JP3790409B2 - Natural energy power generation structure integrating wind power generator and solar power generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電装置と太陽光発電装置を一体化して発電を行う自然エネルギー発電構造物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、無公害で環境にやさしいクリーンな自然エネルギーである風力、あるいは太陽光を利用して発電を行う自然エネルギー発電システムが種々提案されている。風力発電構造物は、タワーを一本単位で多数本を隣接地に設置しているのが通常であり、太陽光発電構造物は、建築物の屋上を利用するか、あるいは広大な敷地に多数敷き並べて多面積に設置している。さらに、風力発電と太陽光発電を別々の発電構造物として隣接場所に設置し、これらを併用して相互に補完することにより安定した電力を得る方式もある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、風力発電構造物と太陽光発電構造物を別々に設置する場合、設置面積が大きくなり、また、組み立て施工に時間がかかるなどの課題があった。
【0004】
本発明は、前述のような課題に鑑み新たな観点から開発されたものであり、その目的は、小さな設置面積で短時間に組み立て施工できると共に、高効率で安定した高出力の発電が可能となる風力発電装置と太陽光発電装置を一体化した自然エネルギー発電構造物を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、基礎上に立設したタワーの上部に風力発電機を設け、このタワーの外周部に外側に向かって下り勾配の傾斜角で傾斜する平面視で扇形の単位パネルを円周方向に複数個配列して傘状の太陽電池パネルとし、かつ、この傘状の太陽電池パネルを上下方向に複数段で配設すると共に、この複数段の傘状の太陽電池パネルを前記傾斜角を変更できる可変式取付装置によりタワーの外周部に取付けて構成され、前記可変式取付装置は、タワー外周部を抱持するようにタワー外周部に固定されるベルト状またはバンド状の抱持金具からなる固定部材を複数段の傘状の太陽電池パネルに対応させて上下方向に間隔をおいて複数配置し、この固定部材に傘状の太陽電池パネルの各単位パネルの上辺をそれぞれピン等を介して上下方向に傾動自在に取付け、この各単位パネルをそれぞれ1段下の固定部材に基部を取付けた伸縮部材で支持し、この伸縮部材を収縮させて各単位パネルをタワー外周面に沿わせることにより、傘状の太陽電池パネルをタワー外側面に閉じ込み、伸縮部材を伸縮調整することにより、傘状の太陽電池パネルの傾斜角を任意の角度に設定できるように構成されていることを特徴とする風力発電装置と太陽光発電装置を一体化した自然エネルギー発電構造物である。
【0006】
タワーは、例えば1本の鋼管等から構成する。各段の太陽電池パネルの傾斜角は、水平に対して30°程度とするのが好ましい。また、各段の太陽電池パネルは円周方向に連続して配設し傘状とする。
【0007】
本発明においては、風力発電機のタワーの中間部に可変式取付装置を用いて太陽電池パネルを多段に取付けるようにしたため、設置面積を最小限にすることができると共に、風力発電機と太陽電池パネルを個別に設置する場合に比べて、組み立て施工が簡略化され、施工時間の短縮および省力化が図られる。また、風力発電機と多段の太陽電池パネルにより、高効率で安定した高出力の発電が可能となる。
【0009】
本発明では、太陽電池パネルの上辺を固定部材に取付け、その直ぐ下の固定部材から突出させた支持部材で前記太陽電池パネルの下面を支持するため、簡単で、かつ少ない数の部材で、多数の太陽電池パネルを高密度に配設することができ、発電効率を向上させることができる。さらに、設置目的の消費対象必要電力に応じて、太陽電池パネルの増設および位置の変更を容易に行うことができる。また、太陽電池パネルを新設のタワーに簡単に取付けることができると共に、既設の風力発電用のタワーにも簡単に取付けることができる。また、ベルト状の固定部材と支持部材を用いることで多数の太陽電池パネルをタワーに強固に取付けることができる共に、タワーには加工を施す必要がないため、タワーの強度が低下することがなく、強度的に優れた風力発電と太陽光発電による自然エネルギー発電構造物が得られる。
【0010】
可変式取付装置は、タワー外周部を抱持するようにタワー外周部に固定され、各段の太陽電池パネルの上辺が取付けられる上下方向に間隔をおいて複数の固定部材と、この固定部材から上方に向かって伸縮可能に突出し、1段上の固定部材に取付けられた太陽電池パネルを角度調整自在に支持する伸縮部材(油圧シリンダなど)からなることを特徴とする。
【0011】
この可変式取付装置の場合、支持部材に伸縮部材を用いることにより、強風時等には太陽電池パネルをタワーの外周面に閉じ込んで太陽電池パネルの破損等を防止することができ、また太陽電池パネルの傾斜角を任意に調整することができ、太陽高度の高い夏や太陽高度の低い冬にも対応することができ、一年を通じて効率の良い発電を行うことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図1,図2は、本発明の風力発電装置と太陽光発電装置を一体化した自然エネルギー発電構造物の太陽電池パネルが固定式の例を示したのものである。図3,図4は太陽電池パネルが可変式の例を示したものである。
【0013】
