JP6372467B2 - 融雪装置 - Google Patents

Description

本発明は、融雪装置に関し、詳しくは住宅等の建築物の屋根の雪を溶かして積雪を防止する融雪装置に関する。

積雪地帯では、冬期に住宅等の建築物の屋根の積雪を除去する作業、いわゆる雪下ろしが欠かせないが、雪下ろしは屋根からの落下等の危険を伴う作業であり、特に年配者には重労働である。そこで、屋根に積もった雪を溶かし、雪下ろしを不要とするために融雪装置が種々提案されている。

従来、前記融雪装置として、本発明者により太陽電池と加熱手段としてのヒータとを組み合わせた装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１記載の融雪装置は、金属屋根材の表面にアモルファスシリコン系太陽電池を配設する一方、裏面に加熱手段としてのヒータを配設し、該ヒータを該アモルファスシリコン系太陽電池に電気的に接続したものである。

前記融雪装置に用いられるアモルファスシリコン系太陽電池は、ステンレスの薄板からなる基板上にアモルファスシリコン膜を積層したものであって、軽量であるので屋根全面に配設しても建築物の負担が少ない。また、前記アモルファスシリコン系太陽電池は、直線的な光電変換特性を備え、太陽光の照度が低い場合でも光電変換により電力を得ることができるという特性を備えている。

そこで、前記融雪装置によれば、降雪時にも前記アモルファスシリコン系太陽電池の発電により得られた電力を前記ヒータに供給することにより融雪を行うことができる。

特許第３４１８７８１号公報

しかしながら、前記従来の融雪装置では、アモルファスシリコン系太陽電池のみでは十分な電力を得られないことがあり、このような場合には、商用電源等の外部電源からの電力をヒータに供給しなければならないため、コストの増加が避けられないという不都合がある。

本発明は、かかる不都合を解消して、商用電源等の外部電源からの電力を加熱手段に供給することがあってもコストを低減することができる融雪装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、建築物の屋根に設置されて融雪を行う融雪装置であって、所定の日照条件を満足する屋根の部位に配設され、光電変換層を有する第１の太陽電池と、該第１の太陽電池の受光面側に配置した透明導電体と、所定の日照条件を満足しない屋根の部位に配設される第２の太陽電池と、該第１の太陽電池及び該第２の太陽電池の受光面への積雪を検知する積雪検知手段と、該積雪検知手段により該受光面への積雪が検知されたときを除いて該第１の太陽電池及び該第２の太陽電池で得られる電力を外部回路に供給し、該積雪検知手段により積雪が検知された場合には、該第１の太陽電池の該透明導電体に外部電源から通電して第１の加熱手段として機能させ、かつ、該第２の太陽電池自体に外部電源から通電して第２の加熱手段として機能させる制御手段と、前記第１の太陽電池又は前記第２の太陽電池の外縁に設けられた枠体と、前記枠体に対する着雪を防止する着雪防止部材とを備え、前記第１の太陽電池は、前記光電変換層の上に保護ガラスを有し、前記透明導電体は、前記保護ガラスに埋設されていることを特徴とする。

本発明の融雪装置では、前記積雪検知手段により積雪を検知しない場合、前記制御手段は、前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池で得られた電力を外部回路に供給する。前記外部回路は、例えば、本発明の融雪装置が設置された建築物内の照明等の電気機器であり、その地域の電力会社に電力を売却（売電）する回路を含んでいてもよい。

一方、前記積雪検知手段により積雪を検知した場合、前記制御手段は、前記外部電源の電力を、前記第１の太陽電池の導電体及び前記第２の太陽電池に供給する。前記外部電源は、例えば、その地域の電力会社により供給される商用電源である。

前記第１の太陽電池の導電体は、外部電源の電力が供給されると、電流を熱に変換することができる。この結果、第１の太陽電池の導電体は、融雪のための第１の加熱手段として機能し、その発熱により第１の太陽電池に積もった雪を溶かすことができる。この場合、短時間で融雪が可能になる程度の熱量を得ることができる。また、この場合においても、第１の太陽電池自体は、発電を続行し、外部への電力の供給を継続することができる。

一方、前記第２の太陽電池は、外部電源の電力が供給されると、光電変換時とは逆の電流が流れるので、電流を熱に変換することができる。この結果、第２の太陽電池は、融雪のための第２の加熱手段として機能し、その発熱により第２の太陽電池に積もった雪を溶かすことができる。

上述のように、本発明の融雪装置では、前記積雪検知手段が積雪を検知しない場合、余剰の電力を売電することができる。従って、前記積雪検知手段が積雪を検知した場合に前記第１の太陽電池の導電体及び前記第２の太陽電池に供給される前記外部電源の電力の少なくとも一部を前記売電した電力により相殺することができ、商用電源等の外部電源の電力を該第１の太陽電池の導電体及び該第２の太陽電池に供給することがあってもコストを低減することができる。

また、本発明の融雪装置では、前記第２の太陽電池自体が第２の加熱手段として作用するので、特許文献１に記載の融雪装置において、金属屋根材の裏面に配設されるヒータを不要とすることができ、建築物の屋根に容易に配設することができる。

また、前記第１の太陽電池として、入射側の表面に比較的厚いガラス板を備えたものを採用した場合、これに外部電源の電力を供給して融雪用の加熱手段として機能させるものとすれば、まず該ガラス板を加熱しなければならない。このため、該ガラス板の表面を融雪が可能になる程度に加熱するために、長時間を要することがある。したがって、このような太陽電池を第１の太陽電池として採用する場合でも、上述の導電体による第１の加熱手段により、長時間を要することなく、融雪を行うことができる。
また、第１の太陽電池及び第２の太陽電池は、補強のためにその外縁に枠体（フレーム）を備えるが、該枠体は直接に加熱する手段を備えていないので、積雪の際には着雪が生じやすい。該枠体に一旦着雪が生じると、該着雪は経時的に増大し、第１の太陽電池又は第２の太陽電池に入射する太陽光の一部を遮蔽し、光電変換効率を低減させることがある。
そこで、該枠体に対する着雪を防止する着雪防止部材を備えている。本発明の融雪装置は、この着雪防止部材を備えることにより、枠体に着雪することを防止することができるので、第１の太陽電池及び第２の太陽電池の光電変換効率が低減することを阻止することができる。
本発明の融雪装置において、上記の着雪防止部材は、例えば、少なくとも枠体の一部を覆い、枠体上に降る雪を第１の太陽電池又は第２の太陽電池の表面に案内する傘部材と、１つの太陽電池の枠体と隣接する他の太陽電池の枠体との間に配設されて傘部材を支持する支持部材とを備えることが好ましい。
着雪防止部材は、傘部材により、少なくとも枠体の一部を覆うことができ、傘部材に覆われた枠体に対する着雪を防止することができる。また、傘部材は、枠体上に降る雪を第１の太陽電池又は第２の太陽電池の表面に案内することにより溶かすことができる。

