JP2015205632A - 水上太陽光発電装置及び水上太陽光発電システムと水上太陽光集光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で且つ少ないエネルギーでソーラーパネルの傾斜角を調整する。【解決手段】水上太陽光発電装置4は、ソーラーパネル10と、ソーラーパネル10を水上で支持すると共にソーラーパネル10の傾斜角を調整する際の回転軸になる主浮体9と、主浮体9に支持軸12を介して連結していて内部に貯留される水の水位によって主浮体9の回転角度を変化させてソーラーパネル10の傾斜角を調整する傾斜角制御用浮体11とを備えた。傾斜角制御用浮体11は中空の管体である。コンプレッサーから傾斜角制御用浮体11の内部に空気を出し入れすることで下部開口から水を出し入れし、傾斜角制御用浮体11内の水位を調整して主浮体9を回転させてソーラーパネル10の傾斜角を調整する。【選択図】図2
Description
本発明は、発電効率の高い水上太陽光発電装置と水上太陽光発電システム、そして水上太陽光集光装置に関するものである。
従来、ソーラーパネルの向きを太陽の位置に応じて追尾させることのできる水上太陽光発電装置として、特許文献1に記載されたものが提案されている。
この水上太陽光発電装置は、水上で非回転の浮き姿勢に保持される透明球殻内に、太陽電池ユニットを傾動及び自転可能に吊持したもので、太陽電池ユニットは、球殻の内面に複数箇所で当接する支持枠と、支持枠に取り付けられたソーラーパネルと、支持枠の裏面側に枢着された旋回体と、支持枠に固設された円環状のラックギヤとを具備している。また、旋回体は、ラックギヤに噛合するピニオン及びその回転駆動手段と、ラックギヤの円環の半径方向に沿って移動可能な方向設定ウエイト及びその移動手段とを具備している。
この水上太陽光発電装置は、水上で非回転の浮き姿勢に保持される透明球殻内に、太陽電池ユニットを傾動及び自転可能に吊持したもので、太陽電池ユニットは、球殻の内面に複数箇所で当接する支持枠と、支持枠に取り付けられたソーラーパネルと、支持枠の裏面側に枢着された旋回体と、支持枠に固設された円環状のラックギヤとを具備している。また、旋回体は、ラックギヤに噛合するピニオン及びその回転駆動手段と、ラックギヤの円環の半径方向に沿って移動可能な方向設定ウエイト及びその移動手段とを具備している。
そして、太陽電池ユニットが球殻内で方向設定ウエイト側を下位とした傾斜姿勢をとり、方向設定ウエイトの半径方向移動と旋回体の旋回移動に伴う重心の変位によって、ソーラーパネルの傾斜角及び方位角を変化できるようにしている。
特許文献2に記載された水上太陽光発電装置は、ソーラーパネルを傾斜角調整可能に支持する水上浮体構造物に搭載した発電ユニットを旋回機構によって、太陽位置の変化に追尾して旋回させるようにしている。この発電装置では、ソーラーパネルの傾斜角を調整する傾斜角調整機構と、水上浮体構造物を太陽を追尾して旋回させる、無段変速ギヤボックス、べベルギヤやリンク等の動力伝達機構を備えた旋回機構と、を同期して機械的に制御する同期機構を備えている。
ところで、特許文献1に記載された水上太陽光発電装置は、個々のソーラーパネルに対して個別に複雑な構造の太陽への追尾機構を設ける必要があり、この追尾機構を小規模設備に適用することは難しくないが、大規模設備に適用するにはコストがかかり過ぎると共に大きな駆動エネルギーが必要になるという欠点があった。また、球殻の中に太陽電池ユニットを設置する必要があるので、追尾機構の組立てとメンテナンスに手間がかかるという欠点もあった。さらに、個々のソーラーパネルが入った球殻を水底にそれぞれ固定する必要があるため、移設が難しいという問題もある。
また、特許文献2に記載された水上太陽光発電装置も、ソーラーパネルの傾斜角を調整する機構が複雑であり、傾斜角調整機構の組立てとメンテナンスに手間がかかる上に傾斜角調整に大きな駆動エネルギーが必要であるという不具合があった。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で且つ少ないエネルギーでソーラーパネルを太陽に追尾させることができるようにした水上太陽光発電装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、大規模太陽光発電に適用して簡単な構造で且つ少ないエネルギーでソーラーパネルを太陽に追尾させることができ、しかもソーラーパネル群の発電効率の向上を図ることができると共に、メンテナンスの容易化を図ることができるようにした水上太陽光発電システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、大規模太陽光発電に適用して簡単な構造で且つ少ないエネルギーでソーラーパネルを太陽に追尾させることができ、しかもソーラーパネル群の発電効率の向上を図ることができると共に、メンテナンスの容易化を図ることができるようにした水上太陽光発電システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、簡単な構造で且つ少ないエネルギーで集光部材を太陽に追尾させることができるようにした水上太陽光集光装置を提供することを目的とする。
