JP5827006B2 - 太陽光発電と風力発電とを組み合わせた複合型発電装置 - Google Patents
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Description
(1)受風部材が横V字形を成すようにして回転部材に固定設置された一対の板状の固定翼とされた固定鋭角傾斜風車。
(2)回転中心より放射状に設けられた角錐型又は杯型のパドルと、集風ダクトから風が吹き付けられているときにはパドルとともに受風部材を形成し、集風ダクトから風が吹き付けられていないときには空気抵抗の発生源となる空気を逃がせるようにしてパドルの中心部に設けられた角錐型又は杯型の開閉弁を備えたパドル風車。
以下、本発明に係る太陽光発電と風力発電を組み合わせた複合型発電装置の好ましい一実施形態ついて図面を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る太陽光発電と風力発電を組み合わせた複合型発電装置の第一の実施形態を示す正面図、図2は図1に示す複合型発電装置の平面図(一部を断面図で示す。)である。この複合型発電装置100は、概略として、基礎5上に立設された矢倉台1と、矢倉台1の屋根の部分に設置された太陽光発電装置2と、太陽光発電装置2の下部に設置された風力発電装置3と、矢倉台1の底部の基礎5上に設置されたバッテリーボックス4とを備えて構成されている。
太陽光発電装置2は、図1及び図2に示すように、概略として、六角錐形状に組まれた複数(本実施形態では6枚)の太陽光発電パネル20,20と、複数の太陽光発電パネル20,20の頂点に設けられた風抜き機構21と、複数の太陽光発電パネル20,20の下端より突出する複数(本実施形態では6枚)の反射ミラー兼集風板(反射板)22とを備えて構成されている。太陽光発電パネル20,20は三角形の同一形状の6枚の光発電モジュール23からなり、それぞれが水平方向に対する傾斜角35°若しくはその前後で取り付けられると共に上方から見て全体が六角形を成すようにして相互に接合されている。
風力発電装置3は水平回転方式であり、可変翼風車6と角錐型パドル風車7とが太陽光発電パネル20の下部に上下に重ねられた状態で配置されている。ここで、風車は、可変翼風車6及び角錐型パドル風車7以外にも、例えば、風杯型パドル風車8(図15参照)や、固定鋭角傾斜風車9(図10参照)等を用いることもできる。従って、上記4種のうちのいずれか2種或いは2種以上を太陽光発電パネル20の下部に上下に重ねた状態で配置することができる。上記のように、図1に示す風力発電装置3は可変翼風車6と角錐型パドル風車7の組み合わせになっている。
可変翼風車6による風力発電装置3は、図2及び図4に示すように、概略として、垂直方向に立設された回転軸内に配置された発電機60と、回転軸としても機能する発電機60に取り付けられた円環状の外輪ハブ(回転部材)61と、外輪ハブ61の上下に突出するように設けられた一対の円筒形状の回転リング10と、外輪ハブ61に取り付けられた複数(本実施形態では8つ)の可変翼機構62と、横方向からの風を可変翼機構62へ集中的に導く集風ダクト63(図1、図2、図9参照)と、外輪ハブ61の中心より放射状にして外輪ハブ61に設けられた歪み防止用の補強リブ64とを備えて構成されている。また、図4に示すように外輪ハブ61は補強リブ64の相互間に開口610を有し、可変翼65A,65Bの間に風76が均等に吹き付けられるようにしている。
次に、角錐型パドル風車7の構成について説明する。図14は角錐型パドル風車7の構成を示す平面図、図15はその正面図、図16(a)(b)はその断面図である。尚、図16(b)は風が角錐型パドル72の開口部の反対側から吹き付けられたときの動作状態を示している。角錐型パドル風車7は、概略として、回転中心に配置された発電機70と、回転中心とされた発電機70から放射状に設けられた複数(本実施形態では8本)のアーム71と、アーム71の各先端に設けられた角錐型のパドル72と、パドル72の背部に設けられた角錐型開閉弁73とを備えて構成されている。ここで、パドル72と角錐型開閉弁73とにより受風部材が形成されている。尚、角錐型開閉弁73は、図15、図16に示すように、角錐型パドル72の一部として構成されるものであり、上部に設けられた蝶番74によって角錐型パドル72に揺動可能に取り付けられている。この構成により、開口部の方向から風76を受けた場合には風圧によって角錐型開閉弁73が押圧され、隙間なく風を受ける。一方、角錐型パドル風車7が風76を受けて約90°回転した位置に来ると、今度は風76が角錐型パドル72の開口部の反対側から吹き付けることとなるので、角錐型開閉弁73は風圧により蝶番74を軸に揺動し、揺動によって生じた隙間から風を逃がす。その結果、回転方向の風圧抵抗が軽減されることとなる。
