特開 2022-109957 太陽発電設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022109957

(43)【公開日】2022-07-28

(54)【発明の名称】太陽発電設備

(51)【国際特許分類】

   H02S 10/40 20140101AFI20220721BHJP

   H02S 40/42 20140101ALI20220721BHJP

   H02S 30/10 20140101ALI20220721BHJP

   B63B 35/00 20200101ALI20220721BHJP

   B63B 7/06 20200101ALI20220721BHJP

   B63B 21/00 20060101ALI20220721BHJP

【ＦＩ】

H02S10/40

H02S40/42

H02S30/10

B63B35/00 T

B63B7/06

B63B21/00 B

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022069250

(22)【出願日】2022-04-20

(62)【分割の表示】P 2018558132の分割

【原出願日】2017-05-31

(31)【優先権主張番号】20160927

(32)【優先日】2016-05-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NO

(31)【優先権主張番号】20170728

(32)【優先日】2017-05-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NO

(71)【出願人】

【識別番号】518387066

【氏名又は名称】オーシャン サン エーエス

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ビョルンクレット，ボーエ

【テーマコード（参考）】

5F151

【Ｆターム（参考）】

5F151AA01

5F151JA02

5F151JA09

5F151JA13

5F151JA30

(57)【要約】      （修正有）

【課題】マットはこのマットに固定された複数の光起電モジュールを有する、水域の表面に配置されるように構成された可撓性マットを備える沖合光起電発電設備を提供する。
【解決手段】水域の表面に配置されるように構成された可撓性マットを備える沖合光起電発電設備１００であって、マットはそのマットに固定された複数の光起電モジュールを有する。光起電モジュールは、海洋用にされてもよく（marinized）、セルへの機械的損傷を防止する浮揚性の不撓性アルミニウム構造を備え得る。不撓性の後面構造は、太陽電池セルから可撓性マットへの直接的な熱伝導によって、効率的なヒートシンクとしても役立ち得る。
【選択図】図１３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水域の表面（３３）に配置されるように構成された可撓性マット（２）を備え、前記マット（２）は前記マットに固定された複数の光起電モジュール（１）を有する、沖合光起電発電設備。

【請求項2】

前記マット（２）は少なくとも部分的に浮揚性材料で作製されている、請求項１に記載の沖合光起電発電設備。

【請求項3】

前記マット（２）に固定され又は前記マット（２）に内蔵された浮遊要素（３’，３１）をさらに備える、請求項１又は２のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項4】

前記マット（２）は孔（３０）を備える、請求項１から３のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項5】

前記マット（２）は前記モジュール（１）を前記マット（２）に固定するコネクタ（９）を備える、請求項１から４のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項6】

前記マット（２）は少なくとも部分的にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ＥＶＡ、合成ゴム若しくは共重合体材料、又はこれらの材料のうち２つ以上の組み合わせで作製されている、請求項１から５のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項7】

前記マットは織布、ネット、フィルム、シート、板又はこれらの材料の積層物で作製されている、請求項６に記載の沖合光起電発電設備。

【請求項8】

前記マット（２）は長手方向（３４）に交互の浮揚性を有するセクション（Ａ，Ｂ）を備え、前記モジュール（１）は前記セクション（Ａ，Ｂ）の間に配置される、請求項１から７のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項9】

前記セクション（Ａ，Ｂ）は、１ｋｇ／ｄｍ^３よりも低い密度を有する第１組のセクション（Ａ）と、１ｋｇ／ｄｍ^３よりも高い密度を有する第２組のセクション（Ｂ）とを備える、請求項８に記載の沖合光起電発電設備。

【請求項10】

前記浮遊要素（３’，３１）は前記第１組のセクション（Ａ）に配置される、請求項３と組み合わせられた請求項８又は９のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項11】

前記第２組のセクション（Ｂ）に配置されたおもり（３２）を備える、請求項８から１０のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項12】

前記マット（２）は１ｋｇ／ｄｍ^３よりも密度の低い材料を備えるポケット（３１）を有する、請求項１から１１のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項13】

前記ポケット（３１）は前記第１組のセクション（Ａ）に配置される、請求項９又は１０のいずれかと組み合わせられた請求項１２に記載の沖合光起電発電設備。

【請求項14】

前記ポケット（３１）はスペーサ要素（３５）を備え、各スペーサ要素（３５）は各ポケット（３１）の形状を定義するように構成されている、請求項１２又は１３に記載の沖合光起電発電設備。

【請求項15】

各モジュール（１）は、枠（８）と、前記枠（８）内に配設されたシリコンベースの太陽電池セル（１３）をカプセル封入する積層物（１２）とを備える、請求項１から１４のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項16】

