(57)【要約】【課題】簡単な構造で多数のソーラーパネル１を太陽の方位に一斉に追従させる。【解決手段】多数のソーラーパネル１を水上浮体構造物１１に搭載し、この水上浮体構造物の中央の開口部１４に、ナットとボルトの関係の外層浮体２１と内層浮体２２を配置し、内層浮体２２の昇降運動を、水上浮体構造物１１の水平面内での回転運動に変換し、各ソーラーパネル１を太陽の方位に向ける。内層浮体２２の昇降は、内層浮体の内部タンクへの注水量の増減による浮力の調整によって行う。各ソーラーパネル１の仰角の調整は、各ソーラーパネル１を連結するリンク４の一部に操作入力を加えることで一斉に行う。【選択図】図２
2014024372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向における一定の方向へパネル面を向けた多数のソーラーパネルを水上浮体構造物に搭載し、この水上浮体構造物の中央に開口部を形成し、この開口部に昇降自在に昇降浮体を配置すると共に、この昇降浮体の昇降運動を前記水上浮体構造物の水平面内での回転運動に変換する運動変換機構を設け、前記昇降浮体を昇降運動させることで、前記水上浮体構造物を水平面内で回転させて、前記各ソーラーパネルを太陽の方位に向けることを特徴とする水上太陽光発電装置。
【請求項２】
少なくとも１つ以上の前記ソーラーパネルを搭載した水上浮体を複数、相互連結することで前記多数のソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を構成したことを特徴とする請求項１に記載の水上太陽光発電装置。
【請求項３】
前記水上浮体構造物の中央に設けた開口部に、上下方向の貫通孔を有したナット状の外層浮体を、前記水上浮体構造物に対して回転不能に拘束した状態で配置し、この外層浮体の貫通孔に、前記昇降浮体として、軸状の内層浮体を、水平面内での回転を拘束した状態で昇降自在に貫通させ、前記外層浮体の貫通孔の内周と前記内層浮体の外周に、前記運動変換機構として、前記内層浮体の外層浮体に対する相対的な昇降運動を外層浮体の回転運動に変換するネジ状の螺旋ガイド機構を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の水上太陽光発電装置。
【請求項４】
前記内層浮体が、水底に固定されるベース体に、水平面内での回転を拘束された状態で、昇降可能に支持されていることを特徴とする請求項３に記載の水上太陽光発電装置。
【請求項５】
前記水上浮体構造物の中央に設けた開口部に、前記昇降浮体として、上下方向の貫通孔を有する外層浮体を、前記水上浮体構造物に対して回転不能に拘束した状態で昇降自在に配置し、この外層浮体の貫通孔に、軸状の内層浮体を、水平面内での回転を拘束した状態で貫通させ、前記外層浮体の貫通孔の内周と前記内層浮体の外周に、前記運動変換機構として、前記外層浮体の内層浮体に対する相対的な昇降運動を該外層浮体の回転運動に変換するネジ状の螺旋ガイド機構を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の水上太陽光発電装置。
【請求項６】
前記内層浮体が水平面に沿って移動するのを規制する内層浮体移動規制機構を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の水上太陽光発電装置。
【請求項７】
前記内層浮体が、水底に固定されるベース体に、水平面内での回転を拘束された状態で支持されていることを特徴とする請求項５に記載の水上太陽光発電装置。
【請求項８】
前記ベース体が、内部に中空部を有しており、該中空部への注水により当該ベース体の浮力を低減させて水底への着地力を増大させることができ、前記中空部からの排水により当該ベース体の浮力を増大させて水底への着地力を低減させることができる、中空構造体として構成されていることを特徴とする請求項４または７に記載の水上太陽光発電装置。
【請求項９】
前記昇降浮体の昇降を、該昇降浮体の内部タンクへの注水量の増減による浮力の調整によって行う昇降駆動機構を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の水上太陽光発電装置。
【請求項１０】
前記各ソーラーパネルを、太陽に対する仰角の調整が可能な状態で前記水上浮体構造物に積載し、各ソーラーパネルを一斉に仰角調整できるようにリンクで相互連結し、該リンクの一部に、仰角調整のための操作力を加える仰角調整機構を接続したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の水上太陽光発電装置。
【請求項１１】
前記仰角調整機構が、前記水上浮体構造物を太陽の方位に追従させるための回転運動を迎角の調整運動に変換する機構を含んでいることを特徴とする請求項１０に記載の水上太陽光発電装置。
