JP2007077895A - 風車補助駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光と風力に代表されるハイブリット発電システムにおいて、風力エネルギーの間欠性や不規則性のため、風車の回転低稼働率が低く、広告塔やモニュメントとしては衆目を集めにくいという課題があった。また、風力発電の効率向上のため風車補助駆動するなら、外部からの商用電力が必要であるという課題があった。
【解決手段】太陽電池１と風車２を備え、発電機４の発電が無く、かつ蓄電池１１への充電が完了しているときに、太陽電池１からの電力を風車補助駆動するモータ５に切り替えることにより、ハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置を得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光や風力など複数の自然エネルギーを利用して発電した電力を蓄電池に充電するとともに、広告や照明などの負荷に電力を供給する独立電源の機能を持ったハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置に関する。

近年、エネルギー利用の多様化および発電技術の向上により、環境に配慮したクリーンな発電システムとして、太陽光および風力など複数の自然エネルギーを利用するハイブリット型発電システムが注目されており、環境への取り組みを訴求すると共に広告塔や街路照明などへの実用的な応用がおこなわれている。

従来この種の装置は、太陽光と風力などのように異なる種類の自然エネルギーを利用して発電をおこない、それぞれから発生した電力は単純にバッテリーなどの蓄電手段に蓄えておき、蓄えた電力を取り出して広告や照明などに利用するものであった（例えば、特許文献１参照）。

以下、そのハイブリット発電システムについて図８を参照しながら説明する。

図に示すように、道路の両側部もしくは側部の任意個所に立設するタワー体１０１に、風車装置１０２とソーラー装置１０３を備え、道路を走行する自動車により発生する自動車風を風車装置１０２で受けることで、風力エネルギーの、風まかせ、不規則性、間欠的などの短所を補っている。

また、風力発電における風車補助駆動に関しては、効率的な風力発電をおこなうことを目的として、風車を電動機にて駆動することで、風力発電機の起動時に発電までの時間を短縮し、発電効率を向上するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

以下、その風力発電装置について図９を参照しながら説明する。

図に示すように、風車部２０１は風力発電機２０２と制御部２０３と回転計２０４および風速計２０５からなり、風力発電機２０２の出力側に第１インバータ２０６および双方向昇降圧コンバータ回路２０７を備えることにより、商用電力または蓄電した電力を使用して、風速に対応した所定の回転数まで風力発電機２０２を電動機として動作させることで風車の起動時間を短縮し、発電効率を向上している。
特開２００１−１０７８３９号公報 特開２００３−２９９３９６号公報

このような従来のハイブリット型発電システムでは、風車の機械的および電気的損失分を超える風速まで風が吹かなければ風車が回転しないという課題があり、独立電源として風力発電の稼働率の向上を、また広告塔として衆目を集めるため、風車の回転頻度を向上させることが要求されている。

また、風力発電における風車補助駆動装置では、発電効率を向上するために商用電力が消費されるという課題があり、独立電源として外部からの商用電力が不要な風車補助駆動装置が要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、本来風車が回転しない風速でも風車を回転させることができ、また外部からの商用電力が不要な風車補助駆動装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の風車補助駆動装置は、太陽光を受け発電する太陽光発電手段と、風車で風を受け発電する風力発電手段と、前記風車を回転させる風車駆動手段とを備え、前記太陽光発電手段からの電力を前記風車駆動手段に供給することより、前記風車を回転駆動する構成としたものである。

この構成によれば、外部から商用電力を消費せずに風車を回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置が得られる。

また、風車で風を受け回転して発電する発電機を風車駆動手段として使用する構成としたものである。

この構成によれば、風車に連結する発電機と駆動手段の２つ分の機械的損失を１つ分に低減することができ、より効率の良い風車補助駆動装置が得られる。

また、風車による風力発電手段からの発電電力を検出する発電電力検出手段と、前記風車を回転させるために風車駆動手段への供給電力を検出する供給電力検出手段と、前記風車駆動手段に供給する電力を制御する供給電力制御手段を備え、前記風車駆動手段への供給電力に対し、前記風力発電手段からの発電電力が上回ったことを判定し、前記風車駆動手段に供給する電力を遮断することができる構成としたものである。

