JP2012172950A - ソーラーパネルの融雪装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ソーラーパネル（太陽光発電装置）に積もる雪を効率良く融かす。
【解決手段】 屋外に勾配をもって設置されるソーラーパネル１の下縁部の天面を暖めるように該下縁部に沿って空気通路６を形成する。また、ソーラーパネル１とは別に屋外に鉛直方向に設置される太陽光受光面（７ｃ）を有して太陽光により空気を暖める太陽光集熱ボックス７を設ける。そして、太陽光集熱ボックス７で暖めた空気を連通路８及びファン９により空気通路６に送給する。太陽光受光面の一部を太陽電池７ｄにより形成し、その発電電力でファン９を駆動することも可能である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、屋外に勾配をもって設置されるソーラーパネル（太陽光発電装置）に積もる雪を融かす融雪装置に関する。

ソーラーパネル（太陽光発電装置）は、複数枚の太陽電池モジュールをマトリクス状に配置してなるものであり、一般に家屋の屋根の上に勾配をもって設置され、太陽光により発電している。

ところが、寒冷地では、冬期の積雪によりソーラーパネルの表面が雪に覆われると、太陽光を受光できなくなって、発電不能となる。そこで、ソーラーパネルに関し、各種の融雪技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、ソーラーパネルに線状のヒータをジグザグ配列で組み込み、積雪時に発電を停止してヒータによる融雪を行うようにしている。

また、特許文献２では、ソーラーパネルが受ける太陽熱又は太陽電池の発電に伴う発熱の熱エネルギーを回収する集熱部を設けて、熱媒体（例えば不凍液）を加熱し、この熱媒体をパネルの棟側と軒側とを通りその間で循環させるようにしている。

特開平０８−２６０６３８号公報 特開２００２−１７０９７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、融雪のために多量のヒータ電力を消費、言い換えれば、発電のために多量の電力を消費することになり、ソーラーパネルの存在意義が問われてしまう。

また、特許文献２に記載の技術では、ソーラーパネルを用いて融雪するため、積雪後、晴天日が続いて、パネル表面の少なくとも一部（例えば棟側部）の雪が消失しない限り、融雪のためのエネルギーを取出すことができない。また、熱媒体でパネル全体を暖める構成であるため、効率も悪い。

本発明は、このような実状に鑑み、積雪地帯でもソーラーパネルを有効利用することを可能にする、ソーラーパネルの融雪装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、ソーラーパネルの下縁部（勾配方向最下方側の縁部）の天面を暖めるように該下縁部に沿って形成された熱媒体通路と、ソーラーパネルとは別に屋外に鉛直方向に設置される太陽光受光面を有して太陽光により熱媒体を暖める太陽光集熱部と、前記太陽光集熱部で暖めた熱媒体を前記熱媒体通路に送給する送給手段と、を含んで構成される、ソーラーパネルの融雪装置を提供する。

本発明によれば、ソーラーパネルとは別の太陽光集熱部を用い、この集熱部の太陽光受光面は鉛直方向に設けるので、積雪を回避でき、ソーラーパネルに雪が積もって太陽光が当たらないときにも使用できる。そして、この太陽光集熱部で暖めた熱媒体を送給手段により加温用の熱媒体通路へ送り、ソーラーパネルの下縁部を暖めることができる。

ソーラーパネルの下縁部（軒部）は、凍結により雪が落ちにくい場所であるが、優先して暖めることで、雪を融かすことができる。そして、軒部を暖めて、軒部の雪が消失すると、棟部側の雪が滑落し、軒部にくるので、これを融かすことができ、この繰り返しにより、全体の雪を消失させることができる。しかも、融雪用の熱媒体は軒部のみを加熱すればよく、効率的である。また、軒部が凍らないようにすることで、雪が積もらないようにすることも期待できる。

熱媒体としては空気を用いればよい。送給手段として、例えばファンを用いるとしても、空気の流れを作る程度の送風能力があればよく、その駆動に電力を用いるとしても電力消費は僅かである。また、太陽光集熱部に太陽電池の機能を組み込めば、その発電電力でファンを駆動することもでき、更に省エネとなる。

本発明の一実施形態を示すソーラーパネルの概略斜視図 ソーラーパネル下縁部（空気通路形成部）の概略断面図 本発明の他の実施形態を示すソーラーパネルの概略斜視図 同上他の実施形態での概略断面図 図２又は図４の要部詳細図 本発明の更に他の実施形態を示すソーラーパネルの概略斜視図 同上更に他の実施形態での概略断面図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。尚、熱媒体としては空気を用いている。

図１は本発明の一実施形態を示すソーラーパネルの概略斜視図である。また、図２はソーラーパネル下縁部（空気通路形成部）の概略断面図である。

ソーラーパネル１は、一般には家屋の屋根（傾斜面）の上に設置されるが、本実施形態では、屋外（屋根上を含む）に配置される架台２の上に勾配をもって設置されている。もちろん、家屋の屋根の上に設置してもよい。

