(57)【要約】【課題】海鳥等の影響によって太陽電池の発電効率が低下しないブイを提供すること。【解決手段】河川、湖沼、または、海に設置されるブイ１０において、太陽光を電力に変換する太陽電池パネル１８と、太陽電池パネル１８から出力される電力によって充電される二次電池５３と、設置環境または動作状況に関する情報を検出するセンサ（センサ群５４）と、二次電池５３に充電された電力によって動作するとともに、センサ（センサ群５４）によって検出された情報を他の装置に送信する送信部（通信部５５）と、を有し、太陽電池パネル１８は、受光面が水面に向くように垂直面から所定の角度傾きを有するように配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川、湖沼、または、海に設置されるブイにおいて、
太陽光を電力に変換する太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルから出力される電力によって充電される二次電池と、
設置環境または動作状況に関する情報を検出するセンサと、
前記二次電池に充電された電力によって動作するとともに、前記センサによって検出された情報を他の装置に送信する送信部と、を有し、
前記太陽電池パネルは、受光面が水面に向くように垂直面から所定の角度傾きを有するように配置されていることを特徴とするブイ。
【請求項２】
前記太陽電池パネルは、前記垂直面から４５度未満の傾きを有するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のブイ。
【請求項３】
前記太陽電池パネルは、前記垂直面に対して１度以上、かつ、１０度以下の傾きを有するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のブイ。
【請求項４】
前記太陽電池パネルは、前記垂直面に対して略５度の傾きを有するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載のブイ。
【請求項５】
前記太陽電池パネルは、前記水面から伸出する柱状部材に対して、前記所定の角度を有するように取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のブイ。
【請求項６】
他のブイから送信された前記情報を受信する受信部を有し、
前記送信部は、前記受信部によって受信された前記情報を、その他のブイまたは基地局に対して送信することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のブイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
河川、湖沼、または、海に設置され、船舶が自身の位置を特定したり、港等への入港ルートの指標としたりするために使用したり、あるいは、潮流や水温等の海現象や気圧、気温、風向風速等の気象等観測し、その情報を送信する装置として、ブイがある。
【０００３】
このようなブイは、外部から電源供給ができないため、例えば、特許文献１に開示されるように、波力発電によって電力を得たり、あるいは、特許文献２に開示されるように、波力発電と合わせて太陽電池によって電力を得たりすることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−２２３５８３号公報
【特許文献２】特開平０６−１７１５７７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、太陽電池によって電力を得る場合、発電効率を考慮して、受光面を水平面と平行に設定するか、緯度に応じた角度（例えば、３０度）に設定することが一般的に行われる。
【０００６】
しかしながら、ブイは広い洋上に存在することから、海鳥が羽を休める場所として使用する場合がある。その際に、海鳥が太陽電池の受光面に糞を落としたり、餌となる魚を受光面に置いたりする場合がある。そのような場合には、受光面が汚れてしまうため、発電効率が低下するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、海鳥等の影響によって太陽電池の発電効率が低下しないブイを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、河川、湖沼、または、海に設置されるブイにおいて、太陽光を電力に変換する太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルから出力される電力によって充電される二次電池と、設置環境または動作状況に関する情報を検出するセンサと、前記二次電池に充電された電力によって動作するとともに、前記センサによって検出された情報を他の装置に送信する送信部と、を有し、前記太陽電池パネルは、受光面が水面に向くように垂直面から所定の角度傾きを有するように配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、海鳥等の影響によって太陽電池の発電効率が低下することを防止できる。
【０００９】