この構成によれば、風車の駆動中に風速が上昇し、風車駆動から風力発電へスムーズに切り替えられる風車補助駆動装置が得られる。

また、風車の回転数を検出する回転数検知手段を有し、前記回転数検知手段により検出された回転数がゼロ回転の時、風車駆動手段に前記風車の機械的損失分を補償するように供給する電力を制御して前記風車に回転力を加えることができる構成としたものである。

この構成によれば、無風状態で停止している風車が回転起動するために必要な機械的損失分をあらかじめ補償されているため、低風速でも回転起動でき、広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置が得られる。

また、風車の回転数を検出する回転数検知手段を有し、前記回転数検知手段により検出された回転数がゼロ回転の時、風車駆動手段に対して電力を供給し、強制的に前記風車を回転起動することができる構成としたものである。

この構成によれば、無風状態で停止している風車を回転起動することで回転頻度を高め、広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置が得られる。

また、送風手段により発生させた風を前記風車に当てることで回転駆動することができる構成としたものである。

この構成によれば、もともと風車駆動手段を持たない風車を、後からの追加処置で回転起動することができ、広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置が得られる。

また、太陽光発電手段および風力発電手段により発電した電力を蓄電する蓄電手段を備え、前記蓄電手段が満充電の状態になった時に、前記太陽光発電手段からの電力を風車駆動手段に供給することにより、風車を駆動することができる構成としたものである。

この構成によれば、外部商用電力または蓄電電力を消費せずに風車を回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置が得られる。

また、太陽光発電手段あるいは風力発電手段により発電した電力を蓄電する蓄電手段を備え、前記蓄電手段に蓄電する際の余剰電力を風車駆動手段に供給することにより、風車を駆動することができる構成としたものである。

この構成によれば、外部商用電力または蓄電電力を消費せずに風車を回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置が得られる。

また、太陽光発電手段および風力発電手段により発電した電力を蓄電する第一蓄電手段と第二蓄電手段を備え、前記第一蓄電手段に蓄電する際の余剰電力を前記第二蓄電手段に供給・蓄電し、前記第二蓄電手段からの電力を風車駆動手段に供給することにより、風車を駆動することができる構成としたものである。

この構成によれば、外部商用電力または第一蓄電手段の蓄電電力を消費せず、かつ、太陽光発電電力が低下しても風車を回転起動することができ、広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置が得られる。

また、太陽光発電手段あるいは風力発電手段により発電した電力を蓄電する蓄電手段と、周囲の明るさを検出する照度検出手段を持ち、暗くなったことを前記照度検出手段で検知し、風車駆動手段への電力供給を停止することができる構成としたものである。

この構成によれば、暗くなり太陽光発電手段からの発電が減少した状況において、風車の駆動による電力消費を防ぐことができる風車補助駆動装置が得られる。

また、太陽光発電手段または蓄電手段からの電力により回転駆動可能な風車を持つ風力発電手段と、周囲の明るさを検出する照度検出手段と、時間経過を検知する時限タイマー手段を備え、前記照度検出手段にて暗くなったことを検知して前記時限タイマー手段をスタートし、前記時限タイマー手段によりあらかじめ設定された任意の時間経過後に風車の駆動および非駆動ができる構成としたものである。

この構成によれば、早朝などうす暗く太陽光発電手段からの発電が不足した状況において、風車の駆動による電力消費を防ぐことができる風車補助駆動装置が得られる。

また、太陽光発電手段または蓄電手段からの電力により回転駆動可能な風車を持つ風力発電手段と、現在時刻と設定時刻の一致を検知する時刻タイマー手段を備え、前記時刻タイマー手段によりあらかじめ設定された任意の時刻になると風車の駆動および非駆動ができる構成としたものである。

この構成によれば、太陽光発電手段からの発電が十分となる時刻だけや、施設の運用時間に合わせて風車の駆動をおこなうことで、風車の駆動による電力消費を防ぎ、かつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置が得られる。

本発明によれば、外部から商用電力を必要とせずに風車を回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置を提供できる。

また、風車に連結する発電機と駆動手段の２つ分の機械的損失を１つ分に低減することができ、より効率的な風車補助駆動装置を提供できる。

また、風車を駆動中に風速が上昇し、風車駆動から風力発電へスムーズに切り替えられる風車補助駆動装置を提供できる。

また、無風状態で停止している風車が回転起動するために必要な機械的損失分をあらかじめ補償されているため、低風速でも回転起動でき、かつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置を提供できる。

