(57)【要約】      （修正有）【課題】風速がカットイン風速に満たないとき風力タービンのブレードの回転を開始させるための方法および装置が提供される。【解決手段】ソーラーパワー式風力タービン装置は、ロータアセンブリに動作可能に接続された光起電力セル２０６を有するソーラードーム２０３と、電気モータ２１５とを含む。光起電力セルは、入射太陽光からの太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。光起電力セルに電気的に接続された電気モータは、光起電力セルからの電気エネルギーを使用してロータアセンブリ２０２のブレード２０４を回転させる。光起電力セルによって駆動される電気モータは、風速がカットイン風速に満たないときロータアセンブリのブレードの回転を開始させ、ブレードを回転させるために必要なカットイン風速を減らす。その後、ロータアセンブリのブレードは、ブレードに対する風の力および／または駆動された電気モータに応答して回転し続ける。【選択図】図２Ｂ
2018178740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風速が風力タービンのブレードの回転のためのカットイン風速に満たないとき該ブレードの回転を開始させるための方法であって、以下の工程を含む、方法：
風速をモニタするための少なくとも一つの風センサと、
複数のブレードを含み、該ブレードが電気モータのシャフトに動作可能に接続されている、ロータアセンブリであって、該ブレードに対する風の力に応答して回転する、ロータアセンブリと、
光起電力セルの第一の相互接続アセンブリをソーラードームの表面に収容かつ支持するように構成されたソーラードームであって、第一の光起電力セルが、入射太陽光から太陽エネルギーを受け取り、受け取った該太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、かつ該電気エネルギーを該電気モータに伝達するように構成されている、ソーラードームと
を含み、
該電気モータが該第一の光起電力セルに電気的に接続され、該電気モータが、風速がカットイン風速に満たないとき該第一の光起電力セルによって駆動されて該ロータアセンブリのブレードの回転を開始させる、
ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程；
該ソーラーパワー式風力タービン装置の光起電力セルによって入射太陽光から太陽エネルギーを受け取る工程；
該第一の光起電力セル上で入射太陽光から受け取った該太陽エネルギーを該第一の光起電力セルによって電気エネルギーに変換する工程；
該少なくとも一つの風センサによって風速を計測する工程；
計測された風速がカットイン風速に満たないことに応答して、該少なくとも一つの風センサによって開始される、該ソーラーパワー式風力タービン装置の該電気モータへの、該第一の光起電力セルによって生成された該電気エネルギーの伝達を行う工程；および
該第一および第二の光起電力セルによって伝達された該電気エネルギーを使用する該電気モータにより、該ロータアセンブリのブレードを回転させ、それにより、該ブレードの回転に必要なカットイン風速を減らすこと、およびゼロにすることのうちの一つを実施する工程。
【請求項２】
ソーラーパワー式風力装置を設ける工程が、ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程を含み、前記ブレードのうちの少なくとも一つが光起電力セルの第二の相互接続アセンブリを少なくとも一つまたは複数のブレードの表面に含み、前記第一第二の光起電力セルが、入射太陽光から太陽エネルギーを受け取り、受け取った該太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、かつ該電気エネルギーを電気モータに伝達するように構成されており、該電気モータが該第一および第二の光起電力セルに電気的に接続されており、該電気モータが該第一および第二の光起電力セルによって駆動される、請求項1記載の方法。
【請求項３】
ソーラーパワー式風力装置を設ける工程が、ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程を含み、計測された風速がカットイン風速未満ではないことに応答して、前記第一および第二の光起電力セルを再充電のためにバッテリに接続するのか、および、計測された風速がカットイン風速未満であることに応答して、前記第一および第二の光起電力セルを前記電気モータに接続するのか、のいずれかを選択するための、ソーラーパネルエネルギーモード制御装置をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項４】
ソーラーパワー式風力装置を設ける工程が、ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程を含み、ソーラーパネルエネルギーモード制御装置が、計測された風速がカットイン風速未満ではないことに応答して、前記第一および第二の光起電力セルを再充電のためにバッテリに接続するのか、計測された風速がカットイン風速未満であることに応答して、該第一および第二の光起電力セルを前記電気モータに接続するのか、および、前記第一および第二の光起電力セルが、前記ブレードがカットイン風速に到達するのに十分な電気エネルギーを伝達していないことに応答して、該バッテリを電気モータに接続するのか、のいずれかを選択する、請求項3記載の方法。
【請求項５】
ソーラーパワー式風力装置を設ける工程が、ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程を含み、ソーラーパネルエネルギーモード制御装置が、スイッチを開閉することによって選択を実施する、請求項3記載の方法。
【請求項６】
ソーラードームがロータアセンブリに固着されており、より高い発電効率のために、第一の光起電力セルがソーラードームの回転によって冷却される、請求項1記載の方法。
【請求項７】
