JP2011106298A - Power generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in wind power generation wherein the power generation efficiency is changed depending on wind speed, and the power generation cannot be carried out in the absence of wind. <P>SOLUTION: A photovoltaic power generation panel 50 is disposed on blades used for the wind power generator. A wind power generator includes a blade control function to change the angles of the blades; and a yawing control function to turn the rotary shaft into the wind. By controlling both, the photovoltaic power generation panel can effectively receive sunlight, making it possible to supply electric power even in the circumstances where the wind power generation cannot be carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、自然エネルギーを利用した発電装置に関する。   The present invention relates to a power generation device using natural energy.

従来より、自然エネルギーを利用し、様々な方法で電力を得る方法が開発されている。その代表的な方法として、太陽光を受けることで発電を行う太陽光発電、および、風力を受けることで発電を行う風力発電、などがある。
しかしながら、日本の気候は欧米と比較して風向きが変化しやすく、また風速も安定していないため、風力発電装置だけで安定した電力を供給することは困難である。また一方、太陽光発電においても、天候の影響や日周運動の影響を直接受けるため、太陽光発電装置だけで安定した電力を供給することは困難である。 2. Description of the Related Art Conventionally, methods for obtaining electric power using various methods using natural energy have been developed. Typical methods include solar power generation that generates power by receiving sunlight, and wind power generation that generates power by receiving wind power.
However, in Japan's climate, the direction of the wind is likely to change compared to Europe and the United States, and the wind speed is not stable. Therefore, it is difficult to supply stable power only with a wind power generator. On the other hand, solar power generation is also directly affected by weather and diurnal motion, so it is difficult to supply stable power using only a solar power generation device.

そのため、風力発電装置と太陽光発電装置を組み合わせることで、お互いに発電効率を補完するハイブリッド発電装置の研究もなされている。例えば、特許文献１には、風力発電モードと、風力発電用のブレードを広げる事により、表面に設けられた反射面で太陽光を集光して太陽光発電を行う太陽光発電モードとを切り替えるハイブリッド発電装置が記載されている。
Therefore, research on hybrid power generators that complement each other's power generation efficiency by combining wind power generators and solar power generators has also been made. For example, Patent Document 1 switches between a wind power generation mode and a solar power generation mode in which sunlight is collected by concentrating sunlight on a reflection surface provided on the surface by expanding a blade for wind power generation. A hybrid power plant is described.

特開２００７ − ３３２９１７ 号公報JP 2007-332917 A

しかしながら、上記の先行文献においては、風力発電モードと太陽光発電モードとを切り替えるために、ブレードを開閉させる必要がある。そのため、迅速に切り替えることは難しく、またその切り替え動作には多大なエネルギー消費を伴うことになる。   However, in the above-described prior art, it is necessary to open and close the blade in order to switch between the wind power generation mode and the solar power generation mode. Therefore, it is difficult to switch quickly, and the switching operation involves a great amount of energy consumption.

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、風力発電と太陽光発電を迅速に切り替え、もしくは風力発電と太陽光発電を併用して同時に発電を行う事が可能な発電装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and can quickly switch between wind power generation and solar power generation, or can simultaneously generate power using wind power generation and solar power generation in combination. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、発電装置であって、翼状体である複数のブレードと、前記ブレードがその先端部に配置され、前記ブレードが風を受けることにより回転する軸と、前記軸と接続され、前記軸が回転する事により電力を発生させる風力発電手段と、前記ブレードの主面上に配置され、太陽光を受光することにより電力を発生させる太陽光発電手段と、前記太陽光発電手段よりも、前記風力発電手段を優先して電力を発生させる第１モードと、前記軸を固定し、前記太陽光発電手段により電力を発生させる第２モードとを、選択的に切り替える制御部と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a power generation device, wherein a plurality of blades that are wing-like bodies, a shaft that is disposed at a tip portion of the blade, and rotates when the blade receives wind. And wind power generating means connected to the shaft and generating electric power by rotating the shaft, and solar power generating means arranged on the main surface of the blade and generating electric power by receiving sunlight. The first mode in which power is generated in preference to the wind power generation means over the solar power generation means and the second mode in which the shaft is fixed and power is generated by the solar power generation means are selectively used. And a control unit for switching to.

請求項２の発明は、請求項１に記載の発電装置において、前記ブレードを、前記軸に対して直交する方向を中心軸として回転させるブレード回転機構をさらに備え、前記制御手段は、前記ブレード回転機構を制御することにより、前記第１モードを選択した場合は、前記ブレードが風を受けることにより前記軸が回転するように前記ブレード回転機構を制御し、前記第２モードを選択した場合は、前記ブレードの主面上に配置された前記太陽光発電手段が太陽光を受光して電力を発生させるように、前記ブレード回転機構を制御することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the power generation device according to the first aspect, the blade further includes a blade rotation mechanism that rotates the blade about a direction orthogonal to the axis as a central axis, and the control means is configured to rotate the blade. When the first mode is selected by controlling the mechanism, the blade rotation mechanism is controlled so that the shaft rotates when the blade receives wind, and when the second mode is selected, The blade rotating mechanism is controlled so that the solar power generation means disposed on the main surface of the blade receives sunlight to generate electric power.

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の発電装置において、前記風力発電手段を、鉛直方向を中心軸として回転させる風力発電手段回転機構をさらに備え、前記制御手段は、前記風力発電手段回転機構を制御することにより、前記第１モードを選択した場合は、前記軸の前記ブレード側端が風上方向を向くように前記風力発電手段回転機構を制御し、前記第２モードを選択した場合は、前記ブレードの主面上に配置された前記太陽光発電手段が太陽の方角に向くように前記風力発電手段回転機構を制御することを特徴とする。
A third aspect of the present invention is the power generation apparatus according to the first or second aspect, further comprising a wind power generation unit rotating mechanism that rotates the wind power generation unit about a vertical direction as a central axis, and the control unit includes the control unit, When the first mode is selected by controlling the wind power generation means rotation mechanism, the wind power generation means rotation mechanism is controlled so that the blade side end of the shaft faces the windward direction, and the second mode Is selected, the wind power generation means rotating mechanism is controlled so that the solar power generation means disposed on the main surface of the blade faces the direction of the sun.

