CN103811577A

CN103811577A - 太阳能发电机

Info

Publication number: CN103811577A
Application number: CN201310562495.2A
Authority: CN
Inventors: 八木亮介; 富松师浩; 平冈俊郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-05-21
Also published as: JP2014099510A; US20140130844A1

Abstract

实施方式的太阳能发电机的目的在于，降低白天的太阳能电池单元温度。实施方式的太阳能发电机的特征在于，具有：太阳能电池模块，具有太阳能电池单元、以及收容以热接触到太阳能电池单元的背面侧的方式配置的蓄热材料和解除蓄热材料的过冷的成核部件的蓄热材料填充部；以及控制部，控制成核部件。

Description

太阳能发电机

技术领域

实施方式涉及太阳能发电机。

背景技术

太阳能电池单元存在伴随单元温度的上升而发电效率降低这样的问题。

特别地，在电力需求最高的夏季的白天，单元温度上升，所以提出了通过对单元温度进行冷却来改善发电效率的几个建议。

因而，作为使单元温度降低的方法，已知通过潜热蓄热材料对单元的热进行吸热。在日照量高并且外界大气温度高的地区，单元温度变得非常高，所以从单元向蓄热材料的蓄热在短时间内进行，在白天，有时蓄热材料完全熔化而达到熔点以上的温度。在该情况下，存在这样的问题：在蓄热材料从熔点以上降低到熔点以下的过程中从蓄热材料向单元长时间放出凝固潜热，在日落前的傍晚，太阳能电池单元的温度被保持为高温，发电量降低。

专利文献1：日本特开平11-108467号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

实施方式的太阳能发电机的目的在于，降低白天的太阳能电池单元温度。

实施方式的太阳能发电机，其特征在于，具有：太阳能电池模块，具有太阳能电池单元、以及收容以热接触到太阳能电池单元的背面侧的方式配置的蓄热材料、和解除蓄热材料的过冷的成核（nucleating）部件的蓄热材料填充部；以及控制部，控制成核部件。

附图说明

图1是实施方式的太阳能发电机的概念图。

图2是与实施方式的太阳能发电机的动作相关的图表。

图3是示出实施方式的太阳能电池单元的按时刻的发电量和温度变化的关系的曲线图。

图4是与实施方式的太阳能发电机的动作相关的图表。

图5是实施方式的太阳能发电机的概念图。

图6是与实施方式的太阳能发电机的动作相关的图表。

（符号说明）

100、200：太阳能发电机；10、20：太阳能电池模块；1：玻璃板；2：太阳能电池单元；3：密封材料；4：传热板；5、50：蓄热材料填充部；6、60：蓄热材料；7、70：成核部件；8：控制部；90：分离壁；L1、L2、L20：布线。

具体实施方式

以下，参照附图，对实施方式进行示例。另外，适当省略在各实施方式中共通的详细说明。另外，以下的白天、傍晚、夜晚是指，与晴天时的日照量对应的表现，而并非是限制时间段的表现。

[第一实施方式]

图1是第一实施方式的太阳能发电机100的概念图。图1的太阳能发电机100包括由玻璃板1、太阳能电池单元2、密封材料3、传热板4、蓄热材料填充部5、蓄热材料6和成核部件7构成的太阳能电池模块10、以及控制部8。因此，该结构是太阳能电池单元2的热通过密封材料3、传热板4、蓄热材料填充部5传递到蓄热材料6的结构。将与重力相反的方向设为Y轴、将Y轴的垂直方向设为X轴。

玻璃板1是作为太阳能电池单元2的表面的保护层的板。作为玻璃板1，优选为低反射性的玻璃。

太阳能电池单元2将从玻璃板1入射的阳光变换为电来进行发电。在太阳能电池模块10中，具备多个太阳能电池单元2，太阳能电池单元2之间电连接。太阳能电池单元2的光电变换元件能够使用硅系、化合物系、有机系、量子点系、多接合型等各种光电变换元件，没有特别限定。

密封材料3对太阳能电池单元2进行密封，进行与玻璃1的粘接。作为密封材料3，例如，能够使用EVA（聚乙酸乙烯酯）等。在图1中，密封材料3还被包含于太阳能电池单元2之间，但也可以用片状的密封材料3夹着太阳能电池单元2。

