特許 6791573 水上太陽光発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6791573

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】水上太陽光発電システム

(51)【国際特許分類】

   H02S 40/42 20140101AFI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H02S40/42

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-85771(P2016-85771)

(22)【出願日】2016年4月22日

(65)【公開番号】特開2017-195733(P2017-195733A)

(43)【公開日】2017年10月26日

【審査請求日】2019年3月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000201478

【氏名又は名称】前田建設工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(72)【発明者】

【氏名】丸山 勇祐

【審査官】 原 俊文

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０３８１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２００９−０１１９６４７（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３３７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００６０６２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−３１４９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２９６９２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｓ １０／００−４０／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水上に設置される太陽光発電パネルと、
前記太陽光発電パネルの背面に略全面的に設けられる冷却水通路と、
前記冷却水通路の入口側に設置される貯水タンクと、
水中から前記貯水タンクに揚水するポンプと、
前記冷却水通路の出口側に配置される発電用水車と、
を備え、
前記太陽光発電パネルは、水上の架台の上に斜めに設置され、前記太陽光発電パネルの上部に前記冷却水通路の入口が設けられる一方、前記太陽光発電パネルの下部に前記冷却水通路の出口が設けられており、
前記貯水タンクは、前記太陽光発電パネルよりも高い位置に配置されており、
前記冷却水通路の入口に設置された前記貯水タンクに貯水された水を、前記冷却水通路に流下させることを特徴とする水上太陽光発電システム。

【請求項2】

前記太陽光発電パネルは、架台上に斜めに設置されて、上方に前記冷却水通路の入口が設けられる一方、下辺部に沿って前記冷却水通路の出口が開口しており、
前記開口に沿って前記発電用水車が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水上太陽光発電システム。

【請求項3】

前記発電用水車には、発電機と、前記ポンプを駆動する動力伝達装置が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水上太陽光発電システム。

【請求項4】

前記発電用水車と、前記発電機及び前記動力伝達装置との間に切替動作用のクラッチがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項３に記載の水上太陽光発電システム。

【請求項5】

前記太陽光発電パネルで発電される電力により前記ポンプを駆動することで揚水して前記貯水タンクに貯水することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の水上太陽光発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水上に太陽光発電パネルを設置する太陽光発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、太陽光発電パネルの設置が広く普及している。
しかし、太陽光発電パネルは、そのパネルの温度が上昇すると発電効率が低下する。
このため、特許文献１において、貯水タンクから太陽用発電パネル表面への散水機能を具備した太陽光発電システムが提案されている。

【0003】

また、大規模なメガソーラーの設置には、広大な面積が必要であることから、水上への設置が増えつつある。
そして、水上に設置されるフロートタイプの太陽光発電装置において、太陽光発電パネル背面の吸熱板に接続された放熱板をフロートから水中に入れることで、太陽光発電パネルを冷却するものが、特許文献２に提案されている。
また、フロート下の水をフロート中央部の穴から吸引して噴出させることによりフロート上の太陽光発電パネルに流下させることで、太陽光発電パネルを冷却するものが、特許文献３に提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１４３３５２号公報

【特許文献2】特開２０１１−１９８８６９号公報

【特許文献3】特開２０１１−２３８８９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１のような太陽用発電パネル表面への散水方式や、特許文献２のような太陽光発電パネル背面の吸熱板に接続された放熱板をフロートから水中に入れる冷却構造や、特許文献３のようなフロート下の水をフロート中央部の穴から吸引して噴出させることによりフロート上の太陽光発電パネルに流下させる冷却方式では、冷却性能が不十分であった。

【0006】

本発明の課題は、水上に設置する太陽光発電パネルに対する十分な冷却性能を具備することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
水上に設置される太陽光発電パネルと、
前記太陽光発電パネルの背面に略全面的に設けられる冷却水通路と、
前記冷却水通路の入口側に設置される貯水タンクと、
水中から前記貯水タンクに揚水するポンプと、
前記冷却水通路の出口側に配置される発電用水車と、
を備え、
前記太陽光発電パネルは、水上の架台の上に斜めに設置され、前記太陽光発電パネルの上部に前記冷却水通路の入口が設けられる一方、前記太陽光発電パネルの下部に前記冷却水通路の出口が設けられており、
前記貯水タンクは、前記太陽光発電パネルよりも高い位置に配置されており、
前記冷却水通路の入口に設置された前記貯水タンクに貯水された水を、前記冷却水通路に流下させることを特徴とする。