また、本発明の融雪装置において、前記積雪検知手段としては、積雪の検知が可能なものであればどのような手段を用いてもよいが、例えば、前記受光面の所定領域の画像を撮像し、該画像を解析することにより該受光面への積雪を検知した場合、検知信号を発生するものを用いることができる。

また、本発明の融雪装置において、前記制御手段は、前記積雪検知手段の検知信号により前記受光面の積雪の有無を判定する判定手段を備え、該判定手段の判定に基づいて、前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池で得られた電力の外部回路への供給と、外部電源の電力の該第１の太陽電池の前記導電体及び該第２の太陽電池への供給とを切り換えるものであることが好ましい。

本発明の融雪装置は、前記制御手段が前記判定手段を備える場合には、まず、前記判定手段が前記積雪検知手段の検知信号により積雪の有無を判定する。次いで、前記判定手段により積雪無しと判定された場合、前記制御手段は、前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池で得られた電力を外部回路に供給する。一方、前記判定手段により積雪有りと判定された場合、前記制御手段は、前記外部電源の電力を、前記第１の太陽電池の導電体及び前記第２の太陽電池に供給する。

本発明の融雪装置において、前記積雪検知手段は、前記受光面の所定領域を観察対象とし、該所定領域のコントラスト値を計測する画像センサと、該所定領域を観察対象とし、該所定領域までの距離を測定する距離センサとを備え、該画像センサにより得られる該所定領域のコントラスト値及び該距離センサにより得られる該所定領域までの距離値に基づいて該受光面の積雪の有無を検知するものであってもよい。

この場合、前記判定手段は、前記画像センサにより得られるコントラスト値が無積雪時のコントラスト値から積雪時のコントラスト値に変化し、かつ前記距離センサにより得られる距離値が該距離センサと前記所定領域における前記受光面との距離を所定値以上下回った場合に積雪が有る旨を示す検知信号を出力する。

また、該画像センサにより得られるコントラスト値が無積雪時のコントラスト値から積雪時のコントラスト値に変化したが、該距離センサにより得られる距離値が該距離センサと該受光面との距離を所定値以上下回らない場合には、所定時間の経過後に該画像センサにより得られるコントラスト値が積雪時のコントラスト値を維持していれば、該検知信号を出力する。

かかる場合として、霜が屋根に発生している場合が想定される。かかる場合には、積雪がある場合と同様に、検知信号に基づき、加熱手段を作用させて霜を溶かすことにより、第１の太陽電池及び第２の太陽電池の発電能力を維持することができる。

本発明の融雪装置において、前記第１の太陽電池として、単結晶シリコン系太陽電池を使用し、前記第２の太陽電池として、アモルファスシリコン系太陽電池を使用するのが好ましい。

ここで、単結晶シリコン系太陽電池は、太陽光の照度が高い場合には優れた光電変換特性を示し、大きな電力を得ることができる半面、太陽光の照度が低い場合には急激に光電変換特性が低下する。一方、アモルファスシリコン系太陽電池は、前述のように、直線的な光電変換特性を備え、太陽光の照度が低い場合でも光電変換により電力を得ることができる。

したがって、建築物の屋根の直接日照を得られる部分の少なくとも一部に単結晶シリコン系太陽電池を配設する一方、それ以外の部分にアモルファスシリコン系太陽電池を配設するのが好ましい。

前記単結晶シリコン系太陽電池は、太陽光の照度が高い場合には優れた光電変換特性を示すので、前記積雪検知手段が積雪を検知しない場合、特に夏期には大きな電力を得ることができる。したがって、建築物内の照明等の電気機器に供給した余剰の電力を売電することができる。

本発明の融雪装置が設置される建築物の一例を示す斜視図。 本発明の融雪装置が設置される建築物の方向を説明する平面図。 本発明の融雪装置の設置状態を示す説明図。 本発明の融雪装置に用いられる単結晶シリコン系太陽電池及びアモルファスシリコン系太陽電池における入射光の照度と光電変換効率との関係を示すグラフ。 本発明の融雪装置に用いられる単結晶シリコン系太陽電池の構成を示す模式的断面図。 本発明の融雪装置に用いられる制御手段のブロック図。 （Ａ）は本発明の融雪装置に用いられる着雪防止部材の一構成例を示す模式的断面図、（Ｂ）は他の構成例を示す模式的断面図。 本発明の融雪装置のブロック配線図である。 本発明の融雪装置の積雪センサにおける処理手順を示すフローチャートである。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

本実施形態の融雪装置は、例えば図１に示す住宅用家屋１のように、山型の斜面を形成する屋根２ａ、２ｂを備える建築物に用いられる。家屋１は、地域や地形にもよるが、多くの場合に南側に面して建てられており、山型の斜面を形成する屋根２ａが南側、屋根２ｂが北側になっている。

ここで、家屋１が南側に面するとは、屋根２ａが正確に南方向を向いている必要はない。図２に示すように、家屋１の中心Ｏから真北を０°、真南を１８０°とすると、実線で示す家屋１は屋根２ａが正確に１８０°方向を向いているが、例えば、屋根２ａが仮想線で示す家屋１のように、真南に対して図の左右４５°、即ち１３５°〜２２５°の方向を向いていてもよい。

本実施形態の融雪装置は、屋根２ａ、２ｂにおける所定の日照条件を満足する部位に配設され、受光面側に後述の導電体を備える第１の太陽電池と、屋根２ａ、２ｂにおける所定の日照条件を満足しない部位に配設される第２の太陽電池とを備える。所定の日照条件は、例えば、融雪を要する時期における日照時間に基づいて定めることができる。

