JPH08261487A - 太陽電池によるパネルヒーティング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 日陰部などの加温の必要な箇所をパネルヒー
ティングするに際し、太陽熱利用型の高価な設備を用い
ることなく、また太陽電池電力利用型において簡便で安
価な構成によりパネルヒーティングを可能とする。 【構成】 日射が得られる場所に設置される太陽電池１
と、日陰部などの加温が必要な場所に設置される直流ヒ
ーターを組み込んだパネルヒーター３とから構成され、
太陽電池１で得られた直流電力を電気配線２を介して直
接パネルヒーター３に送電し、パネルヒーター３の発熱
で周囲の空気あるいは水を加温する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、太陽電池の出力電力
を有効利用したパネルヒーティング装置であり、特に寒
冷地または冬季・寒冷地における暖房，結氷防止（融雪
を含む），給湯水加温などに有効に適用される太陽電池
によるパネルヒーティング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のパネルヒーティング（面暖房）
に関しては、従来から温水を配管を介して床に通し、温
水で床暖房する方法や、電導発熱体を組み込んだ内装材
料，電気毛布などの多くの技術が商品化されている。

【０００３】一方、太陽エネルギーを利用して暖房など
を行う太陽エネルギー利用技術には、太陽熱利用型と太
陽電池電力利用型がある。太陽熱利用型では、ほとんど
が、太陽熱を集熱器で水（または不凍液）に集熱し、加
熱された温水をパイプで暖房・給湯する箇所へ移送する
構成である。また、太陽電池電力利用型では、太陽電池
で発電された直流の電力を直／交変換器（インバータ
ー）で交流に変換し、種々の電力負荷に利用できるよう
に構成するのが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た太陽エネルギー利用技術においては、太陽光の日射は
夜は使えず、かつ天候に左右されるエネルギー源である
ため、多くの場合、太陽熱の蓄熱，太陽電池電力の蓄電
が必要となり、経済性のある実用システムとするには困
難が伴う。従って、太陽エネルギーをパネルヒーティン
グに適用しようとする場合にも、次に示すように、各型
式に固有の問題点が相まって同じように実用システムと
することが困難となる。

【０００５】(1) 太陽熱利用型パネルヒーティング エネルギー変換効率が良いものの、集熱器，パイプ，ポ
ンプ，蓄熱槽，これらの配管，電気・制御設備が必要
で、また、寒冷地では凍結防止設備、日射が強い場所で
は沸騰圧力逃し装置が必要で、設備が高価となる。な
お、太陽熱で空気を温め、その空気を輸送してヒーティ
ングに用いる方法も行われているが、集熱器，空気を輸
送するダクト，送風機，それに伴う電気・制御設備が必
要で、同様に設備が高価となる。

【０００６】(2) 太陽電池電力利用型パネルヒーティン
グ 太陽電池セルのコストダウンを図っても、直／交変換イ
ンバーター設備，蓄電池設備，系統線連結設備などの付
帯設備が付随している限り、太陽電池システムの建設費
のコストダウンは、かなり困難である。

【０００７】この発明は、前述のような問題点を解消す
べくなされたもので、その目的は、太陽熱利用型の高価
な設備を用いることなく、また太陽電池電力利用型にお
いて簡便で安価な構成によりパネルヒーティングが可能
な太陽電池によるパネルヒーティング装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る太陽電池
によるパネルヒーティング装置は、日射が得られる場所
に設置される太陽電池と、日陰部などの加温が必要な場
所に設置される直流ヒーターを組み込んだパネルヒータ
ーとから構成され、太陽電池で得られた直流電力を電気
配線を介して直接パネルヒーターに送電してなることを
特徴とする。

【０００９】室内の壁や床などにパネルヒーターを設置
する場合には、パネルヒーターは、金属製やセラミック
製などの表面材の裏面に、電気配線が接続される発熱体
を添設して構成する。

【００１０】風呂に溜めた水や夜間電力利用蓄熱槽の水
等を加温する場合には、パネルヒーターは、電気配線が
接続される発熱体を防水カバーで覆い、カバーの電気配
線接続口を防水シールして構成する。

