JP2016007874A - Floating solar power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水面に浮かぶ太陽電池パネル(以下、「PVパネル(photovoltaic panel)」という)を備えた浮体式太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to a floating solar power generation system including a solar cell panel (hereinafter referred to as a “PV panel (photovoltaic panel)”) floating on the water surface.
注目されている再生可能エネルギーの中で、とりわけ、太陽光発電の利用が急伸している。しかしながら、設備容量(単位時間当たりの最大発電電力)の大きな太陽光発電システムを構築するために、PVパネルを設置するための広大な土地を確保することが課題となっていた。そこで、近年では、湖沼、池、川などの水面をPVパネルの設置スペースとして利用した、浮体式太陽光発電システムが提案されている。浮体式太陽光発電システムは、PVパネルの温度が低く保たれる点、PVパネルが砂塵等で汚れ難い点、PVパネルに影が差しにくい点などのメリットがある。 Among the renewable energies that are attracting attention, the use of photovoltaic power generation is growing rapidly. However, in order to construct a solar power generation system with a large equipment capacity (maximum generated power per unit time), it has been a problem to secure a vast land for installing PV panels. In recent years, therefore, a floating solar power generation system has been proposed that uses the water surface of lakes, ponds, rivers, and the like as installation space for PV panels. The floating solar power generation system has merits such as that the temperature of the PV panel is kept low, that the PV panel is difficult to get dirty with dust and the like, and that the PV panel is difficult to shadow.
上記のような浮体式太陽光発電システムの一例が特許文献1に示されている。特許文献1に記載の水上太陽光発電装置は、水上浮体構造物に搭載された複数のPVパネルを備えた太陽光発電ユニットと、太陽光発電ユニットを太陽位置に追従するように回転させる回転機構とを備えている。上記水上浮体構造物は、長さ調節機構を有する軸状の係留支持体により水底に着底させたベース体に係留されており、水面上の定位置に浮いている。
An example of the floating solar power generation system as described above is disclosed in
特許文献1に記載の水上太陽光発電装置は、水上浮体構造物とベース体とが係留支持体によって接続されているため、比較的水深の浅い湖沼、池、川、ダムなどに水上浮体構造物を設置することはできるが、比較的水深の深い海洋に設置することはコスト面や技術面で実現が困難である。
In the floating solar power generation apparatus described in
また、特許文献1に記載の水上太陽光発電装置では、内層浮体の外周と外層浮体の内周とに形成された凹凸の螺旋条が螺合し、内層浮体の上昇運動が外層浮体の回転運動に変換されるように構成されている。このように外層浮体の中心部に回転力を作用させるため、外層浮体を回転させるために比較的大きな荷重が必要となり、外装浮体を大型化することが難しい。したがって、特許文献1に記載の技術では大規模な(即ち、設備容量の大きい)浮体式太陽光発電システムを実現することが困難である。
Moreover, in the floating solar power generation device described in
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、湖沼、池、川、ダムなどに加えて、これらと比較して水深の深い海洋にも設置することが可能であって、発電効率の向上と大規模化とを実現可能な浮体式太陽光発電システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is that it can be installed not only in lakes, ponds, rivers, dams, etc., but also in oceans deeper than these. An object of the present invention is to provide a floating solar power generation system that can improve power generation efficiency and scale.
本発明に係る浮体式太陽光発電システムは、
係留索によって水底に係留された係留ブイと、
前記係留ブイに対し回転可能となるように当該係留ブイに係留されて水面に浮かぶ浮島と、
前記浮島の周囲の水面に並べられて互いに結合された複数の浮体式PVパネルと、
前記浮島と前記複数の浮体式PVパネルとを連結する連結索と、を備えることを特徴としている。
The floating solar power generation system according to the present invention is
Mooring buoys moored to the bottom of the water by mooring lines;
A floating island moored by the mooring buoy and floating on the water surface so as to be rotatable with respect to the mooring buoy;
A plurality of floating PV panels arranged on the water surface around the floating island and coupled to each other;
A connecting line for connecting the floating island and the plurality of floating PV panels.
上記浮体式太陽光発電システムは、係留ブイが係留索により水底に係留されているため、湖沼、池、川、ダムなどに加えて、これらと比較して水深の深い海洋にも設置することが可能である。また、上記浮体式太陽光発電システムでは、浮島及び複数の浮体式PVパネルから成る浮体構造物は、係留ブイを回転中心として回転可能に当該係留ブイに係留されている。よって、浮体式PVパネルの対面方角が太陽方角に追従するように浮体式PVパネルを回転させることが可能である。さらに、上記浮体式太陽光発電システムでは、浮体式PVパネルの数を容易に増減させることができるので、浮体式太陽光発電システムの設備容量をフレキシブルに変化させることができる。そして、浮体式PVパネルの数を増大することにより、大規模な(即ち、設備容量の大きい)システムを容易に実現することができる。 The floating solar power generation system can be installed in deeper oceans in addition to lakes, ponds, rivers, dams, etc., because mooring buoys are moored to the bottom of the water by mooring lines. Is possible. In the floating solar power generation system, a floating structure including a floating island and a plurality of floating PV panels is moored to the mooring buoy so as to be rotatable about the mooring buoy. Therefore, it is possible to rotate the floating PV panel so that the facing direction of the floating PV panel follows the solar direction. Furthermore, in the floating solar power generation system, the number of floating PV panels can be easily increased or decreased, so that the equipment capacity of the floating solar power generation system can be changed flexibly. And by increasing the number of floating PV panels, a large-scale (that is, large installation capacity) system can be easily realized.
上記浮体式太陽光発電システムが、前記浮島を回転させるための推進力を発生させる推進装置を更に備えることがよい。この構成によれば、浮体式PVパネルの対面方角が太陽方角に追従するように、浮体構造物を回転させることができる。 The floating solar power generation system may further include a propulsion device that generates a propulsive force for rotating the floating island. According to this configuration, the floating structure can be rotated so that the facing direction of the floating PV panel follows the solar direction.
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記推進装置は、前記浮島と連結され当該浮島から離れる方向へ延びる支持アームと、前記支持アームの先端に設けられたスクリュープロペラとを有していることが望ましい。この構成によれば、スクリュープロペラと浮体構造物の回転中心とが離間され、より小さな推進力で浮体構造物を回転させることができる。よって、浮体式PVパネルの数が増えることにより浮島及び複数の浮体式PVパネルから成る浮体構造物が大型化しても、比較的小さな回転力で浮体構造物を回転させることができ、また、回転力が不足する場合にはスクリュープロペラの数を増加させて対処することができる。 In the floating solar power generation system, the propulsion device preferably includes a support arm connected to the floating island and extending in a direction away from the floating island, and a screw propeller provided at a tip of the support arm. . According to this configuration, the screw propeller and the rotation center of the floating structure are separated from each other, and the floating structure can be rotated with a smaller driving force. Therefore, even if the number of floating PV panels increases and the floating structure composed of floating islands and a plurality of floating PV panels increases in size, the floating structure can be rotated with a relatively small rotational force. If the force is insufficient, the number of screw propellers can be increased.
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記支持アームが、前記スクリュープロペラを水面下の動作位置と水面上の退避位置との間で昇降させるように構成されていることが望ましい。この構成によれば、スクリュープロペラを水面上の退避位置へ移動させることによって、推進装置を動作させないときの水の抵抗力を軽減することができる。 In the floating solar power generation system, it is preferable that the support arm is configured to raise and lower the screw propeller between an operating position below the water surface and a retracted position on the water surface. According to this configuration, the resistance force of water when the propulsion device is not operated can be reduced by moving the screw propeller to the retracted position on the water surface.
