JP2007118925A - 水上発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設置時や点検や荒天時等に水上発電装置全体を引き上げる時には軽量であり、水面上に設置した時は水の荷重を利用して装置全体の重さが増し、安定する水上発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 浮体の喫水線より上方に太陽電池モジュールを配設した水上発電装置であって、前記浮体は、内部に浮力を発生する気体を有するとともに、注排水開口部と、前記内部の気体と外気とを連通し、且つ開閉手段を有する連通部とを設けたことを特徴とする水上発電装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は河川、池、湖、海洋などの水上に敷設して太陽光発電を行うため水上発電装置に関する。

太陽電池モジュールは、太陽光発電を行うためには日当たりの良くかつ広い面積の土地を必要として、一般的な例としては、住宅の屋根やビルの屋上、壁部などに設置されている。

しかしこのような屋根等への設置以外に、河川、池、湖、海洋などのように遮光されることのすくない水上に敷設するニーズが高まっている。このため水面上に太陽電池モジュールを浮かべ、太陽光発電を行う水上発電装置が種々提案されている。その一つとして、発泡樹脂体からなる複数のフロートを用いて、複数のフロート間に太陽電池モジュールを配置固定していた。また、太陽電池モジュールを増設する際には、フロートを同時に増設していた。
特開２００４−２２８２６３号公報

上記のように水上発電装置においては、浮力は発砲樹脂体のフロートによって決定され、フロートの喫水線は、浮力はフロートの上面に配置される太陽電池モジュールの重量によって決定される。

また、この水上接地用太陽電池モジュールは、わずかな風などで流されるおそれがあり、これを防止するために錨（アンカー）手段を設けることが考えられる。しかし、アンカ部材を用いる水上接地用太陽電池モジュールが大型してしまう。また、フロートの喫水線を変化させて、フロートの水面下に水没部分を増やして、フロートが水面から露出する量を極小化して、風などでされないように、あらかじめフロートの浮力を設定しておく必要があった。

このように、フロートの浮力を小さくすることは、実質的にフロートの重量を増やすことが考えられるが、このようにフロートの重量を増やすと、水上発電装置の搬送、設置、回収などの作業性が低下してしまう。

本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、浮体の浮力を任意に調整でき、安定した設置でき、且つその作業性が低下することがない水上発電装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の水上発電装置は、内部に水及び空気が収容される浮体の上部に太陽電池モジュールを配設してなる水上発電装置であって、前記浮体は、その内部に収容される水と空気の比率を可変させて浮力を調整する調整手段を有していることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記浮体の下部に、外部からの水を内部へ取り込むか、または内部の水を外部へ排出するための第１の開口部を有していることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記第１の開口部は常時開口していることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記浮体の上部に、浮体内部の空気を排出するか、浮体内部に空気を注入するための第２の開口部を有し、該第２の開口部の開口状態を前記調整手段により制御するようになしたことを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記浮体が縦長の筒状をなしていることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記浮体を複数個備え、これら浮体の浮力を個別に制御することにより前記太陽電池モジュールの向きを調整可能としたことを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、太陽の位置を検知するための検知手段と、該検知手段からの位置情報に基づいて前記太陽電池モジュールの向きを変化させる制御手段とを有していることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記制御手段が前記浮体の浮力調整により前記太陽電池モジュールの向きを変化させるようになしたことを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記制御手段が前記浮体の重量バランスを変化させることにより前記太陽電池モジュールの向きを変化させるようになしたことを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記浮体には、複数の浮体どうしを連結する連結部を有していることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記連結部は、浮体の外部に突出して設けた突出連結部であること特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記突出連結部は、浮体の喫水線下の水中に突出していることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記突出連結部は、浮体の下方に突出する板状体であることを特徴とする。

さらに、本発明の水上発電装置は、前記浮体を複数個備え、隣接し合う浮体の前記連結部を互いに連結する係留手段を設けたことを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記係留手段は一対の連結部を結合する係合治具であることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記係合治具は、一対の連結部の先端に係合される断面コ字状治具であることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記係留手段は、一対の連結部に結合される紐状部材であることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記浮体の複数個を枠体の内側に整列させたことを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記枠体の内側は仕切り板により複数に仕切られていることを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、矩形状もしくは正方形状の太陽電池モジュールをその一対の互いに対向する端部の内の一方を軸として回動自在に浮体の喫水線より上方に固定し、前記太陽電池モジュールの他方の端部を隣接する他の浮体の上部に回動自在に固定された他の太陽電池モジュールの他方の端部と回動自在に連結したことを特徴とする。

さらに、本発明の他の水上発電装置は、複数の太陽電池モジュールを略同一平面上に配置してなる矩形状もしくは正方形状の太陽電池アレイを水面上の浮体と岸部とで支持するようにした水上発電装置であって、前記太陽電池アレイの一対の互いに対向する端部の内の一方の端部を岸部より回動自在に支持するとともに、前記太陽電池アレイの他方の端部を前記浮体によって支持するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の他の水上発電装置は、前記浮体が中空体からなり、前記浮体の喫水線より下方に開口部を設けたことを特徴とする。

