JP7457424B1 - 太陽光発電海上浮遊体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】下降気流を発生させる機能を有することで、積極的、能動的に上昇気流発生を抑制する事が可能な太陽光発電海上浮遊体モジュール提供する。【解決手段】陽光発電海上浮遊体モジュール１は、略円柱形であって、垂直に立てられた長手方向２０ｍ以上の複数の支柱部１１と、支柱部１１の上に設置されたパネル基礎部１２と、パネル基礎部１２の上面に縦横に敷き詰めるように設置された複数の太陽光発電パネル１３と、パネル基礎部１２の上面の外周位置に設置された、パネル基礎部１２の外側の海面Ｗに向けて垂直真下方向に空気を送るための複数の送風部１４と、各太陽光発電パネルで発電された電力を充電するためであって、各支柱部１１の内部に設置された複数の蓄電池１５と、太陽光発電パネルと充電池との間に電気的に配線され、充電池の充電を制御するための、パネル基礎部１２の内部に設置された１以上のパワーコンディショナ１６と、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、上昇気流を抑える機能を兼ね備えた太陽光発電海上浮遊体モジュールに関する。

熱帯低気圧の被害による経済的損失は毎年生じており、地球温暖化により水蒸気が大幅増加して熱帯低気圧も過大化、経済的損失も増大化している。
また地球温暖化による海水温度上昇により、海面の上昇、植物プランクトン減少や海洋動物の移動による食物連鎖の乱れなどの問題が深刻化、さらにそれによる経済的損失の発生も懸念化されている。
そこで、太陽光発電海上浮遊体プラントにさらに上昇気流を抑制する機能を有するものとして、洋上に設置した躯体上にある水平な複数の各開口部に、太陽発電パネルを有する基板を備え、当該基板が、海面と並行した風等によって開口部が閉じる方向に搖動され、それにより、開口部下方の海面に日陰をつくり海面からの過剰な水蒸気蒸発を抑制するといった、海上過剰水蒸気蒸発を緩和調整可能な海上発電装置がある（例えば先行技術文献１、参照）。
しかしこのような日影により蒸気を抑制する方法は、直接的に上昇気流を抑制する方法ではなく受動的な方法であって、熱帯低気圧発生の大きな抑制力とはならないという問題があった。

特開２０２１－０７９９３１号公報

本発明はこれらの問題点に鑑み、通常の太陽光発電の機能に加え、上昇気流に対する下降気流を発生させる機能を有することで、積極的、能動的に上昇気流発生を抑制する事が可能な太陽光発電海上浮遊体モジュール提供することを目的とする。

第１の発明による太陽光発電海上浮遊体モジュールは、海上で太陽光発電パネルにより発電する太陽光発電海上浮遊体モジュールであって、太陽光発電海上浮遊体モジュールは、略円柱形であって、垂直に立てられ、長手方向２０ｍ以上であり、海中へ延びる複数の支柱部と、支柱部の上に設置されたパネル基礎部と、パネル基礎部の上面に縦横に敷き詰めるように設置された複数の太陽光発電パネルと、パネル基礎部の上面の外周位置に設置された、パネル基礎部の外側の海面に向けて垂直真下方向に空気を送るための複数の送風部と、各太陽光発電パネルで発電された電力を充電するためであって、各支柱部の内部に設置された複数の蓄電池と、太陽光発電パネルと蓄電池との間に電気的に配線され、蓄電池の充電を制御するための、パネル基礎部の内部に設置された１以上のパワーコンディショナと、を備えていることを特徴とする。
第２の発明による太陽光発電海上浮遊体モジュールは、第１の発明による太陽光発電海上浮遊体モジュールであって、さらに、太陽光発電海上浮遊体モジュールを推進させるための推進手段を備えている、ことを特徴とする。
第３の発明による太陽光発電海上浮遊体モジュールは、第２の発明による太陽光発電海上浮遊体モジュールであって、さらに、送風部には、送風部の送風方向を垂直方向から水平方向に変換する送風方向変換手段を備え、推進手段は、送風方向変換手段によって送風部の送風方向が水平方向とされることによるものである、ことを特徴とする。
第４の発明による太陽光発電海上浮遊体モジュールは、第１の発明から第３の発明のいずれかによる太陽光発電海上浮遊体モジュールであって、さらに、各蓄電池の出力が、一つの支柱部の外側一か所に集約されて電気的に配線されている、ことを特徴とする。

