(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を受光して電気エネルギーに変換する太陽電池セルと、太陽熱を集熱して内部の熱媒を加熱する集熱管とを備えた太陽熱集熱装置であって、
金属板によって形成されたベース板の上面に太陽電池セルを実装して太陽電池ユニットを構成し、
前記ベース板に前記集熱管を嵌合させるための集熱管密着部を設け、前記集熱管密着部内に前記集熱管を密着させるように嵌合させて前記太陽電池セルと前記集熱管とをほぼ同一平面内に配置し、
前記ベース板の一方端部に断面逆Ｖ字状に屈曲した接続部を設けると共に他方端部に断面逆Ｖ字状に屈曲した被接続部を設け、当該接続部と被接続部とを重ね合わせるようにして前記集熱管を実装した複数の太陽電池ユニットを互いに接続したことを特徴とする太陽熱集熱装置。
【請求項２】
前記集熱管密着部は、前記ベース板の下面に凹設されていることを特徴とする、請求項１に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項３】
前記太陽電池ユニットが、前記ベース板の上に実装された太陽電池セルを樹脂材料によって封止され、当該樹脂材料の表面をフッ素系樹脂フィルムで覆われていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の太陽熱集熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽熱集熱装置に関する。特に、太陽熱を利用して水を加熱すると共に太陽光を利用して発電を行うことができる混成型の太陽熱集熱装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
図１は従来の太陽熱集熱装置１の構造を示す斜視図、図２はその断面図である。この太陽熱集熱装置１にあっては、ケース２内の底面に断熱材３を敷き、その上に集熱フィン４を備えた集熱管５を配管し、集熱フィン４の上に接合フィルム６を介して太陽電池モジュール７を積み重ねている。太陽電池モジュール７は、テドラフィルム８とガラス板９との間に多数の太陽電池セル１０を敷き並べたものであり、テドラフィルム８及びガラス板９と太陽電池セル１０との間の空間にはＥＶＡ（エチレンビニルアルコール）樹脂１１が充填されている。さらに、太陽電池モジュール７の上には、空間１２を隔ててケース２の開口部を塞ぐためのガラス板１３が配設されている。なお、１４は、集熱管５に水を送り込むための入水口、１５は集熱管５で加熱された湯を取り出すための出水口、１６は太陽電池セル１０の配線コネクタである。
【０００３】
従来の太陽熱集熱装置１は、図１及び図２に示したように、太陽電池モジュール７を日射面に配設し、その下に太陽熱の集熱管５を配設している。太陽電池モジュールは、太陽光発電に用いられている結晶系のものが一般的であり、民生用に用いられている数量も多いので比較的安価に提供されており、太陽熱集熱装置１でもこのような太陽電池モジュールが用いられている場合が多い。
【０００４】
しかし、このような太陽熱集熱装置１では、太陽電池モジュール７と集熱管５とを別個に形成して、積層する構造となっているため、厚みが大きくなっていた。さらに、太陽電池モジュール７はガラス板９がベースとなっているために、重量が重かった。そのため、太陽熱集熱装置１の運搬性や施工性に問題があった。
【０００５】
また、太陽電池セル１０をＥＶＡ樹脂１１で封止しているため、ＥＶＡ樹脂１１と集熱管５側との接触面における熱伝導が悪く、太陽電池セル１０等から集熱管５へ熱が伝わりにくく、総合的な太陽エネルギーの利用効率が悪かった。
【０００６】
本発明は、上記従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、運搬性や施工性が良好で、かつ、高効率な太陽熱集熱装置を提供することにある。
【０００７】
【発明の開示】
請求項１の太陽熱集熱装置は、太陽光を受光して電気エネルギーに変換する太陽電池セルと、太陽熱を集熱して内部の熱媒を加熱する集熱管とを備えた太陽熱集熱装置であって、金属板によって形成されたベース板の上面に太陽電池セルを実装して太陽電池ユニットを構成し、前記ベース板に前記集熱管を嵌合させるための集熱管密着部を設け、前記集熱管密着部内に前記集熱管を密着させるように嵌合させて前記太陽電池セルと前記集熱管とをほぼ同一平面内に配置し、前記ベース板の一方端部に断面逆Ｖ字状に屈曲した接続部を設けると共に他方端部に断面逆Ｖ字状に屈曲した被接続部を設け、当該接続部と被接続部とを重ね合わせるようにして前記集熱管を実装した複数の太陽電池ユニットを互いに接続したことを特徴としている。
【０００８】
請求項１の太陽熱集熱装置にあっては、太陽電池セルを保持するためのベース板を金属板によって形成し、このベース板に集熱管を嵌合させるための集熱管密着部を設けて集熱管密着部内に集熱管を密着させるようにしているので、太陽電池ユニットと集熱管とを一体化して太陽熱集熱装置の構造を簡略かつ軽量にすることができる。また、太陽電池ユニットのベース板と集熱管とが密着しているので、太陽電池セルで発生した熱をベース板を通じて効率よく集熱管へ伝えることができ、太陽熱集熱装置を高効率化することができる。