図1,図2において、本発明の自然エネルギー発電構造物は、基礎4上に立設された1本のタワー1と、このタワー1の上端部に設置された風力発電機2と、タワーの中間部に配設された多数段の太陽電池パネル3と、タワー1の下部における内部等に設置される電力制御用機器や蓄電池などの最終発電用装置(図示省略)から構成されている。
【0014】
タワー1は、上に向かって縮径するテーパー鋼管などからなる単ポール式であり、この鋼管の上端面に風力発電機2が載置される。風力発電機2は、プロペラ(ブレード)2aと、発電機等を備えた本体2bから構成されている。なお、タワー1は、図示例に限らず、その他の構造のものでもよい。
【0015】
太陽電池パネル3は、タワー1の中間部における外周面に傘状に取付けられ、上下方向には連続して多段(図示例では7段)で配設されている。最上段の太陽電池パネル3は風力発電機2のブレード2aと干渉しないような位置に設置される。最下段の太陽電池パネル3は地表面から所定の距離だけ離れた位置に設置され、効率の良い発電ができるようにしている。
【0016】
太陽電池パネル3の取付角は、日本の緯度の関係から、外側に向かって下り勾配で水平面に対して30°程度(取付精度などから±数°の範囲を持つ)の傾斜角とされ、太陽高度の高い夏と太陽高度の低い冬に対応することができ、また一日のうち太陽高度の高い昼間と太陽高度の低い朝方や夕方に対応することができ、春夏秋冬一年を通じて効率良く光を捕らえることができ、一年を通じて効率的な発電が可能となるようにされている。
【0017】
タワー1と太陽電池パネル3は図2に示す固定式取付装置10で固定し、太陽パネル3が常に傾斜角30°を保持できるようにタワー1に固定する。この固定式取付装置10は、タワー1の外周面を抱持するバンド状の抱持金具(固定部材)11と、太陽電池パネル3を下から支持する斜めの支持部材12から構成し、抱持金具11を上下方向に等間隔をおいて配設し、この抱持金具11に各段の太陽電池パネル3の上辺を固定し、直ぐ下の抱持金具11に支持部材12の下端を取付け、支持部材12の上端を前記太陽電池パネル3の下面に接続する。このような固定式取付装置10であれば、簡単で、かつ少ない数の部材で、多数の太陽電池パネル3を高密度に配設することができ、発電効率を向上させることができる。さらに、設置目的の消費対象必要電力に応じて、太陽電池パネルの増設および位置の変更を容易に行うことができる。
【0018】
抱持金具11は、例えば、タワー1の外周を取り囲むリング状のバンド金具を2〜8分割し、分割した金具をボルト等で締結することでタワー1に固定する構造とし、タワー1に簡単に固定できるようにする。このような抱持金具11の場合、新設のみでなく、既設の風力発電用のタワー1にも、太陽電池パネル3を簡単に取付けることができる。また、抱持金具11と支持部材12を用いることで多数の太陽電池パネル3をタワー1に強固に取付けることができる共に、タワー1には取付けのための加工を施す必要がないため、タワー1の強度が低下することがなく、強度的に優れた風力発電と太陽光発電による自然エネルギー発電構造物が得られる。
【0019】
各段の傘状の太陽電池パネル3は、平面視で円周方向に複数に分割し(図示例では8個)、扇形の単位パネルから構成し、その扇形の支持板13をピン等を介して抱持金具11に接続する。支持部材12は、各単位パネルの下に配設し、その下端部をピン等を介して抱持金具11に接続し、その上端部を支持板13の下面にピン等を介して接続する。
【0020】
なお、各段の傘状の太陽電池パネル3は、平面視で円周方向の全面にわたって配置するのが好ましい。このような全面配置であれば、太陽光の発電効率を最大限に活用することができる。
【0021】
最終発電用装置は、電力制御用機器・蓄電池・周波数変換装置(インバーター)・AC出力器などから構成され、風力発電機2および太陽電池パネル3の出力が入力され、直流および交流が出力される。
【0022】
次に、図3,図4においては、前述の固定式取付装置10に代えて可変式取付装置20により太陽電池パネル3を支持している。その他の構成は図1,図2の場合と同様である。図3は、傘状の太陽電池パネル3を閉じた状態を示している。
【0023】
可変式取付装置20は、固定式取付装置10の支持部材12に代えて油圧シリンダ22等の伸縮装置を使用する。抱持金具21や支持板23等は図1,図2の場合と同じものを使用することができる。
【0024】
油圧シリンダ22は小型のシリンダ本体で大きなストロークが得られる多段式シリンダなどを使用し、伸出ストロークエンドで太陽電池パネル3が傾斜角30°でセットされ、収縮ストロークエンドで太陽電池の傾斜角が90°近くとなってタワー1の外周面に折り畳み収納されるようにする。隣接する単位パネルは端部同士を重ねて収納することになる。
【0025】
このような可変式取付装置20の場合、前述した固定式取付装置と同様の効果が得られる他、油圧シリンダ22等を用いることにより、強風時等にはタワー1の外周面に閉じ込んで太陽電池パネル3の破損等を防止することができ、また太陽電池パネル3の傾斜角を、例えば太陽高度の高い夏には30°程度に、太陽高度の低い冬には60°程度とすることにより、一年を通じて効率の良い発電を行うことができる。
【0026】
なお、可変式取付装置20の伸縮部材は油圧シリンダ等のアクチュエータに限らず、スクリューロッドとナット部材等の機械式の伸縮装置を用いることもできる。
【0027】
【発明の効果】
本発明は以上のような構成からなるので、次のような効果を奏する。
【0028】