また、ソーラーパネル１は、複数枚の縦長の太陽電池モジュール３をマトリクス状に並べて構成され（本実施形態では縦３×横５）、横方向に隣り合う太陽電池モジュール３、３間には、レール状の取付金物１０が介在する。

太陽電池モジュール３は、図２に示されるように、金属（例えばアルミ）製の矩形のフレーム４と、該フレーム４内の上部に固定される太陽電池パネル５とから構成される。太陽電池パネル５は透明ガラス（太陽光集光ガラス）の裏面に太陽電池セルをマトリクス状に並べた太陽電池本体を固定してなる。

ここにおいて、ソーラーパネル１の下縁部（勾配方向最下方側の縁部）の天面を暖めるように該下縁部に沿って水平方向に加温用の空気通路（熱媒体通路）６を形成する。

この空気通路６は、図２に示されるように、横方向に並べられる太陽電池モジュール３の太陽電池パネル５の下面に沿って形成され、太陽電池モジュール３、３間では、フレーム４及び取付金物１０を貫通する通孔等により形成される。また、両方の最も外側の取付金物１０の部分に、空気入口部６ａ及び空気出口部６ｂが形成される。

一方、ソーラーパネル１とは別に、屋外に鉛直方向に設置される太陽光受光面を有して太陽光により空気を暖める太陽光集熱部として、太陽光集熱ボックス７を設ける。

太陽光集熱ボックス７は、比較的扁平な（薄型の）ボックスで、扁平面が鉛直方向となるように設置され、下面に空気入口部７ａを有し、上面に空気出口部７ｂを有している。そして、一方の扁平面（表面）を太陽光受光面として、太陽熱集熱ガラス７ｃにより形成してある。この太陽光集熱ボックス７は、日当たりの良い壁などに、他方の扁平面（裏面；太陽光集熱ガラス７ｃと反対側の面）を向けて、取付ければよい。

太陽光集熱ボックス７の空気出口部７ｂは、パイプ等の連通路８により、ソーラーパネル１の空気通路６の空気入口部６ａに接続し、連通路８の途中には、電動式のファン９を設ける。

かかる構成においては、ソーラーパネル１とは別の太陽光集熱ボックス７を用い、この太陽光集熱ボックス７は、その太陽光集熱ガラス７ｃの面を鉛直方向に設置するので、積雪を回避でき、ソーラーパネル１に雪が積もって太陽光が当たらないときも使用できる。

従って、太陽光がある限り、太陽光集熱ボックス７は太陽光を受光して、空気入口部７ａより、ボックス内部に取込まれる空気を暖めることができる。

そして、ファン９の運転により、太陽光集熱ボックス７で暖めた空気を空気出口部７ｂから連通路８を通じてソーラーパネル１の空気通路６へ送給することで、ソーラーパネル１の下縁部（軒部）を暖めることができる。

このようにして、ソーラーパネル１の軒部を暖めて、軒部の雪が消失すると、棟部側の雪が滑落し、軒部にくるので、これも融かすことができ、この繰り返しにより、棟部側から順に雪が消失し、最終的には全体の雪を消失させることができる。しかも、融雪用の空気は軒部のみを加熱すればよく、効率的である。また、軒部が凍らないようにすることで、雪が積もらないようにすることも期待できる。

また、送給手段として、電動式のファン９を用いるとしても、空気の流れを作る程度の送風能力があればよく、その駆動に電力を用いるとしても電力消費は僅かである。

次に本発明の他の実施形態について説明する。
図３は本発明の他の実施形態を示すソーラーパネルの概略斜視図である。また、図４はソーラーパネル下縁部（空気通路形成部）の概略断面図である。尚、図３及び図４において、図１及び図２と同一要素には同一符号を付して説明を省略し、異なる要素について説明する。

本実施形態では、ソーラーパネル１とは別に屋外に設置される太陽光受光面を有して太陽光により発電し、送給手段としてのファン９の動作電源となる太陽電池部（太陽電池７ｄ）を更に備える。

具体的には、太陽光集熱部としての太陽光集熱ボックス７の太陽受光面の一部（例えば５０〜９０％）を太陽光集熱ガラス７ｃにより形成する一方、他の一部（例えば１０〜５０％）を太陽電池７ｄにより形成する。この太陽電池７ｄは、太陽光集光ガラスと、その裏面の太陽電池セルマトリクスとにより構成される。

すなわち、太陽光集熱ボックス７は、少なくとも１つの面を太陽光受光面とするボックスで、空気入口部７ａと出口部７ｂとを有し、前記太陽光受光面は、その一部が太陽光集熱ガラス７ｃにより形成され、前記太陽光受光面の他の一部は、太陽電池７ｄにより形成されている。