第１の太陽電池として使用される太陽電池は、発電性能の高さを優先して選択される。第２の太陽電池として使用される太陽電池は、第１の太陽電池より発電性能は劣るが日中の日照時間が短い屋根の部位や太陽光の入射角が不利な屋根の部位に配置した場合でも、安定した発電性能が得られることを優先して選択される。

本実施形態では、第１の太陽電池として、単結晶シリコン系太陽電池が用いられる。第２の太陽電池としては、アモルファスシリコン系太陽電池が用いられる。

第１の太陽電池は、屋根２ａ、２ｂのうちの太陽光発電に有利な部位に配置される。これにより、所定の発電能力を確保した上で、屋根２ａ、２ｂの残りの部位に第２の太陽電池が設置される。

例えば、図３に示すように、家屋１の南側に面し、直接日照が得られる屋根２ａの中央部に第１の太陽電池としての単結晶シリコン系太陽電池３が配置される。それ以外の部分、即ち屋根２ａの残りの部分と、北側に面する屋根２ｂの全面に、第２の太陽電池としてのアモルファスシリコン系太陽電池４が配置される。

図４に示すように、単結晶シリコン系太陽電池（単結晶太陽光パネル）３は、太陽光の照度が高い場合には優れた光電変換特性を示し、大きな電力を得ることができる半面、太陽光の照度が低い場合には急激に光電変換特性が低下する。そこで、単結晶シリコン系太陽電池３は、家屋１の南側に面し、直接日照を得られる屋根２ａの中央部に配設されていることが好ましい。

また、図４に示すように、アモルファスシリコン系太陽電池（ａ−Ｓｉ太陽光パネル）４は、直線的な光電変換特性を備え、単結晶シリコン系太陽電池３の光電変換効率が低下する太陽光の照度が低い場合でも光電変換により電力を得ることができる。そこで、アモルファスシリコン系太陽電池４は、家屋１の北側に面し、直接日照を得られないことが多い屋根２ｂの全面と、南側に面する屋根２ａの単結晶シリコン系太陽電池（単結晶太陽光パネル）３の両側とに配設されていることが好ましい。

単結晶シリコン系太陽電池３は、図５に示すように、プラスチック、セラミック等からなる絶縁性の基材１１上に形成された半導体基板１２と、半導体基板１２上に形成された単結晶シリコンからなる光電変換層１３と、光電変換層１３上に配設された保護ガラス１４とからなり、外縁部には補強のためのフレーム１５を備えている。フレーム１５はアルミニウム系金属からなる断面視コ字状の部材であり、単結晶シリコン系太陽電池３の四周の外縁部の表裏及び端面を被覆するように設けられている。

光電変換層１３は単結晶シリコンからなるｐｎ接合を含み、入射面側の表面に図示しない透明電極を備えている。また、半導体基板１２は光電変換層１３と反対側の表面に裏面電極を備えている。

この結果、単結晶シリコン系太陽電池３は、保護ガラス１４から入射する太陽光を光電変換層１３で光電変換し、得られた電力を裏面電極から取り出すことができる。また、単結晶シリコン系太陽電池３の前記透明電極は、電流を熱に変換することができる導電体であり、これに商用電源等の外部電源の電力を供給することにより、融雪のための第１の加熱手段として機能させることができる。

本実施形態では、このような透明電極として、保護ガラス１４に埋設された透明導電体１６が用いられる。透明導電体１６が埋設された保護ガラス１４は、例えば、日本板硝子株式会社から入手することができる。

尚、本実施形態では、保護ガラス１４の内部に透明導電体１６を埋設する場合について説明しているが、透明導電体１６は保護ガラス１４の表裏いずれかの表面に配設されていてもよい。

アモルファスシリコン系太陽電池４は、光電変換層１３がアモルファスシリコンからなるｐｎ接合を含み、保護ガラス１４の内部に透明導電体１６を埋設されていないことに加え、単結晶シリコン系太陽電池３よりも薄く形成されていることを除いて、図５に示す単結晶シリコン系太陽電池３と同一の構成を備えている。

単結晶シリコン系太陽電池３及びアモルファスシリコン系太陽電池４は、例えば、平面視したときに、幅９８５ｍｍ、長さ１４８２ｍｍの短冊状とすることができる。このようにすることにより、複数の単結晶シリコン系太陽電池３又はアモルファスシリコン系太陽電池４をそれぞれ長さ方向に沿って並列に配設することができ、屋根２ａ，２ｂの形状や面積によらず容易に設置することができる。

本実施形態の融雪装置は、図６に示すように、さらに屋根のいずれかに設けられた積雪検知手段としての積雪センサ５と、制御手段６とを備え、制御手段６は判定手段７と切替手段８とを備えている。

積雪センサ５は、例えば、カメラなどで得られた画像を解析することにより積雪を検知する。すなわち、カメラなどからの画像情報に基づき、環境光、照射光に対する受光面の所定領域のコントラスト値を抽出し、それらの値と、検知する受光面の所定領域の非積雪時におけるコントラスト値とを比較することによりその画像情報を白色及び黒色へ２値化し、その白色及び黒色の割合により積雪が有るか無いかを判別する。

積雪センサ５は、カメラなどで得られた画像を解析することによりコントラスト値を計測する画像センサを有する。本発明で使用する画像センサは、環境光（周辺光量）に対する受光面の所定領域のコントラスト値を計測する。画像センサは、夜は遠赤外ライトで該所定領域を照射し、その反射光を受光して該所定領域のコントラスト値を計測する。積雪センサ５は、画像センサにより得られるコントラスト値に基づいて、積雪が有るか無いかを判別することができる。

また、積雪センサ５として、屋根２ａ，２ｂ上の単結晶シリコン系太陽電池３及びアモルファスシリコン系太陽電池４における受光面の所定領域、すなわち積雪の有無を検出するのに適当な領域を観察対象とする画像センサ及び距離センサで構成したものを用いることもできる。この場合、積雪センサ５は、積雪の無い状態から積雪の有る状態に至ったかどうかを、図９に示すような処理手順で判定する。ただし、この処理では、屋根２ａ，２ｂは黒色又はこれに近い色であることを想定している。