【請求項１２】
風速の検出手段を装備し、該検出手段が風速が制限以上になったことを検出した際に、前記ソーラーパネルのパネル面が水平または水平に近くなるように仰角を調整する信号を前記仰角調整機構に与える制御手段を備えていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の水上太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電効率の高い水上太陽光発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、ソーラーパネルの向きを太陽位置の変化に追従させることのできる従来の水上太陽光発電装置の例が開示されている。
この水上太陽光発電装置は、水上で非回転の浮き姿勢に保持される透明球殻内に、太陽電池ユニットを傾動及び自転可能に吊持したもので、太陽電池ユニットは、球殻の内面に複数箇所で当接する支持枠と、支持枠に取り付けられたソーラーパネルと、支持枠の下面側に枢着された旋回体と、支持枠に固設された円環状のラックギヤとを具備している。
【０００３】
また、旋回体は、ラックギヤに噛合するピニオン及びその回転駆動手段と、ラックギヤの円環の半径方向に沿って移動可能な方向設定ウエイト及びその移動手段とを具備している。そして、太陽電池ユニットが球殻内で方向設定ウエイト側を下位とした傾斜姿勢をとり、方向設定ウエイトの半径方向移動と旋回体の旋回移動に伴う重心変位によって、ソーラーパネルの仰角及び方位角を設定するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３８２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の水上太陽光発電装置は、個々のソーラーパネルに対して個別に複雑な構造の太陽への追従手段を設ける必要があり、小規模設備に適用するのは難しくないが、大規模設備に適用するには、コストがかかり過ぎると共に大きなエネルギーが必要となるので不向きである。また、球殻の中に太陽電池ユニットを設置する必要があるので、メンテナンスも面倒で時間がかかる。さらに、個々のソーラーパネルが入った球殻を水底にそれぞれ固定する必要があるため、設置箇所が限定され移設が難しいという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮し、ソーラーパネル毎に個別に太陽に追従させる複雑な機構を使用する必要がなく、簡単な構造で且つ少ないエネルギーで多数のソーラーパネルを太陽の方位に一斉に追従させることができ、大規模太陽光発電に適用することで、ソーラーパネル群の発電効率の向上を図ることができると共に、設備のメンテナンスの容易化を図ることができ、さらに、設置箇所の移動も容易にできる水上太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、請求項１の発明は、水平方向における一定の方向へパネル面を向けた多数のソーラーパネルを水上浮体構造物に搭載し、この水上浮体構造物の中央に開口部を形成し、この開口部に昇降自在に昇降浮体を配置すると共に、この昇降浮体の昇降運動を前記水上浮体構造物の水平面内での回転運動に変換する運動変換機構を設け、前記昇降浮体を昇降運動させることで、前記水上浮体構造物を水平面内で回転させて、前記各ソーラーパネルを太陽の方位に向けることを特徴とする。
これにより、簡単な構造で且つ少ないエネルギーで、多数のソーラーパネルを太陽の方位に一斉に追従させることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、少なくとも１つ以上の前記ソーラーパネルを搭載した水上浮体を複数、相互連結することで前記多数のソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を構成したことを特徴とする。
これにより、ソーラーパネルの増設や減設が容易にできるようになる。
【０００９】
請求項３の発明は、水上浮体構造物の中央に設けた開口部に、上下方向の貫通孔を有したナット状の外層浮体を、前記水上浮体構造物に対して回転不能に拘束した状態で配置し、この外層浮体の貫通孔に、前記昇降浮体として、軸状の内層浮体を、水平面内での回転を拘束した状態で昇降自在に貫通させ、前記外層浮体の貫通孔の内周と前記内層浮体の外周に、前記運動変換機構として、前記内層浮体の外層浮体に対する相対的な昇降運動を外層浮体の回転運動に変換するネジ状の螺旋ガイド機構を設けたことを特徴とする。
これにより、内層浮体を昇降させることで、螺旋ガイド機構の作用により外層浮体を回転させることができ、水上浮体構造物に搭載したソーラーパネルを一斉に太陽の方位に追従させることができる。