本発明の太陽光発電海上浮遊体モジュールは、通常の太陽光発電による電力供給の機能に加え、太陽光発電で駆動する送風部によって上昇気流に対する下降気流を発生させる機能を有することで、積極的、能動的に上昇気流発生を抑制する。それによって、熱帯低気圧の発生を抑えて熱帯低気圧の被害による経済的損失を抑制可能な太陽光発電海上浮遊体モジュールを実現できるという効果を奏する。

第１の実施例における、下降気流生成用の送風部を備えた太陽光発電海上浮遊体モジュールを示す斜視図である。 第１の実施例における、送風部が推進手段を兼ねている太陽光発電海上浮遊体モジュールを示す斜視図である。 第１の実施例における、１６個の太陽光発電海上浮遊体モジュールから一度に電力回収を行っている状態を示す斜視図である。 第１の実施例の別例として、支柱部下部に推進手段を備えた太陽光発電海上浮遊体モジュールを示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明による太陽光発電海上浮遊体モジュールの実施例を説明する。
本発明において「送風部」とは、単に空気を送風する機能だけに留まらず、推進機とも成り得る機能や性能（推進手段）をも有し得るものと定義する。

図１から図４を用いて、本実施例に係る太陽光発電海上浮遊体モジュール（以降「本モジュール」と略す）１について説明する。
図１は本実施例に係る、下降気流生成用、すなわち、パネル基礎部１２の外側の海面Ｗに向けて垂直真下方向に空気を送るための、送風部１４を備えた本モジュール１を示す斜視図である。すなわち、図１は本モジュールの下降気流を発生させるモードの形態を示す図である。
図２は、送風方向変換手段１８により、送風部１４が推進手段１７を兼ねている本モジュール１を示す斜視図である。すなわち、図２は本モジュールの推進モードの形態を示す図である。
図３は、一モジュールについての各蓄電池１５の出力が一つの支柱部１１の外側一か所に集約されていることで、１６個の本モジュール１から一度に電力回収を行うことを可能としていることを示す斜視図である。
図４は、本実施例の別例として、支柱部下部、すなわち、支柱部１１の水面下に相当する位置に、送風部１４とは別途、推進手段１７を備えた本モジュール１を示す斜視図である。

［本モジュールの構成と機能］
本モジュール１は、海上で太陽光発電パネル１３により発電するモジュールである。
本モジュール１は、略円柱形であって、垂直に立てられた長手方向２０ｍ以上の複数（本実施例では４本）の支柱部１１と、支柱部１１の上に設置されたパネル基礎部１２と、パネル基礎部１２の上面に縦横に敷き詰めるように設置された複数（本実施例においては５０００枚：下記［本ジュールの規模と充電能力について］参照）の太陽光発電パネル１３と、パネル基礎部１２の上面の外周位置に設置された、パネル基礎部１２の外側の海面Ｗに向けて垂直真下方向に空気を送るための複数（本実施例では４個）の送風部１４と、各太陽光発電パネルで発電された電力を充電するためであって、各支柱部１１の内部に設置された複数の蓄電池１５と、太陽光発電パネルと充電池との間に電気的に配線され、充電池の充電を制御するための、パネル基礎部１２の内部に設置された１以上のパワーコンディショナ１６と、を備えている。
さらに、本モジュール１を推進させるための推進手段１７を備えている。
また送風部１４には、送風部１４の送風方向を垂直方向から水平方向に変換する送風方向変換手段１８を備え、上記推進手段１７は、送風方向変換手段１８によって送風部の送風方向が水平方向とされることによるものである。
すなわち、送風部１４が推進手段１７を兼ねているものである。
また各蓄電池１５の出力は、一つの支柱部１１の外側一か所に（例えばコネクタ等により）集約されて電気的に配線されている。

