(57)【要約】各太陽電池セルの温度を平準化することで、発電ロスが少なく、各太陽電池セル間において光電変換効率の差が少ない太陽電池ハイブリッドモジュールを提供する。  複数の太陽電池セル（１５）を含む太陽電池モジュール（１１）と、太陽電池モジュール（１１）における太陽光入射面（１１ａ）とは反対側の面に配置された集熱板（１３）と、集熱板（１３）における太陽電池モジュール（１１）側とは反対側の面に配置された、熱交換用媒体を流すことが可能な通流管（１４）とを含み、太陽電池セル（１５）と通流管（１４）に流れる熱交換用媒体との間の熱抵抗が、通流管（１４）の入口（１４ａ）側から通流管（１４）の出口（１４ｂ）側に向かって小さくなるように構成されている太陽電池ハイブリッドモジュール（１０）とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールにおける太陽光入射面とは反対側の面に配置された集熱板と、前記集熱板における前記太陽電池モジュール側とは反対側の面に配置された、熱交換用媒体を流すことが可能な通流管とを含む太陽電池ハイブリッドモジュールであって、
前記太陽電池セルと前記通流管に流れる前記熱交換用媒体との間の熱抵抗が、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって小さくなるように構成されていることを特徴とする太陽電池ハイブリッドモジュール。
【請求項２】
前記太陽電池モジュールと前記集熱板との接触面積及び前記集熱板と前記通流管との接触面積の少なくとも一方が、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって大きくなるように構成されている請求項１に記載の太陽電池ハイブリッドモジュール。
【請求項３】
前記集熱板の厚み及び前記通流管の肉厚の少なくとも一方が、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって薄くなるように構成されている請求項１に記載の太陽電池ハイブリッドモジュール。
【請求項４】
前記集熱板及び前記通流管の少なくとも一方の構成材料の熱伝導率が、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって大きくなるように構成されている請求項１に記載の太陽電池ハイブリッドモジュール。
【請求項５】
前記太陽電池セルは、薄膜太陽電池である請求項１に記載の太陽電池ハイブリッドモジュール。
【請求項６】
前記太陽電池ハイブリッドモジュールは、前記太陽電池モジュールを複数含み、
前記複数の太陽電池モジュールは、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって並設されている請求項１に記載の太陽電池ハイブリッドモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、太陽エネルギーから電力のみならず給湯用等の熱も取り出すことができる太陽電池ハイブリッドモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、二酸化炭素の増大に伴う地球温暖化問題等の環境問題やエネルギー枯渇の問題から、住宅等の屋根の上に複数個の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールを設置し、太陽光発電により電力を供給するシステムが普及し始めている。【０００３】  また、太陽エネルギーから得られる熱エネルギーも既に利用されている。この熱エネルギーを利用する最も一般的な方法は、熱交換用媒体が流れる通流管を備えた集熱装置を住宅等の屋根に取り付け、太陽熱で加熱された熱交換用媒体の熱を給湯設備や冷暖房設備等に利用するものである。【０００４】  さらに、上記通流管上に集熱板及び太陽電池モジュールを順次設けて、太陽電池モジュールに吸収された熱を上記熱交換用媒体へ伝達して熱エネルギーを利用する太陽電池ハイブリッドモジュールも提案されている（例えば、特許文献１参照）。この太陽電池ハイブリッドモジュールによれば、太陽光から得られる光エネルギーと熱エネルギーの両方のエネルギーを利用することができる。【０００５】  太陽電池モジュールは温度が上昇すると光電変換効率が低下するため、できる限り太陽電池モジュールの温度上昇を抑えることが望ましい。それゆえ、上記太陽電池ハイブリッドモジュールは、上記集熱板及び上記通流管によってその熱を奪うこととなるので、光電変換効率の低下を抑制するためにも望ましいと言える。
【特許文献１】特開平１１−１０３０８７号公報
【０００６】  しかし、従来の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、均一に配置された通流管に熱交換用媒体を流す構成であるため、通流管の入口側に位置する太陽電池セルは、通流管の出口側に位置する太陽電池セルよりも冷却される。その結果、各太陽電池セル間に温度差が生じるため、各太陽電池セル間に光電変換効率の差が生じる。それ故、従来の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、各太陽電池セル間の最適発電電圧が相違し、発電ロスが発生するという課題があった。
【発明の開示】
【０００７】  本発明は、上述の課題を鑑みて、各太陽電池セルの温度を平準化することで、発電ロスが少なく、各太陽電池セル間において光電変換効率の差が少ない太陽電池ハイブリッドモジュールを提供する。
【０００８】  本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールは、
複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールにおける太陽光入射面とは反対側の面に配置された集熱板と、前記集熱板における前記太陽電池モジュール側とは反対側の面に配置された、熱交換用媒体を流すことが可能な通流管とを含む太陽電池ハイブリッドモジュールであって、
