JP5486358B2 - 船舶搭載用の太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明は、船舶搭載用の太陽光発電システムに関し、さらに詳しくは、簡素な構造にするとともに、システムの作動に用いる電力量を抑えて効率的な発電を行えるようにした船舶搭載用の太陽光発電システムに関するものである。

近年、太陽光発電装置の開発が盛んになっている。太陽光発電においては、太陽電池パネルの表面の法線方向が、太陽の方向と一致するように配置した場合に、発電効率を最大にすることができる。そのため、船や列車等の移動体に太陽光発電装置を搭載する場合、移動体に設置したＧＰＳ受信機の測定した位置、時刻等から太陽の位置を求めて、発電効率を最大にできる太陽電池パネルの向きを算出して、この向きになるように太陽電池パネルの方位を制御する装置が提案されている（特許文献１参照）。

この提案の装置では、発電効率を最大化するために、頻繁に、太陽電池パネルの方位および仰角を変化させる制御を行なう。それ故、装置の構造が複雑になるとともに、制御に用いる電力消費が大きくなって、むしろ、トータルの発電効率としては悪くなることがあった。

特開平９−１４００５２号公報

本発明の目的は、簡素な構造にするとともに、システムの作動に用いる電力量を抑えて効率的な発電を行えるようにした船舶搭載用の太陽光発電システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の船舶搭載用の太陽光発電システムは、船の方位を検知する方位検知手段と、太陽電池パネルを有する発電装置と、前記太陽電池パネルが設置される架台と、前記方位検知手段の検知データに基づいて前記太陽電池パネルの方位を変える電動駆動部とを備え、前記太陽電池パネルを水平に対する傾斜角度を可変にして設置する非電動式の傾斜機構を前記架台に設け、前記太陽電池パネルの表面の法線方向が、南中の位置にある太陽の方向に一致する時の太陽電池パネルの最適傾斜角度に対して、前記傾斜角度を一定角度に設定し、０．１時間〜６．０時間に１回の頻度で、前記電動駆動部を駆動させることにより、前記太陽電池パネルの表面の法線方向を、その時点の太陽の方位に対して±４５°の範囲の方位に設定し、前記太陽電池パネルを複数枚、上下に間隔をあけて互いを平行に配置するとともに、上下に隣り合う太陽電池パネルを側面視で前後にずらして配置し、前記上下に隣り合う太陽電池パネルの一方の太陽電池パネルの側面視での他方の太陽電池パネルに近い側にある前端と、他方の太陽電池パネルの側面視での一方の太陽電池パネルに近い側にある後端とを結ぶ直線が、前記一方および他方の太陽電池パネルの表面となす角度を７５°〜１０５°に設定し、前記上下に隣り合う太陽電池パネルの上下間に通気路を形成することを特徴とするものである。

ここで、前記傾斜角度を、前記太陽電池パネルの表面の法線方向が、南中の位置にある太陽の方向に一致する時の太陽電池パネルの最適傾斜角度に対して０°〜＋３０°の一定角度に設定することもできる。前記上下に隣り合う太陽電池パネルの一方の太陽電池パネルの側面視での他方の太陽電池パネルに近い側にある前端と、他方の太陽電池パネルの側面視での一方の太陽電池パネルに近い側にある後端とを結ぶ直線が、前記一方および他方の太陽電池パネルの表面となす角度を９０°に設定することもできる。前記上下に隣り合う太陽電池パネルの上下間隔を可変に構成することもできる。

本発明によれば、船の方位を検知する方位検知手段と、太陽電池パネルを有する発電装置と、太陽電池パネルが設置される架台と、方位検知手段の検知データに基づいて太陽電池パネルの方位を変える電動駆動部とを備え、太陽電池パネルを水平に対する傾斜角度を可変にして設置する非電動式の傾斜機構を架台に設けることにより、電気を用いる機構を最小限にしたので構造を簡素化し易くなる。

