(57)【要約】【課題】  太陽熱を効率よく集熱することができる太陽熱発電装置を提供する。【解決手段】  １以上のフレネルレンズを有し、太陽光を集光して熱エネルギーを得る集熱部と、前記熱エネルギーを運動エネルギーに変換するエネルギー変換部と、前記集熱部および前記エネルギー変換部を支持する架台部とを備え、前記架台部が、前記集熱部を第一の面上で回転させる第一機構部分、および前記集熱部を前記第一の面に垂直な第二の面上で回転させる第二機構部分を有する。【選択図】  図２
2014098505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のフレネルレンズを有し、太陽光を集光して熱エネルギーを得る集熱部と、
前記熱エネルギーを運動エネルギーに変換するエネルギー変換部と、
前記集熱部および前記エネルギー変換部を支持する架台部と
を備え、
前記架台部が、
前記集熱部を第一の面上で回転させる第一機構部分、および
前記集熱部を前記第一の面に垂直な第二の面上で回転させる第二機構部分
を有する太陽熱発電装置。
【請求項２】
前記第一機構部分および前記第二機構部分は、前記集熱部が太陽の動きに追従して動くよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱発電装置。
【請求項３】
前記集熱部は、前記フレネルレンズに接続された第一支柱、および、前記第一支柱ならびに前記第二機構部分に稼働可能に接続された第二支柱をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽熱発電装置。
【請求項４】
発電量のモニタリング結果を発信する信号発信部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽熱発電装置。
【請求項５】
前記集熱部は、第一フレネルレンズ、該第一フレネルレンズに隣接し、焦点が前記第一フレネルレンズと一致するよう各々配置された、第二フレネルレンズおよび第三フレネルレンズを有し、かつ、前記第二フレネルレンズおよび前記第三フレネルレンズの各々に対応してプリズムが設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽熱発電装置。
【請求項６】
前記第一機構部分および／または前記第二機構部分がサーボモータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽熱発電装置。
【請求項７】
前記エネルギー変換部がスターリングエンジンであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽熱発電装置。
【請求項８】
前記第一機構部分および前記第二機構部分は、前記太陽熱発電装置の配置情報に基づいて制御されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の太陽熱発電装置。
【請求項９】
ＧＰＳから送信される情報を取得して前記太陽熱発電装置の位置情報を得るＧＰＳ情報取得部をさらに備え、
前記配置情報が、前記位置情報を含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽熱発電装置。
【請求項１０】
太陽光に対する前記集光部の傾きを測定して前記太陽熱発電装置の設置情報を得る光センサ部をさらに備え、
前記配置情報が、前記設置情報を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の太陽熱発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱発電装置に関し、特に、フレネル型の集光部を有する太陽熱発電装置にするものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、枯渇の心配がなく、かつ環境を汚染しないクリーンなエネルギーとして、太陽エネルギーの利用・普及の拡大が国の施策の一つとして掲げられている。この太陽エネルギーを利用した発電方法として、太陽の光を利用して発電する太陽光発電と、太陽の熱を利用して発電する太陽熱発電がある。
【０００３】
太陽光発電は、太陽電池を用いて太陽光を直接電力に変換するのに対し、太陽熱発電は、太陽光から得た熱エネルギーを運動エネルギーに変換し、この運動エネルギーを電力に変換するものである。
【０００４】
この太陽熱発電は、一般的に太陽光発電と比較して高いエネルギー変換効率を有するため、次世代のエネルギーとしての開発が急速に進められている。
【０００５】