前記太陽電池セルと前記通流管に流れる前記熱交換用媒体との間の熱抵抗が、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る太陽電池ハイブリッドモジュールの構造を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態２に係る太陽電池ハイブリッドモジュールの構造を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態３に係る太陽電池ハイブリッドモジュールの構造を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールは、複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、この太陽電池モジュールにおける太陽光入射面とは反対側の面に配置された集熱板と、この集熱板における上記太陽電池モジュール側とは反対側の面に配置された、熱交換用媒体を流すことが可能な通流管とを含む。なお、上記太陽電池モジュールと上記集熱板は、両者の間で熱伝導可能であれば直に接触していなくてもよい。例えば、集熱効率を上げるため、上記太陽電池モジュールと上記集熱板との間にカーボン系材料からなる層を配置してもよい。上記集熱板と上記通流管との間についても同様である。【００１１】  そして、本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールは、上記太陽電池セルと上記通流管に流れる上記熱交換用媒体との間の熱抵抗が、上記通流管の入口側から上記通流管の出口側に向かって小さくなるように構成されている。これにより、上記入口側の太陽電池セルから熱交換用媒体への伝熱量と、上記出口側の太陽電池セルから熱交換用媒体への伝熱量との間のばらつきを抑えることができるため、各太陽電池セルの温度を平準化させることができる。よって、発電ロスが少ない太陽電池ハイブリッドモジュールを提供することができる。ここで、上記「熱抵抗」とは、例えば１つの太陽電池セルから熱交換用媒体へ１Ｗの熱流を伝達するのに必要な両者の温度差をいう。なお、上記熱抵抗は、上記入口側から上記出口側に向かって連続的に小さくなっている必要は無く、断続的に小さくなっていてもよい。【００１２】  本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、上記太陽電池モジュールと上記集熱板との接触面積及び上記集熱板と上記通流管との接触面積の少なくとも一方が、上記入口側から上記出口側に向かって大きくなるように構成することで、上記熱抵抗を上記入口側から上記出口側に向かって小さくしてもよい。例えば、上記入口側の接触面積を１００％としたとき、上記出口側の接触面積を３００％〜７００％の範囲とすればよい。【００１３】  本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、上記集熱板の厚み及び上記通流管の肉厚の少なくとも一方が、上記入口側から上記出口側に向かって薄くなるように構成することで、上記熱抵抗を上記入口側から上記出口側に向かって小さくしてもよい。例えば、上記入口側の厚み又は肉厚を１００％としたとき、上記出口側の厚み又は肉厚を１４％〜３３％の範囲とすればよい。【００１４】  本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、上記集熱板及び上記通流管の少なくとも一方の構成材料の熱伝導率が、上記入口側から上記出口側に向かって大きくなるように構成することで、上記熱抵抗を上記入口側から上記出口側に向かって小さくしてもよい。上記熱伝導率は、例えば上記入口側を１００％としたとき、上記出口側を３００％〜７００％の範囲とすればよい。例えば、上記集熱板の構成材料の熱伝導率を変化させる場合は、上記入口側の集熱板の構成材料として鉄を用い、上記出口側の集熱板の構成材料としてアルミニウムを用いればよい。例えば、上記通流管の構成材料の熱伝導率を変化させる場合は、上記入口側の通流管の構成材料としてステンレス鋼を用い、上記出口側の通流管の構成材料として銅を用��ればよい。【００１５】  また、本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、上記太陽電池セルが薄膜太陽電池であってもよい。薄膜太陽電池は放熱性が高いため、上述した本発明の構成を有することにより、各太陽電池セル間の温度のばらつきを効果的に抑制することができる。なお、薄膜太陽電池とは、例えば１枚のガラス基板上に光吸収層等を設けた太陽電池であって、その厚みが例えば０．５〜５０μｍ程度のものをいう。【００１６】  また、本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールが上記太陽電池モジュールを複数含む場合は、上記複数の太陽電池モジュールが、上記入口側から上記出口側に向かって並設されていてもよい。発電量を向上させることができる上、太陽電池モジュール間の温度のばらつきを抑制することができるため、発電ロスが少ない太陽電池ハイブリッドモジュールを提供することができるからである。【００１７】  以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態において、同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【００１８】  （実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る太陽電池ハイブリッドモジュールについて説明する。図１にその分解斜視図を示す。