JP2014228268A - 太陽光熱と太陽光発電を一体化した温水器 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電からの直流電力をＤＣ／ＡＣ交換とせず、電気回路の制御などの複雑かつ高価な装置も必要もなく、太陽光熱と太陽光電を一体化してエネルギーを取込み、さらに太陽光熱と太陽光電を一体化にした貯湯槽の温水器を提供する。【解決手段】太陽光熱と太陽光電気を一体化したパネル１は、太陽光による輻射された太陽光熱と太陽光発電による電気を同時に取込み、太陽光の熱と太陽光の直流電力を同一の貯湯槽１９内の水へ送り、水を加熱する。太陽光熱の熱伝導は液体の熱伝導媒質を配管内に循環させ、貯湯槽内の水を温める。一方、太陽光発電からの直流電流はＤＣ／ＡＣ変換せず、直接に貯湯槽内の直流加熱棒に繋ぎ、貯湯槽内の水を温める。さらに太陽光のない時間は、商用電力を使用し、同一の貯湯槽内の水を温める。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽エネルギーからの太陽光熱と太陽光発電を利用した温水器に関する。

太陽光熱と太陽光発電を同時に利用した太陽光発電温水装置が知られている（特許文献１または２、３参照）。

しかし、これらの種の装置は、太陽光の発電パネルと太陽光の集熱を一体化したことのみであり、太陽光からの電力と熱を一体化した貯湯槽内の加熱は実現されていない。また、太陽光発電の利用においては、主に電池を利用して貯蓄した後、インバーターで交流への変換により電力を供給する方式、又はインバーターでの交流変換を通じて、電圧を上げた後電力を送電する方式である。この二つの方式はいずれもコストが高く、使用上に制限性もある。

現状において、太陽エネルギーの太陽光熱温水器の利用は大きく分けて、真空管式温水器とフラット式温水器の二種類である。真空管式温水器は、取付けに複雑し、いろいろな不安全要素がある。フラット式温水器は、集熱効率が低く、特に冬にはほとんど使用できない。

特開２０００−５５４７９号公報 特開２０００−２４１０３０号公報 特開２０１２−１１７６８号公報

従来太陽光熱と太陽光発電を利用した温水器の諸問題に鑑み、本発明を実施することにより、電力貯蔵用電池やＤＣ／ＡＣインバーターの変換が不要になり、太陽発電からの直流電力をそのまま水を加熱するとともに、太陽光熱による加熱も同一の貯湯槽内で実現できる。太陽光の集熱と太陽電池モジュールを一体化したパネルのみならず、太陽光熱と太陽光電力による加熱の貯湯槽も一体化し、製品の取付けが簡単で、低製造コスト且つ多様な環境条件における小スペースに設置できる。

本発明は、太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルのユニットを直列と並列の併用接続方式で組合せ、その組合わせた太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルがマトリックス配列の組合せ状を形成し、太陽光の照射により、効率的に熱と高い直流電流及び電圧が得られる。

本発明において、太陽光集熱の光熱部分は、太陽光熱と太陽光発電を一体化した各パネルのユニットの配管出入り口部を直列と並列の併用方法で採用したため、光熱配管が網状に形成し、太陽光の照射により、熱を伝導する仲介役とした液体媒質の温度が高く得られる。

本発明は、貯湯槽の内缶の外側に内缶を軸心としてらせん状配管の巻き設計を採用し、熱伝導媒質をらせん状配管内で流動させ、貯湯槽の内缶の外壁から、熱を浸透させる熱伝導で、貯湯槽の内缶内部における水は加熱され、温度が上昇する。

本発明は、太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの太陽光発電部に直流電力の加熱棒と電線で連結し、太陽光から発電された直流電流が加熱棒へ流れ、貯湯槽の内缶内の水を加熱する。

本発明は、補助電源として商用電源の利用を設けており、太陽光の弱い天気でも水を快速に加熱できる。

本発明は、電気回路にコントローラを設置し、太陽光熱及び太陽光電気による加熱と水温をコントロールする。

以上に述べたように本発明の太陽光熱部分は、熱流れの配管を直列と並列との併用な連結構造から、効率的に太陽光の照射による集熱ができる。その熱エネルギーは配管内の熱伝導媒質を快速に流動させ、迅速的に貯湯槽内の水温を高める。

本発明の太陽光発電部分は、発電された直流電力を直接に貯湯槽内の加熱棒へ取込み、ＤＣ／ＡＣインバーターの変換が不要でも、太陽発電からの電力を熱に変換でき、水の温度を上昇させる。

本発明では、太陽光熱による加熱と太陽光発電による加熱、及び商用電力による加熱を同一の貯湯槽で行い、日常生活に便利さを提供できる。

本発明の全体構造の概略図。 本発明の太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルのユニット。 本発明の太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルのユニットを接続したマトリックス配列及び太陽光熱配管の接続図。 本発明の太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネル裏面の外観構造図。 本発明の太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの裏面における密閉蓋と裏面内部の構造図。 図本発明の太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネル裏面の内外構造図。 本発明の太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの裏面の正面図。 本発明の太陽光熱と太陽光発電を一体化した貯湯槽の内外の構造図。