次に、風杯型パドル風車8の構成について説明する。図17は風杯型パドル風車8の構成を示す平面図、図18はその正面図、図19はその断面図である。尚、図19(b)は風が風杯型パドル風車8の開口部の反対側から吹き付けられたときの動作状態を示している。風杯型パドル風車8は、概略として、回転中心に配置された発電機80と、回転中心とされた発電機80から放射状に設けられた複数(本実施形態では8本)のアーム81と、アーム81の各先端に設けられたパドル82と、パドル82の背部に設けられた風杯型開閉弁83とを備えて構成されている。ここで、集風ダクト63によって風が吹き付けられる側にあるパドル82と風杯型開閉弁83とは、受風部材を形成している。尚、風杯型開閉弁83は図18、図19に示すように上部が蝶番84によって揺動可能に取り付けられており、上述した角錐型パドル風車7と同様の動作を行う。
次に、複合型発電装置100の動作について、太陽光発電パネル20と風力発電装置3とに分けて説明する。太陽光発電パネル20は、あるレベル以上の日照が得られると発電を行い得られた電力をバッテリーボックス4内の図示しない二次電池に蓄える。太陽の位置や時間等によって太陽光発電パネル20に部分的に影が生じた場合でも反射ミラー兼集風板22によって太陽光の照射が得られるので効率よく発電が行われる。
太陽光発電パネル20の下方側から台風や季節風等による強風や突風が吹き付けた場合には、図3に示すように、風抜き機構21が開いて吹き込んだ強風や突風を逃がす。従って、台風や季節風等によって太陽光発電パネル20,20が持ち上げられたり、吹き飛ばされたりして損傷する等の事故が未然に防止される。
次に、風力発電装置3の動作について説明する。まず、可変翼風車6を用いた風力発電装置3について説明する。図5に示すように、水平方向からの風76は、この風76の流れに対向するように配置された集風ダクト63(図1、図2、図9参照)の受風口631に取り込まれる。集風ダクト63はノズル部632に向かって狭くなっているため、風速が早まった状態で図5に示す可変翼機構62の可変翼65A,65Bに吹き付けられる。可変翼65A,65Bは、集風ダクト63からの風力が極めて少ないとき及び開口部とは反対側から風77が吹き込まれた状態のときには、図6に示すように、開放角度調整板68の外側に当接して約40°の開角度になっており、また、集風ダクト63からの風力が多いときには過剰開放防止板67の内側に当接して90°に近い開角度になっている。これにより、可変翼機構62は集風ダクト63からの風力及び風向に応じて可変翼65A,65Bの開角度を変化させながら回転する。ここで、可変翼65A,65Bは、ルーズホール69に遊嵌されたワッシャ支持棒40を支点にして図5に示す位置と図6に示す位置との間を上下動する。可変翼機構62の回転数に応じて発電機60が発電し、その発電出力によってバッテリーボックス4内のバッテリーが充電される。
次に、図12及び図13に示される固定鋭角傾斜風車9を用いた風力発電装置3について説明する。集風ダクト63(図2参照)の受風口631(図4参照)に取り込まれた風はその風速が早められ、図12に示す固定鋭角傾斜風車9の固定翼(受風部材)91A,91B(図13参照)に吹き付けられる。この固定鋭角傾斜風車9では、固定翼91A,91Bは可変翼風車6と異なって角度は固定(120°)であるが、集風ダクト63のノズル部632から該ノズル部632に対向する固定翼91A,91Bに吹き付けられた風の風力及び風量に応じた回転数で固定鋭角傾斜風車9が回転し、これに応じた発電出力が発電機60によって得られ、その発電出力によってバッテリーボックス4内のバッテリーが充電される。