【００１９】  まず全体構成から述べる。図１に示す太陽電池ハイブリッドモジュール１０は、例えば縦：９０ｃｍ、横：６０ｃｍの大きさに形成された太陽電池モジュール１１と、太陽電池モジュール１１の太陽光入射面１１ａを保護するガラス基板１２と、太陽電池モジュール１１における太陽光入射面１１ａとは反対側の面に接触して配置された集熱板１３と、集熱板１３における太陽電池モジュール１１側とは反対側の面に接触して配置された、熱交換用媒体を流すことが可能な通流管１４とを含む。【００２０】  次に、各部について説明する。太陽電池モジュール１１は、例えば複数の太陽電池セル１５を、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂等の透光性樹脂（図示せず）で封止した構造を有する。太陽電池セル１５には、例えば薄膜太陽電池が使用できる。上記薄膜太陽電池としては、例えば微結晶シリコン太陽電池、薄膜多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池等のシリコン系太陽電池や、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ等の化合物半導体を用いた化合物半導体太陽電池等が挙げられる。【００２１】  集熱板１３は、例えばアルミニウム等の金属で構成されている。その厚みは、例えば１〜５０ｍｍ程度である。通流管１４は、例えば銅等の金属で構成されており、その中に水等の熱交換用媒体を流すことで集熱板１３に吸収された熱を取り出すことができる。その内径は、例えば１〜８０ｍｍ程度であり、その肉厚は、例えば１〜５０ｍｍ程度である。通流管１４は、集熱板１３に接触して太陽電池モジュール１１の裏面全域に展開されている。また、通流管１４の屈曲部１４ｃの数を、通流管１４の入口１４ａ側から通流管１４の出口１４ｂ側に向かって増やすことで、集熱板１３と通流管１４との接触面積を、入口１４ａ側から出口１４ｂ側に向かって増大させている。例えば、入口１４ａ側の上記接触面積を１００％としたときに、出口１４ｂ側の上記接触面積が３００％〜７００％の範囲であればよい。なお、入口１４ａと出口１４ｂは、他の太陽電池ハイブリッドモジュールや給湯システム等と接続可能になっている。【００２２】  上記の構成において、太陽電池モジュール１１が太陽光を吸収して発電を行う間、太陽電池モジュール１１が太陽熱によって加熱される。太陽電池モジュール１１で吸収された熱は、集熱板１３を通じて通流管１４に流れる熱交換用媒体に吸収される。これにより、太陽電池モジュール１１の温度上昇が抑制されるため、太陽電池モジュール１１の光電変換効率の低下を防止できる。ここで、仮に集熱板１３と通流管１４との接触面積が入口１４ａ側から出口１４ｂ側まで均一であるとすると、入口１４ａ側で熱を吸収した熱交換用媒体が出口１４ｂ側に到達した時点において、既に熱交換用媒体の温度が上昇しているため、出口１４ｂ側の太陽電池セル１５から熱交換用媒体への伝熱量が入口１４ａ側に比べ少なくなる。その結果、入口１４ａ側の太陽電池セル１５と出口１４ｂ側の太陽電池セル１５との間で温度差が生じ、各太陽電池セル１５間の温度ばらつきによる発電ロスが発生する。そのため、太陽電池ハイブリッドモ���ュール１０では、集熱板１３と通流管１４との接触面積を、入口１４ａ側から出口１４ｂ側に向かって増大させることにより、上記伝熱量のばらつきを抑えている。これにより、各太陽電池セル１５の温度が平準化し、発電ロスを抑制できる。【００２３】  なお、熱交換用媒体としては、例えば水等が使用できる。また、寒冷地ではエチレングリコール等の不凍液を使用してもよい。この熱交換用媒体は、入口１４ａ側から出口１４ｂ側に流れるに従い温度が上昇する。そして、通流管１４の出口１４ｂから流れ出た熱交換用媒体は、配管（図示せず）を通じて地上の貯湯槽（図示せず）に送られて、そこで例えば水道水に熱を与える。この熱交換によって温度が下がった熱交換用媒体は、ポンプ等によって再び配管を経由して通流管１４に送り込まれる。このような熱交換用媒体の循環によって太陽電池モジュール１１の温度上昇が抑制される。【００２４】  また、上記貯湯槽で温められた水道水は、必要に応じてキッチンや浴室の給湯設備に供給され、冬季には温水床暖房設備にも供給される。これにより、エネルギー効率のよい住宅が実現可能となる。なお、上述した貯湯槽を用いずに、出口１４ｂから流れ出た熱交換用媒体をヒートポンプに送り、このヒートポンプにより水道水に熱を与えて熱エネルギーを循環させてもよい。【００２５】  以上、本発明の実施形態１に係る太陽電池ハイブリッドモジュールについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、太陽電池ハイブリッドモジュールを１つだけ使用した例について説明したが、複数個の太陽電池ハイブリッドモジュールを連結して使用してもよい。【００２６】  （実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る太陽電池ハイブリッドモジュールについて説明する。図２に、その分解斜視図を示す。【００２７】  図２に示すように、実施形態２に係る太陽電池ハイブリッドモジュール２０は、上述した実施形態１と同様の太陽電池ハイブリッドモジュールを３個連結させている。但し、通流管１４については共通のものを使用しており、この通流管１４の入口１４ａ側から出口１４ｂ側に向かって、３個の太陽電池モジュール１１が並設されている。また、集熱板１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）と通流管１４との接触面積は、入口１４ａ側から出口１４ｂ側まで均一であり、それぞれの集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、厚みが相違している。