【０００９】
さらに、請求項１の太陽熱集熱装置にあっては、前記集熱管密着部内に前記集熱管を密着させるように嵌合させて前記太陽電池セルと前記集熱管とをほぼ同一平面内に配置しているので、太陽電池セルと集熱管の部分を平板状にして薄くすることができ、ひいては太陽熱集熱装置の厚みを薄くでき、太陽熱集熱装置の運搬性や、屋根の上における施工性を良好にすることができる。
【００１０】
さらに、請求項１の太陽熱集熱装置にあっては、前記ベース板の一方端部に断面逆Ｖ字状に屈曲した接続部を設けると共に他方端部に断面逆Ｖ字状に屈曲した被接続部を設け、当該接続部と被接続部とを重ね合わせるようにして前記集熱管を実装した複数の太陽電池ユニットを互いに接続しているので、隣り合った太陽電池ユニットの接続部と被接続部を重ね合わせることによって太陽電池ユニットどうしを簡単に機械的に接続させることができる。しかも、接続部と被接続部が断面逆Ｖ字状に屈曲しているので、接続部と被接続部の機械的強度が高くなり、ひいては太陽電池ユニットの機械的強度が高くなる。また、断面逆Ｖ字状に屈曲した接続部と被接続部を重ね合わせることによって隣り合った太陽電池ユニットどうしを熱的に結合させることができるので、太陽電池ユニットどうしの温度を均一化することができる。
【００１１】
請求項２の太陽熱集熱装置は、請求項１に記載の太陽熱集熱装置において、前記集熱管密着部が前記ベース板の下面に凹設されたものである。
【００１３】
請求項３の太陽熱集熱装置は、請求項１又は２に記載の太陽熱集熱装置における前記太陽電池ユニットが、前記ベース板の上に実装された太陽電池セルを樹脂材料によって封止され、当該樹脂材料の表面をフッ素系樹脂フィルムで覆われたものである。
【００１４】
請求項３の太陽熱集熱装置の太陽電池ユニットは、ベース板の上に実装された太陽電池セルを樹脂材料によって封止され、当該樹脂材料の表面をフッ素系樹脂フィルムで覆われているので、従来例の太陽熱集熱装置のように入射側をガラス板で覆われたものと比較すると、太陽電池セルを軽量、薄型化することができ、太陽熱集熱装置の軽量化と薄型化に寄与する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図３は本発明にかかる太陽熱集熱装置２１の構造を示す概略斜視図、図４はその概略断面図である。この太陽熱集熱装置２１にあっては、上面開口したケース２２内の底面に敷かれた断熱材２３とケース２２の開口部を塞いでいるガラス板２４との間の空間に集熱部２５が納められている。集熱部２５は、図５に示すような形態を有しており、太陽電池ユニット２６と集熱管２７とがほぼ同一平面内に配列されている。
【００２０】
集熱管２７は、図３に示すように、ケース２２内で互いに平行に配管されており、各集熱管２７の両端はそれぞれ上下のヘッダー管２８に接続されている。また、下側のヘッダー管２８にはケース２２外で入水口２９が設けられ、上側のヘッダー管２８にはケース２２外で出水口３０が設けられている。
【００２１】
図６は、この太陽電池ユニット２６の平面図である。太陽電池ユニット２６は、図５及び図６に示すように、金属板を曲げ加工したベース板３１の上に絶縁シート３２を敷き、その上に軽量で厚みの薄いアモルファス太陽電池セル３３を複数個並べ、その上にポリカーボネイト樹脂等の補強材３４を重ねて、ベース板３１の上で絶縁シート３２、太陽電池セル３３及び補強材３４を接着剤や樹脂等の透明な封止剤３５の内部に封止し、封止剤３５の表面をＥＴＦＥ等のフッ素系フィルム３６で覆ったものである。ここで、ベース板３１は、鋼板、銅板、アルミニウム板、ステンレス板などの熱伝導率の大きな金属板によって形成されている。また、太陽電池ユニット２６内の太陽電池セル３３どうしは、封止剤３５の内部で封止直列結線されており、各太陽電池セル３３からは、プラスのコネクタ３７とマイナスのコネクタ３８とが引き出されている。ベース板３１の一方端部には、断面逆Ｖ字状に屈曲した接続部３９が設けられており、ベース板３１の他方端部には、集熱管２７を圧入するための断面Ｕ字状をした集熱管密着部４０と、前記接続部３９と重ねるようにして接続される断面逆Ｖ字状をした被接続部４１とが設けられている。なお、上記ベース板３１としては、従来より折版屋根として知られている金属瓦屋根を利用することができる。
【００２２】
しかして、集熱管２７を太陽電池ユニット２６の集熱管密着部４０内に密着させるようにして納め、隣接する太陽電池ユニット２６の前記接続部３９と被接続部４１を重ね合わせるようにして接続した状態で、ほぼ平板状をした集熱部２５が構成されている。この集熱部２５は、ケース２２内の断熱材２３とガラス板２４との間の空間に納められ、集熱部２５とガラス板２４の間には断熱用の空気層４２が形成されている。隣接する太陽電池ユニット２６どうしの間では、プラスのコネクタ３７とマイナスの３８が接続され、一番端のコネクタ３７、３８はケース２２外へ引き出されている。こうして、集熱管２７が集熱管密着部４０に密着することにより、太陽電池ユニット２６で発生した熱は、ベース板３１及び集熱管密着部４０を介して集熱管２７に伝達され、集熱管２７内を流れる水と熱交換して内部を流れる水を加熱する。また、接続部３９と被接続部４１は重ね合わせることによって太陽電池ユニット２６どうしが接続されると共に断面逆Ｖ字状に屈曲した接続部３９と被接続部４１によって集熱部２５の機械的強度が保持され、さらに接続部３９と被接続部４１の間の熱的結合によって太陽電池ユニット２６どうしの温度が均一化される。
