【手続補正書】
【提出日】平成16年8月31日(2004.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  太陽光発電機能を有する水面被覆構造体及び貯水設備
【特許請求の範囲】
【請求項１】  水面に直接又は支持体を介して間接的に敷設することができる板状構造体の表面に太陽電池を配置し、前記板状構造体を広げることができると共に所定箇所に収納することができる拡張・収納手段を有することを特徴とする太陽光発電機能を有する水面被覆構造体。
【請求項２】  水面に直接又は支持体を介して間接的に敷設することができる複数の板状構造体の表面に太陽電池を配置し、前記複数の板状構造体は端部に収納可能であることを特徴とする太陽光発電機能を有する水面被覆構造体。
【請求項３】  前記板状構造体は折り畳みが可能な構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電機能を有する水面被覆構造体。
【請求項４】  前記板状構造体が自力浮上できることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の太陽光発電機能を有する水面被覆構造体。
【請求項５】  前記太陽電池が柔軟性を有する薄形太陽電池であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の太陽光発電機能を有する水面被覆構造体。
【請求項６】  請求項１乃至５のいずれか１つに記載の水面被覆構造体を設置したことを特徴とする貯水設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は貯水池、湖沼、海面、ダム等の水面を覆い、該水面からの蒸発による減水を防止し、該水面に入射する太陽光を遮蔽すると共に、該太陽光を電気に変換する太陽光発電機能を有する水面被覆構造体及び貯水設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
離島等用水の不足している地域においては、溜池が多く建設され、雨水を側溝で集めて農業用水として利用している。しかし、照り付ける太陽のもとでは溜池の水にアオコ等の植物プランクトンが大量発生し、悪臭を発し近隣に公害となっている。また、このようなアオコ等の植物プランクトンの発生は溜池に限らず湖沼水等でも発生する。また、海域や汽水域で発生する赤潮はアオコと同様なプランクトンの大発生現象であり、その主要な発生メカニズムはアオコ発生と共通しているとされており、赤潮による被害は良く知られているとおりである。このようなアオコ等の発生を防ぐには、水面に照り付ける太陽光を遮断することが効果的であり、また水を撹拌したり水中に酸素や空気を導入することでアオコ等の腐敗に起因するＮ．Ｐの嫌気溶出や悪臭を防止する技術が知られている。
【０００３】
また、従来発生したアオコ等の除去には有力な手段がなかった。例えばアオコを広くポンプで取水し脱水機で脱水した後、乾燥することも試みられているが、この方法は多大な動力を消費し処理工程で甚だしく悪臭を発生するなど、かならずしも満足できるものではない。また、できあがった乾燥アオコが悪臭源となりその最終処分の良い方法も見つかっていないのが現状である。
【０００４】
アオコ等の植物プランクトンの発生防止については水の脱燐、脱窒素が知られているが、原理的な把握の段階にあり発生源等や流域対策として諸手法が提案されているが実用化に際してはこの脱燐、脱窒素には多大な労力や動力を必要とし、高価な設備を必要とする状況にある。
【０００５】
また、日射量の多い地域では貯水池に溜めた水の蒸発量が多い。現場法としての脱燐、脱窒素処理としてホテイアオイ等の水草の利用も提唱されているが、季節的な安全性や臭気発生と共にこれら植物の活動により蒸発が更に加速されてしまう。更に海域における水の蒸発に伴う栄養塩類（Ｎ．Ｐその他）の濃縮が赤潮発生の一因とも考えられている。この蒸発を防止するためある種のオイルを水面に広げる方法が提案されているが、しかしオイルは最終的に環境を汚染する恐れがある。
【０００６】
上記のようにアオコ等の植物プランクトンの発生を防ぐには、水面に照り付ける太陽光を遮断したり、水を撹拌し曝気したりすることが効果的であることが知られているが、従来太陽光を効果的に遮断し、アオコ等の発生を防ぐと共に水の蒸発を抑制し、遮断した太陽光を有効に利用する具体的方法は提示されていなかった。また、撹拌曝気には駆動動力源が必要であるが、従来は外部電源によって駆動動力を得ていた。