【００２８】  太陽電池ハイブリッドモジュール２０において、各太陽電池モジュール１１で吸収された熱は、集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを通じて通流管１４に流れる熱交換用媒体に吸収される。仮に、各太陽電池モジュール１１に対応する集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃの厚みが同一であるとすると、入口１４ａ側で熱を吸収した熱交換用媒体が出口１４ｂ側に到達した時点において、既に熱交換用媒体の温度が上昇しているため、出口１４ｂ側の太陽電池モジュール１１から熱交換用媒体への伝熱量が入口１４ａ側に比べ少なくなる。その結果、入口１４ａ側の太陽電池モジュール１１と出口１４ｂ側の太陽電池モジュール１１との間で温度差が生じ、各太陽電池モジュール１１間の温度ばらつきによる発電ロスが発生する。そのため、太陽電池ハイブリッドモジュール２０では、太陽電池モジュール１１毎に異なる厚みの集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを用いることで、上記伝熱量のばらつきを抑えている。具体的には、入口１４ａ側の集熱板１３ａの厚みを１００％としたときに、例えば中央の集熱板１３ｂの厚みを５７％〜６６％程度とし、出口１４ｂ側の集熱板１３ｃの厚みを１４％〜３３％程度とすることで、各太陽電池モジュール１１の温度を平準化し、発電ロスの抑制を行っている。なお、集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃの材料としてはアルミニウム等を使用できる。【００２９】  （実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る太陽電池ハイブリッドモジュールについて説明する。図３に、その分解斜視図を示す。【００３０】  図３に示すように、実施形態３に係る太陽電池ハイブリッドモジュール３０では、太陽電池モジュール１１が、格子状に配置された複数の太陽電池セル１５と、各太陽電池セル１５間の短絡を防止する絶縁層１１ｂとを含む。太陽電池セル１５としては、例えば、単結晶シリコン太陽電池や多結晶シリコン太陽電池等が使用できる。絶縁層１１ｂとしては、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂等が使用できる。また、集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃについては、厚みは同一であるが、構成材料が相違している。その他は、上述した太陽電池ハイブリッドモジュール２０（図２参照）と同様である。【００３１】  太陽電池ハイブリッドモジュール３０において、各太陽電池モジュール１１で吸収された熱は、集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを通じて通流管１４に流れる熱交換用媒体に吸収される。仮に、各太陽電池モジュール１１に対応する集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃの構成材料が同一であるとすると、入口１４ａ側で熱を吸収した熱交換用媒体が出口１４ｂ側に到達した時点において、既に熱交換用媒体の温度が上昇しているため、出口１４ｂ側の太陽電池モジュール１１から熱交換用媒体への伝熱量が入口１４ａ側に比べ少なくなる。その結果、入口１４ａ側の太陽電池モジュール１１と出口１４ｂ側の太陽電池モジュール１１との間で温度差が生じ、各太陽電池モジュール１１間の温度ばらつきによる発電ロスが発生する。そのため、太陽電池ハイブリッドモジュール３０では、太陽電池モジュール１１毎に異なる構成材料の集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを用いることで、上記伝熱量のばらつきを抑えている。例えば、入口１４ａ側の集熱板１３ａの構成材料として鉄を用い、中央の集熱板１３ｂの構成材料としてアルミニウムを用い、出口１４ｂ側の集熱板１３ｃの構成材料として銅を用いて、集熱板１３の熱伝導率が入口１４ａ側から出口１４ｂ側に向かって大きくなるように構成することで、各太陽電池モジュール１１の温度を平準化し、発電ロスの抑制を行っている。【００３２】  以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では太陽電池モジュールの太陽光入射面にガラス基板を配置したが、ガラス基板の代わりに、波長が４５０ｎｍ以上の光を透過する硬質樹脂基板（例えばポリイミド基板等）を配置してもよい。また太陽電池セルは、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機半導体太陽電池等のいずれの太陽電池であってもよい。【００３３】  また、太陽電池セルを封止する樹脂としては、前述のエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂に限らず、ポリビニルブチラール、ポリエチレンテレフタレート、ブタジエン系樹脂、弗化ビニル樹脂等の材料でもよい。また、集熱板の材料としては、アルミニウム等の金属に限らず、熱伝導率が高く、耐候性に優れたものである限り、樹脂や無機材等を使用することもできる。また、熱交換用媒体として、代替フロンや二酸化炭素等の気体を用いてもよい。また、���流管は円管だけでなく、断面が多角形の管でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  本発明によれば、発電ロスを低減できる上、熱エネルギーを効率よく利用できる太陽電池ハイブリッドモジュールが得られる。
【図１】
2006019091.tif 000002
【図２】
2006019091.tif 000003
【図３】