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発電装置において、前記制御手段は、前記ブレードに作用する風速を検出し、当該風速が所定の値以上である場合に前記第１モードを選択することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the power generation apparatus according to any one of the first to third aspects, the control means detects a wind speed acting on the blade, and the wind speed is equal to or higher than a predetermined value. The first mode is selected.

本発明では、風力発電手段と太陽光発電手段とを備えているため、いずれか一方でしか発電が行えない天候や状況においても、発電方法を切り替えることにより、電力を供給することが可能となる。   In the present invention, since the wind power generation means and the solar power generation means are provided, it is possible to supply electric power by switching the power generation method even in a weather or a situation where power generation is possible only in one of them. .

特に、請求項２の発明によれば、風力発電に用いる軸に対してブレードを回転させることが可能となる。これにより、風力発電を優先して行う第１モードでは、風速に対応した適切な角度にブレードを回転させ、また、太陽光発電を行う第２モードでは、太陽の方角に太陽光発電手段を向けることが可能となり、効率的な発電を行うことが可能となる。   In particular, according to the invention of claim 2, the blade can be rotated with respect to the shaft used for wind power generation. Thereby, in the first mode in which wind power generation is prioritized, the blade is rotated to an appropriate angle corresponding to the wind speed. In the second mode in which solar power generation is performed, the solar power generation means is directed toward the sun. Therefore, efficient power generation can be performed.

特に、請求項３の発明によれば、風力発電手段自体を回転させることが可能となる。これにより、第１モードでは風上にブレードを向けることが可能となり、第２モードでは、太陽光パネルを太陽の方角に向けることが可能となる。   In particular, according to the invention of claim 3, it is possible to rotate the wind power generation means itself. Thereby, in the first mode, the blade can be directed to the windward, and in the second mode, the solar panel can be directed toward the sun.

特に、請求項4の発明によれば、風速が所定の値以上である場合には第１モードを優先することで、発電量を向上させることが可能となる。
In particular, according to the invention of claim 4, when the wind speed is equal to or higher than a predetermined value, the power generation amount can be improved by prioritizing the first mode.

第１の実施の形態に係る発電装置１の概略を示す図である。It is a figure showing the outline of power generator 1 concerning a 1st embodiment. 第１の実施の形態に係る発電装置１の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the electric power generating apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment. 図２のA部の断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross section of the A section of FIG. ブレード１０の詳細を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing details of a blade 10. 第１の実施の形態に係る発電装置１の制御部９０を示す図である。It is a figure which shows the control part 90 of the electric power generating apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施の形態に係る発電装置１の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the electric power generating apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施の形態に係る発電装置１の発電面１０ａを示す図である。It is a figure which shows the electric power generation surface 10a of the electric power generating apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施の形態に係る発電装置１と太陽の方角とを示す図である。It is a figure which shows the electric power generating apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment, and the direction of the sun. 第２の実施の形態に係る発電装置１の発電面１０ａを示す図である。It is a figure which shows the electric power generation surface 10a of the electric power generating apparatus 1 which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施の形態に係る発電装置１ａと太陽の方角とを示す図である。It is a figure which shows the electric power generating apparatus 1a which concerns on 2nd Embodiment, and the direction of the sun. 第３の実施の形態に係る発電装置１ｂと太陽の方角とを示す図である。It is a figure which shows the electric power generating apparatus 1b which concerns on 3rd Embodiment, and the direction of the sun.

本発明の実施形態に係る発電装置１は、屋外に設置され、主として風力によって発電を行う発電装置である。
The power generator 1 according to the embodiment of the present invention is a power generator that is installed outdoors and generates power mainly by wind power.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電装置１の概略を示す図である。
発電装置１は、３枚のブレード１０、ロータヘッド２０、ナセル３０、タワー４０を備える発電装置である。ブレード１０は主に鉄やアルミの骨格を備え、最大幅約４ｍ、長さ約２５ｍの長尺の翼状部材であり、先端に向かうにつれて細くなる、先細り形状を有する。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a power generator 1 according to a first embodiment of the present invention.
The power generation device 1 is a power generation device including three blades 10, a rotor head 20, a nacelle 30, and a tower 40. The blade 10 mainly includes a skeleton of iron or aluminum, is a long wing-like member having a maximum width of about 4 m and a length of about 25 m, and has a tapered shape that becomes thinner toward the tip.

ロータヘッド２０は、３枚のブレード１０をその円周上に等間隔に配置する部材である。ブレード１０は翼状となっているため、等間隔に配置された３枚のブレード１０が風を受けることにより、ロータヘッド２０を中心として回転する。   The rotor head 20 is a member that arranges three blades 10 at equal intervals on the circumference thereof. Since the blade 10 has a wing shape, the three blades 10 arranged at equal intervals receive wind to rotate around the rotor head 20.

ナセル３０は、内部に図示しない発電機を備える。またナセル３０の内部の発電機とロータヘッド２０はギヤボックス等を介して回動可能に接続されている。そのため、ロータヘッド２０が回転することにより、ナセル３０の内部に配置された発電機に回転運動が伝達し、その力で発電を行う。なお、本実施例における発電機は、最大発電量が１ＭＷｈである。   The nacelle 30 includes a generator (not shown) inside. Further, the generator inside the nacelle 30 and the rotor head 20 are rotatably connected via a gear box or the like. Therefore, when the rotor head 20 rotates, a rotational motion is transmitted to the generator disposed inside the nacelle 30, and the power is generated with the force. Note that the generator in the present embodiment has a maximum power generation amount of 1 MWh.

タワー４０は、ナセル３０を地上約４０ｍの高さに保持するための土台である。このようにナセル３０を上空に配置することにより、地上よりも風を受けやすくし、また長尺であるブレードの回転移動領域を確保することが可能となる。また、タワー４０の内部は空洞となっており、発電機にて発電された電力を地上に配置された整流装置（図示省略）に送電する送電線が内蔵される。
The tower 40 is a base for holding the nacelle 30 at a height of about 40 m above the ground. Thus, by arranging the nacelle 30 in the sky, it is possible to receive wind more easily than the ground, and it is possible to secure a long rotational movement region of the blade. Moreover, the inside of the tower 40 is hollow, and a power transmission line for transmitting the power generated by the generator to a rectifier (not shown) arranged on the ground is incorporated.

