JPH01193085A - 水上発電設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、太陽光エネルギを利用した太陽光電池と太陽
熱エネルギを利用した太陽蓄熱池（以下ソーラーポンド
という）発電方式を併合した太陽エネルギ利用発電設備
に関する。

〔従来の技術〕

（ｉ）従来の太陽光電池： 従来の太陽光電池の一例として、アモルファスシリコン
太陽光電池の基本構造を第３図に示す。

太陽光電池は基本的に太陽光入射側から順に透明電極膜
（正極）（２）、Ｐ層（３）、１層（４）、Ｎ層（５）
および金属電極（負極）　（６ａ）により構成されてい
る。

負電極には、光電変換効率を上げる為に、一般に反射率
の高い材料が使用されている。従って太陽光電池は、太
陽熱発電等と組み合わせることなく、単独で発電装置と
して使用されている。なお第３図において、（７）は負
荷、（８）は導線である。

（ｉｉ　）従来のソーラーポンド発電：従来のソーラー
ポンド発電設備の一例を第４図に示す、一般に池または
湖が利用される。ソーラーポンド（１１）は太陽光の入
射する表面側から順に、表面の純水層（１２）、中間の
塩分濃度が０から２０％程度まで濃度勾配のある遷移層
（１３）および塩分濃度的２０％程度の塩水層（１４）
より構成されている。

太陽光は、水面で若干反射するが透明な純水層（１２）
を透過し、一部遷移層（１３）に吸収され残りは塩水層
（１４）に吸収される。

ソーラーポンドは純水層（１２）から塩水層（１４）ま
で、１頃に比重が大きくなっており、従って低位にある
塩水層（１４）が熱吸収して温度が上昇しても、比重が
大きいため自然対流は生じない。すなわち太陽エネルギ
が塩水層（１４）に熱エネルギとして保存されることに
なる（高温熱源）、一方、表層の純水層（１１）による
吸熱は少なく、また自然対流により表面から大気へ熱が
放散されるため、温度は殆ど上昇しない（低温熱源）。

ソーラーボンド発電ではこの熱源を使って有機作動流体
（例えばフロン、アンモニア、ブタン）を加熱（蒸発）
・冷却（凝縮）し、ランキンサイクルを構成して発電す
る。すなわち、太陽光により高温の状態にある塩水は、
塩水ポンプ（２１）により、塩水供給管（２２）を経て
、蒸発器（２３）へ供給され、ここで加熱管（２４）に
より作動流体を加熱し蒸発させる。熱交換により冷却し
た塩水は塩水戻り管（２５）を経て再びソーラーボンド
の塩水層（１４）に戻る。上記蒸発器（２３）で発生し
た蒸気は、蒸気管（２６）を経てタービン（２７）に至
り、これを回転駆動する。そしてこのタービン（２７）
に連結された発電ｉ　（２８）により発電する。タービ
ン（２７）を駆動して低圧低温になった蒸気は、排気管
（２９）を経て凝縮器（３０）に至る。この凝縮器（３
０）には、低温熱源としての上記純水層（１２）の純水
が純水ポンプ（３１ａ）により純水供給管（３２ａ）を
経て供給され、冷却管（３３）により作動流体（タービ
ン排気）を冷却し凝縮させる。熱交換した温排水は純水
戻り管（３４ａ）を経て再びソーラーボンドの純水層（
１２）に戻る。

また凝縮した作動流体は給液ポンプ（３５）で所定圧力
まで昇圧され、給液管（３６）を経て再び蒸発器（２３
）に供給される。

ソーラーボンドは太陽熱のエネルギ密度（面積当り）が
低いため、一般に大面積となり、陸上に設備する場合は
其の建設地が制約を受ける。また面積当りの電気への変
換効率が低く、実用化の妨げになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

太陽エネルギはその受光面積当りのエネルギレベルは低
い、したがって太陽エネルギ利用に際しては、その高効
率化を図らないと膨大な面積および設備が必要となる。

特に日本のように設置に適した国土面積の狭いところで
はなおさらである。

（ｉ）アモルファスシリコン太陽光電池アモルファスシ
リコン太陽光電池は太陽光電池の中で最も安価（単位出
力当り）に製造できることが期待されているが、それで
もその太陽光エネルギ分電気への変換効率は約１０％程
度に過ぎず、９０％は損失になっていた。したがって、
太陽光エネルギ密度の低いことと相俟って、出力規模に
もよるが、太陽光電池発電プラントは膨大な設置面積を
必要とした。

従来のアモルファスシリコン太陽光電池は、それ自体の
光電変換効率を向上させるため、Ｎ層側（負側）の電極
に不透明の金属性電極膜を使用していた。そのため電池
本体の温度が上昇し、電気抵抗が増加して折角の光反射
による効果を減殺していた。

