JP5754029B2 - 海洋移動型太陽光大規模発電システム - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光発電システムに関し、さらに詳しくは、海上に浮遊させた大面積のソーラセル筏より得られる太陽光エネルギーを効率よく輸送して電力に変換したり、自動車用エネルギーなどに利用する太陽光発電システムに関するものである。
過去１００年程度の短期間における化石燃料を使用した人類の種々の活動により、大気中の二酸化炭素（ＣＯ2：温室効果ガス）濃度が急速に増大している。その結果、異常気象の多発、氷河の溶解による海面の上昇等の現象が現実化している。それに対して多くの科学者は、この状態を放置した場合の環境変化を予測して、地球的規模で何らかの対策を講じなければならないと提言している。即ち、化石燃料利用社会からの決別であり、化石燃料エネルギーに代わるクリーンな代替エネルギーへの転換が叫ばれている。また、代替エネルギーの一つとして原子力による発電が実用化され、化石燃料エネルギーに代わる手段としてそれなりに評価されているが、ウラン資源量、使用済み核燃料の処理や安全性といった点を考慮すると、人類が全面的に依存できるエネルギーとは云い難い。クリーンエネルギーとは、大気汚染物質を発生しないエネルギーであり、例えば、風力、太陽熱、太陽光等を利用して、エネルギー変換過程で大気汚染物質を発生しないことが条件となる。
その意味で、近年、太陽光を電気エネルギーに変換するソーラセルの変換効率が向上し、一般家庭においても実用化されている。また、工場の使用電力の一部を賄うために、中規模なソーラセルを設置している企業も見受けられる。しかし、これらの動向は、社会に対してクリーンエネルギーを啓蒙する意味では有効であるが、クリーンエネルギーが現在のエネルギーに完全に取って代わるためのインパクトとしては強いとはいえない。また、太陽光エネルギーはクリーンな半面、エネルギー密度が薄くエネルギーを集めるために大きな面積が必要であり、時間的変動が大きく安定した出力が得にくい点も問題である。
クリーンエネルギーの従来技術として特許文献１には、太陽光発電電力により電気分解して抽出した電解水素ガスを、遠隔地に加圧送出する加圧送出供給設備について開示されている。
また、非特許文献１には、太陽光エネルギーの現状と将来の展望について言及されており、その中で、太陽光発電は、技術的には実用上問題ないレベルにあり、住宅用を中心に普及段階にはいっているが、今後の更なる普及拡大のためには、公共・産業などの非住宅分野に対する利用拡大が必要である旨が示唆されている。
クリーンエネルギーの従来技術として特許文献１には、太陽光発電電力により電気分解して抽出した電解水素ガスを、遠隔地に加圧送出する加圧送出供給設備について開示されている。
また、非特許文献１には、太陽光エネルギーの現状と将来の展望について言及されており、その中で、太陽光発電は、技術的には実用上問題ないレベルにあり、住宅用を中心に普及段階にはいっているが、今後の更なる普及拡大のためには、公共・産業などの非住宅分野に対する利用拡大が必要である旨が示唆されている。
しかしながら、特許文献１に開示されている従来技術は、地上（砂漠）に設置された太陽光発電装置により発電された電力を使用するため、日照時間が限定されて装置の使用効率が低いといった問題がある。また、太陽光発電装置の設置面積にもある程度の制約があるため、発電電力を大きくできないといった問題がある。また、水を供給して電気分解するため、大量の水を供給する設備が必要となるといった問題がある。
また、非特許文献１に開示されている従来技術は、地上或いは海上の定点に風力発電設備と一緒に設置された太陽光発電であり、大規模な発電施設における太陽光発電の位置づけは、現状においては補完的な役割とならざるをえない。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、気象衛星から得られた気象情報に基づいて、海上の晴天域に大量のソーラセルユニットを搬送して大面積のソーラセル筏を複数構築し、そこから得られる大電力により海水を電気分解して抽出した水素を回収することにより、或いは新型蓄電池に直接電気エネルギーを蓄え、遠隔地で発電したエネルギーを効率よく輸送して電気エネルギーとして利用できる太陽光発電システムを提供することを目的とする。これにより，従来の自然エネルギー利用システムの問題点であった出力の小ささや時間的変動の問題を克服し原子力発電所の容量に迫る大規模発電システムが実現できる。
また、非特許文献１に開示されている従来技術は、地上或いは海上の定点に風力発電設備と一緒に設置された太陽光発電であり、大規模な発電施設における太陽光発電の位置づけは、現状においては補完的な役割とならざるをえない。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、気象衛星から得られた気象情報に基づいて、海上の晴天域に大量のソーラセルユニットを搬送して大面積のソーラセル筏を複数構築し、そこから得られる大電力により海水を電気分解して抽出した水素を回収することにより、或いは新型蓄電池に直接電気エネルギーを蓄え、遠隔地で発電したエネルギーを効率よく輸送して電気エネルギーとして利用できる太陽光発電システムを提供することを目的とする。これにより，従来の自然エネルギー利用システムの問題点であった出力の小ささや時間的変動の問題を克服し原子力発電所の容量に迫る大規模発電システムが実現できる。
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、複数のソーラセルをシート状に連結したソーラセルユニットを浮体上に搭載した状態で海上に浮遊するソーラセル筏と、前記ソーラセルユニットにより発電された電気エネルギーを水素に変換する電気−水素変換手段、及び変換された水素を貯留する水素貯留手段を搭載し且つ前記ソーラセル筏を運搬可能なソーラセル筏母船と、前記水素貯留手段に蓄えられた水素を回収する水素回収貯留手段を搭載した回収船と、該回収船から水素を回収して蓄える水素回収タンクと、該水素回収タンクに蓄えられた水素を電気エネルギーに変換するか、又は直接利用するエネルギー変換手段と、を備え、前記浮体上には前記ソーラセルユニットの適所を個別に昇降させる複数の昇降手段を搭載しており、前記各昇降手段を個別に制御することにより、前記ソーラセルユニットの面角度を変更可能とし、前記ソーラセルユニットを、前記ソーラセル筏母船を風力により移動させる帆として利用することを特徴とする。
ソーラセルは太陽の光エネルギーを直接電気エネルギーに変換するために、変換素子として半導体（例えば、シリコン）が用いられる。従って、単体のソーラセルはあまり大きく形成することはできない。本明細書では、単体のソーラセルをシート状に連結したものをソーラセルユニットと称し、このソーラセルユニットを浮体上に搭載して海上に浮遊するものをソーラセル筏と称する。このソーラセル筏上のソーラセルユニットは海上に浮遊しながら太陽光を受けて電気エネルギーを発電する。発電された電気エネルギーは使用しなければ無駄に消費されてしまうため、ソーラセル筏母船に設けた電気−水素変換手段により、海水を電気分解する電力として使用して水素に変換する。即ち、太陽光が電気エネルギーに変換され、更に電気エネルギーが電気分解を起こすための電力として使用して水素に変換する。そして変換した水素をタンクに貯留し、回収船により回収して水素から電気エネルギーに変換するか、又は直接利用する。尚、水素を効率よく貯留するためには、水素を加圧して液体水素にして貯留することが好ましい。また、メタノールは常温、常圧で液体であり、断熱対策が不要であるので、メタノールへ変換して貯蔵する可能性もある。これにより、赤道に近い日照時間の長い海上で得られた太陽光エネルギーを効率よく且つ安価に長距離搬送することができる。
日照時間の変化に対応して効率よく太陽光を受けるためには、日照角度に従ってソーラセルユニット群の面角度を変える必要がある。そこで本発明では、ソーラセルユニットの適所を個別に昇降させる複数の昇降手段を搭載し、各昇降手段を個別に制御して面角度を調整する。これにより、ソーラセルユニット群に太陽光を効率よく照射することができる。また、ソーラセルユニットは、ソーラセル筏群が風を利用して帆走移動するときの帆の役割も兼ね、面角度の調整に当たっては、この機能も考慮する。
船体の移動の際のエネルギーを最小限とするために、風力を利用することがクリーンエネルギーの有効利用となる。ソーラセルユニット群は多数のソーラセルがシート状に構成されているので、昇降手段により角度を調整することによりソーラセルユニットが１つの帆としての役割を担うことができる。これにより、ソーラセル筏母船の移動のためのエネルギーを削減することができる。
