JP2016056705A - Solar/wind hybrid power generation device - Google Patents

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Yoshiro Nakamatsu
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase power generation capacity.SOLUTION: Solar panels are provided on surfaces of propellers that constitute a wind power generator.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、風力による発電とソーラーパネルによる発電とを行うことができるソーラー・風力ハイブリッド発電装置に関する。   The present invention relates to a solar / wind hybrid power generation apparatus capable of performing power generation by wind power and power generation by a solar panel.

近年、石油を熱源に用いない所謂エコ発電が用いられるようになってきた。例えば一般家庭においては、屋根をソーラーパネルで覆い、該ソーラーパネルで発生した電力を家庭の各種電気機器に利用し、余った電力は電力会社に買い取ってもらうようになっている。   In recent years, so-called eco power generation that does not use petroleum as a heat source has come to be used. For example, in a general home, the roof is covered with a solar panel, and the electric power generated by the solar panel is used for various electric appliances in the home, and the electric power company purchases the surplus electric power.

図１はこの種の公知の空調装置を示す図である。図において、２１は家の屋根に設置したソーラーユニットで、図に示す例では合計８個のユニットで１個のソーラーパネルを示すが、８個に限るものではなく、任意の数のソーラーユニットを用いることができる。図では、示されていないが、北向きの屋根の面にも設置することができる。南向きの面ほど出力は高くないが、十分な量の発電をおこなわせることができる。 FIG. 1 is a view showing this type of known air conditioner. In the figure, 21 is a solar unit installed on the roof of the house. In the example shown in the figure, one solar panel is shown with a total of eight units, but it is not limited to eight, and any number of solar units can be installed. Can be used. Although not shown in the figure, it can also be installed on the north facing roof. Although the output is not as high as the south facing surface, it can generate a sufficient amount of power.

以下、従来装置の構成の概略について説明する。２２は図に示すソーラーシステムの出力を取り出すための電線、２３は該電線２２の出力と接続され、電源制御を行う制御装置である。該制御装置としては、例えば１６ビット程度のマイクロコンピュータが用いられる。この制御装置２３は電線２２から入ってくる直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータ制御や、余った電力を電力会社に買い取ってもらうための制御を行う。２４は家庭内の冷蔵庫や洗濯機，エアコン（エアコンディショナー）等の電気機器にパワーを供給するための電線である。   The outline of the configuration of the conventional apparatus will be described below. 22 is an electric wire for taking out the output of the solar system shown in the figure, and 23 is a control device which is connected to the output of the electric wire 22 and performs power supply control. As the control device, for example, a microcomputer of about 16 bits is used. The control device 23 performs inverter control for converting a DC voltage coming from the electric wire 22 into an AC voltage, and control for allowing an electric power company to purchase surplus power. Reference numeral 24 denotes an electric wire for supplying power to electric devices such as a refrigerator, a washing machine, and an air conditioner in the home.

ソーラーパネルの出力は直流であるので、冷蔵庫やエアコン等の交流機器に対し、制御装置２３でインバータ制御を行い、例えば５０Ｈｚの交流電源に変換する。また、制御装置２３は余った電力を電線２５から取出し、電力会社に買い取ってもらう。 Since the output of the solar panel is direct current, inverter control is performed by the control device 23 for alternating current equipment such as a refrigerator and an air conditioner, and converted to, for example, 50 Hz alternating current power. Moreover, the control apparatus 23 takes out surplus electric power from the electric wire 25, and has an electric power company buy it.

図２は風力発電システムの従来例を示す図である。従来の風力発電は、１４ｍの風速が必要となるため、高い山６の上に更に高い塔７を立て、その上にプロペラ８を設けている。或いは、風の強い海岸線に沿って取り付けられる場合もある。   FIG. 2 is a diagram showing a conventional example of a wind power generation system. Since the conventional wind power generation requires a wind speed of 14 m, a higher tower 7 is set on a high mountain 6 and a propeller 8 is provided thereon. Or it may be attached along a windy coastline.