特許文献１には、太陽熱を用いた発電機を用いることで、地球温暖化防止や商用電力の需要を抑える分散型電源として有効な電源システムの技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、かかる技術によれば、集光用のレンズが架台上に固定され、レンズが常に同一の方向を向いた構成となっており、朝や夕方などに太陽の位置が変わった場合、レンズが太陽光を正面から受けることができなくなり、太陽熱の集熱量が少ないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２には、太陽光発電に関する装置であって、縦横に複数個ずつの集光レンズを外側に有する太陽光発電パネルを地軸方向に沿って傾動させ、かつ太陽の軌道に沿って旋回可能に構成してなる技術が開示されている。
【０００８】
しかしながら、かかる構成は、集光により太陽光から得られた熱エネルギーを運動エネルギーに変換するための特別な機構を必要としない太陽光発電装置であるからこそ可能なものであり、上記構成をそのまま太陽熱発電装置に適用するのは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１６３８０５号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０４４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上記問題を解決し、太陽熱を効率よく集熱することができる太陽熱発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の太陽熱発電装置は、１以上のフレネルレンズを有し、太陽光を集光して熱エネルギーを得る集熱部と、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するエネルギー変換部と、集熱部およびエネルギー変換部を支持する架台部とを備え、架台部が、集熱部を第一の面上で回転させる第一機構部分、および集熱部を第一の面に垂直な第二の面上で回転させる第二機構部分を有するものである。
【００１２】
本発明の太陽熱発電装置は、第一機構部分および第二機構部分が、太陽の動きに追従して集熱部が動くよう構成されるものであってもよい。
【００１３】
本発明の太陽熱発電装置は、集熱部が、フレネルレンズに接続された第一支柱、および、第一支柱ならびに第二機構部分に稼働可能に接続された第二支柱をさらに有するものであってもよい。
【００１４】
本発明の太陽熱発電装置は、発電量のモニタリング結果を発信する信号発信部をさらに備えるものであってもよい。
【００１５】
本発明の太陽熱発電装置は、集熱部が、第一フレネルレンズ、第一フレネルレンズに隣接し、焦点が第一フレネルレンズと一致するよう各々配置された、第二フレネルレンズおよび第三フレネルレンズを有し、かつ、第二フレネルレンズおよび第三フレネルレンズの各々に対応してプリズムが設けられるものであってもよい。
【００１６】
本発明の太陽熱発電装置は、第一機構部分および／または第二機構部分がサーボモータであってもよい。
【００１７】
本発明の太陽熱発電装置は、エネルギー変換部がスターリングエンジンであってもよい。
【００１８】
本発明の太陽熱発電装置は、第一機構部分および第二機構部分が、太陽熱発電装置の配置情報に基づいて制御されるものであってもよい。
【００１９】
本発明の太陽熱発電装置は、ＧＰＳから送信される情報を取得して太陽熱発電装置の位置情報を得るＧＰＳ情報取得部をさらに備え、配置情報が、位置情報を含むものであってもよい。
【００２０】
本発明の太陽熱発電装置は、太陽光に対する集光部の傾きを測定して太陽熱発電装置の設置情報を得る光センサ部をさらに備え、配置情報が、設置情報を含むものであってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の太陽熱発電装置によれば、１以上のフレネルレンズを有し、太陽光を集光して熱エネルギーを得る集熱部と、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するエネルギー変換部と、集熱部およびエネルギー変換部を支持する架台部とを備え、架台部が、集熱部を第一の面上で回転させる第一機構部分、および集熱部を第一の面に垂直な第二の面上で回転させる第二機構部分を有することにより、従来の太陽熱発電装置と比較して太陽熱をより効率よく集熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）本発明に従う太陽熱発電装置を模式的に示した正面断面図、（ｂ）本発明に従う太陽熱発電装置を模式的に示した平面図、（ｃ）本発明に従う太陽熱発電装置を模式的に示した側面断面図
【図２】本発明に従う集熱部が回転する様子を模式的に示した正面断面図
