JP2023157400A - 水上太陽光発電設備監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はＧＮＳＳを活用して、フロートの移動情報を取得することにより、異常や異常が発生するおそれがあることを検知し警告することを目的とする。さらに、移動情報から、フロートに掛かる加速度を計測し、係留具に掛かる負荷の累積を算出し、異常が発生する前にメンテナンスの実施を可能とすることを目的とする。【解決手段】上記課題を解決するため、本発明の水上太陽光発電設備監視システムは、ＧＮＳＳ受信機と、係留具を介してアンカーと連結された太陽電池モジュール及びＧＮＳＳ受信機を載置するフロートと、制御部と、を備え、制御部が、ＧＮＳＳ受信機からフロートの位置情報を取得するステップと、位置情報を用いて、フロートの移動情報を算出するステップと、移動情報に基づいて、異常又は異常が発生するおそれがあると判断した場合に警告を行うステップと、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、水上太陽光発電設備において、太陽発電モジュールが載置され水上に係留されたフロートが、外的要因によって移動し、又は負荷が掛かることによって発生する異常を、監視する太陽光発電設備監視システムに関する。

近年、再生可能エネルギーの利活用が盛んに行われるにしたがって、ため池に大型の太陽光発電設備を設置する事例が増えている。なぜならば、日本は他国と比較すると平地が少なく、発電効率が良い大型の太陽光発電設置するために適した土地の確保が難しいからである。

その点、ため池は水平面であり、比較的水面が穏やかであるため、発電効率が高い方位又は方向を選択して太陽電池モジュールを設置することができる。

また、太陽電池は、温度が高くなりすぎると、発電効率が低下するが、水面であれば、温度上昇を抑えることができ、発電効率の低下を防止することが可能となり、ため池への設置のメリットは大きい。

日本では、将来温室効果ガスの排出をゼロにすることを目指して、再生可能エネルギーをより一層利活用するために、様々な取り組みがなされて来ていることも後押しをして、ため池に太陽光発電設備を設置することに対して、さらなる期待が高まっている。

ため池に水上太陽光発電設備を設置する場合には留意しなければならない事項がある。利水や維持管理、構造の安定性及び機能の確保、防災又は減災機能の確保、その他のため池が有する機能の確保、地域の理解と環境対策、並びに事故防止及び事故発生時等の対応が、農林水産省の「農業用ため池における水上設置型太陽光発電設備の設置に関する手引き」において求められている。

本発明は、これらの留意すべき事項のうち、防災又は減災機能の確保、並びに事故防止及び事故発生時等の対応に着目して開発されたものである。

近年の大型台風や線状降水帯による強風や大雨に伴い、水上太陽光発電設備に大きな被害が発生するとともに、ため池自体の機能にも大きな影響を及ぼしているケースがある。

強風の場合には、太陽電池モジュールを載置したフロートが風にあおられ、アンカーとフロートを接続する係留具のアンカーチェーンやボルトが破損して、フロートが流されて太陽電池モジュールが変形したり、破損したりすることにより発電所全体が停電し送電網に影響を与える。その場合においても、太陽電池モジュールは発電を継続することから火災が発生した事故も起こっている。また、大雨の場合には、ため池の決壊により太陽電池モジュールが流されたり、大きな水位の変動により太陽電池モジュールが転覆したりする場合がある。

前述した手引きによれば、水上太陽光発電設備は、波浪や強風等の外力や水位変動により引き起こされるフロートの移動によって、ため池自体に損傷を与えないように固定し、異常を検知した場合には、その内容を発電設備設置者やため池の所有者（以下、管理者という。）が共有できるようにしておく必要があると記載されている。

水上太陽光発電設備に関するものではないが、波浪を観測するシステムが特許文献１に開示されている。

特許文献１では、波浪観測方法及び波浪観測システムが開示されている。具体的には、波浪観測海域毎の浮遊物標にＧＰＳ受信機及びトランスポンダ子局を搭載し、陸上にはトランスポンダ親局及び波浪データ処理装置を設置し、トランスポンダ子局は、ＧＰＳ受信機が測定した自浮遊物標の位置データ及び測定時刻データをトランスポンダ親局に送信し、トランスポンダ親局は、受信した浮遊物標の前記データを波浪データ処理装置に供給し、供給された前記データに基づいて波浪解析を行う技術である。