ソーラセルは太陽の光エネルギーを直接電気エネルギーに変換するために、変換素子として半導体（例えば、シリコン）が用いられる。従って、単体のソーラセルはあまり大きく形成することはできない。本明細書では、単体のソーラセルをシート状に連結したものをソーラセルユニットと称し、このソーラセルユニットを浮体上に搭載して海上に浮遊するものをソーラセル筏と称する。このソーラセル筏上のソーラセルユニットは海上に浮遊しながら太陽光を受けて電気エネルギーを発電する。発電された電気エネルギーは使用しなければ無駄に消費されてしまうため、ソーラセル筏母船に設けた電気−水素変換手段により、海水を電気分解する電力として使用して水素に変換する。即ち、太陽光が電気エネルギーに変換され、更に電気エネルギーが電気分解を起こすための電力として使用して水素に変換する。そして変換した水素をタンクに貯留し、回収船により回収して水素から電気エネルギーに変換するか、又は直接利用する。尚、水素を効率よく貯留するためには、水素を加圧して液体水素にして貯留することが好ましい。また、メタノールは常温、常圧で液体であり、断熱対策が不要であるので、メタノールへ変換して貯蔵する可能性もある。これにより、赤道に近い日照時間の長い海上で得られた太陽光エネルギーを効率よく且つ安価に長距離搬送することができる。
日照時間の変化に対応して効率よく太陽光を受けるためには、日照角度に従ってソーラセルユニット群の面角度を変える必要がある。そこで本発明では、ソーラセルユニットの適所を個別に昇降させる複数の昇降手段を搭載し、各昇降手段を個別に制御して面角度を調整する。これにより、ソーラセルユニット群に太陽光を効率よく照射することができる。また、ソーラセルユニットは、ソーラセル筏群が風を利用して帆走移動するときの帆の役割も兼ね、面角度の調整に当たっては、この機能も考慮する。
船体の移動の際のエネルギーを最小限とするために、風力を利用することがクリーンエネルギーの有効利用となる。ソーラセルユニット群は多数のソーラセルがシート状に構成されているので、昇降手段により角度を調整することによりソーラセルユニットが１つの帆としての役割を担うことができる。これにより、ソーラセル筏母船の移動のためのエネルギーを削減することができる。
請求項２は、複数のソーラセルをシート状に連結したソーラセルユニットを浮体上に搭載した状態で海上に浮遊するソーラセル筏と、前記ソーラセルユニットにより発電された電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を搭載し且つ前記ソーラセル筏を運搬可能なソーラセル筏母船と、前記蓄電手段に蓄電された電気エネルギーを回収する蓄電池タンカーと、該蓄電池タンカーに蓄えられた電気エネルギーを回収して所定の電力に変換する電力変換ターミナルと、を備え、前記浮体上には前記ソーラセルユニットの適所を個別に昇降させる複数の昇降手段を搭載しており、前記各昇降手段を個別に制御することにより、前記ソーラセルユニットの面角度を変更可能とし、前記ソーラセルユニットを、前記ソーラセル筏母船を風力により移動させる帆として利用することを特徴とする。
本発明は、ソーラセルユニットにより発電した電気エネルギーを直接、蓄電手段（例えば蓄電池等）に蓄電する。そして、各蓄電池タンカーにより電気エネルギーを回収して、所定の電力に変換して使用する。これにより、電気エネルギーを他のエネルギーに変換する変換手段が不要となり、効率よく電気エネルギーを蓄えることができる。
日照時間の変化に対応して効率よく太陽光を受けるためには、日照角度に従ってソーラセルユニット群の面角度を変える必要がある。そこで本発明では、ソーラセルユニットの適所を個別に昇降させる複数の昇降手段を搭載し、各昇降手段を個別に制御して面角度を調整する。これにより、ソーラセルユニット群に太陽光を効率よく照射することができる。また、ソーラセルユニットは、ソーラセル筏群が風を利用して帆走移動するときの帆の役割も兼ね、面角度の調整に当たっては、この機能も考慮する。
船体の移動の際のエネルギーを最小限とするために、風力を利用することがクリーンエネルギーの有効利用となる。ソーラセルユニット群は多数のソーラセルがシート状に構成されているので、昇降手段により角度を調整することによりソーラセルユニットが１つの帆としての役割を担うことができる。これにより、ソーラセル筏母船の移動のためのエネルギーを削減することができる。
請求項３は、複数の前記ソーラセル筏を夫々構成する前記ソーラセル及び前記浮体を連結することによりソーラセル筏群を構築したことを特徴とする。
ソーラセル筏は波浪や風により厳しい環境に曝されることが多い。その場合、ソーラセル筏を分散配置しておくと、流されたり、ソーラセル筏同士が衝突してソーラセルを破損するといった事態が発生する可能性がある。そこで本発明では、複数のソーラセル筏を夫々構成するソーラセル及び浮体を連結することによりソーラセル筏群を構築する。これにより、波浪や風による影響を軽減して、ソーラセル面を安定的に太陽方向に向けることができる。
本発明は、ソーラセルユニットにより発電した電気エネルギーを直接、蓄電手段（例えば蓄電池等）に蓄電する。そして、各蓄電池タンカーにより電気エネルギーを回収して、所定の電力に変換して使用する。これにより、電気エネルギーを他のエネルギーに変換する変換手段が不要となり、効率よく電気エネルギーを蓄えることができる。
日照時間の変化に対応して効率よく太陽光を受けるためには、日照角度に従ってソーラセルユニット群の面角度を変える必要がある。そこで本発明では、ソーラセルユニットの適所を個別に昇降させる複数の昇降手段を搭載し、各昇降手段を個別に制御して面角度を調整する。これにより、ソーラセルユニット群に太陽光を効率よく照射することができる。また、ソーラセルユニットは、ソーラセル筏群が風を利用して帆走移動するときの帆の役割も兼ね、面角度の調整に当たっては、この機能も考慮する。
船体の移動の際のエネルギーを最小限とするために、風力を利用することがクリーンエネルギーの有効利用となる。ソーラセルユニット群は多数のソーラセルがシート状に構成されているので、昇降手段により角度を調整することによりソーラセルユニットが１つの帆としての役割を担うことができる。これにより、ソーラセル筏母船の移動のためのエネルギーを削減することができる。
請求項３は、複数の前記ソーラセル筏を夫々構成する前記ソーラセル及び前記浮体を連結することによりソーラセル筏群を構築したことを特徴とする。
ソーラセル筏は波浪や風により厳しい環境に曝されることが多い。その場合、ソーラセル筏を分散配置しておくと、流されたり、ソーラセル筏同士が衝突してソーラセルを破損するといった事態が発生する可能性がある。そこで本発明では、複数のソーラセル筏を夫々構成するソーラセル及び浮体を連結することによりソーラセル筏群を構築する。これにより、波浪や風による影響を軽減して、ソーラセル面を安定的に太陽方向に向けることができる。
請求項４は、前記浮体は、前記ソーラセルユニット群を搭載する伸縮自在且つ中空の浮体本体と、海中に没して該浮体を安定化させる伸縮自在且つ中空の半潜タンクと、を備え、前記半潜タンクの比重を前記浮体本体が海面より所定量浮上するように設定することを特徴とする。
ソーラセル筏を海上に安定的に浮遊させ且つ効率的に帆走させるためには、特に波浪の影響を最小限にする浮体の構造が重要である。また、浮体を遠隔地の海上まで運搬する必要があるため、ソーラセル筏母船に収納可能な構造も重要である。そこで本発明では、伸縮自在且つ中空の浮体本体と、海中に没して浮体を安定化させる伸縮自在且つ中空の半潜タンクにより構成する。これにより、浮体を運搬するときに中空内の空気や海水を抜いて縮小して収納でき、且つ半潜タンクにより重心を低くして波浪の影響を最小限にすることができる。
ソーラセル筏を海上に安定的に浮遊させ且つ効率的に帆走させるためには、特に波浪の影響を最小限にする浮体の構造が重要である。また、浮体を遠隔地の海上まで運搬する必要があるため、ソーラセル筏母船に収納可能な構造も重要である。そこで本発明では、伸縮自在且つ中空の浮体本体と、海中に没して浮体を安定化させる伸縮自在且つ中空の半潜タンクにより構成する。これにより、浮体を運搬するときに中空内の空気や海水を抜いて縮小して収納でき、且つ半潜タンクにより重心を低くして波浪の影響を最小限にすることができる。
請求項５は、前記ソーラセルユニットを構成する複数のソーラセルを帯状に連結して巻取りローラにより巻取り可能な構成（帯状ソーラセル群）としたことを特徴とする。