各モジュール（１）は前記積層物（１２）を支持するように配置された補強要素（６，７，１１）を有する、請求項１５に記載の沖合光起電発電設備。

【請求項17】

各モジュール（１）は前記枠（８）内に配置された伝熱要素（６，７，１１）を有する、請求項１５又は１６のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項18】

前記伝熱要素（６，７，１１）は前記積層物（１２）と前記モジュール（１）の後面（１ｂ）との間に配置されている、請求項１７に記載の沖合光起電発電設備。

【請求項19】

前記伝熱要素（６，７，１１）は波形の冷却板（１１）を備える、請求項１７及び１８のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項20】

前記モジュール（１）は、前記積層物（１２）に固定された第１の板（１４）と、前記モジュール（１）の後面（１ｂ）を形成する第２の板（１５）とを備えており、前記波形の冷却板（１１）は前記第１の板（１４）と前記第２の板（１５）との間に配置されている、請求項１９に記載の沖合光起電発電設備。

【請求項21】

前記伝熱要素（６，７，１１）は前記マット（２）を貫通して伸びる、請求項１７から２０のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項22】

海底に固定された錨泊システム（４，５）を備える、請求項１から２１のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項23】

前記マット（２）は浮遊要素（３，３’）に固定されている、請求項１から２２のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項24】

前記浮遊要素（３，３’）は、前記マット（２）を取り囲む、環状の細長の浮遊要素である、請求項２３に記載の沖合光起電発電設備。

【請求項25】

陸上電力網に接続されている、請求項１から２４のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項26】

前記モジュール（１）は水平軸と比較して傾きをもって配置される、水域の表面（３３）上に配置された、請求項１から２５のいずれかに記載の沖合光起電発電設備。

【請求項27】

請求項１から２６のいずれかに記載の沖合光起電発電設備を備える養魚場。

【請求項28】

請求項１から２６のいずれかに記載の沖合光起電発電設備と少なくとも１つの沖合風力発電機とを備える沖合発電設備。

【請求項29】

前記沖合光起電発電設備と前記沖合風力発電機とは共通の送電線を介して陸上電力網に接続されている、請求項２８に記載の沖合光起電発電設備。

【請求項30】

複数の光起電モジュール（１）を可撓性の浮揚性マット（２）上に取り付けるステップを備える、沖合光起電発電設備の建設工事の方法。

【請求項31】

各モジュール（１）においてシリコンベースの太陽電池セル（１３）をカプセル封入する積層物（１２）の後面に補強要素（６）を導入することによって、前記複数の光起電モジュール（１）の各々の機械的頑強性を高めることをさらに備える、請求項３０に記載の方法。

【請求項32】

各モジュール（１）において伝熱要素（６，７，１１）を設けることをさらに備える、請求項３０又は３１に記載の方法。

【請求項33】

前記伝熱要素（６，７，１１）は前記積層物（１２）と前記モジュール（１）の後面（１ｂ）との間に挟まれている、請求項３１と組み合わせられた請求項３２に記載の方法。

【請求項34】

前記可撓性マット（２）は細長のモジュール列（２）に形成されている、請求項３０から３３のいずれかに記載の方法。

【請求項35】

水上光起電発電設備を設置する方法であって、請求項１から２６のいずれかに記載の沖合光起電発電設備を水域上に配備するステップを備える、方法。

【請求項36】

前記沖合光起電発電設備を配備するステップは船舶から行われる、請求項３５に記載の方法。

【請求項37】

折り畳まれ積み重ねられた前記沖合光起電発電設備を船舶に搭載して輸送することをさらに備える、請求項３６に記載の方法。

【請求項38】

前記沖合光起電発電設備を配備する前記ステップは陸上の場所から行われる、請求項３５に記載の方法。

【請求項39】

前記マット（２）を浮遊要素（３，３’）を介して前記海底（５）に固定することをさらに備える、請求項３５から３８のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は再生可能エネルギ生産に係り、より詳細には水上型太陽発電設備に関する装置及び方法に係る。

【背景技術】

【0002】

水上型光起電（ＰＶ）太陽発電システムは、現在のところ広く使われてはいないが、既知である。そのようなシステムは、典型的には穏やかな水面上、すなわち湖、水力発電ダム、貯水池、河川などに配備される。水上型太陽発電システムに関連する課題のいくつかは、波及び水流による負荷への曝露、設備（又はその構成要素）の挑戦的且つ労働集約的な配備、及びシステムの保守及び洗浄（例えば設備表面に堆積する塩又は固体粒子）のためのアクセスに関連する問題を含む。現在利用可能な水上型太陽発電システムは、その比較的高いコストによっても制限される。