特開２００１－２７６６５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された先行技術では、水面の変化に関して把握することは可能であるが、特許文献１に記載された浮遊物標を太陽電池モジュールが載置されたフロートと仮定して、水上太陽光発電設備に強風や波浪による異常が発生したことや異常が発生するおそれがあることについてまで認識することはできない点が、課題としてある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の測位情報を活用して、フロートの移動情報を取得することにより、異常や異常が発生するおそれがあることを検知し警告することを目的とする。さらに、前記移動情報から、フロートに掛かる加速度を計測し、フロートの係留具に掛かる負荷の累積を算出し、異常が発生する前にメンテナンスの実施を可能とすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の水上太陽光発電設備監視システムは、水上太陽光発電設備の設置状態を監視するシステムであって、ＧＮＳＳ受信機と、係留具を介してアンカーと連結された太陽電池モジュール及び前記ＧＮＳＳ受信機を載置するフロートと、制御部と、を備え、前記制御部が、前記ＧＮＳＳ受信機から前記フロートの位置情報を取得するステップと、前記位置情報を用いて、前記フロートの移動情報を算出するステップと、前記移動情報に基づいて、異常又は異常が発生するおそれがあると判断した場合に警告を行うステップと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の水上太陽光発電設備監視システムは、前記移動情報が、最新の前記ＧＮＳＳ受信機の位置座標と前記ＧＮＳＳ受信機の位置座標の基準値との水平距離に関する移動情報であり、前記制御部が、前記水平距離を算出するステップと、前記水平距離が、所定のしきい値を超えた場合に、異常又は異常が発生するおそれがあると判断するステップと、を備えたこと、を特徴とする。

また、本発明の水上太陽光発電設備監視システムは、前記移動情報が、最新の前記ＧＮＳＳ受信機の位置座標と前記ＧＮＳＳ受信機の位置座標の基準値との高低差に関する移動情報であり、前記制御部が、前記高低差を算出するステップ、前記高低差から水位を算出するステップと、前記水位が、所定のしきい値を超える又は下回った場合に、異常又は異常が発生するおそれがあると判断するステップと、を備えたこと、を特徴とする。

また、本発明の水上太陽光発電設備監視システムは、距離を隔てて前記ＧＮＳＳ受信機を複数個配置し、前記移動情報が、配置された前記ＧＮＳＳ受信機の同時刻の各々の位置座標から算出した面の傾きに関する移動情報であり、前記制御部が、前記傾きを算出するステップと、前記傾きが、所定のしきい値を超えた場合に、異常又は異常が発生するおそれがあると判断するステップと、を備えたこと、を特徴とする。

また、本発明の水上太陽光発電設備監視システムは、距離を隔てて前記ＧＮＳＳ受信機を複数個配置し、前記移動情報が、配置された前記ＧＮＳＳ受信機の同時刻の各々の位置情報及び基準位置の位置情報から算出した回転角度に関する移動情報であり、前記制御部が、前記回転角度を算出するステップと、前記回転角度が、所定のしきい値を超えた場合に、異常又は異常が発生するおそれがあると判断するステップと、を備えたこと、を特徴とする。

また、本発明の水上太陽光発電設備監視システムは、前記移動情報が、時間経過に伴う前記ＧＮＳＳ受信機の位置の変位から算出した移動時の加速度に関する移動情報であり、前記制御部が、前記加速度を算出するステップと、前記加速度によるフロートの係留具に掛かる負荷を算出するステップと、前記負荷が、所定のしきい値を超えた場合に、異常又は異常が発生するおそれがあると判断するステップと、を備えたこと、を特徴とする。

また、本発明の水上太陽光発電設備監視システムは、前記制御部が、前記負荷の累積を算出するステップと、前記負荷の累積が、所定のしきい値を超えた場合に、異常が発生するおそれがあると判断するステップと、を備えたこと、を特徴とする。

本発明の水上太陽光発電設備監視システムによれば、ＲＴＫ測位を採用することにより、精度の高い位置情報が得られ、太陽電池モジュールを載置したフロートの状態を正確に把握することができる効果を奏する。

また、本発明の水上太陽光発電設備監視システムによれば、フロートの水平移動、高低移動、傾き又は回転に関する移動情報を取得することにより、太陽光発電設備の異常の発生又は異常が発生するおそれがあることを検知し、迅速に異常状態から復旧すること、又は、異常が発生する前に未然に防ぐことが可能となる効果を奏する。

また、本発明の水上太陽光発電設備監視システムによれば、ＲＴＫ測位によって得られた移動情報からフロートの係留具に掛かる負荷の瞬時の大きさや時間経過とともに累積する負荷の状態を把握することによって、異常が発生する可能性があることを事前に認識することができ、故障や破損の発生を未然に防止することが可能となる効果を奏する。