また、太陽電池パネルの表面の法線方向が、南中の位置にある太陽の方向に一致する時の太陽電池パネルの最適傾斜角度に対して、傾斜角度を一定角度に設定し、０．１時間〜６．０時間に１回の頻度で、電動駆動部を駆動させることにより、太陽電池パネルの表面の法線方向を、その時点の太陽の方位に対して±４５°の範囲の方位に設定にすることで、適度な太陽光発電を行ないつつ、システムの作動に用いる電力量を抑えるので、トータルの発電効率を向上させることが可能になる。

本発明の太陽光発電システムの全体概要を示す説明図である。 架台に設置された太陽電池パネルを例示する平面図である。 図２の正面図である。 図２の側面図である。 太陽電池パネルの傾斜角度を示す説明図である。 太陽電池パネルの方位を示す説明図である。

以下、本発明の船舶搭載用の太陽光発電システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示する本発明の船舶搭載用の太陽光発電システム１（以下、発電システム１という）は、主に作業船等の船舶に設置され、船の方位を検知する方位検知手段２と、太陽電池パネル４ａ、４ｂを有する発電装置３と、太陽電池パネル４ａ、４ｂが設置される架台７とを備えている。

方位検知手段２としては、ＧＰＳ方位計、ジャイロコンパス等を用いることができる。２基のＲＴＫ−ＧＰＳ受信機を、方位検知手段２として船に設置することもできる。

発電装置３は、太陽電池パネル４ａ、４ｂの他に、制御部５、バッテリー６、インバータ等のその他の付属機器を備えている。制御部５には、方位検知手段２からの検知データが入力される。この制御部５には船舶１４が存在する地域での任意の時刻の太陽Ｓの方位と高度が入力されている。或いは、上記した太陽Ｓの方位と高度がネットワーク通信網等を通じて制御部５に入力されるようになっている。

太陽電池パネル４ａ、４ｂによって発電された電気は、制御部５の制御によりバッテリー６に充電される。バッテリー６に充電された電気は、制御部５の制御により船内の需要先に供給される。需要先は船内の照明や電装部品等、または、後述する電動駆動部１３である。

図２〜図４に例示するように、船舶１４に設置される架台７は、ベース８ａと、ベース８ａの上面に載置された回転板８ｂと、回転板８ｂの上面に載置されたフレーム体とにより構成されている。回転板８ａは、ローラ８ｃを介してベース８ａに載置されている。

フレーム体は、左右一対の脚フレーム９ａと、回転軸８ｄによって両方の脚フレーム９ａに軸支される設置フレーム９ｂおよび連結フレーム９ｃとで構成されている。それぞれの太陽電池パネル４ａ、４ｂは、それぞれの設置フレーム９ｂに固定され、それぞれの設置フレーム９ｂどうしは、互いに連結フレーム９ｃによって連結されている。

太陽電池パネル４ａ、４ｂは、上下に間隔をあけて互いが平行になっていて、側面視で前後にずらして配置されている。この実施形態では２枚の太陽電池パネル４ａ、４ｂが設置されているが、枚数は複数枚にする。複数枚の太陽電池パネル４ａ、４ｂは、上下に間隔をあけて互いを平行にして、側面視で前後にずらして配置する。

また、この実施形態では、上下に隣り合う太陽電池パネル４ａ、４ｂが、実質的に左右２本の連結フレーム９ｃによって連結されている。これにより、太陽電池パネル４ａ、４ｂの上下間に通気路９ｄが形成されている。

連結フレーム９ｃには伸縮機構１０が設けられている。この伸縮機構１０により連結フレーム９ｃの長さが可変になっていて、上下に隣り合う太陽電池パネル４ａ、４ｂの上下間隔を変えることができる構成になっている。伸縮機構１０としては、例えば、連結フレーム９ｃをテレスコピック式の入れ子構造にしたものを採用できる。伸縮機構１０を設けずに、太陽電池パネル４ａ、４ｂの上下間隔を固定した構成にすることもできる。