【０００７】
一方、離島等において、種々の分野に消費する電力を賄うには太陽光発電装置の建設が有効である。この太陽光発電装置で大きな電力を得る為には広い太陽電池の設置面積を必要とするが、離島等において陸上にこのような広い面積を確保することが極めて困難である。また、太陽電池を設置する広い面積が確保できるとしても、太陽電池を常時設置する方式では、設置構造物を台風等の災害時に耐え得る構造とする必要があり、建設コストが高くなるという問題もある。
【０００８】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、貯水池、湖沼、海面等の水面を覆って太陽光を遮断しアオコの発生を防ぐと共に水の蒸発を抑制し、水面を太陽光発電に利用することができ、且つ建設及び撤去・回収が容易で引いてはコストの安価な太陽光発電機能を有する水面被覆構造体及び貯水設備を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、水面に直接又は支持体を介して間接的に敷設することができる板状構造体の表面に太陽電池を配置し、前記板状構造体を広げることができると共に所定箇所に収納することができる拡張・収納手段を有することを特徴とする太陽光発電機能を有する水面被覆構造体にある。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、水面に直接又は支持体を介して間接的に敷設することができる複数の板状構造体の表面に太陽電池を配置し、前記複数の板状構造体は端部に収納可能であることを特徴とする太陽光発電機能を有する水面被覆構造体にある。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の太陽光発電機能を有する水面被覆構造体において、板状構造体は折り畳みが可能な構造であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の太陽光発電機能を有する水面被覆構造体において、板状構造体が自力浮上できることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の太陽光発電機能を有する水面被覆構造体において、太陽電池が柔軟性を有する薄形太陽電池であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の水面被覆構造体を設置したことを特徴とする貯水設備にある。
【００１５】
上記全ての解決手段において用いる太陽電池は可撓性を有する薄形のものが好ましく、例えば株式会社荏原製作所製の単結晶シリコンセル太陽電池は特に好適な電池といえる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体及び該水面被覆構造体を貯水池に水面を覆うように敷設した状態を示す図である。図１（ａ）に示すように、貯水池１０の上に水面１２を覆うように水面被覆構造体１１が配置されている。該水面被覆構造体１１は板状構造体１３の表面に超薄形太陽電池１４を張付けた構造である。
【００１７】
超薄形太陽電池１４は、例えば株式会社荏原製作所製の超薄形単結晶シリコンセルを使用した単結晶シリコン太陽電池を用いる。この単結晶シリコン太陽電池はセル効率で１６％、モジュール効率１４．５％以上の高い変換効率で光エネルギーを直接電気エネルギーに変換することができる。そしてこの単結晶シリコン太陽電池は曲面に対応する柔軟性を有する。このため波浪等による多少のねじれ、揺動等によるストレスを吸収し得て損傷を受けにくい。
【００１８】
貯水池１０の底部には水中エアレータ（荏原製作所製ＤＳＲ型）（曝気装置）１５が配置されており、該水中エアレータ１５を超薄形太陽電池１４で発電された電力で駆動することにより、吸込パイプ１６から空気が吸い込まれ水空気混合体１７が水中に吐き出される。これにより水と空気は混合され、水は撹拌される。該水中エアレータ１５は装置内で強制的に気液混相流を形成し装置上部又は下部より略水平方向に吐出し得るので、水面の撹乱が少なく水面被覆構造体１１は安定して配置できる。
【００１９】
上記のように水面被覆構造体１１で貯水池１０の水面を覆うので、太陽光が該水面被覆構造体１１で遮断されると共に、水中エアレータ１５により、空気と水の混合撹拌が行なわれるから、被覆により水面でのガス交換が抑制乃至妨げられても、水体中が嫌気化することが無く、アオコや植物プランクトンの発生の抑制と共に、水の浄化水質の維持、悪臭発生の防止が可能となる。さらに太陽光が遮断されるので水の蒸発も抑えられる。