ため池に設置された水上太陽光発電設備２０の平面図である。 ため池に設置された水上太陽光発電設備２０の側面視断面図である。 本発明に係る水上太陽光発電設備監視システム１０の概念図である。 本発明に係る水上太陽光発電設備監視システム１０の監視フローチャートを示した図である。 太陽電池モジュール２４２が積載されたフロート２２が、外的要因によって水面を水平方向に移動した状態を示した図である。 太陽電池モジュール２４２が積載されたフロート２２が、水位の変化に伴い高低方向に移動した状態を示した図である。 監視フローチャートのうち、ステップ５（Ｓ５）の水平移動及び水位変化に伴う高低移動に関する演算方法について示した図である。 本発明に係る水上太陽光発電設備監視システム１０によって取得できる水位の変化に伴う高低移動に関するグラフを示した図である。 太陽電池モジュール２４２が積載されたフロート２２が、外的要因によって傾きが生じた状態を示した図である。 監視フローチャートのうち、ステップ５（Ｓ５）の傾き状態に関する演算方法について示した図である。 太陽電池モジュール２４２が積載されたフロート２２が、外的要因によって回転が生じた状態を示した図である。 監視フローチャートのうち、ステップ５（Ｓ５）の回転状態に関する演算方法について示した図である。 太陽電池モジュール２４２が積載されたフロート２２が、外的要因によって急激に移動し、アンカー２６に大きな負荷が掛かった状態を示した図である。 監視フローチャートのうち、ステップ５（Ｓ５）の負荷に関する演算方法について示した図である。 フロート２２に配設されたＧＮＳＳ受信機ａ１２２乃至ＧＮＳＳ受信機ｄ１２８で取得した移動ログを示した図である。 監視フローチャートのうち、ステップ５（Ｓ５）の累積負荷に関する演算方法について示した図である。

本発明に係る水上太陽光発電設備監視システム１０を実施するための形態について、図を参照しつつ説明する。図１は、ため池に設置された水上太陽光発電設備２０の平面図である。図２は、ため池に設置された水上太陽光発電設備２０の側面視断面図である。

図１に示すように、水上太陽光発電設備２０は、太陽電池モジュール２４２を複数組み合わせて太陽電池アレイ２４（図５を参照）を構成する。太陽電池アレイ２４は、架台又は基礎などをもち、太陽電池モジュール２４２を機械的に一体化し、並列接続し結線した集合体である。さらに、複数組の太陽電池アレイ２４を並列接続することによって、大型の太陽光発電設備が形成される。
太陽電池モジュール２４２は、太陽電池セルを複数枚配列し耐環境性を持たせるために樹脂や強化ガラスなどの外囲器に封入して保護し、かつ、規定の出力を備えた最小単位の発電ユニットであり、太陽電池パネルとも呼ばれる。

水上太陽光発電設備２０は、太陽電池モジュール２４２の架台としてフロート２２を用いて水上に浮かぶように構成している。ため池などに大規模な太陽光発電設備を設置する場合の設置方法である。太陽電池モジュール２４２は、発電効率が高くなるように傾斜させて設置する。ため池など平坦な場所に設置した場合は、南向きで太陽の経路に向けるなど最高の発電効率が得られる方向に傾斜させて設置する。

発電した電力を取り出すために、複数の太陽電池モジュール２４２から引き出した出力ケーブルをまとめて、パワーコンディショナシステム（ＰＣＳ）に並列接続するジャンクションボックス（接続箱）が備えられている。太陽電池モジュール２４２で発電された直流電力は、ＰＣＳによって、交流電力に変換される。ＰＣＳは、電力を変換するだけでなく出力品質を制御するなど自動運転のための各種機能を備えている。

図２に示すように、ため池において、水上太陽光発電設備２０は、池の底に固定されたアンカー２６に、アンカーチェーン２８をフロートの係留具として太陽電池モジュール２４２を載置したフロート２２が、風や水位の状態に応じて所定の範囲内においては移動可能なように緩やかな状態で係留されている。具体的には、フロートの角や外周の移動において、一部分が突出して移動することがなく、全体的にバランスが取れた移動となるように係留される。アンカーは、フロートの外周近傍の池の底、又は、フロート下の池の底に複数個配置される。アンカーチェーン２８は、樹脂製、又は金属製であってもよく、チェーン状又はロープ状の形状でもよい。また、図では、四箇所のみ、アンカーチェーンとアンカーを接続しているが、通常は、設置されたアンカーすべてとフロートとをアンカーチェーンで接続する。

図３は、本発明に係る水上太陽光発電設備監視システム１０の一例を示した概念図である。本発明に係る水上太陽光発電設備監視システム１０は、ＧＮＳＳ受信機１２、アンカーチェーン２８を介してアンカー２６と連結された太陽電池モジュール２４２及びＧＮＳＳ受信機１２を載置するフロート２２、広域通信ネットワーク３０（図３ではインターネットを例示している。）、制御部としての汎用コンピュータ４０、ＧＮＳＳなどの衛星システムの位置情報取得手段から構成される。制御部は、汎用コンピュータ４０を例示したが、水上太陽光発電設備監視システム１０に特化した専用のユーザインターフェースマシンでもよい。また、ＧＮＳＳは、従来のＧＰＳに置き換えても、最低４基以上の測位衛星の信号を捕捉することができれば、利用することは可能である。

ＧＮＳＳでは、準天頂軌道衛星５０を測位に利用することにより、位置精度を高めている。近年、ＧＮＳＳの測位情報を受信する受信機においては、ＲＴＫ測位に対応した処理機能を搭載した受信機が開発された。当該ＧＮＳＳ受信機は、衛星補足継続時間の程度に依存するものの、測位精度は数十ｃｍレベルまで高めることができるようになった。本発明では、ＧＮＳＳ受信機１２を少なくとも３台導入し、さらに精度を高めている。図３においては、ＧＮＳＳ受信機１２を４第導入した場合を例示している。

