JP2010040940A - Condensing photovoltaic power generator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、太陽光を光発電素子に集めて光電変換により発電する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus that collects sunlight into a photovoltaic element and generates electric power by photoelectric conversion.
従来、安全かつ環境に対する負荷を低減できる発電技術の一例として、太陽光エネルギを電気に変換する太陽光発電技術が知られている。そのエネルギ源である太陽光は、半永久的に得ることができるだけでなく、コストがかからない利点を有する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a solar power generation technique that converts solar energy into electricity is known as an example of a power generation technique that can safely and reduce the burden on the environment. The energy source, sunlight, can be obtained semipermanently and has the advantage of not being costly.
しかしながら太陽光エネルギのうち、太陽光エネルギを電気に変換する光電変換部において、電気に変換されなかった太陽光エネルギは最終的に熱に変わり、光電変換部の温度を上昇させて、光電変換効率を低下させる問題がある。また太陽光エネルギはエネルギ密度が低いので、発電効率を高めるために集光することもおこなわれているが、集光すると単位面積当たりの熱量も多くなるので、温度上昇による光電変換効率の低下が問題となる。 However, among the solar energy, in the photoelectric conversion unit that converts the solar energy into electricity, the solar energy that has not been converted into electricity is eventually converted into heat, and the temperature of the photoelectric conversion unit is increased, resulting in photoelectric conversion efficiency. There is a problem of lowering. In addition, since the energy density of solar energy is low, it is also concentrated to increase power generation efficiency. However, if the light is concentrated, the amount of heat per unit area increases, so the photoelectric conversion efficiency decreases due to temperature rise. It becomes a problem.
そのため、従来では電気に変換されず、光電変換部の温度を上昇させて、光電変換効率を低下させる熱量を減少させることが検討されている。言い換えると、光電変換部を冷却することが検討されている。その一例が特許文献1ないし7に記載されている。
Therefore, conventionally, it has been studied to increase the temperature of the photoelectric conversion unit without being converted to electricity and to reduce the amount of heat that decreases the photoelectric conversion efficiency. In other words, it has been studied to cool the photoelectric conversion unit. Examples thereof are described in
特許文献1に記載された太陽光発電システムは、光電変換部において、電気に変換されず熱となった太陽光エネルギを、太陽電池素子の背面に設けた蓄熱部に蓄熱し、熱電変換に利用することによって、太陽電池素子の昇温を抑制しながら、システム全体として太陽光エネルギの変換効率を向上できるように構成されている。そのため、光電変換部の温度上昇を抑制できるので、変換効率の低下を抑制し、また熱電変換を組み合わせることによって、システム全体として太陽光エネルギの変換効率が向上するとしている。
The photovoltaic power generation system described in
特許文献2に記載されたソーラーシステム、ソーラーシステムの運転方法、プログラム、及び記録媒体は、日射強度が増して太陽電池パネルの温度が上昇した場合に、太陽電池パネルの温度上昇に応じて、太陽電池パネルの裏面に配置された第一の蓄熱部と、太陽光エネルギの影響を受けず、かつ大気に対して断熱された第二の蓄熱部との間において、ポンプを用いて蓄熱材を移動させて太陽電池パネルの温度上昇を抑制できるように構成されている。そのため、太陽電池パネルの温度上昇を日射強度に応じて制御できるので、太陽光エネルギの変換効率の低下を抑制して太陽光エネルギの変換効率が向上するとしている。
The solar system, the solar system operating method, the program, and the recording medium described in
特許文献3に記載された太陽熱を利用した発電方法および発電装置は、太陽光を集光して太陽光エネルギ密度を高め、太陽熱を熱源としてヒートパイプを加熱してペルチエ素子に伝熱し、加熱されたペルチエ素子によって起電されるように構成されている。すなわち、太陽光エネルギを電気に変換する場合に問題となる熱に変換される太陽光エネルギを積極的に用いて熱電変換によって発電するので、熱による変換効率の低下を回避できるとしている。
The power generation method and power generation apparatus using solar heat described in
特許文献4に記載された太陽エネルギコレクタは、ガラスあるいはプラスチックなどの太陽光透過性材料によってヒートパイプのコンテナを形成し、そのコンテナの内部に作動流体、ウィックとともに太陽エネルギ発電素子を封入して、太陽エネルギを電気に変換するだけでなく、光電変換効率を低下させる熱に変換された太陽エネルギを熱輸送できるように構成されている。そのため、太陽光エネルギが熱に変換されて、光電変換効率を低下させる場合に、速やかに熱を輸送できるので、光電変換効率の低下を抑制できるとしている。
The solar energy collector described in
特許文献5に記載された太陽エネルギ変換装置は、半導体薄膜太陽電池と半導体薄膜太陽電池を透過する波長領域の太陽光を吸収して熱に変換する熱吸収層とを透光性基板上に形成し、また熱吸収層が生じた熱をヒートパイプによって熱輸送できるように構成されている。そのため、システム全体としての太陽光エネルギの変換効率を向上させることができるとしている。
The solar energy conversion device described in
特許文献6に記載されたソーラーヒートポンプシステムは、太陽電池の温度上昇を抑制し、また太陽電池の温度を均一化させるために、太陽電池の裏面に配置させた熱伝導板あるいはヒートパイプから成る太陽熱伝導部を冷媒が流通する冷媒配管に熱伝達可能に接続されて構成されている。そのため、太陽光エネルギが熱に変換されて、その熱による光電変換効率の低下を回避し、システム全体としての太陽光エネルギの変換効率を向上させることができるとしている。
The solar heat pump system described in
特許文献7に記載された太陽電池の集熱装置は、太陽電池の裏面に、ヒートパイプからなる集熱装置が配置され、太陽電池の温度の上昇をヒートパイプによって熱輸送できるように構成されている。そのため、太陽電池の温度上昇を抑制できるので、太陽光エネルギが熱に変換されて、その熱による光電変換効率の低下を回避し、システム全体としての太陽光エネルギの変換効率を向上させることができるとしている。
The solar battery heat collecting apparatus described in
上記の特許文献1ないし7に記載された各装置は、太陽光エネルギが電気に変換されずに熱に変換され、光電変換部の温度が昇温される場合に、ヒートパイプあるいはポンプによって冷媒を流通させるなどの熱輸送手段を用いて熱を蓄熱部に熱輸送して、光電変換部の温度上昇を抑制できるように構成されている。しかしながら、電気に変換されず、熱に変換され、その熱を蓄熱する構成は、システムに照射される太陽光エネルギの変換効率の低下を抑制するためには有効であるが、光電変換部を積極的には冷却できないうえに、例えば熱を蓄熱するためには冷媒を循環させるためのポンプの動力源として電力が必要となり、発電した電力の一部をシステムの維持に用いなければならない。また蓄熱された熱を電気に変換するために熱電変換装置が別に必要になり、システムが複雑化する虞がある。さらにまた、蓄熱された熱を熱源として利用する場合は、その蓄熱を利用する環境や熱輸送手段が別に必要になり、同じくシステムが複雑化する虞がある。