2006019091.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月5日(2006.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールにおける太陽光入射面とは反対側の面に配置された集熱板と、前記集熱板における前記太陽電池モジュール側とは反対側の面に配置された、熱交換用媒体を流すことが可能な通流管とを含む太陽電池ハイブリッドモジュールであって、
前記太陽電池セルと前記通流管に流れる前記熱交換用媒体との間の熱抵抗が、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって小さくなるように構成されていることを特徴とする太陽電池ハイブリッドモジュール。
【請求項２】
前記太陽電池モジュールと前記集熱板との接触面積及び前記集熱板と前記通流管との接触面積の少なくとも一方が、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって大きくなるように構成されている請求項１に記載の太陽電池ハイブリッドモジュール。
【請求項３】
前記集熱板の厚み及び前記通流管の肉厚の少なくとも一方が、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって薄くなるように構成されている請求項１に記載の太陽電池ハイブリッドモジュール。
【請求項４】
前記集熱板及び前記通流管の少なくとも一方の構成材料の熱伝導率が、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって大きくなるように構成されている請求項１に記載の太陽電池ハイブリッドモジュール。
【請求項５】
前記太陽電池セルは、薄膜太陽電池である請求項１に記載の太陽電池ハイブリッドモジュール。
【請求項６】
前記太陽電池ハイブリッドモジュールは、前記太陽電池モジュールを複数含み、
前記複数の太陽電池モジュールは、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって並設されている請求項１に記載の太陽電池ハイブリッドモジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギーから電力のみならず給湯用等の熱も取り出すことができる太陽電池ハイブリッドモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の増大に伴う地球温暖化問題等の環境問題やエネルギー枯渇の問題から、住宅等の屋根の上に複数個の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールを設置し、太陽光発電により電力を供給するシステムが普及し始めている。
【０００３】
また、太陽エネルギーから得られる熱エネルギーも既に利用されている。この熱エネルギーを利用する最も一般的な方法は、熱交換用媒体が流れる通流管を備えた集熱装置を住宅等の屋根に取り付け、太陽熱で加熱された熱交換用媒体の熱を給湯設備や冷暖房設備等に利用するものである。
【０００４】
さらに、上記通流管上に集熱板及び太陽電池モジュールを順次設けて、太陽電池モジュールに吸収された熱を上記熱交換用媒体へ伝達して熱エネルギーを利用する太陽電池ハイブリッドモジュールも提案されている（例えば、特許文献１参照）。この太陽電池ハイブリッドモジュールによれば、太陽光から得られる光エネルギーと熱エネルギーの両方のエネルギーを利用することができる。
【０００５】
太陽電池モジュールは温度が上昇すると光電変換効率が低下するため、できる限り太陽電池モジュールの温度上昇を抑えることが望ましい。それゆえ、上記太陽電池ハイブリッドモジュールは、上記集熱板及び上記通流管によってその熱を奪うこととなるので、光電変換効率の低下を抑制するためにも望ましいと言える。
【特許文献１】特開平１１−１０３０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、均一に配置された通流管に熱交換用媒体を流す構成であるため、通流管の入口側に位置する太陽電池セルは、通流管の出口側に位置する太陽電池セルよりも冷却される。その結果、各太陽電池セル間に温度差が生じるため、各太陽電池セル間に光電変換効率の差が生じる。それ故、従来の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、各太陽電池セル間の最適発電電圧が相違し、発電ロスが発生するという課題があった。
【０００７】
本発明は、上述の課題を鑑みて、各太陽電池セルの温度を平準化することで、発電ロスが少なく、各太陽電池セル間において光電変換効率の差が少ない太陽電池ハイブリッドモジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールは、
複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールにおける太陽光入射面とは反対側の面に配置された集熱板と、前記集熱板における前記太陽電池モジュール側とは反対側の面に配置された、熱交換用媒体を流すことが可能な通流管とを含む太陽電池ハイブリッドモジュールであって、
前記太陽電池セルと前記通流管に流れる前記熱交換用媒体との間の熱抵抗が、前記通流管の入口側から前記通流管の出口側に向かって小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発電ロスを低減できる上、熱エネルギーを効率よく利用できる太陽電池ハイブリッドモジュールが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールは、複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、この太陽電池モジュールにおける太陽光入射面とは反対側の面に配置された集熱板と、この集熱板における上記太陽電池モジュール側とは反対側の面に配置された、熱交換用媒体を流すことが可能な通流管とを含む。なお、上記太陽電池モジュールと上記集熱板は、両者の間で熱伝導可能であれば直に接触していなくてもよい。例えば、集熱効率を上げるため、上記太陽電池モジュールと上記集熱板との間にカーボン系材料からなる層を配置してもよい。上記集熱板と上記通流管との間についても同様である。