すなわち、図９の処理を開始すると、判定手段７は、まず、画像センサの出力に基づき、ステップＳ１において観察領域のコントラスト値から白色（積雪有）であると判定できるまで待機する。ただし、ここでは、白色に近い場合も白色であると判定する。白色であるかどうかは、例えば、画像センサにより得られる該受光面の所定領域におけるコントラスト値の平均値が所定値以上であるかどうかに基づいて判定することができる。

ステップＳ１において白色であると判定した場合には、ステップＳ２において、距離センサの出力が積雪の有ることを示しているかどうかを判定する。この判定は、例えば、距離センサの出力に基づく距離値が、積雪が無い場合に距離センサで予め取得した測定値（初期値）Ｄに対し、所定値以上の差異を有する（所定値以上下回る）かどうかに基づいて行うことができる。換言すれば、距離センサにより得られる該受光面の所定領域までの距離値が、初期値Ｄを所定値以上下回ったかどうかに基づいて行うことができる。

積雪の無い旨を判定した場合には、ステップＳ３において、ステップＳ１で白色に変化したと判定してから図示を省略したタイマが所定の時間、例えば数秒〜数分を計時してから再度、画像センサの出力が白色である（積雪時のコントラストを維持している）かどうかを判定する。白色でないと判定した場合には、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ２において積雪が有る旨の判定をした場合、及びステップＳ３において再度白色である旨の判定をした場合には、ステップＳ４において、切替手段８に対して積雪が有ることを示す積雪信号Ｓの出力を開始（オン）し、図９の処理を終了する。

ここで、ステップＳ１で白色であると判定し、かつステップＳ２で積雪が無いと判定した場合にも積雪信号Ｓを出力することがあるのは、かかる場合として、霜が屋根２ａ，２ｂに発生している場合が想定されるからである。かかる場合には、積雪がある場合と同様に、後述のように、積雪信号Ｓに基づき、加熱手段を作用させて霜を溶かすことにより、単結晶シリコン系太陽電池３及びアモルファスシリコン系太陽電池４の発電能力を維持することができる。

また、ステップ３において時間を置いて再度白色か否かを判定するようにしたのは、誤って霜が発生していると判定するのを極力回避するためである。

一方、判定手段７が、図９の処理で積雪信号Ｓを出力した後、積雪の無い状態に戻ったかどうは、例えば、画像センサにより得られるコントラスト値の平均値が所定値以下となり、かつ距離センサによる距離値が積雪の無い場合の測定値Ｄになったかどうかにより判定することができる。積雪の無い状態に戻ったと判定した場合には、判定手段７は、積雪信号Ｓの出力を停止（オフ）する。

制御手段６は、判定手段７により積雪無しと判定されたとき（積雪信号Ｓがオフの場合）には、単結晶シリコン系太陽電池３で得られる電力は、切替手段８を介さずに外部回路９に供給する。一方、アモルファスシリコン系太陽電池４で得られる電力は切替手段８を介して外部回路９に供給する。外部回路９は家屋１の照明等の電気機器に給電するための回路と、売電のための回路とを備えている。そこで、本実施形態の融雪装置では、単結晶シリコン系太陽電池３及びアモルファスシリコン系太陽電池４で得られた電力を家屋１の照明等の電気機器に給電して余剰のあるときは、その余剰分を売電することができる。

また、制御手段６は、判定手段７により積雪有りと判定されたとき（積雪信号Ｓがオンの場合）には、外部電源１０の電力を、切替手段８を介して、単結晶シリコン系太陽電池３の透明導電体（ヒーター）１６及びアモルファスシリコン系太陽電池４に供給する。

この結果、単結晶シリコン系太陽電池３の透明導電体１６は、それに流れる電流が熱に変換されることにより第１の加熱手段として機能し、単結晶シリコン系太陽電池３の受光面の融雪又は霜が除去（以下、単に「融雪」という。）される。

一方、アモルファスシリコン系太陽電池４は、光電変換時とは逆の電流が流れて熱に変換されることにより、それ自体が第２の加熱手段として機能し、受光面の融雪が行われることになる。

外部電源１０としては、その地域の電力会社から供給される電力を用いることができるが、この場合、融雪のための電力によるコスト増が見込まれる。しかし、本実施形態の融雪装置では、積雪が無いときに売電した電力により、融雪のための電力を相殺することができるので、コストを低減することができる。

この結果、本実施形態の融雪装置によれば、年間を通してみれば、売電により融雪のための費用を賄うことが期待され、消費者の購入意欲を向上させることができる。

また、複数の単結晶シリコン系太陽電池３又はアモルファスシリコン系太陽電池４を前述のように長さ方向に沿って並列に配設するときには、その１つおきに２系統の回路を設け、各回路に間欠通電するようにしてもよく、使用電力量を１／２にすることができる。２系統の回路に間欠通電する手段は、それ自体公知の手段を用いることができる。

なお、単結晶シリコン系太陽電池３は、透明電極（透明導電体１６）の他に、第１の発熱手段として機能させる専用の透明の導電体を有していてもよい。この場合、単結晶シリコン系太陽電池３は、専用の導電体を、これに外部から電力を供給して第１の加熱手段として機能させながら、並行して発電を行い、外部に電力を供給することができる。

ところで、単結晶シリコン系太陽電池３及びアモルファスシリコン系太陽電池４は、その外縁部の周囲にフレーム１５を備えている場合、フレーム１５はそれ自体直接には加熱されない。この結果、フレーム１５は単結晶シリコン系太陽電池３又はアモルファスシリコン系太陽電池４に比較して低温であり、積雪があるときには着雪が生じやすい。

前記着雪は一旦発生すると経時的に増大し、単結晶シリコン系太陽電池３又はアモルファスシリコン系太陽電池４に入射する太陽光の一部を遮蔽し、光電変換効率を低減させることがある。そこで、本実施形態の融雪装置は、単結晶シリコン系太陽電池３又はアモルファスシリコン系太陽電池４のフレーム１５に対する着雪を防止する着雪防止部材１７，１８を備えている。