ベース８ａの内部には、電動駆動部１３が設けられている。電動駆動部１３は、旋回軸１３ａと、旋回軸１３ａを回転駆動させる駆動モータ１３ｂとで構成されている。旋回軸１３ａの上端部は、回転板８ｂの底面に連結されている。

駆動モータ１３ｂは、方位検知手段２の検知データに基づいて、制御部５の制御により駆動され、これにより旋回軸１３ａが回転する。旋回軸１３ａの回転によって、回転板８ｂが旋回軸１３ａを中心にして旋回する。この際に、ローラ８ｃが転動するので、円滑に回転板８ｂが旋回する。このように、電動駆動部１３の駆動によって太陽電池パネル４ａ、４ｂの方位が変わるように構成されている。

架台７には、太陽電池パネル４ａ、４ｂを水平に対する傾斜角度Ａを可変にして設置する非電動式の傾斜機構１１を設けられている。傾斜機構１１は、一方の脚フレーム９ａに固定された半円形状の傾斜保持板１２ａと、ロックピン１２ｃとを備えている。傾斜保持板１２ａには、回転軸８ｄを中心に所定の中心角の間隔で、ロック穴１２ｂが形成されている。

ロックピン１２ｃは、任意のロック穴１２ｂを貫通して、連結フレーム９ｃに設けられた保持穴に嵌合するようになっている。したがって、回転軸８ｄを中心に太陽電池パネル４ａ、４ｂを回転移動させて、所定角度に傾けた際に一致するロック穴１２ｂと保持穴とにロックピン１２ｃを挿通することにより、太陽電池パネル４ａ、４ｂはその傾斜角度Ａで固定される。傾斜機構１１は、この実施形態に示したものに限定されない。

太陽電池パネル４ａ、４ｂの傾斜角度Ａは、図５に例示するように、太陽電池パネル４ａ、４ｂの表面の法線方向Ｇが、南中の位置にある太陽Ｓの方向に一致する時の太陽電池パネル４ａ、４ｂ（点線で示した）の最適傾斜角度Ａ１に対して、一定角度に設定される。例えば、最適傾斜角度Ａ１に対して０°〜＋３０°、さらに好ましくは０°〜＋１０°の範囲の予め決定された一定角度に設定される。図５は、側面視で太陽電池パネル４ａ、４ｂとその傾斜角度Ａを模式的に記載したものである。即ち、所望の傾斜角度Ａに設定した際に、対応するロック穴１２ｂにロックピン１２ｃを挿通させて保持穴に嵌合させることにより、太陽電池パネル４ａ、４ｂを傾斜角度Ａに固定する。

太陽電池パネル４ａ、４ｂの傾斜角度Ａは、最適傾斜角度Ａ１に対して±１０°程度のずれであれば、発電効率の低下は約１％〜２％程度であり、±３０°程度であっても発電効率の低下をある程度抑えることができる。それよりも、本発明では、太陽電池パネル４ａ、４ｂの傾斜角度Ａを非電動式の傾斜機構１１を用いて、言わば手動で行なうので、電気を用いる機構に比して構造を簡素化し易くなり、電力を消費することもないという利点がある。

必要に応じて、例えば、２時間等の所定の時間間隔で別の傾斜角度Ａに設定すべく、同様の手順で太陽電池パネル４ａ、４ｂを別の傾斜角度Ａに固定することもできる。

太陽電池パネル４ａ、４ｂの方位は、０．１時間〜６．０時間に１回の頻度で、図６に例示するように、太陽電池パネル４ａ、４ｂの表面の法線方向Ｇが、その時点の太陽Ｓの方位に対して±４５°の範囲の方位に設定される。より好ましくは、法線方向Ｇが、その時点の太陽Ｓの方位に対して±３０°に設定される。例えば、その時点の太陽Ｓの方位から今後太陽Ｓが移動する方向に先行させるように、法線方向Ｇの方位が設定される。