本発明による水上太陽光発電装置は、太陽光を受光して発電可能なソーラーパネルと、ソーラーパネルを水上で支持すると共にソーラーパネルの傾斜角を調整する際の回転軸になる主浮体と、主浮体に連結されていて内部に貯留される水の水位によって主浮体の回転角度を変化させてソーラーパネルの傾斜角を調整可能な傾斜角制御用浮体と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、傾斜角制御用浮体内の水位を調整することで変動する浮力によって主浮体を回転させ、ソーラーパネルの傾斜角を太陽の高度に応じて変化させることができる。
本発明によれば、傾斜角制御用浮体内の水位を調整することで変動する浮力によって主浮体を回転させ、ソーラーパネルの傾斜角を太陽の高度に応じて変化させることができる。
また、傾斜角制御用浮体は中空の管体であり、内部に空気または水を出し入れして水位を調整する浮力調整手段に接続されていることが好ましい。
浮力調整手段によって空気または水を傾斜角制御用浮体に出し入れすることで傾斜角制御用浮体の浮力を増減調整し、傾斜角制御用浮体を水面に対して昇降させることで主浮体を回転させ、ソーラーパネルの傾斜角を変化させることができる。
浮力調整手段によって空気または水を傾斜角制御用浮体に出し入れすることで傾斜角制御用浮体の浮力を増減調整し、傾斜角制御用浮体を水面に対して昇降させることで主浮体を回転させ、ソーラーパネルの傾斜角を変化させることができる。
また、浮力調整手段は、傾斜角制御用浮体内に空気を出し入れすることで内部の水位を調整するコンプレッサーであってもよい。
コンプレッサーによって傾斜角制御用浮体内に空気を出し入れすることで傾斜角制御用浮体の水位を増減させ、浮力を変化させてソーラーパネルの傾斜角を変化させる。なお、この場合、傾斜角制御用浮体の下部に水を出し入れする開口が設けられていることが好ましい。
コンプレッサーによって傾斜角制御用浮体内に空気を出し入れすることで傾斜角制御用浮体の水位を増減させ、浮力を変化させてソーラーパネルの傾斜角を変化させる。なお、この場合、傾斜角制御用浮体の下部に水を出し入れする開口が設けられていることが好ましい。
また、浮力調整手段は、傾斜角制御用浮体内に水を出し入れすることで内部の水位を調整するポンプであってもよい。
ポンプによって傾斜角制御用浮体内に水を出し入れすることで傾斜角制御用浮体の水位を増減させ、浮力を変化させてソーラーパネルの傾斜角を変化させる。なお、この場合、傾斜角制御用浮体の上部に空気を出し入れする開口が設けられていることが好ましい。
ポンプによって傾斜角制御用浮体内に水を出し入れすることで傾斜角制御用浮体の水位を増減させ、浮力を変化させてソーラーパネルの傾斜角を変化させる。なお、この場合、傾斜角制御用浮体の上部に空気を出し入れする開口が設けられていることが好ましい。
また、傾斜角制御用浮体には、重力によってソーラーパネルの転倒を防ぐ転倒防止体が連結されていてもよい。
ソーラーパネルに風が吹き付けても、主浮体を回転軸としてソーラーパネルが回転して倒れることを、傾斜角制御用浮体に重力の大きい転倒防止体の荷重がかかることで防止できる。
ソーラーパネルに風が吹き付けても、主浮体を回転軸としてソーラーパネルが回転して倒れることを、傾斜角制御用浮体に重力の大きい転倒防止体の荷重がかかることで防止できる。
また、転倒防止体は内部に水を注入可能な中空体であってもよく、中空体内に水を充填させた重さでソーラーパネルの転倒を防止できる。
本発明による水上太陽光発電システムは、上述した水上太陽光発電装置を複数連結してなる支持浮体と、太陽を追尾して支持浮体を回転可能に支持する旋回機構とを備え、旋回機構は、支持浮体に連結された外層浮体と、外層浮体に関連して相対的に昇降可能な内層浮体と、外層浮体及び内層浮体の一方の昇降運動を外層浮体の回転運動に変換させる運動変換機構とを備えたことを特徴とする。