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記スクリュープロペラの周りの囲いを更に備えることが望ましい。この構成によれば、昇降するスクリュープロペラと浮体構造物との干渉を避けることができる。 The floating solar power generation system preferably further includes an enclosure around the screw propeller. According to this configuration, interference between the screw propeller that moves up and down and the floating structure can be avoided.
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記囲いは、両端が前記浮島に接続され且つ一端が前記浮島に接続された状態に展開可能な平面視C字型の枠体であって、前記複数の浮体式PVパネルは前記浮島及び前記枠体と連結されており、一部分の前記複数の浮体式PVパネルが前記枠体の展開に伴って余の部分から分離可能となるように、前記複数の浮体式PVパネルが相互に結合されていてよい。この構成によれば、浮体構造物の曳航時に、囲いである枠体を展開させて、浮島が浮体構造物の外周に現れるように浮体構造物を変形させることができる。これにより、曳船と浮島とを曳航索で直接的に連結することが容易となり、曳船で浮島を直接的に牽引することができる。 In the floating solar power generation system, the enclosure is a C-shaped frame in plan view that can be developed in a state where both ends are connected to the floating island and one end is connected to the floating island, and the plurality of floating bodies The PV panels are connected to the floating islands and the frame body, and the plurality of floating body panels are arranged such that a part of the plurality of floating PV panels can be separated from the remaining portion with the development of the frame body. PV panels may be bonded together. According to this configuration, the floating structure can be deformed so that the floating island appears on the outer periphery of the floating structure by unfolding the frame that is the enclosure when the floating structure is towed. Thereby, it becomes easy to connect the dredger and the floating island directly by the towing line, and the floating island can be directly pulled by the dredger.
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記推進装置は、一部の前記複数の浮体式PVパネルに設けられたスクリュープロペラを有するものであってよい。この構成によれば、スクリュープロペラを浮体構造物の外層領域に配置することができ、より小さな推進力で浮体構造物を回転させることができる。 In the above floating solar power generation system, the propulsion device may include a screw propeller provided on some of the plurality of floating PV panels. According to this structure, a screw propeller can be arrange | positioned to the outer-layer area | region of a floating structure, and a floating structure can be rotated with a smaller driving force.
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記推進装置の動力源が前記複数の浮体式PVパネルで発電した電力であることが望ましい。この構成によれば、外部から電力供給を受けずに推進装置を動作させることができる。 In the floating solar power generation system, the power source of the propulsion device is preferably electric power generated by the plurality of floating PV panels. According to this configuration, the propulsion device can be operated without receiving power supply from the outside.
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記推進装置が、補助的推進力を生じさせる風力推進機構を更に有していてよい。さらに、上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記推進装置が、補助的推進力を生じさせる波浪推進機構を更に有していてよい。この構成によれば、風力推進機構や波浪推進機構から電力等を要しない推進力を得ることができ、推進装置の消費電力を削減することができる。 In the floating solar power generation system, the propulsion device may further include a wind power propulsion mechanism that generates an auxiliary propulsion force. Furthermore, in the floating solar power generation system, the propulsion device may further include a wave propulsion mechanism that generates an auxiliary propulsion force. According to this configuration, a propulsive force that does not require electric power or the like can be obtained from the wind propulsion mechanism or the wave propulsion mechanism, and the power consumption of the propulsion device can be reduced.
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記複数の浮体式PVパネルの対面方角を太陽方角に追従させるように前記浮島を回転させるための推進出力と、当該推進出力を得るための前記推進装置の消費電力量と、前記複数の浮体式太陽電池パネルの対面方角を太陽方角に追従させることにより予測される発電量の増加分とを算出し、前記発電量の増加分が前記消費電力量を上回るときに前記推進出力を発生させ、前記発電量の増加分が前記消費電力量以下のときに前記推進出力を発生させないように前記推進装置を制御する制御装置を備えていることが望ましい。ここで、前記発電量の増加分が、現在から所定時間前の発電量の実績値に基づいて算出された太陽追従時の予測発電量及び太陽非追従時の予測発電量との差であってよい。この構成によれば、浮体式太陽光発電システムの出力を維持しつつ、システムを安定的且つ省電力で運用することができる。 In the floating solar power generation system, the propulsion output for rotating the floating island so that the facing direction of the plurality of floating PV panels follows the solar direction, and the consumption of the propulsion device for obtaining the propulsion output When calculating the amount of electric power and the increase in the amount of power generation predicted by causing the facing direction of the plurality of floating solar panels to follow the solar direction, and the increase in the amount of power generation exceeds the amount of power consumption Preferably, a control device is provided that controls the propulsion device so that the propulsion output is generated and the propulsion output is not generated when the increase in the amount of power generation is equal to or less than the power consumption. Here, the increase in the power generation amount is a difference between the predicted power generation amount at the time of following the sun and the predicted power generation amount at the time of non-following the sun calculated based on the actual value of the power generation amount a predetermined time before the present. Good. According to this configuration, the system can be operated stably and with low power consumption while maintaining the output of the floating solar power generation system.
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記係留ブイが陸上の受電設備へ送電する送電ケーブルを保持しており、前記送電ケーブルと前記複数の浮体式PVパネルからの電力線とを接続するスイベルジョイントを更に備えることが望ましい。この構成によれば、浮体式PVパネルからの浮体構造物上の電力線と陸上の受電設備に送電するための送電ケーブルとが回転可能に接続されるため、浮体構造物が送電ケーブルや係留索に阻害されることなく送電ケーブルに対して自在に回転することができる。 In the above floating solar power generation system, the mooring buoy holds a power transmission cable for transmitting power to land power receiving equipment, and further includes a swivel joint that connects the power transmission cable and power lines from the plurality of floating PV panels. It is desirable to provide. According to this configuration, since the power line on the floating structure from the floating PV panel and the power transmission cable for transmitting power to the power receiving facility on land are rotatably connected, the floating structure is connected to the power transmission cable and the mooring line. It can rotate freely with respect to the power transmission cable without being obstructed.
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記浮島に、前記複数の浮体式PVパネルから出力された電力を集約してパワーコンディショナへ送る接続ユニット、及び、送られてきた直流電力を交流電力に変換する前記パワーコンディショナが設けられていることが望ましい。この構成によれば、浮体式PVパネルとタレットとの間に、浮体式PVパネルで発電された電力を送電及び変換するための電力変換機器が集中配置されているため、これらの機器のメンテナンスがしやすく、更に、複数の浮体式PVパネルからの浮体構造物上の電力線の配線長を短くすることができる。 In the floating solar power generation system, a connection unit that aggregates the power output from the plurality of floating PV panels and sends the power to a power conditioner on the floating island, and converts the transmitted DC power into AC power The power conditioner is preferably provided. According to this configuration, the power conversion devices for transmitting and converting the power generated by the floating PV panel are centrally arranged between the floating PV panel and the turret. Furthermore, the wiring length of the power line on the floating structure from the plurality of floating PV panels can be shortened.
上記浮体式太陽光システムにおいて、前記複数の浮体式太陽電池パネルの隣接するパネル同士が、結合及び結合解除が可能な結合索により結合されていることが望ましい。この構成によれば、複数の浮体式太陽電池パネルの中からメンテナンスが必要な浮体式太陽電池パネルのみを分離することができる。また、浮体式太陽電池パネルの数を増減することが容易となる。 In the floating solar system, it is desirable that adjacent panels of the plurality of floating solar panels are coupled by a coupling cord that can be coupled and decoupled. According to this configuration, only the floating solar cell panel requiring maintenance can be separated from the plurality of floating solar cell panels. Moreover, it becomes easy to increase / decrease the number of floating type solar cell panels.