ソーラセルは、現在ではフレキシブルな材質で耐久性が高いものが実用化されている。例えばＣＩＧＳ（copper indium gallium diselenide）ソーラセルは、安定して長寿命である。従って、ソーラセルユニットを構成する複数のフレキシブルなソーラセルを帯状、或いは板状に連結することにより、帯状ソーラセルとしてローラで巻き取って収納することができる。これにより、長尺な帯状ソーラセルを簡易な方法で、且つ場所をとらずに収納することができる。
ソーラセルは、現在ではフレキシブルな材質で耐久性が高いものが実用化されている。例えばＣＩＧＳ（copper indium gallium diselenide）ソーラセルは、安定して長寿命である。従って、ソーラセルユニットを構成する複数のフレキシブルなソーラセルを帯状、或いは板状に連結することにより、帯状ソーラセルとしてローラで巻き取って収納することができる。これにより、長尺な帯状ソーラセルを簡易な方法で、且つ場所をとらずに収納することができる。
請求項６は、前記ソーラセルユニットを構成する複数のソーラセルを板状に連結して、屏風状に折り畳み可能な構成（板状ソーラセル群）としたことを特徴とする。
フレキシブルでないソーラセルは、複数のソーラセル単位で板状に構成し、各板状ソーラセルを連結して板状ソーラセルとし、各板状ソーラセルの境界で折り畳んで収納する。これにより、フレキシブルソーラセルより安価なソーラセルを使用できるので、ソーラセルユニットのコストを低減することができる。
フレキシブルでないソーラセルは、複数のソーラセル単位で板状に構成し、各板状ソーラセルを連結して板状ソーラセルとし、各板状ソーラセルの境界で折り畳んで収納する。これにより、フレキシブルソーラセルより安価なソーラセルを使用できるので、ソーラセルユニットのコストを低減することができる。
請求項７は、前記ソーラセル筏母船は、前記昇降手段を制御する制御装置と、前記ソーラセルユニットにより発電されたエネルギーを変換する変換装置と、前記ソーラセル筏を収納する収納部と、を備え、前記制御装置は、気象衛星、及び／又は、ＧＰＳ衛星と通信する通信部と、前記気象衛星から送信される気象情報を受信する気象情報受信部と、前記ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて得られた該ソーラセル筏母船に係る位置情報を取得するＧＰＳ受信部と、前記気象情報受信部により受信した気象情報に基づいて太陽の位置を演算する太陽位置演算部と、気象情報受信部により受信した気象情報に基づいて長期的な航海計画を演算する航海計画演算部と、前記太陽位置演算部により演算された太陽位置、及び風向、風速、前記航海計画に基づいて前記昇降手段を制御するソーラセル角度制御部と、を備え、前記変換装置は、前記ソーラセルユニットにより発電された電力により海水を電気分解する海水電気分解装置と、該海水電気分解装置により抽出された水素を液化する水素液化装置と、該液体水素を貯留する液体水素タンクと、を備えていることを特徴とする。
ソーラセル筏母船は、ソーラセル筏の近傍に待機して、ソーラセルユニット群とケーブルにより接続され、ソーラセルユニット群により発電された電力を利用して海水を電気分解して水素を抽出する。また、気象衛星及びＧＰＳ衛星からの情報に基づいて太陽の位置や船体の位置を確認し、長期気象予報技術を駆使して計画した航海計画により最も効率よく太陽エネルギーが得られる場所に船体を移動して、ソーラセルユニット群の面角度を制御する。これらの制御は、コンピュータにより行われ、船体はリアルタイムに太陽を追尾して可能な限りソーラセルユニット群に太陽光が照射されるように移動する。また、移動の際のエネルギーを最小限とするために、風速と風向を検知して移動方向に対してソーラセルユニット群の面角度を最適化する制御を行なう。これにより、太陽光エネルギーを効率よく他のエネルギーに変換して貯留することができる。
ソーラセル筏母船は、ソーラセル筏の近傍に待機して、ソーラセルユニット群とケーブルにより接続され、ソーラセルユニット群により発電された電力を利用して海水を電気分解して水素を抽出する。また、気象衛星及びＧＰＳ衛星からの情報に基づいて太陽の位置や船体の位置を確認し、長期気象予報技術を駆使して計画した航海計画により最も効率よく太陽エネルギーが得られる場所に船体を移動して、ソーラセルユニット群の面角度を制御する。これらの制御は、コンピュータにより行われ、船体はリアルタイムに太陽を追尾して可能な限りソーラセルユニット群に太陽光が照射されるように移動する。また、移動の際のエネルギーを最小限とするために、風速と風向を検知して移動方向に対してソーラセルユニット群の面角度を最適化する制御を行なう。これにより、太陽光エネルギーを効率よく他のエネルギーに変換して貯留することができる。
請求項８は、前記ソーラセル筏母船は、前記昇降手段を制御する制御装置と、前記ソーラセルユニットにより発電されたエネルギーを蓄電する蓄電装置と、前記ソーラセル筏を収納する収納部と、を備え、前記制御装置は、気象衛星、及び／又は、ＧＰＳ衛星と通信する通信部と、前記気象衛星から送信される気象情報を受信する気象情報受信部と、前記ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて得られた該ソーラセル筏母船に係る位置情報を取得するＧＰＳ受信部と、前記気象情報受信部により受信した気象情報に基づいて太陽の位置を演算する太陽位置演算部と、気象情報受信部により受信した気象情報に基づいて長期的な航海計画を演算する航海計画演算部と、前記太陽位置演算部により演算された太陽位置、及び風向、風速、前記航海計画に基づいて前記昇降手段を制御するソーラセル角度制御部と、を備え、前記蓄電装置は、電力を蓄電する電池部と、前記ソーラセルユニットにより発電された電力を前記電池部に充電し、又は該電池部から電力を出力する充放電装置と、を備えていることを特徴とする。
本発明では、変換装置に代わって蓄電装置を備えている。この蓄電装置には、大容量の電池部と、電池部に充電、或いは電力を出力する充放電装置と、が備えられている。他の構成は請求項８と同様である。これにより、太陽光エネルギーを更に効率よく貯留することができる。
本発明では、変換装置に代わって蓄電装置を備えている。この蓄電装置には、大容量の電池部と、電池部に充電、或いは電力を出力する充放電装置と、が備えられている。他の構成は請求項８と同様である。これにより、太陽光エネルギーを更に効率よく貯留することができる。
本発明によれば、太陽光を電気エネルギーに変換し、更に電気エネルギーを電気分解を起こすための電力に使用して水素に変換する。そして変換した水素をタンクに貯留し、回収船により回収して水素から電気エネルギーに変換するか、又は直接利用するので、赤道に近い日照時間の長い海上で得られた太陽光エネルギーを効率よく且つ安価に長距離搬送することができる。
また、ソーラセルユニットにより発電した電気エネルギーを直接、蓄電手段（例えば蓄電池等）に蓄電して、各蓄電池タンカーにより電気エネルギーを回収して、所定の電力に変換して使用するので、電気エネルギーを変換する変換手段が不要となり、効率よく電気エネルギーを蓄えることができる。
また、複数のソーラセル筏を夫々構成するソーラセル及び浮体を連結することによりソーラセル筏群を構築するので、波浪や風による影響を軽減して、ソーラセル面を安定的に太陽方向に向けることができる。
また、ソーラセルユニットの適所を個別に昇降させる複数の昇降手段を搭載し、各昇降手段を個別に制御して面角度を調整するので、ソーラセルユニットに太陽光を効率よく照射し、且つ帆走に利用することができる。
また、浮体を伸縮自在且つ中空の浮体本体と、海中に没して浮体を安定化させる伸縮自在且つ中空の半潜タンクにより構成するので、浮体を運搬するときに中空内の空気や海水を抜いて縮小して収納でき、且つ半潜タンクにより重心を低くして波浪の影響を最小限にすることができる。
また、ソーラセルユニットを構成する複数のフレキシブルなソーラセルを帯状に連結することにより、帯状ソーラセル群としてローラで巻き取って収納するので、長尺な帯状ソーラセル群を簡易な方法で、且つ場所をとらずに収納することができる。
また、ソーラセルユニットにより発電した電気エネルギーを直接、蓄電手段（例えば蓄電池等）に蓄電して、各蓄電池タンカーにより電気エネルギーを回収して、所定の電力に変換して使用するので、電気エネルギーを変換する変換手段が不要となり、効率よく電気エネルギーを蓄えることができる。
また、複数のソーラセル筏を夫々構成するソーラセル及び浮体を連結することによりソーラセル筏群を構築するので、波浪や風による影響を軽減して、ソーラセル面を安定的に太陽方向に向けることができる。