本発明による水上太陽光発電システムによれば、相対的に昇降可能に保持した外層浮体及び内層浮体の一方の昇降運動を運動変換機構によって外層浮体の回転運動に変換させ、これによって旋回機構によって支持浮体に連結された複数の水上太陽光発電装置を一体に回転させると共に、複数の水上太陽光発電装置について、傾斜角制御用浮体内の水位を調整することで変動する浮力によって主浮体を回転させ、ソーラーパネルの向きと傾斜角を太陽の方位と高度に応じて変化させることができる。
本発明による水上太陽光発電システムによれば、相対的に昇降可能に保持した外層浮体及び内層浮体の一方の昇降運動を運動変換機構によって外層浮体の回転運動に変換させ、これによって旋回機構によって支持浮体に連結された複数の水上太陽光発電装置を一体に回転させると共に、複数の水上太陽光発電装置について、傾斜角制御用浮体内の水位を調整することで変動する浮力によって主浮体を回転させ、ソーラーパネルの向きと傾斜角を太陽の方位と高度に応じて変化させることができる。
本発明による水上太陽光集光装置は、集光部材と、集光部材を水上で支持すると共に集光部材の傾斜角を調整する際の回転軸になる主浮体と、主浮体に連結されていて内部に貯留される水の水位によって主浮体の回転角度を変化させて集光部材の傾斜角を調整可能な傾斜角制御用浮体と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、傾斜角制御用浮体内の水位を調整することで変動する浮力によって主浮体を回転させ、プリズムシートや反射鏡等の集光部材の傾斜角を太陽の高度に合わせて変化させることができる。
本発明によれば、傾斜角制御用浮体内の水位を調整することで変動する浮力によって主浮体を回転させ、プリズムシートや反射鏡等の集光部材の傾斜角を太陽の高度に合わせて変化させることができる。
本発明による水上太陽光発電装置によれば、傾斜角制御用浮体内の水位を調整することによって主浮体を回転させてソーラーパネルの傾斜角を調整することができるため、装置の構造が簡単でメンテナンスが容易であり、製造コストを低減できる。
また、本発明による水上太陽光発電システムによれば、各ソーラーパネルの傾斜角を簡単且つ容易に調整できる上に、少ないエネルギーで複数の水上太陽光発電装置のソーラーパネルを太陽の高度に追尾させることができる。
また、本発明による水上太陽光発電システムによれば、各ソーラーパネルの傾斜角を簡単且つ容易に調整できる上に、少ないエネルギーで複数の水上太陽光発電装置のソーラーパネルを太陽の高度に追尾させることができる。
本発明による水上太陽光集光装置によれば、傾斜角制御用浮体内の水位を調整することによって主浮体を回転させて集光部材の傾斜角を調整することができるため、装置の構造が簡単でメンテナンスが容易であり、製造コストを低減できる。
以下、添付の図1乃至図8を参照して、本発明の実施形態による水上太陽光発電装置とこれを備えた水上太陽光発電システムについて説明する。
図1に示す水上太陽光発電システム1は例えば略H字状の支持浮体2の対向する支持軸2aに沿って複数のロープ3または棒体を張架させ、各ロープ3に沿って複数の水上太陽光発電装置4が取り付けられて係留されている。そして、支持浮体2の中央軸2bの中央には水底に設置された基台5から上方に延びる支柱6が連結され、支柱6の上部と支持浮体2の中央軸2bとの間には、多数の水上太陽光発電装置4を支持浮体2と一体に回転させて太陽の方位を追尾させる旋回機構7が設置されている。
図1に示す水上太陽光発電システム1は例えば略H字状の支持浮体2の対向する支持軸2aに沿って複数のロープ3または棒体を張架させ、各ロープ3に沿って複数の水上太陽光発電装置4が取り付けられて係留されている。そして、支持浮体2の中央軸2bの中央には水底に設置された基台5から上方に延びる支柱6が連結され、支柱6の上部と支持浮体2の中央軸2bとの間には、多数の水上太陽光発電装置4を支持浮体2と一体に回転させて太陽の方位を追尾させる旋回機構7が設置されている。
次に本発明の実施形態による水上太陽光発電装置4について、図2〜図5によって説明する。図2に示す水上太陽光発電装置4は、水上に浮かぶ主浮体9と、主浮体9に取り付けられたソーラーパネル10と、主浮体9に支持具12を介して取り付けられてソーラーパネル10の傾斜角を調整するための傾斜角制御用浮体11とを備えている。
主浮体9は例えば中空構造で円筒状の筒体を有しており、その表面には1または複数枚のソーラーパネル10が所定の傾きで固定されている。主浮体9は筒体が水平状態で水上に浮かんでいる。傾斜角制御用浮体11は支持具12を介して主浮体9に連結されており、例えば中空構造で円筒状の筒体を形成している。傾斜角制御用浮体11はソーラーパネル10側に傾斜して保持され、ソーラーパネル10は傾斜角制御用浮体11と鋭角をなすように保持されている。
