JP3237283U

JP3237283U - 複合発電装置

Info

Publication number: JP3237283U
Application number: JP2022000607U
Authority: JP
Inventors: 好高河野
Original assignee: 好高河野
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2032-03-01

Abstract

【課題】太陽光発電部と風力発電部を兼備することにより、太陽光と風の両方の気象条件を組み合わせて効率的に発電することのできる、複合発電装置を提供する。【解決手段】載置部に対して所定間隔を離間して太陽電池パネル１２が設置される太陽光発電部１１と、載置部と太陽光発電部との間隙に配置される風車１５により発電する風力発電部１４と、太陽光発電部と、風力発電部により発電される電力を蓄電する蓄電部と、太陽光発電部、風力発電部、蓄電部に接続され、蓄電部への充電及び蓄電部から電力使用部への電力供給を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本考案は、太陽光発電部と、風力発電部とを組み合わせてなる、複合発電装置に関する。

枯渇しないクリーンなエネルギー活用技術として、太陽光発電や、風力発電、地熱発電などが注目されている。さらに、より効率的な発電のため、複数の発電方法を組み合わせて発電するシステムが提案されている。特許文献１には、それぞれ車輪に相当する天板と底板とに数枚の羽根が外周において取り付けられ、羽根と羽根との間が広くその間から風、太陽光の通しが良好な抗力型風車であって、風車の天板の上下両面にそれぞれ太陽光パネルを配設し、底板の上には羽根の間から入射した太陽光を天板の下の太陽光パネルに照射させる反射板を張設することで、太陽光発電と風力発電を同時に行う発電装置が開示されている。

特開２０１２－１１２２７６号公報

しかし、従来の発電システムは、装置の重量や、規格、発電量及び発電効率などが原因となり、一般家庭における実用化が容易ではなかった。特に発電量や発電効率に関して、まだ改善の余地があった。

そこで、上記事情に鑑み、本考案は太陽光発電部と風力発電部を兼備することにより、太陽光と風の両方の気象条件を組み合わせて効率的に発電することのできる、複合発電装置に関するものである。

上記課題を解決するため、本考案の一態様に係る複合発電装置は、載置部に対して所定間隔を離間して太陽電池パネルが設置される太陽光発電部と、載置部と太陽光発電部との間隙に配置される風車により発電する風力発電部と、太陽光発電部と、風力発電部により発電される電力を蓄電する蓄電部と、太陽光発電部、風力発電部、蓄電部に接続され、蓄電部への充電及び蓄電部から電力使用部への電力供給を制御する制御部を備える。

上記課題を解決するため、本考案の一態様に係る複合発電装置は、載置部は０°～６０°の傾斜であってよい。

上記課題を解決するため、本考案の一態様に係る複合発電装置は、載置部が屋根面であってよい。

上記課題を解決するため、本考案の一態様に係る複合発電装置は、載置部が地表面であってよい。

上記課題を解決するため、本考案の一態様に係る複合発電装置は、太陽電池パネルは、載置部の載置面部に対し平行に設置されてよい。

上記課題を解決するため、本考案の一態様に係る複合発電装置は、風車は太陽光発電部の１枚の太陽電池パネルの直下に複数個配置されてよい。

上記課題を解決するため、本考案の一態様に係る複合発電装置は、制御部は、太陽光発電部または風力発電部における発電量が所定値を超過した際に蓄電部への蓄電を抑制または停止してよい。

上記課題を解決するため、本考案の一態様に係る複合発電装置は、太陽光発電部には散水部が備えられ、制御部は太陽電池パネルの表面温度に基づいて散水部を作動させてよい。

上記課題を解決するため、本考案の一態様に係る複合発電装置は、制御部は、太陽電池パネルの表面温度に基づいて蓄電部の電力を用いて風力発電部の風車を作動させてよい。

上記課題を解決するため、本考案の一態様に係る複合発電装置は、制御部は、風力発電部の発電する交流電流を直流電流に変換して蓄電部に蓄電してよい。

本考案は、載置部に対して所定間隔を離間して太陽電池パネルが設置される太陽光発電部と、載置部と太陽光発電部との間隙に配置される風車により発電する風力発電部と、太陽光発電部と、風力発電部により発電される電力を蓄電する蓄電部と、太陽光発電部、風力発電部、蓄電部に接続され、蓄電部への充電及び蓄電部から電力使用部への電力供給を制御する制御部とを備えるため、太陽光発電部が発電するとともに、風力発電部が発電することで、発電量及び発電効率を向上する。