【図３】本発明に従う焦熱部の構成の一例を模式的に示した正面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の太陽熱発電装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に従う太陽熱発電装置１００を模式的に示したものである。本発明に従う太陽熱発電装置１００は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、１以上のフレネルレンズ１０１（図１では３枚のフレネルレンズ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ）を有し、太陽光を集光して熱エネルギーを得る集熱部１０２と、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するエネルギー変換部１０３と、集熱部１０２およびエネルギー変換部１０３を支持する架台部１０４とを備え、架台部１０４が、集熱部１０２を第一の面上で回転させる第一機構部分１０５、および集熱部１０２を第一の面に垂直な第二の面上で回転させる第二機構部分１０６を有する。
【００２４】
第一機構部分１０５は、集熱部１０２を、図１（ｂ）に示す矢印１０５’の方向に時計回りおよび反時計回りに３６０度回転させることができる。また、第二機構部分１０６は、集熱部１０２を、図１（ａ）に示す矢印１０６’の方向に時計回りおよび反時計回りに１８０度以下で回転させることができる。このような構成とすることにより、集熱部１０２が、太陽の動きに追従して動くことができるようになり、朝や夕方などに太陽の位置が変わった場合でも、多くの太陽熱を集熱することができる。なお、上記回転はコンピュータ等を用いて制御するのが好ましい。
【００２５】
また、図１（ａ）および図１（ｃ）に示されるように、集熱部１０２は、フレネルレンズ１０１に接続された第一支柱１０７、および、第一支柱１０７ならびに第二機構部分１０６に稼働可能に接続された第二支柱１０８をさらに有するのが好ましい。特に、図１（ｃ）に示されるように、第一支柱１０７を、エネルギー変換部１０３を囲むようコの字状に配置することにより、エネルギー変換部１０３とフレネルレンズ１０１との間に障害物がなくなり、フレネルレンズ１０１が集熱した熱エネルギーを効率よくエネルギー変換部１０３に導くことができる。図２は、集熱部１０２が回転した前後の状態を模式的に示した正面断面図であり、集熱部１０２が、第一支柱１０７および第二支柱１０８の接続部分を中心に回転している状態を示したものである。
【００２６】
第一機構部分１０５および／または第二機構部分１０６は、サーボモータにより構成するのが好ましい。サーボモータは、サーボアンプによりコントローラから駆動を制御することができる。また、高い効率で熱エネルギーを運動エネルギーへと変換するため、エネルギー変換部１０３はスターリングエンジンとするのが好ましい。
【００２７】
第一機構部分１０５および第二機構部分１０６は、太陽熱発電装置１００の配置情報に基づいて制御されるのが好ましい。配置情報としては、太陽熱発電装置１００の位置情報や設置情報が挙げられる。
【００２８】
位置情報とは、太陽熱発電装置１００が配置された場所の緯度や経度のことであり、ＧＰＳ情報取得部（図示せず）を備えることで、ＧＰＳ（Global Positioning System）から送信される情報を取得して位置情報を得る。取得した位置情報を天文学計算に使用することで、より精度の高い太陽追従制御を行うことができる。また、精度の高い時計としても使用することができる。
【００２９】
また、設置情報とは、太陽熱発電装置１００が配置された場所が傾斜地や非平坦地などであった場合の集光部１０２の傾きのことであり、光センサ部（図示せず）を備えることで、太陽光に対する集光部１０２の傾きを測定して太陽熱発電装置の設置情報を得る。光センサ部は、例えば光センサの入った円筒を複数個配置し、各光センサに当たった光量を比較することで集光部１０２の傾きを測定するものとすることができる。上記位置情報および設置情報を用いることにより、第一機構部分１０５および第二機構部分１０６は、集光部１０２の向きを補正することができる。
【００３０】
また、図１および図２に示されるように、集熱部１０２は、第一フレネルレンズ１０１ａ、第一フレネルレンズ１０１ａに隣接し、焦点が第一フレネルレンズ１０１ａと一致するよう各々配置された、第二フレネルレンズ１０１ｂおよび第三フレネルレンズ１０１ｃを有し、かつ、第二フレネルレンズ１０１ｂおよび第三フレネルレンズ１０１ｃの各々に対応してプリズム１０９ｂ、１０９ｃが設けられるのが好ましい。かかる構成とすることにより、第一フレネルレンズ１０１ａを配置しただけの場合よりも多くの太陽熱を集熱することができる。