【００１０】
請求項４の発明は、前記内層浮体が、水底に固定されるベース体に、水平面内での回転を拘束された状態で、昇降可能に支持されていることを特徴とする。
これにより、ソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を水面上の定位置に保持することができる。
【００１１】
請求項５の発明は、前記水上浮体構造物の中央に設けた開口部に、前記昇降浮体として、上下方向の貫通孔を有する外層浮体を、前記水上浮体構造物に対して回転不能に拘束した状態で昇降自在に配置し、この外層浮体の貫通孔に、軸状の内層浮体を、水平面内での回転を拘束した状態で貫通させ、前記外層浮体の貫通孔の内周と前記内層浮体の外周に、前記運動変換機構として、前記外層浮体の内層浮体に対する相対的な昇降運動を該外層浮体の回転運動に変換するネジ状の螺旋ガイド機構を設けたことを特徴とする。
これにより、外層浮体を昇降させることにより、螺旋ガイド機構の作用により外層浮体を回転させることができ、水上浮体構造物に搭載したソーラーパネルを一斉に太陽の方位に追従させることができる。
【００１２】
請求項６の発明は、前記内層浮体が水平面に沿って移動するのを規制する内層浮体移動規制機構を備えることを特徴とする。
これにより、ソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を水面上の定位置に高精度で保持することができる。
【００１３】
請求項７の発明は、前記内層浮体が、水底に固定されるベース体に、水平面内での回転を拘束された状態で支持されていることを特徴とする。
これにより、ソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を水面上の定位置に保持することができる。
【００１４】
請求項８の発明は、前記ベース体が、内部に中空部を有しており、該中空部への注水により当該ベース体の浮力を低減させて水底への着地力を増大させることができ、前記中空部からの排水により当該ベース体の浮力を増大させて水底への着地力を低減させることができる、中空構造体として構成されていることを特徴とする。
これにより、排水して浮力を増すことで、容易にベース体を移動することができる。
【００１５】
請求項９の発明は、前記昇降浮体の昇降を、該昇降浮体の内部タンクへの注水量の増減による浮力の調整によって行う昇降駆動機構を備えることを特徴とする。
これにより、簡単な構造で且つ少ないエネルギーで昇降浮体を昇降させることができる。
【００１６】
請求項１０の発明は、前記各ソーラーパネルを、太陽に対する仰角の調整が可能な状態で前記水上浮体構造物に積載し、各ソーラーパネルを一斉に仰角調整できるようにリンクで相互連結し、該リンクの一部に、仰角調整のための操作力を加える仰角調整機構を接続したことを特徴とする。
これにより、各ソーラーパネルを個別に仰角調整するのと違って、構造を単純化できると共に、少ないエネルギーで仰角調整を行うことができる。
【００１７】
請求項１１の発明は、前記仰角調整機構が、前記水上浮体構造物を太陽の方位に追従させるための回転運動を迎角の調整運動に変換する機構を含んでいることを特徴とする。
これにより、仰角調整のための専用の駆動源を用意する必要がなく、構造を簡略化することができる。
【００１８】
請求項１２の発明は、風速の検出手段を装備し、該検出手段が風速が制限以上になったことを検出した際に、前記ソーラーパネルのパネル面が水平または水平に近くなるように仰角を調整する信号を前記仰角調整機構に与える制御手段を備えていることを特徴とする。
これにより、風の影響を回避することができる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば  多数のソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物の中央に開口部を形成し、この開口部に配置した昇降浮体を昇降させることにより、その昇降運動を水上浮体構造物の回転運動に変換させて、水上浮体構造物上のソーラーパネルを一括して太陽の方位に指向させるようにしたので、ソーラーパネル毎に個別に太陽に追従させる複雑な機構を使用せず、簡単な構造で且つ少ないエネルギーで、多数のソーラーパネルを太陽の方位に一斉に追従させることができる。従って、特に大規模太陽光発電に適用することで、ソーラーパネル群の発電効率の向上を図ることができると共に、設備のメンテナンスの容易化を図ることができる。