JP7065245B1 - 風力・太陽光発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
再生可能エネルギーは、発電の際に温室効果ガスの一つとされる二酸化炭素を排出しないことから化石燃料代替えによる温室効果ガスの削減に貢献するものとして太陽光発電や風力発電などが広く普及しているが、太陽光発電は、発電量に応じた設置面積を確保する必要があり、建築物の屋根や使用していない敷地に設置された架台などに対して太陽電池モジュールを取り付けるのが一般的であり、適正に管理するには、太陽電池モジュールのメンテナンスに留まらず、架台の保守、点検の外、架台下の除草作業などを要するものであり、また、風力発電も同様に、風車および発電機のメンテナンスや外装の保守、点検などが必要とされるものであり、何れも安全を維持するのに相応の経費が不可欠であり、さらに、太陽光発電は、夜間に発電することができず、曇りや雨、積雪などの天候変化の影響を受け易く、また、風力発電は、地形や季節および天候などの地域や気象条件などの影響を受け易く、何れも発電量が安定しないという欠点を有している。
こうした状況を反映し、その打開策となるような提案もこれまでに散見されない訳ではない。
例えば、下記の特許文献1(1)に提案されているものに代表されるように、支柱と、支柱に支持された屋根骨組と、屋根骨組に支持された屋根葺き材とを備え、屋根葺き材を太陽電池モジュールで構成したカーポートにおいて、支柱および屋根骨組に、太陽電池モジュールから延びるケーブルを収容する配線経路を夫々設け、太陽電池モジュールのケーブルを屋根骨組に設けた配線経路に収容するようにして配線しているので、ケーブルが屋根裏に極端に露出したり、垂れ下がったりすることがなく、ケーブルの損傷を防止することができると共に、組立建物全体の意匠性が悪化するのを防止することができ、太陽電池モジュール下の敷地が駐車スペースとして利用可能とされた組立建物や、同特許文献1(2)に見られるような、カーポートの屋根部に敷設され、多数の太陽電池セルを相互に接続して並置した太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールに接続され、その太陽電池モジュールからの直流発電電力を交流変換して家庭内負荷に供給する家庭用パワーコンディショナーと、パワーコンディショナーからの交流電力を直流電力に再変換してガソリン自動車又は電気自動車のバッテリーに電力貯蔵し、または、前記電力貯蔵された電力を交流変換して家庭内負荷に電力供給するバッテリー充電器とからなり、前記パワーコンディショナーおよびバッテリー充電器から延びるコード先端の接続プラグにより配電系統と連系可能とした家庭用簡易型太陽光発電システムなどが知られている。
上述したとおり、従前までに提案のある太陽光発電および風力発電の技術を備えた複合型の各種発電システムなどは、何れも、設置の対象敷地に対し、太陽電池モジュールおよび風力発電機の夫々が設置されると、発電以外の別用途への効率的な利用が非常に困難なものとなってしまうという欠点を有し、発電以外の別用途への利用対象区画を効率的に確保した上、太陽電池モジュールおよび風力発電機の夫々を、より効率的に配し、太陽電池モジュールおよび風力発電機の夫々の発電システムのもつ発電量の不安定性を、より効果的に補うことができ、しかも、より経済的かつ安全にメンテナンス作業を行うことができるようにするための構成につき、更なる改善の可能性を痛感するに至ったものである。
そこで、この発明は、太陽電池モジュールおよび風力発電機の夫々が、設置対象の敷地内に効率的に組み合わせ設置され、発電以外の別用途への利用が可能な対象区画の面積をより広く確保可能とする上、よりメンテナンス作業の効率を改善することができる新たな発電装置技術の開発はできないものか、との判断から、逸速くその開発、研究に着手し、長期に亘って試行錯誤と幾多の試作、実験とを繰り返してきた結果、今回、遂に新規な構造の風力・太陽光発電装置を実現化することに成功したものであり、以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構成を詳述することとする。
図面に示すこの発明を代表する実施例からも明確に理解されるように、この発明の風力・太陽光発電装置は、基本的に次のような構成から成り立っている。