【００１１】
そして、本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールは、上記太陽電池セルと上記通流管に流れる上記熱交換用媒体との間の熱抵抗が、上記通流管の入口側から上記通流管の出口側に向かって小さくなるように構成されている。これにより、上記入口側の太陽電池セルから熱交換用媒体への伝熱量と、上記出口側の太陽電池セルから熱交換用媒体への伝熱量との間のばらつきを抑えることができるため、各太陽電池セルの温度を平準化させることができる。よって、発電ロスが少ない太陽電池ハイブリッドモジュールを提供することができる。ここで、上記「熱抵抗」とは、例えば１つの太陽電池セルから熱交換用媒体へ１Ｗの熱流を伝達するのに必要な両者の温度差をいう。なお、上記熱抵抗は、上記入口側から上記出口側に向かって連続的に小さくなっている必要は無く、断続的に小さくなっていてもよい。
【００１２】
本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、上記太陽電池モジュールと上記集熱板との接触面積及び上記集熱板と上記通流管との接触面積の少なくとも一方が、上記入口側から上記出口側に向かって大きくなるように構成することで、上記熱抵抗を上記入口側から上記出口側に向かって小さくしてもよい。例えば、上記入口側の接触面積を１００％としたとき、上記出口側の接触面積を３００％〜７００％の範囲とすればよい。
【００１３】
本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、上記集熱板の厚み及び上記通流管の肉厚の少なくとも一方が、上記入口側から上記出口側に向かって薄くなるように構成することで、上記熱抵抗を上記入口側から上記出口側に向かって小さくしてもよい。例えば、上記入口側の厚み又は肉厚を１００％としたとき、上記出口側の厚み又は肉厚を１４％〜３３％の範囲とすればよい。
【００１４】
本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、上記集熱板及び上記通流管の少なくとも一方の構成材料の熱伝導率が、上記入口側から上記出口側に向かって大きくなるように構成することで、上記熱抵抗を上記入口側から上記出口側に向かって小さくしてもよい。上記熱伝導率は、例えば上記入口側を１００％としたとき、上記出口側を３００％〜７００％の範囲とすればよい。例えば、上記集熱板の構成材料の熱伝導率を変化させる場合は、上記入口側の集熱板の構成材料として鉄を用い、上記出口側の集熱板の構成材料としてアルミニウムを用いればよい。例えば、上記通流管の構成材料の熱伝導率を変化させる場合は、上記入口側の通流管の構成材料としてステンレス鋼を用い、上記出口側の通流管の構成材料として銅を用いればよい。
【００１５】
また、本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールでは、上記太陽電池セルが薄膜太陽電池であってもよい。薄膜太陽電池は放熱性が高いため、上述した本発明の構成を有することにより、各太陽電池セル間の温度のばらつきを効果的に抑制することができる。なお、薄膜太陽電池とは、例えば１枚のガラス基板上に光吸収層等を設けた太陽電池であって、その厚みが例えば０．５〜５０μｍ程度のものをいう。
【００１６】
また、本発明の太陽電池ハイブリッドモジュールが上記太陽電池モジュールを複数含む場合は、上記複数の太陽電池モジュールが、上記入口側から上記出口側に向かって並設されていてもよい。発電量を向上させることができる上、太陽電池モジュール間の温度のばらつきを抑制することができるため、発電ロスが少ない太陽電池ハイブリッドモジュールを提供することができるからである。
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態において、同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１８】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る太陽電池ハイブリッドモジュールについて説明する。図１にその分解斜視図を示す。
【００１９】
まず全体構成から述べる。図１に示す太陽電池ハイブリッドモジュール１０は、例えば縦：９０ｃｍ、横：６０ｃｍの大きさに形成された太陽電池モジュール１１と、太陽電池モジュール１１の太陽光入射面１１ａを保護するガラス基板１２と、太陽電池モジュール１１における太陽光入射面１１ａとは反対側の面に接触して配置された集熱板１３と、集熱板１３における太陽電池モジュール１１側とは反対側の面に接触して配置された、熱交換用媒体を流すことが可能な通流管１４とを含む。
【００２０】
次に、各部について説明する。太陽電池モジュール１１は、例えば複数の太陽電池セル１５を、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂等の透光性樹脂（図示せず）で封止した構造を有する。太陽電池セル１５には、例えば薄膜太陽電池が使用できる。上記薄膜太陽電池としては、例えば微結晶シリコン太陽電池、薄膜多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池等のシリコン系太陽電池や、CuInSe2、CdTe、GaAs等の化合物半導体を用いた化合物半導体太陽電池等が挙げられる。