主浮体9は例えば中空構造で円筒状の筒体を有しており、その表面には1または複数枚のソーラーパネル10が所定の傾きで固定されている。主浮体9は筒体が水平状態で水上に浮かんでいる。傾斜角制御用浮体11は支持具12を介して主浮体9に連結されており、例えば中空構造で円筒状の筒体を形成している。傾斜角制御用浮体11はソーラーパネル10側に傾斜して保持され、ソーラーパネル10は傾斜角制御用浮体11と鋭角をなすように保持されている。
傾斜角制御用浮体11は、筒体内部の上部側に空気が貯留され、下部側に水が貯留された構成を有している。傾斜角制御用浮体11内に空気または水を出し入れすることで水位を変化させて傾斜角制御用浮体11の浮力を増減調整してその傾斜角を調整し、これによってソーラーパネル10の傾斜角を調整するようにしている。
傾斜角制御用浮体11内の水位及び浮力を調整する浮力調整手段として、図3に示す例では、空気を給排気するコンプレッサー13が設置されている。この場合、傾斜角制御用浮体11は筒体の下端部に水面下に位置する開口11aが形成されており、筒体内の水面よりも上方にコンプレッサー13に連結された連結管14が接続されている。
傾斜角制御用浮体11内の水位及び浮力を調整する浮力調整手段として、図3に示す例では、空気を給排気するコンプレッサー13が設置されている。この場合、傾斜角制御用浮体11は筒体の下端部に水面下に位置する開口11aが形成されており、筒体内の水面よりも上方にコンプレッサー13に連結された連結管14が接続されている。
図3(a)において、コンプレッサー13から空気を傾斜角制御用浮体11に充填すると筒体内で水面が低下し、傾斜角制御用浮体11は浮力が増大して上昇するので主浮体9が反時計方向に回転し、ソーラーパネル10の傾斜角が大きくなる。また、図3(b)において、傾斜角制御用浮体11内からコンプレッサー13に空気を排出すると筒体内の水面が上昇して浮力が小さくなって降下するので主浮体9が時計回りに回転し、ソーラーパネル10の傾斜角が小さくなる。
また、浮力調整手段の他の例として、コンプレッサー13に代えて、図4に示すように水を供給するポンプ16を設置してもよい。図4(a)において、水面に対して垂直または傾斜状態にある傾斜角制御用浮体11の底面から連結管17を介してポンプ16に連結し、また、傾斜角制御用浮体11の上端部に空気を出し入れする開口11bを形成した。
そして、図4(a)に示すように、ポンプ16によって傾斜角制御用浮体11の底部から連結管17を介して水を排出すると、開口11bから空気が吸引され、浮力が増大して傾斜角制御用浮体11が上昇し、主浮体9が反時計回りに回転することでソーラーパネル10の傾斜角が大きくなる。また、図4(b)に示すように、ポンプ16から連結管17を介して水を傾斜角制御用浮体11内に供給すると、浮力が低下し重力が増大するため、傾斜角制御用浮体11が水面下に向けて低下し、主浮体9が時計回りに回転することでソーラーパネル10の傾斜角が小さくなる。
本実施形態による水上太陽光発電装置4は上述の構成を備えており、次に図5によってソーラーパネル10の傾斜角調整方法について説明する。
例えば、水上太陽光発電装置4を波の小さい湖や池やプール、あるいは内海等に載置させて太陽光発電に用いる。そして、朝や夕方等、太陽の高度が低い場合には、図5(a)に示すように、浮力調整手段としてのコンプレッサー13またはポンプ16によって、傾斜角制御用浮体11内の水量を減らして筒体内の水面を低下させ、浮力を増大させて傾斜角制御用浮体11を上昇させる。すると、支持具12を介して主浮体9は反時計方向に回転してソーラーパネル10の傾斜角を例えば70度程度に増大させる。これによって太陽光をソーラーパネル10でよく受光することができる。
例えば、水上太陽光発電装置4を波の小さい湖や池やプール、あるいは内海等に載置させて太陽光発電に用いる。そして、朝や夕方等、太陽の高度が低い場合には、図5(a)に示すように、浮力調整手段としてのコンプレッサー13またはポンプ16によって、傾斜角制御用浮体11内の水量を減らして筒体内の水面を低下させ、浮力を増大させて傾斜角制御用浮体11を上昇させる。すると、支持具12を介して主浮体9は反時計方向に回転してソーラーパネル10の傾斜角を例えば70度程度に増大させる。これによって太陽光をソーラーパネル10でよく受光することができる。
また、太陽の高度が高くなる時間帯では、図5(b)に示すように、浮力調整手段によって傾斜角制御用浮体11内に水を供給するか空気を排出することで重力を増大させて浮力を低下させ、傾斜角制御用浮体11を降下させることによって、主浮体9を時計回りに回転させてソーラーパネル10の傾斜角を例えば45度程度に設定し、斜め上方からの太陽光を受光する。