次に、角錐型パドル風車7を用いた風力発電装置3について図14及び図16を参照して説明する。この角錐型パドル風車7では、集風ダクト63によって取り込まれた風が集風ダクト63のノズル部632に対向して配置されたパドル72及び角錐型開閉弁73からなる受風部材に風76として吹き付けられる(図16(a)参照)。そして、その風76の風力及び風量に応じた回転数で角錐型パドル風車7が回転し、この回転に応じた発電出力が発電機70によって得られ、その発電出力によってバッテリーボックス4内のバッテリーが充電される。
次に、風杯型パドル風車8を用いた風力発電装置3について図17及び図19を参照して説明する。この風杯型パドル風車8では、集風ダクト63によって取り込まれた風76が集風ダクト63のノズル部632に対向するパドル82及び風杯型開閉弁83からなる受風部材に対し、ノズル部632から図17及び図18(a)に示すように風76が吹き付けられ、その風力及び風量に応じた回転数で風杯型パドル風車8が回転し、この回転に応じた発電出力が発電機80によって得られ、その発電出力によってバッテリーボックス4内のバッテリーが充電される。
本実施形態に係る複合型発電装置によれば、太陽光発電パネル20は、下部の周縁に反射ミラー兼集風板22を設けたことで、太陽光発電パネル20の受光面の全域に太陽光を照射できるようになり、これによって発電効率を向上させることができる。
次に、第二の実施形態について説明する。図20は本発明に係る複合型発電装置の第二の実施形態を示す斜視図である。本実施形態は第一の実施形態における角錐型パドル風車7におけるアーム71、パドル72、角錐型開閉弁73及び蝶番からなる下段の風車機構78U及び下段の風車機構78Lを上下二段に設けたものであり、その他の構成は第一の実施形態と同様である。上段の風車機構78Uは四つ、下段の風車機構78Lは四つであるが、風車機構78Uと風車機構78Lとでは胴回り方向の角度が45°ずれるように配設されている。風車機構78U及び風車機構78Lのそれぞれのアーム71は発電機80側がL字形状を成し、上側の風車機構78Uと下側の風車機構78Lとの間に距離ができるようにしている。
次に、第三の実施形態について説明する。図22は本発明に係る複合型発電装置の第三の実施形態を示す斜視図である。本実施形態は第一の実施形態における風杯型パドル風車8におけるアーム81、パドル82、風杯型開閉弁83及び蝶番からなる上側の風車機構86U及び下側の風車機構86Lを上下二段に設けたものであり、その他の構成は第一の実施形態と同様である。上段の風車機構86Uは四つ、下段の風車機構86Lは四つであるが、上段の風車機構86Uと下段の風車機構86Lとでは胴回り方向の角度が45°ずれるように配設されている。上側の風車機構86U及び下側の風車機構86Lのそれぞれのアーム81は発電機80側がL字形状を成し、上側の風車機構86Uと下側の風車機構86Lとの間に距離ができるようにしている。
図24は本発明に係る複合型発電装置の第二の実施形態を示す正面図である。本実施形態は、その用途を街路灯に特化したものであり、第一の実施形態で用いた太陽光発電装置2及び風力発電装置3をコンクリート柱等による街路灯柱201の上端に設置し、これらによって得られた電力を街路灯柱201の所定の高さ位置に道路側に向けて取り付けられ照明器具200の電源にしたものである。街路灯に第一の実施形態に示した矢倉台1を用いた場合、矢倉台1が大きいために照明器具200の照明光に影が生じやすく、また、道路を通行する人や車両の搭乗者にとって視界の妨げになる。そこで、本実施形態では柱状の街路灯柱201にしている。尚、照明器具200は、例えば、所望の明るさが得られる数の発光ダイオード(LED)を用いて低消費電力に構成されている。
2 太陽光発電装置
3 風力発電装置
4 バッテリーボックス
5 基礎
6 可変翼風車
7 角錐型パドル風車
8 風杯型パドル風車
9 固定鋭角傾斜風車
20 太陽光発電パネル
21 風抜き機構
22 反射ミラー兼集風板(反射板)
23 光発電モジュール
40 ワッシャ支持棒
41 結合金具
60 発電機
61 外輪ハブ(回転部材)
62 可変翼機構
63 集風ダクト
64 補強リブ