（ｉｉ）ソーラーポンド発電 ソーラーボンドも従来単独に設置することが検討されて
きたが、設備面積当りの発生電力量が小さく大面積を必
要とするため、経済性の低い発電方式と考えられていた
。

また従来陸上に建設することが検討されてきたが、この
場合の問題点としては、スペース的な観点から建設地が
制約を受けるばかりでなく、冷却側の低温熱源の温度が
海水（深海水）に比較し高いため、ランキンサイクルに
おけるタービン排気圧を低くできず、サイクル効率低下
の原因にもなっていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記した従来の課題を解決するために、水上
に浮揚する浮体上に設けられた太陽蓄熱池；同太陽蓄熱
池の上方に配置された太陽光電池；上記太陽蓄熱池を高
温熱源、上記浮体を浮揚させている水を低温熱源とする
熱機関を用いる第１の発電システム；および上記太陽電
池で構成する第２の発電システムを具備したことを特徴
とする水上発電設備を提案するものである。

〔作用〕

■　太陽光電池をソーラーボンドの上方に配置し、太陽
光電池を透過した太陽エネルギをソーラーポンドに吸収
させ、これを高温熱源とし海水等を低温熱源とするラン
キンサイクル等による発電との複合発電方式とすること
により、発電設備（ソーラーボンド）面積当りの発生電
力量を大幅に増加させる。すなわち狭いスペースで大き
な出力の太陽エルギ発電が可能となる。

■　太陽光電池のＮ層側電極を透明電極としたので、太
陽光電池の温度上昇を防止し、熱エネルギとして散逸す
るのを防ぎ、透過太陽エネルギをその下方に位置したソ
ーラーポンドに熱吸収させることができる。Ｎ層側電極
を透明電極としても、太陽光電池の効率低下は少なくソ
ーラーポンド発電による発電量が増加し、太陽光熱複合
発電設備としての総合効率が向上する。

■　同一発電量に対し所要スペースが少ない・ため、例
えばパージ等に本発明の太陽光熱複合発電設備を搭載す
ることができる。パージ発電設備とすることにより、発
電設備の設置地点が基本的に制約を受けない、したがっ
て例えば離島近辺に配置すれば離島用電源にもなる。ま
た大型化も容易である。

■　太陽光電池のみでは太陽エネルギの保存はできない
が、太陽電池−ソーラーポンド方式のような複合発電方
式とすることにより、太陽エネルギを保存することがで
きる。したがって、例えば日照時は太陽光電池発電によ
る電気を使用し夜間はソーラーポンド発電により電気を
供給すれば、常時電気を供給することが可能となる。

このように天候や時間等に無関係に電力を供給すること
ができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図および第２図により説明する
。前記第３図および第４図により説明した従来のものと
同様の部分については、同じ符号を付し詳細説明を省略
する。

まず本実施例の太陽光電池（１）は第１図に示すように
透明基盤（例えばガラス板）（９）上に製膜構成される
。そして従来形では負極に光反射率の高い金属電極（６
ａ）が用いられていたのに対し、本実施例では透明電極
（６ｂ）を用いている。したがって太陽電池全体が透明
であり、電気を発生する光エネルギと、表面や界面で反
射したり、吸収されて熱になる若干の光エネルギ以外は
、この太陽電池を透過する。このように裏面電極を透明
電極（６ｂ）にすることにより、太陽光電池の変換効率
は低下するが、Ｐ層（３）、１層（４）　、　Ｎ層（５
）を透過する太陽光は電気発生に無効な長波長光であり
、変換効率の低下は僅少である。逆に、長波長光が封じ
込められて熱になり電池の温度が上昇するという問題点
は解消する。太陽光を反射・吸収しない透明電極の材料
としては、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ０ｘｉ
ｄｅ　）や酸化第２錫（Ｓｎｏｗ）等のように透明で電
導度の高い材料を用いることができる。

次に第２図は、この太陽光電池とソーラーポンドを組合
せた太陽エネルギ複合発電設備を積載した発電船を示す
、海面に浮揚するパージ（４０）は船殻（４１）内面に
ソーラーボンド（１１）からの放散熱を最小限にするた
め、空気層（４２）を隔てて保温材（４３）が内貼りさ
れている。ソーラーポンド自体は前記従来のものと基本
的に異なることがなく、上から順に純水層（１２）　、
遷移層（１３）および塩水層（１４）から構成されてお
り、太陽熱は濃度の高い塩水層（１４）に蓄えられる。