また、無風状態で停止している風車を回転起動することで回転頻度が高く、かつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置を提供できる。

また、もともと風車駆動手段を持たない風車を、後からの追加処置で回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置を提供できる。

また、外部商用電力を消費せずに風車を回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置を提供できる。

また、外部商用電力を消費せず、かつ、太陽光発電電力が低下しても風車を回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置を提供できる。

また、暗くなり太陽光発電手段からの発電が減少した状況において、風車の駆動による電力消費を防ぐことができる風車補助駆動装置を提供できる。

また、早朝などうす暗く太陽光発電手段からの発電が不足した状況において、風車の駆動による電力消費を防ぐことができる風車補助駆動装置を提供できる。

また、太陽光発電手段からの発電が十分となる時刻だけや、施設の運用時間に合わせて風車の駆動をおこなうことで、風車の駆動による電力消費を防ぎかつ広告塔として衆目を集めることのできるハイブリット型発電システムの風車補助駆動装置を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、太陽光を受け発電する太陽光発電手段と、風車で風を受け発電する風力発電手段と、前記風車を回転させる風車駆動手段とを備え、前記太陽光発電手段からの電力を前記風車駆動手段に供給することより、前記風車を回転駆動することができるとしたものであり、外部から商用電力を消費せずに風車を回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることができるという作用を有する。

本発明の請求項２記載の発明は、風車で風を受け回転して発電する発電機を風車駆動手段としたものであり、風車に連結する発電機と駆動手段の２つ分の機械的損失を１つ分に低減することができ、より効率の良い風車補助駆動ができるという作用を有する。

本発明の請求項３記載の発明は、風車による風力発電手段からの発電電力を検出する発電電力検出手段と、前記風車を回転させるために風車駆動手段への供給電力を検出する供給電力検出手段と、前記風車駆動手段に供給する電力を制御する供給電力制御手段を備え、前記風車駆動手段への供給電力より前記風力発電手段からの発電電力が上回ったことを判定し、前記風車駆動手段に供給する電力を低減するとしたものであり、風車を駆動中に風速が上昇し、風車駆動から風力発電へスムーズに切り替えられるという作用を有する。

本発明の請求項４記載の発明は、風車の回転数を検出する回転数検知手段を有し、前記回転数検知手段により検出された回転数がゼロ回転の時、風車駆動手段に前記風車の機械的損失分を補償するように供給する電力を制御して前記風車に回転力を加えることにより前記風車の機械的損失分を補償することができるとしたものであり、風車が起動しないような風速でも回転起動することができ、広告塔として衆目を集めることができるという作用を有する。

本発明の請求項５記載の発明は、風車の回転数を検出する回転数検知手段を有し、前記回転数検知手段により検出された回転数がゼロ回転の時、風車駆動手段に対して電力を供給し、強制的に前記風車を回転起動することとしたものであり、無風状態で停止している風車を回転起動することで回転頻度が高く、かつ広告塔として衆目を集めることができるという作用を有する。

本発明の請求項６記載の発明は、風車を回転させる風車駆動手段として、別な送風手段により発生させた風を前記風車に当てることで回転駆動することとしたものであり、もともと風車駆動手段を持たない風車を、後からの追加処置で回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることができるという作用を有する。

本発明の請求項７記載の発明は、太陽光発電手段および風力発電手段により発電した電力を蓄電する蓄電手段を備え、前記蓄電手段に蓄えられた電気が満充電の状態になったときに、前記太陽光発電手段からの電力を風車駆動手段に供給することにより、風車を駆動することとしたものであり、外部商用電力を消費せずに風車を回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることができるという作用を有する。

本発明の請求項８記載の発明は、太陽光発電手段あるいは風力発電手段により発電した電力を蓄電する蓄電手段を備え、前記蓄電手段に蓄電する際の余剰電力を風車駆動手段に供給することにより、風車を駆動することとしたものであり、外部商用電力を消費せずに風車を回転起動することができ、かつ広告塔として衆目を集めることができるという作用を有する。