図２は、前述のロータヘッド２０部分を拡大した図である。なお、ナセル３０およびタワー４０は仮想線で描いている。   FIG. 2 is an enlarged view of the aforementioned rotor head 20 portion. The nacelle 30 and the tower 40 are drawn with virtual lines.

ブレード１０は、ブレード軸１１を中心として、後述のブレード回転機構１２によりロータヘッド２０に対して回転される（図中の回転矢印）。これは主として、風速に応じて発電に適する角度に各ブレード１０を回転させるための動作であり、以後、ブレード制御と称する。また、ブレード回転機構１２により回転された、ブレード１０のロータヘッド２０に対する角度を、ブレード角と称する。
The blade 10 is rotated about the blade shaft 11 with respect to the rotor head 20 by a blade rotation mechanism 12 (described later). This is mainly an operation for rotating each blade 10 at an angle suitable for power generation according to the wind speed, and is hereinafter referred to as blade control. The angle of the blade 10 with respect to the rotor head 20 rotated by the blade rotating mechanism 12 is referred to as a blade angle.

図３は、図２のＡ−Ａ断面にてブレード１０を切断した断面図である。なお、図示の都合上、切断されたブレード１０以外のブレード１０は図示を省略する。また、図３は切断されたブレード１０がロータヘッド２０に対して水平方向に位置した時点での図である。   3 is a cross-sectional view of the blade 10 taken along the line AA of FIG. For convenience of illustration, the blades 10 other than the cut blade 10 are not shown. FIG. 3 is a view when the cut blade 10 is positioned in the horizontal direction with respect to the rotor head 20.

ブレード１０の断面は、風向に対して若干傾斜している。また、風向の上流側の面に比べて下流側の面が、丸みを帯びた形状となっており、下流側の面を主面１０ａと称する。このような形状、および角度に配置することにより、風向上流方向から風を受けると、図の矢印方向（紙面下向き）方向に揚力が発生し、ブレード１０に対して下方向の力が発生する。その力をロータヘッド２０により回転力に変換する。   The cross section of the blade 10 is slightly inclined with respect to the wind direction. Further, the downstream surface is rounder than the upstream surface of the wind direction, and the downstream surface is referred to as a main surface 10a. By arranging in such a shape and angle, when wind is received from the wind improving flow direction, lift force is generated in the arrow direction (downward on the paper surface) in the figure, and downward force is generated on the blade 10. The force is converted into rotational force by the rotor head 20.

また、ブレード１０は、ブレード回転機構１２によって、仮想線で示すように所定のブレード角に主面１０ａの向きを変更することが可能となっている（ブレード制御）。
Further, the blade 10 can change the direction of the main surface 10a to a predetermined blade angle as indicated by a virtual line by the blade rotating mechanism 12 (blade control).

ロータヘッド２０はロータ軸２１を中心として、前述のブレード１０に発生する揚力を受けて回転する。またロータヘッド２０の回転力は、伝達部材２２を介してナセル３０内部の発電機に伝達される。   The rotor head 20 rotates around the rotor shaft 21 in response to the lift generated in the blade 10 described above. The rotational force of the rotor head 20 is transmitted to the generator inside the nacelle 30 via the transmission member 22.

一方ナセル３０は、タワー４０の上面に配置されたナセル回転機構３２によってタワー４０上に支持されている。ナセル回転機構３２は、鉛直方向（地面に対して垂直）であるナセル軸３１を中心として、３枚のブレード１０が風向に対して略垂直になるようにナセル３０を回転させる機構である。以後、ナセル回転機構による回転制御を、ヨーイング制御と称する。
On the other hand, the nacelle 30 is supported on the tower 40 by a nacelle rotation mechanism 32 disposed on the upper surface of the tower 40. The nacelle rotation mechanism 32 is a mechanism that rotates the nacelle 30 around the nacelle shaft 31 that is in the vertical direction (perpendicular to the ground) so that the three blades 10 are substantially perpendicular to the wind direction. Hereinafter, the rotation control by the nacelle rotation mechanism is referred to as yawing control.

前述のブレード回転機構１２、および、ナセル回転機構３２は、制御部９０と電気的に接続配線されている。なお、制御部９０に関しては後述する。
The blade rotation mechanism 12 and the nacelle rotation mechanism 32 described above are electrically connected and wired to the control unit 90. The control unit 90 will be described later.

次に、図４を用いて、ブレード１０の詳細を説明する。図４はブレード１０を、主面１０ａに対して垂直な方向から見た図である。なお、ナセル３０は仮想線で示す。
Next, details of the blade 10 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a view of the blade 10 as seen from a direction perpendicular to the main surface 10a. The nacelle 30 is indicated by a virtual line.

ブレード１０の主面１０ａの表面には、太陽光発電パネル５０が配置されている。太陽光発電パネル５０は、多結晶シリコン型太陽光発電素子が用いられ、太陽光を照射されることにより起電力を発生させる。ブレード１０の主面１０ａに配置された複数の太陽光発電パネル５０は、隣接する太陽光発電パネル５０と電気的に配線され、主面１０ａ全体として電力を供給する構成となっている。なお、図では途中で図示は省略されているが、太陽光発電パネル５０は、ブレード１０の先端部まで配置されている。各太陽光発電パネル５０は、約１ｍ角の薄板形状であり、１枚のパネルでの最大発電量は１００Ｗｈである。この太陽光発電パネル５０が１枚のブレードに８０枚配置されており、１枚のブレードでの最大発電量は、８ｋＷｈである。
A photovoltaic power generation panel 50 is disposed on the surface of the main surface 10 a of the blade 10. The photovoltaic power generation panel 50 uses a polycrystalline silicon photovoltaic power generation element, and generates an electromotive force when irradiated with sunlight. The plurality of photovoltaic power generation panels 50 arranged on the main surface 10a of the blade 10 are electrically wired to the adjacent photovoltaic power generation panels 50, and are configured to supply power as the entire main surface 10a. In addition, although illustration is abbreviate | omitted in the figure in the figure, the solar power generation panel 50 is arrange | positioned to the front-end | tip part of the braid | blade 10. FIG. Each photovoltaic power generation panel 50 has a thin plate shape of about 1 m square, and the maximum power generation amount of one panel is 100 Wh. 80 photovoltaic power generation panels 50 are arranged on one blade, and the maximum power generation amount of one blade is 8 kWh.