传热板4形成于太阳能电池单元2的背面侧。传热板4是将来自太阳能电池单元2的热高效地传递给蓄热材料填充部5内的蓄热材料6的部件。作为传热板4，能够使用金属板、树脂片等，并且起到作为密封材料3与蓄热材料填充部5的粘接层的作用。并且，在能够由密封材料3代替的情况下，能够省略。

蓄热材料填充部5被形成为热接触到太阳能电池单元2的背面侧。蓄热材料填充部5在内部包括蓄热材料6和成核部件7。蓄热材料填充部5能够将其框体设为树脂性容器、金属容器、金属/树脂复合容器或者用这些材料的膜构成的袋。蓄热材料填充部5优选使用能够追踪与蓄热材料7的凝固/熔化相伴的体积变化的部件。

蓄热材料6将太阳能电池单元2的热回收、储藏并放出。优选使用在常温（20℃）以上100℃以下的范围内具有熔点，并且具有过冷的潜热蓄热材料。具有过冷的潜热蓄热材料是指，当一旦上升到熔点以上而熔化成液体，即使下降到熔点以下的温度也不固化，即使在比熔点低的常温（20℃）下也以液体存在的物质，能够使用硫酸钠水合物、醋酸钠水和物、赤藓糖醇等。这些蓄热材料在30℃以上90℃以下的范围内具有熔点，并且在距离熔点20℃左右的、比熔点低的温度下具有过冷状态。

成核部件7的一部分与蓄热材料6接触，并且发挥使处于过冷状态的蓄热材料6固化（结晶化）的功能。关于具体的成核方法，能够使用插入2根电极并对电极之间施加电压的方法、由具有凹凸的板簧和致动器构成并通过致动器使板簧活动的方法、对热电元件施加电压来局部淬火的方法、以及从晶核容纳容器投入晶核而生成核的方法等。

控制部8与太阳能电池单元2通过布线L1连接，与成核部件7通过布线L2连接。控制部8由包括集成电路的电子电路构成，通过硬件或者软件控制。成核部件7的动作条件存储于控制部8中。由太阳能电池单元2发电的电力通过布线L1被送到控制部8。由此，在控制部8中测定单元的发电电能。另外，将成核部件7的动作指令通过布线L2从控制部8发送到成核部件7。控制部8既可以包含于太阳能电池模块10内，也可以包含于太阳能电池模块10外的例如功率调节器等装置内。

另外，通过将实施方式的传热板4、蓄热材料填充部5、蓄热材料6和成核部件7安装到现有的太阳能电池模块的背面，能够将现有的太阳能电池模块改造为实施方式的太阳能电池模块、太阳能发电机。

接下来，说明实施方式的太阳能发电机（太阳能发电系统）的动作。通过上述控制部8来控制实施方式的太阳能发电机的动作。图2是与太阳能发电机100的运转方法有关的流程图。该流程图预先记录于控制部8中，根据其条件通过布线L1、布线L2来操作各设备。另外，在步骤S001的时间点，蓄热材料6回收来自太阳能电池单元2的热，并处于过冷状态。

在图2的流程图中，首先，控制部8通过布线L1测定太阳能电池单元2发电的电能（电力探测：步骤S001）。然后，比较所测定到的电能（探测电力值）和预定的设定电能（设定电力值）并进行判定（步骤S002）。然后，在所测定到的电能在预定的设定电能以下的情况下，通过布线L2向成核部件7提供成核信号。由此，蓄热并保持为过冷状态的蓄热材料6结晶化并放出潜热。在步骤S002中的电力判定中，除了使用所测定到的电能的瞬时值以外，还能够使用几分钟～几小时的时间平均电能、每单位小时的电力变化量等。另外，在所测定到的电能大于预定的设定电能的情况下，再次测定电能（步骤S001）。

图3示出根据图2的流程图使太阳能发电机100运转了的情况下的、太阳能电池单元2的按时刻的发电量与温度变化的关系的曲线图。

在白天（早晨～傍晚前）的日照量多的时间段中，太阳能电池单元2发电，并且吸收太阳热而温度上升。蓄热材料6与太阳能电池单元2热接触，所以通过太阳能电池单元2与蓄热材料6的温度差，太阳能电池单元2的热被蓄热到蓄热材料6中。由此，太阳能电池单元2的温度上升被抑制，能够抑制与太阳能电池单元2的温度上升相伴的发电量降低。如果随着时间经过，从太阳能电池单元2向蓄热材料6的吸热不断进行，而蓄热材料6达到熔点以上，则蓄热材料6从固体固化为液体（白天区域/日照量多）。