図６は、平面視で太陽電池パネル４ａ、４ｂとその方位を模式的に記載したものである。即ち、方位検知手段２の検知データに基づいて、０．１時間〜６．０時間に１回の頻度で、太陽電池パネル４ａ、４ｂの方位が、その時点の太陽Ｓの方位に対して±４５°の範囲の所定の方位に変えられて固定される。

太陽電池パネル４ａ、４ｂの方位（法線方向Ｇ）は、太陽Ｓの方位に対して±４５°程度のずれであれば、発電効率の低下は約５％程度である。そのため、太陽電池パネル４ａ、４ｂの方位が、その時点の太陽Ｓの方位に対して±４５°の範囲に設定される本発明では、日中を通じて発電効率がそれ程低下することはない。

特に、作業船（地盤改良作業や各種作業を行なう作業船）では、作業中に移動するとしても移動量が小さいので、一度設定した太陽電池パネル４ａ、４ｂの方位が短時間で大幅に変化することがない。

それよりも、本発明では、太陽電池パネル４ａ、４ｂの方位を頻繁に（逐次）変更することがないので、方位変更のためにバッテリー６の電気を使用して電動駆動部１３を駆動する頻度が少なくなって消費電力の抑制には有利になる。

太陽電池パネル４ａ、４ｂは、発電能力に応じて大きくて重くなるため、電動機構を用いて、その傾斜角度Ａや方位を制御するには多大な電力が必要になる。しかしながら、本発明では上記のように、太陽電池パネル４ａ、４ｂの傾斜角度Ａの設定は非電動式の傾斜機構１１で行なわれるとともに、方位の変更頻度を少なくして適切な設定にすることで、適度な太陽光発電を行ないつつ、システムの作動に用いる電力量を抑えるので、トータルとしては、発電効率の向上を図ることが可能になる。

この実施形態では、図４に例示するように、上下に隣り合う太陽電池パネル４ａ、４ｂは、一方の太陽電池パネル４ａの側面視での前端と、他方の太陽電池パネル４ｂの側面視での後端とを結ぶ直線Ｌが、互いの太陽電池パネル４ａ、４ｂに直交するように配置されている（角度Ｂが９０°）。即ち、複数枚の太陽電池パネル４ａ、４ｂが側面視で直角の階段状に配置されている。

直線Ｌとそれぞれの太陽電池パネル４ａ、４ｂの表面とがなす角度Ｂは、９０°にするだけでなく、７５°〜１０５°の所定角度に設定することもできる。角度Ｂを小さくする程、互いに平行にして側面視でずらして配置した一方の太陽電池パネル４ｂが他方の太陽電池パネル４ａの影になり難くなるので発電効率を向上させるには有利になる。一方、角度Ｂを大きくする程、平行に配置した太陽電池４ａ、４ｂの側面視での投影面積が小さくなるので、太陽電池パネル４ａ、４ｂが受ける空気抵抗を小さくするには有利なる。

太陽電池パネル４ａ、４ｂが受ける空気抵抗は、船上では陸上に比して大きくなり易く、太陽電池パネル４ａ、４ｂおよびその付属部材（フレーム９ａ、９ｂ、９ｃ等）の耐久性に及ぼす影響が大きくなる。そこで、角度Ｂを７５°〜１０５°の所定角度、より好ましくは９０°に設定することで、高い発電効率を維持しつつ、太陽電池パネル４ａ、４ｂおよびその付属部材の耐久性を向上させることが可能になる。

太陽電池パネル４ａ、４ｂの上下間隔は、例えば、船舶１４が存在する位置（緯度）および時季により決まる太陽Ｓの南中高度によって設定される。この南中高度に基づいて傾斜角度Ａを設定した後、伸縮機構１１を用いて、太陽電池４ａ、４ｂの側面視での投影面積が最小になるように上下間隔を設定する。