本発明の請求項９記載の発明は、太陽光発電手段および風力発電手段により発電した電力を蓄電する第一蓄電手段と第二蓄電手段を備え、前記第一蓄電手段に蓄電する際の余剰電力を前記第二蓄電手段に供給・蓄電し、前記第二蓄電手段からの電力を風車駆動手段に供給することにより風車を駆動することとしたものであり、外部商用電力を消費せず、かつ太陽光発電電力が低下しても風車を回転起動することができ、広告塔として衆目を集めることができるという作用を有する。

本発明の請求項１０記載の発明は、太陽光発電手段あるいは風力発電手段により発電した電力を蓄電する蓄電手段と、周囲の明るさを検出する照度検出手段を持ち、暗くなったことを前記照度検出手段で検知し、風車駆動手段への電力供給を停止することとしたものであり、暗くなり太陽光発電手段からの発電が減少した状況において、風車の駆動による電力消費を防ぐことができるという作用を有する。

本発明の請求項１１記載の発明は、太陽光発電手段または蓄電手段からの電力により回転駆動可能な風車を持つ風力発電手段と、周囲の明るさを検出する照度検出手段と、時間経過を検知する時限タイマー手段を備え、前記照度検出手段にて暗くなったことを検知して前記時限タイマー手段をスタートし、前記時限タイマー手段によりあらかじめ設定された任意の時間経過後に風車の駆動および非駆動ができるとしたものであり、早朝などうす暗く太陽光発電手段からの発電が不足した状況において、風車の駆動による電力消費を防ぐことができるという作用を有する。

本発明の請求項１２記載の発明は、太陽光発電手段または蓄電手段からの電力により回転駆動可能な風車を持つ風力発電手段と、現在時刻と設定時刻の一致を検知する時刻タイマー手段を備え、前記時刻タイマー手段によりあらかじめ設定された任意の時刻になると風車の駆動および非駆動ができるとしたものであり、太陽光発電手段からの発電が十分となる時刻だけや、施設の運用時間に合わせて風車の駆動をおこなうことで、風車の駆動による電力消費を防ぎかつ広告塔として衆目を集めることができるという作用を有する。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１および図２に示すように、太陽光発電手段たとえば太陽電池１および風車２を持つハイブリット型発電システムにおいて、風車２の風車軸３の両側にそれぞれ風力発電手段たとえば発電機４と風車駆動手段たとえばモータ５を備える。風車駆動手段として送風手段たとえば送風ファン６を備える場合もある。また、接続された太陽電池１からの発電電力は、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴなどを用いたスイッチング方式などによる電圧電流調整回路およびオペアンプや電流センサーを用いた発電電力計測回路などを内蔵して電力調整する太陽光電力制御手段７に接続している。太陽光電力制御手段７は、自然エネルギーである太陽電池１からの不規則に変化する電圧電流を、内蔵するたとえばパワーＭＯＳＦＥＴなどを用いたスイッチング回路などによる電圧電流調整回路により充電や補助駆動に必要な電圧電流に調整して出力し、かつ出力している電圧電流を、内蔵するたとえばオペアンプや電流センサーなどを用いた発電電力計測回路により測定して制御手段１６に内蔵されたマイクロコンピュータで判断するための情報を提供する。太陽光電力制御手段７を通り調整された電力は切り替えリレー８に接続している。また、風力発電用の発電機４からの発電電力は、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴなどを用いたスイッチング方式などによる電圧電流調整回路およびオペアンプや電流センサーを用いた発電電力計測回路などを内蔵して電力調整する風力電力制御手段９に接続している。風力電力制御手段９は、自然エネルギーである風車に接続された発電機４からの不規則に変化する電圧電流を、内蔵するたとえばパワーＭＯＳＦＥＴなどを用いたスイッチング回路などによる電圧電流調整回路により充電に必要な電圧電流に調整して出力し、かつ出力している電圧電流を、内蔵するたとえばオペアンプや電流センサーなどを用いた発電電力計測回路により測定して制御手段１６に内蔵されたマイクロコンピュータで判断するための情報を提供する。また、風力電力制御手段９を通り調整された電力は、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴなどを用いたスイッチング方式などによる電圧電流調整回路およびオペアンプや電流センサーなどを用いた充電電圧電流計測回路などを内蔵して充電電圧電流を調整する充電制御手段１０に接続している。充電制御手段１０は、接続された蓄電池１１の蓄電状況を、内蔵するたとえばオペアンプや電流センサーを用いた充電電圧電流計測回路により測定し、太陽光電力制御手段７および風力電力制御手段９から出力される電力を、内蔵するたとえばパワーＭＯＳＦＥＴなどを用いたスイッチング回路などによる電圧電流調整回路によりその時点で蓄電池１１の充電に必要な電圧電流に調整して出力し、かつ出力している電圧電流を、前記充電電圧電流計測回路により測定して制御手段１６に内蔵されたマイクロコンピュータで判断するための情報を提供する。また、蓄電池１１が満充電になった時点で充電制御を停止する。通常、太陽電池１による充電動作の時は、切り替えリレー８の状態は充電制御手段１０の方に接続している。切り替えリレー８のもう一方は風車駆動用のモータ５または送風ファン６に接続している。充電制御手段１０の出力は、蓄電池１１および出力リレー１２に接続している。蓄電池１１に蓄えられた電力は、出力リレー１２を通して照明１３に接続している。太陽光電力制御手段７、切り替えリレー８、風力電力制御手段９、充電制御手段１０、出力リレー１２、時限／時刻タイマー手段１４および周囲の明るさを検知するため外部に設置された照度センサー１５は、制御ソフトを搭載したマイクロコンピュータを内蔵して、太陽電池および風力発電からの発電電力監視、蓄電池１１の充電状況、照度センサー１５からの明るさ情報、時限／時刻タイマー手段１４からの時間経過や時刻情報を取り込み各種判断を行い、充電制御、風車補助駆動制御、照明のオン／オフ、過放電／過充電保護などの全体制御を行う制御手段１６に接続されており、これらは照度センサー１５を除き、制御器１７に一体化されている。時限／時刻タイマー手段１４は、制御手段１６からの指令で時間経過を測定し、制御手段１６によりあらかじめ設定された任意の時間経過後に制御手段１６に内蔵されたマイクロコンピュータに時間経過を通知するための信号を提供する。また、制御手段１６からの指令で現在時刻を計時し、制御手段１６によりあらかじめ設定された任意の時刻に制御手段１６に内蔵されたマイクロコンピュータに時刻一致を通知するための信号を提供する。概観上は、照明１３の下方に広告設置場所１８を、さらに下方の基部に、蓄電池１１、照度センサー１５および制御器１７を収める制御ボックス１９を備える。