また、水上浮体構造物の上に多数のソーラーパネルを搭載しているから、設置箇所を移動することも簡単にできる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、少なくとも１つ以上のソーラーパネルを搭載した水上浮体を複数、相互連結することで多数のソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を構成しているので、ソーラーパネルの増設や減設が容易にできるようになり、太陽光発電設備の規模の選択の柔軟性を高めることができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、外層浮体と内層浮体をナットとボルトのように組み合わせ、内層浮体を昇降浮体としているので、内層浮体を昇降させることにより、螺旋ガイド機構の作用により外層浮体を回転させることができ、水上浮体構造物に搭載したソーラーパネルを一斉に太陽の方位に追従させることができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、水上浮体構造物の中央の開口部に配置した内層浮体を、水底に固定されるベース体によって支持するようにしているので、ソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を水面（湖面、池面、海面、川面等）上の定位置に保持することができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、外層浮体と内層浮体をナットとボルトのように組み合わせ、外層浮体を昇降浮体としているので、外層浮体を昇降させることにより、螺旋ガイド機構の作用により外層浮体を回転させることができ、水上浮体構造物に搭載したソーラーパネルを一斉に太陽の方位に追従させることができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、内層浮体が水平面に沿って移動するのを規制する昇降浮体移動規制機構を備えるので、ソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を水面（湖面、池面、海面、川面等）上の定位置に高精度で保持することができる。
【００２５】
請求項７の発明によれば、水上浮体構造物の中央の開口部に配置した内層浮体を、水底に固定されるベース体によって支持するようにしているので、ソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を水面（湖面、池面、海面、川面等）上の定位置に保持することができる。
【００２６】
請求項８の発明によれば、ベース体を中空構造とし、中空部に注入する水量によって、水底に対する着地力を増減できるようにしたので、排水して浮力を増すことにより、容易にベース体を移動することができる。従って、ベース体ともども、ソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を容易に移動することができる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、昇降浮体の昇降を、内部タンクへの注水量の増減による浮力の調整によって行うので、簡単な構造で且つ少ないエネルギーで昇降浮体を昇降させることができて、それにより、ソーラーパネルを搭載した水上浮体構造物を太陽の方位に追従させることができる。
【００２８】
請求項１０の発明によれば、各ソーラーパネルをリンクで相互連結して、一斉に仰角調整できるようにしているので、各ソーラーパネルを個別に仰角調整するのと違って、構造を単純化できると共に、少ないエネルギーで仰角調整を行うことができる。
【００２９】
請求項１１の発明によれば、仰角調整のための駆動力を、水上浮体構造物を太陽の方位に追従させる回転運動を利用して取り出すので、専用の駆動源を用意する必要がなく、構造を簡略化することができる。
【００３０】
請求項１２の発明によれば、風速が強いときにソーラーパネルのパネル面が水平または水平に近くなるように仰角を調整するので、風の影響を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の水上太陽光発電装置の全体概要を示す斜視図である。
【図２】同装置の要部構成を一部破断して示す斜視図である。
【図３】同装置の中心部に位置する外層浮体と内層浮体（昇降浮体）の組み合わせ部分の構成を示す斜視図である。
【図４】同外層浮体と内層浮体の組み合わせ部分の縦断面図である。
【図５】図４に示す部分の変形例を示す図で、（ａ）は要部である外層浮体と内層浮体の組み合わせ部分の縦断面図、（ｂ）は内層浮体の上から見た断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態の水上太陽光発電装置の図４と同様部分である外層浮体（昇降浮体）と内層浮体の組み合わせ部分の構成を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態及び第２実施形態に適用される仰角調節機構の一例を示す斜視図である。
