって、熱媒体経路１１ｃ、ｄに熱媒体を流すことにより熱を回収することができ、また潜熱蓄熱材付集熱パネル２ａ〜ｈには熱が蓄えられないので、熱媒体経路１１ａ、ｂには熱媒体を流さないようにすれば、効率よく熱回収することができ、システムの運転の消費エネルギーを低減することができる。
【００９３】
なお、本実施の形態では、熱媒体経路１１はすべて低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネルで形成されている場合を示したが、１つの熱媒体経路に少なくとも１つの低温潜熱蓄熱材付集熱パネルを含んでいれば良い。
【００９４】
また、本実施の形態では、潜熱蓄熱材付集熱パネルによって形成された熱媒体経路と低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネルによって形成された熱媒体経路がそれぞれ２経路になっている場合について述べたが、潜熱蓄熱材付集熱パネルの経路と低温相変化潜熱蓄熱材付集熱パネルの経路数は同じである必要はなく、いくつであっても良い。
【００９５】
また、本実施の形態では、相変化温度が異なる２種類の蓄熱材を用いた場合について述べたが、３種類以上の相変化温度の異なる潜熱蓄熱材を用いても良い。
【００９６】
また、本実施の形態では集熱パネルが１つ集熱パネル群になっているが、離れた場所の熱媒体経路が異なる集熱パネル群を形成していても同様の効果が得られる。
【００９７】
また、本実施の形態では、熱源を持たないシステム例を示したが、ガス・石油給湯器やヒートポンプ給湯器、燃料電池コジェネレーションシステムなど、他の熱源の補助熱源として太陽熱を利用するシステムを構成しても同様の効果が得られる。
【００９８】
また、パネル表面に太陽電池が設置されたものを用いても同様の効果が得られる。
【００９９】
（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７における発電出力の接続と熱媒体流路の接続を同じパネルで行った太陽電池及潜熱蓄熱材付集熱パネルを用いた太陽エネルギー利用システムの構成概略図である。図９は、表面に太陽電池を備えた潜熱蓄熱材付集熱パネルの断面図である。
【０１００】
図に示すように、前記太陽電池及潜熱蓄熱材付集熱パネル１２ａ〜ｄの出力は接続箱３０の端子３１ａに接続され電力経路２１ａを形成している。同様に太陽電池及潜熱蓄熱材付集熱パネル１２ｅ〜ｈの出力は接続箱３０の端子３１ｂに接続され電力経路２１ｂを形成し、太陽電池及潜熱蓄熱材付集熱パネル１２ｉ〜ｌの出力は接続箱３０の端子３１ｃに接続され電力経路２１ｃを形成し、太陽電池及潜熱蓄熱材付集熱パネル１２ｍ〜ｐの出力は接続箱３０の端子３１ｄに接続され電力経路２１ｄを形成している。すなわち、電力経路も熱媒体流路に対応するように並列に構成されている。接続端子ａ〜ｄには発電量検出手段３３ａ〜ｄがそれぞれ設置され、端子ごとの発電量を検出する。また、電力経路２１ａ〜ｄは、発電量検出手段３３ａ〜ｄの下流側で一つにまとめられ、パワーコンディショナー３２に接続されている。
【０１０１】
本実施の形態では、実施の形態１に示すように制御部３がポンプ８と開閉弁１０ａ〜ｄを制御することにより、潜熱蓄熱材付集熱パネル１２ａ〜ｄの熱を蓄熱槽９に蓄熱するものであるが、上記の制御によって太陽電池３５の温度を下げることになるため、太陽エネルギーを積極的に活用できるとともに、さらに太陽電池３５の発電効率を上げることができるため、高効率で省エネ性に優れた太陽エネルギー利用システムを実現できるものである。
【０１０２】
また、制御部３が発電量検出手段３３ａ〜ｄの検出した電力量に基づいて、開閉弁１０およびポンプ８を駆動するように制御することにより、より効率化を図ることも可能となる。
【０１０３】
すなわち、発電量が多い場合、太陽電池及潜熱蓄熱材付集熱パネル１２に日射が多く当たったか、または各端子に接続されている太陽電池及潜熱蓄熱材付集熱パネルの総数が多いと考えられ、その太陽電池及潜熱蓄熱材付集熱パネルに蓄えられている熱エネルギーの総和も大きいと考えられる。従って、発電量検出手段３３で検出された発電量に基づいて、発電量が多い熱媒体経路の開閉弁１０を開に制御して熱媒体を循環させることで、効率的に熱エネルギーを回収することができ、システム運転の消費エネルギーを低減することができる。このように、電力を介して蓄熱の状況を適切に把握できるので、蓄熱量を図るための複雑な構成をとることなく、高効率で省エネ性に優れた太陽エネルギー利用システムを実現できるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
以上のように、本発明にかかる蓄熱機能付太陽エネルギー利用システムは、パネルを屋根に設置することで太陽光のエネルギーを効率的に活用する分野において有効である。
【符号の説明】
【０１０５】
３    制御部
１５  集熱部
１６  潜熱蓄熱材
１７  断熱材
３０  接続箱
３２  パワーコンディショナー
３５  太陽電池
５０  家屋
５１  ビル
５２  屋根
６０  集熱板
６１  潜熱蓄熱材
６２  断熱材
６３  集熱管
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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