上記構成において、充電制御手段１０は蓄電池１１の蓄電状況を検知し、太陽光電力制御手段７は太陽電池１の発電状況を検知し、風力電力制御手段９は風力用の発電機４の発電状況を検知する。そして、制御手段１６に内蔵するマイクロコンピュータによって図３の風車補助駆動判断１フローチャートに示すように、蓄電池１１の蓄電状況、太陽電池１の発電状況および風力用の発電機４の発電状況を判定する。これにより、風車の駆動は電力を消費するので蓄電池１１への充電を優先し、蓄電池１１が満充電の状態でかつ、太陽電池１の発電が有り、風車が回転していない時、切り替えリレー８を切り替えて太陽電池１からの発電電力を太陽光電力制御手段７を通して電圧電流を調整し、風車駆動用のモータ５または送風ファン６に接続して風車２を回転させることで、外部からの商用電源が不要な風車補助駆動をおこなうこととなる。

また、風車補助駆動状態においては、風車駆動手段である風車駆動用のモータ５または送風ファン６に供給する電力はその供給元である太陽光電力制御手段７にて検知できるので、制御手段１６に内蔵するマイクロコンピュータによって図４の風車補助駆動供給電力制御フローチャートに示すように、風力用の発電機４の発電電力、風車補助駆動電力を判定する。これにより、風車補助駆動中に風車に当たる風の風速が増すと、風車補助駆動電力を段階的に低減してゆき、最後には風車補助駆動電力がゼロになれば、切り替えリレー８を切り替えて太陽電池１からの発電電力を太陽光電力制御手段７を通して電圧電流を調整し充電制御手段１０に接続することで、風車補助駆動を停止し、風力発電の状態にすることで、風車駆動から風力発電へスムーズに切り替えられることとなる。