本発明の水上発電装置によれば、浮体の気体の量を任意に調整でき、浮体の浮力を任意に調整できる。即ち、水面から露出する浮体を小さくすることができ、風などによって流されることがないため、安定的な設置が可能となる。

また、回収時においては、回収時の全体の重量や、搬送時の全体の重量を小さくすることができるため、作業性効率の高い水上発電装置となる。

また、本発明の水上発電装置によれば、浮体には、連結部が形成されており、他の水上発電装置の連結部を、係留手段によって係留すれば、設置の安定に優れた水上発電装置を一層流されにくい状態として、且つ高出力の水上発電装置となる。

また、水上発電装置を枠体内部で整列させるだけで、簡単、安価に連結水上発電装置が作製できる。さらに太陽電池モジュールは枠体の内部で個々に水面に浮いた状態であるため、枠体がその荷重を受けることがないため枠体に必要とされる大きさや強度が小さいもので済む。

またこの枠体の内部が仕切り板により仕切られていることにより、設置時に水上発電装置の整列が行いやすくなると共に枠体が仕切り板により補強され強固なものとなる。さらに点検やメンテナンス時においてもこの仕切り板上に乗って確認や作業ができるため、その利便性を向上させることができる。

さらに、本発明の他の水上発電装置によれば、矩形状もしくは正方形状の太陽電池モジュールをその一対の互いに対向する端部の内の一方を軸として回動自在に浮体の喫水線より上方に固定し、前記太陽電池モジュールの他方の端部を隣接する他の浮体の上部に回動自在に固定された他の太陽電池モジュールの他方の端部と回動自在に連結したことで、隣接する水上発電装置の間の間隔が伸縮自在の構造となり、この間隔を自由に変えることが可能となる。

このため常時は、隣接する水上発電装置の間の間隔を伸ばした状態にすることにより、太陽電池モジュールの設置面積を広げ、発電効率を上げることができ、また水の状況を確認する時やまた水底の土砂や堆積物などを浚渫する時などには、隣接する水上発電装置の間の間隔を縮めた状態とすることにより、太陽電池モジュールの設置面積を少なくし、水上発電装置を持ち上げることなく水面を空けることが簡単にできる。

さらに、複数の太陽電池モジュールを略同一平面上に配置してなる矩形状もしくは正方形状の太陽電池アレイを水面上の浮体と岸部とで支持するようにした水上発電装置であって、前記太陽電池アレイの一対の互いに対向する端部の内の一方の端部を岸部より回動自在に支持するとともに、前記太陽電池アレイの他方の端部を前記浮体によって支持するようにしたことにより、通常時は一端部が陸部の支持部により固定されているため風や波に安定であり、さらに設置された浄水場などの水槽の水を排水して、水槽内を点検、清掃などのメンテナンスを行うときは、排水と共にこの太陽電池アレイが支持部を支点として水槽の底部の方向に回転し、前記の他端部に設置した浮体が水槽の底部に着いた状態で保持されることになる。よってこの状態で水槽のメンテナンスが可能となる。その後再度、水槽内に注水したときには、注水に従い浮体が浮き上がり、元の通り水面上に配置することができる。

このように本発明の水上発電装置によれば、通常時は安定であると共に、メンテナンス等の時は装置の全体又は一部を分解して陸上などへ移動させること無く、簡単にメンテナンスを行うことが可能となる。

さらに本発明の水上発電装置によれば、上述のような構造にすることにより、その加重を浮体側にも分散できることになり、浄水場などの躯体への荷重負担を軽減することもできる。

また前記浮体が中空体からなり、前記浮体の喫水線より下方に開口部を設けたことにより、設置時はフロートが軽量であるため輸送、設置しやすいためその工数が削減でき、さらに水面に浮かべた後は開口部からフロート内に水が入るため、強い風による吹き上げに対しフロート内部の水の重量を利用でき、水上発電装置をより安定なものとすることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明に係る水上発電装置の一例の斜視図を示し、さらに図２はその断面を示すものである。

図１、図２において、１は浮体、４は太陽電池パネル、５は浮体の外部と内部を繋ぐ連通部、６は浮体の少なくとも水面下に位置する部位に設けられた注排水開口部、１０は連通部５を開閉するための開閉手段であるバルブ、１５は複数の水上発電装置を連結する連結部を示す。

浮体１はその内部に空気が存在し得る空間を有する中空体であり、また、その浮体１の内部の空気と外気を連通する連通部５を有するものであり、この連通部５が浮体の内部の空気と外気を連通したり、遮断したりする開閉手段１０を備えている。さらに、浮体１をその内部に所定量の水を注入したり、排水したりする注排水開口部６を備えている。浮体１を水面に設置するときに、浮体１の内部の空気量をコントロールすることで、浮体１の喫水線（浮体が水面から突出する高さ）を決めることができる。