【図８】本発明の変形例を示し、昇降浮体移動規制機構を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
〈第１実施形態〉
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態の水上太陽光発電装置の全体概要を示す斜視図、図２は同装置の要部構成を一部破断して示す斜視図、図３は同装置の中心部に位置する外層浮体と内層浮体（昇降浮体）の組み合わせ部分の構成を示す斜視図、図４は同外層浮体と内層浮体の組み合わせ部分の縦断面図である。
図１及び図２に示すように、この水上太陽光発電装置は、水平方向における一定の方向へパネル面を向けた多数のソーラーパネル１を水上浮体構造物１１上に搭載して構成した水上太陽光発電ユニット１０と、この水上太陽光発電ユニット１０を水平面内で矢印Ａのように東から西に旋回させて太陽位置の変化に追従させる旋回機構２０と、を備えている。水上太陽光発電ユニット１０は、旋回機構２０を介して、水底Ｇに着底させたベース体２７に係留されており、一定の領域の水面Ｓ上に浮いている。
【００３３】
浮体の全体を示す水上浮体構造物１１は、骨組機能を果たすフレーム浮体１２に、多数の単位浮体である水上浮体１３を相互連結して構成したものであり、各水上浮体１３にそれぞれ１個ずつソーラーパネル１が搭載されていることで、多数の水上浮体１３を相互連結して構成した水上浮体構造物１１上に多数のソーラーパネル１が搭載された形になっている。各ソーラーパネル１は、水上浮体１３が相互に連結されて水上浮体構造物１１を構成した状態で、一定の方向にパネル面を向けて配置されている。なお、各水上浮体１３の上に複数のソーラーパネル１を搭載しても勿論よい。
【００３４】
各ソーラーパネル１は、太陽に対する仰角（パネル面と水平面とのなす角度）の調整が可能な状態（上下方向傾動可能の状態）で水上浮体構造物１１に積載されており、同期して仰角調整できるようにリンク４で相互連結されている。そして、リンク４の一部に、仰角調整機構４０により仰角調整のための操作力を加えることで、多数のソーラーパネル１の仰角を一斉に調整することができるようになっている。
【００３５】
なお、ソーラーパネル１の仰角の調整は、年間の太陽高度の変化に合わせて手動あるいは自動で行ってもよいし、一日の太陽高度の変化に合わせて自動で行ってもよい。また、後述するように、太陽方位の変化への追従動作と同期させて仰角調整を行うようにすることもできる。
【００３６】
旋回機構２０は、外層浮体２１と内層浮体２２との組み合わせによって構成されており、内層浮体２２は、下端がベース体２７に連結された係留支持体２４により、回転を拘束された状態で昇降自在に（水面に対する相対高さが変えられるように）支持されている。係留支持体２４の途中には長さ調整機構２４ａが設けられるとともに、内層浮体２２を昇降自在とするための屈曲継手２３、２５が設けられている。
【００３７】
図３に示すように、水上浮体構造物１１の中央には四角い開口部１４が形成されており、この開口部１４に、外層浮体２１と内層浮体２２とが配置されている。外層浮体２１は、上下方向の貫通孔を有したナット状をなしており、水上浮体構造物１１に対して固定されている。つまり外層浮体２１は、水上浮体構造物１１に対して回転不能且つ昇降不能に結合されている。また、水上浮体構造体１１が水面Ｓ上に浮いている関係上、外層浮体２１は水面Ｓに対し常に一定の高さ位置に保たれている。一方、内層浮体２２は、軸状をなしており、外層浮体２１の貫通孔に昇降浮体として、水平面内での回転を拘束された状態で昇降自在に貫通配備されている。
【００３８】
そして、図４に旋回機構２０Ａ（２０）の一例を示すように、外層浮体２１と内層浮体２２との間に、内層浮体２２の昇降運動を、水上浮体構造物１１に結合された外層浮体２１の水平面内での回転運動に変換する運動変換機構３０としての螺旋ガイド機構３０Ａが設けられている。具体的には、外層浮体２１の貫通孔の内周と内層浮体２２の外周とに、内層浮体２２の外層浮体２１に対する相対的な昇降運動（矢印Ｂで示す上下運動）を外層浮体２１の回転運動（矢印Ａで示す回転運動）に変換する互いに係合した内層浮体２２側の凸螺旋条３１と外層浮体２１側の凹螺旋条３２の組み合わせが設けられている。なお、内層浮体２２側に凹螺旋条３２を設けるとともに外層浮体２１側に凸螺旋条３１を設けても良い。
【００３９】
従って、回転を拘束された状態の内層浮体２２を昇降運動させることで（具体的には、水面に対する高さ位置を変更させることで）、外層浮体２１に固定された水上太陽光発電ユニット１０を、水平面内で回転させることができて、各ソーラーパネル１を太陽の方位に追従させることができる。
【００４０】
