説明

ソーラー・風力ハイブリット発電装置

【課題】ソーラーパネル発電・風力発電ハイブリット発電装置は、太陽光と風力の純環境自然エネルギーを利用し高効率で、安心、安全な発電装置を提供する。
【解決手段】従来のソーラーパネル発電と風力発電で不可能とされていた小型で小スペース(高さ3メートル以内×縦2メートル以内×横2メートル以内)で風速1m/s〜6m/sで電力出力0.5〜10kw以上が可能で、系統連系(売電)を持つ新発電システムであって、具体的機構部は、国内外で実例が無い磁気浮上回転体を組み込んだソーラーパネル発電・風力発電ハイブリット発電装置であって、100%自然エネルギーを利用しCO2排出量ゼロ、24時間連続発電を可能にした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ソーラー発電・風力発電ハイブリット発電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
本発明は、ソーラー発電・風力発電ハイブリット発電装置であって、風力と太陽光の純環境自然エネルギーを利用し高効率で安心、安全な発電装置である。
1、従来の風力発電で不可能とされていた小型で小スペース(縦2m以内×横2m以内×高さ3m以内)で発電出力0.1kw〜10kw以上を生み出せて、系統連系を持つ新発電装置で、具体的には、国内外で実例が無い磁気浮上回転を組み込んだソーラー発電・風力発電ハイブリット発電装置である。
2、実現性として風力発電に太陽光発電をシームレスに組込む事ができ、地域のスマートグリット構想に社会貢献できるのである。
3、たとえば、一般家庭へ設置後、系統連系すれば従来では不可能であった24時間連続の売電ができて、消費者の経済コスト負担は大幅に軽減され、CO2を出さない魅力あふれる装置である。
【0003】
1、大型風力発電の場合
風力原動機を設置する場所の風況が発電の採算に大きく影響をして、風速の変動に伴なって、出力電圧や力率が需要と関係なく大きく変動してしまう。
また、従来の風力発電機の羽根(ブレード)への風の風速量は年平均風速で6m/s以上必要と言われている。そのため確かにいつ見ても羽根(ブレード)が動いておらず、実際止まっている時間が非常に多いために、それがかなり問題視されている。
一方その羽根(ブレード)が回れば、周囲に騒音被害などを発生させている。直径60m以上の羽根が回転する円板全体から出ている音はなんと、10m離れた場所で風速8m/sの場合は、一般に100dBとなっています。
これは、電車が通るガード下とほぼ同じ騒音です。
(飛行機のエンジン近く:120dB、自動車の警報:110dB、電車が通るガード下:100dB、大声による独唱:90dB、地下鉄車内:80dB、掃除機:70dB、普通の会話:60dB、静かな事務所:50dB、図書館:40dB、ささやき声:30dB、木の葉のふれ合う音:20dB)
設置についても、現時点ではあまりにも高額なため、コスト面で法的助成措置を必要とする場合が多い。また、系統の拡張などに高額な追加費用を要する。
そのほか、羽根(ブレード)に鳥(渡り鳥など)のバードストライクなどが発生したりし、羽根(ブレード)の損傷の問題も発生し、落雷などで故障や事故の原因になっているにもかかわらず、風車は年々タワーが高くなって、ブレードは長くなる傾向にあり、それに伴い点検や修理に係る維持費が増大となっている。タワーの高さを10%高くすると約6%年間発電量(計算はウィンドシェア1/5として計算:1.1^(3/5)=1.06)のパワーが増大するが、タワーだけの値段ではなく、輸送費、建設費、維持費、航空法対策等、価格が上昇する(巨大さの弱点でもある)。
あまりにも巨大のため景観が威圧的で、人によっては恐怖心、不気味さをおぼえる。海岸、高原、山地などに立地する事が多く、観光客が減少する可能性も指摘されている。
また、送電線を必要とするため地震によって送電線の被害で発電停止が多発している。
製品のほとんどが、舶来製で、船で運ばれ港からの輸送も大変な事であり、大型トレーラーが通る道路整備も必須条件になり、一般家庭の設置は無理。