更に、夏の正午等の太陽が真上近くになるような場合には、図5(c)に示すように、浮力調整手段によって傾斜角制御用浮体11内に更に水を供給するか空気を排出することで重力を増大させて浮力を低下させ、傾斜角制御用浮体11を水中に降下させることによって、主浮体9を時計回りに回転させてソーラーパネル10の傾斜角を例えば10度程度に設定し、真上近くからの太陽光をソーラーパネル10で受光する。
更に、夏の正午等の太陽が真上近くになるような場合には、図5(c)に示すように、浮力調整手段によって傾斜角制御用浮体11内に更に水を供給するか空気を排出することで重力を増大させて浮力を低下させ、傾斜角制御用浮体11を水中に降下させることによって、主浮体9を時計回りに回転させてソーラーパネル10の傾斜角を例えば10度程度に設定し、真上近くからの太陽光をソーラーパネル10で受光する。
また、昼前後では、図5(c)に示すように、浮力調整手段によって傾斜角制御用浮体11内に更に水を供給するか空気を排出することで重力を増大させて浮力を低下させ、傾斜角制御用浮体11を水中に降下させる。これによって、主浮体9を時計回りに回転させてソーラーパネル10の傾斜角を例えば10度程度に設定し、真上からの太陽光をソーラーパネル10で受光する。
また、台風や強風状態等の場合では、図5(d)に示すように、浮力調整手段によって傾斜角制御用浮体11内に更に水を供給するか空気を排出することで重力を増大させて浮力を更に小さくし、傾斜角制御用浮体11と支持具12をほぼ水面下に沈める。これによって、主浮体9を時計回りに更に回転させてソーラーパネル10を水面上に倒して例えば0度の傾斜角に設定することで、ソーラーパネル10が強風で倒れたり飛散や破損等したりすることを防止する。
また、台風や強風状態等の場合では、図5(d)に示すように、浮力調整手段によって傾斜角制御用浮体11内に更に水を供給するか空気を排出することで重力を増大させて浮力を更に小さくし、傾斜角制御用浮体11と支持具12をほぼ水面下に沈める。これによって、主浮体9を時計回りに更に回転させてソーラーパネル10を水面上に倒して例えば0度の傾斜角に設定することで、ソーラーパネル10が強風で倒れたり飛散や破損等したりすることを防止する。
上述のように本実施形態による水上太陽光発電装置4によれば、従来の太陽電池ユニットのようにウエイトや円環状のラックギヤ等の複雑な駆動機構を必要とせず構成が簡単であり、しかもソーラーパネル10の傾斜角の調整はコンプレッサー13やポンプ16等の浮力調整手段によって行うことができるのでメンテナンス等も容易で、低コストであるという利点がある。しかも、台風や強風等の場合には、ソーラーパネル10を水面上で水面と略平行に保持して傾斜角制御用浮体11や支持具12等を水中に沈めて保護できるため強風による飛散や破損等の被害を防止できる。
次に、上述した水上太陽光発電装置4を多数設置した水上太陽光発電システム1について図1及び図6〜図8によって説明する。
図1及び図6において、水上太陽光発電システム1は、例えば略H字状の支持浮体2の対向する支持軸2a間に所定間隔で張られた複数のロープ3に多数の水上太陽光発電装置4が並列に係留されている。支持浮体2の中央軸2bの中央と支柱6の上部との間に、多数の水上太陽光発電装置4を支持浮体2と一体に回転させて太陽の方位を追尾させる旋回機構7が設置されている。
図1及び図6において、水上太陽光発電システム1は、例えば略H字状の支持浮体2の対向する支持軸2a間に所定間隔で張られた複数のロープ3に多数の水上太陽光発電装置4が並列に係留されている。支持浮体2の中央軸2bの中央と支柱6の上部との間に、多数の水上太陽光発電装置4を支持浮体2と一体に回転させて太陽の方位を追尾させる旋回機構7が設置されている。
旋回機構7は、外層浮体20と内層浮体21との組み合わせによって構成されており、内層浮体21は、下端が基台5に連結された支柱6により、回転を拘束された状態で昇降可能に、即ち水面に対する相対高さが変えられるように支持されている。支柱6の途中には長さ調整機構22が設けられるとともに、その上下側には内層浮体21を昇降可能とするための屈曲継手23、24が設けられている。
支持浮体2の中央軸2bには、その長さ方向中央に外層浮体20が連結されており、外層浮体20の中央に貫通孔20aを形成し、この貫通孔20aに内層浮体21が螺合して貫通している。外層浮体20は支持浮体2の中央軸2bと支持軸2aとロープ3を介して多数の水上太陽光発電装置4を連結している。つまり外層浮体20は、支持浮体2と一体に回転可能で且つ昇降可能に結合されている。また、支持浮体2が水面に浮いている関係上、外層浮体20は水面に対し常に一定の高さ位置に保たれている。一方、内層浮体21は軸状をなしており、外層浮体20の貫通孔20aに螺合された状態で昇降可能な浮体として、水平面内での回転を拘束されて下端に屈曲継手23を設けた受け入れ筒部26の穴26a内に昇降可能に挿入されている。