【0003】

背景を理解するために有用であろう従来技術の例には、以下のものがある。大規模海洋移動型太陽発電システムを記載した米国特許出願公開第２０１２／０２４２２７５号明細書、太陽電池パネルの支持装置を記載した米国特許出願公開第２０１５／０１６２８６６号明細書、光起電力パネルを支持する装置を記載した米国特許出願公開第２０１４／０２２４１６５号明細書、ならびに水上型装置上に配置された太陽電池セルを記載した韓国特許第１０１１０１３３１６号公報及び韓国特許第１０１６１２８３２号公報。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

現在のところ、水上型ＰＶ発電設備に関連しては、技術的課題及び経済的課題の両方が存在する。したがって、様々な用途及び目的でのそのような再生可能電力生産のために、改良されたシステム及び方法が必要とされている。本発明は、水上型太陽発電設備に関する改良された装置及び方法を提供して、利点をもたらし及び／又は既知のシステム及び技術に関連した現在の課題又は欠点を改善しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態においては、水域の表面に配置されるように構成された可撓性マットを備える沖合光起電発電設備が提供され、マットはこのマットに固定された複数の光起電モジュールを有する。さらなる代替的及び／又は特に有利な実施形態は添付の特許請求の範囲において概説される。

【図面の簡単な説明】

【0006】

次に、例示的な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。

【0007】

【図1】海に浮かんでいる光起電システムの概略図を示す。

【図2】有孔浮遊マットに取り付けられたＰＶモジュールを示す。

【図3】ヒートシンクを含む補強要素を有するＰＶモジュールの断面を示す。

【図4】波形のプロファイルからなる補強冷却要素を有するＰＶモジュールの断面を示す。

【図5】一実施形態によるマットの断面を示す。

【図6】一実施形態による光起電システムを示す。

【図7a】一実施形態による光起電システムを示す。

【図7b】一実施形態による光起電システムを示す。

【図7c】一実施形態による光起電システムを示す。

【図8a】一実施形態による光起電システムを示す。

【図8b】一実施形態による光起電システムを示す。

【図9】一実施形態による光起電システムを示す。

【図10】ＰＶモジュールの態様を示す。

【図11】波形のプロファイルからなる補強冷却要素を有するＰＶモジュールの断面を示す。

【図12a】一実施形態による光起電システムを示す。

【図12b】一実施形態による光起電システムを示す。

【図13】一実施形態による太陽発電設備を図示する。

【発明を実施するための形態】

【0008】

石油及びガス生産プラットフォーム、掘削又は加工施設のような多くの固定又は浮遊型沖合ユニットは、運転のためにかなりの量のエネルギを必要とする。他の電力需要施設には、大きな養魚場、又は送電網から離れた場所にある有人島がある。こうした場所のエネルギ需要は、一般的にディーゼル又はガスタービン発電機を介して供給される。化石燃料源に由来する高いエネルギ消費及びそれに続く二酸化炭素の放出に起因して、この行為は、環境保護主義者及び政治家の間でかなりの論争を引き起こしてきた。また、エネルギのコストも、そのような施設の運営者及び所有者の重要な検討事項である。

【0009】

本明細書に記載された実施形態によれば、通常の陸上電力網へのケーブルを通じた接続に適した、又は独立式で送電網に繋がっていない発電に適した、水上型再生可能発電施設が提供される。実施形態は、遠隔地又は海岸近く／沖合の場所又は内陸水域において用いられてもよく、例えば化石燃料ベースの発電機又は発電設備に取って代わり、それによって発電のＣＯ_２フットプリントを削減するように設計されることが可能である。例えば、多くのメガシティを含む多くの人口密集エリアは、海岸近くに位置している。そのようなエリアでは、風力や太陽など、従来の再生可能エネルギのために利用可能なエリア又は使用可能な屋上が非常に限られている。本明細書に記載された実施形態によれば、そのようなエリアにおいて、手頃なコストで、且つ高い動作信頼性をもって、再生可能発電に有意な貢献がなされることが可能である。

【0010】

システムの実施形態は様々な用途に適しており、例えば春、夏及び秋の日中のエネルギ需要の主要部に取って代わるか又はこれを提供するように設計されることが可能である。例えば、ＰＶは、雲と太陽の位置とに起因する太陽エネルギシステムからの出力の変動によって発生する典型的な不規則性をフレキシブル燃料ベースの発電機が容易に平準化することのできるハイブリッド電力システムにおいて、良好に動作するであろう。代替的には、エネルギ貯蔵のためにバッテリも用いられ得る。