【００２１】
集熱板１３は、例えばアルミニウム等の金属で構成されている。その厚みは、例えば１〜５０ｍｍ程度である。通流管１４は、例えば銅等の金属で構成されており、その中に水等の熱交換用媒体を流すことで集熱板１３に吸収された熱を取り出すことができる。その内径は、例えば１〜８０ｍｍ程度であり、その肉厚は、例えば１〜５０ｍｍ程度である。通流管１４は、集熱板１３に接触して太陽電池モジュール１１の裏面全域に展開されている。また、通流管１４の屈曲部１４ｃの数を、通流管１４の入口１４ａ側から通流管１４の出口１４ｂ側に向かって増やすことで、集熱板１３と通流管１４との接触面積を、入口１４ａ側から出口１４ｂ側に向かって増大させている。例えば、入口１４ａ側の上記接触面積を１００％としたときに、出口１４ｂ側の上記接触面積が３００％〜７００％の範囲であればよい。なお、入口１４ａと出口１４ｂは、他の太陽電池ハイブリッドモジュールや給湯システム等と接続可能になっている。
【００２２】
上記の構成において、太陽電池モジュール１１が太陽光を吸収して発電を行う間、太陽電池モジュール１１が太陽熱によって加熱される。太陽電池モジュール１１で吸収された熱は、集熱板１３を通じて通流管１４に流れる熱交換用媒体に吸収される。これにより、太陽電池モジュール１１の温度上昇が抑制されるため、太陽電池モジュール１１の光電変換効率の低下を防止できる。ここで、仮に集熱板１３と通流管１４との接触面積が入口１４ａ側から出口１４ｂ側まで均一であるとすると、入口１４ａ側で熱を吸収した熱交換用媒体が出口１４ｂ側に到達した時点において、既に熱交換用媒体の温度が上昇しているため、出口１４ｂ側の太陽電池セル１５から熱交換用媒体への伝熱量が入口１４ａ側に比べ少なくなる。その結果、入口１４ａ側の太陽電池セル１５と出口１４ｂ側の太陽電池セル１５との間で温度差が生じ、各太陽電池セル１５間の温度ばらつきによる発電ロスが発生する。そのため、太陽電池ハイブリッドモジュール１０では、集熱板１３と通流管１４との接触面積を、入口１４ａ側から出口１４ｂ側に向かって増大させることにより、上記伝熱量のばらつきを抑えている。これにより、各太陽電池セル１５の温度が平準化し、発電ロスを抑制できる。
【００２３】
なお、熱交換用媒体としては、例えば水等が使用できる。また、寒冷地ではエチレングリコール等の不凍液を使用してもよい。この熱交換用媒体は、入口１４ａ側から出口１４ｂ側に流れるに従い温度が上昇する。そして、通流管１４の出口１４ｂから流れ出た熱交換用媒体は、配管（図示せず）を通じて地上の貯湯槽（図示せず）に送られて、そこで例えば水道水に熱を与える。この熱交換によって温度が下がった熱交換用媒体は、ポンプ等によって再び配管を経由して通流管１４に送り込まれる。このような熱交換用媒体の循環によって太陽電池モジュール１１の温度上昇が抑制される。
【００２４】
また、上記貯湯槽で温められた水道水は、必要に応じてキッチンや浴室の給湯設備に供給され、冬季には温水床暖房設備にも供給される。これにより、エネルギー効率のよい住宅が実現可能となる。なお、上述した貯湯槽を用いずに、出口１４ｂから流れ出た熱交換用媒体をヒートポンプに送り、このヒートポンプにより水道水に熱を与えて熱エネルギーを循環させてもよい。
【００２５】
以上、本発明の実施形態１に係る太陽電池ハイブリッドモジュールについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、太陽電池ハイブリッドモジュールを１つだけ使用した例について説明したが、複数個の太陽電池ハイブリッドモジュールを連結して使用してもよい。
【００２６】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る太陽電池ハイブリッドモジュールについて説明する。図２に、その分解斜視図を示す。
【００２７】
図２に示すように、実施形態２に係る太陽電池ハイブリッドモジュール２０は、上述した実施形態１と同様の太陽電池ハイブリッドモジュールを３個連結させている。但し、通流管１４については共通のものを使用しており、この通流管１４の入口１４ａ側から出口１４ｂ側に向かって、３個の太陽電池モジュール１１が並設されている。また、集熱板１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）と通流管１４との接触面積は、入口１４ａ側から出口１４ｂ側まで均一であり、それぞれの集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、厚みが相違している。
【００２８】
太陽電池ハイブリッドモジュール２０において、各太陽電池モジュール１１で吸収された熱は、集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを通じて通流管１４に流れる熱交換用媒体に吸収される。仮に、各太陽電池モジュール１１に対応する集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃの厚みが同一であるとすると、入口１４ａ側で熱を吸収した熱交換用媒体が出口１４ｂ側に到達した時点において、既に熱交換用媒体の温度が上昇しているため、出口１４ｂ側の太陽電池モジュール１１から熱交換用媒体への伝熱量が入口１４ａ側に比べ少なくなる。その結果、入口１４ａ側の太陽電池モジュール１１と出口１４ｂ側の太陽電池モジュール１１との間で温度差が生じ、各太陽電池モジュール１１間の温度ばらつきによる発電ロスが発生する。そのため、太陽電池ハイブリッドモジュール２０では、太陽電池モジュール１１毎に異なる厚みの集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを用いることで、上記伝熱量のばらつきを抑えている。具体的には、入口１４ａ側の集熱板１３ａの厚みを１００％としたときに、例えば中央の集熱板１３ｂの厚みを５７％〜６６％程度とし、出口１４ｂ側の集熱板１３ｃの厚みを１４％〜３３％程度とすることで、各太陽電池モジュール１１の温度を平準化し、発電ロスの抑制を行っている。なお、集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃの材料としてはアルミニウム等を使用できる。