本発明に係る浮体式太陽光発電システムは、浮体式PVパネルを含む浮体構造物を係留するための係留ブイが係留索により水底に係留されているため、湖沼、池、川、ダムなどに加えて、これらと比較して水深の深い海洋にも設置することが可能である。また、浮体式PVパネルを含む浮体構造物が回転可能であるため、浮体式PVパネルの対面方角が太陽方角に追従するように浮体構造物が回転させることが可能であり、発電効率の向上を図ることができる。 In the floating solar power generation system according to the present invention, a mooring buoy for mooring a floating structure including a floating PV panel is moored to the bottom of the water by a mooring line. Therefore, in addition to lakes, ponds, rivers, dams, etc. Compared to these, it can be installed in the deep ocean. Moreover, since the floating structure including the floating PV panel can be rotated, the floating structure can be rotated so that the facing direction of the floating PV panel follows the solar direction, which improves power generation efficiency. You can plan.
[第1実施形態]
図1は本発明の第1実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1の概略構成を示す平面図、図2は図1に示す浮体式太陽光発電システム1の側面断面図、図3は浮体式太陽光発電システム1の配線図である。図1及び図2に示す浮体式太陽光発電システム1は、水面に浮かぶ浮体構造物5と、浮体構造物5に搭載された太陽光発電装置10と、浮体構造物5を水面の所定位置に係留させる係留装置20と、浮体構造物5を太陽の動き(方位)に追従して回転させる推進装置30と、浮体式太陽光発電システム1の動作を司る制御装置40とを概ね備えている。なお、本実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1は海洋に設置されているが、浮体式太陽光発電システム1は湖沼、池、川、ダムなどに設置されてもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a floating solar
図1〜3に示すように、浮体式太陽光発電システム1は、陸上に設置された受電設備2と送電ケーブル3によって接続されている。送電ケーブル3は、水底に敷設または埋設された電力用及び/又は通信用の伝送路を形成する少なくとも1以上のケーブルから成る。浮体式太陽光発電システム1で発電された電力は、送電ケーブル3を通じて受電設備2へ送電され、受電設備2から送電系統へ送電される。以下、浮体式太陽光発電システム1の構成要素について詳細に説明する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the floating solar
まず、太陽光発電装置10について説明する。図1〜3に示すように、太陽光発電装置10は、太陽光エネルギーを直流の電気エネルギーに変換する複数のPVパネル11と、PVパネル11で発電された電力を集電し送電系統に対応した状態にして送電ケーブル3へ送り出すための電力変換機器から成る。この電力変換機器には、複数のPVパネル11からの複数の出力配線を一本にまとめてパワーコンディショナ14に送る接続ユニット13と、送られてきた直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ(インバータ)14と、パワーコンディショナ14で交流に変換された電気を送電系統に適合する電圧へ昇圧するトランス15とが含まれている。ここで、接続ユニット13には、複数のPVパネル11からの配線をまとめる複数の接続箱13aと、複数の接続箱13aからの電気を集約してパワーコンディショナ14へ送電する集電盤13bとが含まれている。
First, the solar
次に、浮体構造物5について説明する。浮体構造物5は、浮力により水面に浮かぶ浮島51と、浮島51に連結索53によって連結されたPVパネル群52などから成る。PVパネル群52は、浮島51の周囲の水面に並べられて互いに結合された複数の浮体式PVパネル11から成る。
Next, the floating
浮島51は円盤状であって、内周部に円筒状のタレット部21が一体的に形成されている。但し、円筒状のタレット部21と円盤状の浮島51の本体部とが接合されることにより、浮島51が形成されていてもよい。浮島51の上部に接続ユニット13、パワーコンディショナ14、及びトランス15が配置されている。本実施形態では、送電ロスを低減するために、浮体構造物5に接続ユニット13と複数のパワーコンディショナ14とトランス15とを設置し、太陽光発電装置10で発電された電力をトランス15で昇圧したうえで陸側の受電設備2へ送電する。但し、パワーコンディショナ14及びトランス15を浮体構造物5ではなく受電設備2に設置して、接続ユニット13から送電ケーブル3を通じて受電設備2へ送電し、この受電設備2に設けたパワーコンディショナ14で交流に変換しトランス15で昇圧して送電系統へ送電するようにしてもよい。或いは、トランス15を浮体構造物5ではなく受電設備2に設置して、パワーコンディショナ14から送電ケーブル3を通じて受電設備2へ送電し、この受電設備2に設けたトランス15で昇圧して送電系統へ送電するようにしてもよい。
The floating
浮島51には、更に、浮体式太陽光発電システム1の制御を司る制御装置40と、PVパネル11が対面する方角(以下、「PVパネル対面方角」という)を計測する電子コンパス41などの計測機器と、推進装置30などの補機へ電力を供給するための補機用トランス43とが設置されている。
The floating
PVパネル群52は、水面に浮かぶ複数のPVパネル11(即ち、浮体式PVパネル)が浮島51の周囲に並べられた状態に結合されたものである。このようなPVパネル群52の一態様として、本実施形態に係るPVパネル群52は、浮島51の周囲に並べられた複数の太陽電池アレイ110が結合索54で筏状に結合されて成る。結合索54は結合及び結合解除とが可能であって、例えば、ワイヤやロープ、チェーンなどのうち1つ以上が用いられる。太陽電池アレイ110の各々は、直列に配列及び配線された複数のPVパネル11から構成されている。なお、本実施形態に係るPVパネル11の各々は、PVパネル本体とその架台となるフロート(図示略)とから成る浮体式PVパネルとして構成されている。但し、複数のPVパネル11に跨って1つのフロートが設けられていてもよい。
The
PVパネル群52に含まれるPVパネル11の数は、浮体式太陽光発電システム1の設備容量及び設置面積に対応して増減することができる。複数のPVパネル11は結合索54で結合されているので、PVパネル11の数の増減を比較的容易に行うことができる。また、複数のPVパネル11の中からメンテナンスが必要なパネルのみを分離することができる。また、浮体式太陽光発電システム1の設置場所の形状に応じてPVパネル11の配置を適宜調整することが可能である。原則として、浮体構造物5が平面視円形状となるようにPVパネル群52が組まれていることが望ましいが、設置場所の形状に応じて浮体構造物5が平面視楕円形、多角形などとなるようにPVパネル群52が組まれていてもよい。
The number of
PVパネル群52に含まれるPVパネル11の各々は、本実施形態では水平から5〜7°傾いている。換言すれば、PVパネル11の仰角は5〜7°である。但し、PVパネル11の仰角は浮体式太陽光発電システム1が設置される緯度に応じて適宜選択されることが望ましい。また、PVパネル11の仰角を可変とする機構を当該PVパネル11に備えて、緯度や太陽高度に応じてPVパネル11の仰角が調整されてもよい。
Each of the
連結索53は、浮島51とPVパネル群52とを連結する連結手段である。本実施形態に係る浮体構造物5では、概ね環状に組まれたPVパネル群52の内周と浮島51の外周とが連結索53によって連結されている。連結索53と浮島51又はPVパネル群52との接続を解除することによって、浮島51とPVパネル群52との連結の一部又は全部を解除することが可能である。
The connecting
上記構成の浮体構造物5は、中心に最小限の設備を搭載した浮島51が配置され、その周囲にPVパネル群52(複数の浮体式PVパネル11)が連結された構成であるため、PVパネル11の受光面積(即ち、設備容量)を維持しつつ浮体構造物5をより小型化することが可能である。浮体構造物5が小型化できれば、浮体構造物5を回転させるための推進力が小さくなり、浮体式太陽光発電システム1の消費電力を削減することができる。そして、PVパネル11とタレット部21との間の浮島51に、PVパネル11で発電された電力を送電及び変換するための電力変換機器(接続ユニット13、パワーコンディショナ14、及びトランス15)が集中配置されるため、これらの機器のメンテナンスがしやすく、更に、浮体構造物5上のPVパネル11からの電力線の配線長を短くすることができる。
Since the floating