然后，如果由于接近日落等而日照量降低，则太阳能电池单元2的温度降低。此时，即使蓄热材料6的温度达到蓄热材料6的熔点以下，蓄热材料6仍保持过冷。因此，关于蓄热材料6，不是在熔点下保持温度，而是不放出凝固潜热而其温度降低。因此，没有从蓄热材料6的热放出，所以太阳能电池单元2的温度降低，能够抑制与温度相伴的发电量降低（傍晚区域/日照量低）。

当到了夜间，则没有太阳的日照，所以太阳能电池单元2的温度进一步降低，接近于大气温度。因此，将发电量比预定的设定电力值低的时刻判断为夜间，在发电量下降到比下限电力值低的时间点，使过冷了的蓄热材料6成核并散热（夜间区域/无日照量）。在夜间几乎不发电，所以即使受到与散热相伴的温度上升，也不会使发电量降低。另一方面，通过在夜间使蓄热材料6的潜热散热，从而即使在傍晚蓄热材料6超过了熔点的情况下，在熔点以下的温度降低的过程中也不放出潜热，能够降低太阳能电池单元2的温度。

[第二实施方式]

图4示出与基于时刻的太阳能发电机100的运转方法（太阳能发电系统）有关的流程图。

在第一实施方式中，测定太阳能电池单元2的发电量，并根据该值来操作成核信号，但在本实施方式中，还能够基于时刻来测定发电时间段（白天以及傍晚）结束的夜间，操作成核信号。所测定的时刻是由在控制部8中内置的时钟得到的时刻或者控制部8从外部装置取得的时刻。

首先，控制部8测定时刻（时刻探测：步骤S010）。然后，比较所测定到的时刻（探测时刻）和预定的设定时刻来进行判定（步骤S011）。然后，在所测定的时刻与预定的设定时刻相同或者经过了该预定的设定时刻的情况下，通过布线L2向成核部件提供成核信号（步骤S011→步骤S012）。由此，蓄热并保持为过冷状态的蓄热材料6结晶化而放出潜热。在本方式中，通过将设定时刻设定为夜间，能够在夜间使蓄热材料6成核并散热。在所测定到的时刻是比预定的设定时刻早的情况下，再次测定时刻（步骤S011）。

[第三实施方式]

图5是第三实施方式的太阳能发电机200的概略图。太阳能发电机200包括由玻璃板1、太阳能电池单元2、密封材料3、传热板4、蓄热材料填充部50、蓄热材料60和成核部件70构成的太阳能电池模块20、以及控制部8。设置有分割蓄热材料填充部50的区域的分离壁90。分离壁90连接蓄热材料填充部50的上表面和下表面。另外，蓄热材料填充部50的上表面是指，太阳能电池单元2一侧的表面，下表面是其相反表面。太阳能发电机200的太阳能电池模块20从X轴方向向Y轴方向，相对重力的垂直方向倾斜θ1。此处，关于θ1，优选以使从太阳向太阳能电池单元2的日照量达到最大的方式来确定其角度。分离壁90形成为妨碍蓄热材料60向重力方向移动的朝向。另外，分离壁90相对蓄热材料填充部具有θ2的角度。分离壁90优选设于例如相对重力垂直的方向。

蓄热材料填充部50由通过分离壁90（90ab、90bc、90cd）分割为多个的区域（50a～50d）构成。在各个区域中填充蓄热材料（60a～60d），设置有成核部件（70a～70d）。使蓄热材料填充部50a～50d的各区域的蓄热材料（60a～60d）以不混入的方式相分离。分离壁90由与蓄热材料填充部50同样的材料构成。另外，区域50a～50d是分别收容蓄热材料60的独立容器，也可以并联连接。

在图5中，以朝向蓄热材料填充部50的下表面或者上表面的垂直方向（θ2=90°）的方式，形成了分离壁90。而且，与太阳能电池单元2相符合地，使蓄热材料填充部50的区域分离成为4等分。本结构是实施方式的一个例子，能够根据倾斜角度θ、蓄热材料70和蓄热材料填充部50的分割区域的条件采用适合的方式。