主面１０ａで発生した電力は、送電線５１を介してロータヘッド２０に伝送される。ロータヘッド２０内では、他の２枚のブレード１０で発生した電力も同様に送電線５１を介して伝送され、ロータヘッド２０の伝達部材２２の内部を通って、接点５２に供給される。接点５２に供給された電力は、ブラシ５３によって受電され、最終的にタワー下部の整流回路（図示せず）まで送電される。
The electric power generated on the main surface 10 a is transmitted to the rotor head 20 via the power transmission line 51. In the rotor head 20, the electric power generated by the other two blades 10 is also transmitted through the power transmission line 51 and supplied to the contact 52 through the transmission member 22 of the rotor head 20. The electric power supplied to the contact 52 is received by the brush 53 and is finally transmitted to a rectifier circuit (not shown) below the tower.

ここで、接点５２は、ロータヘッド２０および伝達部材２２の回転に伴って回転する部材である。回転する接点５２に対してブラシ５３はナセル３０内で固定されており、接点５２はブラシ５３に対して摺動しつつ回転することで、電力をブラシ５３に供給する部材である。
Here, the contact 52 is a member that rotates as the rotor head 20 and the transmission member 22 rotate. The brush 53 is fixed in the nacelle 30 with respect to the rotating contact 52, and the contact 52 is a member that supplies electric power to the brush 53 by rotating while sliding with respect to the brush 53.

なお、太陽光発電パネル５０は、実施例である多結晶シリコン型太陽光発電素子以外にも様々な素子を用いる事が可能である。例えば、単結晶シリコン型太陽光発電素子、色素増感型太陽光発電素子、薄膜太陽光発電素子などが適宜用いられる。
The solar power generation panel 50 can use various elements other than the polycrystalline silicon solar power generation element according to the embodiment. For example, a single crystal silicon solar power generation element, a dye-sensitized solar power generation element, a thin film solar power generation element, or the like is appropriately used.

また、ブレード１０がブレード回転機構１２と接続される部分（根元の部分）にはフランジ１３が形成されている。フランジ１３はブレード１０と一体に形成されており、発電装置１の設置時にボルト等の締結部材によりブレード回転機構１２と締結される。そして、ブレード１０の破損時などは、フランジ１３部にてブレード回転機構１２とブレード１０とが分離され、修理、交換などが行われる。
Further, a flange 13 is formed at a portion (base portion) where the blade 10 is connected to the blade rotation mechanism 12. The flange 13 is formed integrally with the blade 10 and is fastened to the blade rotation mechanism 12 by a fastening member such as a bolt when the power generation apparatus 1 is installed. When the blade 10 is damaged, the blade rotating mechanism 12 and the blade 10 are separated at the flange 13 portion, and repair, replacement, etc. are performed.

次に、制御部９０の説明を行う。図５は、制御部９０の構成を模式的に表す図である。   Next, the control unit 90 will be described. FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the configuration of the control unit 90.

制御部９０は、演算部９１、環境計測部９２、タイマー部９３、ブレード制御部９４、ヨーイング制御部９５を備える。演算部９１は、一般的なＣＰＵ（中央演算装置）などが用いられても良いが、基板上に形成された電子回路等が用いられても良い。環境計測部９２は、風向風速計８１、照度計８２と通信を行い、演算部９１にデータとして送信する。   The control unit 90 includes a calculation unit 91, an environment measurement unit 92, a timer unit 93, a blade control unit 94, and a yawing control unit 95. The calculation unit 91 may be a general CPU (Central Processing Unit) or the like, but may be an electronic circuit or the like formed on a substrate. The environment measurement unit 92 communicates with the anemometer 81 and the illuminometer 82 and transmits the data to the calculation unit 91 as data.

風向風速計８１、および照度計８２はナセル３０に内蔵されたセンサーで、それぞれ、ナセル３０の位置における風向、風速、太陽光の照度を計測する。なお、風向風速計８１としては、プロペラ形（風車形）風向風速計や、超音波式風向風速計など、さまざまな手段を用いることが可能である。また、照度計８２としては、フォトレジスタやフォトダイオードを用いて光電効果を利用して太陽光の照度を計測する手段などが用いられる。   The wind direction anemometer 81 and the illuminance meter 82 are sensors built in the nacelle 30 and measure the wind direction, the wind speed, and the illuminance of sunlight at the position of the nacelle 30, respectively. As the wind direction anemometer 81, various means such as a propeller type (windmill type) wind direction anemometer and an ultrasonic wind direction anemometer can be used. As the illuminance meter 82, means for measuring the illuminance of sunlight using a photoelectric effect using a photo-resistor or a photodiode is used.

タイマー部９３は、日付および時刻のデータを演算部９１にデータとして送信する。   The timer unit 93 transmits date and time data to the calculation unit 91 as data.

ブレード制御部９４は、演算部９１によって計算されたブレード角になるように、ブレード回転機構１２に対して指令を送る手段であり、具体的にはモータのドライバ等が用いられる。   The blade controller 94 is a means for sending a command to the blade rotation mechanism 12 so that the blade angle calculated by the calculator 91 is obtained. Specifically, a motor driver or the like is used.

またヨーイング制御部９５は、演算部９１によって計算された角度にナセル３０を回転させるよう、ナセル回転機構３２に対して指令を送る手段であり、具体的にはモータのドライバ等が用いられる。
The yawing control unit 95 is means for sending a command to the nacelle rotation mechanism 32 so as to rotate the nacelle 30 to the angle calculated by the calculation unit 91, and specifically, a motor driver or the like is used.

次に、制御部９０の動作を、図６のフローチャートを用いて説明する。   Next, operation | movement of the control part 90 is demonstrated using the flowchart of FIG.