2、小型風力発電の場合
国内での製作会社が2社ありますが、家庭用に設置されている物で、電力出力が最大で5kWの製品がり、これは風速20m/sが必要であって、この風速は台風なみで立ち木が倒れるほどの風速である。(風速10m/sは、人が風に向かって歩きにくくなる)
その2社の小型風力発電は、風速12.5m/sを基準に設計されていて、この基準風速での出力は、2.5KW程度である。この風速が毎日続けば良いが、続いた場合は人間が生活できる環境下では無い。
日本の風速は年間平均が3m/s程度のためこれから計算しても発電出力は、せいぜい0.5kw以下であるため、当該製品を取付ける費用を考えれば、電力会社から電力を買った方が良いのである。
騒音問題も深刻であり、近所間でのトラブルも多いのが現実である。
3、ソーラーパネル(太陽電池)発電の場合
パネルの設置面積と発電効率(採算性)を考えると、パネルコストの非常に高い製品であって、理由は日中だけ発電し夜間は発電しないなどの問題やごみ、黄砂、日照時間、日照状況、曇り・雨など降った場合の発電量は周知のとおり非常に小さくて、また設置面積を稼ぐため、屋根への設置アイデアは良いが、設置角度や屋根の方位・方角など条件が課せられる。また総重量も重いのが弱点である。
雪が積もったり、ごみなど付着の場合は、屋根に設置したそのソーラーパネルの表面から除去しなければいけないため、屋根へ登っての作業のため非常に危険であるし、雪国では、毎年屋根の雪降ろしで亡くなっている人や、けが人が非常に多い(野原に設置したソーラーパネルの場合も除去が必要)。
そのほか、屋根に設置したソーラーパネルの重さは、3kw出力させるのに約0.5t(500kg架台含む)かなりの屋根への負担、建物への負担、耐震構造問題が発生する。(雪国は雪の重さも加算されるのである)
もちろん屋根の傷みも早く、ペンキ塗りや瓦の交換メンテナンスの頻度が高まり、また、雀や鳥などの住みかになっていて糞や泣き声の苦情で困っている住民が多い。
そして最大の問題は、夜間使えないため投資対効果比率は極めて悪い事と、大型風車(2000kw)と太陽電池を比較しても、太陽電池の発電量は家1件分で最大4〜5kwである。大型風力発電機と同等の出力を引き出すとすれば、家が約400軒〜500軒分必要なのである。
【0004】
特許出願番号2009−214797、公開番号2011−64110、発明名称:風力発電装置で、風力とソーラーパネルを組み合わせた装置は出願されているが、風を受けたブレード(羽根)部分にソーラーパネルを貼り付けて発電させる技術で、本発明は柱状体の表面にソーラーパネル発電を設け、かつその柱状体を磁力の反発力と吸引力で浮上さ回転をさせる。
さらに柱状体の後方面にミラー媒体を設置して、特殊センサーで太陽の位置や方角を追従追跡して、太陽の直射日光が当たらない後方部に、ミラー媒体が移動をしてかつミラー媒体の内部に反射制御媒体があって、柱状体全体に光を照射させるのである。
そのほか、ソーラーパネルと小さな風力発電(風見鳥的)を1本のポールにただ一緒にした装置は有るが、風見鶏的風力発電は、とても小さくて発電能力も0.3kwととてもとても乏しいのである。
本発明は従来技術で存在する製品は無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2011−64110
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ソーラーパネル発電と風力発電を組み合わせた事により互いの弱点を克服した装置であって、双方の強みを最大限活用し今までに無い24時間発電可能な新技術で24時間系統連系の売電も出来る。
ソーラーパネルと小さな風力発電(風見鳥的)を1本のポールにただ一緒にした装置は有るが、出力パワーの乏しさと、乏しさのわりに費用面がかさみ消費者の負担増となっている(ソーラー出力は直流、風力出力は交流それぞれのパワー電源の変換機を用意しなければならない)本装置は、パワー電源の交換機も一体化させ、コンバート電源回路ユニットを保持させている。