【0008】

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の水上太陽光発電システムであって、
前記太陽光発電パネルは、架台上に斜めに設置されて、上方に前記冷却水通路の入口が設けられる一方、下辺部に沿って前記冷却水通路の出口が開口しており、
前記開口に沿って前記発電用水車が配置されていることを特徴とする。

【0009】

請求項３に記載の発明は、
請求項１または２に記載の水上太陽光発電システムであって、
前記発電用水車には、発電機と、前記ポンプを駆動する動力伝達装置が接続されていることを特徴とする。

【0010】

請求項４に記載の発明は、
請求項３に記載の水上太陽光発電システムであって、
前記発電用水車と、前記発電機及び前記動力伝達装置との間に切替動作用のクラッチがそれぞれ設けられていることを特徴とする。

【0011】

請求項５に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか一項に記載の水上太陽光発電システムであって、
前記太陽光発電パネルで発電される電力により前記ポンプを駆動することで揚水して前記貯水タンクに貯水することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、水上太陽光発電パネルに対する十分な冷却性能を具備することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明を適用した水上太陽光発電システムの一実施形態の構成を示す概略側面図である。

【図2】図１の水上太陽光発電システムの概略斜視図である。

【図3】実施形態２を示すもので、水上太陽光発電システムの発電用水車部分の拡大側面図である。

【図4】図３の水上太陽光発電システムの概略斜視図である。

【図5】変形例を示すもので、水上太陽光発電システムの発電用水車部分の拡大側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
（実施形態１）
図１及び図２は本発明を適用した水上太陽光発電システムの一実施形態の概略構成を示すもので、１は架台、２は太陽光発電パネル、３は冷却水通路、４はポンプ、５は貯水タンク、６は発電用水車、７は発電機、８・９はクラッチ、１０は動力伝達装置である。

【0015】

図示のように、池、湖、海等の水上の架台１の上には、太陽光発電パネル２が斜めに設置されている。架台１は、図示しないが、水底に着く足付きのものである。
この太陽光発電パネル２は、多数の太陽電池モジュールを縦横方向に並べて一体化した大面積のもので、その受光面を太陽の方向に向けて斜めに設置されており、受光面の背面の全面に沿ってハウジングにより囲まれた冷却水通路３が形成されている。
この冷却水通路３には、太陽光発電パネル２の背面に取り付けられた図略の吸熱板に繋げた縦方向に沿った強度確保用リブを兼ねた図略の放熱板が横方向に間隔を開けて並べられている。

【0016】

そして、架台１の下には、ポンプ４を水中に設置する一方、太陽光発電パネル２の上部に設けた冷却水入口に断熱性の貯水タンク５を設けている。
この貯水タンク５に、ポンプ４で揚水して貯水し、すなわち、太陽光発電パネル２を冷却するための水を貯めておく。貯水タンク５ヘの水は、架台１下方で直射日光が当たらない冷たい水をポンプ４で揚水する。

【0017】

また、冷却水通路３の太陽光電池パネル２下部に位置する冷却水出口には、ペルトン水車による発電用水車６を取り付ける。この発電用水車６は、図２に示したように、冷却水通路３の太陽光電池パネル２の下辺部に沿って開口する冷却水出口に沿って軸線方向を配置する。
なお、冷却水出口には図略の絞りを設けて、その絞りで発生するジェット水流がペルトン水車のバケットに当たって、発電用水車６が効率よく回転するように構成する。

【0018】

さらに、発電用水車６の軸部の一端（図２では左端）に発電機７を接続し、発電用水車６と発電機７との間にクラッチ８を設ける。

【0019】

また、発電用水車６の軸部の他端（図２では右端）とポンプ４の間にクラッチ９及び動力伝達装置１０を設ける。
すなわち、動力伝達装置１０は、図示例では、ポンプ４を回転駆動させるベルトプーリ機構で、その入力軸と発電用水車６との間にクラッチ９を設ける。

【0020】

以上において、架台１上の太陽光発電パネル２の高さを１０ｍ以上とする。
従って、冷却水通路３には１０ｍ以上の水頭差が生じる。

【0021】

以上の水上太陽光発電システムの運用時において、太陽光発電パネル２の温度が上昇して所定値に達した場合には、太陽光発電パネル２の背面全面に取り付けられた冷却水通路３に貯水タンク５の水を流下させることで、太陽光発電パネル２の背面全面を冷却する。
ここで、初期のポンプ４の駆動は、太陽光発電パネル２で発電された電力を利用して行う。すなわち、太陽光発電パネル２の冷却が必要な時は、太陽光発電パネル２が発電状態にあるので、破線で示したように、その余剰電力を用いてポンプ４を駆動する。この時、クラッチ９を切っておく。