また、本発明は、前記太陽電池パネルは、前記垂直面から４５度未満の傾きを有するように配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、海鳥等の影響によって太陽電池の発電効率が低下することを防止できるとともに、受光面の汚れが雨水によって効率よく浄化されることを期待できる。
【００１０】
また、本発明は、前記太陽電池パネルは、前記垂直面に対して１度以上、かつ、１０度以下の傾きを有するように配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、海鳥等の影響によって太陽電池の発電効率が低下することを防止できるとともに、取り付け金具に印加されるモーメントを少なくして耐久性を向上させ、水面に投影される影による発電効率の低下を防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明は、前記太陽電池パネルは、前記垂直面に対して略５度の傾きを有するように配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、海鳥等の影響によって太陽電池の発電効率が低下することを防止できるとともに、取り付け金具に印加されるモーメントを少なくして耐久性を向上させ、水面に投影される影による発電効率の低下を防ぎ、さらに、太陽電池パネルの発電効率を高めることができる。
【００１２】
また、本発明は、前記太陽電池パネルは、前記水面から伸出する柱状部材に対して、前記所定の角度を有するように取り付けられていることを特徴とする。
このような構成によれば、太陽電池パネルの水面からの位置を調整することで発電効率が最適になるように調整できる。
【００１３】
また、本発明は、他のブイから送信された前記情報を受信する受信部を有し、
前記送信部は、前記受信部によって受信された前記情報を、その他のブイまたは基地局に対して送信することを特徴とする。
このような構成によれば、センサによって取得した情報を、他のブイまたは基地局との間で通信することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、海鳥等の影響によって太陽電池の発電効率が低下しないブイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るブイを用いたシステムの構成例を示す図である。
【図２】図１に示すブイの詳細な構成例を示す図である。
【図３】図２に示す太陽電池パネルの取り付け例を示す図である。
【図４】図２に示すブイが有する通信機能部の詳細な構成例を示す図である。
【図５】図２に示すブイの動作を説明するための図である。
【図６】図２に示す太陽電池パネルの発電量の１日の推移を示す図である。
【図７】太陽電池パネルの取り付け角度と海鳥の行動を示す図である。
【図８】図２に示す太陽電池パネルの取り付け角度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係るブイの構成例を示す図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係るブイ１０−１〜１０−３は、河川、湖沼、または、海に設置され、後述する昼標板やＬＥＤ（Light Emitting Diode）によって船舶に位置を知らせたり、あるいは、ＧＰＳ（Global Positioning System）によって自己の位置を特定したり、潮流や水温等の海に関する情報や、気圧、気温、風向風速等の気象に関する情報を観測し、これらの情報を他の装置に送信する。
【００１８】
より詳細には、ブイ１０−１は検出した情報を、ブイ１０−２に対して送信する。ブイ１０−２は、ブイ１０−１から受信した情報および自己が検出した情報をブイ１０−３に対して送信する。ブイ１０−３は、ブイ１０−１，１０−２から受信した情報および自己が検出した情報を陸上に配置された基地局３０に対して送信する。基地局３０は、ブイ１０−１〜１０−３から受信した情報を、例えば、図示しないネットワークを介して送信する。この結果、ネットワークに接続された図示しない端末を操作することで、ブイ１０−１〜１０−３によって検出された情報を参照することができる。
【００１９】
図２は、図１に示すブイ１０−１〜１０−３の詳細な構成例を示す図である。なお、ブイ１０−１〜１０−３は同様の構成とされているので、以下では、これらをブイ１０として説明する。
【００２０】
図２に示すように、ブイ１０は、沈錘１１、係留索１２、係留環１３、下部標柱１４、フロート１５、上部標柱１６、梯子１７、太陽電池パネル１８、昼標板１９、ＬＥＤ灯ろう２０、トップマーク２１、および、太陽電池パネル２２を有している。
【００２１】
ここで、沈錘１１は、海底１に配置され、ブイ１０が海流等によって移動しないように固定する。係留索１２は、沈錘１１と係留環１３とを繋ぎ、ブイ１０が移動しないように沈錘１１に固定する。係留環１３は、ブイ１０の下部標柱１４の底部に設けられた環状の部分であり、ここに係留索１２の一端を通して固定する。
【００２２】