65A 可変翼(受風部材)
65B 可変翼(受風部材)
67 過剰開放防止板
68 開放角度調整板
69 ルーズホール(開口溝)
70 発電機
71 アーム
72 パドル
73 角錐型開閉弁
74 蝶番
75 通気口
76 風
77 風
78U 上側の風車機構
78L 下側の風車機構
80 発電機
81 アーム
82 パドル
83 風杯型開閉弁
84 蝶番
85 通気口
86U 上側の風車機構
86L 下側の風車機構
91A 固定翼(受風部材)
91B 固定翼(受風部材)
100 複合型発電装置
200 照明器具
201 街路灯柱
610 開口
631 受風口
632 ノズル部
633 仕切り板
Claims (6)
- 太陽光発電と風力発電とを組み合わせた複合型発電装置において、
太陽光を光電変換する複数の太陽光発電パネルと、該太陽光発電パネルの下端側に設けられ、太陽光の反射光を前記太陽光発電パネルの受光面に導く反射面を有する反射板とを含む太陽光発電装置と、
前記太陽光発電パネルの下部側の円周方向に沿って所定間隔に配設され、吹き付けられた風によって水平方向に回転する複数の受風部材を備えた風車と、
前記風車による回転エネルギを電気エネルギに変換して発電を行う発電機と、
前記風車を取り囲むようにして配設され、水平方向からの風を取り込んで集風した風を前記受風部材に吹き付ける複数の集風ダクトを含む風力発電装置と、
を備え、
前記受風部材は、内側になる一端側が回転部材に軸支され、外側になる他端側が上下に回動できるように組み合わされた断面が縦コ字形を成す一対の可変翼を備えて構成され、前記一対の可変翼には一方の側面に半円状の開口溝が設けられ、該開口溝に設けられた結合金具によって角度可変に組み合わされると共に、内側となる前記一端側には前記回動の最大開角度を規制する過剰開放防止板及び最小開角度を規制する開放角度調整板が配設され、吹き付けられた風の風圧、風量に応じて前記他端側が上下に回動するとともに、回転力に寄与しないときには前記一対の可変翼の開角度が小さくなり、空気抵抗の発生源となる空気を前記一対の可変翼の外側に流すことを特徴とする複合型発電装置。 - 請求項1に記載の複合型発電装置において、
前記回転部材の回転中心には、前記回転部材に対して同軸にして前記一対の可変翼の側面の近傍に至る長さの径を有する輪状の部材であるリングが前記回転部材を挟むようにして上下に配置され、前記回転部材の回転中心に面する側面からの風漏れを防止したことを特徴とする複合型発電装置。 - 請求項1又は2に記載の複合型発電装置において、
前記太陽光発電装置は、前記太陽光発電パネルの内部に強い風が吹き込んだときに自動的に開口して風圧を軽減するための風抜き機構を備えていることを特徴とする複合型発電装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の複合型発電装置において、
前記風力発電装置は、前記風車が上下方向に複数重ねた状態に配設され、それぞれに前記集風ダクトが設けられていることを特徴とする複合型発電装置。 - 請求項4に記載の複合型発電装置において、
前記風力発電装置は、上下方向に重ねた状態に配設された風車のうちの少なくとも一つが前記可変翼風車であり、それ以外の風車が以下の(1)又は(2)に記載の風車であることを特徴とする複合型発電装置。
(1)前記受風部材が横V字形を成すようにして前記回転部材に固定設置された一対の板状の固定翼とされた固定鋭角傾斜風車。
(2)前記回転中心より放射状に設けられた角錐型又は杯型のパドルと、前記集風ダクトから風が吹き付けられているときには前記パドルとともに受風部材を形成し、前記集風ダクトから風が吹き付けられていないときには前記空気抵抗の発生源となる空気を逃がせるようにして前記パドルの中心部に設けられた角錐型又は杯型の開閉弁を備えたパドル風車。 - 請求項5に記載の複合型発電装置において、
前記角錐型又は杯型のパドル及び前記角錐型又は杯型の開閉弁を備えた前記風車は、
その上下方向に距離をもたせ且つ回転方向に相互に所定の角度をもたせて複数段に分けて設けられていることを特徴とする複合型発電装置。
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