図１は本発明を実施した太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネル及び一体化した温水器の全体概略構成を示している。この構造は、図２で示す太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルと、図７で示す太陽光熱と太陽光発電を一体化した加熱貯湯槽を主要部として備えている。

一体化パネルからの太陽光熱を貯湯槽の水へ伝導するため、図５で示す金属伝導体Ｕ型又はＳ型環状配管２４と、図１で示す熱伝導媒質を循環させるポンプ１１、及び図１又は図７で示す熱を密閉断熱した貯湯槽外壁のらせん状配管１６を主要部として構成されている。

一方、一体化パネルからの太陽光電力を貯湯槽の水を加熱するため、図１で示す金属導線６と、電気回路コントローラ１０、及び密閉断熱した貯湯槽内部の電熱棒１４を主要部として構成されている。

また、太陽光の利用できない天気を考慮し、補足として商用電力を使用するため、図１で示す電源２０と、補助加熱棒１７により構成されている。

以上述べた図１の全体構造図において、太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルから収集された熱は熱伝導媒質を温め、ポンプ１１により、熱伝導媒質を金属伝導体Ｕ型又はＳ型環状配管２４内で流れ、熱の密閉断熱の貯湯槽内缶の外側におけるらせん状配管１６へ伝導する。ポンプ１１は熱伝導媒質を循環に流れさせ、金属らせん状配管１６は熱を貯湯槽内の水へ伝導し、水の温度が上昇した後もポンプ１１により保温ができる。一方、太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルにおいて、太陽光発電による電力は金属導線６を通じて熱の密閉断熱の貯湯槽内部の電熱棒１４へ伝導し、電流の流れによる電気加熱棒が熱を発生させ、貯湯槽内の水温を段々に高める。そして、太陽光熱と太陽光電の両者からの熱が同時に水の温度を高スピードで上昇させ、日常生活の需要に提供する。

図２は、図１の全体構造図から抽出した太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルユニットであり、そのユニット同士を直列と並列に接続した後、フイルム（例えばＥＶＡ）、低鉄酸化ガラス、ＴＰＴ又はＴＰＥなどの加熱層を通じて図３で示す組合せのパネルを形成する。太陽エネルギーの照射を透過しやすいために、ＴＰＴ又はＴＰＥフイルムは透明なフイルムの使用を推奨し、パネルに照射エネルギーを多く透過させるために、パネル内の光熱の吸熱は図５で示すＵ型配管２４で構成し、より多く熱を吸収させる。パネルは、パネル筐体１に固定し、施工取付けに便利である。外力からの衝撃を防ぐことになり、パネル装置全体に損害を防ぐ。

また、図２でにおいて、太陽光熱の伝導配管の間で容易に接続するために、パネルの太陽光熱伝導配管の出入り口４又は７を筐体１と同じ側に設置する。パネルユニットをマトリックス的接続に形成するため、パネルにおける太陽光電力の接続線正負プラグ６ａ（６ｂ）をパネルの電線穴５と同じ側に設置する。

図３は、パネルユニットを直列・並列の併用接続にすることにより、太陽光熱は伝導配管３の内部における液体の伝導熱媒質を迅速に温度上昇できる構造となっている。

図４は、太陽光熱と太陽光電を一体化したパネルにおける裏の面構造であり、パネルの筐体１と裏蓋２２は裏蓋ねじ２３ｃで固定し、かつ密閉することにより、太陽光熱部分の熱逃げを阻止する。

図５は、図４で示すパネルの裏面を解体した構造である。裏蓋２２は、裏蓋ねじ孔２３ｂと裏蓋ねじ２３ｃで共同に固定する。パネル内における光熱吸収の金属伝導体Ｕ型又はＳ型環状管２４は、ＴＰＴ又はＴＰＥなどフイルム膜で強く粘着し、正面から照射した太陽エネルギー熱を多く吸収する。

図６は、図５で示す構造の内部構造である。パネル内における光熱吸収の金属伝導体Ｕ型又はＳ型環状管２４の内部において、伝導熱の液体媒質は太陽光熱伝導配管出入り口４と太陽光熱伝導配管の出入り口７を経由して流動し、伝導された熱を吸収する。太陽光電力の電線接続ボックスは粘性のある背板に強く粘着固定し、接続電線６を図５で示す電線通過用の孔５を通す。

図７は、太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの裏面の正面図である。

図８は、図１の全体構造図から抽出した太陽光熱と太陽光発電を一体化した貯湯槽の構造図である。貯湯槽の内缶１９と貯湯槽の外壁との間に、熱を漏失しないように発泡断熱材で充填する。運行中には水は貯湯槽の入口１５から入り、貯湯槽の出口１８から出る。太陽光熱部分の熱伝導媒質は貯湯槽の内缶壁環状管の入口２１から入り、貯湯槽内缶壁の環状管の出口１３から出る。熱伝導の交流を通じ、貯湯槽中の水を加熱させる。貯湯槽内の直流加熱棒１４は直接に図１に示す一体化パネルの電線６に接続し、太陽光発電による生じた直流電流は、直接に熱エネルギーに変換させ、水を加熱する。商用電力補助加熱棒１７は、太陽光の弱い雨天などの場合においても、補助加熱として水を加熱させることができる。