下部標柱１４は、フロート１５の下部に配置され、水面下に位置している。フロート１５は、内部が空洞に形成されるか、または、水よりも比重が小さい部材によって構成され、浮力を発生することで、上部標柱１６よりも上の部分が水面から伸出するように構成される。
【００２３】
上部標柱１６は、フロート１５の上部に配置され、水面から伸出するように構成される。梯子１７は、定期的にメンテナンスをする場合に、作業員が昇降できるように構成される。
【００２４】
太陽電池パネル１８は、通信を行うための電力を生成するために設けられており、後述するように垂直面から所定の角度だけ水面に向けて傾きを有して配置される。なお、太陽電池パネル１８は、昼標板１９の直下に配置されているので、ブイ１０が何らかの障害物に衝突した場合でも、太陽電池パネル１８が損傷することを防止できる。
【００２５】
昼標板１９は、昼間において、航路に関する情報を視認可能に提示する。ＬＥＤ灯ろう２０は、夜間に点灯され、発光することによって航路に関する情報を提示する。トップマーク２１は、形状および色によって航路に関する情報を視認可能に提示する。
【００２６】
太陽電池パネル２２は、ＬＥＤ灯ろう２０を点灯させるための電力を発生する。
【００２７】
図３は、図２に示す太陽電池パネル１８の上部標柱１６への固定方法を示す図である。図３に示すように、太陽電池パネル１８は、受光面１８ａが外側（上部標柱１６と反対側）を向くように取り付け金具３３，３４に対してボルト・ナット３５，３６によって固定される。取り付け金具３３，３４は、ボルト・ナット３７，３８によってバンド金具３１，３２に固定される。バンド金具３１，３２は、上部標柱１６の周に沿って配置され、図示しない締結部によって上部標柱１６に固定される。
【００２８】
なお、太陽電池パネル１８の受光面１８ａは、垂直面から角度θ水面を向いた状態で固定されている。角度θの詳細については後述する。
【００２９】
図４は、太陽電池パネル１８から電力が供給される通信機能部５０の構成例を説明する図である。なお、図４では、太陽電池パネル２２によって電力が供給される電気的構成については記載を省略している。
【００３０】
図４に示すように、通信機能部５０は、制御部５１、充電制御部５２、二次電池５３、センサ群５４、通信部５５、および、アンテナ５６を有している。
【００３１】
ここで、制御部５１は、装置の各部を制御するとともに、センサ群５４から供給される情報を、通信部５５を介して他の装置に送信する制御を実行する。
【００３２】
充電制御部５２は、二次電池５３の充電状態を検出するとともに、充電状態に応じて太陽電池パネル１８から供給される電力によって二次電池５３を充電する制御を実行する。なお、充電制御部５２によって検出された二次電池５３の充電状態は制御部５１に供給され、必要に応じて通信部５５を介して他の装置（他のブイまたは基地局）に送信される。
【００３３】
二次電池５３は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等によって構成され、太陽電池パネル１８から供給される電力によって充電され、充電によって蓄積された電力を装置の各部に供給する。なお、図４において破線は電力線を示し、実線は信号線を示している。
【００３４】
センサ群５４は、例えば、ＧＰＳセンサ、風力センサ、風向センサ、潮流センサ、温度センサ、湿度センサ、および、気圧センサ等によって構成され、自己の位置および気象情報等の設置環境に関する情報を検出して制御部５１に供給する。
【００３５】
通信部５５は、アンテナ５６を介して、他のブイ１０または基地局３０との間で無線によって情報を送受信する。
【００３６】
（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。本発明の実施形態では、図３を参照して前述したように、太陽電池パネル１８は、受光面１８ａが垂直面から角度θ水面を向くように配置されている。この角度θとしては、例えば、略５度に設定される。
【００３７】
受光面１８ａが垂直面から角度θ水面を向くように配置することで、図５に示すように、太陽がＡの位置にある場合（例えば、日の出または日の入り場合）には、太陽光が受光面１８ａに直接入射する。また、太陽がＢ〜Ｃの位置にある場合、太陽光の一部が直接光として受光面１８ａに入射し、一部は水面２によって反射され、反射光として受光面１８ａに入射する。
【００３８】
図６は、受光面１８ａを、垂直面に対して５度傾けて配置した場合と、水平面と平行に配置した場合の発電量の１日の変化を模式的に示す図である。図６において、破線は受光面１８ａを水平面と平行に配置した場合の発電量の１日の変化を模式的に示している。また、実線は受光面１８ａを垂直面に対して５度傾けて配置した場合の発電量の１日の変化を模式的に示している。受光面１８ａを水平面と平行にした破線の場合では、太陽が南中した際のピーク電力は実線よりも大きくなっている。一方、受光面１８ａを垂直面から５度傾けた実線の場合では、南中した際の電力は破線に比較して小さいが、様々な方向から入射される反射光を受光することができることから、長時間に亘って電力を得ることができる。
【００３９】