即ち、垂直軸の回りに回転する翼体および発電機を有し、該翼体の外周囲を囲むと共に、当該垂直軸を軸支する軸受部が設けられた外周囲枠が、同外周囲枠の下端に地上立設部、同上端に支承部が夫々設けられた支柱型発電用風車とされ、該支柱型発電用風車の複数基が、平面矩形状の発電以外の別用途への利用対象区画の周囲に沿って間隔を隔てて立設され支柱型風車群とされ、該支柱型風車群に対し、風力発電用パワーコンディショナーが電気的に接続され、これら支柱型風車群の各支柱型発電用風車の上端の支承部間に太陽電池群が架設され、当該支柱型風車群の各支柱型発電用風車が、太陽電池群の直下を除く利用対象区画の外がわ向きとなる外周囲枠の地上立設部ないし支承部に至る範囲に、梯子部が一体化され、当該太陽電池群に対し、太陽電池用パワーコンディショナーが電気的に接続され、該風力発電用パワーコンディショナーおよび太陽電池用パワーコンディショナーの夫々に蓄電池が電気的に接続され、これら風力発電用パワーコンディショナーおよび太陽電池用パワーコンディショナーの夫々を統合的に制御する連携制御部、および、当該両パワーコンディショナーの夫々に電気的に接続された分電盤が設けられ、該分電盤が商用電力系統に接続されたものとしてなる構成を要旨とする風力・太陽光発電装置である。
支柱型風車群は、支柱型発電用風車の複数基が組み合わせられ、太陽電池群を対象区画の上方に架け渡された状態に支持可能とする機能を担うものであり、各支柱型発電用風車は、夫々が支柱型風車群の一部をなし、風力発電すると共に太陽電池群を支える機能を分担し、支柱形状の枠型の骨格部分を有し、その内がわに垂直軸心回りに回転する翼体が設けられたものとしなければならず、単一翼体を有するものや、下位翼体および上位翼体を同一垂直軸心上に有するもの、または、3個以上の翼体を同一垂直軸心上に有するものなどを含むものとすることができ、より具体的には、後述する実施例にも示すように、垂直軸の回りに回転する翼体および発電機を有し、該翼体の外周囲を囲むと共に、該垂直軸を軸支する軸受部が設けられた外周囲枠が、同外周囲枠の下端に地上立設部、同上端に支承部が夫々設けられ、太陽電池群用の設置用ベースを周囲から支持するものとするのが良い。
以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構造について詳述することとする。
そして、下位翼体30および上位翼体31は、夫々が互いに逆回転するよう翼形が逆向きにとなるよう設けられたものとすることができ、また、特許文献1(6)の風車用の羽根、風車、および、風力発電機に示された羽根の形状が採用されたものとすることができる。
このように支柱型風車群2および太陽電池群6が設置された当該利用対象区画4は、野菜LV,LV,……を栽培するための圃場4として有効利用されるものとなっている。
以上のとおりの構成からなるこの発明の風力・太陽光発電装置1は、図1ないし図10に示すように、風が吹くと支柱型風車群2の各支柱型発電用風車3,3,……の下位翼体30および上位翼体31が回転して発電し、該下位翼体30と上位翼体31とが互いに逆転するよう設けられたものは、互いの慣性力が打ち消し合う方向に働き、各支柱型発電用風車3,3,……の振動をより軽減されたものとなる。
さらに、各支柱型発電用風車3,3,……には、梯子部LPが設けられているから、梯子の持ち込みや高所作業車の導入などを要さずとも、該子部LPを利用して容易に登り降りしながら該支柱型発電用風車3は勿論のこと、設置用ベース5上の各太陽電池モジュール7,7,……をも、より効率的に保守、点検することができるものとなる。
この発明の風力・太陽光発電装置1(カーポート10)は、図11ないし図19に示すように、合掌形(切妻形)の設置用ベース5の全面に屋根葺き材53が被覆されているから、利用対象区画4内に収容された自動車ECが雨や雪、太陽光の直射などから保護することができるものとなり、しかも該合掌形(切妻形)の屋根葺き材53の上部に、東がわと西がわの夫々を向くよう太陽電池群6の太陽電池モジュール7,7,……が配されたものとすれば、太陽が登ってから沈むまでの間に亘り、より安定した発電を実現化できる上、積雪した際にも雪下ろしが不要なものとなる。
叙述の如く、この発明の風力・太陽光発電装置は、その新規な構成によって所期の目的を遍く達成可能とするものであり、しかも製造も容易で、従前からの風力発電や太陽光発電の技術に比較し、その設置区画内を発電以外の別用途に有効活用することができ、その経済性を大幅に高めることができる上、支柱型風車群、太陽電池群および蓄電池を連携するよう制御されるものとなっているから、該支柱型風車群と太陽電池群とがもつ発電量の不安定性という欠点を相互に補い、より安定した発電および給電を実現化することができるものとなり、二酸化炭素の発生を抑制しながら充分な電力を確保したい一般企業や各種団体、および、一般家庭はもとより、市場に様々な発電施設を供給する建設業界においても高く評価され、広範に渡って利用、普及していくものになると予想される。