【0011】

大きな発電設備で使用される標準的な６０又は７２セルの光起電モジュールは、海での波スラミング及び／又は強風によって生じ得る機械的な力に耐えるように直接的に設計されてはいない。また、これらのモジュールは通常、地面にしっかりと固定された頑丈なラックを必要とする。設置ラックは、理論的にはバージ又は他の水上船舶上に配置され得るが、例えば大規模な陸上施設と比較して、実質的なコストペナルティなしには配置することができない。本明細書に記載された実施形態は、従来の技術に関連するそのような問題を軽減する。

【0012】

図１（正確な縮尺ではない）は、細長の柔軟な浮遊マット２上に設置された相互接続されたＰＶモジュール１を備える実施形態を示す。マット２は、例えば鎖、ポリエステル又はナイロンのロープ４で係留されたブイ３に取り付けられており、ロープは錨５によって海底にも固定されている。

【0013】

図２（正確な縮尺ではない）は、シャックル１０を用いたパッドアイ９による浮遊マット２への取り付けのための取り付け点を備えた枠８を有するＰＶモジュール１を示している。マット２には、マット２の上側に溜まった水を排出したりするための孔３０が開けられていてもよい。

【0014】

図３は、上述のようなマット２と共に使用するのに適したＰＶモジュール１の一実施形態の断面を示す。ＰＶモジュール１は、シリコンベースの太陽電池セル１３をカプセル封入する積層物１２を有する。モジュール１は、複合芯材６とヒートシンク要素７との軽量サンドイッチによって設計されている。ヒートシンク要素７は、積層物１２の後面から海への放熱を促進するために配置されている。

【0015】

図４は第２の実施形態の断面を示しており、ヒートシンクは、アルミニウムのプロファイル又はモジュール１のアルミニウム枠８に固定された波形のヒートシンク板１１で作製されている。

【0016】

上述した実施形態は、列状又はマトリクス状に相互接続され、海に浮かぶ大きく薄い柔軟なマット又は片２上に設置された、複数の頑強で堅牢なＰＶモジュール１に基づくものである。基材マット又は細長片２は柔軟性に富み、海の波の動きに本質的に従うとともに、概していわゆる流力弾性挙動（hydro-elastic behaviour）を示す。大きなエリアを覆い得るマット２の存在によって、波の刻み（chopped waves）又は海水のしぶきが効果的に防止される。複数のマット２が相互接続されてもよい。

【0017】

マット２は有孔であっても有孔でなくてもよく、凹部、一方向弁、ポンプ又は溜まった水（雨水など）の排出を可能にする他の構成を有していても有していなくてもよい。マット２は、代替的にはネットで作製されていてもよく、すなわち比較的大きな開口を有していてもよい。図２はマット２の全体を横断するように配置されたそのような孔３０の一例を示す。望ましい場合には、マット２の浮揚性は、マット２の一部又は実質的に全部の上に水の薄膜を維持するように設計されることが可能である。これは、マット２自体及び／又はＰＶモジュール１の冷却に有益であろう。

【0018】

マット２は、大きなセクションで製造することが可能な、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ＥＶＡ、合成ゴム又は共重合体からなる、シート、ネット、織布、フィルム又は板から構成されることが可能である。代替的には、織物は、多層構造であってもよく、及び／又は、ガス、低塩度の水、浮揚性固体、油、ゼリー、泡又は他の構成要素を包含するポケット又は細長トンネルによって部分的に膨張されてもよい。これは図５に概略的に図示されており、同図は、孔３０と、水の密度よりも低い、すなわち１ｋｇ／ｄｍ^３よりも低い密度を有する流体又は固体材料を含むポケット３１とを備える、図２に示されたマット２の断面図を示している。ポケット３１はマット２の長さに沿った細長のトンネルとして形成されてもよい。

【0019】

ＰＶモジュール１は、例えば、マット２にしっかりと溶接され又は一体化されたパッドアイ９に取り付けられたクイックロックカラビナ又はシャックル１０によって、マット２に固定される。代替的な固定手段としては、例えば、ストラップ、縫い付けられたポケット、溶接されたブラケット、相互接続案内レールなどが可能である。多くの固定方法が本発明の範囲内で予想され得る。

【0020】

有利なことには、枠８及びモジュール１の構造は、三つの目的をもって設計される。すなわち、第一に、改善された頑強性を提供して太陽電池セルの破損を防止すること、第二に、より冷たいマット２及び水への熱伝導によって放熱を促進すること、そして最後に、気密封入を提供することにより任意選択的に海洋モジュールを浮揚性にすることである。