次に、図７を参照して、単結晶シリコン系太陽電池３の場合を例に着雪防止部材１７，１８について説明する。

着雪防止部材１７は、図７（Ａ）に示すように、複数の単結晶シリコン系太陽電池３が長さ方向に沿って並列に配設されているときに、隣り合う単結晶シリコン系太陽電池３，３の間に配設される。着雪防止部材１７は、隣り合う単結晶シリコン系太陽電池３，３の間に配設される中空筒状の支持部材１７ａと、支持部材１７ａに支持されてその上端部に連設された山型の傘状部材１７ｂとからなり、傘状部材１７ｂにより単結晶シリコン系太陽電池３の長さ方向のフレーム１５が覆われている。

着雪防止部材１７によれば、傘状部材１７ｂ上に降った雪は、山型の傘状部材１７ｂに案内されて、着雪防止部材１７の両側の単結晶シリコン系太陽電池３，３の保護ガラス１４上に滑り落ちる。このとき、保護ガラス１４の表面は、例えば透明導電体１６に供給される電力により加熱されているので、雪は保護ガラス１４上で溶かされることとなり、着雪防止部材１７が設けられている部分ではフレーム１５に対する着雪を防止することができる。

着雪防止部材１７は、長さ方向の端部は開口していてもよく、このような形状であるときにはゴム又は合成樹脂の押出成形により容易に形成することができる。

着雪防止部材１８は、図７（Ｂ）に示すように、複数の単結晶シリコン系太陽電池３が長さ方向に沿って並列に配設されているときに、隣り合う単結晶シリコン系太陽電池３，３の一方のフレーム１５の上端に連設された山型の傘状部材１８ａを備える。着雪防止部材１８では、単結晶シリコン系太陽電池３の端面を被覆しているフレーム１５の部分が傘状部材１８ａを支持する支持部材となっている。

傘状部材１８ａはフレーム１５と同一材料によりフレーム１５と一体的に形成されており、傘状部材１８ａにより単結晶シリコン系太陽電池３の長さ方向のフレーム１５が覆われている。

着雪防止部材１８によれば、傘状部材１８ａ上に降った雪は、山型の傘状部材１８ａに案内されて、着雪防止部材１８の両側の単結晶シリコン系太陽電池３，３の保護ガラス１４上に滑り落ちる。従って、着雪防止部材１８によれば、着雪防止部材１７と同様にして、着雪防止部材１８が設けられている部分でのフレーム１５に対する着雪を防止することができる。

次に、図８を用いて融雪装置をより詳細に説明する。南側の屋根２ａの中央部に配置される単結晶シリコン系太陽電池３（図３）は、図８に示すように、太陽電池モジュールをそれぞれ４個ずつ直列に接続した２系統の太陽電池モジュールアレイ２０ａ及び２０ｂを構成する。太陽電池モジュールアレイ２０ａ及び２０ｂは、上述の第１の各太陽電池モジュールに該当し、定格が２００〜３００Ｗのものである。したがって、太陽電池モジュールアレイ２０ａ及び２０ｂにより、合計８００〜１２００Ｗの電力が２系統得られる。

太陽電池モジュールアレイ２０ａを構成する各太陽電池モジュールは、導電膜コートガラスタイプのものであり、上述のように、保護ガラス１４の表面に透明導電体１６をコーティングして構成されたものである。太陽電池モジュールアレイ２０ｂを構成する各太陽電池モジュールは、シートヒータ内蔵タイプのものであり、上述のように、保護ガラス１４の内部に透明導電体１６を埋設して構成されたものである（図５）。

したがって、太陽電池モジュールアレイ２０ａ及び２０ｂは、上述の第１の太陽電池に該当し、その透明導電体１６は、後述のように外部電源から電力を供給することにより、上述の第１の加熱手段として機能する。

また、南側の屋根２ａの残りの部分に配置されるアモルファスシリコン系太陽電池４は、太陽電池モジュールをそれぞれ８個ずつ直列に接続した２系統の太陽電池モジュールアレイ２０ｃ及び２０ｄを構成する。各太陽電池モジュールは、定格が７０〜１０５Ｗのものである。したがって、太陽電池モジュールアレイ２０ｃ及び２０ｄにより、合計５６０〜８４０Ｗの電力が２系統得られる。

太陽電池モジュールアレイ２０ｃは、後述のように、これに外部電源から電力を供給することにより、それ自体が上述の第２の加熱手段として機能するものであり、上述の第２の太陽電池に該当する。太陽電池モジュールアレイ２０ｄは、第１の加熱手段としての導電体を有しておらず、かつそれ自身が第２の加熱手段として機能するものでもないため、第１の太陽電池及び第２の太陽電池のいずれにも該当しない。

太陽電池モジュールアレイ２０ｃ及び２０ｄを南側の屋根２ａの残りの部分にどのように配置するかは、配線のし易さ、日照の程度等に基づき、適宜定められる。その場合、例えば、残りの部分における所定の日照条件を満足する部位に対して優先的に、第２の加熱手段として機能させる太陽電池モジュールアレイ２０ｃが配置され、他の部位に、第２の加熱手段として機能させない太陽電池モジュールアレイ２０ｄが配置される。

また、北側の屋根２ｂに配置されるアモルファスシリコン系太陽電池４は、３系統の太陽電池モジュールアレイ２０ｅ、２０ｆ及び２０ｇを構成する。太陽電池モジュールアレイ２０ｅは、定格が７０〜１０５Ｗの太陽電池モジュールを２個直列に接続して構成され、合計１４０〜２１０Ｗの電力を出力することができる。

太陽電池モジュールアレイ２０ｆは、定格が７０〜１０５Ｗの太陽電池モジュールを２個直列に接続して構成され、合計１４０〜２１０Ｗの電力を出力することができる。太陽電池モジュールアレイ２０ｇは、定格が７０〜１０５Ｗの太陽電池モジュールを２個並列に配置して構成され、合計１４０〜２１０Ｗの電力を出力することができる。

太陽電池モジュールアレイ２０ｅ、２０ｆ及び２０ｇは、後述のように、これに外部電源から電力を供給通することにより、それ自体が上述の第２の加熱手段として機能するものであり、上述の第２の太陽電池に該当する。

上述の制御手段６は、第１制御ユニット２１、第２制御ユニット２２、南側制御盤２３及び北側制御盤２４で構成される。第１制御ユニット２１及び第２制御ユニット２２は、上述の制御手段６の判定手段７を構成しており、切替手段８は、後述する第１〜第４接点で構成される。