続いて、係留装置20について説明する。係留装置20は、水底に係留索25により係留された係留ブイ22と、浮島51に設けられたタレット部21と、係留ブイ22に対しタレット部21を回動自在とするベアリング23と、送電ケーブル3とPVパネル11からの電力線とを接続するスイベルジョイント24と、タレットブレーキ26とを備えている。
Next, the
係留ブイ22は略円筒形であり、この円筒の内部に送電ケーブル3が導入されている。送電ケーブル3は係留ブイ22に保持されている。また、係留ブイ22の底部には複数の係留索25が接続されている。係留索25はチェーン又はワイヤなどであり、係留索25の一端は水底に着底したアンカーに固定されている。これらの係留索25により、係留ブイ22は水面付近の所定位置に拘束されている。係留索25の長さを変化させることによって、水深20m程度の浅い水域から水深2,000m近い深い水域まで幅広い水深の水域に係留ブイ22を係留することができる。
The
浮島51に設けられたタレット部21は円筒形状であって、この円筒内が係留ブイ22を収容するキャビティ21aとなっている。タレット部21のキャビティ21aに係留ブイ22が収容されることにより、浮島51は係留ブイ22に対し回転可能となるように当該係留ブイ22に係留されている。タレット部21と係留ブイ22との間には、少なくとも1つのベアリング23が設けられており、係留ブイ22に対しタレット部21を含む浮島51は自在に回転することができる。
The
タレット部21と係留ブイ22とに跨って、スイベルジョイント24が設けられている。スイベルジョイント24は、PVパネル11で発電された電力を送る浮体構造物5上の電力線と送電ケーブル3とを互いに自由に回転できるように接続する、電気スイベル機構である。本実施形態に係るスイベルジョイント24は、係留ブイ22の上部に設けられたスリップリング24aと、タレット部21の内周側上部に設けられたブラシ24bとで構成されている。ブラシ24bはタレット部21の回転に伴ってスリップリング24aの周りを自由に回転することができる。スリップリング24aは送電ケーブル3と接続されており、ブラシ24bは浮体構造物5上の電力線(具体的には、トランス15からの電力線)と接続されている。上記構成のスイベルジョイント24において、スリップリング24aとブラシ24bとが接触することにより、浮体構造物5上の電力線と送電ケーブル3とが電気的に接続され、PVパネル11で発電された電気が送電ケーブル3へ送給される。但し、スイベルジョイント24は上記構成に限定されない。
A swivel joint 24 is provided across the
上記のようなタレット部21と係留ブイ22、並びにスイベルジョイント24を備える係留装置20は、いわゆる、タレット式係留装置と呼ばれる。この係留装置20によって、浮体構造物5は係留索25や送電ケーブル3に対し回転自在となっている。なお、係留ブイ22に対する浮体構造物5の回転範囲が制限可能な場合(例えば、360°以内)には、可撓性の送電ケーブル3を用いることによってスイベルジョイント24を省略することもできる。
The
係留ブイ22に対するタレット部21の回転運動を制動するために、タレットブレーキ26が設けられている。タレットブレーキ26は、電源遮断時も制動力を発揮できるように、機械的制動機構として構成されている。タレットブレーキ26は、例えば、係留ブイ22に圧接するようにタレット部21に設けられたブレーキシュー、タレット部21に圧接するように係留ブイ22に設けられたブレーキシュー、又はこれらの組み合わせである。但し、タレットブレーキ26の具体的構造は上記に限定されない。また、タレットブレーキ26を回生ブレーキとして構成することもでき、この場合、タレットブレーキ26を動作させて浮体構造物5が惰走している間に回生ブレーキで発電することができる。
A
さらに、本実施形態に係る係留装置20は、浮体構造物5を係留装置20から切り離すことのできる、切り離し型係留装置である。係留ブイ22と、浮体構造物5とが切り離し可能であることによって、浮体式太陽光発電システム1の設置時や移設時に、係留ブイ22が設置された水上に浮体構造物5を搬送して組み付けることができ、浮体式太陽光発電システム1の設置が容易となる。さらに、台風や嵐が接近した際など水面の荒れが予測される場合、冬場の水面凍結時、及び、メンテナンス時などには、係留ブイ22から浮体構造物5を切り離して、浮体構造物5を曳船55で曳航して別の場所へ迅速に移動させることができる。
Furthermore, the
なお、浮体構造物5を曳航する際には、まず、図4(a)に示すように、曳船55と浮島51とを曳航索56で連結する。次に、図4(b)に示すように、係留ブイ22を水中に沈めて、タレット部21と係留ブイ22とを切り離す。続いて、図4(c)に示すように、係留ブイ22とタレット部21とを連結している連結索27をタレット部21から切り離し、連結索27にブイ28を取り付ける。このようにして、タレット部21を含む浮体構造物5と係留ブイ22とが切り離され、浮体構造物5を曳船55で牽引して目的の位置まで曳航することができる。なお、浮体構造物5を曳航する際には、相互に接続されたPVパネル11を移動したり分断したりすることにより幾つかのグループに分割して、グループ単位で曳航することもできる。
When towing the floating
また、図5(a)に示すように、係留ブイ22と係留索25との接続部にウインチ29を設け、ウインチ29で係留索25を巻き取ることにより当該係留索25の長さを調整できるようにすることが望ましい。例えば、浮体式太陽光発電システム1を湖沼などに設置する場合には、周囲の樹木や建造物によりPVパネル群52に影が差すことが想定される。このような場合には、図5(b)に示すように、係留索25の長さを調整することにより浮体構造物5を水面で並進移動させて、PVパネル群52を影から退避させることができる。その他、湖沼の清掃やダム湖の浚渫の際などに、送電ケーブル3に支障が無い範囲で浮体構造物5を作業船から離すためにも、浮体構造物5を水面で並進移動させることができる。
Further, as shown in FIG. 5A, the length of the
続いて、推進装置30について説明する。推進装置30は、少なくとも2つのスクリュープロペラ31を備えている。2つのスクリュープロペラ31は、平面視において、浮島51の回転中心を対称の中心として点対称に配置されている。3以上のスクリュープロペラ31が設けられる場合には、浮島51の回転中心を中心として、1周が等分割されるように3以上のスクリュープロペラ31が円周方向に並べて配置されることが望ましい。
Next, the
スクリュープロペラ31は、浮島51と連結され且つ浮島51から離れる方向へ延びる支持アーム32の先端に設けられている。このように、スクリュープロペラ31を浮島51の回転中心から離間させることで、より小さな推進力で浮体構造物5を回転させることができる。
The
スクリュープロペラ31の駆動部(図示略)は浮島51に設置された補機用トランス43と配線で接続されており、各スクリュープロペラ31を駆動するために太陽光発電装置10で発電した電力が用いられる。但し、太陽光発電装置10の発電量が少ないとき(夜間や悪天候時)には、系統電力がスクリュープロペラ31を駆動するために用いられる。なお、送電系統に接続しない状態で推進装置30を駆動する場合には、パワーコンディショナ14として自律運転可能なものが用いられる。回転するスクリュープロペラ31は、当該スクリュープロペラ31の回転軸方向に浮体構造物5を推進する力を生じさせる。この推進力により、浮体構造物5はタレット部21(係留ブイ22)を回転中心として水平面内で回転する。浮体構造物5の回転は、PVパネル対面方角を太陽方角に追従させるとき、PVパネル対面方角を復帰させるとき、インストール時に浮島51の位置を微調整するときなどに行われる。
The drive unit (not shown) of the
上記の通り、推進装置30の構成要素は浮島51に集約されており、更に、浮島51とPVパネル群52とが一体的に回転する。従って、PVパネル11を個々に動作させる場合と比較して、推進装置30の構成要素の数を低減することができ、故障数の低減及び推進装置30のメンテナンス性の向上を図ることができる。
As described above, the components of the
推進装置30の動作は、制御装置40により制御されている。制御装置40は、いわゆるコンピュータであって、CPU、ROM、RAM、I/F、I/Oなどを備えている。ROMやコンピュータと接続された外部記憶装置には、制御装置40で行われる演算に使用される情報が格納されている。また、CPUが実行するプログラムはコンピュータ読取可能な記憶媒体に保存されており、この記憶媒体からROMにインストールされる。制御装置40では、ROMに記憶されたプログラム等のソフトウェアとCPU等のハードウェアとが協働することにより、後述するような推進装置30の制御に係る処理を含む浮体式太陽光発電システム1の制御に係る処理を行うように構成されている。なお、制御装置40は単一のCPUにより各処理を実行してもよいし、複数のCPU或いはCPUと特定の回路の組み合わせにより処理を実行してもよい。
The operation of the
一般に、PVパネル対面方角を太陽方角に常時追従させれば、太陽光発電装置10の発電効率を高めることができる。しかしながら、浮体式太陽光発電システム1では、波浪により浮体式PVパネル11が揺動し、システムの最大出力が随時変動する。そのため、PVパネル対面方角を太陽方角に追従させるように推進装置30を連続的又はほぼ連続的に稼働させることは、推進装置30の消費電力量の増大に繋がり、システム全体での発電効率からみれば最適な運用とは言えない。そこで、制御装置40は、浮体式太陽光発電システム1を安定的且つ省電力量で運用するために、システム全体としての出力が低下しないように推進装置30の動作を制御する。
