JP2012197675A

JP2012197675A - 風力発電装置及び発電システム

Info

Publication number: JP2012197675A
Application number: JP2011060593A
Authority: JP
Inventors: Chifumi Nagata; 千文永田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-10-18

Abstract

【課題】太陽電池アレイを支持する架台部分のスペースを有効活用するとともに、日射のないときにも発電を行うことができる風力発電装置を提供する。
【解決手段】風力発電装置１は、側面に開口部１４ａが設けられている筐体１４と、筐体１４内に収容されている風車１０と、風車１０の回転軸に連結された発電機１２と、筐体１４の上部に設けられ、所定の傾斜をつけて太陽電池アレイ２０を支持することができる支持部１６と、を備える。支持部１６の載荷板１６ａの下側スペースに発電機１２が設置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物の屋根面等において太陽電池アレイと共に設置される風力発電装置、及びこの風力発電装置を有する発電システムに関する。

近年、地球温暖化対策の１つとして、二酸化炭素の発生がなく自然エネルギーにより発電する太陽光発電装置の普及が進んでいる（例えば特許文献１、２、３参照）。太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュールがアレイ状に配置された太陽電池アレイを備えており、この太陽電池アレイは、平地、建築物の屋上、住宅の屋根などに設置されている。

平地や建築物の屋上等の平坦な場所では、太陽光発電装置の発電効率を向上させるために、架台を使用して、太陽光の角度を考慮した傾斜をつけて太陽電池アレイを設置している。また、太陽電池アレイを住宅の屋根に簡便に設置する方法として、金具で架台を屋根に固定し、この架台上に太陽電池アレイを設置する方法が知られている。

このように、従来の太陽電池アレイは架台上に設置されていたが、この架台部分のスペースは有効活用されていなかった。また、太陽光発電装置は悪天候や夜間等の日射のない時は発電できないため、このような時にも自然エネルギーを利用して発電を行うことが求められている。

特開平７−４５８５２号公報特開平１０−１４０６８６号公報特開平５−８９３３０号公報

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、太陽電池アレイを支持する架台部分のスペースを有効活用するとともに、日射のないときにも発電を行うことができる風力発電装置、及びこの風力発電装置を有する発電システムを提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の風力発電装置は、側面に開口部が設けられている筐体と、前記筐体内に収容されている風車と、前記風車の回転軸に連結された発電機と、前記筐体の上部に設けられ、所定の傾斜をつけて太陽電池アレイを支持することができる支持部と、を備えるものである。

本発明の一態様による風力発電装置においては、前記筐体又は前記支持部に取り付けられ、前記開口部への風量を調整する風量調整板をさらに備え、前記風車は垂直軸型風車である。

本発明の一態様による風力発電装置においては、前記発電機は、前記筐体の上面と前記支持部の載荷板との間に設けられる。

本発明（請求項４）の発電システムは、前記風力発電装置が水平方向に複数連結されているものである。

本発明（請求項５）の発電システムは、垂直方向に連結され、側面に開口部が設けられている複数の筐体と、前記複数の筐体内に収容されている複数の風車と、前記複数の風車の回転軸に連結された発電機と、最上段の筐体の上部に設けられ、所定の傾斜をつけて太陽電池アレイを支持することができる支持部と、を備えるものである。

本発明（請求項６）の発電システムは、側面に開口部が設けられている筐体と、前記筐体内に収容されている風車と、前記風車の回転軸に連結され、第１交流電力を発電する発電機と、太陽光を利用して第１直流電力を発電する太陽電池アレイと、前記筐体の上部に設けられ、所定の傾斜をつけて前記太陽電池アレイを支持する支持部と、前記第１交流電力を第２直流電力に変換するコントローラと、前記第１直流電力及び前記第２直流電力を充電する蓄電池と、前記蓄電池に充電されている直流電力を第２交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、を備えるものである。