ところで、二次電池５３を充電する場合、太陽電池パネル１８の発電する電力が、図６に示す充電可能電力以上とならないと充電することができない。一方、太陽電池パネル１８の発電する電力が、図６に示す充電上限電力以上となった場合には、充電することができないので、余剰な電力（図６に示す充電上限電力以上の電力）は無駄になってしまう。
【００４０】
図６に示すように、実線と破線を比較すると、破線ではピーク電力は大きいが、充電上限電力以上となってしまうことから、電力の無駄が生じる。一方、実線ではピーク電力は小さいが無駄になる電力もその分少ない。また、１日を通じて、充電可能電力以上となる時間は、破線ではτ１であり、実線ではτ２であり、τ２＞τ１となる。
【００４１】
以上に示したように、図３を参照して説明したように、太陽電池パネル１８を、垂直面から角度θだけ水面方向に傾けて配置することで、水平面に対して平行に配置した場合に比較して、二次電池５３を長時間に亘って充電することができる。
【００４２】
また、太陽電池パネル１８を、水平面と平行に配置した場合、図７（Ａ）に示すように、海鳥がこの上に止まって受光面１８ａに糞を落としたり、あるいは、捕獲した魚を受光面１８ａに置いてついばんだりする場合がある。そのような場合には、受光面１８ａが汚れてしまうため、発電効率が低下する。一方、図７（Ｂ）に示すように、受光面１８ａを垂直面から角度θだけ水面方向に傾けて配置すると、海鳥の糞が受光面１８ａに付着することを防止できるとともに、捕獲した魚を受光面１８ａに置いてついばむことを防止できる。これにより、発電効率の低下を防止できる。
【００４３】
なお、角度θについては、図８（Ａ）に示すように、θ＝９０度とすると、太陽電池パネル１８の影が水面に投射されることから反射光が減少し、発電効率が低下してしまう。また、θ＝９０度とすると、受光面１８ａが塩等によって汚れた場合に、雨によって洗い流されにくくなってしまう。さらに、θ＝９０度とすると、図３に示す上部標柱１６と直交するように取り付ける必要が生じることから、取り付け金具３３，３４に印加されるモーメントが大きくなるため取り付け金具３３，３４を強化する必要が生じる。
【００４４】
また、図８（Ｂ）に示すように、θ＝６０度とすると、水面に投射される影の面積は若干小さくなるが、雨による汚れの除去はθ＝９０度と比較してもそれほど期待できず、また、取り付け金具３３，３４に印加されるモーメントもθ＝９０度と比較してそれほど小さくはならない。
【００４５】
さらに、図８（Ｃ）に示すように、θ＝０度とすると、水面に投射される影の面積は最小になり、雨による汚れの除去も期待でき、また、取り付け金具に印加されるモーメントも最小になるが、水面からの反射光を有効に受光することができない。また、海鳥が受光面１８ａのぎりぎりで糞を落とした場合、受光面１８ａを汚してしまう場合がある。
【００４６】
以上から、角度θは、雨水による受光面１８ａの浄化を考慮すると４５度未満とすることが望ましく、取り付け金具３３，３４に印加されるモーメントおよび水面に投影される影による影響を考慮するとより好適には１度以上１０度以下とすることが望ましく、発電効率を考慮するとさらに好適には略５度とすることが望ましい。
【００４７】
つぎに、図４に示す通信機能部５０の動作について説明する。太陽電池パネル１８の受光面１８ａに対して太陽光が入射され、太陽電池パネル１８から電力が出力されると、充電制御部５２は二次電池５３の状態に応じて二次電池５３を充電する。より詳細には、充電制御部５２は、二次電池５３の充電率を検出する。なお、充電率の検出方法としては、例えば、二次電池５３の開回路電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を検出し、ＯＣＶとＳＯＣ（充電率）の関係式から、充電率を求めることができる。充電制御部５２は、二次電池５３の充電率が所定の閾値（例えば、９５％）未満であり、かつ、太陽電池パネル１８から供給される電力が図６に示す充電可能電力以上である場合には、太陽電池パネル１８から供給される電力によって二次電池５３を充電する。
【００４８】
制御部５１は、センサ群５４によって検出された情報（設置環境に関する環境情報）を、デジタル信号に変換して、内蔵している半導体メモリに格納する。センサ群５４によって検出される情報としては、ＧＰＳセンサによって検出される位置情報（緯度・経度情報）および時刻情報、風力センサおよび風向センサによって検出される風に関する情報、潮流センサによって検出される潮流に関する情報、温度センサ、湿度センサ、および、気圧センサによって検出される気象情報がある。なお、これら以外の環境情報を取得するようにしてもよい。また、環境情報以外にも、充電制御部５２から供給される二次電池５３の充電率や、ＬＥＤ灯ろう２０等の動作状況に関する情報（動作状況に関する動作情報）を取得するようにしてもよい。
【００４９】
制御部５１は、例えば、センサ群５４に含まれるＧＰＳセンサから供給される時刻情報と、内蔵している半導体メモリに格納されている自己の送信予定時刻とを比較し、送信予定時刻になった場合には、半導体メモリに格納しているセンサ群５４から供給された情報を通信部５５に供給し、他のブイまたは基地局に対して送信するように指示する。