ＧＮＳＳ受信機１２は、ＧＮＳＳアンテナ１４を介してＧＮＳＳから取得した位置情報を利用してＲＴＫ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）測位を行う受信機である。ＲＴＫ測位は、予め位置情報が定められている電子基準点７０を設け、電子基準点７０及び観測点であるフロート２２に載置されたＧＮＳＳ受信機１２との間で位相の測定を行い、地上局６０を介して電子基準点７０で観測した位相データを補正信号としてＧＮＳＳ受信機１２に送信し、ＧＮＳＳによる測位データを補正するものである。電子基準点７０と観測点であるＧＮＳＳ受信機１２との基線長が十分短距離であれば、各擬似距離に含まれている電離層と対流圏の伝搬遅延誤差や衛星軌道誤差が略同一の値として除去することができる。したがって、ＧＮＳＳ受信機１２において、誤差数ｃｍレベルの測位データが得られるので、風に起因する波浪によるフロート２２の微小な移動も把握することが可能となる。

ＧＮＳＳ受信機が、フロート２２の回転や傾きを検出するためには、前述したように水上太陽光発電設備一基に対して、３台以上を設置することが好ましい。図１及び図３では、フロート２２の形状において、特に突出し周辺に接触する可能性が高い４箇所にＧＮＳＳ受信機１２を配設する場合を示した。ＧＮＳＳ受信機１２は、時計回りに、ＧＮＳＳ受信機ａ１２２、ＧＮＳＳ受信機ｂ１２４、ＧＮＳＳ受信機ｃ１２６、ＧＮＳＳ受信機ｄ１２８の順に配置する場合を例示している。

ＧＮＳＳ受信機ａ１２２乃至ＧＮＳＳ受信機ｄ１２８で得られた位置情報は、ＧＮＳＳ受信機に設けられた通信部である広域通信無線アンテナ１６から発信され、広域通信ネットワーク３０を介して、制御部である汎用コンピュータ４０に入力される。広域ネットワークは、本明細書ではインターネットを例示して説明する。

図４は、本発明に係る水上太陽光発電設備監視システム１０の監視フローチャートを示した図である。汎用コンピュータ４０における処理は、ステップ１（Ｓ１。以下、ステップは「Ｓ」と表す。）からＳ７までであり、Ｓ８からＳ１０までは、人が行う作業である。

フローチャートをスタート（Ｓ１）させると、ＧＮＳＳ受信機ａ１２２乃至ＧＮＳＳ受信機ｄ１２８がＧＮＳＳから位置情報を取得し（Ｓ２）、汎用コンピュータ４０はＧＮＳＳ受信機（１２２乃至１２８）と通信を行い、時刻ｔ_０における位置情報を基準値（ｘａ～ｄ（ｔ_０），ｙａ～ｄ（ｔ_０），ｚａ～ｄ（ｔ_０），ｔ_０）として設定し記憶する（Ｓ３）。当該座標をフロート２２の基準位置とし、その後の外的要因による変動について評価、判断を行う。

汎用コンピュータ４０において、ＧＮＳＳの測位情報から予め定められた間隔の時刻ごとに位置情報（ｘａ～ｄ（ｔ_ｎ），ｙａ～ｄ（ｔ_ｎ），ｚａ～ｄ（ｔ_ｎ），ｔ_ｎ）を取得し（Ｓ４）、基準値及び各時刻の位置情報を用いて、フロート２２の各種の状態を計測する（Ｓ５）。近年では、通信速度や演算速度の向上により略リアルタイムで位置情報を処理することが可能となっている。

Ｓ５においては、フロート２２の水平移動の状態、水位変化による高低移動の状態、フロート２２の傾きの状態、フロート２２の回転の状態、フロート２２に掛かる負荷の状態、及びフロート２２に掛かる負荷の累積状態について、演算を行う。

Ｓ６ではＳ５の演算結果を基にして、異常の有無に関して評価し、判定を行う。異常がないと判定した場合には、Ｓ４に戻り、所定の時間間隔でＧＮＳＳから測位情報を取得し、フロート２２の状態を計測し監視を続ける。異常があると判定した場合には、Ｓ７に進み、管理者に警告の通報を行う。通報の方法は、汎用コンピュータ４０の画面に表示、又は音声によって報知する場合と、管理者が汎用コンピュータ４０から離れている場合には、インターネットやローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介して、管理者が所有する携帯情報機器端末に通報を行う。携帯情報機器端末は、スマートフォンなどの携帯電話やタブレット端末などが挙げられる。