タイマー部９３から、所定の時刻になったことを示すデータが出力されると、制御部９０は発電装置１の制御を開始する（ステップＳ１０）。本実施例の場合は、１０分に一度、以下の切り替え制御を行う例を示す。   When data indicating that the predetermined time has come is output from the timer unit 93, the control unit 90 starts control of the power generation device 1 (step S10). In the case of the present embodiment, an example in which the following switching control is performed once every 10 minutes is shown.

まず制御部９０は、風向風速計８１からナセル３０の位置における風向および風速を計測し、環境計測部９２を介して演算部９１に出力する（ステップＳ１１）。演算部９１は、入力された風速データを所定の規定値と比較する（ステップＳ１２）。ここでは、風速が３ｍ／ｓｅｃ以上となると（ステップＳ１２においてＹｅｓ）、発電装置１を風力発電モードに切り替えて制御を行う。これは、太陽光発電パネル５０の発電量（最大値で８ｋＷｈ×３＝２４ｋＷｈ）に比較して風力発電での発電量は１ＭＷｈであるため、風力発電が可能と判断した場合は優先的に風力発電を行うためである。
First, the control unit 90 measures the wind direction and the wind speed at the position of the nacelle 30 from the wind direction anemometer 81 and outputs the wind direction and wind speed to the calculation unit 91 via the environment measurement unit 92 (step S11). The calculation unit 91 compares the input wind speed data with a predetermined specified value (step S12). Here, when the wind speed is 3 m / sec or more (Yes in step S12), the power generation device 1 is switched to the wind power generation mode to perform control. This is because the amount of power generated by wind power generation is 1 MWh compared to the amount of power generated by the photovoltaic power generation panel 50 (maximum value 8 kWh × 3 = 24 kWh). This is to generate electricity.

風力発電モードでは、まず環境測定部９２により計測された風速に対応する角度となるようにブレード制御が行われる（ステップＳ２１）。具体的には、演算部９１は、風向風速計８１にて計測された風速に応じて、ロータヘッド２０に対する各ブレード１０の角度（ブレード角）を演算する。そして、ブレード制御部９４に対して、演算結果を出力する。ブレード制御部９４は、入力された演算結果に応じて、ブレード回転機構１２に信号を出力し、各ブレード１０のブレード角を変更する。   In the wind power generation mode, blade control is first performed so that the angle corresponds to the wind speed measured by the environment measurement unit 92 (step S21). Specifically, the calculation unit 91 calculates the angle (blade angle) of each blade 10 with respect to the rotor head 20 according to the wind speed measured by the wind direction anemometer 81. Then, the calculation result is output to the blade controller 94. The blade control unit 94 outputs a signal to the blade rotation mechanism 12 in accordance with the input calculation result, and changes the blade angle of each blade 10.

風速発電モードにおけるブレード角とは、計測された風速において最適な回転量が得られる角度である。そして風速が強すぎる場合には、ブレード１０の破損を防止するためにブレード１０を風向に平行な方向に待避させる制御も含む。   The blade angle in the wind speed power generation mode is an angle at which an optimum amount of rotation is obtained at the measured wind speed. When the wind speed is too strong, the control includes retracting the blade 10 in a direction parallel to the wind direction in order to prevent the blade 10 from being damaged.

続いて、制御部９０は風向風速計８１により計測された風向に向けて、ヨーイング制御を行う（ステップＳ２２）。具体的には、演算部９１は風向風速計８１にて計測された風向に対して垂直な方向にロータヘッド２０のロータ軸２１が向くように、ナセル３０の回転量を演算する。そして、ヨーイング制御部９５に対して演算結果を出力する。ヨーイング制御部９５は、入力された演算結果に応じて、ナセル回転機構３２に信号を出力し、ナセル３０の角度を変更する。   Subsequently, the control unit 90 performs yawing control toward the wind direction measured by the wind direction anemometer 81 (step S22). Specifically, the calculation unit 91 calculates the rotation amount of the nacelle 30 so that the rotor shaft 21 of the rotor head 20 faces in a direction perpendicular to the wind direction measured by the wind direction anemometer 81. Then, the calculation result is output to the yawing control unit 95. The yawing control unit 95 outputs a signal to the nacelle rotation mechanism 32 in accordance with the input calculation result, and changes the angle of the nacelle 30.

その後、制御部９０は選択されたモードで発電を継続する（ステップＳ１５）。   Thereafter, the control unit 90 continues power generation in the selected mode (step S15).

なお、風力発電モードの場合であっても、太陽光発電パネル５０に太陽光が照射すると、ブレード１０ａからは電力が発生する。その電力は、接点５２、およびブラシ５３を経由して整流回路に送電することが可能となる。しかし、接点５２とブラシ５３とが接触することによる摩擦抵抗を考慮し、接点５２とブラシ５３が離間していてもよい。
Even in the wind power generation mode, when the solar power generation panel 50 is irradiated with sunlight, power is generated from the blade 10a. The electric power can be transmitted to the rectifier circuit via the contact 52 and the brush 53. However, the contact 52 and the brush 53 may be separated in consideration of the frictional resistance caused by the contact between the contact 52 and the brush 53.

図６に戻り、風速が３ｍ／ｓｅｃよりも小さい場合（ステップＳ１２においてＮｏ）、制御部９０は照度計８２によって照度を計測し、環境測定部９２を介して演算部９１に出力する（ステップＳ１３）。演算部９１は、入力された照度データを所定の規定値と比較する（ステップＳ１４）。本実施例の場合、照度が２０，０００ルクス以上となると（ステップＳ１４においてＹｅｓ）、発電装置１を太陽光発電モードに切り替えて制御を行う。
Returning to FIG. 6, when the wind speed is less than 3 m / sec (No in step S12), the control unit 90 measures the illuminance by the illuminance meter 82 and outputs the illuminance to the calculation unit 91 via the environment measurement unit 92 (step S13). ). The calculator 91 compares the input illuminance data with a predetermined specified value (step S14). In the case of the present embodiment, when the illuminance is 20,000 lux or more (Yes in step S14), the power generation device 1 is switched to the solar power generation mode and controlled.