また、ソーラセルユニットの適所を個別に昇降させる複数の昇降手段を搭載し、各昇降手段を個別に制御して面角度を調整するので、ソーラセルユニットに太陽光を効率よく照射し、且つ帆走に利用することができる。
また、浮体を伸縮自在且つ中空の浮体本体と、海中に没して浮体を安定化させる伸縮自在且つ中空の半潜タンクにより構成するので、浮体を運搬するときに中空内の空気や海水を抜いて縮小して収納でき、且つ半潜タンクにより重心を低くして波浪の影響を最小限にすることができる。
また、ソーラセルユニットを構成する複数のフレキシブルなソーラセルを帯状に連結することにより、帯状ソーラセル群としてローラで巻き取って収納するので、長尺な帯状ソーラセル群を簡易な方法で、且つ場所をとらずに収納することができる。
また、フレキシブルでないソーラセルは、複数のソーラセル単位で板状に構成し、各板状ソーラセルを連結して板状ソーラセル群とし、各板状ソーラセルの境界で折り畳んで収納するので、フレキシブルソーラセルより安価なソーラセルを使用でき、ソーラセルユニットのコストを低減することができる。
また、ソーラセル筏母船は、ソーラセルユニット群が発電した電力を海水を電気分解して水素を抽出する。また、気象衛星及びＧＰＳ衛星からの情報に基づいて太陽の位置や船体の位置を確認し、長期気象予測による航海計画に基づき最も効率よく太陽エネルギーが得られる場所に船体を移動して、ソーラセルユニット群の面角度を制御する。また、移動の際のエネルギーを最小限とするために、風力と風向を検知して移動方向に対してソーラセルユニット群の面角度を最適化する制御を行なう。これにより、太陽光エネルギーを効率よく他のエネルギーに変換して貯留することができる。
また、蓄電装置には、大容量の電池部と、電池部に充電、或いは電力を出力する充放電装置と、が備えられているので、太陽光エネルギーを更に効率よく貯留することができる。
また、ソーラセルユニット群は多数のソーラセルがシート状に構成されているので、ソーラセルユニットが１つの帆としての役割を担うことができる。これにより、ソーラセル筏母船の移動のためのエネルギーを削減することができる。
また、ソーラセル筏母船は、ソーラセルユニット群が発電した電力を海水を電気分解して水素を抽出する。また、気象衛星及びＧＰＳ衛星からの情報に基づいて太陽の位置や船体の位置を確認し、長期気象予測による航海計画に基づき最も効率よく太陽エネルギーが得られる場所に船体を移動して、ソーラセルユニット群の面角度を制御する。また、移動の際のエネルギーを最小限とするために、風力と風向を検知して移動方向に対してソーラセルユニット群の面角度を最適化する制御を行なう。これにより、太陽光エネルギーを効率よく他のエネルギーに変換して貯留することができる。
また、蓄電装置には、大容量の電池部と、電池部に充電、或いは電力を出力する充放電装置と、が備えられているので、太陽光エネルギーを更に効率よく貯留することができる。
また、ソーラセルユニット群は多数のソーラセルがシート状に構成されているので、ソーラセルユニットが１つの帆としての役割を担うことができる。これにより、ソーラセル筏母船の移動のためのエネルギーを削減することができる。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの概要を模式化して表す図である。
符号１は太陽、２は気象衛星、３はＧＰＳ衛星を示す。
太陽光発電システム１００は、複数のソーラセル２１（図２参照）をシート状に連結したソーラセルユニット２０（図２参照）を浮体２３上（図２参照）に搭載した状態で海上に浮遊するソーラセル筏５と、ソーラセルユニット２０が発電した電気エネルギーを水素に変換する海水電気分解装置（電気−水素変換手段）５７（図６参照）、及び変換した水素を貯留する液体水素タンク（水素貯留手段）５９（図６参照）を搭載し、且つソーラセル筏５を運搬或いは曳船可能なソーラセル筏母船４と、液体水素タンク５９に蓄えた水素を回収する水素回収貯留手段を搭載した回収船６と、回収船６から水素を回収して蓄える水素回収タンク９と、水素回収タンク９に蓄えた水素を電気エネルギーに変換する発電所（エネルギー変換手段）１０と、を備えて構成されている。
尚、図１の例ではソーラセル筏５はＡ、Ｂ、Ｃの３基あり、各ソーラセル筏Ａ、Ｂ、Ｃには夫々４隻のソーラセル筏母船４が接続されているが、これは一例に過ぎず、ソーラセル筏の個数、ソーラセル筏母船４の台数等は種々変更可能である。また、複数のソーラセル筏を夫々構成するソーラセル及び浮体２３を連結することにより、大面積のソーラセルユニットを備えたソーラセル筏群が構築される。また、回収船６はソーラセル筏Ａ、Ｂ、Ｃの順に各ソーラセル筏母船４に貯留されている水素を回収する。尚、ソーラセル筏母船４とは別に、ソーラセル筏５のみを収納して運搬する運搬船を備えるようにしても良い。このときは、ソーラセル筏母船４は夫々制御装置４０及び変換装置４１を備える構造となる。また、蓄電装置４６のみを搭載するソーラセル筏母船４を備えるようにしても良い。このときは、水素を専門に回収する回収船６と、電気エネルギーを専門に回収する蓄電池タンカー１３があり、ソーラセル筏母船４も、変換装置４１を搭載して水素を貯留するタイプと、蓄電装置４６を搭載して電気エネルギーを蓄電するタイプの母船が存在する。
符号１は太陽、２は気象衛星、３はＧＰＳ衛星を示す。
太陽光発電システム１００は、複数のソーラセル２１（図２参照）をシート状に連結したソーラセルユニット２０（図２参照）を浮体２３上（図２参照）に搭載した状態で海上に浮遊するソーラセル筏５と、ソーラセルユニット２０が発電した電気エネルギーを水素に変換する海水電気分解装置（電気−水素変換手段）５７（図６参照）、及び変換した水素を貯留する液体水素タンク（水素貯留手段）５９（図６参照）を搭載し、且つソーラセル筏５を運搬或いは曳船可能なソーラセル筏母船４と、液体水素タンク５９に蓄えた水素を回収する水素回収貯留手段を搭載した回収船６と、回収船６から水素を回収して蓄える水素回収タンク９と、水素回収タンク９に蓄えた水素を電気エネルギーに変換する発電所（エネルギー変換手段）１０と、を備えて構成されている。
尚、図１の例ではソーラセル筏５はＡ、Ｂ、Ｃの３基あり、各ソーラセル筏Ａ、Ｂ、Ｃには夫々４隻のソーラセル筏母船４が接続されているが、これは一例に過ぎず、ソーラセル筏の個数、ソーラセル筏母船４の台数等は種々変更可能である。また、複数のソーラセル筏を夫々構成するソーラセル及び浮体２３を連結することにより、大面積のソーラセルユニットを備えたソーラセル筏群が構築される。また、回収船６はソーラセル筏Ａ、Ｂ、Ｃの順に各ソーラセル筏母船４に貯留されている水素を回収する。尚、ソーラセル筏母船４とは別に、ソーラセル筏５のみを収納して運搬する運搬船を備えるようにしても良い。このときは、ソーラセル筏母船４は夫々制御装置４０及び変換装置４１を備える構造となる。また、蓄電装置４６のみを搭載するソーラセル筏母船４を備えるようにしても良い。このときは、水素を専門に回収する回収船６と、電気エネルギーを専門に回収する蓄電池タンカー１３があり、ソーラセル筏母船４も、変換装置４１を搭載して水素を貯留するタイプと、蓄電装置４６を搭載して電気エネルギーを蓄電するタイプの母船が存在する。
次に本発明の太陽光発電システム１００の概略動作について説明する。尚、図１では、海水を電気分解して水素に変換するタイプについて説明する。ソーラセル筏母船４の船団は、回収基地８から夫々が担当するソーラセル筏５を運搬して拠点の海域まで移動する。移動の際には予め気象衛星２から得られた気象情報に基づいて拠点海域の気象状況を確認しておく。そして各船団が停泊する拠点海域までの各船団の位置は、ＧＰＳ衛星３から得られた位置情報により制御される。拠点の海域に到着した各船団は、ソーラセル筏母船４からソーラセル筏５を構成する浮体２３を海上に下ろす。浮体２３は、例えば、浮き袋のように内部を中空として圧縮空気により拡げるようにする（詳細は後述する）。そのようにして設置された浮体２３上に、例えば、ローラにより巻き取られて収納されているソーラセルユニット２０を引き出して設置する。そして、各ソーラセルユニット２０間をケーブルにより接続して浮体２３上の全面にソーラセルを敷き詰める。ソーラセルユニット２は、例えば縦横１００ｍ×１００ｍサイズの正方形とする。
各ソーラセル筏Ａ、Ｂ、Ｃが完成すると、ソーラセル筏母船４から太陽１の方角にソーラセル面が向くように角度を調節する。そして、各ソーラセル筏５により太陽エネルギーを電気エネルギーに変換して、その電力を使用してソーラセル筏母船４内で海水を電気分解して水素を抽出する。抽出された水素は、液化されてタンクに貯留する。尚、太陽１は地球の自転に伴って角度が変わるため、リアルタイムに太陽位置を演算して常に太陽光が当たる角度にソーラセルユニット２０の角度を調整し、且つソーラセル筏母船４を移動して可能な限り太陽光を追尾するように制御する。