この場合、内層浮体２２の昇降運動は、内層浮体２２の内部タンク２２Ａへの注水量の増減による浮力の調整によって行うように構成されており、内部タンク２２Ａに対する給排水用のポンプやバルブ等が昇降駆動機構（いずれも図示略）として備わっている。
【００４１】
図５は図４に示す部分の変形例を示す図で、（ａ）は要部である外層浮体と内層浮体の組み合わせ部分の縦断面図、（ｂ）は内層浮体の上から見た断面図である。
ネジ状の凸螺旋条３１と凹螺旋条３２の組み合わせにおいて摩擦が大きい場合は、図５（ａ）に示す変形例の旋回機構２０Ｂ（２０）のように、凸螺旋条３１の代わりに、螺旋に沿って複数のローラ３３を回転自在に配置し、これらローラ３３を、ローラ３３の断面に合わせた断面形状を有する凹螺旋条３４に嵌めて、運動変換機構３０としての螺旋ガイド機構３０Ｂを構成してもよい。この場合、ローラ３３は、バランス上の要請から、図５（ｂ）に示すように、円周方向に等配して３個以上を設けるのが好ましい。図示例では、１円周に対して４個のローラ３３を設けている。
【００４２】
次に作用を説明する。
実際の水上太陽光発電ユニット１０の旋回範囲は、朝に太陽が昇る東から夕に太陽が沈む西までであるから、例えば北緯３５°位置では最大で２４０°確保すればよい。しかし太陽光発電に利用できる日射量範囲であることを考慮すると、１８０°くらいの範囲をカバーできれば十分と考えられる。そして、実際の制御に当たっては、朝にソーラーパネル１が東方向に向くように水上太陽光発電ユニット１０の向きを制御し、以降は、太陽の位置の変化に追従させて、日本の場合は南方向を経由して、水上太陽光発電ユニット１０の向きを徐々に西方向に変化させてゆく。そして、日没時に西方向を向いた水上太陽光発電ユニット１０を、朝になる前に反対方向に旋回させて東向きに制御する。
【００４３】
例えば、朝に東方向の太陽に各ソーラーパネル１が向くように水上太陽光発電ユニット１０の向きを決めたら、内層浮体２２の内部タンク２２Ａに対する給排水制御により内層浮体２２を上昇または下降させて、水上太陽光発電ユニット１０の向きを東から南向き経由で西に向けて旋回させる。また、夕方から翌日の朝までの間に、内層浮体２２の内部タンク２２Ａに対する給排水制御により内層浮体２２を下降または上昇させて、水上太陽光発電ユニット１０の向きを西向きから東向きに戻す。このように水上太陽光発電ユニット１０を旋回させて、各ソーラーパネル１の向きを太陽の位置に追従させることにより、発電効率の向上を図ることができる。
【００４４】
以上の説明のように、本実施形態の水上太陽光発電装置によれば、多数のソーラーパネル１を搭載した水上浮体構造物１１の中央に開口部１４を形成し、この開口部１４に配置した内層浮体（昇降浮体）２２を昇降させることにより、その昇降運動を水上浮体構造物１１の回転運動に変換させて、水上浮体構造物１１上のソーラーパネル１を一括して太陽の方位に指向させるようにしたので、ソーラーパネル１毎に個別に太陽に追従させる複雑な機構を使用せず、簡単な構造で且つ少ないエネルギーで、多数のソーラーパネル１を太陽の方位に一斉に追従させることができる。従って、特に大規模太陽光発電に適用することで、ソーラーパネル１群の発電効率の向上を図ることができると共に、設備のメンテナンスの容易化も図ることができる。
【００４５】
特に、昇降浮体である内層浮体２２の昇降を、内部タンク２２Ａへの注水量の増減による浮力の調整によって行うので、簡単な構造で且つ少ないエネルギーで内層浮体２２を昇降させることができて、それにより、ソーラーパネル１を搭載した水上浮体構造物１１を太陽の方位に追従させることができる。
【００４６】
また、水上浮体構造物１１の上に多数のソーラーパネル１を搭載しているから、係留支持するベース体２７を移設することにより、設置箇所を容易に移動することができる。その際、ベース体２７を中空構造とし、中空部に注水できるようにすれば、注入する水量によって、水底Ｇに対する着地力を増減することができる。従って、排水して浮力を増すことにより、容易にベース体２７を移動することができ、ベース体２７ともどもソーラーパネル１を搭載した水上浮体構造物１１を容易に移動することができる。そして、移動後に再びベース体２７に注水することにより、ベース体２７の水底Ｇに対する着地力を増して、安定した固定状態を作り出すことができる。
【００４７】
また、本実施形態の水上太陽光発電装置によれば、ソーラーパネル１を搭載した水上浮体１３を複数、相互連結することで多数のソーラーパネル１を搭載した水上浮体構造物１１を構成しているので、ソーラーパネル１の増設や減設が容易にできるようになり、太陽光発電設備の規模の選択の柔軟性を高めることができる。
【００４８】