風速が風力タービンのブレードの回転のためのカットイン風速に満たないとき該ブレードの回転を開始させるための方法であって、以下の工程を含む、方法：
風速をモニタするための少なくとも一つの風センサと、
複数のブレードを含み、該ブレードが電気モータのシャフトに動作可能に接続されている、ロータアセンブリであって、該ブレードに対する風の力に応答して回転する、ロータアセンブリと、
光起電力セルの第一の相互接続アセンブリを該ブレードの表面に収容かつ支持するように構成されたソーラードームであって、第一の光起電力セルが、入射太陽光から太陽エネルギーを受け取り、受け取った該太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、かつ該電気エネルギーを該電気モータに伝達するように構成されている、ソーラードームと
を含み、
該電気モータが該第一の光起電力セルに電気的に接続され、該電気モータが、風速がカットイン風速に満たないとき該第一の光起電力セルによって駆動されて該ロータアセンブリのブレードの回転を開始させる、
ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程；
該ソーラーパワー式風力タービン装置の光起電力セルによって入射太陽光から太陽エネルギーを受け取る工程；
該第一の光起電力セル上で入射太陽光から受け取った該太陽エネルギーを該第一の光起電力セルによって電気エネルギーに変換する工程；
該少なくとも一つの風センサによって風速を計測する工程；
計測された風速がカットイン風速に満たないことに応答して、該少なくとも一つの風センサによって開始される、該ソーラーパワー式風力タービン装置の該電気モータへの、該第一の光起電力セルによって生成された該電気エネルギーの伝達を行う工程；および
該第一および第二の光起電力セルによって伝達された該電気エネルギーを使用する該電気モータにより、該ロータアセンブリのブレードを回転させ、それにより、該ブレードの回転に必要なカットイン風速を減らすこと、およびゼロにすることのうちの一つを実施する工程。
【請求項８】
より高い発電効率のために、第一の光起電力セルが前記ブレードの回転によって冷却される、請求項7記載の方法。
【請求項９】
風速をモニタするための少なくとも一つの風センサと、
複数のブレードを含み、該ブレードが電気モータのシャフトに動作可能に接続され、該ブレードが光起電力セルの第一の相互接続アセンブリを該ブレードの表面に含む、ロータアセンブリであって、該ブレードに対する風の力に応答して回転する、ロータアセンブリと、
第一の光起電力セルの第二の相互接続アセンブリをソーラードームの表面に収容かつ支持するように構成されたソーラードームであって、該第一の光起電力セルが、入射太陽光から太陽エネルギーを受け取り、受け取った該太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーを該電気モータに伝達するように構成されている、ソーラードームと
該第一および第二の光起電力セルに電気的に接続され、風速がカットイン風速に満たないとき該第一および第二の光起電力セルによって駆動されて該ロータアセンブリのブレードの回転を開始させる、該電気モータと、
該少なくとも一つの風センサによって風速を計測し、計測された風速がカットイン風速に満たないことに応答して、該少なくとも一つの風センサによって開始される、ソーラーパワー式風力タービン装置の該電気モータへの、該第一および第二の光起電力セルによって生成された該電気エネルギーの伝達を行うための、太陽エネルギーモード制御装置と
を含み、
該電気モータが、該第一および第二の光起電力セルによって伝達された該電気エネルギーを使用して、該ロータアセンブリのブレードを回転させ、それにより、該ブレードの回転に必要なカットイン風速を減らすこと、およびゼロにすることのうちの一つを実施する、
風速がブレードの回転のためのカットイン風速に満たないとき回転を開始するブレードを有する風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は概して、ソーラーパワー式風車に関し、より具体的には、ソーラーパワー式風力ブレードを使用するカットイン風速の減少またはゼロ化に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
従来の風力タービンは、風のエネルギーを利用し、そのエネルギーを機械エネルギーの形に変換する。機械エネルギーはさらに、風力タービンが使用される適用先に基づき、電気エネルギーに変換され得る。ほぼすべての従来の風力タービンは、そのブレードを回転させるために最小限の風速を必要とする。この風速がカットイン風速と呼ばれる。公知であるように、風力タービンのパワー出力は風速の3乗に正比例する。したがって、たとえば約10％の風速の増加は約33％のパワー出力の増大を生じさせる。時として、風はカットイン風速を達成せず、その結果、風力タービンのブレードは回転せず、したがって発電は起こらない。しかし、風がカットイン風速を達成または超過すると、風力タービンは、風速に比例する速度で回転する。この、風速によるカットイン風速の達成に左右される状態は、風力タービンによって生成されるパワーを減らし、その結果、発電量の低下を生じさせる。風がカットイン風速に満たないとき風力タービンのブレードの回転を開始させ、それにより、風力タービンのブレードを回転させるために必要なカットイン風速を減らす、またはゼロにするためのパワーを提供する代替動力源の必要性がある。
【０００３】
したがって、風速がカットイン風速に満たないとき風力タービンのブレードを回転させるためのパワーを提供し、それにより、風力タービンのブレードを回転させるために必要なカットイン風速を減らす、またはゼロにする方法および装置の、長らく痛感され、しかし解消されていない必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００４】
開示の概要
この概要は、詳細な説明においてさらに開示される選ばれた概念を簡略化形態で導入するために提供される。この概要は、請求項に係る主題の主要または不可欠な発明的概念を特定することを意図したものでもないし、請求項に係る主題の範囲を限定することを意図したものでもない。