また、周囲の明るさを検出する照度検出手段たとえば照度センサー１５から周囲が暗くなったことが検知できるので、制御手段１６に内蔵するマイクロコンピュータにより判断して風車補助駆動を停止する。これにより、風車補助駆動による電力消費を防ぐこととなる。またこのとき、照度センサー１５から周囲が暗くなったことを検知し、制御手段１６に内蔵するマイクロコンピュータにより判断して出力リレー１２をＯＮすることで蓄電池１１に蓄電した電力で照明１３を点灯することとなる。

また、照度センサー１５から周囲が明るくなったことを検知して、時限／時刻タイマー手段１４を時限タイマーとして使用し、制御手段１６に内蔵するマイクロコンピュータによりあらかじめ設定された任意の時間経過後に風車補助駆動を許可する。これにより、早朝など薄暗く太陽電池１からの発電が不足した状態において、風車補助駆動による電力消費を防ぐこととなる。またこのとき、照度センサー１５から周囲が明るくなったことを検知し、制御手段１６に内蔵するマイクロコンピュータにより判断して出力リレー１２をＯＦＦすることで蓄電池１１に蓄電した電力を切り照明１３を消灯することとなる。

また、時限／時刻タイマー手段１４を時刻タイマーとして使用し、制御手段１６に内蔵するマイクロコンピュータによりあらかじめ設定された任意の時刻からもうひとつ設定された別な任意の時刻のあいだ風車補助駆動を許可する。これにより、太陽電池１からの発電が十分となる時間帯だけや施設の運用時間にあわせた風車補助駆動ができ、風車補助駆動による電力消費を防ぐこととなる。

なお、実施の形態１では、風車の駆動電源に太陽電池を用いたが、太陽電池に代えて別な自然エネルギーたとえば別設置の風力発電や潮力発電、地熱発電などを用いても良く、その作用効果に差異を生じない。また、風車にサポニウス型の垂直軸回転の物を用いたが、サポニウス型に代えてプロペラ型など水平軸回転の物を用いても良く、その作用効果に差異を生じない。また、蓄電手段として蓄電池１１を用いたが、蓄電池１１に代えて電気二重層コンデンサ、電解コンデンサなどを用いても良く、その作用効果に差異を生じない。また、照度センサー１５に代えて太陽電池などの光電変換素子を用いても良く、構成要素である太陽電池をこれに流用しても、その作用効果に差異を生じない。また、実施の形態１では、風力発電から風車駆動に切り替えるため、切り替えリレー８を用いたが、出力リレー１２を含め、リレーに代えてトランジスタまたはＦＥＴなどの半導体を使用しても良く、その作用効果に差異を生じない。

（実施の形態２）
実施の形態１と同一部分は、同一番号を付して詳細な説明を省略する。

図５に示すように、太陽電池１および風車２を持つハイブリット型発電システムにおいて、風車２の風車軸３に、たとえばＤＣモータのような発電機でもモータでも使用可能な発電機／モータ２０を持ち、その軸に機械的に接続し、風車の回転数を検知できる回転計２１を備える。また第１蓄電池２２と第２蓄電池２３および制御器１７を持ち全体を制御する。太陽電池１からの発電電力は、太陽光電力制御手段７を通して、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴなどを用いたスイッチング方式などによる電圧電流調整回路およびオペアンプや電流センサーを用いた電力計測回路などを内蔵し主電力を充電に、余剰電力を補助駆動に振り分け調整する余剰電力制御手段２４を内蔵し、余剰電力制御手段２４から風車補助駆動側への出力は、風力発電からの電力逆流を防止する逆流防止ダイオード２５ａを通して発電機／モータ２０に接続している。同じ接続点には、風力発電からの電力逆流を防止する逆流防止ダイオード２５ｂを通して補助駆動リレー２６に接続しており、補助駆動リレー２６は、第２蓄電池２３に接続している。また、風力電力制御手段９および余剰電力制御手段２４を通り調整された電力は、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴなどを用いたスイッチング方式などによる電圧電流調整回路およびオペアンプや電流センサーを用いた充電電圧電流計測回路などを２系統内蔵して２つの蓄電池に充電電圧電流を調整する２系統充電制御手段２７に接続している。２系統充電制御手段２７は、第１蓄電池２２と第２蓄電池２３に接続しており、第１蓄電池２２の蓄電量を内蔵されたたとえばオペアンプや電流センサーを用いた第１充電電圧電流計測回路にて監視し、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴなどを用いたスイッチング方式などによる第１電圧電流調整回路を調整して充電する。充電が進むにつれ必要とする電力が低下するので、第２蓄電池２３の蓄電量を内蔵されたたとえばオペアンプや電流センサーを用いた第２充電電圧電流計測回路にて監視し、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴなどを用いたスイッチング方式などによる第２電圧電流調整回路を調整して充電する。いずれも満充電になった時点で充電制御を停止する。なお、第１蓄電池２２からは実施の形態１の図１で示す蓄電池１１から出力リレー１２を通して照明１３へ接続しているが、図１と同様のため省略する。