通報された管理者は、現地を確認し、又は現地確認を指示し（Ｓ８）、復旧作業が必要か否かについて判断する。復旧作業が必要でないと判断した場合には、Ｓ４に戻り、所定の時間間隔でＧＮＳＳから測位情報を取得し、フロート２２の状態を計測し監視を続けるように、汎用コンピュータ４０に指示する。その際には、現地確認を行っている間測位情報の取得が停止しているため、一旦時間経過を初期化したうえで、Ｓ４に戻る。復旧作業が必要な場合には、復旧作業が完了した後、汎用コンピュータ４０に、Ｓ４に戻り、所定の時間間隔でＧＮＳＳから測位情報を取得し、フロート２２の状態を計測し監視を続けるように、指示する。この場合も同様に、復旧作業を行っている間測位情報の取得が停止しているため、一旦時間経過を初期化したうえで、Ｓ４に戻る。復旧施工によって、基準位置が変わっている可能性がある場合には、Ｓ２に戻るように汎用コンピュータ４０に指示する。

以上に示したように、略リアルタイムで、フロート２２の状態の監視を続ける。

続いて、Ｓ５における各種の演算方法について説明する。Ｓ５では、少なくとも、フロート２２の水平移動の状態、水位変化による高低移動の状態、フロート２２の傾きの状態、フロート２２の回転の状態、フロート２２に掛かる負荷の状態、及びフロート２２に掛かる負荷の累積状態の６つの状態について計測を行う。

図５は、太陽電池モジュール２４２が積載されたフロート２２が、外的要因によって水面を水平方向に移動した状態を示した図である。実線が移動した位置である。一点鎖線は、予め設定された基準位置ＲＰを示している。通常、フロート２２は基準位置ＲＰを中心にして、アンカーチェーン２８が許容する範囲を浮遊している。破線は、フロート２２が移動できる限界範囲ＬＲを示している。限界範囲ＬＲを超える位置に移動した場合には、アンカーチェーン２８に過剰な負荷が掛かることになり、切断又はアンカー２６が破損するおそれがある。予め、汎用コンピュータ４０において、限界範囲ＬＲを位置座標で設定しておき、Ｓ６において、ＧＮＳＳ受信機（１２２乃至１２８）によって取得された座標が限界範囲ＬＲを超えた位置座標であるか否かによって、異常の有無を判定する。

図７に、各々のＧＮＳＳ受信機（１２２乃至１２８）の位置と水平方向の限界範囲ＬＲとの位置関係を演算するＳ５のフローチャートを示した。ＧＮＳＳ受信機ａ１２２乃至ＧＮＳＳ受信機ｄ１２８のＸ－Ｙ座標（ｘａ～ｄ（ｔ_ｎ），ｙａ～ｄ（ｔ_ｎ））とＸ－Ｙ座標の限界値（ｘａ～ｄ（ｌ），ｙａ～ｄ（ｌ））との間で減算を行う。Ｓ６において、演算結果のｘａ～ｄ、又はｙａ～ｄが、正か負かによって、限界範囲ＬＲから逸脱しているか否かの判定を行う。上記はフロート２２の水平方向の限界範囲ＬＲを逸脱した位置に存在するか否かについて算出する方法の一例を示したものであり、他の周知の演算方法によっても実現できる。

図６は、太陽電池モジュール２４２が積載されたフロート２２が、水位の変化に伴い高低方向に移動した状態を示した図である。破線は、基準面（基準水位）ＲＰにあるフロート２２を示している。上側の実線が、高低移動の上限の限界範囲（水位）ＬＲにあるフロート２２を示している。アンカーチェーン２８が限界まで張りつめた状態、又は、水がため池から溢れる上限の限界水位である。上限の限界範囲ＬＲを超える水位になった場合には、アンカーチェーン２８に過剰な負荷が掛かることになり、切断又はアンカー２６が破損するおそれがある。また、下側の実線が、水位の下限の限界範囲ＬＲにあるフロート２２を示している。下限の限界範囲ＬＲを下回る水位になった場合には、フロート２２が池の底に接触するおそれがある。予め、汎用コンピュータ４０において、基準面からフロート２２の高低移動の限界範囲ＬＲを設定しておき、Ｓ５では、フロート２２の高低（Ｚ軸）方向の座標を算出し、Ｓ６で、ＧＮＳＳ受信機（１２２乃至１２８）によって取得された座標が限界範囲ＬＲを超えた位置座標であるか否かを評価し、異常の有無を判定する。

また、同時にため池の堤防を水位が超える限界水位を設定しておいて、洪水が発生するおそれがある場合についても検知することが可能である。

図７に、各々のＧＮＳＳ受信機（１２２乃至１２８）の高さ方向の平均位置と基準面との位置関係を演算するＳ５のフローチャートを示した。ＧＮＳＳ受信機ａ１２２乃至ＧＮＳＳ受信機ｄ１２８のＺ座標（ｚａ～ｄ（ｔ_ｎ））の平均値（ＡＶＥ（ｚａ～ｄ（ｔ_ｎ））と、基準面のＺ座標を減算し、フロート２２の高さ（水位）と基準面との位置関係を算出する。Ｓ６において、演算結果のｚと、予め設定した高低の限界範囲ＬＲとの比較を行い、限界範囲ＬＲから逸脱しているか否かの判定を行う。上記は水位の変化に伴ってフロート２２が高低移動する際に高低方向の限界範囲ＬＲを超えた位置に存在するか否かについて算出する方法の一例を示したものであり、他の周知の演算方法によっても実現できる。