太陽光発電モードでは、まず太陽光発電に対応する角度となるように、ブレード制御が行われる（ステップＳ３１）。具体的には、演算部９１は、ロータヘッド２０のロータ軸２１に対して各ブレード１０の主面１０ａが垂直となるように、ブレード角を演算し、演算結果をブレード制御部９４に出力する。ブレード制御部９４は、入力された演算結果に応じて、ブレード回転機構１２に信号を出力し、ブレード角を変更する。   In the solar power generation mode, blade control is first performed so that the angle corresponds to solar power generation (step S31). Specifically, the calculation unit 91 calculates the blade angle so that the main surface 10a of each blade 10 is perpendicular to the rotor shaft 21 of the rotor head 20, and outputs the calculation result to the blade control unit 94. . The blade controller 94 outputs a signal to the blade rotation mechanism 12 according to the input calculation result, and changes the blade angle.

また、太陽光発電モードの場合、伝達部材２２は、ブレード１０のうち一つが鉛直方向を向く角度まで回転し、その後、図示しないロック機構により回転しないようにロックされる。
In the case of the solar power generation mode, the transmission member 22 rotates to an angle at which one of the blades 10 is oriented in the vertical direction, and then locked so as not to rotate by a lock mechanism (not shown).

続いて、制御部９０はタイマー部９３から出力された時刻に基づいてヨーイング制御を行う（ステップＳ３２）。具体的には、演算部９１はタイマー部９３から出力された時刻から、太陽光Ｌの照射する方角を演算する。そして、算出された方角にロータ軸２１が向くように、ナセル３０の回転量を演算する。そして、ヨーイング制御部９５に対して演算結果を出力する。ヨーイング制御部９５は、入力された演算結果に応じて、ナセル回転機構３２に信号を出力し、ナセル３０の角度を変更する。   Subsequently, the control unit 90 performs yawing control based on the time output from the timer unit 93 (step S32). Specifically, the calculation unit 91 calculates the direction in which the sunlight L is radiated from the time output from the timer unit 93. Then, the amount of rotation of the nacelle 30 is calculated so that the rotor shaft 21 faces the calculated direction. Then, the calculation result is output to the yawing control unit 95. The yawing control unit 95 outputs a signal to the nacelle rotation mechanism 32 in accordance with the input calculation result, and changes the angle of the nacelle 30.

その後、制御部９０は選択されたモードで発電を継続する（ステップＳ１５）。
Thereafter, the control unit 90 continues power generation in the selected mode (step S15).

なお、風速が小さくても、照度が小さい場合（ステップＳ１４でＮｏ）、発電装置１は風力発電モードにて発電を行う。
Note that, even if the wind speed is low, if the illuminance is low (No in step S14), the power generation apparatus 1 generates power in the wind power generation mode.

図７は、発電装置１が太陽光発電モードの場合の、太陽光Ｌの方角から見た発電装置１を示す図である。図７に示すように、３枚のブレード１０の主面１０ａはそれぞれ、太陽光Ｌからみて垂直となる角度に配置されている。そして、ロータ軸２１が太陽光Ｌの方角に向けられている。なお、厳密には太陽光Lの高度によって、主面１０ａと太陽光Ｌは垂直ではないが、ここでは太陽光Ｌの水平方向成分に対して垂直となるように制御される。   FIG. 7 is a diagram illustrating the power generation device 1 viewed from the direction of sunlight L when the power generation device 1 is in the solar power generation mode. As shown in FIG. 7, the main surfaces 10 a of the three blades 10 are arranged at angles that are perpendicular to the sunlight L. The rotor shaft 21 is directed in the direction of sunlight L. Strictly speaking, the main surface 10a and the sunlight L are not perpendicular to each other depending on the altitude of the sunlight L, but are controlled to be perpendicular to the horizontal component of the sunlight L here.

図８ａ）、および図８ｂ）は、発電装置１が太陽光発電モードの場合の、発電装置１と太陽光Ｌの方角との関係を示す模式図である。発電装置１が太陽光発電モードを続ける場合（例えば、無風の晴天時など）、制御部９０はタイマー部９３から出力される時刻に応じてナセル回転機構３２を制御し、ロータ軸２１を太陽光Ｌの日周運動の方角に合わせて追尾移動させる。
FIGS. 8 a) and 8 b) are schematic diagrams showing the relationship between the power generation device 1 and the direction of sunlight L when the power generation device 1 is in the solar power generation mode. When the power generation device 1 continues the solar power generation mode (for example, when there is no wind and fine weather), the control unit 90 controls the nacelle rotation mechanism 32 in accordance with the time output from the timer unit 93, and the rotor shaft 21 is exposed to sunlight. Move to follow the direction of L's diurnal motion.

以上のように、風向風速データおよび照度データに基づいて風量発電モードと太陽光発電モードとを切り替え、それぞれの発電モードにとって最適な方向にブレード制御およびヨーイング制御を行う事により、風速の大小に関わらず、また、照度の大小に関わらず最適な発電方法を選択することが可能となる。   As described above, the wind power generation mode and the solar power generation mode are switched based on the wind direction wind speed data and the illuminance data, and blade control and yawing control are performed in the optimum direction for each power generation mode. In addition, it is possible to select an optimal power generation method regardless of the level of illuminance.

また、太陽光発電モードにおいては、太陽の日周運動に合わせて太陽光発電パネルを配向することが可能となるため、従来の太陽光発電装置に比べ、発電効率を向上させることが可能となる。
Moreover, in the photovoltaic power generation mode, it is possible to orient the photovoltaic power generation panel in accordance with the diurnal movement of the sun, so that it is possible to improve the power generation efficiency as compared with the conventional photovoltaic power generation apparatus. .

次に、本発明の第２の実施形態に係る発電装置１ａについて説明を行う。発電装置１ａは、太陽光発電モードにおいて太陽光Lに対するロータヘッド２０との向き、および各ブレード１０のブレード角が、前述の発電装置１と相違する。風力発電モードに関しては同様であるため、説明は割愛する。
Next, the power generator 1a according to the second embodiment of the present invention will be described. The power generation device 1a is different from the power generation device 1 described above in the direction of the rotor head 20 with respect to sunlight L and the blade angle of each blade 10 in the solar power generation mode. Since it is the same regarding the wind power generation mode, the description is omitted.