上記構成において、発電機／モータ２０は、風車で風を受け回転して発電する発電機を風車駆動手段として兼用することで、風車に連結する発電機と駆動手段の２つ分の機械的損失を１つ分に低減することとなる。

また、一般的な蓄電池はその充電過程において、一定容量まで充電が進むと満充電になるまでのあいだで必要とする電力は徐々に低下する特性を持っているため、発電電力との差分が余剰電力として発生する。余剰電力制御手段２４は、この余剰電力分を風車補助駆動電力に振り分ける。これにより、蓄電池が満充電にならなくても風車補助駆動を行うこととなる。

また、無風状態であることを、回転計２１で検知し、太陽電池１からの発電電力が十分にあり、余剰電力制御手段２４が余剰電力を風車補助駆動に供給できるか、または第２蓄電池の蓄電電力が風車補助駆動に供給できる状態にある時、制御手段１６に内蔵するマイクロコンピュータによって図６の風車補助駆動判断２フローチャートに示すように、風車の回転数がゼロであること、太陽電池からの電力に余剰分があること、第２蓄電池の蓄電量があることを判定する。これにより、無風状態で停止している風車が回転起動するために必要な機械的損失分をあらかじめ補償することができ、低風速でも風車を回転起動でき、外部商用電力が不要で、太陽電池の発電電力が低下しても風車補助駆動を行うこととなる。

また、無風状態であることを、回転計２１で検知し、太陽電池１からの発電電力が十分にあり、余剰電力制御手段２４が余剰電力を風車補助駆動に供給できるか、または第２蓄電池の蓄電電力が風車補助駆動に供給できる状態にある時、制御手段１６に内蔵するマイクロコンピュータによって図７の風車補助駆動判断３フローチャートに示すように、風車の回転数がゼロであること、太陽電池からの電力に余剰分があること、第２蓄電池の蓄電量があることを判定する。これにより、無風状態で停止している風車を強制的に回転起動することで、風車の回転頻度を高め、外部商用電力が不要で、太陽電池の発電電力が低下しても風車補助駆動を行うこととなる。

なお、実施の形態２では、風車の駆動電源のひとつに第２蓄電池を用いたが、蓄電池に代えて電気二重層コンデンサ、電解コンデンサなどを用いても良く、その作用効果に差異を生じない。また、発電機からの電力逆流防止には、逆流防止ダイオードを用いたが、制御手段１６によりタイミング制御されたパワーＭＯＳＦＥＴやトランジスタなどのスイッチ素子を用いても良く、その作用効果に差異を生じない。

本発明による風車補助駆動装置は、太陽光と風力など複数の自然エネルギーによる発電手段を持つ独立電源装置において、風車の補助駆動に他の自然エネルギーによる電力を供給することで、商用電力または蓄電した電力を使わず風車の補助駆動ができ、風力発電電力の大きいプロペラ型風車の起動補助の用途にも適用できる。また、単純に広告を取り付けた広告塔に対して、自然にやさしく衆目を集めるモニュメントとしての用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１の全体構成を示すブロック図 同概観図 同風車補助駆動判断１のフローチャート 同風車駆動供給電力制御のフローチャート 本発明の実施の形態２の全体構成を示すブロック図 同風車補助駆動判断２のフローチャート 同風車補助駆動判断３のフローチャート 従来のハイブリット発電システムを示す構成図 従来の風力発電装置を示す構成図