本発明の浮体１の一例として例えば図１及び図２に示すものが使用できる。

図に示す浮体１はその底面の全面が注排水開口部６となる直方体となっている。その各部の寸法は使用する太陽電池パネル４の大きさ等を考慮して決定すればよいが、例えば縦１．３〜１．５ｍ、幅１．０〜１．２ｍ、高さ０．５〜１．０ｍ程度である。また浮体１は耐久性などを考慮してステンレスやＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、繊維強化プラスチック材料）等で作製される。例えばＦＲＰで作製された場合、その厚みは５〜２０ｍｍ程度である。

また注排水開口部６は、浮体１の水面下となる位置、例えば図２に示すようにその底部に設けられている。図２では、注排水開口部６は浮体１の底面８の全面にわたり形成されているが、少なくとも水面下となる位置に穴などを開けるようにして設けてもよい。また、浮体１の壁部３に複数設けてもよい。

なお、注排水開口部６は排水を考慮した場合、浮体１の最下部となる位置に設けることが好ましい。さらに連通部５は、浮体１の外部（大気）と内部の気体を繋ぐものであり、浮体１の上部２か壁部３の上部に設けられる。両端開口のパイプなどが例示できる。例えば、直径５〜１０ｍｍ程度のステンレスや樹脂製のパイプなどである。連通部５の外側端部には、この連通状態を開閉する開閉手段（バブルなど）１０は設けられ、この開閉手段１０の開閉を制御することによって浮体１の内部の空気と外部の空気との出し入れを制御することができる。具体的には、開放手段１０を開放することにより、浮体１の注排水開口部６より、水が浮体１の内部に注入され、所定量の水が注水された時に、開閉手段１０を開閉することにより、所定量の水が浮体１の内部に維持できる。

太陽電池パネル４は複数の太陽電池素子を直列又は並列に接続して、これを透光性基板と裏面材の間で、樹脂により封止したものである。

図３は本発明に係る太陽電池パネル４の構造の一例を示す図である。

図３において、１１は透光性基板、１２は受光面側充填材、１３は太陽電池素子、１４は裏面側充填材、１５は裏面シート、１６は接続配線を示す。

以下、各部材について説明する。

透光性基板１１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる光透過率の高い基板が用いられる。ガラス板ついては、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側充填材１２及び裏面側充填材１４は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）から成り、Ｔダイと押し出し機により厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化する。

ＥＶＡやＰＶＢは、酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させることがあるが、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法における受光面側充填材１２においては、着色させると太陽電池素子１３に入射する光量が減少し、発電効率が低下するため透明とする。

また、裏面側充填材１４に用いるＥＶＡやＰＶＢは透明でも構わないし、太陽電池モジュールの設置される周囲の設置環境に合わせ酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させても構わない。

太陽電池素子１３は、例えば厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンで作られている。太陽電池素子１３の内部にはボロンなどのＰ型不純物を多く含んだP層とリンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層が接しているＰN接合が形成されており、その表面、裏面には電極が銀ペースト等をスクリーンプリント法などにより形成さている。またその両面に設けられる電極の表面には、その保護と接続タブを取り付けやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダコートされることもある。

裏面シート１５は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

接続配線１６は、太陽電池素子同士を電気的に接続するものであり、銅箔などの太陽電池素子接続用配線材にハンダをその表面全面に片面２０から７０μｍ程度メッキやディピングによりハンダコートしたものを用いる。一般的な１５０ｍｍ角の多結晶シリコン太陽電池素子を使用する場合、接続配線１６の幅は、１から３ｍｍ程度、その長さは２６０から２９０ｍｍ程度である。

次に太陽電池パネルの作製方法について述べる。

太陽電池パネルを作製するにあたっては、透光性基板１１上に受光面側充填材１２置く。その上に接続配線１６を接続した太陽電池素子１３を置き、さらにその上に裏面側充填材１４、裏面シート１５を順次積層する。このような状態にして、ラミネーターにセットし、減圧下にて加圧しながら１００〜２００℃で例えば１５分〜１時間加熱することにより、これらが一体化する。

この様な太陽電池パネル４を浮体１の上部２に固定することにより、水上発電装置が設置できる。

図に示す水上発電装置は、その浮体１の内部にフロート７を内蔵されることが望ましい。このフロート７は、設置時に誤って浮体１の内部に水が入りすぎたとしても、水上発電装置が水没することを防止できる。また冬季に積雪などの荷重により水上発電装置が水没してしまうことを防止するものである。

このフロート７は、軽量で強い浮力を有するものが望ましく、例えば発泡スチロールなどで作製され、その大きさは、水上発電装置の全重量と浮体１の内部空間に合わせ、適宜決定される。これを図２に示すように浮体１の内部の上部や壁部３に接着剤などで取り付けられる。なお、このフロート７の設置を考慮した時には、注排水開口部６はフロート７の大きさ以上の形状を有していることが必要である。