10 同 カーポート
2 支柱型風車群
3 支柱型発電用風車
30 同 下位翼体
31 同 上位翼体
GR 同 発電機
WW 同 出力配線
FR 同 周囲枠
GS 同 地上立設部
LF 同 下周囲枠部
PF 同 周囲枠部
HR 同 水平環状枠
GF 同 発電機支持枠
UF 同 上周囲枠部
US 同 軸支部
BP 同 軸受部
BR 同 支承部
VP 同 縦骨格パイプ
LP 同 梯子部
BK 同 基礎ブロック
WC 同 配線管路
3A 単一翼体型の支柱型発電用風車
32 同 単一翼体
4 発電以外の別用途への利用対象区画
40 同 出入り口
5 設置用ベース
50 同 ベースフランジ部
51 同 傾斜支持枠部
52 同 一定間隔
53 同 屋根葺き材
54 同 水平連結梁
6 太陽電池群
SW 同 出力配線
7 太陽電池モジュール
WB 風車出力接続箱
SB 太陽電池接続箱
CT パワーコンディショナーユニット
WP 同 風力発電用パワーコンディショナー
SP 同 太陽電池用パワーコンディショナー
8 蓄電池
CC 同 自動車用充電制御部
CN 同 自動車用コネクタ
CB 同 充電ケーブル
PT 同 送電コイル
CU 連携制御部
DB 分電盤
MS 同 売電用電力量計
MP 同 買電用電力量計
CP 同 商用電力系統
EA 同 電化製品
LV 野菜
EC 電気自動車
LT 同 車側インレット
Claims (7)
- 垂直軸の回りに回転する翼体および発電機を有し、該翼体の外周囲を囲むと共に、当該垂直軸を軸支する軸受部が設けられた外周囲枠が、同外周囲枠の下端に地上立設部、同上端に支承部が夫々設けられた支柱型発電用風車とされ、該支柱型発電用風車の複数基が、平面矩形状の発電以外の別用途への利用対象区画の周囲に沿って間隔を隔てて立設され支柱型風車群とされ、該支柱型風車群に対し、風力発電用パワーコンディショナーが電気的に接続され、これら支柱型風車群の各支柱型発電用風車の上端の支承部間に太陽電池群が架設され、当該支柱型風車群の各支柱型発電用風車が、太陽電池群の直下を除く利用対象区画の外がわ向きとなる外周囲枠の地上立設部ないし支承部に至る範囲に、梯子部が一体化され、当該太陽電池群に対し、太陽電池用パワーコンディショナーが電気的に接続され、該風力発電用パワーコンディショナーおよび太陽電池用パワーコンディショナーの夫々に蓄電池が電気的に接続され、これら風力発電用パワーコンディショナーおよび太陽電池用パワーコンディショナーの夫々を統合的に制御する連携制御部、および、当該両パワーコンディショナーの夫々に電気的に接続された分電盤が設けられ、該分電盤が商用電力系統に接続されてなるものとしたことを特徴とする風力・太陽光発電装置。
- 垂直軸の回りに回転する翼体および発電機を有し、該翼体の外周囲を囲むと共に、当該垂直軸を軸支する軸受部が設けられた外周囲枠が、同外周囲枠の下端に地上立設部、同上端に支承部が夫々設けられた支柱型発電用風車とされ、該支柱型発電用風車の複数基が、平面矩形状の発電以外の別用途への利用対象区画の周囲に沿って間隔を隔てて立設され支柱型風車群とされ、該支柱型風車群に対し、風力発電用パワーコンディショナーが電気的に接続され、これら支柱型風車群の各支柱型発電用風車の上端の支承部間に太陽電池群が架設され、当該支柱型風車群の各支柱型発電用風車が、太陽電池群の直下を除く利用対象区画の外がわ向きとなる外周囲枠の地上立設部ないし支承部に至る範囲に、梯子部が一体化され、当該太陽電池群に対し、太陽電池用パワーコンディショナーが電気的に接続され、該風力発電用パワーコンディショナーおよび太陽電池用パワーコンディショナーの夫々に蓄電池が電気的に接続され、これら風力発電用パワーコンディショナーおよび太陽電池用パワーコンディショナーの夫々を統合的に制御する連携制御部、および、該両パワーコンディショナーの夫々に電気的に接続された分電盤が設けられ、該分電盤が商用電力系統に接続され、利用対象区画が発電以外の別用途に利用可能なものとされてなることを特徴とする風力・太陽光発電装置。