(1) 風力発電機のタワーの中間部に固定式取付装置または可変式取付装置を用いて太陽電池パネルを多段に取付けるようにしたため、設置面積を最小限にすることができると共に、風力発電機と太陽電池パネルを個別に設置する場合に比べて、組み立て施工が簡略化され、施工時間の短縮および省力化を図ることができ、コストを低減することができる。
【0029】
(2) 風力発電機と多段の太陽電池パネルにより、高効率で安定した高出力の発電が可能となる。
【0030】
(3) 太陽電池パネルの上辺を固定部材に取付け、その直ぐ下の固定部材から突出させた支持部材あるいは伸縮部材で前記太陽電池パネルの下面を支持するため、簡単で、かつ少ない数の部材で、多数の太陽電池パネルを高密度に配設することができ、発電効率を向上させることができる。
【0031】
(4) 固定式取付装置あるいは可変式取付装置を用いることにより、設置目的の消費対象必要電力に応じて、太陽電池パネルの増設および位置の変更を容易に行うことができる。
【0032】
(5) 固定式取付装置あるいは可変式取付装置を用いることにより、太陽電池パネルを新設のタワーに簡単に取付けることができると共に、既設の風力発電用のタワーにも簡単に取付けることができる。
【0033】
(6) ベルト状の固定部材と支持部材や伸縮部材を用いることで多数の太陽電池パネルをタワーに強固に取付けることができる共に、タワーには加工を施す必要がないため、タワーの強度が低下することがなく、強度的に優れた風力発電と太陽光発電による自然エネルギー発電構造物が得られる。
【0034】
(7) 可変式取付装置を用いることにより、強風時等には太陽電池パネルをタワーの外周面に閉じ込んで太陽電池パネルの破損等を防止することができ、また太陽電池パネルの傾斜角を任意に調整することができ、太陽高度の高い夏や太陽高度の低い冬にも対応することができ、一年を通じて効率の良い発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の風力発電装置と太陽光発電装置を一体化した自然エネルギー発電構造物の太陽電池パネルが固定式の1例の概要を示す側面図である。
【図2】図1の自然エネルギー発電構造物の部分を示したものであり、(a) は太陽電池パネルの上面図、(b) は太陽電池パネルを断面にして示した側面図、(c) は太陽電池パネルの下面図である。
【図3】本発明の風力発電装置と太陽光発電装置を一体化した自然エネルギー発電構造物の太陽電池パネルが可変式の1例の概要を示す側面図(太陽電池パネルが閉じた状態)である。
【図4】図3の自然エネルギー発電構造物の部分を示したものであり、(a) は太陽電池パネルの上面図、(b) は太陽電池パネルを断面にして示した側面図、(c) は太陽電池パネルの下面図である。
【符号の説明】
1…タワー
2…風力発電機
2a…プロペラ(ブレード)
2b…本体
3…太陽電池パネル
4…基礎
10…固定式取付装置
11…抱持金具(固定部材)
12…支持部材
13…扇形の支持板
20…可変式取付装置
21…抱持金具(固定部材)
22…油圧シリンダ
23…扇形の支持板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a natural energy power generation structure that generates power by integrating a wind power generator and a solar power generator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various natural energy power generation systems that generate electricity using wind power or sunlight, which are clean natural energy that is pollution-free and environmentally friendly, have been proposed. Wind power generation structures usually have many towers in a single unit, and many are installed on the adjacent land. Solar power generation structures are often used on the rooftop of buildings or on large sites. It is installed in a large area. Furthermore, there is also a method of obtaining stable power by installing wind power generation and solar power generation as separate power generation structures in adjacent locations and using them together to complement each other.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the wind power generation structure and the solar power generation structure are separately installed, there are problems such as an increase in installation area and a long time for assembly work.