本発明は、需要家の太陽光を用いて温水を供給する太陽光温水器に関する。

１ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの筐体
２ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの太陽電池ユニット
３ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの太陽光熱部分において、各パネルを連結する熱伝導管
４ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの太陽光熱伝導配管の出入り口
５ 電線通過用の孔
６ 接続電線
６ａ 接続電線の正極側プラグ
６ｂ 接続電線の負極側プラグ
７ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの太陽光熱伝導配管の出入り口
８ 太陽光電力の接続電線の正負極プラグ
９ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの太陽光熱伝導配管
１０ 電気回路コントローラ
１１ 太陽光熱の伝導配管に設置した循環ポンプ
１２ 太陽光熱の伝導配管に設置した循環ポンプの電源プラグ
１３ 貯湯槽内のらせん状配管の出口
１４ 貯湯槽内における直流電流の加熱棒
１５ 貯湯槽内へ流れる水の入口
１６ 貯湯槽の内缶の外側におけるらせん配管
１７ 商用電力の補助加熱棒
１８ 貯湯槽から水流れの出口
１９ 貯湯槽の内缶
２０ 商用電力の補助加熱棒のプラグ
２１ 貯湯槽の内缶の外側におけるらせん配管の水の入口
２２ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの裏蓋
２３ａ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの筐体のねじ孔
２３ｂ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの裏蓋のねじ孔
２３ｃ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルの裏蓋のねじ
２４ 金属伝導体Ｕ型又はＳ型環状配管
２５ 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネル側における太陽光電力の電線接続ボックス
２６ 太陽光熱と太陽光発電を一体化した貯湯槽部における直流加熱棒の取付け孔
２７ 太陽光熱と太陽光発電を一体化した貯湯槽の底基盤
２８ 太陽光熱と太陽光発電を一体化した貯湯槽の外ベース

Claims (11)

1. 結晶シリコン又は非結晶シリコン太陽光発電パネルユニットは直列と並列の併用接続により太陽光熱の熱伝導配管と太陽電池モジュールが一体化の組合せ装置になり、太陽エネルギーからの輻射熱を吸収するとともに、太陽エネルギーからの直流電力をそのまま貯湯槽内へ取込み、両者が同時に水を加熱する。
2. 太陽光パネル正面は太陽光発電モジュール構造であり、裏面はＵ型又はＳ型の金属熱伝導配管のフラット板である。Ｕ型又はＳ型の金属伝導配管はその出入り口をアルミウム合金筐体で固定し、熱伝達媒質の液体を配管内で流れるため、熱の吸収及び熱の伝導を行う。
3. 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネルにおいて、光熱吸収と熱伝導の金属導体Ｕ型又はＳ型配管は、密接に太陽光発電モジュールの裏板と結合し、最大限に熱の吸収及び熱の伝導を行う。
4. 太陽光熱と太陽光発電を一体化したパネル装置は、電線ケーブルを用いて直列と並列の併用接続方式で構成し、同時に太陽光熱の配管は出入り口で互いに直列接続し、太陽光発電モジュールと太陽光熱板がマトリックス配列に形成され、電気エネルギー及び熱エネルギーを採集する。
5. 熱伝導媒質体の液体は流動性が良く、熱伝導性能も良い防寒防凍性の液体を使用し、熱伝導性を高める。
6. 太陽光熱と太陽光発電を一体化した貯湯槽は、太陽光熱の吸収性能と太陽光発電からの直流電力による加熱できる構造を備える。
7. 太陽光熱と太陽光発電を一体化した貯湯槽の内部には、太陽光熱の取込みは熱伝導媒質の液体をらせん状の配管内で流動させ、暖めたらせん状の配管の外壁を通して熱を貯湯槽へ与えるする構造であり、貯湯槽の内缶が熱を吸収した後、熱を貯湯槽内の水へ伝導する。
8. 太陽光発電からの直流電力は、ＤＣ／ＡＣ変換せず貯湯槽内の加熱棒に連結し、水を加熱する。
9. 貯湯槽内に商用電力を使用する加熱棒を取付け、太陽のない日などの補助用として水を加熱する。
10. 太陽光熱の熱伝導及び熱吸収部分の制御は、貯湯槽内温度と設定した温度との差が検出された場合、熱伝導媒質の液体を流れさせるか、又は停止させることができる。
11. 太陽光発電の電力を供給する制御装置は、貯湯槽内の温度が設定した安全温度値を超えた場合、太陽光発電の電気加熱棒の運行又は停止を制御し、設置した自動計測と商用電力の補助加熱棒の運行又は停止も制御する。

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