第１制御ユニット２１は、太陽電池モジュールアレイ２０ｅ〜２０ｇからの外部回路９（図６）への給電と、外部電源１０（図６）からの太陽電池モジュールアレイ２０ｅ〜２０ｇへの給電とを切り替える制御を行う。外部電源１０からの給電は、南側制御盤２３を経て行われる。

太陽電池モジュールアレイ２０ｅ〜２０ｇから給電される外部回路９には、ＰＶスキャナ２５と、これに接続されたＰＶアナライザ２６と、ＰＶスキャナ２５を経由して得られる電力に基づいて充電を行うための充電コントローラ２７及びバッテリ２８が含まれる。

なお、ＰＶスキャナ２５及びＰＶアナライザ２６は、太陽電池モジュールアレイ２０ｅ〜２０ｇのＩＶ特性等を測定し、研究・開発に役立つデータを取得したり、正常に発電が行われているか等をチェックしたりするために用いられるものであり、直接的に発電力の向上や効率化を図るものではない。

第２制御ユニット２２は、太陽電池モジュールアレイ２０ｃからの外部回路９（図６）への給電と、外部電源１０（図６）からの太陽電池モジュールアレイ２０ｃへの給電とを切り替える制御を行う。太陽電池モジュールアレイ２０ｃから給電される外部回路９には、商用電力系統への系統連系を行うためのパワーコンディショナ２９が含まれる。

外部電源１０からの給電は、南側制御盤２３を経て行われる。パワーコンディショナ２９から第２制御ユニット２２に対し、連系中の電圧や電流に関する情報ＶＩが供給される。

なお、太陽電池モジュールアレイ２０ａ及び２０ｂについては、上述のような切替え制御は行われず、常に外部回路９としてのＰＶスキャナ２５等への給電のみが行われる。太陽電池モジュールアレイ２０ｄについても、同様に、常に外部回路９としてのパワーコンディショナ２９等への給電のみが行われる。

南側制御盤２３は、外部電源１０としての商用電源及び融雪電源からそれぞれ入力される単相ＡＣ２００Ｖに基づき、各部への電力供給を行う。なお、この融雪電源は、契約により、午後４時から６時までの２時間、電力の供給が停止される。

太陽電池モジュールアレイ２０ａ及び２０ｂの透明導電体１６に対しては、これらを上述の第１の加熱手段として機能させるための単相ＡＣ１００Ｖが南側制御盤２３から供給される。太陽電池モジュールアレイ２０ｃ、２０ｅ〜２０ｇに対しては、これらを上述の第２の加熱手段として機能させるための単相ＡＣ２００Ｖが南側制御盤２３から供給される。

このＡＣ２００Ｖは、ＡＣ／ＤＣ変換器３０ａ及び３０ｂにより６００Ｖで４Ａの直流電力に変換され、太陽電池モジュールアレイ２０ｇの各太陽電池モジュールに供給される。また、このＡＣ２００Ｖは、ＡＣ／ＤＣ変換器３０ｃ及び３０ｄにより３００Ｖで８Ａの直流電力に変換され、太陽電池モジュールアレイ２０ｅ及び２０ｆにそれぞれ供給される。

また、ＡＣ／ＤＣ変換器３０ｃからは、太陽電池モジュールアレイ２０ｃに対しても、３００Ｖで８Ａの直流電力が供給される。ただし、この供給を行う場合には、ＡＣ／ＤＣ変換器３０ｃから太陽電池モジュールアレイ２０ｆへの接続ケーブルが取り外される。

太陽電池モジュールアレイ２０ｇの各太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールアレイ２０ｅ、２０ｆと、ＡＣ／ＤＣ変換器３０ａ〜３０ｄ及びＰＶスキャナ２５との間には、太陽電池側からＰＶスキャナ側への給電と、ＡＣ／ＤＣ変換器側から太陽電池側への給電とを切り替えるための１６個の接点が設けられる。

これらの接点は、太陽電池側からＰＶスキャナ側への給電を行うときに閉じられる８個の第１接点Ｓ１と、ＡＣ／ＤＣ変換器側から太陽電池側への給電を行うときに閉じられる８個の第２接点Ｓ２とで構成される。

これらの第１接点Ｓ１及び第２接点Ｓ２は、第１制御ユニット２１からの開閉制御信号Ｃ１に応じて同時に開閉動作を行い、かつ、太陽電池モジュールアレイ２０ｇの各太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールアレイ２０ｅ、２０ｆ毎に、上記給電の切替えを行うことができるように構成される。

太陽電池モジュールアレイ２０ｃと、ＡＣ／ＤＣ変換器３０ｃ及びパワーコンディショナ２９との間には、太陽電池側からパワーコンディショナ側への給電と、ＡＣ／ＤＣ変換器側から太陽電池側への給電とを切り替えるための４個の接点が設けられる。

これらの接点は、太陽電池側からパワーコンディショナ側への給電が行われるときに閉じられる２個の第３接点Ｓ３と、ＡＣ／ＤＣ変換器側から太陽電池側への給電が行われるとき閉じられる２個の第４接点Ｓ４とで構成される。第３接点Ｓ３及び第４接点Ｓ４は、第２制御ユニット２２からの開閉制御信号Ｃ２に応じて開閉し、上記給電の切替えを行うことができるように構成される。

また、南側制御盤２３は、南側の屋根２ａに設けられた南側融雪ヒータ３３に単相ＡＣ１００Ｖを供給するための電源を有するとともに、南側融雪ヒータ３３に設けられた温度センサからの温度信号Ｔを参照することができる。北側制御盤２４は、南側制御盤２３と連係して北側の屋根２ｂに設けられた北側融雪ヒータ３４に単相ＡＣ１００Ｖを供給するための電源を備える。

また、南側制御盤２３は、第１制御ユニット２１及び第２制御ユニット２２の駆動用の電源を有するとともに、積雪センサ５の出力に基づいて得られる積雪の有無や、温度信号Ｔにより得られる南側融雪ヒータ３３の温度等の積雪情報ＳＩを第１制御ユニット２１及び第２制御ユニット２２に供給する。