【００２０】
水面被覆構造体１１は自力浮上できる板状構造体１３の表面に超薄形太陽電池１４を張付けた構造であってもよく、自力浮上できれば図２（ａ）に示すように貯水池１０の水面に直接敷設することができる。また、水面被覆構造体１１は図２（ｂ）に示すように折り畳みできる構造とすると、台風や暴風等の日は折り畳んだ状態で狭い場所に収納することができる。このような構造体としては、発泡スチロール材や発泡ポリウレタン材、木材その他材料自身に浮上性を有するもの、また中空袋状（ビーチマット状）、浮輪状等の形状的に浮上性を付与されたものでも自力浮上すれば良い。また、図３（ａ）に示すように、水面被覆構造体１１を帯状の柔軟性を有する板状構造体１３に超薄形太陽電池１４を張付けた構成とし、該水面被覆構造体１１を図３（ｂ）に示すように巻芯１８に巻き取ることができる構造としてもよい。
【００２１】
図４は本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体で貯水池の上面を覆うように構成した装置を示す図である。図４に示すように、貯水池（図示はしないが該貯水池は地下に埋設した構造の貯水池である）の上部にバラ積船のハッチ入口の枠体のような枠体１９を設け、該枠体１９の上部を折り畳みできるように構成した水面被覆構造体１１（図２（ｂ）参照）を広げ（拡張し）たり、一端部に収縮できるように構成する。この水面被覆構造体１１を拡張収縮する機構はバラ積船のハッチカバーの開閉機構と略同一構成のものを利用できる。
【００２２】
図５は本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体で貯水池の上面を覆うように構成した装置を示す図である。図５に示すように、貯水池（図示はしないが、該貯水池は地下に埋設した構造の貯水池である）上部の一端近傍に巻取りできるように構成した水面被覆構造体１１（図３（ｂ）参照）を設け、該水面被覆構造体１１を水面全面に広げ（拡張す）るように構成する。水面構造体１１は自身浮上性を有する材質により構成されている。なお、巻取り装置は船上や桟橋上に配置してもよい。
【００２３】
水面被覆構造体１１の一端部に取り付けたロープ２４を巻取ローラー２３とモータ２２からなるロープ巻取機構によりロープ２４を巻き取ることにより、水面被覆構造体１１を枠体１９の上部に広げることができる。また、巻芯１８を減速機構２０及びモータ２１からなる水面被覆構造体巻取機構によって水面被覆構造体１１を巻きとることにより該水面被覆構造体１１を収納することができる。
【００２４】
図６は本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体を湖沼面又は海面に敷設した状態を示す図である。地上２５に折り畳みができるように構成した水面被覆構造体１１を収納する収納庫２６を設け、該水面被覆構造体１１の一端をロープ３０で係留し、湖面又は海面３３に広げることにより敷設することができる。２７は水面被覆構造体１１の他端（先端）に取り付けた浮き体であり、該浮き体２７は湖沼底又は海底２９に設置されたアンカー２８に係留する。
【００２５】
基本的に太陽電池は温度上昇に伴い発電効率が低下する傾向を有するが、本発明では太陽電池が水面上乃至水面近傍に設置されるため、特段の冷却手段を設けなくとも高い発電効率で運転ができる。
【００２６】
水面被覆構造体１１はそれ自体浮力を有する板状構造体に超薄形太陽電池を張付けた構成のものであれば、水面被覆構造体１１はそれ自体で湖沼面又は海面３３に浮いた状態で敷設できる。また、水面被覆構造体１１が浮力を有しない場合は、船台や浮き体に該水面被覆構造体１１を載置することにより、同じく湖沼面又は海面３３に敷設できる。
【００２７】
また、台風等の災害時や湖沼面又は海面３３に赤潮やアオコ等の植物プランクトンが発生する恐れがなく、発電の必要がない場合は水面被覆構造体１１は地上２５に設けた収納庫２６に収納しておくことにより、水面被覆構造体１１の破損或いは寿命を長くすることができる。なお、上記水面被覆構造体１１は折り畳み可能な構造としたが、これに限定されるものではなく、図３に示すように巻き取り可能な構造のものであってもよい。
【００２８】