【0007】
本発明は、昼夜を問わず天候に左右されにくい発電装置である。
1、微風速(1m/s〜2m/s)で回転が可能で、重力、摩擦などの抵抗を勘案した発明である。
2、日中は、ソーラーパネル発電と風力発電を同時に行い、日照時間や雨などで直射日光が弱い場合でも風力で補え、夜は風力発電で発電させ、夜の風の無い無風時間が発生した場合、蓄電池に蓄電した電気を使用して、常に24時間家庭で安定した電力が使用できて、系統連系へも24時間安定供給ができ、地域へのスマートコミュ二ティーグリットへ参画できる発明である。
【0008】
本発明は、回転軸の摩擦抵抗を軽減させ、騒音解決をさせるため磁気の反発力、吸引力を利用して柱状体の発電機を磁気浮上させる。
1、騒音は50dB以下(静かな事務所)で10kwの発電を可能とする。
2、磁気回路技術を応用して、磁束密度と磁気特性を均一にするため、扇状磁石をドーナツ状に配置させる。
【0009】
本発明は、使用空間、価格、小スペース、メンテナンスの容易化、一般家庭等での導入でも容易化にさせた。
1、設置面積、使用空間が少なく、作業性(工事)、作業(工事)費用、安全面から見ても、屋根等の高所作業が無く、工事性も良く、バードストライクの危険性が極端に低減出来、ごみ、黄砂、着雪による発電量低下の心配がいらないメンテナンス容易な構造の発電装置。
2、構造をコンパクト(縦2m以内×横2m以内×高さ3m以内)で小スペース化に成功して、コンパクトにもかかわらず、出力は10kw以上が可能で一般家庭でも容易に導入ができる大きさである。
【0010】
本発明を大きくした場合で、大型風車で発電出力2,000kwとして比較した場合は、本発明装置の大きさは、縦5m×横5m×高さ5mあれば、十分発電が可能である。
しかしながら発電出力を高めれば、電磁波の影響があり一般家庭用では、お勧めが出来ないため、本発明品はわざとコンパクトにして発電出力を10kwに抑えているのである。
これによりの一般家庭設置を可能にしたのである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明その1は、ソーラーパネル発電と風力発電とを一体同化させたハイブリット発電装置であって、柱状体とこの柱状体の表面にソーラーパネル発電を設けた発電と前記柱状体に設けられた風受け羽根をそなえ、前記柱状体が回転して発電をすることを特徴とするソーラー発電・風力発電ハイブリット発電装置である。
【0012】
本発明その2は、太陽光を柱状体に反射させるミラー媒体を備え、そのミラー媒体には、特殊センサーを配備して常に太陽の中心を捕らえ、ミラー媒体が太陽の動きに連動することを特徴とする請求項1のソーラーパネル発電・風力発電ハイブリット発電装置である。
【0013】
本発明その3は、ミラー媒体の内部に反射制御媒体が備えられており、反射制御媒体は光の入射角度と反射角度をマイコンで制御させ最良の入射角度と反射角度を演算して、柱状体に照射することを特徴とする請求項2のソーラーパネル発電・風力発電ハイブリット発電装置である。
【0014】
本発明その4は、柱状体の下部に反発する磁石を配置し、柱状体の上部には吸引し合う磁石を配置したことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のソーラーパネル発電・風力発電ハイブリット発電装置である。
【発明の効果】
【0015】
日中は、ソーラー発電と風力発電を同時に行い、日照時間や雨などで直射日光が弱い場合でも風力で補え、夜は風力発電で発電させ、夜の風の無い時間が発生した場合、蓄電池に蓄電した電気を使用し常に24時間家庭で安定した電力使用が出来、系統連系へも24時間安定供給が可能で、地域地域・地区地区へのスマートコミュ二ティーグリットへも十分参画できる発電装置である。
【0016】
また、本発明を系統連系させ出力の半分常時5kwを売電させればこの様な計算になる。