従来は、前述したソーラーパネルを用いた太陽光発電と、風力を用いた風力発電が用いられているが、それぞれソーラーパネル発電と風力発電を用いた以上の電力を発生させることはできない。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、ソーラーと風力を用いて、それぞれの発電量以上のパワーを発生させることができるソーラー・風力発電装置を提供することを目的としている。 Conventionally, solar power generation using the solar panel and wind power generation using wind power are used, but it is impossible to generate more power than using solar panel power generation and wind power generation, respectively.
This invention is made | formed in view of such a subject, Comprising: It aims at providing the solar and wind power generator which can generate | occur | produce the power more than each electric power generation amount using a solar and wind power. .

本発明は風力発電のプロペラ表面にソーラーユニットを貼り付けて、風力発電とソーラー発電とを同時に行えるソーラー・風力発電装置を提供するものである。   The present invention provides a solar / wind power generation apparatus that can simultaneously perform wind power generation and solar power generation by attaching a solar unit to the surface of a propeller of wind power generation.

本発明によれば、ソーラー発電と風力発電を同時に行うことができるので、発電電力を高めることができる。   According to the present invention, since solar power generation and wind power generation can be performed simultaneously, the generated power can be increased.

公知のソーラーシステムの構成例を示す図A diagram showing a configuration example of a known solar system 公知の風力発電の概要を示す図Diagram showing the outline of known wind power generation 本発明の一実施例を示す図The figure which shows one Example of this invention 本発明による直列出力の場合を示す図である。It is a figure which shows the case of the serial output by this invention. 本発明による直列出力の他の場合を示す図である。It is a figure which shows the other case of the serial output by this invention.

以図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図３は本発明の一実施例を示す図である。図において、１０〜１２は風力発電用のプロペラである。ここでは、３枚のプロペラを用いた例を示しているが、３枚に限定する必要はない。プロペラを３枚用いる場合は、各プロペラ間は１２０°の間隔で配置される。これらプロペラ１０〜１２の表面には複数のソーラーパネルが貼り付けられている。１０ａはプロペラ１０の表面に貼り付けられたソーラーパネル、１１ａはプロペラ１１の表面に貼り付けられたソーラーパネル、１２ａはプロペラ１２の表面に貼り付けられたソーラーパネルである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 10 to 12 are propellers for wind power generation. Here, an example using three propellers is shown, but it is not necessary to limit to three. When three propellers are used, the propellers are arranged at intervals of 120 °. A plurality of solar panels are attached to the surfaces of these propellers 10-12. 10 a is a solar panel attached to the surface of the propeller 10, 11 a is a solar panel attached to the surface of the propeller 11, and 12 a is a solar panel attached to the surface of the propeller 12.

各ソーラーパネルは、複数のソーラー素子から構成されている。各プロペラ１０〜１２のソーラーパネルが８枚でソーラーシステムを構成している。３０はプロペラ１０のソーラーシステム、３１はプロペラ１１のソーラーシステム、３２はプロペラ１２のソーラーシステムである。ここで、各ソーラーシステムとプロペラとは電気的に絶縁されていることが必要である。各ソーラーパネルはプロペラに絶縁性の接着剤で接着されている。接着剤は雨に強く、接着力が極めて強いものである必要がある。接着力が弱いと剥がれてしまうからである。現時点において、このような条件を満たす接着剤は数多く存在するので、入手に手間取ることはない。 Each solar panel is composed of a plurality of solar elements. The solar system is composed of 8 solar panels of each propeller 10-12. 30 is a solar system of the propeller 10, 31 is a solar system of the propeller 11, and 32 is a solar system of the propeller 12. Here, each solar system and the propeller need to be electrically insulated. Each solar panel is bonded to the propeller with an insulating adhesive. The adhesive must be resistant to rain and have extremely strong adhesive strength. This is because if the adhesive strength is weak, it will peel off. At present, there are a large number of adhesives that satisfy such a condition, so that it does not take time to obtain them.