この実施形態では、隣り合う太陽電池パネル４ａ、４ｂの上下間に通気路９ｄが形成れているので、空気抵抗が一段と低減し、付属部材等の耐久性の向上には益々有利になっている。通気路９ｄがなく、太陽電池パネル４ａ、４ｂの上下間が塞がっていると、この部分に水分やゴミ等が溜まり易くなり、不具合の一因になることもあるが、通気路９ｄを設けることによって、この点も改善される。

この発電システム１では作業中に船の向きを、ある程度（例えば、３０°以上）変更した時にも、太陽電池パネル４ａ、４ｂの方位を、その時点の太陽Ｓの方位に対して±４５°の範囲の所定の方位に設定する制御を行なうこともできる。

また、発電システム１は、船の作業中だけでなく、回航（曳航）する際にも稼動させることができる。ただし、その際には、太陽電池パネル４ａ、４ｂの方位を変更する制御は行なわず、一定の方位に固定したままにする。

１ 太陽光発電システム
２ 方位検知手段
３ 発電装置
４ａ、４ｂ 太陽電池パネル
５ 制御部
６ バッテリー
７ 架台
８ａ ベース
８ｂ 回転板
８ｃ ローラ
８ｄ 回転軸
９ａ 脚フレーム
９ｂ 設置フレーム
９ｃ 連結フレーム
９ｄ 通気路
１０ 伸縮機構
１１ 傾斜機構
１２ａ 傾斜保持板
１２ｂ ロック穴
１２ｃ ロックピン
１３ 電動駆動部
１３ａ 旋回軸
１３ｂ 駆動モータ
１４ 船舶

Claims (4)

1. 船の方位を検知する方位検知手段と、太陽電池パネルを有する発電装置と、前記太陽電池パネルが設置される架台と、前記方位検知手段の検知データに基づいて前記太陽電池パネルの方位を変える電動駆動部とを備え、前記太陽電池パネルを水平に対する傾斜角度を可変にして設置する非電動式の傾斜機構を前記架台に設け、前記太陽電池パネルの表面の法線方向が、南中の位置にある太陽の方向に一致する時の太陽電池パネルの最適傾斜角度に対して、前記傾斜角度を一定角度に設定し、０．１時間〜６．０時間に１回の頻度で、前記電動駆動部を駆動させることにより、前記太陽電池パネルの表面の法線方向を、その時点の太陽の方位に対して±４５°の範囲の方位に設定し、前記太陽電池パネルを複数枚、上下に間隔をあけて互いを平行に配置するとともに、上下に隣り合う太陽電池パネルを側面視で前後にずらして配置し、前記上下に隣り合う太陽電池パネルの一方の太陽電池パネルの側面視での他方の太陽電池パネルに近い側にある前端と、他方の太陽電池パネルの側面視での一方の太陽電池パネルに近い側にある後端とを結ぶ直線が、前記一方および他方の太陽電池パネルの表面となす角度を７５°〜１０５°に設定し、前記上下に隣り合う太陽電池パネルの上下間に通気路を形成する船舶搭載用の太陽光発電システム。
2. 前記傾斜角度を、前記太陽電池パネルの表面の法線方向が、南中の位置にある太陽の方向に一致する時の太陽電池パネルの最適傾斜角度に対して０°〜＋３０°の一定角度に設定する請求項１に記載の船舶搭載用の太陽光発電システム。
3. 前記上下に隣り合う太陽電池パネルの一方の太陽電池パネルの側面視での他方の太陽電池パネルに近い側にある前端と、他方の太陽電池パネルの側面視での一方の太陽電池パネルに近い側にある後端とを結ぶ直線が、前記一方および他方の太陽電池パネルの表面となす角度を９０°に設定した請求項１または２に記載の船舶搭載用の太陽光発電システム。
4. 前記上下に隣り合う太陽電池パネルの上下間隔を可変に構成する請求項１〜３のいずれかに記載の船舶搭載用の太陽光発電システム。

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