図９は、本発明の第２の実施形態に係る発電装置１ａが太陽光発電モードの場合の、太陽光Ｌの方角から見た発電装置１ａを示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing the power generation device 1a viewed from the direction of sunlight L when the power generation device 1a according to the second embodiment of the present invention is in the solar power generation mode.

図９に示すように、３枚のブレード１０の主面１０ａはそれぞれ、ロータ軸２１に対して平行となるように配向（ブレード制御）される。また、太陽光Lが照射する方向に対して、ロータ軸２１が垂直となるように、ナセル３０が配向（ヨーイング制御）されている。そのため、鉛直方向に配置されたブレード１０の正面、および、手前側に配置されたブレードの上面に対して太陽光Lが照射される。
As shown in FIG. 9, the main surfaces 10 a of the three blades 10 are each oriented (blade control) so as to be parallel to the rotor shaft 21. Further, the nacelle 30 is oriented (yaw control) so that the rotor shaft 21 is perpendicular to the direction in which the sunlight L is irradiated. Therefore, sunlight L is irradiated to the front surface of the blade 10 arranged in the vertical direction and the upper surface of the blade arranged on the near side.

図１０ａ）、および図１０ｂ）は、発電装置１ａが太陽光発電モードの場合の、発電装置１ａと太陽光Ｌの方角との関係を示す模式図である。   FIGS. 10 a) and 10 b) are schematic diagrams showing the relationship between the power generation device 1 a and the direction of sunlight L when the power generation device 1 a is in the solar power generation mode.

制御部９０はタイマー部９３から出力される時刻に応じてナセル回転機構３２を制御し、ロータ軸２１を太陽光Ｌの日周運動の方角に対して垂直な方向に配向し、追尾させる。
The control unit 90 controls the nacelle rotation mechanism 32 in accordance with the time output from the timer unit 93 to orient the rotor shaft 21 in a direction perpendicular to the direction of the diurnal motion of the sunlight L and track it.

第１の実施形態である発電装置１では、太陽光Ｌの高度が高い（例えば夏など）場合、全体として水平方向を向いているブレード１０の主面１０ａとのなす角度が大きくなるため、太陽光発電の効率が低下する、という恐れがある。一方、第２の実施形態である発電装置１ａは、太陽光Ｌの高度が高い場合であっても、図９において斜め手前に配向しているブレード１０ａによって発電効率を高く維持することが可能となる。そのため、発電に寄与するブレードの枚数は発電装置１と比較して少ないものの、全体としては発電効率を高めることが可能となる。
In the power generation device 1 according to the first embodiment, when the altitude of the sunlight L is high (for example, summer), the angle formed with the main surface 10a of the blade 10 facing the horizontal direction as a whole increases. There is a risk that the efficiency of photovoltaic power generation will decrease. On the other hand, the power generation device 1a according to the second embodiment can maintain high power generation efficiency by the blade 10a oriented obliquely forward in FIG. 9 even when the altitude of the sunlight L is high. Become. Therefore, although the number of blades contributing to power generation is smaller than that of the power generation device 1, overall power generation efficiency can be increased.

また、太陽光Ｌの方角に対するヨーイング制御は、上述の実施形態に限定されない。例えば、第１の実施形態である発電装置１、および第２の実施形態である発電装置１ａの中間的な配置であってもよい。図１１は第３の実施形態である発電装置１ｂを示す図である。
Moreover, yawing control with respect to the direction of sunlight L is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, an intermediate arrangement of the power generation device 1 according to the first embodiment and the power generation device 1a according to the second embodiment may be used. FIG. 11 is a diagram showing a power generation device 1b according to the third embodiment.

発電装置１ｂは、太陽光Ｌの照射する方角に対して４５°傾いてヨーイング制御されている。ブレード１０は、太陽光Ｌの方角および高度に合わせて、ブレード制御されている。このように斜め方向から太陽光Ｌが照射することにより、３枚のブレードは全て太陽光Ｌを受光することが可能である。また、ブレード制御およびヨーイング制御を適宜行うことにより、太陽光Ｌの高度および方角に追尾させることが可能となる。
The power generation device 1b is yawing controlled with an inclination of 45 ° with respect to the direction of irradiation with sunlight L. The blade 10 is blade-controlled in accordance with the direction and altitude of sunlight L. By irradiating sunlight L from an oblique direction in this way, all three blades can receive sunlight L. Further, by appropriately performing blade control and yawing control, it is possible to track the altitude and direction of sunlight L.

同様に、上述の第１の実施形態である発電装置１においても、第３の実施形態である発電装置１ｂのようにブレード制御を行うことにより、太陽光Ｌの高度に合わせたブレード制御が可能となる。具体的には、発電装置１において斜め下方に配向されている２枚のブレード１０の主面１０ａは、各々ブレード制御することにより、太陽光Ｌの高度に近い角度に制御することが可能となり、更なる発電効率の向上が可能となる。
Similarly, in the power generation apparatus 1 according to the first embodiment described above, blade control in accordance with the altitude of sunlight L is possible by performing blade control like the power generation apparatus 1b according to the third embodiment. It becomes. Specifically, the main surface 10a of the two blades 10 oriented obliquely downward in the power generation device 1 can be controlled to an angle close to the altitude of sunlight L by performing blade control. It is possible to further improve the power generation efficiency.

このように、上述の第１ないし第３の実施形態のような制御方法は、発電方法の切り替え時にいずれか１つを選択されてもよいし、それぞれの方法を実測し、最適な方法を選択されてもよい。
As described above, any one of the control methods as in the first to third embodiments described above may be selected at the time of switching the power generation method, or each method is actually measured and the optimum method is selected. May be.

また、上述の第１ないし第３の実施形態では、ブレード１０の枚数が３枚である実施形態を示したが、これに限られるものではない。具体的には、ブレード１０の枚数は４枚以上でもよい。
In the first to third embodiments described above, the embodiment in which the number of blades 10 is three has been described, but the present invention is not limited to this. Specifically, the number of blades 10 may be four or more.