In each of the devices described in
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、発電した電力を全て出力でき、かつその構成が簡素化した集光型太陽光発電装置を提供することを目的とするものである。 This invention was made paying attention to said technical subject, and aims at providing the concentrating solar power generation device which can output all the generated electric power, and the structure was simplified. is there.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、太陽光を反射板によって集光して光発電素子に照射し、該光発電素子によって電力を得る集光型太陽光発電装置において、大気中に放熱して冷熱を蓄えかつその蓄えた冷熱によって前記光発電素子を冷却する気中放熱冷却機構を備えていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記気中放熱冷却機構は、前記光発電素子に接触させられて該光発電素子と熱交換する熱交換部と、大気中に放熱する気中放熱部と、これら熱交換部と気中放熱部との間で熱を輸送する熱輸送手段とを含むことを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the air heat radiation cooling mechanism includes a heat exchanging unit that is brought into contact with the photovoltaic device and exchanges heat with the photovoltaic device, and an air that radiates heat to the atmosphere. It is characterized by including a middle heat radiating portion and heat transport means for transporting heat between the heat exchanging portion and the air heat radiating portion.
請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、気中放熱部は、冷熱を蓄える蓄冷部と、該蓄冷部から運ばれた熱を大気中に放散させる放熱フィンとを備えていることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the air radiating section includes a cold storage section that stores cold heat, and a heat radiation fin that dissipates heat carried from the cold storage section into the atmosphere. It is characterized by this.
請求項4の発明は、請求項3の発明において、前記蓄冷部は、前記光発電素子よりも曲率中心に対して前記反射板とは反対側に配置され、前記熱輸送手段は、その蓄冷部と前記熱交換部との間で熱輸送するサーモサイホンもしくはヒートパイプによって構成されていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the cool storage unit is disposed on the opposite side of the reflector with respect to the center of curvature with respect to the photovoltaic element, and the heat transport means includes the cool storage unit And a heat siphon or a heat pipe that transports heat between the heat exchanger and the heat exchanger.
請求項5の発明は、請求項3の発明において、前記蓄冷部は、前記反射板の背面側に配置されていることを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the cold storage section is disposed on the back side of the reflector.
請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記蓄冷部の前記反射板とは反対側の表面に、前記放熱フィンが配置され、その放熱フィンと前記蓄冷部とがサーモサイホンもしくはヒートパイプによって熱伝達可能に連結されていることを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the invention, the radiating fin is disposed on a surface of the cold storage portion opposite to the reflector, and the radiating fin and the cold storage portion are a thermosiphon or a heat pipe. It is characterized by being connected so that heat transfer is possible.
請求項7の発明は、請求項3ないし5のいずれかに記載の発明において、前記蓄冷部は、蓄冷材と、その蓄冷材の内部に埋没した状態に配置された内部フィンと、その内部フィンと前記放熱フィンとを熱伝達可能に連結するサーモサイホンもしくはヒートパイプとを備えていることを特徴とするものである。
The invention of
請求項8の発明は、請求項3ないし7のいずれかに記載の発明において、前記蓄冷部は、蓄冷材と、前記熱交換部から運ばれた熱を前記蓄冷材の全体に拡散させて伝達する熱拡散板とを備えていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項9の発明は、請求項2または3に記載の発明において、前記熱輸送手段は、前記熱交換部と前記気中放熱部とを連結する循環路と、その循環路の内部を流動する熱輸送媒体と、前記循環路の途中に介装されかつ前記熱輸送媒体を加圧して流動させるポンプとを含むことを特徴とするものである。
The invention according to
請求項10の発明は、請求項3ないし5のいずれかに記載の発明において、前記蓄冷部は、蓄冷材と、その蓄冷材の内部に埋没した状態に配置された複数本のパイプと、それらのパイプの一端部を連通させている第1のヘッダーと、前記パイプの他端部を連通させている第2のヘッダーと、これら各パイプおよび各ヘッダーの内部に充填された熱輸送媒体とを含み、前記熱輸送手段は、前記熱輸送媒体を前記熱交換部と各ヘッダーならびにパイプとの間で循環流動させるように構成されていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項11の発明は、請求項10に記載の発明において、前記各パイプの外周面に取り付けられかつ前記蓄熱材中に埋設された内部フィンを更に備えていることを特徴とするものである。
The invention of
請求項12の発明は、請求項10または11に記載の発明において、一部が前記蓄冷材を貫通し、かつ他の部分が前記蓄冷部の外部の大気中に露出させられたループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプを更に備え、そのサーモサイホンもしくはヒートパイプの大気中に露出した部分に前記放熱フィンが取り付けられていることを特徴とするものである。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention according to the tenth or eleventh aspect, a loop-type thermometer in which a part of the regenerator material is penetrated and the other part is exposed to the atmosphere outside the regenerator part. A siphon or a heat pipe is further provided, and the heat radiating fin is attached to a portion of the thermo siphon or the heat pipe exposed to the atmosphere.