現在の売電価格は1kwで40円、5kwを売電すれば1時間当たり200円売電でき、24時間連続売電は4,800円/1日で、1ヶ月売電すれば144,000円売電できるのである。年間では、1,728,000円売電が可能であるため、設置後はおおよそ2年で償却ができるのである。
売電の残りの5kwは、設置者が使えば電気代は発生しないのである。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】全体図
【図2】磁気浮上図
【図3】ミラー媒体図
【図4】反射制御媒体図
【図5】昇圧型MPPT多系統図
【図6】本発明品の展開ブロック図
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に、本発明の好適な実施形態は、ソーラー発電・風力発電ハイブリット発電装置であって、柱状体の表面にソーラーパネル発電部を設けて、風力発電部の磁気応用発電部を柱状体に一体同化させ、その柱状体で一体同化したソーラーパネル発電と磁気応用発電機を磁気浮上させることによって、自重や重力を軽減させかつ限りなく無重力状態にして、微風でも回転させ発電をさせる。
また、柱状体のソーラーパネル発電と磁気応用発電機の後方にミラー媒体を設置して太陽の中心を常に特殊センサーで感知させ、ミラー媒体が太陽の方位方角(東から西)を追跡追従する制御体を設置して、柱状体に太陽光が当たらない部分(影側)をミラー媒体が反射させる、そのミラー媒体の中に太陽光を好適に反射させるため、つまり太陽光の入射角度と反射角度を反射制御媒体がマイコンで制御し、柱状体の全体に光を好適に当てるのである。
柱状体に風が当たる羽根があって、羽根に当たる風も気圧の変化や気流の変化(飛行機の翼の曲線)を架台フレームに取り込み、その気圧の変化や気流の変化を利用して、柱状体の回転力を向上させるのである。
したがい、縦横2メートル高さ3メートルの小スペース空間で、風速5m/sで16kwをゆうに出力可能としたのである。
【0019】
本発明は、ソーラーパネル発電と風力発電を一体同化させたハイブリット発電装置であって、磁気応用発電機を柱状体に組込み、風力で回転させ、ソーラーパネル発電と風力発電を同時に行う複合発電装置である。
1、形は柱状体で(3、4、5、6、8角柱、円柱などいろいろ品揃え可能)、風力で回転をさせる。回転した柱状体の上面部と下面部に磁気応用発電機を設ける。
そのソーラーパネル発電からの出力エネルギー直流と磁気応用発電機からの交流を同時にコンバートするパワー電源を保持しており、柱状体のソーラーパネル発電から直流電力と回転力から生じた磁気応用発電機から交流電力を同時に取り出すのである。
2、ソーラーパネル発電からの電力抽出方法は、非接触にて取出しパワー電源回路へ供給するのである。
3、磁気応用発電機は、回転する柱状体のソーラーパネルの内部や外側にも取付ける事が可能である。
【0020】
本発明は、柱状体にしたソーラーパネル発電と風力発電を磁気浮上させることで、自重の影響を低減し、微風でも回転させる。磁石の反発力と吸引力を利用して磁気浮上を行わせ、柱状体の架台フレームは、風の流体を鑑みた設計を施しているのである。たとえば飛行機の翼も流体と羽根の上面と下面の気圧力変化で飛んでいる。本発明品は、その流体及び気圧力を考慮し特別な構造体であって、柱状のソーラーパネルの回転推進力を更に向上させたのである。
【0021】
本発明は、柱状体の後方面の後部に、太陽追跡追従ミラー媒体を設置し、太陽の位置移動(東から西)を特殊センサーが捕らえミラー媒体その物が追跡追従をし、太陽光を最良の状態で反射させる特殊な機構を保持させ、その特殊な技術はマイコンで制御させ、常に太陽の中心を捕らえるのである。
【0022】
本発明は、柱状体の背後に設けたミラー媒体の中に反射制御媒体を備えて、光の入射角度と反射角度を反射制御媒体が適時好適にマイコンで制御して、柱状体に光を反射させるのである。
【0023】
本発明は、雪、ごみ、黄砂の飛来などの対策は、柱上体でかつ回転するため脱水機能が自動で働き放っておいても洗浄してくれるのである。
【0024】