この様な本発明に係る水上発電装置を水面に設置する時は次の手順で行う。

まず本発明に係る水上発電装置を陸上で、上述のように図１に示すように組み立てる。この水上発電装置の太陽電池パネル４が受光面側に位置するように水面に仮設置する。その後開閉手段１０を開閉して、浮体１の内側に水注排水開口部６を通じて注水し、連通部５から、浮体２の内部の空気を逃がす。これにより、浮体１の喫水線が上昇することになる。水面上の浮体１が、適当な高さになったときに開閉手段１０を閉じる。これにより、浮体１の喫水線を任意に調整でき、且つ維持することができる。

したがって、浮体１が水面上に突出する高さを調整し、維持できるため、浮体１の内部に注水された水が重しとなり、また、水面上に突出する浮体１の高さを小さくすることができるため、強風でも水上発電装置が流されることが無く、安定した設置が可能となる。また、水上発電装置を作製する時や輸送する時、設置する時（浮体１内に水が存在していない時）は軽量であり扱いやすいものである。

さらに本発明に係る水上発電装置をメンテナンスや点検又は移動などにより水面から引き上げる時は次の手順で行う。

まず水上発電装置の連通部５に設けた開閉手段１０を開放し、クレーンなどで水上設置用太陽電池モジュール全体を徐々に引き上げる。これにより、浮体１の内部の水は、注排水開口部６より排水されることになる。

この様にすることにより、引き上げに伴い連通部５から空気が浮体１の内部に入り、その重量は軽いものとなる。装置が軽量なものとなり、引き上げ作業が行いやすくなる。すなわち、排水を考慮すると、注排水開口部６を浮体１の最下部付近に設けることにより、浮体１の内部の水を安定的に抜くことができる。

また、本発明の水上発電装置は、上記浮体１を複数個備え、これら浮体１の浮力を個別に制御することにより上記太陽電池モジュールの向きを調整可能とすることもできる。

また、本発明の水上発電装置は、太陽の位置を検知するための検知手段と、該検知手段からの位置情報に基づいて上記太陽電池モジュールの向きを変化させる制御手段とを有するようにしてもよい。

このとき、その制御手段が前記複数の浮体のそれぞれの浮力調整により上記太陽電池モジュールの向きを変化させるようになすと比較的に簡単に上記太陽電池モジュールの向きを変化させることができる。

また、本発明の水上発電装置は、上記制御手段が前記１つの浮体の重量バランスを変化させることで上記太陽電池モジュールの向きを変化させるようにしてもよい。

また通常太陽電池モジュールは、その出力が１００〜２００Ｗ程度であるため、これを複数直列、並列に繋いで太陽光発電を行うことが多い。この様に複数並べて水上発電装置を設置した水上発電装置の場合、風などにより互いの距離が大きく離れ、その電気出力を繋いでいるケーブルが切れてしまうことがある。このために隣接する水上発電装置同士を直接ボルト、ナットなどを用いて連結、固定してしまうと、その間には遊び（余裕の為の間隙）が無いものとなり、強い風や波などの力を受けた時にその力を吸収しきれず、水上発電装置が破壊されてしまうことがある。

このため、複数の水上発電装置間を遊びを設けて連結するため、上記水上発電装置に連結部１５を設けたほうが望ましい。例えば上記連結部１５に係留手段を設けたりすると、複数の水上発電装置の連結部間を紐状部材などで連結することが望ましい。

また、上記連結部１５を浮体の外部に突出して設けると、複数の水上発電装置間をより連結しやすくなる。

即ち、互いに隣接する水上設置用太陽電池モジュール間を紐状部材などで連結するとき、紐状部材の一端を連結部１５に結びつけ、その他端を隣接する水上設置用太陽電池モジュールの連結部１５に結びつけけることにより、浮体１の内部に潜ることなく簡単、容易に隣接する水上設置用太陽電池モジュール間を連結することが可能となる。

また、上記連結部１５を浮体の喫水線下の水中に突出して設けると、複数の水上発電装置間を連結したとき安定的に連結することができる。

即ち、上記連結部１５を浮体の喫水線下の水中に突出して設けることにより、連結部１５や紐状部材の自重で水上設置用太陽電池モジュールの重心を低くすることができ、浮体の喫水線の上に設けたときより水上設置用太陽電池モジュールがより安定したものとなり、風や波などの力を受けた時に水上設置用太陽電池モジュールが大きく動くことがなくなると共に連結部１５や紐状部材に浮力が働くことになり浮体１を小型化することが可能となる。

さらに、上記連結部１５を浮体の喫水線下の水中に突出して設けるとき、連結部１５が板状体であってもよい。連結部１５を板状体にすることで、複数の水上発電装置間を連結したときより安定的に連結することができる。