【００１１】また、日射の無い時（夜間，曇天・雨天
時）にヒーティングが必要な場合には、商用電力をパネ
ルヒーターに通電してヒーティグできるようにする。

【００１２】

【作用】例えば、冬季または山岳地などの寒冷地では、
窓から日射が入る場所は冷房が必要なほど暖かである
が、その他の日射の入らない部分は暖房が切望される。
本発明では、太陽電池を日射が得られる外壁，屋根など
に設置し、暖房が必要な箇所に送電して、パネルヒータ
ーを組み込んだ室内の壁部分、床部分を加温し、その周
囲空間を暖房する。

【００１３】太陽電池で得られた直流電力が電気配線を
介してパネルヒーターに直接送電され、このパネルヒー
ターが直流電流で発熱するため、従来型の太陽電池シス
テムにおける直／交変換インバーター設備，蓄電池設備
などの付帯設備を必要とせず、簡便で安価な設備で、暖
房の必要な箇所を簡単にパネルヒーティングすることが
できる。

【００１４】なお、パネルヒーターの設置箇所は室内空
間に限らず、屋外の日陰部の玄関アプローチ部などの路
面でもよく、凍結が危険な箇所をパネルヒーティングす
ることにより、凍結防止を図ることができる。

【００１５】また、パネルヒーターを防水カバーで覆
い、電気配線接続口を防水シールすることにより防水型
とすれば、夜間電力利用蓄熱槽水や風呂用水などを加温
することができる。

【００１６】さらに、本直流パネルヒータは交流電流で
も作動可能であり、太陽電池からの電気配線に商用電源
を接続することにより、夜間や曇天・雨天時の日射の無
い時に、商用交流電源を利用してパネルヒーティングを
行うこともできる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明を図示する実施例に基いて説
明する。図１に本発明に係る太陽電池によるパネルヒー
ティング装置の基本システム例、図２にパネルヒーター
の構造例、図３に商用電力併用型の応用システム例を示
す。

【００１８】図１において、太陽電池によるパネルヒー
ティング装置は、電力源としての太陽電池１と、電気配
線２と、発熱体としてのパネルヒーター３から構成され
ている。太陽電池１は、一般に使用されているパネル状
の太陽電池であり、屋根，屋上，外壁面，地面などに集
光面を集光率の高い方向に向けて設置される。

【００１９】パネルヒーター３は、ヒーティングの必要
な箇所に設置され、その設置目的および設置箇所に応じ
て通常型３Ａと防水型３Ｂに大別される。例えば室内で
は、床にパネルヒーター３Ａ−１，壁に壁用パネルヒー
ター３Ａ−１，夜間電力利用蓄熱槽４に防水型パネルヒ
ーター３Ｂ−１，追炊型風呂５に防水型パネルヒーター
３Ｂ−１が設置される。

【００２０】これら各パネルヒーター３は、太陽電池１
に電気配線２を介して接続され、太陽電池１の出力であ
る直流電力が直接送電される。従って、各パネルヒータ
ー３は、直流で作動し、かつ太陽電池電力が得られる時
のみ作動するため、従来の太陽電池システムにおける直
／交変換インバーター施設，蓄電池などの付帯設備を必
要とせず、簡便で安価な構成とすることができる。

【００２１】図２（ａ）は、通常型パネルヒーター３Ａ
の構造例であり、板状の金属などからなる表面材１０の
裏面中央部に電気抵抗で発熱する電導発熱体１１を密着
させて構成され、電導発熱体１１で発生した熱が表面材
１０にむら無く熱伝導する構造としている。表面材１０
には、熱良導体としての金属表面材（アルミ材・ステン
レス材・鉄板塗装仕上げ材など）の他、ガラス材、セラ
ミック材（含む陶板など）などが使用される。

【００２２】また、表面材１０の裏面には、リブ１２ａ
または断熱材１２ｂなどの表面材支持構造体１２が必要
に応じて取付けられており、これにより、表面材１０の
裏面を表面材１０の断熱材１２ｂまたは空気層１３によ
る断熱空間と、電導発熱体１１の配線空間として利用で
きる。なお、表面材支持構造体１２には、電導発熱体１
１への自由配線が可能な開口部が形成される。