図８は、本発明に係る水上太陽光発電設備監視システム１０によって、取得することができる水位（フロート２２の高さ位置）の変化に関するグラフを示した図である。水位について警報するためは、グラフに示すように、水位の高低両方向に、警戒水位と警報水位の２段階に設定することが好ましい。警報水位の限界点のみを設定しておくと、警報直後に堤体を超え、フロート２２が流出するおそれがある。そのため、警戒水位を設定しておき、水位が警戒水位をどれだけの頻度と時間、高さにおいて、超えているかの状況に応じて、ため池からの洪水調節の決定や警報水位を超えた場合の対応方法を検討する。これにより、防災又は減災機能の確保についても併せて実現できる。

図９は、太陽電池モジュール２４２が積載されたフロート２２が、外的要因によって傾きが生じた状態を示した図である。傾きが所定の角度を超えた場合には、太陽電池モジュール２４２又はＧＮＳＳ受信機１２が浸水し、電気的な故障が発生する。予め、汎用コンピュータ４０において、フロート２２の傾き角度の限界範囲を設定しておき、Ｓ５では、フロート２２の傾きを算出し、Ｓ６で、Ｓ５で算出された傾きが限界範囲を超えているか否かを評価して、異常の有無を判定する。

図１０は、複数のＧＮＳＳ受信機の座標からフロート面の傾きを計測するＳ５のフローチャートを示した。平面がＺ軸となす角度（θｚ）は、平面上、すなわちフロート２２上の３点の座標を取得することができれば、求めることができる。図１０では、ＧＮＳＳ受信機ａ１２２、ＧＮＳＳ受信機ｂ１２４及びＧＮＳＳ受信機ｃ１２６の位置情報を取得し、平面の方程式の係数（Ａ，Ｂ，Ｃ）を求める。ベクトルａｂとベクトルａｃの外積は平面の法線ベクトルとなり、その成分は、係数（Ａ，Ｂ，Ｃ）となる。法線ベクトルと法線ベクトルのＺ軸方向に分解されたベクトルとの角度（θｚ）を逆三角関数によって算出する。θｚは、すなわち水平面とフロート２２との傾きと一致する。Ｓ６において、演算結果のθｚと、予め設定した傾き角度の限界範囲との比較を行い、限界範囲から逸脱しているか否かの判定を行う。上記は風や波浪に起因してフロート２２が傾斜する際に傾き角度の限界範囲を超えたか否かについて算出する方法の一例を示したものであり、他の周知の演算方法によっても実現できる。

図１１は、太陽電池モジュール２４２が積載されたフロート２２が、外的要因によって回転が生じた状態を示した図である。回転が所定の角度を超えた場合には、アンカーチェーン２８に過剰な負荷が掛かることになり、切断又はアンカー２６が破損するおそれがある。予め、汎用コンピュータ４０において、フロート２２の回転角度の限界範囲を設定しておき、Ｓ５では、フロート２２の回転角度を検出又は算出し、Ｓ６で、Ｓ５で算出された回転角度が限界範囲を超えているか否かを評価して、異常の有無を判定する。また、併せてフロート２２の水平方向の限界範囲ＬＲを逸脱した位置に存在するか否かについて判定することによって、さらに、詳細に異常を検知することができる。

フロート２２の回転角度（θ）は、２点の基準位置の座標と、任意の時刻の対応する２点の座標とを、ＧＮＳＳ受信機から取得することによって、求めることができる。図１２に、２点の基準位置の座標と、任意の時刻の対応するＧＮＳＳ受信機の座標からフロート面の回転角度を計測するＳ５のフローチャートを示した。図１２では、ＧＮＳＳ受信機ａ１２２及びＧＮＳＳ受信機ｄ１２８の任意の時刻の位置情報を取得し、基準位置のベクトルａ（ｔ_０）ｄ（ｔ_０）と、任意の時刻のベクトルａ（ｔ_ｎ）ｄ（ｔ_ｎ）とを、内積の公式に代入することによって、ベクトルａ（ｔ_０）ｄ（ｔ_０）とベクトルａ（ｔ_ｎ）ｄ（ｔ_ｎ）との角度（θ）を算出する。θは、任意の時刻におけるフロート２２の基準位置からの回転角度である。Ｓ６において、演算結果のθと、予め設定した回転角度の限界範囲との比較を行い、限界範囲から逸脱しているか否かの判定を行う。上記は風や波浪に起因してフロート２２が回転角度の限界範囲を超えたか否かについて算出する方法の一例を示したものであり、他の周知の演算方法によっても実現できる。