符号の説明

１ 太陽電池
２ 風車
３ 風車軸
４ 発電機
５ モータ
６ 送風ファン
７ 太陽光電力制御手段
８ 切り替えリレー
９ 風力電力制御手段
１０ 充電制御手段
１１ 蓄電池
１２ 出力リレー
１３ 照明
１４ 時限／時刻タイマー手段
１５ 照度センサー
１６ 制御手段
１７ 制御器
１８ 広告設置場所
１９ 制御ボックス
２０ 発電機／モータ
２１ 回転計
２２ 第１蓄電池
２３ 第２蓄電池
２４ 余剰電力制御手段
２５ａ 逆流防止ダイオード
２５ｂ 逆流防止ダイオード
２６ 補助駆動リレー
２７ ２系統充電制御手段

Claims (12)

1. 太陽光を受け発電する太陽光発電手段と、風車で風を受け発電する風力発電手段と、前記風車を回転させる風車駆動手段とを備え、前記太陽光発電手段からの電力を前記風車駆動手段に供給することを特徴とする風車補助駆動装置。
2. 風車で風を受け回転して発電する発電機を風車駆動手段として使用したことを特徴とする請求項１記載の風車補助駆動装置。
3. 風車による風力発電手段からの発電電力を検出する発電電力検出手段と、前記風車を回転させるために風車駆動手段への供給電力を検出する供給電力検出手段と、前記風車駆動手段に供給する電力を制御する供給電力制御手段を備え、前記風車駆動手段への供給電力より前記風力発電手段からの発電電力が上回ったことを判定し、前記風車駆動手段に供給する電力を低減するようにする請求項１または２記載の風車補助駆動装置。
4. 風車の回転数を検出する回転数検知手段を有し、前記回転数検知手段により検出された回転数がゼロ回転の時、風車駆動手段に前記風車の機械的損失分を補償するように供給する電力を制御して前記風車に回転力を加えることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の風車補助駆動装置。
5. 風車の回転数を検出する回転数検知手段を有し、前記回転数検知手段により検出された回転数がゼロ回転の時、風車駆動手段に対して電力を供給し、強制的に前記風車を回転起動することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の風車補助駆動装置。
6. 送風手段により発生させた風を風車に当てることで回転駆動することを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の風車補助駆動装置。
7. 太陽光発電手段あるいは風力発電手段により発電した電力を蓄電する蓄電手段を備え、前記蓄電手段が満充電状態になった時に前記太陽光発電手段からの電力を風車駆動手段に供給することを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の風車補助駆動装置。
8. 太陽光発電手段あるいは風力発電手段により発電した電力を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段の蓄電状態に応じて発生する余剰電力を制御し出力する余剰電力制御手段を備え、その余剰電力を風車駆動手段に供給することを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の風車補助駆動装置。
9. 太陽光発電手段および風力発電手段により発電した電力を蓄電する第一蓄電手段と第二蓄電手段を備え、前記第一蓄電手段に蓄電する際の余剰電力を前記第二蓄電手段に供給・蓄電し、前記第二蓄電手段からの電力を風車駆動手段に供給することを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の風車補助駆動装置。
10. 太陽光発電手段あるいは風力発電手段により発電した電力を蓄電する蓄電手段と、周囲の明るさを検出する照度検出手段を持ち、暗くなったことを前記照度検出手段で検知し、風車駆動手段への電力供給を停止することを特徴とする請求項１〜９いずれかに記載の風車補助駆動装置。
11. 太陽光発電手段または蓄電手段からの電力により回転駆動可能な風車を持つ風力発電手段と、周囲の明るさを検出する照度検出手段と、時間経過を検知する時限タイマー手段を備え、前記照度検出手段にて暗くなったことを検知して前記時限タイマー手段をスタートし、前記時限タイマー手段によりあらかじめ設定された任意の時間経過後に風車の駆動および非駆動ができる請求項１〜１０いずれかに記載の風車補助駆動装置。
12. 太陽光発電手段または蓄電手段からの電力により回転駆動可能な風車を持つ風力発電手段と、現在時刻と設定時刻の一致を検知する時刻タイマー手段を備え、前記時刻タイマー手段によりあらかじめ設定された任意の時刻になると風車の駆動および非駆動ができる請求項１〜１１いずれかに記載の風車補助駆動装置。

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