[0004]
The present invention has been developed from a new point of view in view of the problems as described above, and its purpose is that it can be assembled and constructed in a short time with a small installation area, and also enables highly efficient and stable high-output power generation. An object of the present invention is to provide a natural energy power generation structure in which a wind power generator and a solar power generator are integrated.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the first aspect of the present invention, a wind power generator is provided at an upper portion of a tower standing upright on a foundation , and a fan-shaped unit panel is formed into a circular shape in a plan view inclining outward at an inclination angle of a downward slope toward an outer periphery of the tower. A plurality of umbrella-shaped solar cell panels are arranged in the circumferential direction, and the umbrella-shaped solar cell panels are arranged in a plurality of stages in the vertical direction, and the plurality of umbrella-shaped solar cell panels are inclined. is configured by attaching the outer peripheral portion of the tower by variable mounting apparatus capable of changing the angular, the variable mounting apparatus, a belt-like or band-like holding Ru is fixed to the tower outer periphery so as to embrace the tower outer peripheral portion A plurality of fixing members made of metal fittings are arranged at intervals in the vertical direction so as to correspond to a plurality of umbrella-shaped solar cell panels, and the upper side of each unit panel of the umbrella-shaped solar cell panel is pinned to this fixing member. Leans up and down through The unit panel can be attached freely, and each unit panel is supported by an expansion / contraction member having a base attached to a fixing member one step below, and the expansion / contraction member is contracted to place each unit panel along the outer peripheral surface of the tower. A wind power generator characterized in that an inclination angle of an umbrella-shaped solar cell panel can be set to an arbitrary angle by closing the solar cell panel on the outer surface of the tower and adjusting the expansion and contraction of the expansion / contraction member. It is a natural energy power generation structure that integrates a solar power generation device.
[0006]
A tower is comprised from one steel pipe etc., for example. The inclination angle of the solar cell panel at each stage is preferably about 30 ° with respect to the horizontal. In addition, the solar cell panels at each stage are arranged continuously in the circumferential direction to form an umbrella shape.
[0007]
In the present invention, since the solar cell panels are mounted in multiple stages using the variable mounting device in the middle part of the tower of the wind power generator, the installation area can be minimized, and the wind power generator and the solar battery can be minimized. Compared to the case where the panels are individually installed, the assembly work is simplified, and the construction time is shortened and the labor is saved. In addition, the wind power generator and the multi-stage solar cell panel enable high-efficiency, stable and high-output power generation.
[0009]
In the present invention, the upper side of the solar cell panel is attached to the fixing member, and the lower surface of the solar cell panel is supported by the support member protruding from the fixing member immediately below the solar cell panel. The solar cell panels can be arranged with high density, and the power generation efficiency can be improved. Furthermore, it is possible to easily increase the number of solar cell panels and change the position in accordance with the power consumption required for installation. In addition, the solar panel can be easily attached to a new tower and can be easily attached to an existing wind power generation tower. In addition, a large number of solar cell panels can be firmly attached to the tower by using a belt-like fixing member and a supporting member, and the tower does not need to be processed, so that the strength of the tower does not decrease. A natural energy power generation structure using wind power generation and solar power generation with excellent strength can be obtained.