【0021】

ＰＶモジュール１の比較的薄いシリコンベースの太陽電池セルは、元来脆く、破断しやすい。海の波によって生じる繰り返し動作及び／又はスラミング力によって引き起こされる破断の問題を解消するために、モジュール１は補強することが可能である。補強は、例えば、支持枠８の設計によって、及び／又はモジュール１の後面１ｂに補強芯材を追加することによって、達成され得る。ヒートシンク要素７及び／又はヒートシンク板１１もまた、モジュール１内に構造的な強度をもたらすように設計され得る。こうして、非常に頑強なモジュール１を創出し、積層された太陽電池セルの耐屈曲性及び有効屈曲半径を増大させて、極端な損傷を回避することが可能である。そのような補強は、例えば、過酷な沖合エリアにおいて、損傷を回避するとともにシステムの信頼性を保証するために用いられ得る。内陸水域など、それほど厳しくない場所では、補強の要求は緩められてもよい。

【0022】

従来、ＰＶモジュール１の後面は、セルを過度に熱くして電気効率を喪失させ得る断熱を回避するために、随意に空気循環できるようになっている。一実施形態においては、この問題は、後面１ｂを海水に熱的に接続させることによって対処される。これは、モジュール１の後面１ｂに取り付けられた又はその一部を構成するアルミニウムのヒートシンク７，１１を提供することによって達成することができる。このような太陽電池セルの水冷の有利な効果は、既に確立したものであって、業界では既知である。ヒートシンク６としても作用する補強芯材は、水への放熱を直接的に可能にする冷却チャンネルも備え得る。複合芯材６も、好適には有益な熱伝導率を有する材料で作製されてもよい。

【0023】

沖合ＰＶアレイは、浮遊するのに十分な浮揚性をもって設計されることが可能で、ＰＶモジュール１の後面が部分的に浸水して、水による伝熱を可能にする。モジュール１は、それ自体が浮揚性であってもよく、浮上性でなくてもよい。モジュール列２、又はアレイを形成する複数の列は、錨５、鎖によって、及び例えばポリエステル又はナイロンからなる軽量ロープと組み合わせて、海底に係留される。代替的な係留の方法も可能である。例えば、モジュール列２は、例えば海岸近く又はダムでの適用の場合には、陸地に固定されることができる。ＰＶ施設が海流及び／又は波漂流力によって引きずられるのを防止するために、ブイ３も設置される。錨５及びブイ３のジオメトリならびに数及びサイズは、横方向の漂流力を最小化するように設計されることが可能である。錨泊のための十分な浮揚性及び固定点は、マットの周辺を包囲する１つ又はいくつかの環状の管状要素によっても提供され得る。ブイ３は、船乗りのために発電設備の位置を目立たせる適切なランタンも備えていてもよい。

【0024】

ＰＶモジュール１の容易な取り付けのために、マット２とモジュール１との間には、クイックコネクタを使用することが可能であり、これは、柔軟なマット２、マット片又はホースに取り付けられたＰＶモジュール１を、適当な船舶から又は波止場地帯など陸上の場所から水面上に配備することによって、迅速に且つコスト効率よく設置することを可能にする。モジュール１は積み重ね可能であり、容易に配備され、又は極端な天候の場合には撤収されることができる。ＰＶモジュール１は、高品質の、水浸可能な非分解性の接点（non-degradable contacts）を用いて電気的に相互接続される。また、任意選択的には、通常の接続箱端末（junction box terminals）によって提供されるものを超えて応力緩和特性を強化するために、電気ケーブルが不撓性のモジュール１に機械的に取り付けられることが可能である。

【0025】

ＰＶシステムは、ＰＶアレイのサイズ、列２の数、ピークワット数設計などに応じて、電力を沿岸又は沖合の消費者向けに変換可能なインバータに接続される。インバータ及び変圧器は、エンドユーザの沖合施設に直接設置されない場合には、カプセル封入して浮揚性にすることが可能である。後者は、例えば複数列のインバータを備え電力が主電力ケーブルを通じてエンドユーザに送達される広域施設に特に関連する。