図7において、旋回機構7の一例を縦断面で示すように、外層浮体20と内層浮体21との間に、内層浮体21の昇降運動を、支持浮体2の中央軸2bに連結された外層浮体20の水平面内での回転運動に変換する運動変換機構28としての螺旋ガイド機構28Aが設けられている。具体的には、外層浮体20の貫通孔20aの内周面に形成された凹螺旋条30と内層浮体21の外周面に形成された凸螺旋条31とが螺合状態に保持されている。
そして、これら凸螺旋条31と凹螺旋条30によって、内層浮体21の外層浮体20に対する相対的な昇降運動(矢印Bで示す上下運動)を外層浮体20の回転運動(矢印Aで示す回転運動)に変換する互いに係合した内層浮体21側の凸螺旋条31と外層浮体20側の凹螺旋条30の組み合わせが設けられている。なお、内層浮体21側に凹螺旋条30を設けるとともに外層浮体20側に凸螺旋条31を設けても良い。
そして、これら凸螺旋条31と凹螺旋条30によって、内層浮体21の外層浮体20に対する相対的な昇降運動(矢印Bで示す上下運動)を外層浮体20の回転運動(矢印Aで示す回転運動)に変換する互いに係合した内層浮体21側の凸螺旋条31と外層浮体20側の凹螺旋条30の組み合わせが設けられている。なお、内層浮体21側に凹螺旋条30を設けるとともに外層浮体20側に凸螺旋条31を設けても良い。
そして、内層浮体21には内部タンク21Aが形成されており、給排水用のポンプやバルブ等による昇降駆動機構(いずれも図示略)によって内部タンク21A内への注水量と空気を増減することで内部タンク21A内の空気と水による浮力の調整を行うことができる。
内部タンク21Aへの空気や水の給排調整機構は、上述した水上太陽光発電装置4の傾斜角制御用浮体11における浮力調整手段と同一構成のもの、例えばコンプレッサー13またはポンプ16を採用できる。そのため、内層浮体21への水や空気の給排制御によって内層浮体21の昇降運動を制御することができる。
内部タンク21Aへの空気や水の給排調整機構は、上述した水上太陽光発電装置4の傾斜角制御用浮体11における浮力調整手段と同一構成のもの、例えばコンプレッサー13またはポンプ16を採用できる。そのため、内層浮体21への水や空気の給排制御によって内層浮体21の昇降運動を制御することができる。
従って、回転を拘束された状態の内層浮体21を空気や水の給排調整によって昇降運動させることで(具体的には、水面に対する高さ位置を変更させることで)、外層浮体20に固定された支持浮体2に連結された多数の水上太陽光発電装置4を、水平面内で回転させることができて、多数のソーラーパネル1を一体に太陽の方位に追尾させることができる。
また、外層浮体20と内層浮体21におけるネジ状の凹螺旋条30と凸螺旋条31の組み合わせに関し、摩擦が大きい場合には、凸螺旋条31の代わりに、螺旋に沿って複数のローラを回転自在に配置し、これらローラをローラの断面に合わせた断面形状を有する凹螺旋条30に嵌めて、運動変換機構28としての螺旋ガイド機構を構成してもよい。この場合、ローラはバランス上の要請から円周方向に等間隔で3個以上設けることが好ましい。
また、水上太陽光発電システム1における旋回機構7の変形例として、図8に示す構成を採用してもよい。
図8に示す支持浮体2の旋回機構33において、内層浮体21の外周面に雄ネジ状の凸螺旋条31を設け、外層浮体20の中央に設けた上下方向の貫通孔20aに雌ねじ状の凹螺旋条30を設けて、凹螺旋条30と凸螺旋条31は互いに螺合状態とされている。
凹螺旋条30と凸螺旋条31とは、運動変換機構28として、外層浮体20の内層浮体21に対する相対的な昇降運動を外層浮体20の回転運動に変換する螺旋ガイド機構28Bを構成する。また、本変形例では、外層浮体20の貫通孔20aに、軸状の内層浮体21を水面に対し常に一定の高さ位置となるように高さを制限させた状態で貫通させている。
図8に示す支持浮体2の旋回機構33において、内層浮体21の外周面に雄ネジ状の凸螺旋条31を設け、外層浮体20の中央に設けた上下方向の貫通孔20aに雌ねじ状の凹螺旋条30を設けて、凹螺旋条30と凸螺旋条31は互いに螺合状態とされている。
凹螺旋条30と凸螺旋条31とは、運動変換機構28として、外層浮体20の内層浮体21に対する相対的な昇降運動を外層浮体20の回転運動に変換する螺旋ガイド機構28Bを構成する。また、本変形例では、外層浮体20の貫通孔20aに、軸状の内層浮体21を水面に対し常に一定の高さ位置となるように高さを制限させた状態で貫通させている。