In general, the power generation efficiency of the solar
ここで、制御装置40による推進装置30の制御について説明する。図6は、制御装置40による推進装置30の制御ループを示すブロック図である。制御装置40は、日中(日出から日没まで)に、所定時間(例えば、30分)が経過したことをトリガとして、この制御ループを実行する。図6に示すように、制御ループは、太陽方角を推定する第1演算部(S1)と、PVパネル対面方角と太陽方角との方角誤差を算出する第2演算部(S2)と、PVパネル対面方角が太陽方角に追従するように浮体構造物5を回転させるための推進出力(出力目標値)を算出する第3演算部(S3)と、所定条件に応じて推進装置30の駆動が抑制されるような出力補正値を算出する第4演算部(S4)と、出力補正値を指令信号として推進装置30へ出力する制御部(S5)とを含んでいる。以下、この制御ループの処理について詳細に説明する。
Here, control of the
先ず、制御装置40の第1演算部(S1)は、日時と予め設定された経緯度とを取得し、これらの情報を用いて太陽方角を推定する。ここで浮体構造物5は係留装置20で係留されていることから、浮体構造物5の経緯度は不変と考え、経緯度はプリセット値を用いる。また、日時はインターネット時刻サーバなどの時刻とカレンダーとから取得する。制御装置40は、次式[数1]を用いて、太陽方角を算出し、算出された値に基づいて太陽方角を推定する。
First, the 1st calculating part (S1) of the
上記[数1]において、Azは北からの太陽方角、zは太陽天頂角(太陽天頂角z=90−太陽高度)、Latは観測地点の緯度、Dは観測地点の太陽視赤緯、SHAは観測時の時角をそれぞれ表している。太陽視赤緯Dと時角SHAは経緯度と日時から一意に定まる値である。経緯度と日時から太陽視赤緯Dと時角SHAとを定める情報(演算式、テーブル、グラフなど)は、予め制御装置40に記憶されている。制御装置40で上記演算を行うことにより、高価なGPSシステムを用いることなく、太陽方角を推定することができる。推定された太陽方角は、指令方角ではなく「目標方角」とされる。
In [Equation 1] above, Az is the solar direction from the north, z is the solar zenith angle (solar zenith angle z = 90-solar altitude), Lat is the latitude of the observation point, D is the solar declination of the observation point, SHA Represents the hour angle at the time of observation. Solar vision declination D and hour angle SHA are values that are uniquely determined from longitude and latitude. Information (calculation formulas, tables, graphs, etc.) for determining the solar declination D and the hour angle SHA from the longitude and latitude is stored in the
次に、制御装置40の第2演算部(S2)は、目標方角と電子コンパス41で測定された方角測定値との方角誤差(角度差)を算出する。電子コンパス41で測定された方角測定値は、即ち、浮体式PVパネル対面方角である。なお、地磁気は北極ではなく北磁極に向かうため、方角誤差算出時には補正を加える必要がある。例えば、出願時の東京では、地磁気の示す北は北極点の方角より西に7度ほどズレているため、このズレが補正された方角誤差を算出する。
Next, the second calculation unit (S2) of the
続いて、制御装置40の第3演算部(S3)は、算出した方角誤差を用いて推進出力の出力目標値を算出する。制御装置40は、図7に例示されるような推進力の特性を示すグラフを用いて、方角誤差に基づいて推進力を求め、求めた推進力とスクリュープロペラ31の性能とに基づいて出力目標値を算出する。
Subsequently, the third calculation unit (S3) of the
図7は、推進力の特性を示すグラフであって、縦軸が推進力を横軸が方角誤差をそれぞれ示している。このグラフにおいて方角誤差が負の場合は、目標方角よりもPVパネル対面方角が平面視において反時計方向にズレている状態を表している。また、このグラフにおいて推進力が負の場合は、平面視において浮体構造物5を時計回りに回転するように推進装置30を駆動することを表している。
FIG. 7 is a graph showing propulsive force characteristics, where the vertical axis represents the propulsive force and the horizontal axis represents the direction error. In this graph, when the direction error is negative, the PV panel facing direction is shifted from the target direction in the counterclockwise direction in plan view. Further, in this graph, when the propulsive force is negative, the
推進力の特性を示すグラフには不感帯が設けられている。上記不感帯は、推進装置30を停止したあとも浮体構造物5が惰走すること、推進装置30を頻繁に稼働することによる電力消費量増大を回避すること、を考慮して設定されている。
A dead band is provided in the graph indicating the propulsive force characteristics. The dead zone is set in consideration of the fact that the floating
上記不感帯において、方角誤差が負のときの不感帯を前不感帯、方角誤差が正のときの不感帯を後不感帯としたときに、後不感帯の幅が前不感帯の幅よりも広く設定されている。これは、推進装置30を、浮体構造物5を太陽の移動方向に対して逆転させるように動作させることによる電力消費を回避するためである。
In the dead zone, when the dead zone when the direction error is negative is the front dead zone and the dead zone when the direction error is positive is the rear dead zone, the width of the rear dead zone is set wider than the width of the front dead zone. This is to avoid power consumption caused by operating the
更に、上記不感帯の幅は、浮体構造物5の回転が水流から受ける影響を考慮して、浮体構造物5の回転速度に基づいて決定されている。次式[数2]は、浮体構造物5の惰走角度を推定する惰走角度推定式である。[数2]に示す惰走角度推定式において、θは惰走角度[rad]、ω0は初期回転速度[rad/s]、Tは流体による抵抗[Nm]、Mは回転質量[kgm2]、Cは定数[Nms]である。
Further, the width of the dead zone is determined based on the rotation speed of the floating
[数2]に示すように、水流により浮体構造物5に作用する抵抗はおよそ流速に比例するため、浮体構造物5の回転速度(ω0)と惰走角度(θ)は正比例になると考えられる。よって、不感帯幅も浮体構造物5の回転速度に対して正比例することが望ましい。そこで、図8に示すように、浮体構造物5の回転速度の増大に伴って前不感帯の幅が広くなるように、前不感帯が定められている。なお、図8は不感帯幅と回転速度の関係を示すグラフであり、縦軸が前不感帯の不感帯幅、横軸が浮体構造物5の回転速度を示している。このグラフによれば、方角誤差が十分に小さい場合には、推進力(即ち、出力目標値)はゼロとなる。ここで、十分に小さい方角誤差とは、例えば、PVパネル対面方角と太陽方角とが一致している場合と比較して最大出力の低下を1%以下とするときの方角誤差(およそ±8°)と定めることができる。
As shown in [Equation 2], since the resistance acting on the floating
続いて、制御装置40の第4演算部(S4)は、出力目標値に基づいて、後述する所定条件に応じて推進装置30の駆動が抑制されるような出力補正値を算出する。そして、制御装置40の制御部(S5)は、出力補正値を推進装置30へ指令信号として出力する。出力補正値を受けた推進装置30は、出力補正値と対応する動作を次のトリガまで継続して行う。
Subsequently, the fourth calculation unit (S4) of the
ここで、出力補正値の算出方法について詳細に説明する。出力補正値は、正の推進量(即ち、太陽方角に追従して西向きに回転する)、及び、ゼロ(即ち、現在の位置で停止する)のうち、所定条件に応じて選択された一つである。つまり、出力補正値を算出することは、推進装置30の運転方法を決定することに相当する。