即ち、上記連結部１５を板状体にすることにより、浮体１からの突出を少なくすることができ、水上設置用太陽電池モジュールが風や波などから受ける力を小さくすることができ、より安定にすることができる。

また、上記係留手段を一対の連結部を結合する係合治具で構成することにより、簡単に複数の水上発電装置間を連結できる。

即ち、互いに隣接する水上設置用太陽電池モジュール間を連結するとき、紐状部材などで連結すると紐状部材を結ぶ必要がありどうしても時間がかかる、また連結を解除するときも紐状部材の結び目を解く必要があるが、係合治具で行うことにより上記連結部１５にこれを取り付けることにより簡単、短時間に連結とその解除を行うことができる。

さらに、上記係合治具を一対の連結部の下端に係合される断面コ字状治具で構成することにより、上記水上発電装置の設置はより簡単にできる。

また、本発明に係る水上発電装置の実施例において、例えば、前記浮体の壁部の下端部に、断面がコの字状の連結治具を備えることができる。図４はこの本発明に係る連結治具を備えた水上発電装置を二つ並べて設置した状態の装置を示した断面図である。図４において２０は連結治具を示す。連結治具２０はステンレスなどの金属で、水上発電装置Ｍ１、Ｍ２間に適当な遊びが生じるような大きさで、断面がコの字状に作製される。又この連結治具２０は前記浮体の連結部１５の外周に連続的に設けられても良いし、また１０〜３０ｃｍくらいの片状に作製され断続的に具備されても良い。この連結治具２０は水上発電装置Ｍ１に、ボルト、ナット等を用いて固定する。

その後水上発電装置Ｍ２を設置する時に、水上発電装置Ｍ２の壁部の下端部がこの連結治具２０の他端部の内側に入り込むようにする。この様にすることにより二つの水上発電装置Ｍ１、Ｍ２が連結治具２０により、ある程度の遊びを持った状態で連結させることが可能となる。よって連結治具２０を用いることにより、複数の水上発電装置を設置する場合に、その下部を容易に連結することができ、設置後の位置安定性をさらに向上させることが可能となる。さらに本発明に係る水上発電装置では、その水面上に位置する浮体１の上部が水上にあるため、フックやロープ等を用いて容易に連結できるため、上部の連結と上記の連結治具２０による下部の連結を両方行うことがより望ましい。

図５は本発明に係る水上発電装置のまた別の実施例を示した断面図である。図５において３ａ、３ｂは互いに対向する浮体の壁部を示し、２２は補強材を示す。この補強材２２は、直径１０〜３０ｍｍ程度のステンレス又は防錆コートされた鉄材で、浮体１の壁部３ａと対向する壁部３ｂの長さに合わせて作製される。またこの補強材２２の両端には、深さ５〜１０ｍｍ程度にネジ穴が設けられており、浮体１の壁部の下部にネジ止めされる。さらにこの補強材２２は、浮体１に位置を変えて２〜４本設けても良い。

このような補強材２２を設けることにより、浮体１が水圧や波から破損されることを防ぐことができると共に補強材２２が重しとなり水上発電装置の設置時や引き上げ時における装置全体のバランスが良くなり、転倒することをも防ぐことができる。

図６は本発明の他の実施例で、枠体を用いた一例を示すものである。

図６において２３は枠体、２４は仕切り板を示す。

枠体２３及び仕切り板２４は、強度や耐久性、重さ、コストなどを考慮して発泡スチロールをその断面が３０ｃｍ〜５０ｃｍ程度の正方形か矩形で、長さが１〜３ｍ程度の柱状に加工し、さらにその表面を耐水性の高いフィルム（例えば超高分子量ポリエチレン）で被覆した柱状の材料を組み合わせて金具などを使用してビスなどで互いに結合したものである。

また枠体２３だけでも良いが適当な間隔で仕切り板２４を設けた方が、設置時に太陽電池モジュールの整列が行いやすくなると共に枠体が仕切り板により補強され強固なものとなる。さらに点検やメンテナンス時においてもこの仕切り板上に人が乗って確認や作業ができるため、その利便性を向上させることができる為、望ましい。

また枠体２３及び仕切り板２４の上面側には、人が乗って滑らないように、滑り止めの凹凸が形成されたプラスチック製や木製の板が金属や樹脂製のベルトやロープなどで固定されることが望ましい。

図７は、本発明に係る枠体２３の内部に上述の水上設置太陽電池モジュール２５を設置する途中の状態を示したものである。

図７に示すように、枠体２３を水面上に設置した後、その内部の水面に水上設置太陽電池モジュール２５を整列させながら設置していく。

本発明に係る水上発電装置を枠体２３内部の水面上に設置する時は次の手順で行う。

まず本発明に係る水上発電装置２５を陸上で、上述のように図１、図２に示すように組み立てる。この水上発電装置２５の上部が上になる状態で静かに水面に降ろす。その後バルブ１０を開く。このバルブ１０を開くことにより、水上発電装置２５の自重で浮体１の内部の空気が連通部５から外部に追い出され、注排水開口部６から浮体１の内部に水が入ってくる。水面上の浮体１が、適当な高さになるまで浮体１の内部に水が入って、沈み込んだらバルブ１０を閉じる。