請求項1の発明によれば、大気中に放熱して冷熱を蓄えかつその蓄えた冷熱によって光発電素子を冷却する気中放熱冷却機構が備えられているので、動力を用いずに蓄冷でき、熱による光電変換効率の低下を抑制あるいは低減させることができる。 According to the first aspect of the present invention, since an air heat radiation cooling mechanism is provided that radiates heat into the atmosphere to store cold energy and cools the photovoltaic element by the stored cold heat, it can store cold without using power, A decrease in photoelectric conversion efficiency due to heat can be suppressed or reduced.
請求項2の発明によれば、請求項1の発明による効果と同様の効果に加えて、気中放熱冷却機構は、光発電素子と接触して熱交換する熱交換部と、大気中に放熱する気中放熱部と、これら熱交換部と気中放熱部との間で熱を輸送する熱輸送手段とを備えているので、太陽光を受光する光発電素子には、その熱を奪う熱交換部のみを接触させ、奪った熱を放熱する気中放熱部は熱輸送手段によってその配置を太陽光の受光に影響を受けにくい、あるいは影響を受けない位置に配置することができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、請求項1または2の発明による効果と同様の効果に加えて、気中放熱部は蓄冷する蓄冷部と、蓄冷部から輸送された熱を大気中に放熱する放熱フィンを備えているので、その蓄冷熱によって光発電素子が冷却されて、熱による光電変換効率の低下を抑制あるいは低減させることができる。また放熱フィンによって蓄冷部への蓄冷を促進させることができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、請求項3の発明による効果と同様の効果に加えて、蓄冷部が光発電素子よりも曲率中心に対して前記反射板とは反対側に配置されているので、熱輸送手段としてサーモサイホンもしくはヒートパイプによって光発電素子から熱交換部を介して、蓄冷部へ熱輸送をおこなうことができる。その結果、その蓄冷熱によって光発電素子が冷却されて、熱による光電変換効率の低下を抑制あるいは低減させることができる。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、請求項3の発明による効果と同様の効果に加えて、蓄冷部は太陽光を集光する反射板の背面側に配置されているので、太陽光の影響を受けにくく、あるいは太陽光の影響を受けない。その結果、太陽光によって蓄冷部が暖められることを防止あるいは抑制することができる。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、請求項5の発明による効果と同様の効果に加えて、蓄冷部に放熱フィンが配置され、これら蓄冷部と放熱フィンとがサーモサイホンもしくはヒートパイプによって熱伝達可能に連結されているので、放熱フィンによって蓄冷部への蓄冷を促進させることができる。
According to the invention of
請求項7の発明によれば、請求項3ないし5のいずれかの発明による効果と同様の効果に加えて、蓄冷部は、蓄冷材と蓄冷材に埋没した内部フィンと、内部フィンと放熱フィンとを熱伝達可能に連結するサーモサイホンもしくはヒートパイプとによって構成されているので、蓄冷部の内部、すなわち蓄冷材に伝達された熱は内部フィンからサーモサイホンもしくはヒートパイプによって放熱フィンに伝熱されて、大気中に放熱される。その結果、蓄冷部の内部に熱が滞らないので、蓄冷部の蓄冷を促進させることができる。
According to the invention of
請求項8の発明によれば、請求項3ないし7のいずれかの発明による効果と同様の効果に加えて、蓄冷部の内部に、光発電素子の熱を奪い熱交換部から伝熱された熱を蓄熱材全体に拡散させる熱拡散板が配置されているので、蓄熱部全体に熱を伝達させることができる。その結果、蓄冷部に伝達された熱が局所的に留まらないので、蓄冷熱による光発電素子の冷却を促進させることができる。
According to the invention of
請求項9の発明によれば、請求項2または3の発明による効果と同様の効果に加えて、熱輸送手段は熱交換部と気中放熱部とを連結する循環路と、その循環路の内部を流動する熱輸送媒体と、熱輸送媒体を加圧して流動させるポンプを備えているので、循環路を流動させる熱輸送媒体の量を制御することによって、熱交換部の温度に応じた冷却をおこなうことができる。また、ポンプによって熱輸送媒体を流動させるので、気中放熱部を自由に配置することができる。 According to the ninth aspect of the invention, in addition to the same effect as that of the second or third aspect of the invention, the heat transporting means connects the heat exchanging part and the air heat radiating part, and the circulation path. Since it is equipped with a heat transport medium that flows inside and a pump that pressurizes and flows the heat transport medium, the amount of heat transport medium that flows through the circulation path is controlled, so that cooling according to the temperature of the heat exchange section Can be done. In addition, since the heat transport medium is caused to flow by the pump, the air radiating portion can be freely arranged.