【００５０】
通信部５５は、制御部５１から供給された情報に基づいて、所定の周波数の搬送波を変調し、アンテナ５６を介して隣接するブイまたは基地局に対して送信する。なお、隣接するブイ同士は、異なる時刻に送信するように設定されているので、ブイ同士の送信タイミングが衝突することは回避される。
【００５１】
このような信号を受信したブイは、アンテナ５６を介してこの信号を受信し、通信部５５で復調して元の情報を取得する。このようにして取得され情報は、制御部５１が内蔵する半導体メモリに格納される。そして、当該ブイに対して設定された送信予定時刻になると、半導体メモリに格納された情報は、通信部５５およびアンテナ５６を介して他のブイ（または基地局３０）に送信される。この結果、例えば、ブイ１０−１から送信された情報はブイ１０−２，１０−３を介して、基地局３０に伝送される。基地局３０では、このような情報を受信して、図示しないネットワークを介して送信する。この結果、ネットワークに接続された端末を操作することで、ブイ１０−１〜１０−３から送信された情報を得ることができる。
【００５２】
なお、通信部５５が送信する情報は情報量が少なく（例えば、数バイト〜数十バイト程度であり）、また、通信部５５は数分から数十分に１回程度の間隔で情報を送信することから、通信部５５の消費電力は少ない。また、制御部５１およびセンサ群５４についても低電力（例えば、数十ｍＷ〜数Ｗ程度）で動作する。このため、例えば、雨天や曇天が続いた場合であっても、二次電池５３が蓄積する電力が空になることはない。なお、望ましくは、太陽電池パネル１８からの電力の供給がない場合でも、例えば、１０日程度は動作可能なように二次電池５３の容量を決めることが望ましい。
【００５３】
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、太陽電池パネル１８の受光面１８ａを垂直面に対して所定の角度θだけ傾けて配置するようにしたので、海鳥の糞や、餌となる魚によって受光面１８ａが汚れることを防止できる。
【００５４】
また、図６に示すように、長時間に亘って二次電池５３を充電可能となることから、二次電池５３の電力が不足する事態を回避できる。
【００５５】
さらに、取り付け金具３３，３４に印加されるモーメントを低減できるので、設計を簡易化するとともに、寿命を延ばすことができる。
【００５６】
また、太陽電池パネル１８の受光面１８ａに何らかの汚れ（例えば、塩の結晶等）が付着した場合でも、雨水による浄化を促すことで、発電効率が低下することを防止できる。
【００５７】
（Ｍ）変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、図３に示すように、太陽電池パネル１８を上部標柱１６の一方の面に対して設置するようにしたが、もう一枚の太陽電池パネル１８を、上部標柱１６を挟んで対向する位置に設けるようにしてもよい。もちろん、３枚以上設けるようにしてもよい。このように、太陽電池パネル１８を分散して複数の方向に向けて配置することで、例えば、日の出や日の入り等の時間帯においても、電力を確保することができる。
【００５８】
また、図１に示す実施形態では、３台のブイ１０−１〜１０−３を示したが、１，２台または４台以上のブイを配置するようにしてもよい。
【００５９】
また、図２に示すブイ１０では、海底１に沈錘１１を配置する形態としたが、これ以外の形態（例えば、沈錘１１が存在しない場合）としてもよい。また、図２に示すブイ１０では、航路標識としても使用できる構成としたが、例えば、航路標識としての機能は有しない構成としてもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、太陽電池パネル１８は、図３に示すように、取り付け金具３３，３４およびバンド金具３１，３２を用いて上部標柱１６に設置するようにしたが、これ以外の部材を用いて固定するようにしてもよい。
【００６１】
また、図４に示す通信機能部５０の構成例は一例であって、これ以外の構成としてもよい。
【００６２】
また、前述した実施形態では、センサ群５４によって検出された情報は、１回の通信で送信するようにしたが、海面の変動によっては、ヌル点が生じて通信がうまく成立しない場合があるので、同じ情報を２回以上送信するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１  海底
１０，１０−１〜１０−３  ブイ
１１  沈錘
１２  係留策
１３  係留環
１４  下部標柱
１５  フロート
１６  上部標柱
１７  梯子
１８  太陽電池パネル
１９  昼標板
２０  ＬＥＤ灯ろう
２１  トップマーク
２２  太陽電池パネル
３０  基地局
３１，３２  バンド金具
３２，３３  取り付け金具
３４〜３８  ボルト・ナット
５０  通信機能部
【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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