【0022】

そして、ポンプ４で揚水された貯水タンク５から太陽光発電パネル２の背面全面の冷却水通路３を流下して発電用水車６が回転すると、クラッチ９を接続状態にして、発電用水車６の回転によりクラッチ９及び動力伝達装置１０を経てポンプ４を駆動する。
すなわち、太陽光発電パネル２の背面全面の冷却水通路３を流下してきた水の運動エネルギーを発電用水車６で吸収し、その発電用水車６の回転力をポンプ４の動力として利用することで、他からのエネルギーをほとんど必要とせずに揚水を行う。

【0023】

なお、エネルギーが僅かに足らない場合には、太陽光発電パネル２の余剰電力でポンプ４を駆動して揚水を行う。
このように、太陽光発電パネル２の余剰電力を水の位置エネルギーとして蓄え、冷却水通路３に流して下部の発電用水車６で発電することもできる。これにより、蓄電設備を持たずに、発電量の平滑化も可能である。

【0024】

以上、実施形態の水上太陽光発電システムによれば、太陽光発電パネル２の背面全面に設けた冷却水通路３に、その上部の入口に設置した貯水タンク５から冷却水を流すことで、水上の太陽光発電パネル２に対する十分な冷却性能を具備することができる。
従って、水上の太陽光発電パネル２による発電効率を高めることができる。

【0025】

そして、冷却水通路３の出口に配置した発電用水車６を、太陽光電池パネル２冷却後の水で回転させて、接続状態のクラッチ８を経て発電機７で発電して、売電に供することができる。

【0026】

（実施形態２）
図３及び図４は実施形態２の水上太陽光発電システムの概略構成を示すもので、前述した実施形態１と同様、２は太陽光発電パネル、３は冷却水通路、４はポンプ、６は発電用水車、７は発電機、８・９はクラッチ、１０は動力伝達装置であって、１１は案内羽根である。

【0027】

図示のように、実施形態２では、発電用水車６としてクロスフロー水車を用いて、このクロスフロー水車による発電用水車６を冷却水通路３の太陽光電池パネル２の下辺部に沿って開口する冷却水出口の内部に沿って軸線方向を配置したものである。
そして、その冷却水出口内部には、発電用水車６の直前位置に、そのクロスフロー水車の羽根を押す側のみに水を当て、且つ流速を上げる案内羽根１１を設けている。
このように、冷却水出口内部に案内羽根１１を設けて、その案内羽根１１で発生するジェット水流がクロスフロー水車の羽根に当たって、発電用水車６が効率よく回転するように構成する。

【0028】

以上、クロスフロー水車による発電用水車６を冷却水通路３の太陽光電池パネル２の下辺部に沿って開口する冷却水出口の内部に沿って軸線方向を配置して、発電用水車６の直前位置に、そのクロスフロー水車の羽根を押す側のみに水を当て、且つ流速を上げる案内羽根１１を設けた構成によっても、前述した実施形態１と同様の作用効果を発揮できる。

【0029】

（変形例）
図５は変形例を示すもので、前述した実施形態２のクロスフロー水車による発電用水車６に変えて、図示のように、前述した実施形態１と同様のペルトン水車による発電用水車６としたものである。

【0030】

すなわち、ペルトン水車による発電用水車６を冷却水通路３の太陽光電池パネル２の下辺部に沿って開口する冷却水出口の内部に沿って軸線方向を配置して、発電用水車６の直前位置に、そのペルトン水車のバケットを押す側のみに水を当て、且つ流速を上げる案内羽根１１を設けた構成としてもよい。

【0031】

（他の変形例）
以上の実施形態では、太陽光発電パネルを、水底に着く足付きの架台上に設置したが、水底に打ち込んだアンカーにより係留された浮体による架台上に太陽光発電パネルを設置してもよい。
また、その他、具体的な細部構造等について適宜に変更可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0032】

１ 架台
２ 太陽光発電パネル
３ 冷却水通路
４ ポンプ
５ 貯水タンク
６ 発電用水車
７ 発電機
８ クラッチ
９ クラッチ
１０ 動力伝達装置
１１ 案内羽根

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】