請求項10の発明によれば、請求項3ないし5のいずれかの発明による効果と同様の効果に加えて、蓄冷部は蓄冷材と蓄冷材の内部に埋没した状態に配置された複数本のパイプと、これらのパイプの一端を連通させている第一のヘッダーと、これらのパイプの他端を連通させている第二のヘッダーと、これらの各パイプと各ヘッダーの内部に熱輸送媒体が充填されて、熱輸送手段はこの熱輸送媒体を熱交換部と各ヘッダーと各パイプとの間で循環流動させるので、熱輸送媒体は光発電素子の熱を奪い熱交換部から伝熱された熱を蓄冷部に伝達させることができる。
According to the invention of
請求項11の発明によれば、請求項10の発明による効果と同様の効果に加えて、各パイプの外周面に、蓄熱材中に埋没された内部フィンが設けられているので、内部フィンがない場合と比較して熱輸送媒体によって伝達された熱を蓄熱材全体に伝熱させることができる。
According to the invention of
請求項12の発明によれば、請求項10または11の発明による効果と同様の効果に加えて、ループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプの一部が蓄熱材を貫通し、他の大気中に露出した部分に放熱フィンが取り付けられているので、蓄熱材に伝達された熱はループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプに伝熱されて、その大気中に露出した部分に設けられた放熱フィンから大気中に放熱させることができる。また、サーモサイホンもしくはヒートパイプによって大気中に放熱されるので、大気中の熱が蓄熱材に伝達されるのを防止もしくは抑制することができる。
According to the invention of
つぎにこの発明を図面を参照しながら具体的に説明する。この発明に係る集光型太陽光発電装置の基本的な構成例を図1に模式的に示してある。太陽光1を反射するパラボラ反射板2が設けられ、その焦点に相当する位置に光発電素子3が配置されている。また光発電素子3の反射光を受光する受光面とは反対側に、光発電素子3に接触して電気に変換されずに、熱に変換されて光発電素子3の温度を昇温させる熱を奪う気中放熱冷却機構4が配置されている。ここで、気中放熱冷却機構4は、反射光を受光する光発電素子3の受光面とは反対側に接触して冷却できる構成であればよい。したがって気中放熱冷却機構4は、例えば一対の光発電素子3に挟まれて配置された構成としてもよい。その構成例を図2に模式的に示してある。なお、気中放熱冷却機構4は光発電素子3に生じた熱を受ける熱交換部5と、熱輸送をおこなう熱輸送手段と、熱輸送された熱を大気中に放熱する気中放熱部6とから構成されている。また気中放熱部6は冷熱を蓄える蓄冷部7と、蓄冷部7から伝達された熱を大気中に放熱する放熱フィン8とを有している。
Next, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. A basic configuration example of a concentrating solar power generation device according to the present invention is schematically shown in FIG. A
この発明に係る集光型太陽光発電装置は、いずれも図1または図2に示した基本的な構成を備えており、以下にその実施例について具体的に説明する。 Each of the concentrating solar power generation devices according to the present invention has the basic configuration shown in FIG. 1 or FIG. 2, and the embodiment will be specifically described below.
図3に示す例では、パラボラ反射板2によって反射させた太陽光1の焦点に配置された光発電素子3に、電気に変換されずに、熱に変換されて光発電素子3の温度を昇温させる熱を奪う熱交換部5を接触させた。その熱交換部5が奪った熱は熱輸送手段によって、気中放熱部6に伝熱されて、光発電素子3が冷却されるように構成されている。
In the example shown in FIG. 3, the
上記の熱輸送手段はループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9から構成され、ループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9の蒸発部が熱交換部5とされ、凝縮部は放熱フィン8を有する気中放熱部6とされている。図示しないが、ループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9とは、銅あるいは銅合金から成るコンテナの内部に、非凝縮性ガスを脱気して、減圧下において揮発性の作動流体が封入されて、封止されている。また、作動流体を還流させるウィックなどの毛細管現象を利用した多孔質材を封入してもよい。作動流体には、凝固点や沸点を考慮して水やアルコールなどが用いられる。
The heat transport means is composed of a loop-type thermosiphon or
光発電素子3が反射光を受光して、その反射光の一部が熱に変換されると、その熱によって光発電素子3の温度が上昇する。その光発電素子3に生じた熱は、光発電素子3に接触する熱交換部5、すなわちループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9の蒸発部に伝熱され、ここで作動流体が蒸発することによってその熱が作動流体に奪われる。光発電素子3に生じた熱を奪って蒸気化された作動流体は、放熱フィン8を有する気中放熱部6、すなわち凝縮部に移動される。蒸気化された作動流体によって凝縮部に伝達された熱は、放熱フィン8に伝熱され、ここで、放熱フィン8から大気中に放熱される。この時凝縮部では、蒸気化された作動流体が熱を奪われることによって再凝縮されて、自然滴下もしくは毛細管現象によって蒸発部へ還流される。これを繰り返すことによって、光発電素子3に生じた熱は、放熱フィン8によって大気中に放熱されて、光発電素子3が冷却されるように構成されている。
When the
このようにして光発電素子3が冷却されるので、熱によって光電変換効率が低下することを防止あるいは抑制することができ、起電力の安定した太陽光発電ができる。また光発電素子3の冷却に動力を用いず、またシステムの維持に電力を使用することがないので、発電した電力を全て出力することができる。
Thus, since the
図4に示す例では、パラボラ反射板2によって反射させた太陽光1の焦点に光発電素子3が配置され、光発電素子3の反射光の受光面とは反対側に、光発電素子3に生じた熱を奪う熱交換部5を接触させて配置されている。熱交換部5によって奪われた熱は、熱輸送手段によって、パラボラ反射板2の背面側に配置された蓄冷部7に伝熱されて、光発電素子3が冷却されるように構成されている。熱輸送手段はループ型のヒートパイプ9から構成され、ループ型のヒートパイプ9の蒸発部が光発電素子3に接触する熱交換部5とされ、凝縮部は蓄冷部7を有する気中放熱部6とされている。熱交換部5と気中放熱部6とは、熱輸送手段としてのループ型のヒートパイプ9によって熱伝達可能に連結されている。すなわち、熱伝達可能に連結された気中放熱部6によって光発電素子3が冷却されるように構成されている。図4において、(a)は斜視図であり、(b)は側面図であり、(c)は背面図であり、(d)は部分拡大図である。