成核部件70a～70d通过布线L20与控制部8连接。由此，将成核部件70a～70d的动作指令通过布线L20从控制部8分别发送到成核部件70a～70d。

接下来，说明太阳能发电机200的运转方法。

图6是与太阳能发电机200的运转方法有关的流程图。该流程图预先记录于控制部8中，根据其条件通过布线L1、布线L20来操作设备。

在图6的流程图中，首先，控制部8通过布线L1测定太阳能电池单元2发电的电能（电力探测：步骤S021）。然后，比较所测定到的电能（探测电力值）和预定的设定电能（设定电力值）来进行判定（步骤S022）。然后，在所测定到的电能在预定的设定电能以下的情况下，通过布线L20向所有成核部件70a～70d提供成核信号。由此，蓄热并保持为过冷状态的蓄热材料60结晶化而潜热被放出。另外，在所测定到的电能大于预定的设定电能的情况下，再次测定电能（步骤S021）。

蓄热材料60如果达到熔点以上，则从固体变化为液体，但在固体和液体之间有密度差，所以存在通过对流等而固体向重力方向下部沉淀的倾向。在太阳能电池模块20倾斜θ的情况下，如果蓄热材料填充部50a～50d连通，则固体的蓄热材料60在从50d向50a的方向上沉淀，在50a的区域中固体的蓄热材料60积蓄。在该情况下，在50d的区域中蓄热材料60熔化而成为高温的液体，相接触的部分的单元温度上升。然后，在50a的区域中，固体的蓄热材料60不熔化地残留，所以不过冷地放出潜热。因此，在本实施方式中，通过使用连接蓄热材料填充部50的下表面和上表面的分离壁90，将蓄热材料填充部50分割为50a～50d。分离壁90形成为妨碍蓄热材料60向重力方向移动的朝向，并且60a～60d的蓄热材料60相互分离，所以在上述50d的区域中固体状态的蓄热材料60d不会向50a的区域移动。因此，在白天和傍晚，各区域（50a～50d）的蓄热材料60都能够使太阳能电池单元2均匀地冷却，并能够提高发电量。

另外，也可以在蓄热材料填充部50a～50d中装入熔点不同的蓄热材料60a～60d。通过使用高温的熔点的潜热蓄热材料作为蓄热材料60d，使用低温的熔点的潜热蓄热材料作为60a，能够进一步抑制上述问题。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述实施方式，能够在实施阶段中在不脱离其主旨的范围内使构成要素变形而具体化。另外，能够通过上述实施方式公开的多个构成要素的适宜的组合来形成各种发明。例如，也可以如变形例那样适宜地组合不同的实施方式的构成要素。

Claims

1.一种太阳能发电机，其特征在于，具有：

太阳能电池模块，具有太阳能电池单元、以及收容以热接触到所述太阳能电池单元的背面侧的方式配置的蓄热材料、和解除所述蓄热材料的过冷的成核部件的蓄热材料填充部；以及

控制部，控制所述成核部件。

2.根据权利要求1所述的太阳能发电机，其特征在于，

所述控制部测定所述太阳能电池单元发电的电能，

所述控制部比较测定到的所述电能和预定的设定发电量，在测定到的所述电能在所述设定电能以下的情况下，操作所述成核部件，使过冷状态的所述蓄热材料成核。

3.根据权利要求1所述的太阳能发电机，其特征在于，

所述控制部测定时刻，

所述控制部比较测定到的所述时刻和预先设定的设定时刻，在测定到的所述测定时刻与所述设定时刻相同或者经过了所述设定时刻的情况下，操作所述成核部件，使过冷状态的所述蓄热材料成核。

4.根据权利要求1所述的太阳能发电机，其特征在于，

所述太阳能电池模块相对重力的垂直方向倾斜。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的太阳能发电机，其特征在于，

所述蓄热材料填充部由通过分离壁分割的多个区域构成，

所述分离壁连接所述蓄热材料填充部的下表面和上表面，

所述分离壁形成为妨碍所述蓄热材料向重力方向移动的朝向。

6.根据权利要求5所述的太阳能发电机，其特征在于，

在通过所述分离壁分割的蓄热材料填充部中，填充了熔点不同的蓄热材料。

7.根据权利要求5所述的太阳能发电机，其特征在于，

所述分离壁形成于相对重力方向垂直的方向。