本発明は、縦2m以内×横2m以内×高さ3m以内の非常にコンパクト化で、10kW以上の発電力がとれ、価格帯も1台250万円〜300万円以内を予定している。(従来のソーラーパネルは5kW発電で約500万円と高価であり、夜は売電ができないため宝の持ち腐れ)
【0025】
本発明は、ソーラーパネル毎に出力条件が変化するため最大電力点が変化します。そのため最大電力点追従回路(Maximum Power Point Tracker : MPPT)を独自に開発する。
昇圧型MPPTを多系統で1枚毎のソーラーパネルと接続させ制御する方法で、並列接続時に用いられ、それぞれ独立させた接続方法である。
図5を参照、単系統接続とは異なり、ソーラーパネル間同士の接続はありません。
【0026】
回転体の磁気浮上、磁気回路設計技術開発
1、磁気回路設計で、円板型(ドーナツ型)の磁石の着磁は表裏に異極で着磁は出来るが、磁気特性上、円板型は磁束密度や起磁力が部分的に変化するため、扇型の磁石を円板上に並べその磁束密度や起磁力変化を発生させないように特性変化を軽減させ、反発磁力量が均一になるようにして、柱状体を浮上させ回転させる。
2、温度変化で磁気特性変化が発生する事は、従来技術で解明されていて、磁気特性が変化した場合は、回転体の磁気浮上バランスが崩れてしまうため、その変化にも対応するため、回転体の上面に吸引用の磁気を備え付けて、下からの反発力、上からの吸引力によって磁気浮上を最良の条件で制御させる磁気回路設計を施している。
下記に添付図面を用いて説明をする。
【実施例1】
【0027】
図2磁気浮上図のA6面体の柱状ソーラーパネルを図1全体図のA6面体の柱状ソーラーパネルであって、図2磁気浮上図のA6面体の柱状ソーラーパネルが、図2磁気浮上図のD羽根に風が当たれば、A6面体の柱状ソーラーパネルが回転をする。
【0028】
図2磁気浮上図でA6面体の柱状ソーラーパネルが回転をして、C磁気応用発電機が電力を発電する。
【0029】
図2磁気浮上図で、A6面体の柱状ソーラーパネルとB羽根とC磁気応用発電機の相乗した重さを勘案させかつ磁気浮上させて、無重力状態にして風速1m/sでも回転させるために、E下部扇状磁石ドーナツ配置板を設けて磁気浮上させるのである。
また、F上部扇状磁石ドーナツ配置板を設けて磁気浮上を助けたり、電磁ブレーキの役割も果たすのであって、D扇状磁石配置がその詳細図である。
【0030】
図3太陽追従追跡ミラー媒体と反射制御媒体で、1、太陽追従追跡ミラー媒体説明図のHミラー媒体は、太陽の移動や方位方角及び中心をG特殊センサーが太陽の中心を常に捕らえて回転し、A6面体の柱状ソーラーパネルの太陽の正反対側の陰部分になる所へ太陽光を反射させる。
【0031】
図3太陽追従追跡ミラー媒体と反射制御媒体で、2、反射制御媒体説明図で、Hミラー媒体に組み込まれた、I反射制御媒体は太陽光の入射角度と反射角度をマイコンで制御させ好適な角度でA6面体の柱状ソーラーパネルへ反射させるのである。
【0032】
図2磁気浮上図の、C磁気応用発電機は、A6面体の柱状ソーラーパネルの上と下にツインで取付けが可能で、1個当りでも風速3mで10kwは出力が出来るのである。
【0033】
本発明を製作して実験を行った。
ソーラーパネル発電を6角柱に形成させて、角の部分へ羽根を取り付け、磁気浮上させ、中心に軸を取り付け、太陽追従追跡ミラー媒体と反射制御媒体を設置した。出力の測定方法はデジタルマルチメーター及び治具を用いて行った結果である。
下記表が数値データである。
【0034】
【表1】

記表の使用可能な発電出力データ(B反射制御媒体を設置したソーラーパネル発電+C磁気応用発電出力)を合計した出力
公称最大出力 3000W(3kW)
出力動作電圧 288.16V(直列時)
出力動作電流 142.02A(並列時)
データ取得日:6月17日AM11:30分 晴れ 風速1m の状態(株)武藤電子工業の工場敷地内。結果微風でも3kwの出力がとれた。
風速4mでは、16kwの出力が取れたので、取れすぎである。
(風速4mは、プロペラ型の風力発電のプロペラがやっと回りだす風速です)
【0035】