本発明の風力発電装置によれば、太陽電池アレイを支持する架台部分のスペースを有効活用するとともに、日射のないときにも発電を行うことができる。

本発明の実施形態に係る風力発電装置の外観図である。同実施形態に係る発電システムの外観図である。同実施形態に係る発電システムのブロック図である。変形例による風力発電システムの外観図である。変形例による発電システムの外観図である。変形例による風力発電システムの外観図である。変形例による発電システムの外観図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に本発明の実施形態に係る風力発電装置の外観を示す。風力発電装置１は、風車１０と、風車１０の回転軸に連結された発電機１２と、風車１０を収容する筐体１４と、太陽電池アレイ（図示せず）を支持可能な支持部１６とを備えている。

風車１０は、風向きに対して回転軸が垂直な垂直軸型風車であり、風向きの制御を必要としない。また、風車１０を垂直軸型風車とすることで、太陽電池アレイを上方に載置することで筐体１４内における風が乱れても、風車１０を効率良く回転させることができる。風車１０の回転軸の上端及び下端を軸承する軸受（図示略）は、筐体１４の上面（天井部）と下面（底版部）にそれぞれ設けられている。発電機１２は、風車１０の回転により発電を行う。発電機１２は、例えば筐体１４の上面に設置することができる。

筐体１４は、金属又は樹脂で形成された直方体形状の箱型になっており、４側面に開口部１４ａが設けられ、風が通り抜けるようになっている。

支持部１６は、筐体１４上に設けられている。該支持部１６の上面部を構成する載荷板１６ａは、筐体１４の上面に対して所定の傾斜角θをなしている。傾斜角θは、風力発電装置１の設置場所の緯度、及び支持部１６上に支持される太陽電池アレイの構造に基づいて決定される。

支持部１６は、金属又は合成樹脂で形成される。筐体１４及び支持部１６を形成する材料は同じでもよいし、異なっていてもよい。支持部１６及び筐体１４は、太陽電池アレイの荷重に耐えられる耐重量性能を有しているものとする。支持部１６及び筐体１４を構成する金属材料としては例えばアルミ、ステンレス等を使用することができ、合成樹脂材料としては耐候性に優れたものを使用する。

図１に示すように、筐体１４には、開口部１４ａへの風量を調整するための風量調整板１８がロック付きヒンジ（図示略）等により設置角度調節可能に設けられている。風量調整板１８の角度を変えることで、風車１０が受ける風量を調整することができる。この風量調整板１８により、強風で風車１０が故障することを防止できる。この風量調整板１８は、支持部１６に支持される太陽電池アレイに接触しないように設けられる。風量調整板１８は支持部１６に取り付けられていてもよい。

このような風力発電装置１上に太陽電池アレイを載置した発電システムの外観を図２に示し、ブロック構成を図３に示す。

図２に示すように、太陽電池アレイ２０は、風力発電装置１の支持部１６の載荷板１６ａ上に設置される。太陽電池アレイ２０は、複数の太陽電池モジュール（太陽電池パネル）を直並列に接続したものである。また、太陽電池モジュールは、太陽電池（セル）を複数枚直並列接続して必要な電圧及び電流を得られるようにしたものである。

風力発電装置１の筐体１０を住宅の屋根等に固定し、太陽電池アレイ２０を支持部１６に取り付けることで、太陽電池アレイ２０を設置することができる。

図３に示すように、この発電システムは、太陽光発電及び風力発電による電力を、電気器具等の負荷５０に供給するものである。太陽電池アレイ２０で発電された直流電力は、太陽電池コントローラ３０により負荷供給電力Ｐ１及び蓄電池充電電力Ｐ２になる。負荷供給電力Ｐ１は、インバータ（ＤＣ／ＡＣ）３４により交流電力Ｐ３に変換され、負荷５０に供給される。また、蓄電池充電電力Ｐ２は蓄電池３６に充電される。

風力発電装置１の発電機１２により発電された交流電力は、風力発電コントローラ３２により直流電力Ｐ４となり、蓄電池３６に充電される。風力発電装置１の出力電力は、風の吹き具合によって不安定になり得るが、蓄電池３６に一旦充電することで安定した出力となる。