日照時間の中の蓄電時間帯においては、太陽光発電パネル１３からの電力はパワーコンディショナ１６の制御により蓄電池１５に蓄電される。
また、日照時間の中の蓄電時間帯以外の時間帯においては、太陽光発電パネル１３からの電力はパワーコンディショナ１６の制御により送風部１４を駆動するための電力として使用される。
推進手段１７の駆動は、太陽光発電パネル１３からの電力、かつ／または、蓄電池１４からの電力による。
この電気的配線や制御方法は従来方法によるものであるため、図１においては図示していない。
また、パワーコンディショナ１６および蓄電池１５は、各々パネル基礎部１２と支柱部１１の内部に組み込まれているため図示していない。
送風部１４は図１に示す様に、送風機本体を支えるタワー部１４１、送風機本体である、電気モータを内蔵したナセル１４２、ハブ１４３、例えば３個のブレードからなるプロペラ１４４、から構成される。
図１と図２との間の形態変換は、送風方向変換手段１８によりタワー部１４１の最下部が回転し、送風部１４全体が倒れたり起きたりすることによって行われる。この回転は、送風方向変換手段１８に内蔵された電気モータを太陽光発電パネル１３からの電力、かつ／または、蓄電池１４からの電力により駆動することで行われる（簡単のため、図示はしていない）。

この様に、本実施例による本モジュール１は、日照時間の中の蓄電時間帯においては、太陽光発電パネル１３によって生成した電力を蓄電する機能を有する。また、日照時間の中の蓄電時間帯以外の時間帯においては、太陽光発電パネル１３によって生成した電力により、図１の下降気流を発生させるモードの形態で送風部１４を駆動させ、パネル基礎部１２の外側の海面Ｗに向けて垂直真下方向に空気を送ることで、下降気流を発生させる機能を有する。
また、支柱部１１を長手方向２０ｍ以上（実施例においては４０ｍ以上としている：図１に示す様に、海面Ｗ位置は支柱部１１の中間あたりである）としたのは、海面下１０ｍ以上、海上１０ｍ以上とすることで、１０ｍ程度の高波に対応するためである。すなわち本支柱部１１により、１０ｍ程度の高波があってもパネル基礎部１２より上の太陽光発電パネル１３と送風部１４に対して高波による機能停止や破壊などの被害を受けないようにするといった、高波対策機能を有する。
ここで、上記高波対策機能をより強固なものとするため、支柱部１１に高さ調整機能を有する形態としても良い。すなわち、高波が発生した時、太陽光発電パネル１３から直接または蓄電池１５からの電力を使って、ポンプを駆動して、支柱部１１に対して水の出し入れを行うことで、高さ調整によって高波対策を行うものとしても良い。
さらに、海上１０ｍ以上の位置にあることによって、海水による塩害に対して太陽光発電パネル１３と送風部１４（さらには推進手段１７）を守るといった、塩害対策機能を有する。
ここで、上記塩害対策機能をより強固なものとするため、防水規格に準じる構造とし、コネクタやケーブルも塩害対策仕様とすることが望ましい。
また図２の様な推進モードの形態とすることで、本モジュールが自力で推進・位置調整できるといった、推進機能を有する。
さらに、図３に示す通り簡単に一つの支柱部１１の外側一か所に（例えばコネクタ等により）集約されて電気的に配線されているため、電力回収ケーブル３により、容易に電力回収できるといった機能を有する。また、電力回収ケーブル３による電力回収により、例えば波や強風、雨天の影響を受けずに容易に電力回収できるといった機能を有する。