しかも、外層浮体20の貫通孔20aの周囲には内部タンク20Aを形成し、この内部タンク20Aに対してポンプPにより水を給排水することで、浮力を調整して外層浮体20を内層浮体21に沿って昇降させるようにしている。つまり、ポンプPは、昇降浮体である外層浮体20の内部タンク20Aへの注水量の増減による外層浮体20の浮力の調整を行って昇降運動させる昇降駆動機構を構成している。また、内部タンク20Aの上端部には空気を出入りさせる開口(図示せず)を設けている。
従って、上述した本実施形態による水上太陽光発電システム1は、太陽の東から西への方位の移動に応じて、内層浮体21に対して外層浮体20を相対的に昇降させることで外層浮体20を回転させて、支持浮体2に設けたロープ3に係留された多数の水上太陽光発電装置4を旋回させることで追尾させることができる。しかも、各水上太陽光発電装置4において、傾斜角制御用浮体11内への空気や水の給排制御によってソーラーパネル10の傾斜角を太陽の高度に応じて調整できる。
なお、本発明による水上太陽光発電装置とこれを備えた水上太陽光発電システムは、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で上述した実施形態の構成を適宜変更することができる。
図9は、上述した実施形態による水上太陽光発電装置4の変形例を示すものであり、本変形例では、複数の水上太陽光発電装置4に対して1つのコンプレッサー13を配設している。そして、コンプレッサー13に接続された連結管14を複数に分岐させて複数の水上太陽光発電装置4の傾斜角制御用浮体11に接続して空気を吸排気するように制御している。
図9は、上述した実施形態による水上太陽光発電装置4の変形例を示すものであり、本変形例では、複数の水上太陽光発電装置4に対して1つのコンプレッサー13を配設している。そして、コンプレッサー13に接続された連結管14を複数に分岐させて複数の水上太陽光発電装置4の傾斜角制御用浮体11に接続して空気を吸排気するように制御している。
また、コンプレッサー13に代えてポンプ16を配設して連結管17を分岐して複数の傾斜角制御用浮体11の水面下に位置する下部に接続して水を給排水するようにしてもよい。
なお、傾斜角制御用浮体11におけるコンプレッサー13やポンプ16を内部タンク21Aや内部タンク20Aにも接続して、バルブによって連結管14,17を開閉制御することで共用してもよい。あるいは、コンプレッサー13やポンプ16を、連結管17を介して内層浮体21の内部タンク21Aや外層浮体20の内部タンク20Aに接続させて空気や水を給排させて昇降と回転を制御させてもよい。
なお、傾斜角制御用浮体11におけるコンプレッサー13やポンプ16を内部タンク21Aや内部タンク20Aにも接続して、バルブによって連結管14,17を開閉制御することで共用してもよい。あるいは、コンプレッサー13やポンプ16を、連結管17を介して内層浮体21の内部タンク21Aや外層浮体20の内部タンク20Aに接続させて空気や水を給排させて昇降と回転を制御させてもよい。
図10は本発明の第二実施形態による水上太陽光発電装置4を示すものである。図10において、水上太陽光発電装置4は主浮体9とソーラーパネル10と傾斜角制御用浮体11とを備えており、更に複数の傾斜角制御用浮体11に連結されて重りとしての機能を有する転倒防止体38を備えている。
転倒防止体38はソーラーパネル10の受光面が反転して水面に面接触しないように傾斜角制御用浮体11に連結して荷重を付与できればよいが、本実施形態では略円筒状であり、水面に浮かべた状態で上面に水を流入させる開口部38aを設けている。あるいは、水より比重の大きい鉄などの金属やセラミック等で形成してもよい。
転倒防止体38はソーラーパネル10の受光面が反転して水面に面接触しないように傾斜角制御用浮体11に連結して荷重を付与できればよいが、本実施形態では略円筒状であり、水面に浮かべた状態で上面に水を流入させる開口部38aを設けている。あるいは、水より比重の大きい鉄などの金属やセラミック等で形成してもよい。
本第二実施形態による水上太陽光発電装置4は、図11(a)に示すように、水上太陽光発電装置4を水面に浮かべた状態で、傾斜角制御用浮体11によってソーラーパネル10の傾斜角を制御させ、この状態で転倒防止体38は水面下に位置している。そして、転倒防止体38は上面の開口部38aまで水が貯留されて重りとなっており、水面下の体積に相当する浮力より重力による重りの方が大きく設定されている。
そのため、図11(b)に示すように、ソーラーパネル10の傾斜角が大きい場合等に、ソーラーパネル10の裏面に風が吹き付けたとしても転倒防止体38の重力によって倒れることを防止できる。