純水層（１２）の上方には、空気層（４４）を隔てて太
陽光電池（１）が設置されている。なお、空気層（４４
）を省いた構造とすることもできる。

ここで太陽光電池（１）は、上述のように画電極とも透
明電極を使用した光の透過率の高いアモルファスシリコ
ン形である０図面では省略したが、太陽光電池は大きさ
数−程度のパネルから構成されており、各パネルは水平
の回転軸の周りに回転可能な構造になっていて、太陽光
の入射角が最適となるように自動制御される。

このように太陽光電池（１）で最も効率の高い発電を行
ない、太陽光電池を透過した太陽光や一部の反射光はソ
ーラーポンドに入射して、底側の塩水層（１４）に熱と
して保存蓄積される。この塩水層（１４）を、低沸点流
体を作動流体とするランキンサイクルによる発電プラン
トの、高温熱源として用いることは、前記第４図により
説明した従来方式と同様であるが、本実施例では低温熱
源として前記純水層（１２）の代りに海水、特に深海水
を汲み上げて利用する点が、従来方式と異なる。すなわ
ち、凝縮器（３０）にはパージ（４０）の外の海中から
海水ポンプ（３１ｂ）で汲み上げられた低温の海水が海
水管（３２ｂ）を経て冷却水として供給され、冷却管（
３３）で排気を冷却し凝縮させるのである。熱交換した
温排水は海水戻り管（３４ｂ）を経て海面へ廃棄される
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次の効果が奏せられる。

■　太陽光電池で電気にならなかった太陽エネルギの大
部分がソーラーポンドに熱エネルギの形で蓄積され、蓄
積された熱は発電用高温熱源または熱供給源として利用
されるので、太陽エネルギ利用効率が著しく高くなる。

■　太陽光電池は透明形なので、太陽熱の蓄積による温
度上昇が少なく電池効率が改善される。

■　太陽光発電およびソーラーポンド発電を一体形とす
ることにより、設備面積当りの発電量が著しく増大する
０例えば太陽光電池の効率を１０％、光熱損失を２０％
とし、残りの太陽エネルギをソーラーポンドで吸収して
２０％効率で発電するとすると、総合の発電効率は １０＋７０ｘＯ，２＝２４％ で、太陽光電池の２倍以上となる。

■　太陽光電池は日照時のみ可能であるが、ソーラーポ
ンドは太陽エネルギを熱の形で蓄えておくので、日照時
以外の必要時に利用できる。したがって、太陽電池とソ
ーラーポンドを組合せた方式とすることにより、安定し
て電気を供給できる。

■　この複合太陽エネルギ発電システムをパージに搭載
することにより、低温熱源として海中の冷海水が利用で
きるので、ソーラーボンド発電の発電効率が向上する。

■　パージ発電方式の場合、必要な所、争藝蜘傘例えば
離島のような需要地に近接して設置することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示す図、第３図
および第４図は従来の技術を示す図である。 （１）　−−一太陽光電池　　（２）−・透明電極１１
ｇ（正極）（３）　−Ｐ層　　　　（４）　−１層（５
）　−Ｎ層　　　　　（６ａ）−・金属電極（負極）（
６ｂ）・−透明電極（負極）（７）・〜・負荷（９）　
−透明基盤　　　（１０ａ）　−地面（１０ｂ）−・海
面 （１１）・・・ソーラーポンド（太陽蓄熱池）（１２）
・・・純水層　　　　（１３）・−遷移層（１４”）−
−・塩水層　　　　（２１）−・・塩水ポンプ（２２）
−・−塩水供給管　　（２３）−・蒸発器（２４）・・
・加熱管　　　　（２５）・−・塩水戻り管（２６）−
・・蒸気管　　　　（２７）−タービン（２８）・−・
発電機　　　　（２９）−・−排気管（３０）−ｍ−凝
縮器　　　　（３１ａ）・・−純水ポンプ（３１ｂ）−
・・海水ポンプ　（３２ａ）　−・純水供給管（３２ｂ
）−・−海水供給管　（３３）・−・冷却管（３４ａ）
　−純水戻り管　（３４ｂ）　・−海水戻り管（３５）
−ｍ−給液ポンプ　　（３６）・・−給液管（４０）−
・−パージ　　　　（４１）・・−船殻（４２）−・−
空気層　　　　（４３）・・・保温材（４４）−空気層 代理人　弁理士　坂　間　　　暁 外２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水上に浮揚する浮体上に設けられた太陽蓄熱池；同太陽
   蓄熱池の上方に配置された太陽光電池；上記太陽蓄熱池
   を高温熱源、上記浮体を浮揚させている水を低温熱源と
   する熱機関を用いる第１の発電システム；および上記太
   陽電池で構成する第２の発電システムを具備したことを
   特徴とする水上発電設備。