【0026】

一実施形態においては、例えば冬に、極めて極端な天候を回避するため及び限定的な日光に起因して発電可能性が低くなるときにシステムを保管するために、容易に配備又は撤収できるように、事前に組み立てられたモジュールの列を船舶又はバージのデッキ上に積み重ねることが可能である。代替的には、ＰＶシステムは、季節に従って運転され、例えば冬季のフィヨルドなど、より穏やかな水域に曳航されることが可能である。より赤道寄りの水域では、施設はことによると年中同様の日射条件下で運転されることが可能である。配備されたときにモジュール１が水平配置であるのは、赤道水域周辺での近垂直日射にとっては理想的であるが、水上システム又はモジュール自体は、代替的には、北半球又は南半球での最適化のために、例えば２０～３０度の固定的な傾きをもって製造されてもよい。モジュールの傾斜は、マットの上面を、高い浮揚性のあるトンネル又はセクションによって容易にされる線又は稜線に沿って持ち上げることによっても達成され得る。同様に、例えばケーブル又は鎖など、より緻密な材料を用いて凹部又はトレンチを設けることが可能である。モジュールのわずかな傾きは、時には、雨水を誘導するため及び／又はモジュールの自然洗浄を可能にするために好都合であろう。

【0027】

光起電システムは、バッテリと組み合わせられてもよく、好適には低エネルギ密度のレドックスフロー電池技術と組み合わせて用いられ得る。

【0028】

いくつかの大きなアレイは、荒れた海域における油膜又はグリースアイスと同様、沖合施設の付近の海域に対する鎮静効果を有するであろう。海域の表面を本質的に覆うＰＶシステムは、風に誘発されて波が砕けたり、さざ波が立ったり、海に刻みが入る（chopped sea）のを防止するが、その一方で、個々のＰＶモジュールは、大きなうねりに曝されたときに、ゆっくりと波打つ動きを経験するであろう。したがって、本明細書に記載された実施形態によるＰＶシステムは、風力発電装置など、他の沖合再生可能発電機と有利に組み合わせられ得る。

【0029】

図６及び７ａ～７ｃは沖合光起電発電設備の他の実施形態を示しており、ここで、浮遊要素３’は、マット２を取り囲む、環状の細長の浮遊要素である。図６は、上面図、断面図（左側）及び側面図（図の上）をそれぞれ示す。浮遊要素３’は、この例に示されるように実質的に円形であってもよく、又は異なる形態を有していてもよい。モジュール１は浮遊要素３’の内側のマット２に固定される。図７ａ～ｃは、浮遊要素３’の直径がより大きく、より多くのモジュール１がマット２に固定されている、代替的な実施形態を示す。
図７ｃは、４点係留具によって係留された発電設備を示す。マット２が接続された環状の細長の浮遊要素３’を提供することにより、運転時のマット２の形態及び形状がより良好に保証され、浮遊要素３’は風及び／又は波からの保護を提供する。施設は、任意選択的には、荒海での波スラミング又はマットの浸水を減少させるために、浮遊要素の周辺の外側に配置された追加的な消波堤（wave breaker）を備えていてもよい。

【0030】

一実施形態においては、上述した実施形態のいずれかによる沖合光起電発電設備を備えた養魚場が提供される。沖合光起電発電設備を有する養魚場を提供することは、発電設備の電力生産プロファイルが養魚場からの電力需要に良好に一致するという点で利点をもたらす。養魚場の給餌システムを運転するのに必要な電力は、概して主に日中、光起電生産が最も高くなるときに要求される。同じことは、高緯度での季節的な変化、例えば、鮭の食欲が夏の長い昼間及びそれに続く盛んなＰＶ発電と良好に一致する場合にも当てはまる。

【0031】

マット２を取り囲む環状の細長の浮遊要素３’を有する沖合光起電発電設備を提供することによって、養魚場での発電設備の係留はより容易になる。なぜなら、養魚場は多くの場合、そのような環状の細長の浮遊要素を定位置に係留するための設備を有するからである。

【0032】

図８ａ及び８ｂは、マット２が長手方向３４に交互の浮揚性を有するセクションＡ，Ｂを備え、モジュール１がそのセクションＡ，Ｂの間に配置された、別の一実施形態を示している。図８ａ及び８ｂの各々の上の図は、モジュール１が配置された状態のマット２の側面図である。マット２は、海など、水域の表面３３上に浮かんでいる。（図８ａ及び８ｂの図解は明瞭にするために概略的になっており、要素の相対的なサイズは実際のシステムを表していないかもしれない。例えば、モジュールのサイズに対するマット２の厚さは、図８ａ及び８ｂに示されているよりも薄くてもよい。）図８ａ及び８ｂの各々の下の図は、マットの上面図を示している。

【0033】

第１組のセクションＡの各セクションは１ｋｇ／ｄｍ^３よりも低い密度を有し、第２組のセクションＢの各セクションは１ｋｇ／ｄｍ^３よりも高い密度を有する。これを達成するために、低密度材料の浮遊要素又はポケット３１が、第１組のセクションのセクションＡの各々に配置される。追加的（又は代替的）には、第２組のセクションＢは、その中又は上に配置されたおもり３２を備えている。おもり３２は、マット２のポケット内に配置された材料であってもよく、マット２に固定されたおもりであってもよく、又はより高い密度をもって配置されたこれらのセクションのマット２の材料それ自体であってもよい。