Here, a method for calculating the output correction value will be described in detail. The output correction value is one selected according to a predetermined condition among a positive propulsion amount (that is, westward rotation following the sun direction) and zero (that is, stop at the current position). It is. That is, calculating the output correction value corresponds to determining the operation method of the
現在から所定時間が経過するまでの間(即ち、今回の制御ループのトリガnから次のトリガn+1までの間)の太陽光発電装置10の発電量が推進装置30で出力目標値に相当する推進出力を得るための電力消費量よりも小さい場合は、推進装置30を稼働するとシステム全体の出力が却って低下する。例えば、悪天候時などは、太陽光発電装置10の発電量は推進装置30の電力消費量よりも小さいことがある。また、例えば、太陽高度が低いときは、PVパネル対面方角を太陽方角に追従させても太陽光発電装置10の発電量が殆ど変化しないため、現在のPVパネル対面方角を維持するほうがシステム全体の消費電力を抑えることができる。そこで、出力補正値は、今回の制御ループのトリガnから次のトリガn+1までの間にPVパネル対面方角を太陽方角に追従させることによる効果と推進装置30の消費電力量との関係から、システム全体としての出力の低下が見込まれる場合には推進装置30の駆動を抑制するような値となっている。
Propulsion in which the power generation amount of the photovoltaic
図9は、太陽光発電装置10の出力(発電電力)と時刻の関係を示す図表である。この図表において、縦軸は太陽光発電装置10の出力を表し、横軸は時刻を表している。また、この図表において、実線はPVパネル対面方角を常に太陽方角に追従して回転移動させた場合(以下、「太陽追従時」という)の太陽光発電装置10の理論出力を表し、鎖線はPVパネル対面方角をトリガn(現在)の時点のPVパネル対面方角で固定した場合(以下、「太陽非追従時」という)の太陽光発電装置10の理論出力を表している。太陽追従時にはPVパネル対面方角と太陽方角とがほぼ一致するので、太陽非追従時と比較して太陽光発電装置10の理論出力が大きい。
FIG. 9 is a chart showing the relationship between the output (generated power) of the solar
図9の図表において、トリガn−1からトリガn(現在)までの太陽追従時の理論発電量PIが棒で示され、その棒内にトリガn−1からトリガnまでの発電量の実績値PRが斜線で示されている。なお、理論発電量とは、経緯度、日時、PVパネル対面方角、PVパネルの仕様から算出される発電量の理論値である。ここで、トリガn−1からトリガnまでの太陽追従時の理論発電量PIに対する発電量の実績値PRの割合を効率αとする。具体的には、効率αは、トリガn−1からトリガnまでの発電量の実績値PRを、トリガn−1からトリガnまでの太陽追従時の理論発電量PIで除した値である(α=PR/PI)。この効率αは、雨天・曇天などの悪天候や、PVパネル11の塵埃による汚損や汚濁などによる太陽光発電装置10の出力の低下分の実績値を示している。
In the table of FIG. 9, indicated by the theoretical power generation amount P I is bar solar time tracking from the trigger n-1 to trigger n (current), power generation performance from the trigger n-1 to the rod in until a trigger n value P R are indicated by hatching. The theoretical power generation amount is a theoretical value of the power generation amount calculated from the longitude and latitude, the date and time, the PV panel facing direction, and the specifications of the PV panel. Here, the proportion of the actual value P R of the power generation amount with respect to the theoretical power generation amount P I during solar tracking from the trigger n-1 until the trigger n Efficiency alpha. Specifically, the efficiency α is the actual value P R of the power generation amount from the trigger n-1 to trigger n, a value obtained by dividing the theoretical power generation amount P I during solar tracking from the trigger n-1 to trigger n Yes (α = P R / P I ). The efficiency α indicates the actual value of the decrease in the output of the solar
また、図9の図表において、トリガnからトリガn+1までの太陽追従時の理論発電量PImが棒で示され、その棒内に太陽追従時の予測発電量Pmと、太陽非追従時の理論発電量PIfと、太陽非追従時の予測発電量Pfとが示されている。なお、予測発電量とは、天候やPVパネルの表面汚濁などを考慮し、効率αに基づいて見積もられた発電量である。太陽追従時の予測発電量Pmは、トリガn−1からトリガn+1まで効率αが維持されると仮定して、トリガnからトリガn+1までの太陽追従時の理論発電量とαとを掛けあわせて算出されたものである(Pm=α×PIm)。同様に、太陽非追従時の予測発電量Pfは、トリガnからトリガn+1までの太陽非追従時の理論発電量PIfとαとを掛けあわせて算出されたものである(Pf=α×PIf)。 Further, in the chart of FIG. 9, the theoretical power generation amount P I m at the time of the sun following from the trigger n to the trigger n + 1 is indicated by a bar, and the predicted power generation amount Pm at the time of following the sun and the solar power at the time of non-following in the bar The theoretical power generation amount P I f and the predicted power generation amount Pf when the sun is not following are shown. The predicted power generation amount is a power generation amount estimated based on the efficiency α in consideration of the weather, surface contamination of the PV panel, and the like. Assuming that the efficiency α is maintained from trigger n−1 to trigger n + 1, the predicted power generation amount Pm at the time of sun tracking is multiplied by the theoretical power generation amount at the time of solar tracking from trigger n to trigger n + 1 and α. It is calculated (Pm = α × P I m). Similarly, the predicted power generation amount Pf at the time of non-following sun is calculated by multiplying α by the theoretical power generation amount P I f at the time of non-following sun from trigger n to trigger n + 1 (Pf = α × P I f).