【００２３】図２（ｂ）は、通常型パネルヒーター３Ａ
において、表面材として内装材が利用される例であり、
木製や布製などの内装材１４を熱良導体としての金属板
１５の表面に張り付け、この金属板１５の裏面中央部に
電導発熱体１１を密着させて構成されている。その他の
構造は、図２（ａ）と同様である。

【００２４】図３は、太陽電池電力により水を加温する
ための防水型パネルヒーター３Ｂの構造例であり、電導
発熱体１１を良電導体の金属カバー２０で包む形で覆
い、電気配線の接続口を耐水耐熱型シールゴム２１でシ
ールする構造としている。電気配線２には、防水型コー
ド２２を使用している。

【００２５】なお、これらパネルヒーター３には、電導
発熱体１１自体に、温度が一定温度以上上昇しない機能
を有する素材を利用する。また、サーモスタット等を設
け、所定の温度以上に昇温しないようにし、無駄な電力
消費，異常温度上昇を避けることもできる。

【００２６】次に、図４は、パネルヒーター３が交流で
も発熱する電導発熱体であることを利用して、日射がな
い曇天・雨天時や夜間でもパネルヒーティングが必要な
場合に、商用電力を使用することのできるシステム例で
ある。このシステム例では、太陽電池１からの電気配線
２に、逆流防止器（ダイオード）３１を設けると共に、
この逆流防止器３１の下流側において交流電源３０を接
続している。

【００２７】電気配線２には太陽電池出力電圧を計測す
る検出器３３を設け、ヒーターパネル３には表面温度を
計測する温度センサー３４を設置し、交流電源２０の電
気配線３２には、太陽電池出力電圧検出器３３のリレー
３３ａと、温度センサー論理回路のリレー３４ａが設け
られ、太陽電池が必要電力を発電していない場合、リレ
ー３３ａの接点がＯＮとなり、表面温度が設定温度に達
していないと、リレー３４ａの接点がＯＮとなり、両方
のリレーがＯＮになると商用電力系からの商用電力が入
力され、夜間や曇天・雨天時でもパネルヒーティング装
置を稼働することができる。

【００２８】また、晴天時において、太陽電池が必要電
力を十分に発電している場合には、リレー３３ａの接点
がＯＦＦとなり、表面温度が設定値以上となった場合に
は、リレー３４ａの接点がＯＦＦとなり、いずれか一方
がＯＦＦになると、商用電力が遮断され、無駄な電力消
費が避けられる。なお、以上のような交流利用の場合で
も、ＡＣ／ＤＣ変換のための整流器などは不要である。

【００２９】以上のようなパネルヒーティング装置の設
置対象，太陽電池１およびパネルヒーター３の具体的な
設置場所には、次に示すものをあげることができる。

【００３０】 住宅 屋根面など日当たりの確保できる場所に太陽電池を設
け、その電力を直接利用したパネルヒーターで通常寒い
台所，手洗い，玄関など日当たりの無い場所、あるいは
水の加温の必要な場所をヒーティングする。

【００３１】 商店 商品の変質を避けるため、北側店舗，遮光店舗が大部分
である。日当たりの良いアーケード屋根面などに太陽電
池を設け、店員の常時いる日当たりの無い場所をパネル
ヒーターでヒーティングする。また、店舗前のアプロー
チ路の氷結対策が必要であれば、路面にパネルヒーター
を敷設することで、氷結防止が可能となる。

【００３２】 事務所・ホテル・病院など 日当たりの良い壁面などに太陽電池を設置し、日当たり
の無いフロント，待合室などをパネルヒーターでヒーテ
ィングする。また、アプローチ路の氷結対策が必要であ
れば、路面にパネルヒーターを敷設することで、氷結防
止が可能となる。

【００３３】 交通施設 ホーム屋根などの日当たりの良い箇所に太陽電池を設
け、駅（鉄道，バスなど），待合室，改札ボックス，ホ
ーム待合室などをパネルヒーターでヒーティングする。
また、アプローチ路の氷結対策が必要であれば、路面に
パネルヒーターを敷設することで、氷結防止が可能とな
る。