In the example shown in FIG. 4, the
上記の光発電素子3は熱交換部5を挟み、パラボラ反射板2とは反対側に配置されている。熱交換部5は光発電素子3に生じた熱を拡散させる熱拡散板10と、熱拡散板10に接触し、熱輸送手段としてのループ型のヒートパイプ9の受熱部、すなわちループ型のヒートパイプ9の内部に封入された作動流体を蒸発させる蒸発部とから構成されている。熱輸送手段としてのループ型のヒートパイプ9には、作動流体を還流させるウィックなどの毛細管力を発生させる多孔質材が封入されている。パラボラ反射板2の背面側に配置されている蓄冷部7のパラボラ反射板2とは反対側の表面に、ループ型のヒートパイプ9によって蓄冷部7に伝達された熱を大気中に放熱させる放熱フィン8が配置されている。蓄冷部7と放熱フィン8とはループ型のヒートパイプ11によって熱伝達可能に連結されている。
The
光発電素子3に生じた熱が伝熱される蓄冷部7は、その内部に冷熱を蓄える蓄冷材12が充填されている。また蓄冷部7は、熱輸送手段によって伝達された熱を蓄冷材12に均一に分散させるために、ループ型のヒートパイプ9の凝縮部に接触し、かつパラボラ反射板2の端部に向かって熱輸送をおこなう複数のL字型のヒートパイプ13と、ループ型のヒートパイプ9の凝縮部に接触し、蓄冷材12の全体に熱を拡散させる蓄冷部用熱拡散板14と、蓄冷部用熱拡散板14に接触して設けられた内部フィン15とから構成されている。また内部フィン15と、蓄冷部7のパラボラ反射板2とは反対側の表面に配置された放熱フィン8とは、ループ型のヒートパイプ11によって熱伝達可能に連結されている。ループ型のヒートパイプ11によって蓄冷部7から放熱フィン8に伝達された熱は、放熱フィン8から大気中に放熱できるように構成されている。その概略図を図5に示してある。図5において、(a)は実施例2の簡略化した内部構造図であり、(b)は斜視図であり、(c)は内部構造の部分拡大図であり、(d)は断面図である。
The
光発電素子3が反射光を受光して、その反射光の一部が熱に変換されて光発電素子3の温度が上昇すると、その熱は接触する熱交換部5、すなわち熱拡散板10とループ型のヒートパイプ9の蒸発部に伝熱されて、ループ型のヒートパイプ9の内部に封入された作動流体が蒸気化されることによって、光発電素子3に生じた熱が奪われる。そして、蒸気化された作動流体は、蓄冷材12に埋没したループ型のヒートパイプ9の凝縮部に移動される。凝縮部では蒸気化された作動流体によって伝達された熱が、蓄冷材12の全体にその熱を伝達させる複数のL字型のヒートパイプ13と蓄冷部用熱拡散板14とに奪われて作動流体が凝縮される。蓄冷部用熱拡散板14に伝熱された熱は、その表面に設けられた内部フィン15から、ループ型のヒートパイプ11によって蓄冷部7の表面に配置された放熱フィン8に伝熱されて、大気中に放熱される。これを繰り返すことによって、光発電素子3に生じた熱は、大気中に放熱されて、光発電素子3が冷却されるように構成されている。
When the
このようにして光発電素子3が冷却されるので、熱によって光電変換効率が低下することを防止あるいは抑制することができ、起電力の安定した太陽光発電ができる。また光発電素子3の冷却に動力を用いず、またシステムの維持に電力を使用することがないので、発電した電力を全て出力することができる。さらにまた気中放熱冷却機構4によって、光発電素子3に生じた熱が奪われるだけでなく、例えば夜間などの外気温が蓄冷部7の温度より下がった場合には、放熱フィン8から蓄冷材12の熱が奪われて、蓄冷材12に冷熱が蓄えられる。その蓄えられた蓄冷熱は日中の太陽光発電時に、光発電素子3の冷却に利用され、光発電素子3の冷却を促進することができる。
Thus, since the
図6に示す例では、パラボラ反射板2によって反射させた太陽光1の焦点に光発電素子3が配置され、光発電素子3の反射光の受光面とは反対側に、光発電素子3に生じた熱を奪う熱交換部5を光発電素子3に接触させて配置されている。熱交換部5が奪った光発電素子3に生じた熱は、熱輸送手段によって、気中放熱部6に伝熱され、光発電素子3を冷却できるように構成されている。気中放熱部6は、パラボラ反射板2の背面側に配置されている。熱輸送手段はループ型のヒートパイプ9から構成され、ループ型のヒートパイプ9の蒸発部が光発電素子3に接触する熱交換部5とされ、凝縮部は熱輸送手段によって熱伝達可能に連結された気中放熱部6とされている。
In the example shown in FIG. 6, the
上記の光発電素子3はパラボラ反射板2によって反射された太陽光1の焦点に配置されている。熱輸送手段は、ループ型のヒートパイプ9から構成されている。熱交換部5は、光発電素子3の受光面とは反対側に光発電素子3に接触させて配置されている。また熱交換部5は、熱輸送手段と光発電素子3との間に設けた光発電素子3に生じた熱を光発電素子3に接触させて拡散させる熱拡散板10と、熱輸送手段としてのループ型のヒートパイプ9の受熱部、すなわちループ型のヒートパイプ9の内部に封入した作動流体を蒸発させる蒸発部とから構成されている。熱輸送手段であるループ型のヒートパイプ9には、作動流体を毛細管力によって還流させるウィックなどの多孔質材が封入されている。気中放熱部6はパラボラ反射板2の背面側に配置され、蓄冷部7と蓄冷部7に伝達された熱を大気中に放熱させるための複数の放熱フィン8と、蓄冷部7と複数の放熱フィン8とを熱伝達可能に連結する複数のループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ16とから構成されている。光発電素子3に生じた熱が伝熱される気中放熱部6である蓄冷部7は、その内部に冷熱を蓄える蓄冷材12が充填されている。また蓄冷部7は、熱輸送手段によって伝達された熱を充填された蓄冷材12に均一に分散させるために、ループ型のヒートパイプ9の凝縮部に接触し、かつパラボラ反射板2の端部に向かってパラボラ反射板2の形状に合わせて湾曲した蓄冷部用熱拡散板14が蓄冷材12に埋没されている。蓄冷部用熱拡散板14は、ループ型のヒートパイプ9と熱伝達可能に接触させて配置されている。複数のループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ16はパラボラ反射板2の形状に合わせて湾曲され、蓄冷部用熱拡散板14にその全体もしくは一部を熱伝達可能に接触させて配置されている。複数の放熱フィン8は、パラボラ反射板2の縁部に配置されている。ループ型のヒートパイプ9には、その内部に作動流体を還流させるウィックなどの毛細管力を発生させる多孔質材が封入されている。
The