屋根面に設置した実施形態の複合発電装置の分解斜視図である。（ａ）は図１に示す複合発電装置の概略側面図であり、（ｂ）は太陽光発電部を開けた概略側面図である。地表面に設置した複合発電装置の模式図である。他の実施形態の複合発電装置の側面図である。実施形態の複合発電装置の制御に関する構成を概略的に示すブロック図である。実施形態の複合発電装置の設置形態に関する（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。

以下、本考案にかかる実施形態の複合発電装置を、図を参照しながら説明する。

図１の分解斜視図は、実施形態の複合発電装置１０の主要構成を表す。複合発電装置１０は太陽光発電部１１、風力発電部１４を備え、さらに、太陽光発電部１１及び風力発電部１４に接続される制御部５１と蓄電部５２（図５参照）を備える。図１の実施形態の複合発電装置１０は載置部として家屋の屋根面１８へ設置された形態である。図１中、符号１７は家屋の壁部、１９は屋根面１８の縁部である。

太陽光発電部１１は適宜の枠構造の脚部１３と脚部１３に連結された固定枠部１３ｗに敷設される太陽電池パネル１２を備える。図１に示すように、太陽電池パネル１２として、２枚の太陽電池パネル１２ａ、１２ｂが敷設されている。太陽電池パネル１２は脚部１３を介して、載置部となる家屋の屋根面１８に対して所定間隔を離間して設置される。脚部１３の形状、本数等は、屋根面１８の形状、太陽電池パネル１２の固定に必要な強度が確保される限り適宜である。屋根面１８と太陽電池パネル１２との間隙は風力発電部１４を設置するために必要な間隔である。当該間隙は概ね５０ないし１００ｃｍである。間隙は脚部１３の脚長により調整される。

太陽電池パネル１２には、多結晶型、単結晶型、アモルファス型等の公知の太陽電池パネルが使用される。太陽電池の種類には、費用、発電効率等が勘案される。太陽光発電部１１の太陽電池パネル１２を通じて、日中の日照時間、日照量に応じた発電が可能となる。太陽光発電部１１には、太陽電池パネル１２と脚部１３の他に、後出の散水部５０（図５参照）も備えられ、また、温度、日照量等の各種のセンサ、配線類（図示省略）が適式に備えられている。

風力発電部１４は風車１５と発電ユニット１６を備える。風力発電部１４は載置部となる家屋の屋根面１８と太陽光発電部１１の太陽電池パネル１２との間隙に配置される。配置のための間隙の大きさは脚部１３の脚長により調整される。

風車１５は家屋の屋根面１８に設置できる規模の大きさ、重量、形状により設計される。図示の形態では、たとえば、１０枚のプロペラ１５ｐと、当該プロペラ１５ｐを支える軸部１５ｓにより形成される。発電ユニット１６には、風によるプロペラ１５ｐの回転を電力に変換する発電機（図示省略）が備えられる。発電機は風車１５による発電量等から、交流式または直流式のいずれも採用可能である。

なお、図示しないが、プロペラは、プロペラと発電ユニット１６の間の空間の気圧を下げるように変形している。これによって、風が、風車１５の後方に向かって勢い良く吹くため、風車１５は、より多くの風を取り込むことができ、風力発電部１４の発電量及び発電効率を向上することができる。

発電ユニット１６の表面には、風車１５の軸部１５ｓを軸支する軸部の挿入口１６ｒが設けられる。発電ユニット１６の挿入口１６ｒに、風車１５を支える軸部１５ｓが挿入されることで、一つの風力発電部１４は構成される。

なお、風力発電部１４の形状は、単に図１の形態に限定されない。屋根面１８と、屋根面１８に対して、離間して設置される太陽光発電部１１との間の隙間に設置可能な形態であればよい。たとえば、垂直軸型風車を備える形態であってよい。垂直軸型風車には、サボニウス型の風車、クロスフロー型の風車などが含まれる。