［本ジュールの規模と充電能力について］
本実施例において太陽光発電パネル１３は１枚縦横１m＊２mの大きさで、これをパネル基礎部１２の上１００m＊１００m四方に縦横１００枚＊５０枚、合計で５０００枚敷き詰めている。なお、図１においては簡単のため、縦横１００枚＊５０枚を縦横１０枚＊５枚として簡略化して示している。
よって本モジュール１つの大きさ(縦横の寸法)は１００m＊１００m以上の大きさである。
パネル１枚あたり５５０Ｗ供給可能とし、１軒あたり５枚分の配分とすると、１軒あたり５＊５５０Ｗ＝２.７５ｋＷの供給となり、４時間充電すると１軒あたり約１０ｋＷｈを１０００軒分について１日で充電可能となる。余った日照時間(例えば４時間以上)分の太陽光発電パワーは上昇気流を抑える下降気流生成用の送風部１４の駆動に充当される。

［本モジュールの採算性について］
１つの本モジュール１は、上述の通り、１日当たり１０ｋＷｈ／軒を１０００軒分供給できるパワープラントである。売電額を１６円／１ｋＷｈとすると、１６０，０００円に該当し、５８４０万円／年を、構造体製造の費用回収に充てることができる。浮遊体の建設費を１０億円程度と仮定すると、１７年で回収可能であり、十分採算性が採れる。
よって、本モジュール１は、社会貢献が期待でき、かつ、現実的に製造が可能なモジュールである。

［本モジュールの推進機能について］
本実施例は、送風部１４に送風部１４の送風方向を垂直方向から水平方向に変換する送風方向変換手段１８を備えることで、送風部１４が推進手段１７を兼ねている実施例である。すなわち、図１の形態から図２の形態へ推移することで、本モジュール１の推進が可能となる。
この推進機能は、例えば本モジュール１の組立基地から稼働場所（海水温度の高い場所や上昇気流が観測される場所など）までの移動のため、また、稼働場所における本モジュール１の位置をキープさせるために使用される。
しかし、本発明における推進手段１７は本実施例による方法に限定されるものではない。
例えば図４に示す様に、支柱部下部、すなわち、支柱部１１の水面下に相当する位置に、送風部１４とは別途の推進手段１７を備えることで本モジュール１を推進させるといった形態であっても良い。但し、塩害対策的には、推進手段１７が空中にある本実施例（図２参照）と比較して不利であるといえる。
また、本モジュール１は略円柱の支柱で支える構造であるため推進時における水の抵抗が少ないので、図１の状態（基本的には下降気流を発生させるモードである）のままで、本モジュール１自体に推進機能を有さずとも船などによって外部から推進させる手段としても良い。
さらには、図１の下降気流を発生させるモードの形態のままで、各送風部１４を個別制御し、ドローンの様に推進や回転を可能とする手段としても良い。

［本モジュールの電力回収方法と回収能力について］
電力回収はリチウムイオン電池(リン酸鉄も含む)であれば、１時間で回収できる。そのため、図３の様に１６個の環状配置で１つの電力回収船２で一度に電力回収する態様とすると、１時間に１６モジュールの電力回収が可能である。稼働させる本モジュール１の総数を１００個とすると、日没後に、全部で１００個／１６個＝約６時間で、電力回収が可能となる。すなわち、次の日の日の出までに電力回収が終了し、次の日の充電に備えられる。
本実施例では推進手段１７によって、１６モジュールを図３の態様にする。また、各蓄電池１５の出力は、一つの支柱部１１の外側一か所に（例えばコネクタ等により）集約されて電気的に配線されている。よって、例えばコネクタを使用した場合、１モジュールにつき１つのコネクタを付けた電力回収ケーブル３を、１６モジュール分の１６本用意し、例えば別途用意したドローンを使って各コネクタを挿抜することで電力回収船２により電気回収する。