放電コントローラ３８は、蓄電池３６に充電された直流電力をインバータ（ＤＣ／ＡＣ）４０を用いて交流電力Ｐ５に変換し、負荷５０に供給する。
風力発電装置１は風が吹いているときは昼夜・天候を問わず発電することができる。そのため、この発電システムによれば、太陽光発電装置が発電できない悪天候や夜間等の日射のない時にも発電を行うことができる。

また、太陽電池アレイ２０は、支持部１６により所望の傾斜をつけて設置できるため、太陽電池アレイ２０を太陽高度に合わせることができ、発電効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、太陽電池アレイ２０を支える筐体１４部分に風車１０を設けて風力発電装置１を構成する。そのため、従来デッドスペースとなっていた太陽電池アレイ２０の架台部分を有効活用することができる。また、風力発電装置１の発電機１２を、筐体１４と支持部１６の載荷板１６ａとの間の空間に設置しているので、支持部１６の傾斜により生じる空間を有効活用することができる。

図２では、発電機及び太陽電池アレイが１セットずつ設けられているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図４及び図５に示すように、水平方向に連結した複数の風力発電装置１の上に、太陽電池アレイ２０を取り付けてもよい。さらに、図示は省略するが、このように水平方向に連結した複数の風力発電装置１を有する風力発電システムを互いに平行に複数配置してもよい。

また、図６及び図７に示すように垂直方向に連結した複数の風力発電装置１の上に、太陽電池アレイ２０を取り付けてもよい。なお、この場合、最上段以外の風力発電装置１は、支持部１６を省略した構成となる。また、複数の風力発電装置１の風車１０の回転軸を同一にし、この回転軸に発電機１２が連結されるようにしてもよい。さらに、垂直方向に連結した複数の風力発電装置１を有する風力発電システムを互いに平行に複数配置してもよい。

上記実施形態では、風車１０として、サボニウス型風車やダリウス型風車など様々なタイプの垂直軸型風車を使用することができる。また、垂直軸型風車でなくプロペラ型風車のような水平軸型の風車を用いてもよい。プロペラ型風車では、風向きに対する制御が必要となるが、強風時に風を受け逃がす機構と併用することができ、その場合、風量調整板１８を省略することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で上記以外の種々の構成をとりうる。

１風力発電装置
１０風車
１２発電機
１４筐体
１６支持部
１８風量調整板
２０太陽電池アレイ
３０太陽電池コントローラ
３２風力発電コントローラ
３４インバータ
３６蓄電池
３８放電コントローラ
４０インバータ
５０負荷

Claims

側面に開口部が設けられている筐体と、
前記筐体内に収容されている風車と、
前記風車の回転軸に連結された発電機と、
前記筐体の上部に設けられ、所定の傾斜をつけて太陽電池アレイを支持することができる支持部と、
を備えた風力発電装置。
前記筐体又は前記支持部に取り付けられ、前記開口部への風量を調整する風量調整板をさらに備え、
前記風車は垂直軸型風車であることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
前記発電機は、前記筐体の上面と前記支持部の載荷板との間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置。
請求項１に記載された風力発電装置が水平方向に複数連結されていることを特徴とする発電システム。
垂直方向に連結され、側面に開口部が設けられている複数の筐体と、
前記複数の筐体内に収容されている複数の風車と、
前記複数の風車の回転軸に連結された発電機と、
最上段の筐体の上部に設けられ、所定の傾斜をつけて太陽電池アレイを支持することができる支持部と、
を備えた発電システム。
側面に開口部が設けられている筐体と、
前記筐体内に収容されている風車と、
前記風車の回転軸に連結され、第１交流電力を発電する発電機と、
太陽光を利用して第１直流電力を発電する太陽電池アレイと、
前記筐体の上部に設けられ、所定の傾斜をつけて前記太陽電池アレイを支持する支持部と、
前記第１交流電力を第２直流電力に変換するコントローラと、
前記第１直流電力及び前記第２直流電力を充電する蓄電池と、
前記蓄電池に充電されている直流電力を第２交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、
を備えた発電システム。