光発電素子3が反射光を受光して、その反射光の一部が熱に変換されて光発電素子3の温度が上昇すると、光発電素子3に接触して配置され、その熱を奪う熱交換部5に、すなわち熱拡散板10とループ型のヒートパイプ9の蒸発部とに伝熱される。光発電素子3に生じた熱がループ型のヒートパイプ9に伝熱されると、その内部に封入された作動流体が蒸気化され、光発電素子3に生じた熱を奪い、蒸気化された作動流体は、蓄冷材12に埋没したループ型のヒートパイプ9の凝縮部に移動される。凝縮部では、蒸気化された作動流体によって伝達された熱が蓄冷材12とその熱を内部に拡散させる蓄冷部用熱拡散板14とに奪われて、作動流体が凝縮する。蓄冷部用熱拡散板14に伝達された熱は、蓄冷部用熱拡散板14に熱伝達可能に接触する複数のループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ16から、パラボラ反射板2の縁部に配置された複数の放熱フィン8に伝熱されて、放熱フィン8から大気中に放熱される。これを繰り返すことによって、光発電素子3に生じた熱は、大気中に放熱されて、光発電素子3が冷却されるように構成されている。
When the
このようにして光発電素子3が冷却されるので、熱によって光電変換効率が低下することを防止あるいは抑制することができ、起電力の安定した太陽光発電ができる。また光発電素子3の冷却に動力を用いず、またシステムの維持に電力を使用することがないので、発電した電力を全て出力することができる。さらにまた気中放熱冷却機構4によって、光発電素子3に生じた熱が奪われるだけでなく、例えば夜間などの外気温が蓄冷部7の温度より下がった場合には、放熱フィン8から蓄冷材12の熱が奪われて、蓄冷材12に冷熱が蓄えられる。その蓄えられた蓄冷熱は日中の太陽光発電時に、光発電素子3の冷却に利用され、光発電素子3の冷却を促進することができる。
Thus, since the
図7に示す例は、パラボラ反射板2によって反射させた太陽光1の焦点に光発電素子3が配置され、光発電素子3よりも鉛直方向で上方に気中放熱冷却機構4の蓄冷部7が配置されている。光発電素子3の反射光の受光面とは反対側に、光発電素子3に生じた熱を奪う熱交換部5を光発電素子3に接触させて配置されている。熱交換部5が奪った光発電素子3に生じた熱は、熱輸送手段によって、気中放熱部6に伝熱されて、冷却できるように構成されている。熱輸送手段にはループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9から構成され、ループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9の蒸発部が光発電素子3に接触する熱交換部5とされ、凝縮部は熱輸送手段によって熱伝達可能に連結された気中放熱部6とされている。
In the example shown in FIG. 7, the
上記の光発電素子3はパラボラ反射板2によって反射された太陽光1の焦点に配置されている。熱輸送手段は、ループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9から構成されている。熱交換部5は光発電素子3に接触し、光発電素子3に生じた熱を気中放熱部6に熱輸送するループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9の内部に封入されている作動流体を蒸発させる蒸発部から構成されている。気中放熱部6は、冷熱を蓄える蓄冷部7と、蓄冷部7から伝達された熱を大気中に放熱する放熱フィン8と、蓄冷部7から放熱フィン8に熱輸送するループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ11とから構成されている。また光発電素子3に生じた熱を気中放熱部6に熱輸送する熱輸送手段は、蓄冷部7の一端のヘッダー17によって蓄冷部7の内部に埋没する複数本のパイプ18に分岐され、他端のヘッダー19によって収束されるように構成されている。分岐された複数本のパイプ18の外周側には、複数本のパイプ18に熱伝達可能に接触した内部フィン15が設けられ、熱輸送手段によって伝達された熱を蓄冷部7に充填された蓄冷材12に拡散できるように構成されている。放熱フィン8はパラボラ反射板2とは反対側の蓄冷部7の表面に配置されている。放熱フィン8と蓄冷部7とはループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ11によって熱伝達可能に連結され、蓄冷部7に伝達された熱を放熱フィン8から大気中に放熱できるように構成されている。内部フィン15は蓄冷部7に伝達された熱を放熱フィン8へ伝熱するループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ11に熱伝達可能に接触されている。その概略図を図8に示してあり、(a)は上記に示す例の概略図であり、(b)は側面図である。図9には図8に示す例の内部構造の一部を示してあり、(a)は蓄冷部7の透視図であり、(b)は気中放熱部6の透視図である。
The
光発電素子3が反射光を受光して、その反射光の一部が熱に変換されて光発電素子3の温度が上昇すると、その熱は光発電素子3に接触する熱交換部5、すなわちループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9の蒸発部に伝熱される。光発電素子3に生じた熱がループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9に伝熱されると、その内部に封入された作動流体が蒸気化され、光発電素子3に生じた熱を奪い、蒸気化された作動流体は、蓄冷材12に埋没したループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9の凝縮部に移動される。気中放熱部6を構成する蓄冷材12が充填された蓄冷部7に伝熱されると、ループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ9の凝縮部において、その熱は蓄冷材12と伝達された熱を蓄冷部7の内部に拡散させる内部フィン15とにさらに伝熱されて奪われて、作動流体が凝縮される。蓄冷部7に伝達された熱は、その内部に埋没して配置された内部フィン15に熱伝達可能に接触させられたループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ11によって蓄冷部7の表面に配置された放熱フィン8に伝熱され、大気中に放熱される。これを繰り返すことによって、光発電素子3に生じた熱は、大気中に放熱されて、光発電素子3が冷却されるように構成されている。
When the
このようにして光発電素子3が冷却されるので、熱によって光電変換効率が低下することを防止あるいは抑制することができ、起電力の安定した太陽光発電ができる。また光発電素子3の冷却に動力を用いず、またシステムの維持に電力を使用することがないので、発電した電力を全て出力することができる。さらにまた気中放熱冷却機構4によって、光発電素子3に生じた熱が奪われるだけでなく、例えば夜間などの外気温が蓄冷部7の温度より下がった場合には、放熱フィン8から蓄冷材12の熱が奪われて、蓄冷材12に冷熱が蓄えられる。その蓄えられた蓄冷熱は日中の太陽光発電時に、光発電素子3の冷却に利用され、光発電素子3の冷却を促進することができる。
Thus, since the