そのため、図11(b)に示すように、ソーラーパネル10の傾斜角が大きい場合等に、ソーラーパネル10の裏面に風が吹き付けたとしても転倒防止体38の重力によって倒れることを防止できる。
なお、上述した各実施形態による水上太陽光発電装置4では、ソーラーパネル10と傾斜角制御用浮体11とは非接触であり、主浮体9を介して互いに連結された構成であるが、この構成に代えて、ソーラーパネル10の上端付近と傾斜角制御用浮体11の上端付近との間に、補強部材を配設して互いに連結するようにしてもよい。このような構成を採用すれば、ソーラーパネル10と傾斜角制御用浮体11との角度が強固に固定されるため、強風などにさらされたとしてもソーラーパネル10と傾斜角制御用浮体11との角度が変動しないので、水上太陽光発電装置4の強度が高く傾斜角調整の精度が良好であり、耐久性が向上する。
なお、上述の実施形態では、ソーラーパネル10を用いた水上太陽光発電装置4とこれを備えた水上太陽光発電システム1について説明したが、本発明はこのような太陽光発電装置やシステムに限定されるものではなく、ソーラーパネル10に代えてプリズムシートや反射鏡等の集光部材を採用した水上太陽光集光装置やこれら水上太陽光集光装置を複数備えて太陽を追尾する水上太陽光集光システムにも適用できる。
1 水上太陽光発電システム
2 支持浮体
2a 支持軸
2b 中央軸
3 ロープ
4 水上太陽光発電装置
5 基台
6 支柱
7、33 旋回機構
9 主浮体
10 ソーラーユニット
11 傾斜角制御用浮体
12 支持軸
13 コンプレッサー
14、17 連結管
16 ポンプ
20 外層浮体
20A、21A 内部タンク
21 内層浮体
30 凹螺旋条
31 凸螺旋条
38 転倒防止体
2 支持浮体
2a 支持軸
2b 中央軸
3 ロープ
4 水上太陽光発電装置
5 基台
6 支柱
7、33 旋回機構
9 主浮体
10 ソーラーユニット
11 傾斜角制御用浮体
12 支持軸
13 コンプレッサー
14、17 連結管
16 ポンプ
20 外層浮体
20A、21A 内部タンク
21 内層浮体
30 凹螺旋条
31 凸螺旋条
38 転倒防止体
Claims (8)
- ソーラーパネルと、
前記ソーラーパネルを水上で支持すると共に前記ソーラーパネルの傾斜角を調整する際の回転軸になる主浮体と、
前記主浮体に連結されていて内部に貯留される水の水位によって前記主浮体の回転角度を変化させて前記ソーラーパネルの傾斜角を調整可能な傾斜角制御用浮体と、
を備えたことを特徴とする水上太陽光発電装置。 - 前記傾斜角制御用浮体は中空の管体であり、内部に空気または水を出し入れして水位を調整する浮力調整手段に接続されている請求項1に記載された水上太陽光発電装置。
- 前記浮力調整手段は、前記傾斜角制御用浮体内に空気を出し入れすることで内部の水位を調整するコンプレッサーである請求項2に記載された水上太陽光発電装置。
- 前記浮力調整手段は、前記傾斜角制御用浮体内に水を出し入れすることで内部の水位を調整するポンプである請求項2に記載された水上太陽光発電装置。
- 前記傾斜角制御用浮体には、重力によって前記ソーラーパネルの転倒を防ぐ転倒防止体が連結されている請求項1から4のいずれか1項に記載された水上太陽光発電装置。
- 前記転倒防止体は、内部に水を注入可能な中空体である請求項5に記載された水上太陽光発電装置。
- 前記請求項1から6のいずれか1項に記載された水上太陽光発電装置を複数連結してなる支持浮体と、太陽を追尾して前記支持浮体を回転可能に支持する旋回機構とを備え、
前記旋回機構は、前記支持浮体に連結された外層浮体と、前記外層浮体に関連して相対的に昇降可能な内層浮体と、前記外層浮体及び内層浮体の一方の昇降運動を前記外層浮体の回転運動に変換させる運動変換機構とを備えたことを特徴とする水上太陽光発電システム。 - 集光部材と、
前記集光部材を水上で支持すると共に前記集光部材の傾斜角を調整する際の回転軸になる主浮体と、
前記主浮体に連結されていて内部に貯留される水の水位によって前記主浮体の回転角度を変化させて前記集光部材の傾斜角を調整可能な傾斜角制御用浮体と、
を備えたことを特徴とする水上太陽光集光装置。
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JP2014088473A JP2015205632A (ja) | 2014-04-22 | 2014-04-22 | 水上太陽光発電装置及び水上太陽光発電システムと水上太陽光集光装置 |
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