各ソーラセル筏Ａ、Ｂ、Ｃが完成すると、ソーラセル筏母船４から太陽１の方角にソーラセル面が向くように角度を調節する。そして、各ソーラセル筏５により太陽エネルギーを電気エネルギーに変換して、その電力を使用してソーラセル筏母船４内で海水を電気分解して水素を抽出する。抽出された水素は、液化されてタンクに貯留する。尚、太陽１は地球の自転に伴って角度が変わるため、リアルタイムに太陽位置を演算して常に太陽光が当たる角度にソーラセルユニット２０の角度を調整し、且つソーラセル筏母船４を移動して可能な限り太陽光を追尾するように制御する。
一方、回収基地８に待機している回収船（団）６は、ソーラセル筏母船４内のタンクが満杯になった旨が連絡されてくると、回収基地８を出発してソーラセル筏母船４が待機する海域まで移動する。そして、海域に到着すると、各ソーラセル筏母船４から水素を回収して回収基地８に帰航する。回収基地８には、その沖合いに輸送管７が設置されており、そこから回収船７に貯留された水素を水素回収タンク９に輸送する。尚、輸送管７を使用せずに、回収基地８の港に寄港して直接回収船６から水素回収タンク９に回収するようにしてもよい。回収基地８では発電所１０内に設置された例えば燃料電池により、水素回収タンク９に貯留された水素と酸素を電気化学反応させて電気を生成する。
即ち、ソーラセル２１としては、太陽の光エネルギーを直接電気エネルギーに変換するために、変換素子として半導体（例えばシリコン）を用いる。従って、単体のソーラセルはあまり大きく形成することはできない。そこで、単体のソーラセルをシート状に連結したソーラセルユニット２０を形成し、このソーラセルユニット２０を各浮体２３上に搭載したソーラセル筏５を海上に浮遊させる。このソーラセル筏５は海上に浮遊しながら太陽光を受けて電気エネルギーを生成する。生成された電気エネルギーは使用しなければ無駄に消費されてしまうため、ソーラセル筏５と接続されたソーラセル筏母船４に設置した水電気分解装置５７により、電気エネルギーを用いて海水を電気分解して水素に変換する。即ち、ソーラセルにより太陽光を電気エネルギーに変換し、更に電気エネルギーにより海水を電気分解して水素に変換する。そして変換された水素をソーラセル筏母船４上のタンクに貯留し、その後回収船６により回収し、例えば、大規模な燃料電池により水素回収タンク９に貯留された水素と酸素を電気化学反応させて電気エネルギーを生成する。尚、水素を効率よく貯留するためには、水素を加圧して液体水素にして貯留することが好ましい。また、メタノールは常温、常圧で液体であり、断熱対策が不要であるので、メタノールへ変換して貯蔵する可能性もある。これにより、赤道に近い日照時間の長い海上で得られた太陽光エネルギーを効率よく且つ安価に長距離搬送することができる。
即ち、ソーラセル２１としては、太陽の光エネルギーを直接電気エネルギーに変換するために、変換素子として半導体（例えばシリコン）を用いる。従って、単体のソーラセルはあまり大きく形成することはできない。そこで、単体のソーラセルをシート状に連結したソーラセルユニット２０を形成し、このソーラセルユニット２０を各浮体２３上に搭載したソーラセル筏５を海上に浮遊させる。このソーラセル筏５は海上に浮遊しながら太陽光を受けて電気エネルギーを生成する。生成された電気エネルギーは使用しなければ無駄に消費されてしまうため、ソーラセル筏５と接続されたソーラセル筏母船４に設置した水電気分解装置５７により、電気エネルギーを用いて海水を電気分解して水素に変換する。即ち、ソーラセルにより太陽光を電気エネルギーに変換し、更に電気エネルギーにより海水を電気分解して水素に変換する。そして変換された水素をソーラセル筏母船４上のタンクに貯留し、その後回収船６により回収し、例えば、大規模な燃料電池により水素回収タンク９に貯留された水素と酸素を電気化学反応させて電気エネルギーを生成する。尚、水素を効率よく貯留するためには、水素を加圧して液体水素にして貯留することが好ましい。また、メタノールは常温、常圧で液体であり、断熱対策が不要であるので、メタノールへ変換して貯蔵する可能性もある。これにより、赤道に近い日照時間の長い海上で得られた太陽光エネルギーを効率よく且つ安価に長距離搬送することができる。
図２は本発明に係るソーラセル筏の構成を説明する図である。図２（ａ）はソーラセル筏の上面図、図２（ｂ）は海中に一部を没したソーラセル筏の側面図、図２（ｃ）はソーラセルユニットの部分拡大図、図２（ｄ）は他の実施形態に係るソーラセル筏の側面図である。ここで、複数のソーラセル２１をシート状に連結したものをソーラセルユニット２０と称し、ソーラセルユニット２０を浮体２３上に搭載したものをソーラセル筏５と称する。
この例では、ソーラセルユニット２０を各辺が１００ｍの正方形とし、ソーラセルユニット２０の面積を１０、０００平方メートルとした。また、ソーラセルユニット２０を例えば短辺が１０ｍ幅の帯状体に分割できるように構成しておくことにより、ロール状に巻き取ったり、折り畳んでコンパクト化することが容易となるため、ソーラセル筏母船に収納する作業が容易となる。
この例では、ソーラセルユニット２０を各辺が１００ｍの正方形とし、ソーラセルユニット２０の面積を１０、０００平方メートルとした。また、ソーラセルユニット２０を例えば短辺が１０ｍ幅の帯状体に分割できるように構成しておくことにより、ロール状に巻き取ったり、折り畳んでコンパクト化することが容易となるため、ソーラセル筏母船に収納する作業が容易となる。
また、浮体２３は、ソーラセルユニット２０を搭載する伸縮自在で、且つ中空の浮体本体２７と、海中１１に没して浮体２３を安定化させる伸縮自在で、且つ中空の半潜タンク３０と、を備え、半潜タンク３０の比重を浮体本体２７が海面１１ａより所定量浮上するように設定する。また、浮体２３上にはソーラセルユニット２０の適所（この例では４隅）を個別に昇降させる複数の角度制御アーム（昇降手段）２５を搭載しており、固定具２４によりソーラセルユニット２０を浮体２３に固定している。そして各角度制御アーム２５を個別に制御することにより、ソーラセルユニット２０の受光面角度を変更可能とした。また、浮体本体２７には、ソーラセルユニット２０により発電された電力を集電ワイヤ２８により集電して集電コネクタ２９を介してソーラセル筏母船４に供給する。角度制御アーム２５としては、油圧、空気圧等を用いた手段を用いる。
尚、浮体本体２７と半潜タンク３０は連通管３１により連通され、それにより浮体本体２７と半潜タンク３０とが一体的に構成され、連通管３１を介して半潜タンク３０の比重を調整する海水３２等を供給することができる。即ち、浮体全体の重量と浮力の兼ね合いにより浮体本体２７が所定の量だけ海面１１ａより浮上するように海水３２の量を調整する。
尚、浮体本体２７と半潜タンク３０は連通管３１により連通され、それにより浮体本体２７と半潜タンク３０とが一体的に構成され、連通管３１を介して半潜タンク３０の比重を調整する海水３２等を供給することができる。即ち、浮体全体の重量と浮力の兼ね合いにより浮体本体２７が所定の量だけ海面１１ａより浮上するように海水３２の量を調整する。
また、ソーラセル筏５を海上に安定的に浮遊させ且つ効率的に帆走させるためには、特に波浪の影響を最小限にする浮体２３の構造が重要である。また、浮体２３を遠隔地の海上まで運搬する必要があるため、ソーラセル筏母船４に収納できるようにコンパクト化が可能な構造も重要である。そこで本実施形態では、伸縮自在で且つ中空の浮体本体２７と、海中１１に没して浮体２３を安定化させる伸縮自在で且つ中空の半潜タンク３０により構成する。これにより、浮体２３を運搬するときに中空内の空気や海水を抜いて縮小して収納でき、且つ半潜タンク３０により重心を低くして波浪の影響を最小限にすることができる。
更に、図２（ｄ）のように、浮体本体２７を省略して、半潜タンク３０から直接、柱３８を立て、その先端に角度制御アーム２５を設ける構成としても良い。
更に、図２（ｄ）のように、浮体本体２７を省略して、半潜タンク３０から直接、柱３８を立て、その先端に角度制御アーム２５を設ける構成としても良い。