図中ではプロペラ１０〜１２として、矩形の形状を示しているが、これでは風力を受けても回転しない。実際には風力を受けて回転するためには、プロペラ１０〜１２の形状にテーパーを設ける必要がある。プロペラとしてテーパー形状のものを用いると、プロペラを回転させる力を発生させることができる。このテーパー形状とソーラーパネルの貼り付けは少し困難さを増す。プロペラの形状に合わせて、ソーラーパネルを貼り付ける必要があるからである。   Although the rectangular shape is shown as the propellers 10 to 12 in the figure, it does not rotate even when receiving wind force. Actually, in order to rotate by receiving wind force, it is necessary to provide a taper in the shape of the propellers 10 to 12. When a tapered propeller is used, a force for rotating the propeller can be generated. The taper shape and the solar panel attachment are a little more difficult. This is because it is necessary to attach a solar panel according to the shape of the propeller.

図では、各プロペラに８枚のソーラーパネルを貼り付けた場合を示しているが、８枚に限る必要はない。また図では、これらプロペラ１０〜１２が反時計方向に回転している場合を示しているが、時計方向に回転するものであっても構わない。１５は風力発電機を支持するポールである。このポール１５は、風力発電機本体を支持するため、十分な強度を持つものである必要がある。一般的には、鉄柱が用いられる。そして、下端は硬い地面又はコンクリート上に固定される。   Although the figure shows a case where eight solar panels are attached to each propeller, the number is not limited to eight. Moreover, although the figure has shown the case where these propellers 10-12 are rotating counterclockwise, you may rotate clockwise. Reference numeral 15 denotes a pole that supports the wind power generator. The pole 15 needs to have sufficient strength to support the wind power generator body. Generally, iron pillars are used. And a lower end is fixed on the hard ground or concrete.

次に、出力系統について説明する。１６は風力発電機の出力を取り出す電線、１７〜１９は各ソーラーシステム３０〜３２からの出力電圧を取り出す電線である。電線１７はソーラーシステム３０で発生された電圧を取り出し、電線１８はソーラーシステム３１で発生された電圧を取り出し、電線１９はソーラーシステム３２で発生された電圧を取り出す。   Next, the output system will be described. 16 is an electric wire for extracting the output of the wind power generator, and 17 to 19 are electric wires for extracting output voltages from the solar systems 30 to 32. The electric wire 17 takes out the voltage generated in the solar system 30, the electric wire 18 takes out the voltage generated in the solar system 31, and the electric wire 19 takes out the voltage generated in the solar system 32.

４０は前記した各電線１６〜１９からの出力を入力して、各種の電圧制御を行い、電圧として取り出す電源装置である。該電源措置４０のメインの制御は内蔵のマイクロコンピュータが行う。該マイクロコンピュータのビット数としては３２ビット程度のものが用いられる。３２ビット程度のものであれば、十分と言える。
４１〜４４は電源出力端子である。例えば、端子４１と４２からは交流電圧を取り出し、端子４３と４４からは直流電圧を取り出す。５０はプロペラ１０〜１２の回転により交流電圧を発生させる発電機、５５は発電機５０の後端部に設けられた尾翼である。この尾翼５５はプロペラ１０〜１２の回転軸の回転方向を安定化させる尾翼である。このように構成された発電装置の動作を制御すれば、以下の通りである。 Reference numeral 40 denotes a power supply device that receives outputs from the above-described electric wires 16 to 19, performs various voltage controls, and extracts them as voltages. The main control of the power supply unit 40 is performed by a built-in microcomputer. The microcomputer has a bit number of about 32 bits. A 32-bit version is sufficient.
Reference numerals 41 to 44 denote power output terminals. For example, an AC voltage is taken out from the terminals 41 and 42, and a DC voltage is taken out from the terminals 43 and 44. Reference numeral 50 denotes a generator that generates an alternating voltage by the rotation of the propellers 10 to 12, and reference numeral 55 denotes a tail that is provided at the rear end of the generator 50. The tail blade 55 is a tail blade that stabilizes the rotation direction of the rotation shafts of the propellers 10 to 12. The operation of the power generation device configured as described above is controlled as follows.