第１制御ユニット２１及び第２制御ユニット２２と南側制御盤２３との間には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３５が設けられる。南側制御盤２３から、第１制御ユニット２１及び第２制御ユニット２２に対し、それぞれＡＣ／ＤＣコンバータ３５を介して駆動用の直流電力が供給される。

第１制御ユニット２１には、ＰＶスキャナ２５に接続されたＰＶアナライザ２６から最大電力量のデータＰｍａｘが供給される。第２制御ユニット２２には、パワーコンディショナ２９から、電圧及び電流に関する情報ＶＩが供給される。また、第２制御ユニット２２には、太陽電池モジュールアレイ２０ｂ〜２０ｄにそれぞれ設けられた熱電対からの信号ＴｃをＡＤコンバータ３７によりデジタル化した温度データが供給される。第１制御ユニット２１及び第２制御ユニット２２は、外部のネットワーク４３との通信等を管理するサーバ３９に接続される。

図８の構成において、第１制御ユニット２１は、南側制御盤２３から供給される積雪情報ＳＩに基づき、積雪が無いと判定した場合には、開閉制御信号Ｃ１として、第１接点Ｓ１を閉じて第２接点Ｓ２を開く旨の信号を出力する。これにより、すべての第１接点Ｓ１が閉じてすべての第２接点Ｓ２が開いた状態となるので、太陽電池モジュールアレイ２０ｅ〜２０ｇで生成される電力がＰＶスキャナ２５に供給され、さらに充電コントローラ２７を経てバッテリ２８に蓄えられる。

このとき、第２制御ユニット２２も、同じ積雪情報ＳＩに基づいて積雪が無いと判定し、開閉制御信号Ｃ２として、第３接点Ｓ３を閉じて第４接点Ｓ４を開く旨の信号を出力する。これにより、すべての第３接点Ｓ３が閉じてすべての第４接点Ｓ４が開いた状態となるので、太陽電池モジュールアレイ２０ｃで生成される電力が、パワーコンディショナ２９に供給され、系統連系に供せられる。

また、このとき、南側制御盤２３は、同じ積雪情報ＳＩに基づき、積雪が無いと判定した場合には、太陽電池モジュールアレイ２０ａ及び２０ｂの透明導電体１６への給電、及び南側融雪ヒータ３３への給電は行わない。また、これに連携して、北側制御盤２４は、北側融雪ヒータ３４への給電は行わない。

一方、第１制御ユニット２１は、南側制御盤２３から供給される積雪情報ＳＩに基づき、積雪が有ると判定した場合には、開閉制御信号Ｃ１として、第１接点Ｓ１を開いて第２接点Ｓ２を閉じる旨の信号を出力する。これにより、すべての第１接点Ｓ１が開いてすべての第２接点Ｓ２が閉じた状態となる。

このため、太陽電池モジュールアレイ２０ｅ〜２０ｇからのＰＶスキャナ２５への電力供給は停止し、この代わりに、南側制御盤２３から供給されるＡＣ２００ＶをＡＣ／ＤＣ変換器３０ａ〜３０ｄで変換した直流電力が太陽電池モジュールアレイ２０ｅ〜２０ｇに供給される。これにより、太陽電池モジュールアレイ２０ｅ〜２０ｇは、上述の第２の加熱手段として作用し、屋根２ｂに積もった雪を溶かす。

また、このとき、第２制御ユニット２２も、同様に、積雪情報ＳＩに基づき、開閉制御信号Ｃ２として、第３接点Ｓ３を開いて第４接点Ｓ４を閉じる旨の信号を出力する。これにより、すべての第３接点Ｓ３が開いてすべての第４接点Ｓ４が閉じた状態となる。

このため、太陽電池モジュールアレイ２０ｃからのパワーコンディショナ２９への電力供給は停止し、この代わりに、ＡＣ／ＤＣ変換器３０ｃからの直流電力が太陽電池モジュールアレイ２０ｃに供給される。これにより、太陽電池モジュールアレイ２０ｃは、上述の第２の加熱手段として作用し、屋根２ａに積もった雪を溶かす。

ただし、このように太陽電池モジュールアレイ２０ｃを第２の加熱手段として作用させる場合には、太陽電池モジュールアレイ２０ｃに十分な電力を供給するために、ＡＣ／ＤＣ変換器３０ｃから太陽電池モジュールアレイ２０ｆへの接続ケーブルが取り外される。

また、南側制御盤２３は、同様の積雪情報ＳＩに基づき、積雪が有ると判定した場合には、太陽電池モジュールアレイ２０ａ及び２０ｂの透明導電体１６並びに南側融雪ヒータ３３に対して給電を開始する。これにより、透明導電体１６は第１の加熱手段として作用する。このとき、北側制御盤２４は、南側制御盤２３に連系して北側融雪ヒータ３４への給電を開始する。

このようにして、屋根２ａ、２ｂに積もった雪は、第１の加熱手段、第２の加熱手段、南側融雪ヒータ３３及び北側融雪ヒータ３４の熱によって迅速に溶けてゆく。南側融雪ヒータ３３に対する給電に際しては、南側融雪ヒータ３３の温度センサからの温度信号Ｔに基づき、給電のタイミングや時間を調整するようにしてもよい。

太陽電池モジュールアレイ２０ｃ、２０ｅ〜２０ｇを第２の加熱手段として作用させるタイミングや期間は、積雪情報ＳＩに加え、各ＡＤコンバータ３７から得られる太陽電池モジュールアレイ２０ｂ〜２０ｇの温度情報からの情報に基づいて調整することができる。

例えば、太陽電池モジュールアレイ２０ｂ〜２０ｇの温度が高い場合や、日射量が多い場合には、当該タイミングを遅らせたり、第２の加熱手段を機能させずに南側融雪ヒータ３３又は北側融雪ヒータ３４による融雪機能のみを用いたりしてもよい。