制御装置40には、図9に示すような太陽追従時と太陽非追従時の各々の太陽光発電装置10の理論出力の時系列変化と、トリガn−1からトリガnまでの発電量の実績とが記憶されており、制御装置40は、これらの情報と出力目標値とに基づいて出力補正値を算出する。制御装置40は、出力補正値を算出するにあたり、先ず、効率αを算出し、トリガnからトリガn+1までの太陽追従時の予測発電量Pm及び太陽非追従時の予測発電量Pfを算出し、これらの発電量の差ΔP(ΔP=Pm−Pf)を算出する。差ΔPは、PVパネル対面方角を太陽方角に追従させることによる効果を表している。続いて、制御装置40は、推進装置30において出力目標値(推進力)を出力するときの予測消費電力量Wを算出する。予測消費電力量Wは、予め制御装置40に記憶された予測消費電力量算出のための情報(式、テーブル、又はマップなど)を用いて求められる。
The
そして、制御装置40は、算出した予測消費電力量Wと差ΔPを比較することにより、出力補正値を決定する。ここで、制御装置40は、予測消費電力量Wが差ΔP以上のときには(ΔP≦W)、出力補正値をゼロと算出する。また、制御装置40は、予測消費電力量Wよりも差ΔPが大きいときには(ΔP>W)、出力目標値を出力補正値と算出する。なお、制御装置40よりゼロの出力補正値信号を受けた推進装置30は停止するが、この間、タレットブレーキ26を動作させて水流によりPVパネル対面方角が変化しないようにすることが望ましい。
Then, the
以上説明した通り、制御装置40は、PVパネル対面方角を太陽方角に追従させるように浮体構造物5を回転させるために必要な推進出力(出力目標値)と、この推進出力を得るための推進装置30の消費電力量(予測消費電力量W)と、PVパネル対面方角を太陽方角に追従させるときの予測発電量の増加分(差ΔP)とを求め、予測発電量の増加分が推進装置30の消費電力量を上回るときにのみ推進出力を発生させ、それ以外では推進出力を発生させないように推進装置30を制御する。このような推進装置30の制御により、浮体式太陽光発電システム1の出力を維持しつつ、システムを安定的且つ省電力で運用することができる。加えて、PVパネル対面方角を太陽方角に追従させるときには、太陽光発電装置10の発電効率を向上させることができる。
As described above, the
上述の通り、制御装置40は、日中は、浮体構造物5を西向きに回転させるように推進装置30を動作させる。一方、制御装置40は、夜間は、翌日の太陽の上る方角とPVパネル対面方角とが一致するまで浮体構造物5を東向き又は西向きに回転させるように推進装置30を動作させる。ここで、夜間の浮体構造物5の回転方向は、季節によって西向きと東向きとで反転させる。原則として、春分から秋分までの半年間は浮体構造物5を西向きに回転させ、秋分から春分までの半年間は浮体構造物5を東向きに回転させる。但し、太陽が低い時間帯には推進装置30が稼働しないので、夜間に浮体構造物5を東向きに回転させる期間は秋分から春分までの半年間よりも長いことが望ましい。このようにして、夜間の浮体構造物5の回転角度を極力小さくすることで、推進装置30の消費電力を抑えることができる。
As described above, the
また、水面が凍結した状態で浮体構造物5を回転させると、PVパネル11を結合している結合索54に過大な負荷が掛かる。そこで、PVパネル群52に少なくとも1つの振動センサを設けるとともに、浮島51に温度センサを設けて(いずれも図示せず)、これらのセンサの出力に応じて制御装置40が推進装置30の動作を制御するように構成することができる。なお、振動センサでは浮体式PVパネル11が振動するか否かを検出し、温度センサでは浮島51の周囲の気温を検出する。そして、制御装置40は、浮体式PVパネル11の振動幅が殆ど振動していないと見做せる程度に十分に小さく、且つ、浮島51の周囲の気温が氷点下の場合に、水面が凍結していると推定し、推進装置30を稼働させないように推進装置30を制御する。
Moreover, if the floating
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を説明する。図10は本発明の第2実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1Aの概略構成を示す平面図、図11は第2実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1Aの概略構成を示す側面図である。なお、図11ではPVパネル群52及び囲い34が省略されている。第2実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1Aは、第1実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1と、主に、推進装置30の構造において相違し、他の構造は同一又は類似する。そこで、本実施形態の説明においては、主に、推進装置30の構造について詳細に説明し、前述の第1実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a plan view showing a schematic configuration of a floating solar
図10及び図11に示すように、推進装置30は、2つのスクリュープロペラ31を備えている。2つのスクリュープロペラ31は、平面視において、浮島51の回転中心を対称の中心として点対称に配置されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
スクリュープロペラ31は、浮島51と連結され且つ浮島51から離れる方向へ延びる支持アーム32の先端に設けられている。支持アーム32は浮島51に固定されたステー39に回転可能に支持されている。支持アーム32とステー39との間には、支持アーム32を回転させるアクチュエータ33が設けられている。このアクチュエータ33の作用によって支持アーム32が上向き又は下向きに回転すると、支持アーム32の先端に設けられたスクリュープロペラ31が昇降する。なお、接岸時などの電源遮断時においてもスクリュープロペラ31の引き揚げ状態を維持するため、支持アーム32のヒンジ部分にブレーキが設けられている。
The
上記支持アーム32の構成により、スクリュープロペラ31は、水面下の動作位置(図11に二点鎖線で示すスクリュープロペラ31の位置)と水面上の退避位置(図11に実線で示すスクリュープロペラ31の位置)との間で昇降移動することができる。スクリュープロペラ31を水中から水上の退避位置へ引き揚げることによって、水流が強い場所に設置される浮体式太陽光発電システム1において、スクリュープロペラ31に作用する抵抗力を軽減し、タレット部21や係留索25に過度の応力が作用することを回避することができる。これにより、浮体式太陽光発電システム1の構成要素の疲労を軽減して、構成要素の寿命を延長させることができる。さらに、スクリュープロペラ31が水上へ退避することで、浮島51の喫水が浅くなるため、インストール時やメンテナンス時に浮島51を港に接岸させることが容易となる。
Due to the configuration of the
上記のように昇降移動するスクリュープロペラ31及び支持アーム32と、浮島51及びPVパネル群52との干渉を回避するために、スクリュープロペラ31及び支持アーム32の周囲に囲い34が設けられている。本実施形態に係る囲い34は、ヒンジによって連結された3本の直線状枠部材で構成された、平面視C字型の枠体である。この囲い34の両端部は浮島51に接続されており、そのうち一方の端部は浮島51との接続を解除することができる。
In order to avoid interference between the
本実施形態に係るPVパネル群52は、囲い34によって2つの領域に分断されており、各領域が浮島51及び囲い34に連結索53によって連結されている。
The
図12は曳航時の浮体構造物5を示す平面図である。図12に示すように、囲い34の一方の端部と浮島51との接続を解除することにより、囲い34は囲っていたスクリュープロペラ31及び支持アーム32を露出するように展開することができる。PVパネル群52の2つの領域のうち一方の領域は更に2つの小領域に分割可能であって、囲い34の展開に伴って各小領域が移動することにより一方の領域が2つの小領域が分割される。そのために、PVパネル群52を構成している一部のPVパネル11が囲い34(枠体)の展開に伴って余の部分から分離可能となるように、複数のPVパネル11が結合索54によって相互に結合されている。
FIG. 12 is a plan view showing the floating
上記のように囲い34が展開した状態で、浮体構造物5が曳船55に牽引される。囲い34が展開した状態においては浮島51が浮体構造物5の外周に現れるので、曳船55と浮島51とを曳航索56で直接的に連結することが容易となり、曳船55で浮島51を直接的に牽引することができる。曳航索56と浮島51の連結点から時計回りと反時計回りに夫々90°離れたところにスクリュープロペラ31が位置している。曳航時にこれらのスクリュープロペラ31を回転駆動させて、生じる推進力で曳船55の牽引を補助するようにしてもよい。曳航時には、スクリュープロペラ31の後方には展開された囲い34が位置し、囲い34の後方にPVパネル群52が位置している。このようにして浮体構造物5の曳航時には、PVパネル11と比較して強度の高い浮島51と曳航索56とを接続するとともに、PVパネル11の前方に展開された囲い34を配置することで、PVパネル11の保護が図られている。
The floating
さらに、上述のようにPVパネル群52のフォーメーションの変形や分離を行うことで、船舶を浮島51へ接舷することや、浮島51を港に接岸することが容易となり、メンテナンス時の浮島51へのアクセスが容易となる。
Furthermore, by deforming or separating the formation of the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態を説明する。図13は本発明の第3実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1Bの概略構成を示す平面図であり、図14は第3実施形態に係る浮体式太陽光発電システムの変形例を示す平面図である。第3実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1Bは、第1実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1と、主に、推進装置30の構造において相違し、他の構造は同一又は類似する。そこで、本実施形態の説明においては、主に、推進装置30の構造について詳細に説明し、前述の第1実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a plan view showing a schematic configuration of a floating solar