（１）交流電力の取り出し
プロペラ１０〜１２が図の矢印方向に回転すると、発電機５０はプロペラ１０〜１２の回転数に応じた周波数の交流発電を行う。この交流発電による交流電圧は、電線１６を介して電源装置４０に入力される。この場合において、プロペラの回転数が高くなると、発生する交流電圧の周波数は高くなり、逆にプロペラの回転数が低くなると、発生する交流電圧の周波数は低くなる。 (1) Extraction of AC power When the propellers 10 to 12 are rotated in the direction of the arrows in the figure, the generator 50 performs AC power generation at a frequency corresponding to the rotation speed of the propellers 10 to 12. The AC voltage generated by this AC power generation is input to the power supply device 40 via the electric wire 16. In this case, when the rotation speed of the propeller is increased, the frequency of the generated AC voltage is increased. Conversely, when the rotation speed of the propeller is decreased, the frequency of the generated AC voltage is decreased.

電源装置４０に入力された交流電圧はＡＦＣ制御により一定周波数の交流に変換され、端子４１，４２から交流電圧として取り出される。ここで、若し周波数を高める必要がある場合は、電源装置４０のＡＣ／ＡＣコンバータ機能で所定の周波数の交流に変換される。変換された交流は端子４１，４２から出力され、必要な電源機器（図示せず）に電力を供給する。
（２）直流電圧の取り出し The AC voltage input to the power supply device 40 is converted to AC having a constant frequency by AFC control, and is taken out from the terminals 41 and 42 as AC voltage. Here, when the frequency needs to be increased, the AC / AC converter function of the power supply device 40 converts the frequency into an alternating current having a predetermined frequency. The converted alternating current is output from the terminals 41 and 42 to supply power to necessary power supply equipment (not shown).
(2) DC voltage extraction

ソーラーシステム３０〜３２の各出力は直流電圧であるので、電線１７〜１９でこの直流電圧を電源装置４０に入力する。電源装置４０は、入力された３つの直流電圧を直流的に加算して端子４３，４４から出力することができる。この場合、ソーラーシステム３０の各出力は、電源装置４０に入力されて直流加算するため、電線１７〜１９は互いに電気的に浮いた状態にあることが必要である。   Since each output of the solar systems 30 to 32 is a DC voltage, the DC voltage is input to the power supply device 40 through the electric wires 17 to 19. The power supply device 40 can add three input DC voltages in a DC manner and output the result from the terminals 43 and 44. In this case, since the outputs of the solar system 30 are input to the power supply device 40 and subjected to direct current addition, the electric wires 17 to 19 need to be in an electrically floating state.

図４は直流電圧の取り出し方の説明図である。図において、Ｖ１はソーラーシステム３０で得られた直流電圧、Ｖ２はソーラーシステム３１で得られた直流電圧、Ｖ３はソーラーシステム３２で得られた直流電圧である。これら直流電圧は、それぞれ電線１７〜１９で電源装置４０に送られてくる。電源装置４０は、これら電圧を図４に示すように直列接続を行う。直流電圧ＶＯ=Ｖ１+Ｖ２+Ｖ３となり、端子４３，４４から出力される。一方、端子４１，４２からは発電機５０で発電された交流電圧が出力される。   FIG. 4 is an explanatory diagram of how to extract a DC voltage. In the figure, V 1 is a DC voltage obtained by the solar system 30, V 2 is a DC voltage obtained by the solar system 31, and V 3 is a DC voltage obtained by the solar system 32. These DC voltages are sent to the power supply device 40 through the electric wires 17-19, respectively. The power supply device 40 connects these voltages in series as shown in FIG. DC voltage VO = V1 + V2 + V3, which is output from terminals 43 and 44. On the other hand, the AC voltage generated by the generator 50 is output from the terminals 41 and 42.