【0034】

この配置によれば、モジュール１を、図示されるように、水平に対してある角度で配置することが可能である。モジュールは、太陽に向かって最も有益な方向に従ってポケット３１の片側に配置されてもよく、又は、所望であれば両側に配置されてもよい。水平に対して傾きをもってモジュールを配置することは、モジュール１の性能及び発電を向上させ得る。さらに、これにより、自己洗浄効果を高めるとともにモジュール１の表面における汚染物の蓄積を回避することができる。

【0035】

図９は、伝熱要素７又は伝熱板１１がマット２を貫通して海中３３へと伸びる、別の一実施形態を示している。このために、マット２には適当な開口が設けられてもよい。これは伝熱特性を高めるとともに、ひいては積層物１２の冷却を増進する。この構成は、例えば、温暖な気候において、モジュール１の冷却を増進するのに有利であろう。

【0036】

図１０は別の一実施形態を示している。この実施形態においては、枠８は後板１５を備えている。後板１５は、マット２に支えられるように配置され、シーム溶接された管又は薄壁の押出部の形態をしたアルミニウムの伝熱要素７に熱的に接続されている。図３に示される実施形態のように、これらは後板１５から積層物１２を支持する支持板（図１０では見えないが、図１１に示される支持板１４に等しい）へと横断するように伸びている。後板１５はその外周１５’で枠８に固定されている。また、図１０の切り抜き図において見えるのは、枠８をマット２に固定する固定要素１０’である。枠８の他の角には、対応する固定要素１０’が配置されている。この実施形態において、伝熱要素７は、枠８への構造的強度及び頑強性の追加に寄与するものであり、所望の／必要な強度及び頑強性を達成するために、伝熱要素７の適当な厚さ及び配置（例えば図１０に見られるようなパターン配置）が選択可能である。

【0037】

図１１は別の一実施形態を示している。この実施形態においては、伝熱板１１は、後板１５と支持板１４との間に配置された波形の冷却板１１として構成されている。中板１４は積層物１２を支持するように配置されており、その一方で後板１５は枠８の後面に、マット２に支えられるように配置されている。波形の冷却板１１は、板１４と１５との間にろう付けされてもよく、又は他の手段によって固定されてもよい。図１１には、太陽からの放射の流入４０も図示されている。この値は、天候、地理的位置、及び他の要因に応じて、例えば１０００Ｗ／ｍ^２程度であり得る。後板１５からマット２及び／又は下にあり相対的に冷たい水への放熱４１も図示されている。これは、太陽電池セル１３が許容可能に低い動作温度に維持されること、及びその結果、より効率的に動作する（すなわちより多くの電気エネルギを生産する）ことを保証する。

【0038】

図１２ａは、ポケット３１がより大きなサイズであり且つ浮揚性の液体で満たされている、別の一実施形態の側面図を示す。サイズがより大きいポケット３１を配置することによって、例えば、マット２が浮かんでいる水３３よりもほんのわずかに密度が低い液体を用いることが可能になり得る。例えば、海上に配置される設備については、淡水で満たされたポケットが用いられ得る。ポケット３１の間にはおもり３２が配置される。この実施形態ではマット２の上に配置されており、マット内に統合されてはいない。ポケット３１の間のおもり３２はマット２の窪みをもたらし、これはマット２から水を流し去るための排水トレンチとしても利用され得る。ポケット３１は、例えば、マット２の材料にシーム溶接され又は縫い込まれてもよく、又はポケット３１を有するマット２が異なる手法で製造されてもよい。

【0039】

図１２ｂは、ポケット３１がスペーサ要素３５を備える代替的な一実施形態の側面図を示す。スペーサ要素３５は、マット２と同一の材料で作製されてもよく、又は異なる材料で作製されてもよい。スペーサ要素３５は、マット２の少なくとも一部の形状を定義するように配置されることが可能である。図１２ｂに示される実施形態においては、スペーサ要素は、マット２の上側におけるモジュール１の取り付けのために、より平らな表面を有利に提供する。