図３はソーラセルユニットの受光面角度を調整する様子を説明する図である。図３（ａ）は太陽が東側にある場合を示し、図３（ｂ）は太陽が南中にある場合を示し、図３（ｃ）は太陽が西側にある場合を示す。図３（ａ）のように太陽１が東側にある場合は、隣接する一対の角度制御アーム２５ａの突出長を短く設定し、隣接する一対の角度制御アーム２５ｂの突出長を長く設定する。これによりソーラセルユニット２０の受光面は太陽１の方向に向く。また、図３（ｂ）のように太陽１が南中にある場合は、各角度制御アーム２５ａと２５ｂが同じ高さになるように設定する。これによりソーラセルユニット２０の受光面は太陽１の方向に向く。図３（ｃ）のように太陽１が西側にある場合は、隣接する一対の角度制御アーム２５ｂの突出長を短く設定し、隣接する一対角度制御アーム２５ａの突出長を長く設定する。これによりソーラセルユニット２０の受光面は太陽１の方向に向く。
即ち、地球上から見た太陽は地球の自転により時間と共に日照角度が変化する。従って、効率よく太陽光を受けるためには、日照角度に従ってソーラセルユニット２０の面角度を変える必要がある。そこで本実施形態では、ソーラセルユニット２０の４隅を個別に昇降させる複数の角度制御アーム２５を搭載し、各角度制御アーム２５を個別に制御して受光面角度を調整する。これにより、ソーラセルユニット２０に太陽光を効率よく照射することができる。
即ち、地球上から見た太陽は地球の自転により時間と共に日照角度が変化する。従って、効率よく太陽光を受けるためには、日照角度に従ってソーラセルユニット２０の面角度を変える必要がある。そこで本実施形態では、ソーラセルユニット２０の４隅を個別に昇降させる複数の角度制御アーム２５を搭載し、各角度制御アーム２５を個別に制御して受光面角度を調整する。これにより、ソーラセルユニット２０に太陽光を効率よく照射することができる。
図４はソーラセル筏母船にソーラセルユニットを収納する様子を説明する図である。図４（ａ）は、ソーラセル筏母船４に、例えば、２つのローラ３５、３６を固定するアーム３４が備えられ、ローラ３５には既にソーラセルユニット２０ａが巻き取られて収納する。また、別のローラ３６には、浮体本体２７からソーラセルユニット２０ｂが矢印の方向に巻き取られている。尚、ソーラセルユニット２０を巻き取る前に、各ソーラセルユニット２０を互いに連結しているケーブルを外したり、固定具２４からソーラセルユニット２０を予め外しておく。
前記のようにローラに巻き取るタイプのソーラセル２１は、フレキシブルタイプが好適であり、現在ではフレキシブルな材質で耐久性が高いものが実用化されている。例えばＣＩＧＳ（copper indium gallium diselenide）ソーラセルは、安定して長寿命である。従って、ソーラセルユニット２０を構成する複数のフレキシブルなソーラセルを帯状に連結することにより、帯状ソーラセル群をローラで巻き取って収納することができる。これにより、長尺な帯状ソーラセル群を簡易な方法で、且つ場所をとらずに収納することができる。
図４（ｂ）は、ソーラセルユニット２０を構成する複数のソーラセル２１を板状に連結して、屏風状に折り畳み可能な構成（板状ソーラセル群３７）としたものである。即ち、フレキシブルでないソーラセルは、複数のソーラセル単位で板状に構成し、各板状ソーラセルを連結して板状ソーラセル群とし、各板状ソーラセルの境界で折り畳んで収納する。これにより、フレキシブルなソーラセルに比べて安価なソーラセルを使用できるので、ソーラセルユニットのコストを低減することができる。
前記のようにローラに巻き取るタイプのソーラセル２１は、フレキシブルタイプが好適であり、現在ではフレキシブルな材質で耐久性が高いものが実用化されている。例えばＣＩＧＳ（copper indium gallium diselenide）ソーラセルは、安定して長寿命である。従って、ソーラセルユニット２０を構成する複数のフレキシブルなソーラセルを帯状に連結することにより、帯状ソーラセル群をローラで巻き取って収納することができる。これにより、長尺な帯状ソーラセル群を簡易な方法で、且つ場所をとらずに収納することができる。
図４（ｂ）は、ソーラセルユニット２０を構成する複数のソーラセル２１を板状に連結して、屏風状に折り畳み可能な構成（板状ソーラセル群３７）としたものである。即ち、フレキシブルでないソーラセルは、複数のソーラセル単位で板状に構成し、各板状ソーラセルを連結して板状ソーラセル群とし、各板状ソーラセルの境界で折り畳んで収納する。これにより、フレキシブルなソーラセルに比べて安価なソーラセルを使用できるので、ソーラセルユニットのコストを低減することができる。
図５は、本発明に係るソーラセル筏母船の構成を説明する図である。ソーラセル筏母船４は、角度制御アーム２５を制御する制御装置４０と、ソーラセルユニット２０により発電されたエネルギーを水素に変換する変換装置４１と、ソーラセル筏５を船内（外）に収納するソーラセル筏収納部４２と、を備え、ケーブル４５によりソーラセル筏５で発電された電力を変換装置４１に供給している。また、制御装置４０に気象衛星２及びＧＰＳ衛星３からの情報を受信して供給するアンテナ４４と、風向及び風速を検知する風向・風速計４３とを備えている。尚、ソーラセル筏母船４とは別に、ソーラセル筏５のみを収納して運搬する母船を備えるようにしても良い。このときは、ソーラセル筏母船４は夫々制御装置４０と変換装置４１を備える構造となる。また、図示は省略するが、ソーラセル筏母船４を移動するときのエネルギーを最小限とするために、帆を備え、風力によりソーラセル筏母船４を帆走させることも考えられる。尚、変換装置４１に代わって、ソーラセルユニット２０により発電された電気エネルギーを直接蓄える蓄電装置４６を搭載するように構成しても良い。
尚、蓄電装置４６として、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等が考えられるが、最近は、電気二重層キャパシタといって、大電力を容易に出し入れできる新しい電力貯蔵デバイスが登場している。これは、作られた電気エネルギーをムダにせず、手軽に、効率よく、すぐ使えるように「電気を貯めておけるもの」として、海外ではすでにバスに搭載、実用化もされている。日本でも自動車や重機への搭載、照明用電源など幅広い分野で実用化に向けた取り組みがなされている。今後、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等との併用や単独使用により、様々な産業分野での活用が期待されている。また、電気二重層キャパシタの特徴として、１）急速に大電流の充放電ができる。２）充放電の効率がよい。３）繰り返し充放電に強く寿命が長い。４）有害な重金属を含まず、環境に優しい。５）故障の発生が少なく爆発の危険性が低いといった多くの特徴を有する。
尚、蓄電装置４６として、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等が考えられるが、最近は、電気二重層キャパシタといって、大電力を容易に出し入れできる新しい電力貯蔵デバイスが登場している。これは、作られた電気エネルギーをムダにせず、手軽に、効率よく、すぐ使えるように「電気を貯めておけるもの」として、海外ではすでにバスに搭載、実用化もされている。日本でも自動車や重機への搭載、照明用電源など幅広い分野で実用化に向けた取り組みがなされている。今後、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等との併用や単独使用により、様々な産業分野での活用が期待されている。また、電気二重層キャパシタの特徴として、１）急速に大電流の充放電ができる。２）充放電の効率がよい。３）繰り返し充放電に強く寿命が長い。４）有害な重金属を含まず、環境に優しい。５）故障の発生が少なく爆発の危険性が低いといった多くの特徴を有する。
図６（ａ）は図５で説明した制御装置の詳細を説明する機能ブロック図であり、図６（ｂ）は図５で説明した変換装置の詳細を説明する機能ブロック図であり、図６（ｃ）は図５で説明した蓄電装置の詳細を説明する機能ブロック図である。
図６（ａ）より、制御装置４０は、気象衛星２、及び／又は、ＧＰＳ衛星３と通信する通信部５０と、気象衛星２から送信される気象情報を受信する気象情報受信部５３と、気象情報受信部５３により受信した気象情報に基づいて太陽の位置を演算する太陽位置演算部５４と、気象情報受信部５３により受信した気象情報に基づいて長期的な航海計画を演算する航海計画演算部６１と、ＧＰＳ衛星３からの信号を受信するＧＰＳ受信部５１と、ＧＰＳ受信部５１により得られたＧＰＳ情報からソーラセル筏母船４の船体位置を演算する船体位置演算部５２と、太陽位置演算部５４により演算された太陽位置及び風向、風速、航海計画に基づいて角度制御アーム２５を制御するソーラセル群角度制御部５６と、制御装置４０に気象衛星２及びＧＰＳ衛星３からの情報を受信して供給するアンテナ４４と、風向及び風速を検知する風向・風速計４３とを備えている。