図10に示す例は、パラボラ反射板2によって反射させた太陽光1の焦点に光発電素子3が配置され、光発電素子3の反射光の受光面とは反対側に、光発電素子3に生じた熱を奪う熱交換部5が光発電素子3に接触させられて配置されている。熱交換部5が奪った光発電素子3に生じた熱は、循環路20の内部に充填させた熱輸送媒体21に伝熱される。光発電素子3に生じた熱を伝熱された熱輸送媒体21は、ポンプ22によってパラボラ反射板2の背面側に配置された気中放熱部6に流動されるように構成されている。
In the example shown in FIG. 10, the
上記のパラボラ反射板2によって反射させた太陽光1の焦点に光発電素子3が配置され、光発電素子3の受光面とは反対側に光発電素子3に接触させて光発電素子3に生じた熱を奪う熱交換部5が配置されている。またパラボラ反射板2の背面側に蓄冷部7が配置されている。さらにまた熱交換部5と蓄冷部7とは、循環路20によって連結されている。循環路20の内部には、流動する熱輸送媒体21が充填されている。熱輸送媒体21は循環路20の途中に介装されているポンプ22によって加圧流動されて、熱交換部5と蓄冷部7との間で熱輸送できるように構成されている。熱輸送媒体21を加圧流動させるポンプ22は、太陽光発電によって発電した電力によって駆動されるように構成されている。光発電素子3に生じた熱を伝達する熱輸送媒体21を流通させる循環路20は、蓄冷部7の一端のヘッダー17によって蓄冷部7に充填された蓄冷材12に埋没する複数本のパイプ18に分岐され、他端のヘッダー19によって収束されるように構成されている。分岐された複数本のパイプ18の外周側には、複数本のパイプ18に熱伝達可能に接触した内部フィン15が設けられ、伝達された熱を蓄冷材12に拡散できるように構成されている。その概略図を図11に示してある。図11において、(a)は上記に示す例の概略図であり、(b)は光発電素子3と熱交換部5との部分拡大図であり、(c)は蓄冷部7の透視図であり、(d)は蓄冷部7の断面図である。
The
光発電素子3が反射光を受光して、その反射光の一部が熱に変換されて光発電素子3の温度が上昇すると、その熱は接触する熱交換部5、すなわち循環路20の内部に充填された熱輸送媒体21に伝熱される。光発電素子3に生じた熱を奪った熱輸送媒体21は、ポンプ22によって加圧流動されて、気中放熱部6に流動される。気中放熱部6を構成する蓄冷部7に熱輸送媒体21が流動されると、熱輸送媒体21を流通させる循環路20は一端のヘッダー17から複数本のパイプ18に分岐され、その複数本のパイプ18と複数本のパイプ18の外周側に接触して配置された内部フィン15とによって熱輸送媒体21が伝達した熱が蓄冷材12に奪われる。蓄冷材12に熱を奪われた熱輸送媒体21を流動させる複数本のパイプ18は他端のヘッダー19によって収束され、熱輸送媒体21は再び熱交換部5へ流動される。これを繰り返すことによって、光発電素子3に生じた熱は、熱輸送媒体21によって伝熱され、蓄冷部7に蓄えられた蓄冷熱によって奪われて、光発電素子3が冷却されるように構成されている。
When the
このようにして光発電素子3が冷却されるので、熱によって光電変換効率が低下することを防止あるいは抑制することができ、起電力の安定した太陽光発電ができる。また気中放熱冷却機構4によって、光発電素子3に生じた熱が奪われるだけでなく、例えば夜間などの外気温が蓄冷部7の温度より下がった場合には、熱交換部5から蓄冷材12の熱が奪われて、蓄冷材12に冷熱が蓄えられる。その蓄えられた蓄冷熱は日中の太陽光発電時に、光発電素子3の冷却に利用され、光発電素子3の冷却を促進することができる。
Thus, since the
図12に示す例は、パラボラ反射板2によって反射させた太陽光1の焦点に光発電素子3が配置され、光発電素子3の反射光の受光面とは反対側に、光発電素子3に生じた熱を奪う熱交換部5が光発電素子3に接触させられて配置されている。熱交換部5が奪った光発電素子3に生じた熱は、循環路20の内部に充填させた熱輸送媒体21に伝熱される。光発電素子3に生じた熱を伝熱させる熱輸送媒体21は、ポンプ22によってパラボラ反射板2の背面側に配置された気中放熱部6に流動されるように構成されている。
In the example shown in FIG. 12, the
上記のパラボラ反射板2によって反射させた太陽光1の焦点に光発電素子3が配置され、光発電素子3の受光面とは反対側に光発電素子3に熱伝達可能に接触させて熱交換部5が配置されている。またパラボラ反射板2の背面側に気中放熱部6が配置されている。気中放熱部6は、冷熱を蓄える蓄冷部7と蓄冷部7から伝達された熱を大気中に放熱する放熱フィン8と蓄冷部7に伝達された熱を放熱フィン8に熱輸送するループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ11とから構成されている。さらにまた熱交換部5と蓄冷部7とは、循環路20によって連結され、循環路20の内部には流動可能な熱輸送媒体21が充填されている。また循環路20の途中に熱輸送媒体21を加圧流動させるポンプ22が介装されている。熱輸送媒体21を加圧流動させるポンプ22は、太陽光発電によって発電した電力によって駆動されるように構成されている。蓄冷部7の内部には冷熱を蓄える蓄冷材12が充填されている。光発電素子3に生じた熱を伝達する熱輸送媒体21を流通させる循環路20は、蓄冷部7の一端のヘッダー17によって蓄冷材12に埋没する複数本のパイプ18に分岐され、他端のヘッダー19によって収束されるように構成されている。分岐された複数本のパイプ18の外周側には、複数本のパイプ18に熱伝達可能に接触し、伝達された熱を蓄冷材12に拡散させる内部フィン15が配置されている。その概略図を図12に示してある。図13において、(a)は実施例6の概略図であり、(b)は蓄冷部7の透視図であり、(c)は気中放熱部6の透視図であり、(d)は断面図である。
The
光発電素子3が反射光を受光して、その反射光の一部が熱に変換されて光発電素子3の温度が上昇すると、その熱は接触する熱交換部5、すなわち循環路20の内部に充填された熱輸送媒体21に伝熱される。光発電素子3に生じた熱を奪った熱輸送媒体21は、ポンプ22によって加圧流動されて、蓄冷部7から構成される気中放熱部6に流動される。気中放熱部6を構成する蓄冷部7に熱輸送媒体21が流動されると、熱輸送媒体21を流通させる循環路20はヘッダーから複数本のパイプ18に分岐され、その複数本のパイプ18と複数本のパイプ18の外周側に接触して配置された内部フィン15とによって熱輸送媒体21が伝達した熱が蓄冷材12に奪われる。蓄冷材12に熱を奪われた熱輸送媒体21を充填した複数本のパイプ18は他端のヘッダー19によって収束され、熱輸送媒体21は再び熱交換部5へ流動される。蓄冷部7に伝熱された熱は、その内部に埋没して配置された内部フィン15に熱伝達可能に接触させられたループ型のサーモサイホンもしくはヒートパイプ11によって蓄冷部7の表面に配置された放熱フィン8に伝熱されて、大気中に放熱される。これを繰り返すことによって、光発電素子3に生じた熱は、熱輸送媒体21と蓄冷熱とによって奪われて、光発電素子3が冷却されるように構成されている。
When the
このようにして光発電素子3が冷却されるので、熱によって光電変換効率が低下することを防止あるいは抑制することができ、起電力の安定した太陽光発電ができる。また気中放熱冷却機構4によって、光発電素子3に生じた熱が奪われるだけでなく、例えば夜間などの外気温が蓄冷部7の温度より下がった場合には、放熱フィン8から蓄冷材12の熱が奪われて、蓄冷材12に冷熱が蓄えられる。その蓄えられた蓄冷熱は日中の太陽光発電時に、光発電素子3の冷却に利用され、光発電素子3の冷却を促進することができる。