【0040】

図１３は、沖合光起電発電設備１００の一実施形態を図示している。発電設備１００は、都市など人口密集エリア１０１の付近の海岸近くの場所に配置される。発電設備１００は図７ａ～ｃに示されるように複数のユニットを備えているが、個々のユニットは上述の実施形態のいずれによる設計及び構成であってもよい。図１３に示される実施形態においては、６つのユニットが海岸近くに係留されている。発電設備１００は、生産された電力を都市１０１及び／又は他の沿岸の消費者に沿岸の送電網（図示しない）を介して分配するために、沿岸の発電所１０１に電気的に接続されている。したがって、図１３に示されるような実施形態は、人口密集エリアの付近では通常土地面積が限られることに鑑みて、例えば、沿岸の太陽発電設備から利用可能であると思われるよりも有意に多くの電力を提供し得る。

【0041】

このように、本発明による実施形態は、新規で且つ改良された沖合光起電発電設備及び関連する方法を提供する。いくつかの実施形態によれば、そのような発電設備を過酷な沖合環境に設置することを、より少ない設置コストで、より容易に且つより安全に行うことができる。

【0042】

いくつかの実施形態においては、太陽電池セルの加熱によって引き起こされる電力生産の減少の問題を軽減することが可能であり、エネルギ効率を高める低い電池運転温度が可能となる。発電設備の設置、運転及び構造的完全性に対する波の影響は既知の解決策よりも低いであろうから、信頼性高く長寿命の運転が保証される。

【0043】

本発明の実施形態は、荒海では風車へ及び風車からのアクセスが困難になるであろう沖合ウインドパークと組み合わせて良好に機能することが可能である。太陽ＰＶはまた、例えば低風及び高太陽放射ならびにその逆の際に、発電天候条件の重なり合いによって、風力と組み合わせて良好に機能する。そのような適用に関しては、水上太陽ＰＶと沖合の風車とは、陸への電力ケーブルインフラストラクチャを共有してもよい。沖合光起電発電設備と少なくとも１つの沖合風力発電機とを備える沖合発電設備の有益な効果は、マット２が沖合施設全体の運転に対して、及び特に風力発電機に対して、有益な効果を有するということである。荒れた海域に対する油の効果又は例えばグリースアイスによって波を弱めることと同様に、波を弱めることは、沖合での建設工事の労働環境及び／又は全体的な疲労寿命に対して甚大な影響を有し得る。これは風力発電機の寿命を向上させるとともに、検査及び保守の必要を減少させ、その一方で風力発電機へのアクセスを容易にもする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図7c】

【図8a】

【図8b】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12a】

【図12b】

【図13】

【手続補正書】

【提出日】2022-05-12

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓性マット（２）を備える水上光起電発電設備であって、前記マット（２）は、前記マット（２）を取り囲む、環状の細長の浮遊要素（３’）に固定されており、前記マット（２）は、水域の表面（３３）上に配置され、かつ該表面（３３）に接触し、前記マット（２）は、前記マット（２）上に固定された複数の光起電モジュール（１）を有し、かつ前記マット（２）が前記浮遊要素（２）の内側に位置するように前記浮遊要素（３’）によって取り囲まれている、水上光起電発電設備。

【請求項2】

前記マット（２）は、少なくとも部分的に浮揚性材料で作製されている、請求項１に記載の水上光起電発電設備。

【請求項3】

前記浮遊要素（３’）は、実質的に円形である、請求項１及び２のいずれかに記載の水上光起電発電設備。

【請求項4】

前記マット（２）は、前記浮遊要素（３’）を介して海底（５）に固定される、請求項１から３のいずれかに記載の水上光起電発電設備。

【請求項5】

前記マット（２）は、前記モジュール（１）を前記マット（２）に固定するコネクタ（９）を備える、請求項１から４のいずれかに記載の水上光起電発電設備。

【請求項6】

前記マット（２）は、少なくとも部分的にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ＥＶＡ、合成ゴム若しくは共重合体材料、又はこれらの材料のうち２つ以上の組み合わせで作製されている、請求項１から５のいずれかに記載の水上光起電発電設備。

【請求項7】

前記マットは、織布、ネット、フィルム、シート、板又はこれらの材料の積層物で作製されている、請求項６に記載の水上光起電発電設備。

【請求項8】

各モジュール（１）は、枠（８）と、前記枠（８）内に配設されたシリコンベースの太陽電池セル（１３）をカプセル封入する積層物（１２）とを備える、請求項１から７のいずれかに記載の水上光起電発電設備。

【請求項9】

各モジュール（１）は、前記積層物（１２）を支持するように配置された補強要素（６，７，１１）を有する、請求項８に記載の水上光起電発電設備。

【請求項10】

陸上電力網に接続されている、請求項１から９のいずれかに記載の水上光起電発電設備。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれかに記載の水上光起電発電設備を備える養魚場。

【外国語明細書】