図６（ａ）より、制御装置４０は、気象衛星２、及び／又は、ＧＰＳ衛星３と通信する通信部５０と、気象衛星２から送信される気象情報を受信する気象情報受信部５３と、気象情報受信部５３により受信した気象情報に基づいて太陽の位置を演算する太陽位置演算部５４と、気象情報受信部５３により受信した気象情報に基づいて長期的な航海計画を演算する航海計画演算部６１と、ＧＰＳ衛星３からの信号を受信するＧＰＳ受信部５１と、ＧＰＳ受信部５１により得られたＧＰＳ情報からソーラセル筏母船４の船体位置を演算する船体位置演算部５２と、太陽位置演算部５４により演算された太陽位置及び風向、風速、航海計画に基づいて角度制御アーム２５を制御するソーラセル群角度制御部５６と、制御装置４０に気象衛星２及びＧＰＳ衛星３からの情報を受信して供給するアンテナ４４と、風向及び風速を検知する風向・風速計４３とを備えている。
また、図６（ｂ）より、変換装置４１は、ソーラセルユニット２０により発電された電力により海水を電気分解する海水電気分解装置５７と、海水電気分解装置５７により抽出された水素を液化する水素液化装置５８と、液体水素を貯留する液体水素タンク５９と、を備えている。また、ソーラセル筏５から得られた電力の余剰分をそのまま蓄電する蓄電池６０を備え、天候の急変、或いは夜間に蓄電池６０に蓄電された電気エネルギーを使用して電気分解を行うようにしても良い。尚、図示は省略するが、メタノールは常温、常圧で液体であり、断熱対策が不要であるので、メタノールへ変換して貯蔵する装置を備えるようにしても良い。
また、図６（ｃ）より、蓄電装置４６は、電力を蓄電する電池部６３と、ソーラセルユニット２０により発電された電力を電池部６３に充電し、又は電池部６３から電力を出力する充放電装置６２と、を備えている。また、充放電装置６２には、電池部６３に蓄電された電気エネルギーを出力して蓄電池タンカー１３に供給する出力ターミナル６４が備えられている。
即ち、ソーラセル筏母船４は、ソーラセル筏５の近傍に待機して、ソーラセルユニット２０とケーブル４５により接続され、ソーラセルユニット２０により発電された電力を利用して海水を電気分解して水素を抽出する。また、気象衛星２及びＧＰＳ衛星３からの情報に基づいて太陽１の位置や船体４の位置を確認し、長期気象予測に基づいた航海計画により最も効率よく太陽エネルギーが得られる場所にソーラセル筏５を移動して、ソーラセルユニット２０の受光面角度を制御する。これらの制御は、コンピュータにより行われ、ソーラセル筏母船４はリアルタイムに太陽を追尾して可能な限りソーラセルユニット２０に太陽光が照射されるように移動する。また、移動の際のエネルギーを最小限とするために、風力と風向を検知して移動方向に対してソーラセルユニット２０の面角度を最適化する制御を行なう。これにより、太陽光エネルギーを効率よく他のエネルギーに変換して貯留することができる。尚、海水には各種の物質が含まれているため、電気分解により水素以外にも、ナトリウム、カリウム、その他レアーメタルなども取り出すことができる。
また、ソーラセルユニット２０により発電した電気エネルギーを直接、蓄電装置４６に蓄電する。そして、各蓄電池タンカー１３により電気エネルギーを回収して、所定の電力に変換して使用する。これにより、電気エネルギーを変換する変換装置４１が不要となり、効率よく電気エネルギーを蓄えることができる。即ち、変換装置４１に代わって蓄電装置４６を備えている。この蓄電装置４６には、大容量の電池部６３と、電池部６３に充電、或いは電力を出力する充放電装置６２と、が備えられている。これにより、太陽光エネルギーを更に効率よく貯留することができる。
また、図６（ｃ）より、蓄電装置４６は、電力を蓄電する電池部６３と、ソーラセルユニット２０により発電された電力を電池部６３に充電し、又は電池部６３から電力を出力する充放電装置６２と、を備えている。また、充放電装置６２には、電池部６３に蓄電された電気エネルギーを出力して蓄電池タンカー１３に供給する出力ターミナル６４が備えられている。
即ち、ソーラセル筏母船４は、ソーラセル筏５の近傍に待機して、ソーラセルユニット２０とケーブル４５により接続され、ソーラセルユニット２０により発電された電力を利用して海水を電気分解して水素を抽出する。また、気象衛星２及びＧＰＳ衛星３からの情報に基づいて太陽１の位置や船体４の位置を確認し、長期気象予測に基づいた航海計画により最も効率よく太陽エネルギーが得られる場所にソーラセル筏５を移動して、ソーラセルユニット２０の受光面角度を制御する。これらの制御は、コンピュータにより行われ、ソーラセル筏母船４はリアルタイムに太陽を追尾して可能な限りソーラセルユニット２０に太陽光が照射されるように移動する。また、移動の際のエネルギーを最小限とするために、風力と風向を検知して移動方向に対してソーラセルユニット２０の面角度を最適化する制御を行なう。これにより、太陽光エネルギーを効率よく他のエネルギーに変換して貯留することができる。尚、海水には各種の物質が含まれているため、電気分解により水素以外にも、ナトリウム、カリウム、その他レアーメタルなども取り出すことができる。
また、ソーラセルユニット２０により発電した電気エネルギーを直接、蓄電装置４６に蓄電する。そして、各蓄電池タンカー１３により電気エネルギーを回収して、所定の電力に変換して使用する。これにより、電気エネルギーを変換する変換装置４１が不要となり、効率よく電気エネルギーを蓄えることができる。即ち、変換装置４１に代わって蓄電装置４６を備えている。この蓄電装置４６には、大容量の電池部６３と、電池部６３に充電、或いは電力を出力する充放電装置６２と、が備えられている。これにより、太陽光エネルギーを更に効率よく貯留することができる。
図７は本発明の太陽光発電システムに係るソーラセル筏母船の行動過程を説明するフローチャートである。ソーラセル筏母船４の船団は、回収基地８から夫々が担当するソーラセル筏５を運搬して拠点の海上まで移動する（Ｓ１）。移動の際には拠点海域の気象状況を予め気象衛星２から取得し（Ｓ２）、得られた気象情報に基づいて拠点位置が決定される（Ｓ３）。そして拠点までの各船団の位置はＧＰＳ衛星３から得られた位置情報により制御される。拠点に到着した各船団は（ステップＳ４でＹ）、ソーラセル筏母船４からソーラセル筏５を構成する浮体２３を海上に下ろす。浮体２３は、例えば、浮き袋のように内部を中空として圧縮空気により拡げるようにする。そのようにして設置された浮体２３上に、例えば、ローラにより巻き取られて収納されているソーラセルユニット２０を引き出して浮体２３上に設置する。そして、各ソーラセルユニット２０間をケーブルにより接続して浮体２３上の全面にソーラセルが敷き詰められるようにする（Ｓ５）。各ソーラセル筏Ａ、Ｂ、Ｃが完成すると、ソーラセル筏母船４は、気象衛星２からの情報に基づいて太陽の方角を演算する（Ｓ６）。また、風向、風速を測定して航海計画を演算し（Ｓ７）、そして太陽１の方角にソーラセル面が向くように角度が調節される（Ｓ８）。そして、各ソーラセル筏５により太陽エネルギーが電気エネルギーに変換されて、その電力を使用してソーラセル筏母船４内で海水を電気分解して（Ｓ９）水素を抽出する。抽出された水素は、液化されてタンクに貯留され、タンクが満杯になると（ステップＳ１０でＹ）回収船６に回収を依頼する（Ｓ１１）。
図８は、浮体を海上に設置するまでの工程を説明するフローチャートである。ソーラセル筏母船４が現場に到達すると、浮体２３を海上に広げる（Ｓ２０）。次に浮体２３に圧縮空気を注入して沈まないようにする（Ｓ２１）。その状態で浮体２３が海面から所定量浮上するようにするために、半潜タンク３０に海水を注入する（Ｓ２２）。その量は浮体本体２７が所定量海面から浮上するように調整される（Ｓ２３）。そして浮体が安定したらソーラセルユニット２０を角度制御アーム２５に固定具２４により固定する（Ｓ２４）。そして集電コネクタ２９をソーラセル筏母船４に接続する（Ｓ２５）。
図９は、本発明の太陽光発電システムに係る回収船の行動過程を説明するフローチャートである。回収基地８ではソーラセル筏母船４から回収の要請があるか否かを判断する（Ｓ３０）。ソーラセル筏母船４から回収の要請があると（ステップＳ３０でＹ）、回収船６が回収基地８から出発する（Ｓ３１）。そして、現場に到着するとソーラセル筏母船４から液体水素を回収する（Ｓ３２）。その海域の全てのソーラセル筏母船４からの回収が終了したか否かを判断して（Ｓ３３）、終了していなければ（ステップＳ３３でＮ）、他のソーラセル筏母船４の液体水素を回収する（Ｓ３７）。しかし、回収船６の回収能力にも限界があるので適宜回収船６の回収容量に余裕があるか否かを判断し（Ｓ３４）、余裕が無ければ（ステップＳ３４でＮ）、回収船６は回収を途中で中断して回収基地８に帰航して（Ｓ３５）、回収基地８の水素回収タンク９に収容する（Ｓ３６）。