また、外層浮体２１と内層浮体２２をナットとボルトのように組み合わせ、内層浮体２２を昇降浮体としているので、内層浮体２２を昇降させることによって、螺旋ガイド機構３０Ａ（３０）、３０Ｂ（３０）の作用により、外層浮体２１を回転させることができ、水上浮体構造物１１に搭載したソーラーパネル１を一斉に太陽の方位に追従させることができる。
【００４９】
また、水上浮体構造物１１の中央の開口部１４に配置した内層浮体２２を、水底Ｇに固定されるベース体２７によって支持するようにしているので、ソーラーパネル１を搭載した水上浮体構造物１１を水面Ｓ（湖面、池面、海面、川面等）上の定位置に保持することができる。
【００５０】
また、本実施形態の水上太陽光発電装置によれば、各ソーラーパネル１をリンク４で相互連結して、一斉に仰角調整できるようにしているので、各ソーラーパネル１を個別に仰角調整するのと違って、構造を単純化できると共に、少ないエネルギーで仰角調整を行うことができる。
【００５１】
上記第１実施形態においては、外層浮体２１と内層浮体２２のうち、内層浮体２２を昇降浮体として機能させた場合を示したが、外層浮体２１を昇降浮体として機能させることもできる。
【００５２】
〈第２実施形態〉
図６は第２実施形態の水上太陽光発電装置の図４と同様部分である外層浮体（昇降浮体）と内層浮体の組み合わせ部分の構成を示す縦断面図である。
この第２実施形態では、水上浮体構造物１１の中央に設けた開口部１４に、昇降浮体として、上下方向の貫通孔１２１Ａを有する外層浮体１２１を、水上浮体構造物１１に対して回転不能に拘束した状態で昇降自在に配置している。また、外層浮体１２１の貫通孔１２１Ａに、軸状の内層浮体１２２を、水平面内での回転を拘束し且つ水面Ｓに対し常に一定の高さ位置となるように高さを制限された状態で貫通させている。そして、外層浮体１２１の貫通孔１２１Ａの内周と内層浮体１２２の外周に、運動変換機構１２０Ｃとして、外層浮体１２１の内層浮体１２２に対する相対的な昇降運動を外層浮体１２１の回転運動に変換するネジ状の螺旋ガイド機構１３０Ａ（変形例の螺旋ガイド機構３０Ｂであってもよい）を設けている。
【００５３】
また、この実施形態では、外層浮体１２１を矢印Ｃで示すように昇降させる必要性があることから、外層浮体１２１に内部タンク１２１Ｂを設け、この内部タンク１２１Ｂに対してポンプＰにより給排水することで、浮力を調整して外層浮体１２１を昇降させるようにしている。つまり、ポンプＰは、昇降浮体である外層浮体１２１の内部タンク１２１Ｂへの注水量の増減による浮力の調整によって行う昇降駆動機構を構成している。
【００５４】
このように、本実施形態の水上太陽光発電装置によれば、外層浮体１２１と内層浮体１２２をナットとボルトのように組み合わせ、外層浮体１２１を昇降浮体として機能させているので、外層浮体１２１を矢印Ｃで示すように昇降させることにより、螺旋ガイド機構３０Ａの作用により、外層浮体１２１を矢印Ａで示すように水平面内で回転させることができ、水上浮体構造物１１に搭載したソーラーパネル１を一斉に太陽の方位に追従させることができる。その他の作用については、第１実施形態と同様である。
【００５５】
〈仰角調整機構の構造例〉
次に、図７を参照して、前記第１実施形態及び第２実施形態に適用される仰角調節機構の一構造例を説明する。
外層浮体２１が昇降する第２実施形態に適用する場合は、構造がより複雑になる可能性があるので、ここでは、外層浮体２１が昇降しない第１実施形態に適用する場合の仰角調整機構４０について説明する。
【００５６】
この仰角調整機構４０は、水上浮体構造物１１を太陽の方位に追従させるための回転運動を迎角の調整運動に変換する同期機構５０を含んでいる。仰角調整機構４０の仰角調整レバー４９は、同期機構５０の最終段である無段変速ギヤボックス４８の出力軸に連結されており、回転駆動されることで、仰角調整レバー４９の作用点４９ａに連結されたリンク４を介して、ソーラーパネル１を一斉に仰角調整することができるようになっている。
【００５７】
無段変速ギヤボックス４８の入力軸の先端には従動側のベベルギヤ４７が取り付けられており、このベベルギヤ４７は、ブラケット４２に回転自在に支持された駆動側の正転用ベベルギヤ４５または逆転用ベベルギヤ４６のいずれかに噛合して回転力を受けるように設けられている。正転用ベベルギヤ４５及び逆転用ベベルギヤ４６は、ブラケット４２に回転自在に支持されたギヤ軸５１上に配置されており、同じギヤ軸５１上に設けられた従動ギヤ４４と一体に回転するように設定されている。
【００５８】
また、正転用ベベルギヤ４５及び逆転用ベベルギヤ４６は、従動ギヤ４４と一体回転する条件の下で、矢印Ｅで示すように軸方向にシフトできるように取り付けられており、無段変速ギヤボックス４８の入力軸に取り付けられたベベルギヤ４７に噛合するギヤを、正転用ベベルギヤ４５にするか逆転用ベベルギヤ４６にするかを自動で選択できるようになっている。
【００５９】