【００３４】 スポーツ競技場 日当たりの良い競技場屋根，外壁面に太陽電池を設け、
日当たりの悪い観客席，選手控え室などをパネルヒータ
ーでヒーティングする。また、アプローチ路の氷結対策
が必要であれば、路面にパネルヒーターを敷設すること
で、氷結防止が可能となる。

【００３５】 老人ホーム施設・公民館など 日当たりの良い屋根，外壁面に太陽電池を設け、日当た
りの悪い部屋，廊下などをパネルヒーターでヒーティン
グする。また、アプローチ路の氷結対策が必要であれ
ば、路面にパネルヒーターを敷設することで、氷結防止
が可能となる。

【００３６】

【発明の効果】この発明は、太陽電池で得られた直流電
力を電気配線を介して直接パネルヒーターに送電して直
流電流によりパネルヒーティングするようにしたため、
次のような効果を奏する。

【００３７】(1) 従来の太陽熱温水利用暖房方式で必要
な集熱器，パイプ，ポンプ，これらの配管，蓄熱槽，電
気・制御設備，凍結防止装置，沸騰圧力逃し設備が不要
となり、また温めた空気を輸送してヒーティンクする方
法における集熱器，ダクト，送風機などが不要となり、
太陽電池と電気配線とパネルヒーターだけの簡便で安価
な設備でパネルヒーティングが可能となり、建設費，維
持費の大幅な低減を図れる。

【００３８】(2) また、太陽電池で得られた直流電力で
直接パネルヒーターを作動させるため、従来の太陽電池
システムと比較しても、直／交変換インバーター施設，
蓄電池設備などの付帯設備を無くすことができ、簡便で
安価な太陽電池システムでパネルヒーティングを行うこ
とができる。

【００３９】(3) 商用電源を接続することもでき、日射
の得られない時に、パネルヒーティングを容易に継続す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る太陽電池によるパネルヒーティ
ング装置の基本システム例を示す概略図である。

【図２】この発明に係る通常型のパネルヒーターの構造
例を示す断面図である。

【図３】この発明に係る防水型のパネルヒーターの構造
例を示す断面図である。

【図４】この発明に係る太陽電池によるパネルヒーティ
ング装置の商用電力併用型の応用システム例を示す概略
図である。

【符号の説明】

１…太陽電池，２…電気配線，３…パネルヒーター，３
Ａ…通常型パネルヒーター，３Ｂ…防水型パネルヒータ
ー，４…夜間電力利用蓄熱槽，５…追炊型風呂，１０…
表面材，１１…電導発熱体，１２…表面材支持構造体，
１３…空気層，１４…内装材，１５…金属板，２０…金
属カバー，２１…耐水耐熱型シールゴム２２…防水型コ
ード，３０…交流電源，３１…逆流防止器，３２…電気
配線，３３…太陽電池出力電圧検出器，３４…パネルヒ
ーター表面温度センサー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 孝男 東京都調布市飛田給２丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 泉山 浩郎 東京都調布市飛田給２丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 野口 武 千葉県千葉市若葉区貝塚町1327番地187号 (72)発明者 棗田 良之 神奈川県横浜市泉区岡津町1157 (72)発明者 菅谷 直 東京都新宿区赤城下町30番地

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 日射が得られる場所に設置される太陽電
   池と、加温が必要な場所に設置される直流ヒーターを組
   み込んだパネルヒーターとから構成され、太陽電池で得
   られた直流電力を電気配線を介して直接パネルヒーター
   に送電してなることを特徴とする太陽電池によるパネル
   ヒーティング装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のパネルヒーティング装
   置において、パネルヒーターは、表面材の裏面に、電気
   配線が接続される発熱体を添設して構成されていること
   を特徴とする太陽電池によるパネルヒーティング装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のパネルヒーティング装
   置において、パネルヒーターは、電気配線が接続される
   発熱体をカバーで覆い、カバーの電気配線接続口をシー
   ルして構成されていることを特徴とする太陽電池による
   パネルヒーティング装置。
4. 【請求項４】 請求項１，請求項２または請求項３に記
   載の太陽電池によるパネルヒーティング装置において、
   太陽電池からのパネルヒーターへの電気配線に、商用電
   源が接続されていることを特徴とする太陽電池によるパ
   ネルヒーティング装置。