［本モジュールの使用例と効果］
本モジュール１を海水温度の高い場所、上昇気流が観測される場所に移動させて稼働させる。

本モジュールは、太陽光発電パネル１３によって生成した電力で送風部１４を駆動させるといった、下降気流発生機能を有することにより、積極的、能動的に上昇気流発生を抑制する事が可能となる。さらに上昇気流発生を抑制することによって、熱帯低気圧の発生を抑えて熱帯低気圧の被害による経済的損失を抑制することに資する。

本モジュールは、太陽光発電パネル１３で生成した電力を蓄電する電力蓄電機能を有することにより、海水温度上昇を抑えることが可能となる。さらに海水温度上昇を抑えることで、海面の上昇、植物プランクトン減少や海洋動物の移動による食物連鎖の乱れなどの問題対策、さらにそれによる経済的損失の発生の対策に資する。
太陽光発電パネル１３が海水温度上昇を抑えることに繋がる理由は以下の通りである。
すなわち、可視光を含む光エネルギーは、自然状態では物体（本件においては海水）に吸収されると、光吸収（吸収体の分子や原子の励起）によって熱エネルギーに変換されてしまい、海水温度上昇につながる。そこで太陽光発電パネルで、可視光を含む光エネルギーを熱エネルギーではなく電気エネルギーに変換することで、海水温度上昇を避けることに繋がるためである。

本モジュールは、推進機能、容易に電力回収できる機能、高波対策機能、塩害対策機能を有する。これら機能により、稼働する現地への運搬や電力回収を考慮し、かつ本モジュールの自然環境下での長期間使用に耐えられる、運用可能なパワープラントを実現できるといった効果を有する。

１ 太陽光発電海上浮遊体モジュール
１１ 支柱部
１２ パネル基礎部
１３ 太陽光発電パネル
１４ 送風部
１４１ タワー部
１４２ ナセル（電気モータ内臓）
１４３ ハブ
１４４ プロペラ
１５ 蓄電池（支柱部の中）
１６ パワーコンディショナ（パネル基礎部の中）
１７ 推進手段
１８ 送風方向変換手段
２ 電力回収船
３ 電力回収ケーブル

Ｗ 海面

Claims (4)

1. 海上で太陽光発電パネルにより発電する太陽光発電海上浮遊体モジュールであって、
   前記太陽光発電海上浮遊体モジュールは、
   略円柱形であって、垂直に立てられ、長手方向２０ｍ以上であり、海中へ延びる複数の支柱部と、
   前記支柱部の上に設置されたパネル基礎部と、
   前記パネル基礎部の上面に縦横に敷き詰めるように設置された複数の太陽光発電パネルと、
   前記パネル基礎部の上面の外周位置に設置された、前記パネル基礎部の外側の海面に向けて垂直真下方向に空気を送るための複数の送風部と、
   各前記太陽光発電パネルで発電された電力を充電するためであって、各前記支柱部の内部に設置された複数の蓄電池と、
   前記太陽光発電パネルと前記蓄電池との間に電気的に配線され、前記蓄電池の充電を制御するための、前記パネル基礎部の内部に設置された１以上のパワーコンディショナと、
   を備えていることを特徴とする太陽光発電海上浮遊体モジュール。
   
2. 請求項１に記載の太陽光発電海上浮遊体モジュールであって、さらに、
   前記太陽光発電海上浮遊体モジュールを推進させるための推進手段を備えている、
   ことを特徴とする太陽光発電海上浮遊体モジュール。
3. 請求項２に記載の太陽光発電海上浮遊体モジュールであって、さらに、
   前記送風部には、前記送風部の送風方向を垂直方向から水平方向に変換する送風方向変換手段を備え、
   前記推進手段は、前記送風方向変換手段によって前記送風部の送風方向が水平方向とされることによるものである、
   ことを特徴とする太陽光発電海上浮遊体モジュール。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の太陽光発電海上浮遊体モジュールであって、さらに、
   各前記蓄電池の出力が、一つの前記支柱部の外側一か所に集約されて電気的に配線されている、
   ことを特徴とする太陽光発電海上浮遊体モジュール。