【００２３】
このように構成された太陽熱集熱装置２１は、家屋の屋根面に設置され、集熱管２７内に水を循環させられる。この太陽熱集熱装置２１に太陽光が照射すると、太陽電池ユニット２６は太陽光を受光して光発電を行い、発生した電気エネルギーを出力する。また、集熱管２７は直接太陽光を受光して太陽熱で加熱され、あるいは太陽電池ユニット２６で発生した熱によって加熱され、内部の水を加熱する。加熱された水（湯）は出水口３０から貯湯タンクなどに送られ、一方、入水口２９からは集熱管２７内に低温の水が供給される。
【００２４】
本発明の太陽熱集熱装置２１は、上記のように太陽電池ユニット２６と集熱管２７とをほぼ平板状となるように同一レベルに配設してて集熱部２５を構成しているので、平板状に構成された集熱部２５（太陽電池ユニット２６及び集熱管２７）を断熱材２３とガラス板２４の間に納めるだけでよく、太陽熱集熱装置２１の厚みを小さくすることができる。また、太陽電池ユニット２６の日射面側には、従来例のようにガラス板を用いておらず、軽くて薄いフッ素系フィルム３６を用いているので、より一層太陽熱集熱装置２１の厚みを薄くでき、さらに、太陽熱集熱装置２１を軽量化することが可能になり、運搬性と施工性が良好となる。
【００２５】
また、太陽電池ユニット２６のベース板３１として金属板を用いているので、太陽電池ユニット２６の強度を高くでき、太陽電池ユニット２６どうし、あるいは、太陽電池ユニット２６と集熱管２７との間における熱伝導を良好にすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の太陽熱集熱装置によれば、太陽電池セルを保持するためのベース板を金属板によって形成し、このベース板に集熱管を嵌合させるための集熱管密着部を設けて集熱管密着部内に集熱管を密着させるようにしているので、太陽電池ユニットと集熱管とを一体化して太陽熱集熱装置の構造を簡略かつ軽量にすることができる。また、太陽電池ユニットのベース板と集熱管とが密着しているので、太陽電池セルで発生した熱をベース板を通じて効率よく集熱管へ伝えることができ、太陽熱集熱装置を高効率化することができる。
【００２７】
さらに、本発明の太陽熱集熱装置にあっては、前記集熱管密着部内に前記集熱管を密着させるように嵌合させて前記太陽電池セルと前記集熱管とをほぼ同一平面内に配置しているので、太陽電池セルと集熱管の部分を平板状にして薄くすることができ、ひいては太陽熱集熱装置の厚みを薄くでき、太陽熱集熱装置の運搬性や、屋根の上における施工性を良好にすることができる。
【００２８】
さらに、本発明の太陽熱集熱装置にあっては、前記ベース板の一方端部に断面逆Ｖ字状に屈曲した接続部を設けると共に他方端部に断面逆Ｖ字状に屈曲した被接続部を設け、当該接続部と被接続部とを重ね合わせるようにして前記集熱管を実装した複数の太陽電池ユニットを互いに接続しているので、隣り合った太陽電池ユニットの接続部と被接続部を重ね合わせることによって太陽電池ユニットどうしを簡単に機械的に接続させることができる。しかも、接続部と被接続部が断面逆Ｖ字状に屈曲しているので、接続部と被接続部の機械的強度が高くなり、ひいては太陽電池ユニットの機械的強度が高くなる。また、断面逆Ｖ字状に屈曲した接続部と被接続部を重ね合わせることによって隣り合った太陽電池ユニットどうしを熱的に結合させることができるので、太陽電池ユニットどうしの温度を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の太陽熱集熱装置の構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示した太陽熱集熱装置の断面図である。
【図３】本発明にかかる太陽熱集熱装置の構造を示す概略斜視図である。
【図４】図３に示した太陽熱集熱装置の概略断面図である。
【図５】図４中に示されている集熱部の形態を示す一部破断した断面図である。
【図６】図５に示されている太陽電池ユニットの水平断面図である。
【符号の説明】
２１      太陽熱集熱装置
２２      ケース
２４      ガラス板
２５      集熱部
２６      太陽電池ユニット
２７      集熱管
３１      ベース板
３２      絶縁シート
３３      太陽電池セル
３４      補強材
３５      封止剤
３６      フッ素系フィルム
３９      接続部
４０      集熱管密着部
４１      被接続部
４２      空気層
【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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