図１３は、太陽電池モジュール２４２が積載されたフロート２２が、急激な外的要因によってアンカー及びアンカーチェーンに負荷が生じた状態を示した図である。負荷が所定の値を超えた場合には、アンカーチェーン２８が切断、又はアンカー２６が破損するおそれがある。予め、汎用コンピュータ４０において、フロート２２の移動による負荷の限界範囲を設定しておき、Ｓ５では、フロート２２の加速度を検出又は算出し、取得した加速度からフロート２２の負荷を算出する。そして、Ｓ６で、Ｓ５で算出された負荷が限界範囲を超えているか否かを評価して、異常の有無を判定する。

フロート２２の負荷は、任意の時刻のＧＮＳＳ受信機の座標と、１回前に取得した同一のＧＮＳＳ受信機の座標とを、ＧＮＳＳ受信機から取得することによって、求めることができる。図１４に、任意の時刻のＧＮＳＳ受信機ａ１２２の座標と、１回前に取得した同一のＧＮＳＳ受信機ａ１２２の座標からフロート２２の加速度を算出し、算出した加速度からフロート２２の負荷を計測するＳ５のフローチャートを示した。図１４では、ＧＮＳＳ受信機ａ１２２の任意の時刻の位置情報と、１回前に取得したＧＮＳＳ受信機ａ１２２の位置情報によって、任意の時刻の位置の変化ベクトルａ（ｔ_ｎ）を２回微分することによって、ベクトルａ（ｔ_ｎ）の加速度（ａｃｃ（ｔ_ｎ））を算出する。ａｃｃ（ｔ_ｎ）は、任意の時刻におけるフロート２２の移動による加速度である。ａｃｃ（ｔ_ｎ）にフロート２２の重量ｍを乗じることによって、フロート２２がアンカー及びアンカーチェーンに掛ける負荷（Ｆ（ｔ_ｎ））を算出できる。Ｓ６において、演算結果のＦ（ｔ_ｎ）と、予め設定した負荷の限界範囲との比較を行い、限界範囲から逸脱しているか否かの判定を行う。上記は、ＧＮＳＳ受信機ａ１２２における負荷について演算を行う例を示したが、残りのＧＮＳＳ受信機（１２４乃至１２８）について負荷を算出し、評価、判定してもよい。また、上記は風や波浪に起因してフロート２２がアンカー及びアンカーチェーンに掛ける負荷の限界範囲を超えたか否かについて算出する方法の一例を示したものであり、他の周知の演算方法によっても実現できる。

図１５は、フロート２２に配設されたＧＮＳＳ受信機ａ１２２乃至ＧＮＳＳ受信機ｄ１２８の各々で取得したＧＮＳＳ受信機（１２２乃至１２８）の移動ログを示した図である。括弧内の記号が、ＧＮＳＳ受信機ａ１２２乃至ＧＮＳＳ受信機ｄ１２８に対応している。図１５では、上が北で、向かって右が東を示している。水上に設置された太陽光発電設備は、北東から南西方向の移動の頻度が高い状況であることが分かる。このように、特定方向の移動頻度が高い場合には、当該方向に係る負荷が時間経過とともに蓄積されていることになる。負荷の蓄積は、アンカーチェーン２８やアンカー２６を疲労させることになり、経年劣化による故障につながる可能性がある。係る故障を防止するために、負荷の累積を計測する必要がある。

フロート２２がアンカー及びアンカーチェーンに掛ける各軸方向の負荷は、任意の時刻のＧＮＳＳ受信機の座標と、１回前に取得した同一のＧＮＳＳ受信機の座標とを、ＧＮＳＳ受信機から取得することによって、求めることができる。図１６に、任意の時刻のＧＮＳＳ受信機ａ１２２の座標と、１回前に取得した同一のＧＮＳＳ受信機ａ１２２の座標からフロート２２の各軸方向の加速度を算出し、算出した加速度からフロート２２の各軸方向の負荷を計測するＳ５のフローチャートを示した。図１６では、ＧＮＳＳ受信機ａ１２２の任意の時刻の位置情報と、１回前に取得したＧＮＳＳ受信機ａ１２２の位置情報によって、任意時刻の各軸方向の位置の変化ベクトルａ（ｔ_ｎ）を２回微分することによって、各軸方向のベクトルａｘ～ｚ（ｔ_ｎ）の加速度（ａｃｃｘ～ｚ（ｔ_ｎ））を算出する。ａｃｃｘ～ｚ（ｔ_ｎ）は、任意の時刻におけるフロート２２の移動による各軸方向の加速度である。ａｃｃｘ～ｚ（ｔ_ｎ）にフロート２２の重量ｍを乗じることによって、フロート２２がアンカー及びアンカーチェーンに掛ける各軸方向の負荷（Ｆｘ～ｚ（ｔ_ｎ））を算出できる。経過時間ごとに、各軸方向の負荷（Ｆｘ～ｚ（ｔ_ｎ））を合計することにより累積負荷ＳＵＭ（Ｆｘ～ｚ（ｔ_ｎ））を算出することができる。ステップ６（Ｓ６）において、演算結果のＳＵＭ（Ｆｘ～ｚ（ｔｎ））と、予め設定した累積負荷の限界範囲との比較を行い、限界範囲から逸脱しているか否かの判定を行う。上記は、ＧＮＳＳ受信機ａ１２２における累積負荷について演算を行う例を示したが、残りのＧＮＳＳ受信機（１２４乃至１２８）について累積負荷を算出し、評価、判定してもよい。また、上記は風や波浪に起因してフロート２２がアンカー及びアンカーチェーンに掛ける累積負荷が、限界範囲を超えたか否かについて算出する方法の一例を示したものであり、他の周知の演算方法によっても実現できる。