図８は、本発明に係る水上発電装置２６の一例を示すものである。

上記のように枠体２３の内部に上述の水上発電装置２５を全て設置して本発明に係る水上発電装置２６が完成する。

図９は、この様な本発明に係る水上発電装置２６を複数水面上に浮かべた様子を示すものである。

図９に示すように当初設計された所定の電力を発電できるように本発明に係る水上発電装置２６を水面上に並べて設置する。

図１０は本発明の他の水上発電装置の一例の斜視図を示し、さらに図１１はその断面を示すものである。

図１０、図１１において、１は浮体、２は浮体の上部、３は浮体の壁部、４は太陽電池モジュール、５は浮体の外部と内部を繋ぐ連通部、６は浮体の喫水線より下方に設けられた注排水開口部、７はフロート、８は水上発電装置外部の水面の水位、９は水上発電装置内部の水面の水位、１０は連通部の端部を開閉するための開閉手段であるバルブ、２７は太陽電池モジュールの１端部、１３は太陽電池モジュールの上記端部と対向する他の端部、２９固定用金具、２９ａは金具を浮体の上部に固定するネジ、２９ｂは太陽電池モジュールが自在に回動できるよう、太陽電池モジュールを金具２９に固定するためのナットなどのものである。

ここで、浮体１は図１に示す浮体と同じものを使う。

図１２は、本発明に係る太陽電池モジュール装置の更なる他の実施例を示すものである。

図１２に示すように浮体１の上部２には太陽電池モジュール４ａ、４ｂが２枚それぞれ対向するように浮体１に対し回動可能なように取り付けられている。

図１３（ａ）、（ｂ）は、図１０と図１２に示す水上発電装置を組み合わせて、水上発電装置を形成した図の断面図である。

浮体１には、上述のように太陽電池モジュール４が取り付けられ、さらに太陽電池モジュール４の外側の端部は互いに上記の貫通穴をボルトナット３０などで固定することでその成す角度が自在になるように接続されている。

これにおいて、例えば水の状況を確認する時やまた水底の土砂や堆積物などを浚渫する時などには、図１３（ａ）のように二つの太陽電池モジュールの成す角度θを小さくするように浮体１同士を近づける。このようにすることで太陽電池モジュールの設置面積は小さくなり水面を簡単に空けることができる。

さらに太陽電池モジュールの発電効率を上げたい時や水面に藻が発生しないように水面を遮蔽したい時などには、図１３（ｂ）の様に浮体１同士を互いに離し二つの太陽電池モジュールの成す角度θを大きくする。このようにすることで太陽電池モジュールの設置面積は大きくなり水面を簡単に太陽電池モジュールでおおうことができる。

また太陽高度の変化に合わせに合わせ、太陽電池モジュールの発電効率が最大になるように経時的に浮体１の距離を調整し、太陽電池モジュールの角度θを調整しても良い。

また、太陽高度の変化に合わせに合わせ、太陽電池モジュールの発電効率が最大になるように、前記浮体を複数個備え、これら浮体の浮力を個別に制御することにより前記太陽電池モジュールの向きを調整可能としてよい。

また、太陽の位置を検知するための検知手段と、該検知手段からの位置情報に基づいて前記太陽電池モジュールの向きを変化させる制御手段とを有していると、なお良い。

さらに、前記制御手段が前記浮体の浮力調整により前記太陽電池モジュールの向きを変化させるようにすると比較的に簡単に太陽電池モジュールの発電効率を高めることができる。

また、前記制御手段が前記浮体の重量バランスを変化させることにより前記太陽電池モジュールの向きを変化させるようになしても良い。

以下に本発明の更なる他の実施例を説明する。

図１４は、複数の太陽電池モジュールを同一平面上に配置した太陽電池アレイ３１を真上から観たものであり、３５は枠体、３６は太陽電池モジュール、３７は歩行用タラップ、３２は裏面側（非受光面側）に掛止された浮体を示す。

枠体３５は、例えばＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、繊維強化プラスチック材料）や木材等の軽量で強度の高い材質のものを柱状に成形して、それらを互いに組み合わせ、ボルト、ナットなどで固定したものであり、その枠体の中に太陽電池モジュールをそれぞれ嵌め込み、ネジなどで固定する。

またこの太陽電池アレイ３１の端部とさらに５〜１５ｍ毎に歩行用タラップ３７を設けておくことが、太陽電池モジュールの点検や清掃などのメンテナンスが行いやすくなり望ましい。

さらにこの太陽電池アレイ３１の端部側には、浮体３２が掛止されている。これは例えば枠体に裏面にフックなどを設け、これに浮体３２を釣支するように掛止する。

この浮体３２は発泡スチロールのような浮力の強いものをアルミニウム板やＦＲＰなどで覆ったものでも良いが、望ましくは中空体で水に浮かべたときの喫水線より下に開口部を設けたものであることが望ましい。