上記にて説明した本発明に係る太陽光発電システムは、例えば、ソーラセル筏５の合計面積が２平方キロメートルとなるように本システムを構成した場合、直射日光のエネルギー率を１ｋＷ／ｍ2、電気変換効率を１２％（現時点での控えめな値）、発電時間を平均１０時間／日と想定すると、１０万ＫＷの発電所に匹敵し、また上記面積を２０平方キロメートルに拡大した場合、１００万ＫＷの原子力発電所に匹敵する。
上記にて説明した本発明に係る太陽光発電システムは、例えば、ソーラセル筏５の合計面積が２平方キロメートルとなるように本システムを構成した場合、直射日光のエネルギー率を１ｋＷ／ｍ2、電気変換効率を１２％（現時点での控えめな値）、発電時間を平均１０時間／日と想定すると、１０万ＫＷの発電所に匹敵し、また上記面積を２０平方キロメートルに拡大した場合、１００万ＫＷの原子力発電所に匹敵する。
図１０は、本発明の太陽光発電システムに係る蓄電池タンカーの行動過程を説明するフローチャートである。回収基地８ではソーラセル筏母船４から回収の要請があるか否かを判断する（Ｓ４０）。ソーラセル筏母船４から回収の要請があると（ステップＳ４０でＹ）、蓄電池タンカー１３が回収基地８から出発する（Ｓ４１）。そして、現場に到着するとソーラセル筏母船４から電気エネルギーを回収する（Ｓ４２）。その海域の全てのソーラセル筏母船４からの回収が終了したか否かを判断して（Ｓ４３）、終了していなければ（ステップＳ４３でＮ）、他のソーラセル筏母船４の電気エネルギーを回収する（Ｓ４７）。しかし、蓄電池タンカー１３の回収能力にも限界があるので適宜蓄電池タンカー１３の回収容量に余裕があるか否かを判断し（Ｓ４４）、余裕が無ければ（ステップＳ４４でＮ）、蓄電池タンカー１３は回収を途中で中断して回収基地８に帰航して（Ｓ４５）、回収基地８の電力変換ターミナル１２に収容する（Ｓ４６）。
１ 太陽、２ 気象衛星、３ ＧＰＳ衛星、４ ソーラセル筏母船、５ ソーラセル筏、６ 回収船、７ 輸送管、８ 回収基地、９ 水素回収タンク、１０ 発電所、１１ 海、１２ 電力変換ターミナル、１３ 蓄電池タンカー、２０ ソーラセルユニット、２１ ソーラセル、２３ 浮体、２４ 固定具、２５ 角度制御アーム、２７ 浮体本体、２８ 集電ワイヤ、２９ 集電コネクタ、３０ 半潜タンク、３１ 連通管、３２ 海水、３３ 空気、３４ アーム、３５、３６ ロール、３７ 板状ソーラセル群、３８ 柱、４０ 制御装置、４１ 変換装置、４２ ソーラセル筏収納部、４３ 風向・風速計、４４ アンテナ、４５ ケーブル、４６ 蓄電装置、５０ 通信部、５１ ＧＰＳ受信部、５２ 船体位置演算部、５３ 気象情報受信部、５４ 太陽位置演算部、５５ 制御部、５６ ソーラセル群角度制御部、５７ 海水電気分解装置、５８ 水素液化装置、５９ 液体水素タンク、６０ 蓄電池、６１ 航海計画演算部、６２ 充放電装置、６３ 電池部、６４ 出力ターミナル、１００ 太陽光発電システム
Claims (8)
- 複数のソーラセルをシート状に連結したソーラセルユニットを浮体上に搭載した状態で海上に浮遊するソーラセル筏と、前記ソーラセルユニットにより発電された電気エネルギーを水素に変換する電気−水素変換手段、及び変換された水素を貯留する水素貯留手段を搭載し且つ前記ソーラセル筏を運搬可能なソーラセル筏母船と、前記水素貯留手段に蓄えられた水素を回収する水素回収貯留手段を搭載した回収船と、該回収船から水素を回収して蓄える水素回収タンクと、該水素回収タンクに蓄えられた水素を電気エネルギーに変換するか、又は直接利用するエネルギー変換手段と、を備え、
前記浮体上には前記ソーラセルユニットの適所を個別に昇降させる複数の昇降手段を搭載しており、前記各昇降手段を個別に制御することにより、前記ソーラセルユニットの面角度を変更可能とし、前記ソーラセルユニットを、前記ソーラセル筏母船を風力により移動させる帆として利用することを特徴とする太陽光発電システム。 - 複数のソーラセルをシート状に連結したソーラセルユニットを浮体上に搭載した状態で海上に浮遊するソーラセル筏と、前記ソーラセルユニットにより発電された電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を搭載し且つ前記ソーラセル筏を運搬可能なソーラセル筏母船と、前記蓄電手段に蓄電された電気エネルギーを回収する蓄電池タンカーと、該蓄電池タンカーに蓄えられた電気エネルギーを回収して所定の電力に変換する電力変換ターミナルと、を備え、
前記浮体上には前記ソーラセルユニットの適所を個別に昇降させる複数の昇降手段を搭載しており、前記各昇降手段を個別に制御することにより、前記ソーラセルユニットの面角度を変更可能とし、前記ソーラセルユニットを、前記ソーラセル筏母船を風力により移動させる帆として利用することを特徴とする太陽光発電システム。 - 複数の前記ソーラセル筏を夫々構成する前記ソーラセル及び前記浮体を連結することによりソーラセル筏群を構築したことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。
- 前記浮体は、前記ソーラセルユニットを搭載する伸縮自在又は折り畳み自在且つ中空の浮体本体と、海中に没して該浮体を安定化させる伸縮自在且つ中空の半潜タンクと、を備え、前記半潜タンクの比重を前記浮体本体が海面より所定量浮上するように設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の太陽光発電システム。
- 前記ソーラセルユニットを構成する複数のソーラセルを帯状に連結して巻取りローラにより巻取り可能な構成としたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の太陽光発電システム。
- 前記ソーラセルユニットを構成する複数のソーラセルを板状に連結して、屏風状に折り畳み可能な構成としたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の太陽光発電システム。
- 前記ソーラセル筏母船は、前記昇降手段を制御する制御装置と、前記ソーラセルユニットにより発電されたエネルギーを変換する変換装置と、前記ソーラセル筏を収納する収納部と、を備え、
前記制御装置は、気象衛星、及び／又は、ＧＰＳ衛星と通信する通信部と、前記気象衛星から送信される気象情報を受信する気象情報受信部と、前記ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて得られた該ソーラセル筏母船に係る位置情報を取得するＧＰＳ受信部と、前記気象情報受信部により受信した気象情報に基づいて太陽の位置を演算する太陽位置演算部と、気象情報受信部により受信した気象情報に基づいて長期的な航海計画を演算する航海計画演算部と、前記太陽位置演算部により演算された太陽位置、及び風向、風速、前記航海計画に基づいて前記昇降手段を制御するソーラセル角度制御部と、を備え、
前記変換装置は、前記ソーラセルユニットにより発電された電力により海水を電気分解する海水電気分解装置と、該海水電気分解装置により抽出された水素を液化する水素液化装置と、該液体水素を貯留する液体水素タンクと、を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の太陽光発電システム。 - 前記ソーラセル筏母船は、前記昇降手段を制御する制御装置と、前記ソーラセルユニットにより発電されたエネルギーを蓄電する蓄電装置と、前記ソーラセル筏を収納する収納部と、を備え、
前記制御装置は、気象衛星、及び／又は、ＧＰＳ衛星と通信する通信部と、前記気象衛星から送信される気象情報を受信する気象情報受信部と、前記ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて得られた該ソーラセル筏母船に係る位置情報を取得するＧＰＳ受信部と、前記気象情報受信部により受信した気象情報に基づいて太陽の位置を演算する太陽位置演算部と、気象情報受信部により受信した気象情報に基づいて長期的な航海計画を演算する航海計画演算部と、前記太陽位置演算部により演算された太陽位置、及び風向、風速、前記航海計画に基づいて前記昇降手段を制御するソーラセル角度制御部と、を備え、
前記蓄電装置は、電力を蓄電する電池部と、前記ソーラセルユニットにより発電された電力を前記電池部に充電し、又は該電池部から電力を出力する充放電装置と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の太陽光発電システム。
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