図２（ａ）及び（ｂ）は実施形態の複合発電装置１０の概略側面図である。図２（ａ）から理解されるように、複合発電装置１０の太陽電池パネル１２は載置部の載置面部、つまり家屋の屋根面１８に対し平行に設置される。平行を維持することにより、屋根面１８を通過する風により効率良く風車１５が回転し、発電効率が高められる。また、各図に示した複合発電装置１０の設置態様にあっては、太陽電池パネル１２は、載置面部に対して、完全な平行ではなく、風上側（図示の屋根の下方側）よりも風下側（図示の屋根の上方側）がやや上向きになるように僅かな傾斜を付けて設置することができる。風が太陽電池パネル１２と載置部の間を通過する際、風下側の圧力が低下することになる。そこで、太陽電池パネル１２と載置部の間により多くの風が取り込まれ、風力発電部１４の発電量及び発電効率は向上する。

なお、図に示す太陽電池パネル１２は、パネル上部からの風が取り込まれるように、１５ｃｍ程度の細長いパネルの形状をしており、屋根面１８に対して段状に設置してもよい。これによって、各太陽電池パネル１２の隙間を風が通り抜けるため、風力発電部１４の発電量及び発電効率が向上する。

また、載置部は家屋の屋根面１８であることから、載置部は、０°～６０°の角度の傾斜であり、好ましくは、１５°～４５°の角度の傾斜であり、より好ましくは、２０°～３０°の角度の傾斜であり、さらに好ましくは、２５°～２７°の角度の傾斜である。載置部の傾斜が６０°を超える急角度であれば、家屋の屋根面１８と太陽電池パネル１２の間隙への風の誘導量が減少し、風車１５の回転量が低下する。なお、載置部の傾斜を０°とすることは可能である。ただし、地表を流れる空気が地面により加熱されて生じる上昇気流を捕捉する点から、適度な傾斜が必要とされる。

実施形態の複合発電装置１０の構造から把握されるように、風車１５の直上の太陽電池パネル１２が被さる。そこで、風車１５及び発電ユニット１６の保守、点検、交換に際しては、太陽電池パネル１２が邪魔になる。脚部１３ごと固定枠部１３ｗの取り外しは可能であるものの、作業負担が大きい。そこで、図２（ｂ）の概略側面図のとおり、太陽電池パネル１２自体を２枚として、各太陽電池パネル１２ａ，１２ｂとして観音開きに開閉可能としている。

図３は実施形態の複合発電装置１０を地表面３０に設置したときの模式図である。図中、符号３１は車道、３２は防護壁、３３は乗用車である。複合発電装置１０の載置部は家屋の屋根面１８（図１、図２参照）に限らず、傾斜した地表面３０とすることができる。地表面３０の傾斜の程度は、前述の０°～６０°の角度の傾斜であり、好ましくは、１５°～４５°の角度の傾斜であり、より好ましくは、２０°～３０°の角度の傾斜であり、さらに好ましくは、２５°～２７°の角度の傾斜である。

複合発電装置１０は屋外の地表面３０に直接設置されているため、例えば図示の車道３１近く地表面３０のような空き地、耕作放棄地等の利用されていない土地も設置の候補となる。結果、利用されていない土地についても日照と風の両方から発電することが可能となり、発電効率の良さ、土地の有効活用に資する。

なお、複合発電装置１０の設置態様は、図３に示す態様に限定しない。たとえば、太陽光発電部１１を載置する固定枠部１３ｗに高強度のワイヤーを取付けて、風力発電部１４を懸架してもよい。風力発電部１４を固定枠部１３ｗから懸架させる形態とすると、風力発電部１４を設置するための整地等が省略可能であり、複合発電装置１０の設置負担が軽減される。

図４は、他の実施形態の複合発電装置１０の側面図である。図４に示す複合発電装置１０は、太陽光発電部１１の直下に、クロスフロー型の風車によって発電する風力発電部１４ｘを備えている。また、図４に示すように、複合発電装置１０において、太陽光発電部１１の直下に、複数の風力発電部１４ｘを設置することができる。風力発電部１４ｘは、屋根面１８と、太陽光発電部１１の間の空間を吹き抜ける風を、より多く取り込むことができ、発電量及び発電効率を向上することができる。

なお、太陽光発電部１１の直下に設置する風力発電部１４ｘの設置態様は、単に図４の形態に限定されない。たとえば、風力発電部は、２個でもよく、４個でもよい。より、小型の風力発電部を１０個設置することができてもよい。