ソーラーパネル発電からの出力を弊社独自のパワー電源技術で、DC−DC、DC−ACコンバーターで使用電圧にコンバートさせる。回転する柱状体の磁気応用発電機の出力もDC−DC、DC−ACコンバーターでコンバートし、互いの電圧を等しくして並列接続を行えば複合出力が可能で、家庭でも十分使用できるレベルである。また、売電も十分可能なレベルである。試作し実験した結果は、驚きの結果であった。
【産業上の利用可能性】
【0036】
本発明は、ソーラーパネル発電・風力発電ハイブリット発電装置であって、家庭用発電に十分使用可能で、家庭用発電システムとして、オール電化住宅に最良であり、発電した電力を自産自消ができ、売電も可能である。日本全国の家庭やハウス栽培農家、室内栽培工場、プラント会社、住宅会社、不動産会社、アパート経営者、マンション経営者、医療施設、信号機付設などと世の中の電気の必要とする所に活躍するため、日本全国の必要としているところに、販売ができる。
また、小型トラックへ積み込みが可能で、どこにでも持ち運びが出来る。
たとえば、離島、山岳部僻地、船上、送電線が届かない地域などや天災発生場所などへの活躍が期待されるのである。
【0037】
プロペラ型の風力発電の需要は、1999年から急激に伸び、毎年約200期の設置と毎年20万KWの伸びを示し、現在は約2,500期を越えて総設備容量約250万KWになっている。現在ソーラー発電を導入している世帯は全国で約11万世帯に及んでおり、2005年度からの伸びは、年間1万世帯であるため、本発電システム装置は少なく算出しても2015年度から1万台/年を見込む事が出来る。
【0038】
本発明は、自産自消。大電力の送電線工事不要、高所作業なし、持ち運び自在、24時間発電と売電が可能、小スペース、設置工事が簡単、設置後直ちに使用可能、従来に無い全く新しい磁気浮上新技術、非接触受電技術、太陽光追従ミラー及び太陽光反射の電子計算技術を搭載していて、価格も200万円〜300万円の低価格を武器に普及をさせる。
売電は電力会社へ1kw/hで40円で現在売電を行っているため、本発明品の売電は、極端に少なく見積もって3kw/hを常時24時間売電すれば、3kw/h×40円×24時間×30日=86,400円となり、年間の売電額は約100万円となるので、設置者は自分で発電させ地産自消して、余った力を売電すれば、3年後以降は全て無料で電気が使えて利益にも結びつける事ができる。
【符号の説明】
【0039】
A 柱状体のソーラーパネル
B 羽根
C 磁気応用発電機
D 扇状磁石配置図
E 下部扇状磁石ドーナツ配置板
F 上部扇状磁石ドーナツ配置板
G 特殊センサー
H ミラー媒体
I 反射制御媒体
J 流体制御板
K 架台フレーム



【特許請求の範囲】
【請求項1】
ソーラーパネル発電と風力発電とを一体同化させたハイブリット発電装置であって、柱状体とこの柱状体の表面にソーラーパネル発電を設けた発電と前記柱状体に設けられた風受け羽根をそなえ、前記柱状体が回転して発電をすることを特徴とするソーラー発電・風力発電ハイブリット発電装置。
【請求項2】
太陽光を柱状体に反射させるミラー媒体を備え、そのミラー媒体には、特殊センサーを配備して常に太陽の中心を捕らえ、ミラー媒体が太陽の動きに連動することを特徴とする請求項1のソーラーパネル発電・風力発電ハイブリット発電装置。
【請求項3】
ミラー媒体の内部に反射制御媒体が備えられており、反射制御媒体は光の入射角度と反射角度をマイコンで制御させ最良の入射角度と反射角度を演算して、柱状体に照射することを特徴とする請求項2のソーラーパネル発電・風力発電ハイブリット発電装置。
【請求項4】
柱状体の下部に反発する磁石を配置し、柱状体の上部には吸引し合う磁石を配置したことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のソーラーパネル発電・風力発電ハイブリット発電装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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