図13に示すように、推進装置30は、PVパネル群52のうち周縁部に位置する浮体式PVパネル11に設けられた少なくとも2つのスクリュープロペラ31を備えている。2つのスクリュープロペラ31は、平面視において、浮島51の回転中心を対称の中心として点対称に配置されている。3以上のスクリュープロペラ31が設けられる場合には、浮島51の回転中心を中心として、1周が等分割されるように3以上のスクリュープロペラ31が円周方向に並べて配置されることが望ましい。
As shown in FIG. 13, the
また、図14に示すように、浮島51を中心として放射状に延びる支持フレーム58を複数設け、各支持フレーム58の先端にスクリュープロペラ31を設けてもよい。この場合、隣接する支持フレーム58間に架け渡されるように設けられた太陽電池アレイによって、複数の領域に分割されたPVパネル群52が形成されてもよい。
Further, as shown in FIG. 14, a plurality of support frames 58 extending radially around the floating
上記のようにスクリュープロペラ31を浮体構造物5の最外層領域に配置することによれば、スクリュープロペラ31を浮島51の回転中心から離間させることで、より小さな推進力で浮体構造物5を回転させることができる。
By arranging the
[変形例]
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。例えば、上記実施形態に係る推進装置30は、推進力を発生させる機構としてスクリュープロペラ31のみを備えているが、スクリュープロペラ31の他に、補助的推進力を生じさせる風力推進機構、波浪推進機構のうち少なくとも一方を備えてもよい。これにより、風力推進機構や波浪推進機構から電力等を要しない推進力を得ることができ、推進装置30の消費電力を削減することができる。
[Modification]
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the above configuration can be changed as follows, for example. For example, the
図15は風力推進機構を備えた浮体式太陽光発電システム1の浮島51の平面図、図16は風力推進機構を備えた浮体式太陽光発電システム1の側面図である。図16では浮島51の周囲に設けられたPVパネル群52が省略されている。これらの図では、第1実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1の推進装置30に風力推進機構を備えた例を示しているが、第2及び第3実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1A,1Bの推進装置30にも風力推進機構を備えることができる。
FIG. 15 is a plan view of the floating
図15及び図16に示すように、推進装置30に補助的推進力を生じさせる風力推進機構を備えることができる。風力推進機構としては、垂直軸型風車であるダリウス式風車45が好適である。ここでは、浮島51の周縁部に複数のダリウス式風車45が円周方向に並べて設置されている。各ダリウス式風車45は、浮島51に垂直に立設された回転軸と、回転軸と平行なブレードとを備えており、回転軸に対しブレードが固定された状態で用いられる。このようなダリウス式風車45によれば、風の方向によらず、浮体構造物5を回転させる推進力を得ることができる。
As shown in FIGS. 15 and 16, it is possible to provide a wind power propulsion mechanism that generates an auxiliary propulsive force in the
図17は波浪推進機構を備えた浮体式太陽光発電システムの平面図、図18は図17に示す浮体式太陽光発電システムの側面図、図19は波浪推進機構の動作を説明する図である。図17及び図18では、浮島51の周囲に設けられたPVパネル群52は省略されている。これらの図では、第2実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1Aの推進装置30に波浪推進機構を備えた例を示しているが、波浪推進機構は第1及び第3実施形態に係る浮体式太陽光発電システム1、1Bの推進装置30にも適用させることができる。
FIG. 17 is a plan view of a floating solar power generation system provided with a wave propulsion mechanism, FIG. 18 is a side view of the floating solar power generation system shown in FIG. 17, and FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of the wave propulsion mechanism. . 17 and 18, the
図17及び図18に示すように、推進装置30に補助的推進力を生じさせる波浪推進機構を備えることができる。波浪推進機構を備えた推進装置30は、特に、海洋などの定常的に波浪が起きる場所に設置された浮体式太陽光発電システム1に好適である。波浪推進機構は、例えば、支持アーム32と平行な支承軸38を中心として回転可能に支持アーム32に支持された水中翼36と、同じく支持アーム32に設けられた一対の可動ストッパ37とから構成される。一対の可動ストッパ37は水中翼36の角度変動を抑制する役割を担い、一対の可動ストッパ37を変位させるための図示されない移動装置が設けられる。
As shown in FIGS. 17 and 18, a wave propulsion mechanism for generating an auxiliary propulsion force in the
図19に示すように、上記構成の波浪推進機構において、波浪の水流を受けた水中翼36は、一対の可動ストッパ37のうち一方に当接するまで支承軸38を中心として回転する。ここで、水中翼36には、波浪の水流による揚力が発生し、この揚力が浮体構造物5を回転させる方向の成分を有するため、浮体構造物5を回転させる推進力を得ることができる。このような波浪推進機構によれば、昼夜を問わず無電源で推進力を発生させることができるため、推進装置30に係る消費電力を削減して浮体式太陽光発電システム1の発電効率を上昇させることができる。なお、波浪推進機構を稼動しないときは、水中翼36を水面に対し垂直な姿勢とするか、水中翼36を水中から引き揚げることが望ましい。
As shown in FIG. 19, in the wave propulsion mechanism configured as described above, the
1 浮体式太陽光発電システム
2 受電設備
3 送電ケーブル
5 浮体構造物
51 浮島
52 PVパネル群
53 連結索
54 結合索
10 太陽光発電装置
11 PVパネル(浮体式PVパネル)
13 接続ユニット
14 パワーコンディショナ
15 トランス
20 係留装置
21 タレット部
22 係留ブイ
23 ベアリング
24 スイベルジョイント
25 係留索
26 タレットブレーキ
30 推進装置
31 スクリュープロペラ
32 支持アーム
33 アクチュエータ
34 囲い
40 制御装置
DESCRIPTION OF
13
Claims (15)
前記係留ブイに対し回転可能となるように当該係留ブイに係留されて水面に浮かぶ浮島と、
前記浮島の周囲の水面に並べられて互いに結合された複数の浮体式太陽電池パネルと、
前記浮島と前記複数の浮体式太陽電池パネルとを連結する連結索と、
を備える、浮体式太陽光発電システム。 Mooring buoys moored to the bottom of the water by mooring lines;
A floating island moored by the mooring buoy and floating on the water surface so as to be rotatable with respect to the mooring buoy;
A plurality of floating solar panels arranged on the water surface around the floating island and coupled to each other;
A connecting rope connecting the floating island and the plurality of floating solar panels;
A floating solar power generation system.
前記複数の浮体式太陽電池パネルは前記浮島及び前記枠体と連結されており、一部分の前記複数の浮体式太陽電池パネルが前記枠体の展開に伴って余の部分から分離可能となるように、前記複数の浮体式太陽電池パネルが相互に結合されている、請求項5に記載の浮体式太陽光発電システム。 The enclosure is a C-shaped frame in plan view that can be developed in a state where both ends are connected to the floating island and one end is connected to the floating island,
The plurality of floating solar panels are connected to the floating island and the frame, and a part of the plurality of floating solar panels can be separated from the remaining portion with the development of the frame. The floating solar photovoltaic power generation system according to claim 5, wherein the plurality of floating solar panels are coupled to each other.
前記送電ケーブルと前記複数の浮体式太陽電池パネルからの電力線とを接続するスイベルジョイントを更に備える、請求項1〜12のいずれか一項に記載の浮体式太陽光発電システム。 The mooring buoy holds a transmission cable for transmitting power to land receiving equipment,
The floating solar power generation system according to any one of claims 1 to 12, further comprising a swivel joint that connects the power transmission cable and power lines from the plurality of floating solar battery panels.
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