このようにして太陽電池モジュールアレイ２０ｃ、２０ｅ〜２０ｇが第２の加熱手段として作用し、積雪が無くなると、第１制御ユニット２１及び第２制御ユニット２２は、その旨を積雪情報ＳＩに基づいて判定し、第１制御ユニット２１は、開閉制御信号Ｃ１として、第１接点Ｓ１を閉じて第２接点Ｓ２を開く旨の信号を出力する。また、第２制御ユニット２２は、開閉制御信号Ｃ２として、第３接点Ｓ３を閉じて第４接点Ｓ４を開く旨の信号を出力する。これにより、上述の太陽電池モジュールアレイ２０ｅ〜２０ｇの電力をＰＶスキャナ２５に供給し、太陽電池モジュールアレイ２０ｃで生成される電力をパワーコンディショナ２９に供給する状態に復帰する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、透明導電体１６を第２の加熱手段として作用させるタイミングや期間は、積雪情報ＳＩに加え、各ＡＤコンバータ３７から得られる温度情報からの情報に基づいて調整するようしてもよい。また、太陽電池３又は４を構成する太陽電池モジュールアレイや太陽電池モジュールの数や仕様は上記のものに限定されない。

また、積雪センサ５を南側及び北側の屋根２ａ、２ｂの両方に設けて、各屋根２ａ、２ｂ毎に積雪の有無を判定し、この判定結果に基づいて、屋根２ａの太陽電池モジュールアレイ２０ｃ又は屋根２ｂの太陽電池モジュールアレイ２０ｅ〜２０ｇのいずれか又は双方を第２の加熱手段として作用させるようにしてもよい。また、同様の判定結果に応じて、第１の加熱手段や、南側融雪ヒータ３３、北側融雪ヒータ３４を機能させるかどうかを決定するようにしてもよい。

また、太陽電池モジュールアレイ２０ｃ、２０ｅ〜２０ｇを第２の加熱手段として機能させ、太陽電池モジュールアレイ２０ａ、２０ｂの導電体を第１の加熱手段として機能させる場合に、各加熱手段の機能開始のタイミングや機能させるかどうか（機能させる加熱手段の組合せ）に差異を設けることも考えられる。この場合、どのような優先順位で各加熱手段を機能開始させ、又は機能させるかどうかの決定は、例えば、各加熱手段の太陽電池における受光面での日照時間や温度等に基づいて適宜行うことができる。

また、第１の太陽電池及び第２の太陽電池として、同種の太陽電池、例えば単結晶シリコン系太陽電池３又はアモルファスシリコン系太陽電池４を採用してもよい。

１…家屋、 ２ａ，２ｂ…屋根、 ３…単結晶シリコン系太陽電池、 ４…アモルファスシリコン系太陽電池、 ５…積雪センサ（積雪検知手段）、 ６…制御手段、 ７…判定手段、 ８…切替手段、 ９…外部回路、 １０…外部電源、 １５…フレーム、 １６…透明導電体、１７，１８…着雪防止部材。

Claims (8)

1. 建築物の屋根に設置されて融雪を行う融雪装置であって、
   所定の日照条件を満足する屋根の部位に配設され、光電変換層を有する第１の太陽電池と、
   該第１の太陽電池の受光面側に配置した透明導電体と、
   所定の日照条件を満足しない屋根の部位に配設される第２の太陽電池と、
   該第１の太陽電池及び該第２の太陽電池の受光面への積雪を検知する積雪検知手段と、
   該積雪検知手段により該受光面への積雪が検知されたときを除いて該第１の太陽電池及び該第２の太陽電池で得られる電力を外部回路に供給し、該積雪検知手段により積雪が検知された場合には、該第１の太陽電池の該透明導電体に外部電源から通電して第１の加熱手段として機能させ、かつ、該第２の太陽電池自体に外部電源から通電して第２の加熱手段として機能させる制御手段と、
   前記第１の太陽電池又は前記第２の太陽電池の外縁に設けられた枠体と、
   前記枠体に対する着雪を防止する着雪防止部材とを備え、
   前記第１の太陽電池は、前記光電変換層の上に保護ガラスを有し、
   前記透明導電体は、前記保護ガラスに埋設されていることを特徴とする融雪装置。
2. 請求項１記載の融雪装置において、前記着雪防止部材は、少なくとも前記枠体の一部を覆い、前記枠体上に降る雪を前記第１の太陽電池又は前記第２の太陽電池の枠体の表面に案内する傘部材と、１つの太陽電池の枠体と隣接する他の太陽電池の枠体との間に配設されて該傘部材を支持する支持部材とを備えることを特徴とする融雪装置。
3. 請求項１又は２記載の融雪装置において、前記積雪検知手段は、前記受光面の所定領域の画像を撮像し、該画像を解析することにより該受光面の積雪を検知した場合、検知信号を発生することを特徴とする融雪装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の融雪装置において、
   前記制御手段は、
   前記積雪検知手段の検知信号により前記受光面の積雪の有無を判定する判定手段を備え、
   該判定手段の判定に基づいて、前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池で得られた電力の外部回路への供給と、外部電源の電力の該第１の太陽電池の前記導電体及び該第２の太陽電池への供給とを切り換えるものであることを特徴とする融雪装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の融雪装置において、
   前記積雪検知手段は、
   前記受光面の所定領域を観察対象とし、該所定領域のコントラスト値を計測する画像センサと、
   該所定領域を観察対象とし、該所定領域までの距離を測定する距離センサとを備え、
   該画像センサにより得られる該所定領域のコントラスト値及び該距離センサにより得られる該所定領域までの距離値に基づいて該受光面の積雪の有無を検知するものであることを特徴とする融雪装置。
6. 請求項５記載の融雪装置において、
   前記積雪検知手段は、
   前記画像センサにより得られるコントラスト値が無積雪時のコントラスト値から積雪時のコントラスト値に変化し、かつ前記距離センサにより得られる距離値が該距離センサと前記所定領域における前記受光面との距離を所定値以上下回った場合に積雪が有る旨を示す検知信号を出力し、
   該画像センサにより得られるコントラスト値が無積雪時のコントラスト値から積雪時のコントラスト値に変化したが、該距離センサにより得られる距離値が該距離センサと該受光面との距離を所定値以上下回らない場合には、所定時間の経過後に該画像センサにより得られるコントラスト値が積雪時のコントラスト値を維持していれば、該検知信号を出力するものであることを特徴とする融雪装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載の融雪装置において、前記第１の太陽電池は単結晶シリコン系太陽電池であることを特徴とする融雪装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の融雪装置において、前記第２の太陽電池はアモルファスシリコン系太陽電池であることを特徴とする融雪装置。