図５は、実施形態の複合発電装置１０の制御に関する構成を概略的に示すブロック図である。図５に示す太陽光発電部１１は、太陽電池パネル１２と、散水部５０を備える。なお、太陽光発電部１１が備える太陽電池パネル１２の枚数は単に図５の形態に限定しない。たとえば、太陽光発電部１１は、一枚の太陽電池パネル１２を備えてよいし、二枚の太陽電池パネル１２を備えてもよい。

散水部５０は太陽光発電部１１の表面に設置され、放水用のノズル、配管等を備える。散水部５０は太陽電池パネル１２の表面に水を噴射して、太陽電池パネル１２の表面の温度を下げる。一般に、太陽電池は高温になると発電量が低下する。そのため、日照量の多い真夏日では、光量に反して発電効率低下の問題がある。このため、散水部５０から供給される水の気化熱により、太陽電池パネル１２の表面温度は下げられて発電効率は維持されやすくなる。

風力発電部１４は、前出の図１のように風車１５と、発電ユニット１６とを備える。風車１５は、１０枚のプロペラ１５ｐと、１０枚のプロペラを支える軸部１５ｓとを備えてよい。プロペラの枚数や、風車の形状は、単に図１の形態に限定されない。たとえば、風車１５は、上述したように、垂直軸型の風車であってもよい。

発電ユニット１６には直流式または交流式の発電機（図示せず）が備えられる。そこで、発電機の仕組みから理解されるように、発電機に対して電流を流すことにより、発電機はモータとしても作動する。そこで、発電機をモータとして駆動させて風車１５は回転する。前述のとおり、太陽電池パネル１２の温度上昇に伴う発電効率の低下は、既存の太陽電池の特性上、不可避である。そこで、風車１５の回転により太陽電池パネル１２直下に風の流れが生じる。結果、太陽電池パネル１２は空冷される。なお、散水部５０による水の気化熱も加わることにより、より太陽電池パネル１２の冷却効率は高められる。

制御部５１は、太陽光発電部１１と、風力発電部１４と、蓄電部５２と、電力使用部５３に接続されている。制御部５１と各部とは、電流の送電に加え、各部の制御において必要な情報も同時に送受信される。制御部５１は、太陽光発電部１１と、風力発電部１４で発電した電力を、蓄電部５２に供給する。また、制御部５１は、太陽光発電部１１の散水部５０を制御して、太陽電池パネル１２の表面に水を噴射して、表面の温度を調節する。太陽電池パネル１２の表面には、温度検出のための温度センサ（図示せず）が設置され、太陽電池パネル１２の表面温度が計測され、制御部５１に表面温度の情報が送信される。散水部５０の駆動に際しては、蓄電部５２の電力が用いられる。また、制御部５１は、風車１５を動かすよう、制御する。制御部５１は、風車１５の駆動に際し、発電ユニット１６をモータとして利用し、当該発電ユニット１６へ蓄電部５２の電力を供給する。また、制御部５１は、蓄電部５２で蓄えた電力を電力使用部５３に供給する。

加えて、制御部５１は直流から交流へ変換するインバータ（その回路）、必要により交流を直流へ変換するコンバータ（その回路）を備えられる。蓄電部５２は直流電源である。これに対し、電力使用部５３の電気機器類は交流電源の機器である。そこで、制御部５１を通じて蓄電された電力は直流から交流へ変換されて供給される。

蓄電部５２には、公知の鉛蓄電池、Ｌｉイオン電池、ＮａＳ蓄電池等が使用され、太陽光発電部１１及び風力発電部１４から供給された電力を蓄える。さらには、蓄電部５２には、制御部５１の制御を受けて外部（図示せず）から電力使用部５３へ供給される電力も蓄電される。例えば、制御部５１は夜間電力等の価格を考慮した蓄電部５２への蓄電も制御することができる。

電力使用部５３は、いわゆる一般家庭における電気製品、充電機能を備える乗用車、商業施設の電気機器等の各種の機器類の全般である。例えば、温泉・入浴施設の空調、照明、厨房機器、温水・給湯設備等が挙げられる。

図６は、実施形態の複合発電装置１０の設置形態に関する（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。図６（ａ）に示す複合発電装置１０は、屋根面１８に対して、複数設置される。図６（ａ）に示す屋根面１８は、一般に方形屋根（寄棟屋根）の形態であり、各面に複合発電装置１０が設置可能である。これによって、発電に関して、屋根面を最大限有効活用することができる。