Thus, since the
図14に示す例は、前述した各例の各集光型太陽光発電装置のうち、いずれか一つあるいはいくつかを組み合わせ、連結させることによって太陽光発電所を構成させた。上記のの太陽光発電所は、出力したい電力に応じて、連結させる集光型太陽光発電装置の数を増減させればよい。また各集光型太陽光発電装置は電気的あるいは熱的に独立した構成とすることができるので、例えばいくつかの集光型太陽光発電装置が故障した場合に、他の集光型太陽光発電装置に対する影響を防ぐことができる。 In the example shown in FIG. 14, a solar power plant is configured by combining and connecting any one or several of the concentrating solar power generation devices of each example described above. Said solar power plant should just increase / decrease the number of concentrating solar power generation devices to connect according to the electric power to output. In addition, since each concentrating solar power generation device can be configured to be electrically or thermally independent, for example, when some concentrating solar power generation devices fail, other concentrating solar power generation devices The influence on the power generation device can be prevented.
なお、この発明に係る集光型太陽光発電装置は、太陽光1を集光して発電をおこなうので、光電変換をおこなう光発電素子3の使用量を抑えることができ、設備コストの低減を図ることができる。またこの発明に係る集光型太陽光発電装置は、光発電素子3の冷却もしくはシステムの維持に電力を必要としない構成が可能であり、発電コストの低減を図ることができる。またその結果として、発電した電力を全て出力することが可能である。さらにまた、発電に二酸化炭素の発生を伴わないので、環境に対する負荷を低減できる。
In addition, since the concentrating solar power generation device according to the present invention condenses
2…パラボラ反射板、 3…光発電素子、 4…気中放熱冷却機構、 5…熱交換部、 6…気中放熱部、 7…蓄冷部、 8…放熱フィン、 14…蓄冷部用熱拡散板、 15…内部フィン、 20…循環路、 22…ポンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
大気中に放熱して冷熱を蓄えかつその蓄えた冷熱によって前記光発電素子を冷却する気中放熱冷却機構を備えていることを特徴とする集光型太陽光発電装置。 In a concentrating solar power generation device that collects sunlight by a reflector and irradiates the photovoltaic device, and obtains electric power by the photovoltaic device,
A concentrating solar power generation apparatus comprising an air heat radiation cooling mechanism that radiates heat into the atmosphere to store cold energy and cools the photovoltaic element with the stored cold heat.
前記熱輸送手段は、前記熱輸送媒体を前記熱交換部と各ヘッダーならびにパイプとの間で循環流動させるように構成されていることを特徴とする請求項3ないし5のいずれかに記載の集光型太陽光発電装置。 The cold storage unit includes a cold storage material, a plurality of pipes arranged in a state embedded in the cold storage material, a first header communicating one end of the pipes, and the other end of the pipe A second header in communication with each other, and a heat transport medium filled in each of these pipes and each header,
The said heat transport means is comprised so that the said heat transport medium may circulate and flow between the said heat exchange part, each header, and a pipe, The collection in any one of Claim 3 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. Optical solar power generator.
そのサーモサイホンもしくはヒートパイプの大気中に露出した部分に前記放熱フィンが取り付けられていることを特徴とする請求項10または11に記載の集光型太陽光発電装置。 A loop-type thermosiphon or heat pipe, part of which penetrates the cold storage material and the other part of which is exposed to the atmosphere outside the cold storage unit;
The concentrating solar power generation device according to claim 10 or 11, wherein the heat radiation fin is attached to a portion of the thermosiphon or heat pipe exposed to the atmosphere.
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