また、上述の第１ないし第３の実施形態では、ロータ軸２１が水平方向であったが、これに限られるものではない。ロータ軸を垂直方向に配置された垂直配置型の風力発電装置においても、本発明を適用することは可能である。
In the first to third embodiments described above, the rotor shaft 21 is in the horizontal direction, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a vertically arranged wind power generator in which the rotor shaft is arranged in the vertical direction.

また、上述の第１ないし第３の実施形態において、ナセル３０は水平方向の回転駆動のみを行ったが、これに限られるものではない。具体的には、ナセル回転機構３２だけではなく、ナセル３０の垂直方向の角度（仰角）を制御する機構を備えてもよい。このような構成にすることにより、季節による太陽光Ｌの高度変化に追従して制御することが可能となり、更なる発電効率の向上が可能となる。
Further, in the first to third embodiments described above, the nacelle 30 is driven only in the horizontal direction, but is not limited thereto. Specifically, not only the nacelle rotation mechanism 32 but also a mechanism for controlling the vertical angle (elevation angle) of the nacelle 30 may be provided. By adopting such a configuration, it becomes possible to control following the altitude change of the sunlight L according to the season, and it is possible to further improve the power generation efficiency.

また、上述の第１ないし第３の実施形態に記載された、風力発電モードと太陽光発電モードとを切り替えるための風速および照度の所定値は一例であり、発電装置における出力によって適宜最適な値を選択することが可能である。
Further, the predetermined values of the wind speed and illuminance for switching between the wind power generation mode and the solar power generation mode described in the first to third embodiments are merely examples, and are appropriately optimized depending on the output of the power generation device. Can be selected.

１、１ａ、１ｂ ・・・ 発電装置
１０ ・・・ ブレード
１１ ・・・ ブレード軸
１２ ・・・ ブレード回転機構
２０ ・・・ ロータヘッド
２１ ・・・ ロータ軸
３０ ・・・ ナセル
３１ ・・・ ナセル軸
３２ ・・・ ナセル回転機構
４０ ・・・ タワー
５０ ・・・ 太陽光発電パネル
８１ ・・・ 風向風速計
８２ ・・・ 照度計
９０ ・・・ 制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b ... Power generation device 10 ... Blade 11 ... Blade shaft 12 ... Blade rotation mechanism 20 ... Rotor head 21 ... Rotor shaft 30 ... Nacelle 31 ... Nacelle Shaft 32 ... Nacelle rotation mechanism 40 ... Tower 50 ... Solar power generation panel 81 ... Wind direction anemometer 82 ... Illuminance meter 90 ... Control unit

Claims (4)

発電装置であって、
翼状体である複数のブレードと、
前記ブレードがその先端部に配置され、前記ブレードが風を受けることにより回転する軸と、
前記軸と接続され、前記軸が回転する事により電力を発生させる風力発電手段と、
前記ブレードの主面上に配置され、太陽光を受光することにより電力を発生させる太陽光発電手段と、
前記太陽光発電手段よりも、前記風力発電手段を優先して電力を発生させる第１モードと、前記軸を固定し、前記太陽光発電手段により電力を発生させる第２モードとを、選択的に切り替える制御部と、
を備えることを特徴とする発電装置。
A power generator,
A plurality of blades that are wings,
The blade is disposed at a tip thereof, and a shaft that rotates when the blade receives wind;
Wind power generating means connected to the shaft and generating electric power by rotating the shaft;
Solar power generation means disposed on the main surface of the blade and generating electric power by receiving sunlight,
A first mode in which electric power is generated in preference to the wind power generation means over the solar power generation means and a second mode in which the shaft is fixed and electric power is generated by the solar power generation means are selectively used. A control unit for switching;
A power generation device comprising:
請求項１に記載の発電装置において、
前記ブレードを、前記軸に対して直交する方向を中心軸として回転させるブレード回転機構をさらに備え、
前記制御手段は、前記ブレード回転機構を制御することにより、前記第１モードを選択した場合は、前記ブレードが風を受けることにより前記軸が回転するように前記ブレード回転機構を制御し、前記第２モードを選択した場合は、前記ブレードの主面上に配置された前記太陽光発電手段が太陽光を受光して電力を発生させるように、前記ブレード回転機構を制御することを特徴とする発電装置。
The power generator according to claim 1,
A blade rotation mechanism for rotating the blade around a direction orthogonal to the axis as a central axis;
When the first mode is selected by controlling the blade rotation mechanism, the control means controls the blade rotation mechanism so that the shaft rotates when the blade receives wind, When the two-mode is selected, the blade rotating mechanism is controlled so that the solar power generation means disposed on the main surface of the blade receives sunlight and generates electric power. apparatus.
請求項１または請求項２に記載の発電装置において、
前記風力発電手段を、鉛直方向を中心軸として回転させる風力発電手段回転機構をさらに備え、
前記制御手段は、前記風力発電手段回転機構を制御することにより、前記第１モードを選択した場合は、前記軸の前記ブレード側端が風上方向を向くように前記風力発電手段回転機構を制御し、前記第２モードを選択した場合は、前記ブレードの主面上に配置された前記太陽光発電手段が太陽の方角に向くように前記風力発電手段回転機構を制御することを特徴とする発電装置。
In the electric power generating apparatus of Claim 1 or Claim 2,
A wind power generation means rotating mechanism for rotating the wind power generation means about a vertical direction as a central axis;
When the first mode is selected by controlling the wind power generation unit rotation mechanism, the control unit controls the wind power generation unit rotation mechanism so that the blade side end of the shaft faces the windward direction. When the second mode is selected, the wind power generation means rotating mechanism is controlled so that the solar power generation means arranged on the main surface of the blade is directed toward the sun. apparatus.
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発電装置において、
前記制御手段は、前記ブレードに作用する風速を検出し、当該風速が所定の値以上である場合に前記第１モードを選択することを特徴とする発電装置。 In the electric power generating apparatus in any one of Claim 1 thru | or 3,
The control unit detects a wind speed acting on the blade, and selects the first mode when the wind speed is equal to or higher than a predetermined value.
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