【００２９】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る太陽電池ハイブリッドモジュールについて説明する。図３に、その分解斜視図を示す。
【００３０】
図３に示すように、実施形態３に係る太陽電池ハイブリッドモジュール３０では、太陽電池モジュール１１が、格子状に配置された複数の太陽電池セル１５と、各太陽電池セル１５間の短絡を防止する絶縁層１１ｂとを含む。太陽電池セル１５としては、例えば、単結晶シリコン太陽電池や多結晶シリコン太陽電池等が使用できる。絶縁層１１ｂとしては、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂等が使用できる。また、集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃについては、厚みは同一であるが、構成材料が相違している。その他は、上述した太陽電池ハイブリッドモジュール２０（図２参照）と同様である。
【００３１】
太陽電池ハイブリッドモジュール３０において、各太陽電池モジュール１１で吸収された熱は、集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを通じて通流管１４に流れる熱交換用媒体に吸収される。仮に、各太陽電池モジュール１１に対応する集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃの構成材料が同一であるとすると、入口１４ａ側で熱を吸収した熱交換用媒体が出口１４ｂ側に到達した時点において、既に熱交換用媒体の温度が上昇しているため、出口１４ｂ側の太陽電池モジュール１１から熱交換用媒体への伝熱量が入口１４ａ側に比べ少なくなる。その結果、入口１４ａ側の太陽電池モジュール１１と出口１４ｂ側の太陽電池モジュール１１との間で温度差が生じ、各太陽電池モジュール１１間の温度ばらつきによる発電ロスが発生する。そのため、太陽電池ハイブリッドモジュール３０では、太陽電池モジュール１１毎に異なる構成材料の集熱板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを用いることで、上記伝熱量のばらつきを抑えている。例えば、入口１４ａ側の集熱板１３ａの構成材料として鉄を用い、中央の集熱板１３ｂの構成材料としてアルミニウムを用い、出口１４ｂ側の集熱板１３ｃの構成材料として銅を用いて、集熱板１３の熱伝導率が入口１４ａ側から出口１４ｂ側に向かって大きくなるように構成することで、各太陽電池モジュール１１の温度を平準化し、発電ロスの抑制を行っている。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では太陽電池モジュールの太陽光入射面にガラス基板を配置したが、ガラス基板の代わりに、波長が４５０ｎｍ以上の光を透過する硬質樹脂基板（例えばポリイミド基板等）を配置してもよい。また太陽電池セルは、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機半導体太陽電池等のいずれの太陽電池であってもよい。
【００３３】
また、太陽電池セルを封止する樹脂としては、前述のエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂に限らず、ポリビニルブチラール、ポリエチレンテレフタレート、ブタジエン系樹脂、弗化ビニル樹脂等の材料でもよい。また、集熱板の材料としては、アルミニウム等の金属に限らず、熱伝導率が高く、耐候性に優れたものである限り、樹脂や無機材等を使用することもできる。また、熱交換用媒体として、代替フロンや二酸化炭素等の気体を用いてもよい。また、通流管は円管だけでなく、断面が多角形の管でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、発電ロスを低減できる上、熱エネルギーを効率よく利用できる太陽電池ハイブリッドモジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態１に係る太陽電池ハイブリッドモジュールの構造を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る太陽電池ハイブリッドモジュールの構造を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る太陽電池ハイブリッドモジュールの構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０，２０，３０  太陽電池ハイブリッドモジュール
１１  太陽電池モジュール
１１ａ  太陽光入射面
１１ｂ  絶縁層
１２  ガラス基板
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  集熱板
１４  通流管
１４ａ  入口
１４ｂ  出口
１４ｃ  屈曲部
１５  太陽電池セル
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006019091.tif 000005
【図２】
2006019091.tif 000006
【図３】
2006019091.tif 000007
【国際調査報告】
2006019091.tif 000008
2006019091.tif 000009