- 垂直軸の回りに回転する翼体および発電機を有し、該翼体の外周囲を囲むと共に、当該垂直軸を軸支する軸受部が設けられた外周囲枠が、同外周囲枠の下端に地上立設部、同上端に支承部が夫々設けられた支柱型発電用風車とされ、該支柱型発電用風車の複数基が、平面矩形状の発電以外の別用途への利用対象区画の周囲の一辺が出入り口とされ、それ以外の連続する平面コ字形の3辺に沿って間隔を隔てて立設され支柱型風車群とされ、該支柱型風車群が電気的に接続された風力発電用パワーコンディショナーが設置され、それら複数基の支柱型発電用風車の各上端の支承部間に設置用ベースが架設され、該設置用ベース上に複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池群が敷設され、当該支柱型風車群の各支柱型発電用風車が、太陽電池群の直下を除く利用対象区画の外がわ向きとなる外周囲枠の地上立設部ないし支承部に至る範囲に、梯子部が一体化され、当該太陽電池群が電気的に接続された太陽電池用パワーコンディショナーが設置され、該風力発電用パワーコンディショナーおよび太陽電池用パワーコンディショナーの夫々に蓄電池が電気的に接続され、これら風力発電用パワーコンディショナーおよび太陽電池用パワーコンディショナーの夫々を統合的に制御する連携制御部、および、該両パワーコンディショナーの夫々に電気的に接続された分電盤が設けられ、該分電盤が商用電力系統に接続されてなるものとしたことを特徴とする風力・太陽光発電装置。
- 支柱型風車群の各支柱型発電用風車が、外周囲枠の一部が地上立設部ないし支承部に至る複数本の縦骨格パイプに置き換えられ、下位垂直軸の下端が下軸受け、同上端が発電機を介して外周囲枠に対し軸支された下位翼体を有し、該下位翼体と同一軸心上に配され、上位垂直軸の下端が該発電機、同上端が上軸受けを介して外周囲枠に対し軸支された上位翼体を有し、該発電機の出力配線が何れか1本の縦骨格パイプの内部を通じて地上立設部より地中を通じて風力発電用パワーコンディショナーに接続され、太陽電池群の出力配線が何れか他の1本の縦骨格パイプの内部を通じて地上立設部より地中を通じて太陽電池用パワーコンディショナーに接続されてなるものとした、前記請求項1ないし請求項3何れか一記載の風力・太陽光発電装置。
- 支柱型風車群の少なくとも一部の支柱型発電用風車が、垂直軸の下端が下軸受け、同上端が発電機を介して外周囲枠に対し軸支された単一の翼体を有し、該発電機の出力配線が何れか1本の縦骨格パイプの内部を通じて地上立設部より地中を通じて風力発電用パワーコンディショナーに接続され、太陽電池群の出力配線が何れか他の1本の縦骨格パイプの内部を通じて地上立設部より地中を通じて太陽電池用パワーコンディショナーに接続されてなるものとした、前記請求項4記載の風力・太陽光発電装置。
- 設置用ベースが、複数基の支柱型発電用風車で囲まれた平面矩形状の発電以外の別用途への利用対象区画の全体を覆う屋根葺き材に被覆され、該屋根葺き材上に太陽電池群が設置され、該太陽電池群の出力配線が、太陽電池接続箱に接続され、該太陽電池接続箱が、分電盤に接続された太陽電池用パワーコンディショナーおよび蓄電池に接続され、支柱型風車群の各支柱型発電用風車の出力配線が、風車出力接続箱に接続され、該風車出力接続箱が、分電盤に接続された風力発電用パワーコンディショナーおよび該蓄電池に接続され、該蓄電池が、自動車用充電制御部、自動車用コネクタおよびその充電ケーブルを有し、装置全体がカーポートをなすものとされた、前記請求項3、請求項3を選択した請求項4または請求項5何れか一記載の風力・太陽光発電装置。
- 設置用ベースが、複数基の支柱型発電用風車で囲まれた平面矩形状の発電以外の別用途への利用対象区画の全体を覆う屋根葺き材に被覆され、該屋根葺き材上に太陽電池群が設置され、該太陽電池群の出力配線が、太陽電池接続箱に接続され、該太陽電池接続箱が、分電盤に接続された太陽電池用パワーコンディショナーおよび蓄電池に接続され、支柱型風車群の各支柱型発電用風車の出力配線が、風車出力接続箱に接続され、該風車出力接続箱が、分電盤に接続された風力発電用パワーコンディショナーおよび該蓄電池に接続され、該蓄電池が、自動車用充電制御部、自動車用コネクタおよびその充電ケーブルを有すると共に、同蓄電池に当該利用対象区画に設置されたワイヤレス電力伝送用の送電コイルが接続され、装置全体がカーポートをなすものとされた、前記請求項3、請求項3を選択した請求項4または請求項5何れか一記載の風力・太陽光発電装置。
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