図７は本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体を湖沼面又は海面に敷設した状態例を示す図である。３１は水面被覆構造体１１を湖沼面又は海面３３に拡張したり収納したりする拡張・収納船であり、該拡張・収納船３１に折り畳みができるように構成した水面被覆構造体１１を収納し、該水面被覆構造体１１の一端に固定したロープ３０を地上に設置した係留体３２に係留し、拡張・収納船３１を前進させることにより、湖沼面又は海面３３上に水面被覆構造体１１を敷設する。水面被覆構造体１１の敷設終了した時点で、拡張・収納船３１から錨（図示せず）を湖沼底又は海底２９に設置することにより、水面被覆構造体１１を係留する。
【００２９】
台風等の災害時又は湖沼面又は海面３３に赤潮やアオコ等の植物プランクトンが発生する恐れがなく、発電の必要がない場合は水面被覆構造体１１を拡張・収納船３１に収納することにより、水面被覆構造体１１の破損或いは寿命を長くすることができる。なお、上記水面被覆構造体１１は折り畳み可能な構造としたが、これに限定されるものではなく、図３に示すように巻き取り可能な構造のものであったもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
（１）太陽電池は通常０．１ｋｗ／ｍ2の発電が可能であるといわれるが、大きい発電電力を得るためには広い敷設面積を必要とするという問題があるが、本発明の水面被覆構造体を用いると現在有効に利用していない湖沼、海面、貯水池の水面を太陽電池設置場所として利用できる。また、水体そのものが冷却手段となるので温度上昇に伴う発電効率への影響が少ない。
【００３１】
（２）水面被覆構造体は容易に収容できる構成であるから、台風等の災害時に収納することにより、災害に強い太陽光発電装置を提供することができる。
【００３２】
（３）水面は地球規模で面積も広く、身近かな未利用空間として残されているいから本発明に係る水面被覆構造体を利用することにより、エネルギー問題に広く貢献できる。
【００３３】
（４）アオコ等の植物プランクトンの発生問題となっている湖沼、貯水池、海域の水面を覆うように本発明に係る水面被覆構造体を敷設することにより、太陽光を効果的に遮光することができ、その発生を防止できる。
【００３４】
（５）ダム、貯水池の水面を覆うように本発明に係る水面被覆構造体を敷設することにより、貴重な水の蒸発を抑えることができ、貴重な水資源の保護ができる。
【００３５】
（６）本発明に係る水面被覆構造体を水面に敷設することにより、発生した電力で曝気装置を起動して曝気をしたり、ろ過等の水の更なる高度の浄化を行なうことや、水質源の創成も可能となる。また、発生した電力は送水、散水の動力源とすることもできる他、近隣の家庭電力や非常時の電源として活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体例及び該水面被覆構造体を貯水池の水面を覆うように敷設した状態を示す図である。
【図２】
本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体例及び該水面被覆構造体を貯水池に水面を覆うように敷設した状態を示す図である。
【図３】
本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体の構成を示す図である。
【図４】
本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体で貯水池の上面を覆うように構成した装置を示す図である。
【図５】
本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体で貯水池の上面を覆うように構成した装置を示す図である。
【図６】
本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体を湖沼面又は海面に敷設した状態を示す図である。
【図７】
本発明に係る太陽光発電機能を有する水面被覆構造体を湖沼面又は海面に敷設す状態例を示す図である。
【符号の説明】
１０            貯水池
１１            水面被覆構造体
１２            水面
１３            板状構造体
１４            超薄形太陽電池
１５            水中エアレータ
１６            吸込パイプ
１７            水空気混合体
１８            巻芯