[0010]
Yes Henshiki mounting device is fixed to the tower outer periphery so as to embrace the tower outer peripheral portion, and a plurality of fixing members at intervals in the vertical direction upper side is mounted a solar cell panel of each stage, the fixing member It is characterized by comprising an expansion / contraction member (such as a hydraulic cylinder) that protrudes upwards and downwards and supports a solar cell panel attached to a fixed member on one level so as to be adjustable in angle.
[0011]
In the case of this variable attachment device, by using an expansion / contraction member as a support member, the solar cell panel can be closed to the outer peripheral surface of the tower in a strong wind or the like to prevent the solar cell panel from being damaged. The inclination angle of the battery panel can be arbitrarily adjusted, and it can cope with summer when the solar altitude is high or winter when the solar altitude is low, and efficient power generation can be performed throughout the year.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments. 1 and 2 show an example in which a solar cell panel of a natural energy power generation structure in which a wind power generator and a solar power generator of the present invention are integrated is fixed. 3 and 4 show examples of variable solar cell panels.
[0013]
1 and 2, a natural energy power generation structure according to the present invention includes a tower 1 erected on a
[0014]
The tower 1 is a single pole type made of a tapered steel pipe whose diameter is reduced upward, and a
[0015]
The
[0016]
The mounting angle of the
[0017]
The tower 1 and the
[0018]
The holding metal fitting 11 has a structure in which, for example, a ring-shaped band metal fitting surrounding the outer periphery of the tower 1 is divided into two to eight parts, and the divided metal fittings are fastened to the tower 1 by fastening with bolts or the like. Allow to be fixed. In the case of such a holding metal fitting 11, the
[0019]
Each stage of the umbrella-shaped
[0020]
In addition, it is preferable to arrange | position the umbrella-shaped
[0021]
The final power generation device is composed of a power control device, a storage battery, a frequency converter (inverter), an AC output device, and the like, and outputs of the
[0022]
Next, in FIGS. 3 and 4, the
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
In the case of such a
[0026]
The expansion / contraction member of the
[0027]
【The invention's effect】
Since this invention consists of the above structures, there exist the following effects.
[0028]
(1) Since the solar panel is mounted in multiple stages using a fixed mounting device or variable mounting device in the middle part of the tower of the wind power generator, the installation area can be minimized and the wind power generator As compared with the case where the solar cell panels are individually installed, the assembling work is simplified, the construction time can be shortened and the labor can be saved, and the cost can be reduced.
[0029]
(2) A wind power generator and multi-stage solar panels enable high-efficiency, stable, and high-power generation.
[0030]
(3) Since the upper side of the solar cell panel is attached to the fixing member, and the lower surface of the solar cell panel is supported by the supporting member or the elastic member protruding from the fixing member immediately below the solar cell panel, a simple and small number of members are used. A large number of solar cell panels can be arranged with high density, and the power generation efficiency can be improved.
[0031]
(4) By using a fixed attachment device or a variable attachment device, it is possible to easily increase the number of solar cell panels and change the position according to the required power required for installation.
[0032]
(5) By using a fixed attachment device or a variable attachment device, the solar cell panel can be easily attached to a new tower and can also be easily attached to an existing wind power generation tower.
[0033]
(6) By using a belt-like fixing member, support member, and expansion / contraction member, a large number of solar cell panels can be firmly attached to the tower, and the tower does not need to be processed, so the strength of the tower is reduced. Therefore, a natural energy power generation structure by wind power generation and solar power generation excellent in strength can be obtained.
[0034]
(7) By using a variable mounting device, the solar cell panel can be closed to the outer peripheral surface of the tower during strong winds to prevent damage to the solar cell panel. It can be adjusted arbitrarily, can cope with summer with high solar altitude and winter with low solar altitude, and can generate power efficiently throughout the year.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an outline of an example in which a solar cell panel of a natural energy power generation structure in which a wind power generator and a solar power generator of the present invention are integrated is fixed.
2 shows a part of the natural energy power generation structure of FIG. 1, (a) is a top view of a solar cell panel, (b) is a side view showing the solar cell panel in cross section, (c ) Is a bottom view of the solar cell panel.
FIG. 3 is a side view showing an outline of an example of a variable solar cell panel of a natural energy power generation structure in which a wind power generator and a solar power generator of the present invention are integrated (in a state where the solar cell panel is closed). is there.
4 shows a part of the natural energy power generation structure of FIG. 3, where (a) is a top view of the solar cell panel, (b) is a side view showing the solar cell panel in cross section, (c ) Is a bottom view of the solar cell panel.
[Explanation of symbols]
1 ...
2b ...
DESCRIPTION OF
22 ...
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