そして、太陽電池７ｄの発電電力を用いて、電動式のファン９を駆動する駆動回路９ａを設けるようにする。

本実施形態によれば、前述の実施形態の作用効果に加え、ソーラーパネル１の積雪時であっても、鉛直方向に設置されて雪が積もらないボックス７の太陽電池７ｄにより僅かではあっても発電することができ、ソーラーパネル１の融雪のために加温用の空気を送るファン９の動作用電源を得ることができる。従って、省エネの観点から極めて効率的に実施することができる。

また、太陽光集熱部（７ｃ）と太陽電池部（７ｄ）とを１つのボックス７に一体的に形成することにより、これらを極めてコンパクトな構成とすることができ、設置スペース（設置壁面）の確保も容易となる。

次に取付金物１０及び空気通路６形成の１つの具体例について、図５により説明する。図５は図２又は図４の要部詳細図である。

取付金物１０は、金物１０Ａ〜１０Ｅにより構成される。
金物１０Ａは、開口部を上向きにしたコ字状断面の比較的短い金物で、架台２の傾斜方向に延在する凸条の上に、その延在方向に間隔をあけて複数配置され、ビス（図示せず）で固定される。

金物１０Ｂは、開口部を下向きにしたコ字状断面の長いレール状の金物で、太陽電池モジュール３の長辺の全長にわたる長さを有しており、前記金物１０Ａに被せて側面どうしを止め具で固定することにより、前記凸条の上に固定される。この金物１０Ｂには、複数のボルトを上向きに予め溶接してある。

金物１０Ｃは、ハット型断面（中央部の左右に一段低い受け部を有する形状）の長いレール状の金物で、太陽電池モジュール３の長辺の全長にわたる長さを有しており、中央部が前記金物１０Ｂの上に緩衝用のゴム（図示せず）を介して載せられ、ボルトで固定される。金物１０Ｃの左右の受け部は、前記凸条の左右の側方に、前記凸条と平行に存在し、ここに緩衝用のゴム（図示せず）を介して太陽電池モジュール３のフレーム４が載置される。太陽電池モジュール３のフレーム４は、受け部の溝に沿ってスライド可能である。太陽電池モジュール３のフレーム４からは、固定用のＬ字片が突出している。

金物１０Ｄは、Ｍ字状断面（中央部の左右に高部があり、高部の両端は下向きに屈曲して押さえ部をなす形状）の比較的短い金物であり、前記凸条の延在方向に前記金物１０Ｂのボルトと同じ間隔で配置され、中央部が前記金物１０Ｃの上に、ナットと前記金物１０Ｂのボルトで共締め固定される。この金物１０Ｄの左右の押さえ部は、太陽電池モジュール３のフレーム４から突出するＬ字片が作る溝内に入り込んで、太陽電池モジュール３のフレーム４を固定する。

金物１０Ｅは、水切りカバーとしての役目を果たすもので、太陽電池モジュール３の長辺の全長にわたる長さを有しており、左右の太陽電池モジュール３、３のフレーム４、４上面に跨るように配置され、前記金物１０Ｄの高部に皿ビス（図示せず）で固定される。

ここにおいて、太陽電池モジュール３のフレーム４の側枠部分に複数の通孔１１を形成することで、太陽電池モジュール３の太陽電池パネル５下方の空間は、フレーム４の通孔１１を介して、取付金物１０内の空間、すなわち、金物１０Ｃと金物１０Ｅとの間の空間につながり、一連の空気通路６を形成することができる。

尚、図５の空気通路６の形成例は、一例にすぎず、特に太陽電池モジュール３、３間の取付金物１０の部分は、その上をカバー等を用いて通すようにしてもよいし、その下を通すようにしてもよく、どのように通過させてもよい。

次に本発明の更に他の実施形態について説明する。
図６は本発明の更に他の実施形態を示すソーラーパネルの概略斜視図である。また、図７はソーラーパネル下縁部（空気通路形成部）の概略断面図である。尚、図６及び図７において、図１及び図２（又は、図３及び図４）と同一要素には同一符号を付して説明を省略し、異なる要素について説明する。

本実施形態では、ソーラーパネル１は、複数枚の縦長の太陽電池モジュール３をマトリクス状（図６では縦３×横５）に並べて構成されるが、図１又は図３とは異なり、横方向に隣り合う太陽電池モジュール３、３を直接フレーム４、４同士で突き当て、太陽電池モジュール３、３間にレール状の取付金物１０（図１又は図３参照）を介在させていない。

ここにおいて、ソーラーパネル１の下縁部（勾配方向最下方側の縁部）の天面を暖めるように該下縁部に沿って水平方向に加温用の空気通路２０を形成する。

この空気通路２０は、図７に示されるように、横方向に並べられる太陽電池モジュール３のフレーム４内に太陽電池パネル５の裏面に接触させて矩形断面のパイプ２１を収納することにより、これらのパイプ２１により形成される。