このように正転用のベベルギヤ４５と逆転用のベベルギヤ４６を用意した理由は、太陽が東から昇って西に沈むまでに、太陽高度が徐々に増して行き昼を境に徐々に減って行くからである。つまり、ソーラーパネル１の仰角は、太陽方位が東から南に変化するとき、徐々に小さくなる方向に変化させていき（水平側に倒していき）、太陽方位が南から西に変化するとき、徐々に大きくなる方向に変化させていく（垂直側に立てていく）必要があるからである。従って、このような太陽高度に追従する仰角制御を行うために、昼を境に、無段変速ギヤボックス４８の入力軸に取り付けられたベベルギヤ４７に噛合するギヤを、正転用ベベルギヤ４５から逆転用ベベルギヤ４６に切り替える制御を行うようになっている。
【００６０】
同期機構５０の主体部であるブラケット４２や無段変速ギヤボックス４８は、昇降しない（水面Ｓに対し常に一定の高さ位置に保たれている））外層浮体２１に取り付けられている。また、同期機構５０には、従動ギヤ４４に噛合する入力ギヤ４３が回転自在に取り付けられている。この入力ギヤ４３は、内層浮体２２の外周に形成された螺旋状ラック４１に噛み合っており、内層浮体２２が昇降して、その昇降運動により外層浮体２１が回転するとき、内層浮体２２と外層浮体２１の相対回転に応じた回転をする。
【００６１】
従って、外層浮体２１が東から西に向けて方位回転するとき、その方位回転に同期した回転を、最終的に無段変速ギヤボックス４８の出力軸に取り付けられた仰角調整レバー４９に仰角回転として取り出すことができる。その際、太陽が南に到達した時点で、無段変速ギヤボックス４８の入力軸に取り付けられたベベルギヤ４７に噛合するギヤを、正転用ベベルギヤ４５から逆転用ベベルギヤ４６に切り替える。そうすることで、太陽高度の変化に合わせてソーラーパネル１の仰角を適正に調整することができる。
【００６２】
以上の説明のように、本実施形態の水上太陽光発電装置によれば、仰角調整のための駆動力を、水上浮体構造物１１を太陽の方位に追従させる回転運動を利用して取り出すので、専用の駆動源を用意する必要がなく、構造を簡略化することができる。
【００６３】
なお、風速の検出手段を装備しておき、検出手段が風速が制限以上になったことを検出した際に、図示しない仰角制御手段によって、ソーラーパネル１のパネル面が水平または水平に近くなるように仰角を調整するようにしておけば、風の影響を回避することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、前記第１実施形態では、内層浮体２２が、下端をベース体２７に連結された係留支持体２４により支持され、該係留支持体２４が許容する範囲だけ水平面に沿って移動可能とされているが、これに限られることなく、図８に示すように、内層浮体２２が水平面に沿って移動するのを規制する内層浮体移動規制機構５０を備える構成にしても良い。
図８に示す例では、昇降浮体移動規制機構５０は、係留支持体２４に設けた被係止部２４ｂに拘束リング５１を取り付け、この拘束リング５１をケーブルまたはチェーン５２を介して、水底Ｇのベース体２７周辺にそれぞれ固定した複数のアンカー５３側へ引っ張る構成になっている。
また、前記実施形態では、ソーラーパネル１を平面視４角形状となるように組み込んだ例について説明したがこれに限られることなく、ソーラーパネル１を平面視円形状となるように組み込んでも良い。
また、前記実施形態では、昇降浮体の昇降運動を水上浮体構造物の回転運動に変換するにあたり、ネジ状の螺旋ガイド機構３０を用いているが、これに限られることなく、昇降浮体の昇降に連動して、モータを駆動させて水上浮体構造物を回転させる構造にしても良い。
【符号の説明】
【００６５】
１  ソーラーパネル
４  リンク
１１  水上浮体構造物
１３  水上浮体
１４  開口部
２０，２０Ａ，２０Ｂ  旋回機構
２１  外層浮体
２１Ａ  内部タンク
２２  内層浮体（昇降浮体）
２２Ａ  内部タンク
２７  ベース体
３０  運動変換機構
３０Ａ，３０Ｂ  螺旋ガイド機構（運動変換機構）
４０  仰角調整機構
５０  内層浮体移動規制機構
１２１  外層浮体（昇降浮体）
１２１Ａ  貫通孔
１２１Ｂ  内部タンク
１２２  内層浮体
１２０Ｃ  運動変換機構
１３０Ａ  螺旋ガイド機構（運動変換機構）
Ｇ  水底
Ｓ  水面
Ｐ  ポンプ（昇降駆動機構）
【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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【図７】
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【図８】
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