図１５はこの浮体３２の一例を示した断面図である。図１５において、４１は浮体の中空体、４２は吊り下げ部、４３は喫水線、４４は開口部、４５は空間部を示す。

中空体４１は開口部４４が設けられた直方体状で、その各部の寸法は使用する太陽電池モジュール４の大きさ等を考慮して決定すればよいが、例えば縦１．３〜１．５ｍ、幅１．０〜１．２ｍ、高さ１．５〜２．５ｍ程度である。また中空体１は耐久性などを考慮してステンレスやＦＲＰ等で作製される。例えばＦＲＰで作製された場合、その厚みは５〜２０ｍｍ程度である。また浮体３２の上面には、フックを掛けるための吊り下げ部４２が設けられている。この吊り下げ部４２は、丈夫なステンレスや鉄などで作製され、溶接やネジ止めにより中空体３１に固定される。

さらに中空体４１に設けられた開口部４４は、ここから水の出入りができるように図１５に示すようにその底部の面を全て取り去るように設けても良いし、またその一部のみを取り去るように設けても良い。さらに中空体の側部の喫水線４３の下に穴を開けるように設けても良い。また中空体４１の底部と側部の下部の両方に設けても問題ない。

浮体３２をこのようなものにすることにより、設置時はフロートが軽量であるため輸送、設置しやすいためその工数が削減でき、さらに水面に浮かべた後は空間部４５により浮力を確保でき、開口部から浮体３２内に水が入るため、浮体３２が安定すると共に強い風による吹き上げに対しフロート内部の水の重量を利用でき、水上発電装置をより安定なものとすることができる。

図１６は本発明に係る水上発電装置を設置し、水槽の水面に浮かべた状態の断面の構造を示すものであり、図１７は水槽内の水を排水した時の本発明に係る水上発電装置の断面の構造を示すものである。

図１６、図１７において、符号３１、３２は上図のように２１は複数の太陽電池モジュールを同一平面上に配置した太陽電池アレイ、３２は浮体を示し、さらに３３は支持部、３４は水槽の躯体などの陸部を示す。

本発明に係る水上発電装置においては、浄水場などの躯体の端部（陸部）に太陽電池アレイ３１を回動自在に支持する支持部３３を設置する。この支持部３３は例えば蝶番などの構造のように貫通穴を具備した陸部の支持金具をアンカーボルトなどで陸部に固定することにより設けられる。

さらに太陽電池アレイ３１の陸部と接する面側にも陸部の支持金具の貫通穴と整合する貫通穴の設けられた金具をネジなどで固定しておき、両者の貫通穴を整合したのち、シャフトで両者の貫通穴を繋ぐ。このような構造にすることにより太陽電池アレイ３１を回動自在に支持することが可能となる。

これにおいてまず水槽に水がある場合は、図１６に示すように、浮体の浮力により太陽電池アレイ３１は、水面上に上がり、昼間は太陽光により発電を行う。

さらに浄水場などの水槽の水を排水して、水槽内のメンテナンスを行うときは、排水と共にこの太陽電池アレイが支持部を支点として水槽の底部の方向に回転し、前記の他端部に設置した浮体３２が水槽の底部に着いた状態で保持されることになる。よってこの状態で水槽のメンテナンスが可能となる。その後再度、水槽内に注水したときには、注水に従い浮体３２が浮き上がり、元の通り水上に配置することができる。

このように本発明の水上発電装置によれば、通常時は安定であると共に、簡単にメンテナンスを行うことが可能となる。

さらに本発明の水上発電装置によれば、上述のような構造にすることにより、その加重を浮体３２側にも分散できることになり、浄水場などの躯体への荷重負担を軽減することもできる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば中空体は直方体状に限らず三角柱状や五角柱状や六角柱状、台形柱状でも応用可能であり、また太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池などでも適用可能である。

本発明に係る水上発電装置の一例の斜視図を示すものである。 本発明に係る水上発電装置の一例の断面図を示すものである。 本発明に係る太陽電池モジュールの構造の一例を示す図である。 本発明に係る連結治具を備えた水上発電装置を二つ並べて設置した状態を示した断面図である。 本発明に係る水上発電装置のまた別の実施例を示した断面図である。 本発明に係る枠体の一例を示す図である。 本発明に係る枠体の内部に上述の水上発電装置を設置する途中の状態を示した図である。 本発明に係る水上発電装置の一例を示すものである。 本発明に係る水上発電装置を複数水面上に浮かべた様子を示す図である。 本発明に係る水上発電装置の一例の斜視図を示すものである。 本発明に係る水上発電装置の一例の断面図を示すものである。 本発明に係る水上発電装置の他の実施例を示すものである。 本発明に係る水上発電装置を組み合わせて、水上発電装置を形成した図の断面図である。 複数の太陽電池モジュールを同一平面上に配置した太陽電池アレイ２１を真上から観た図である。 フロートの一例を示した断面図である。 本発明に係る水上発電装置を設置し、水槽の水面に浮かべた状態の断面の構造を示すものである。 水槽内の水を排水した時の本発明に係る水上発電装置の断面の構造を示すものである。