より具体的には、前述したように、４個の太陽光発電部１１が四面の屋根面１８に対して離間して設置される。風力発電部１４は各屋根面１８に対して、離間して設置する各太陽光発電部１１の間の隙間にそれぞれ設置される。そして、図示のとおり各太陽光発電部１１の固定枠部１３ｗの縁部同士はそれぞれ接するように設置される。これによって、屋根面１８において、各複合発電装置１０は、より長時間にわたって太陽光を集光し、より多くの風を取り込むことで、発電量及び発電効率が向上する。

図６（ｂ）に示す複合発電装置１０を屋根面１８に対して、四箇所設置することによって、太陽光発電部１１と、風力発電部１４の双方が電力を発電することができ、発電量及び発電効率を向上することができる。複合発電装置１０の設置の場所は図示のように４方向の方位に向いているため、一方のみの方位と比較して風雪の影響が緩和されるため、より安定的に発電できる。なお、太陽光発電部１１は、屋根面１８に対して、対向し、平行するように設置される。

なお、図６に示す複合発電装置１０の設置個所は、４方向を向く屋根面１８のいずれか１つの面または、２面、３面、全面の適宜である。たとえば、屋根面１８のうち、西側と南側の二面に対して複合発電装置１０を設置できる。

また、太陽電池パネル１２の構造は、各図に示した態様に限定しない。たとえば、固定枠部１３ｗに太陽電池パネル１２を敷設するに際し、各太陽電池パネル１２同士に適当な間隔が設けられ、各太陽電池パネル１２同士が密着しないようにしてもよい。各太陽電池パネル１２同士の間隔の間隔（パネル設置のフレーム同士の間隔も含まれる。）を風が通り抜けることができる。これによって、風力発電部１４は、太陽電池パネル１２の上部からの受風も取り込んで発電量及び発電効率が向上する。

また、各図に示した屋根面１８の形状は、一例にすぎない。たとえば、切妻屋根、半切妻屋根、片流れ屋根、陸屋根、入母屋屋根、差しかけ屋根、こし屋根、バタフライ型屋根、しころ屋根、のこぎり屋根など様々な屋根面に対して、複合発電装置１０を設置することができる。

なお、本実施形態は、上述した各態様に限定されることはなく、上述した各部を適宜組み合わせて実現されてもよい。また、各態様が奏する効果は、上述したものに限定されることはなない。

１０複合発電装置
１１太陽光発電部
１２太陽電池パネル
１３ｗ固定枠部
１３脚部
１４風力発電部
１５風車
１５ｐプロペラ
１５ｓ軸部
１６発電ユニット
１６ｒ挿入口
１７壁部
１８屋根面
１９屋根面の縁部

Claims

載置部に対して所定間隔を離間して太陽電池パネルが設置される太陽光発電部と、
前記載置部と前記太陽光発電部との間隙に配置される風車により発電する風力発電部と、
前記太陽光発電部と、前記風力発電部により発電される電力を蓄電する蓄電部と、
前記太陽光発電部、前記風力発電部、前記蓄電部に接続され、前記蓄電部への充電及び前記蓄電部から電力使用部への電力供給を制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする複合発電装置。
前記載置部は０°～６０°の傾斜である請求項１に記載の複合発電装置。
前記載置部が屋根面である請求項１または２に記載の複合発電装置。
前記載置部が地表面である請求項１または２に記載の複合発電装置。
前記太陽電池パネルは前記載置部の載置面部に対し平行に設置される請求項１ないし４のいずれか１項に記載の複合発電装置。
前記風車は前記太陽光発電部の１枚の太陽電池パネルの直下に複数個配置される請求項１ないし５のいずれか１項に記載の複合発電装置。
前記制御部は、前記太陽光発電部または前記風力発電部における発電量が所定値を超過した際に前記蓄電部への蓄電を抑制または停止する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の複合発電装置。
前記太陽光発電部には散水部が備えられ、前記制御部は前記太陽電池パネルの表面温度に基づいて前記散水部を作動させる請求項１ないし７のいずれか１項に記載の複合発電装置。
前記制御部は、前記太陽電池パネルの表面温度に基づいて前記蓄電部の電力を用いて前記風力発電部の前記風車を作動させる請求項１ないし８のいずれか１項に記載の複合発電装置。
前記制御部は、前記風力発電部の発電する交流電流を直流電流に変換して前記蓄電部に蓄電する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の複合発電装置。