このようにして端子４１，４２からは交流電圧が出力され、端子４３，４４からは直流電圧が出力される。交流電圧の容量を大きくする場合は、複数の風力発電機の出力を直列加算して高電圧を発生させるか、複数の風力発電機の出力を並列加算して出力させる。大電力システムを構築する場合は、電源装置４０の出力を複数組み合わせて用いる。   In this way, an AC voltage is output from the terminals 41 and 42, and a DC voltage is output from the terminals 43 and 44. When increasing the capacity of the AC voltage, the outputs of a plurality of wind power generators are added in series to generate a high voltage, or the outputs of the plurality of wind power generators are added in parallel and output. When constructing a high power system, a plurality of outputs of the power supply device 40 are used in combination.

なお、上述の説明ではソーラーシステムの出力を加算する場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではない。それぞれのソーラーシステムの出力を互いに独立して出力することもできる。この場合には、電源装置４０に付属する端子の数を増やす必要がある。
の In the above description, the case where the outputs of the solar system are added is taken as an example, but the present invention is not limited to this. The output of each solar system can also be output independently of each other. In this case, it is necessary to increase the number of terminals attached to the power supply device 40.
of

図５は本発明の他の出力形態を示す図である。この実施例は、図４に示す実施例のＶ１〜Ｖ３に加えて、第４の出力Ｖ４を発生させて、Ｖ１〜Ｖ３に直列加算している。このＶ４の出力は、風力発電による発生交流を電源装置４０で整流して得たものである。電源装置４０は電線１６から入力されてくる交流電圧を、内部に設けた整流器により直流電圧に変換する。そして、変換された直流電圧Ｖ４をＶ１〜Ｖ３に直列加算する。その出力ＶＯＡは
ＶＯＡ=Ｖ１+Ｖ２+Ｖ３+Ｖ４
で与えられる。なお、上述の説明では、プロペラ１０〜１２から交流電圧を発生させる場合を例にとったが、本発明では風力発電機から直接直流電圧を発生させることができる。この場合には、図５の電圧Ｖ４は整流器を通さずに得ることができる。 FIG. 5 is a diagram showing another output form of the present invention. In this embodiment, in addition to V1 to V3 of the embodiment shown in FIG. 4, a fourth output V4 is generated and serially added to V1 to V3. The output of V4 is obtained by rectifying the AC generated by wind power generation with the power supply device 40. The power supply device 40 converts the AC voltage input from the electric wire 16 into a DC voltage by a rectifier provided inside. Then, the converted DC voltage V4 is serially added to V1 to V3. The output VOA is VOA = V1 + V2 + V3 + V4
Given in. In the above description, the case where the AC voltage is generated from the propellers 10 to 12 is taken as an example, but in the present invention, the DC voltage can be directly generated from the wind power generator. In this case, the voltage V4 in FIG. 5 can be obtained without passing through the rectifier.

本発明は太陽光を受けて、且つ風力発電を行うことができる環境で、等しく利用することができる。   The present invention can equally be used in an environment where sunlight is received and wind power can be generated.

６ 山
７ 塔
８ プロペラ
１０ プロペラ
１０ａ ソーラーパネル
１１ プロペラ
１１ａ ソーラーパネル
１２ プロペラ
１２ａ ソーラーパネル
１６〜１９ 電線
２１ ソーラーユニット
２２ 電線
２３ 制御装置
２４ 電線
２５ 電線
４０ 電源装置
４１〜４４ 電源出力端子
５０ 発電機
５５ 尾翼

6 Mountain 7 Tower 8 Propeller 10 Propeller 10a Solar panel 11 Propeller 11a Solar panel 12 Propeller 12a Solar panel 16-19 Electric wire 21 Solar unit 22 Electric wire 23 Controller 24 Electric wire 25 Electric wire 40 Power supply device 41-44 Power output terminal 50 Generator 55 tail

Claims (1)

風力を受けて回転して発電するプロペラを有する風力発電装置において、
前記プロペラの表面にソーラー素子よりなるソーラーパネルを設け、
風力発電による発電とソーラーパネルによる発電とを併せて得られるようにしたことを特徴とするソーラー・風力ハイブリッド発電装置。 In a wind turbine generator having a propeller that generates power by rotating by receiving wind power,
Provide a solar panel made of solar elements on the surface of the propeller,
A solar / wind hybrid power generator characterized by being able to obtain both wind power generation and solar panel power generation.
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