本発明に係る水上太陽光発電設備監視システムは、ため池、ダム、湖上又は海上に設置された太陽光発電設備の監視に利用することが可能である。

１０ 水上太陽光発電設備監視システム
１２ ＧＮＳＳ受信機
１２２ ＧＮＳＳ受信機ａ
１２４ ＧＮＳＳ受信機ｂ
１２６ ＧＮＳＳ受信機ｃ
１２８ ＧＮＳＳ受信機ｄ
１４ ＧＮＳＳアンテナ
１６ 広域通信無線アンテナ
２０ 水上太陽光発電設備
２２ フロート
２４ 太陽電池アレイ
２４２ 太陽電池モジュール
２６ アンカー
２８ アンカーチェーン（係留具）
３０ 広域通信ネットワーク（インターネット）
４０ 汎用コンピュータ
５０ 準天頂軌道衛星
６０ 地上局
７０ 電子基準点

ＬＲ 限界範囲
ＲＰ 基準面（又は、基準位置）
ＰＤ ため池
ＷＳ 水面
ＷＴ 水

Claims (7)

1. 水上太陽光発電設備の設置状態を監視するシステムであって、
   ＧＮＳＳ受信機と、
   係留具を介してアンカーと連結された太陽電池モジュール及び前記ＧＮＳＳ受信機を載置するフロートと、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部が、
   前記ＧＮＳＳ受信機の位置情報を取得するステップと、
   前記位置情報を用いて、前記フロートの移動情報を算出するステップと、
   前記移動情報に基づいて、異常又は異常が発生するおそれがあると判断した場合に警告を行うステップと、
   を備えたことを特徴とする水上太陽光発電設備監視システム。
2. 前記移動情報が、
   最新の前記ＧＮＳＳ受信機の位置座標と前記ＧＮＳＳ受信機の位置座標の基準値との水平距離に関する移動情報であり、
   前記制御部が、
   前記水平距離を算出するステップと、
   前記水平距離が、所定のしきい値を超えた場合に、異常又は異常が発生するおそれがあると判断するステップと、
   を備えたこと、
   を特徴とする請求項１に記載する水上太陽光発電設備監視システム。
3. 前記移動情報が、
   最新の前記ＧＮＳＳ受信機の位置座標と前記ＧＮＳＳ受信機の位置座標の基準値との高低差に関する移動情報であり、
   前記制御部が、
   前記高低差を算出するステップ、
   前記高低差から水位を算出するステップと、
   前記水位が、所定のしきい値を超える又は下回った場合に、異常又は異常が発生するおそれがあると判断するステップと、
   を備えたこと、
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載する水上太陽光発電設備監視システム。
4. 距離を隔てて前記ＧＮＳＳ受信機を複数個配置し、
   前記移動情報が、
   配置された前記ＧＮＳＳ受信機の同時刻の各々の位置座標から算出した面の傾きに関する移動情報であり、
   前記制御部が、
   前記傾きを算出するステップと、
   前記傾きが、所定のしきい値を超えた場合に、異常又は異常が発生するおそれがあると判断するステップと、
   を備えたこと、
   を特徴とする請求項１に記載する水上太陽光発電設備監視システム。
5. 距離を隔てて前記ＧＮＳＳ受信機を複数個配置し、
   前記移動情報が、
   配置された前記ＧＮＳＳ受信機の同時刻の各々の位置情報及び基準位置の位置情報から算出した回転角度に関する移動情報であり、
   前記制御部が、
   前記回転角度を算出するステップと、
   前記回転角度が、所定のしきい値を超えた場合に、異常又は異常が発生するおそれがあると判断するステップと、
   を備えたこと、
   を特徴とする請求項１に記載する水上太陽光発電設備監視システム。
6. 前記移動情報が、
   時間経過に伴う前記ＧＮＳＳ受信機の位置の変位から算出した移動時の加速度に関する移動情報であり、
   前記制御部が、
   前記加速度を算出するステップと、
   前記加速度による係留具に掛かる負荷を算出するステップと、
   前記負荷が、所定のしきい値を超えた場合に、異常又は異常が発生するおそれがあると判断するステップと、
   を備えたこと、
   を特徴とする請求項１に記載する水上太陽光発電設備監視システム。
7. 前記制御部が、
   前記負荷の累積を算出するステップと、
   前記負荷の累積が、所定のしきい値を超えた場合に、異常が発生するおそれがあると判断するステップと、
   を備えたこと、
   を特徴とする請求項６に記載する水上太陽光発電設備監視システム。
   

Images