各パイプ２１の両端には、フレーム４を跨いで、隣り合うパイプ２１と連通させるために、切起し部２２があり、隣り合うパイプ２１を互いの切起し部２２により連通させることで、一連の空気通路２０を形成している。

ここで、パイプ２１（切起し部２２を含む）の周囲は、太陽電池パネル５裏面との接触面を除き、熱の逃げを防止するために、アルミ遮熱断熱シート２３で覆っている。アルミ遮熱断熱シート２３は、発泡樹脂からなる多孔質の断熱シートを複数枚積層し、その両面をアルミ製の遮熱シートで被覆したもので、断熱性（熱伝導の防止機能）と遮熱性（輻射熱の反射機能）とを併せ持つ。本実施形態のように断熱性と遮熱性とを有する部材を使用する代わりに、いずれか一方の機能のみを有する部材を使用してもよく、言い換えれば、断熱性又は遮熱性の少なくとも一方を有する部材を使用すればよい。但し、本実施形態のような使用形態では温度差がさほど大きくなく、断熱性が遮熱性より重要となることから、少なくとも断熱性を有する部材を用いるのが好ましく、断熱性と遮熱性とを有する部材を用いることができればより好ましい。

また、空気通路２０は、その両端において、切起し部２２により、空気入口部２０ａ及び出口部２０ｂが形成される。

そして、空気通路２０の空気入口部２０ａには、図１又は図３の空気通路６の空気入口部６ａと同様、太陽光集熱ボックス７の空気出口部７ｂからの、電動式のファン９を備えるパイプ等の連通路８が接続される。尚、ソーラーパネル１以外の構成は、図１及び図２、又は、図３及び図４のいずれの構成であってもよい。

本実施形態によれば、空気通路２０をパイプ２１により形成するので、加温用の空気を確実に案内でき、しかもパイプ２１の裏側を断熱材２３で囲んで熱の逃げを防止でき、融雪効果を高めることができる。また、ソーラーパネル１のフレーム４に対し孔加工等をすることなく実施することなく実施でき、後付け可能となる。

以上の説明では、融雪用の熱媒体として、簡易に実施可能とするため、空気を使用したが、シール性を担保したり、更には循環構造にすることを条件として、水あるいは不凍液を使用するようにすることも可能である。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ ソーラーパネル
２ 架台
３ 太陽電池モジュール
４ フレーム
５ 太陽電池パネル
６ 空気通路
６ａ 空気入口部
６ｂ 空気出口部
７ 太陽光集熱ボックス
７ａ 空気入口部
７ｂ 空気出口部
７ｃ 太陽光集熱ガラス（太陽光受光面）
７ｄ 太陽電池（太陽光受光面）
８ 連通路
９ ファン
９ａ ファン駆動回路
１０ 取付金物
１０Ａ〜１０Ｅ 金物
１１ 通孔
２０ 空気通路
２１ パイプ
２２ 切起し部
２３ アルミ遮熱断熱シート

Claims (5)

1. 屋外に勾配をもって設置されるソーラーパネルに積もる雪を融かす融雪装置であって、
   ソーラーパネルの下縁部の天面を暖めるように該下縁部に沿って形成された熱媒体通路と、
   ソーラーパネルとは別に屋外に鉛直方向に設置される太陽光受光面を有して太陽光により熱媒体を暖める太陽光集熱部と、
   前記太陽光集熱部で暖めた熱媒体を前記熱媒体通路に送給する送給手段と、
   を含んで構成されることを特徴とするソーラーパネルの融雪装置。
2. 前記太陽光集熱部は、少なくとも１つの面を前記太陽光受光面とするボックスで、熱媒体入口部と出口部とを有し、
   前記太陽光受光面は、太陽光集熱ガラスにより形成されることを特徴とする請求項１記載のソーラーパネルの融雪装置。
3. ソーラーパネルとは別に屋外に鉛直方向に設置される太陽光受光面を有して太陽光により発電し、前記送給手段の動作電源となる太陽電池部、を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１記載のソーラーパネルの融雪装置。
4. 前記太陽光集熱部は、少なくとも１つの面を前記太陽光受光面とするボックスで、熱媒体入口部と出口部とを有し、
   前記太陽光受光面は、その一部が太陽光集熱ガラスにより形成され、
   前記太陽光受光面の他の一部は、太陽電池により形成されて、前記太陽電池部が構成されることを特徴とする請求項３記載のソーラーパネルの融雪装置。
5. 前記熱媒体は空気であり、
   前記送給手段は、前記太陽光集熱部と前記熱媒体通路とをつなぐ連通路にファンを介装して構成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のソーラーパネルの融雪装置。