【００３１】
図３は、第一フレネルレンズ１０１ａ、第二フレネルレンズ１０１ｂ、第三フレネルレンズ１０１ｃおよびプリズム１０９ｂ，１０９ｃの配置関係を一例として模式的に示した焦熱部１０２の正面図である。図３に示すように、第二フレネルレンズ１０１ｂは、第一フレネルレンズ１０１ａに対して１４０度の角度をもって配置され、偏光角度４０度のプリズム１０９ｂにより屈折して第二フレネルレンズ１０１ｂを通過した太陽光Ｌが、第一フレネルレンズ１０１ａを通過した太陽光Ｌと太陽光焦点Ｆで交わるよう配置される。また、第三フレネルレンズ１０１ｃについても第二フレネルレンズ１０１ｂと対照になるよう構成される。
【００３２】
図３に示す構成において、各フレネルレンズを４００ｍｍ×４００ｍｍの正方形とした場合、太陽光が十分に集光可能な時間における太陽光焦点の最大温度は約６００℃となり、０．３ｋＪの熱量を集熱することができ、装置全体として０．１ｋＷの発電を可能とする。なお、この場合の焦点距離は６００ｍｍである。
【００３３】
また、本発明の実施形態に従う太陽熱発電装置は、発電した電気を蓄電するための蓄電部をさらに備えるのが好ましい。この蓄電部は、無停電電源部（Uninterruptible Power Supply：ＵＰＳ）として機能することができ、ＵＰＳは、入力電源がなくなった場合も、一定時間、接続されている他の機器に対して、停電することなく電力を供給し続けることができるものである。
【００３４】
さらに、本発明の実施形態に従う太陽熱発電装置は、フレネルレンズに、太陽光の照度を測定するための照度センサを配置するのが好ましい。照度センサの出力値は、後述する太陽熱発電装置と他の発電装置との切り替え判断処理に用いられる。
【００３５】
本発明の実施形態に従う太陽熱発電装置は、発電量のモニタリング結果を発信する信号発信部をさらに備えるのが好ましい。この信号発信部は、発電量をモニタリングした結果を外部へ発信する。この発信された結果を受信するものとしては、例えば、本発明の太陽熱発電装置と他の発電装置（バイオマス発電装置、風力発電装置、水力発電装置、太陽光発電装置など）とを切り替えるための制御用コンピュータなどが挙げられ、太陽熱発電装置からの発電量が十分に得られない場合、他の発電装置を用いるなどの制御を行うことで、本発明の太陽熱発電装置を発電システムに組み込むことができる。
【００３６】
本発明の太陽熱発電装置と、他の発電装置（例えばバイオマス発電装置）とを切り替えるための切り替え判断処理は、制御コンピュータにより、一例として下記のとおり実行される。
第一に、ＵＰＳの残量不足エラーが発生していないかどうかを確認し、ＵＰＳの残量不足エラーが発生している場合、バイオマス発電装置への運転の切り替え処理を行う。ＵＰＳの残量不足エラーが発生していない場合、現在時刻が太陽熱を十分に集熱できる所定の時刻であるかどうかを確認し、現在時刻が所定の時間でない場合、バイオマス発電装置への運転の切り替え処理を行う。現在時刻が所定の時間である場合、フレネルレンズに配置された照度センサの出力が閾値以上であるかどうかを確認し、照度センサの出力が閾値未満である場合、バイオマス発電装置への運転の切り替え処理を行う。照度センサの出力が閾値以上である場合、太陽熱発電装置から出力されている電力が閾値以上であるかどうかを確認し、閾値未満である場合、バイオマス発電装置への運転の切り替え処理を行う。電力が閾値以上である場合、次回判断時まで所定の時間待ち処理を行う。
【００３７】
本発明の太陽熱発電装置によれば、架台部が、集熱部を第一の面上で回転させる第一機構部分、および集熱部を第一の面に垂直な第二の面上で回転させる第二機構部分を有することにより、従来の太陽熱発電装置と比較して太陽熱をより効率よく集熱することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１００    太陽熱発電装置
１０１    フレネルレンズ
１０１ａ  第一フレネルレンズ
１０１ｂ  第二フレネルレンズ
１０１ｃ  第三フレネルレンズ
１０２    集熱部
１０３    エネルギー変換部
１０４    架台部
１０５    第一機構部分
１０６    第二機構部分
１０７    第一支柱
１０８    第二支柱
１０９ｂ  プリズム
１０９ｃ  プリズム
Ｌ        太陽光
Ｆ        太陽光焦点
【図１】
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【図２】
2014098505.tif 000004
【図３】
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