符号の説明

１；浮体
２；浮体の上部
３、３ａ、３ｂ；浮体の壁部
４；太陽電池モジュール
５；浮体の外部と内部を繋ぐ連通部
６；浮体に設けられた注排水開口部
７；フロート
８；水上発電装置外部の水面の水位
９；水上発電装置内部の水面の水位
１０；バルブ
１１；透光性基板
１２；受光面側封止材
１３；太陽電池素子
１４；裏面側封止材
１５；裏面材
１６接続配線
２０；連結治具
２２；棒状補強材
２３；枠体
２４；仕切り板
２５；本発明に係る水上発電装置
２６；本発明に係る水上発電装置
２７；太陽電池モジュールの１端部
２８；太陽電池モジュールの他の１端部
２９；固定用金具

Claims (22)

1. 内部に水及び空気が収容される浮体の上部に太陽電池モジュールを配設してなる水上発電装置であって、
   前記浮体は、その内部に収容される水と空気の比率を可変させて浮力を調整する調整手段を有していることを特徴とする水上発電装置。
2. 前記浮体の下部に、外部からの水を内部へ取り込むか、または内部の水を外部へ排出するための第１の開口部を有していることを特徴とする請求項１に記載の水上発電装置。
3. 前記第１の開口部は常時開口していることを特徴とする請求項２に記載の水上発電装置。
4. 前記浮体の上部に、浮体内部の空気を排出するか、浮体内部に空気を注入するための第２の開口部を有し、該第２の開口部の開口状態を前記調整手段により制御するようになしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水上発電装置。
5. 前記浮体が縦長の筒状をなしていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水上発電装置。
6. 前記浮体を複数個備え、これら浮体の浮力を個別に制御することにより前記太陽電池モジュールの向きを調整可能としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の水上発電装置。
7. 太陽の位置を検知するための検知手段と、該検知手段からの位置情報に基づいて前記太陽電池モジュールの向きを変化させる制御手段とを有していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の水上発電装置。
8. 前記制御手段が前記浮体の浮力調整により前記太陽電池モジュールの向きを変化させるようになしたことを特徴とする請求項７に記載の水上発電装置。
9. 前記制御手段が前記浮体の重量バランスを変化させることにより前記太陽電池モジュールの向きを変化させるようになしたことを特徴とする請求項７に記載の水上発電装置。
10. 前記浮体には、複数の浮体どうしを連結する連結部を有していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の水上発電装置。
11. 前記連結部は、浮体の外部に突出して設けた突出連結部であること特徴とする請求項１０に記載の水上発電装置。
12. 前記突出連結部は、浮体の喫水線下の水中に突出していることを特徴とする請求項１１に記載の水上発電装置。
13. 前記突出連結部は、浮体の下方に突出する板状体であることを特徴とする請求項１２に記載の水上発電装置。
14. 前記浮体を複数個備え、隣接し合う浮体の前記連結部を互いに連結する係留手段を設けたことを特徴とする請求項１０に記載の水上発電装置。
15. 前記係留手段は一対の連結部を結合する係合治具であることを特徴とする請求項１４に記載の水上発電装置。
16. 前記係合治具は、一対の連結部の先端に係合される断面コ字状治具であることを特徴とする請求項１５に記載の水上発電装置。
17. 前記係留手段は、一対の連結部に結合される紐状部材であることを特徴とする請求項１４に記載の水上発電装置。
18. 前記浮体の複数個を枠体の内側に整列させたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の水上発電装置。
19. 前記枠体の内側は仕切り板により複数に仕切られていることを特徴とする請求項１８に記載の水上発電装置。
20. 矩形状もしくは正方形状の太陽電池モジュールをその一対の互いに対向する端部の内の一方を軸として回動自在に浮体の喫水線より上方に固定し、前記太陽電池モジュールの他方の端部を隣接する他の浮体の上部に回動自在に固定された他の太陽電池モジュールの他方の端部と回動自在に連結したことを特徴とする水上発電装置。
21. 複数の太陽電池モジュールを略同一平面上に配置してなる矩形状もしくは正方形状の太陽電池アレイを水面上の浮体と岸部とで支持するようにした水上発電装置であって、前記太陽電池アレイの一対の互いに対向する端部の内の一方の端部を岸部より回動自在に支持するとともに、前記太陽電池アレイの他方の端部を前記浮体によって支持するようにしたことを特徴とする水上発電装置。
22. 前記浮体が中空体からなり、前記浮体の喫水線より下方に開口部を設けたことを特徴とする請求項２１に記載の水上発電装置。

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