【０００５】
本明細書に開示される方法およびソーラーパワー式風力タービン装置は、風速がカットイン風速に満たないとき風力タービンのブレードを回転させるためのパワーを提供し、それにより、風力タービンのブレードを回転させるために必要なカットイン風速を減らす、またはゼロにする上記必要性に応える。本明細書に開示されるソーラーパワー式風力タービン装置は、ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置またはソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置として構成される。本明細書に開示されるソーラーパワー式風力タービン装置は、光起電力セルを有するソーラードームと、ブレードを有するロータアセンブリと、電気モータとを含む。ソーラードームは、光起電力セルの相互接続アセンブリをソーラードームの表面に収容かつ支持するケーシングである。ソーラードームは、ロータアセンブリに動作可能に接続されている。ソーラードームは、光起電力セルを収容して、光起電力セルが複数の太陽光方向から太陽エネルギーを受け取ることを可能にするように構成されている。ソーラードームは、ソーラーパワー式風力タービン装置上の複数の移動可能かつ設定可能な場所に配置されている。ソーラードームは外向きに突出し、太陽光に面するように回転可能であるように構成されている。
【０００６】
ソーラードームに収容された光起電力セルは、太陽光に曝露され、光起電力セルに入射する太陽光からの太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。ソーラーパワー式風力タービン装置の電気モータは、ソーラードームに収容された光起電力セルに電気的に接続されている。光起電力セルは、入射太陽光から生成された電気エネルギーを電気モータに伝達する。
【０００７】
電気モータは、光起電力セルから伝達された電気エネルギーを使用して、ブレードを有するロータアセンブリを回転させる。ソーラードーム上の光起電力セルによって駆動される電気モータは、風速がカットイン風速に満たないときロータアセンブリのブレードの回転を開始させ、したがって、ロータアセンブリのブレードを回転させるために必要なカットイン風速を減らす、またはゼロにする。ひとたびブレードが回転運動を始めると、ロータアセンブリのブレードは、風速および／または光起電力セルによって生成される電気エネルギーに比例して回転を続ける。ソーラードームの回転が、ソーラードームに収容された光起電力セルをより多くの空気流によって冷却し、光起電力セルの温度上昇を減らし、それにより、電気エネルギーを生成する光起電力セルの効率を高める。
【０００８】
より具体的には、本発明は以下を提供する：
［１］風速が風力タービンのブレードの回転のためのカットイン風速に満たないとき該ブレードの回転を開始させるための方法であって、以下の工程を含む、方法：
風速をモニタするための少なくとも一つの風センサと、
複数のブレードを含み、該ブレードが電気モータのシャフトに動作可能に接続されている、ロータアセンブリであって、該ブレードに対する風の力に応答して回転する、ロータアセンブリと、
光起電力セルの第一の相互接続アセンブリをソーラードームの表面に収容かつ支持するように構成されたソーラードームであって、第一の光起電力セルが、入射太陽光から太陽エネルギーを受け取り、受け取った該太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、かつ該電気エネルギーを該電気モータに伝達するように構成されている、ソーラードームと
を含み、
該電気モータが該第一の光起電力セルに電気的に接続され、該電気モータが、風速がカットイン風速に満たないとき該第一の光起電力セルによって駆動されて該ロータアセンブリのブレードの回転を開始させる、
ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程；
該ソーラーパワー式風力タービン装置の光起電力セルによって入射太陽光から太陽エネルギーを受け取る工程；
該第一の光起電力セル上で入射太陽光から受け取った該太陽エネルギーを該第一の光起電力セルによって電気エネルギーに変換する工程；
該少なくとも一つの風センサによって風速を計測する工程；
計測された風速がカットイン風速に満たないことに応答して、該少なくとも一つの風センサによって開始される、該ソーラーパワー式風力タービン装置の該電気モータへの、該第一の光起電力セルによって生成された該電気エネルギーの伝達を行う工程；および
該第一および第二の光起電力セルによって伝達された該電気エネルギーを使用する該電気モータにより、該ロータアセンブリのブレードを回転させ、それにより、該ブレードの回転に必要なカットイン風速を減らすこと、およびゼロにすることのうちの一つを実施する工程；
［２］ソーラーパワー式風力装置を設ける工程が、ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程を含み、前記ブレードのうちの少なくとも一つが光起電力セルの第二の相互接続アセンブリを少なくとも一つまたは複数のブレードの表面に含み、前記第一第二の光起電力セルが、入射太陽光から太陽エネルギーを受け取り、受け取った該太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、かつ該電気エネルギーを電気モータに伝達するように構成されており、該電気モータが該第一および第二の光起電力セルに電気的に接続されており、該電気モータが該第一および第二の光起電力セルによって駆動される、[1]に記載の方法;
［３］ソーラーパワー式風力装置を設ける工程が、ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程を含み、計測された風速がカットイン風速未満ではないことに応答して、前記第一および第二の光起電力セルを再充電のためにバッテリに接続するのか、および、計測された風速がカットイン風速未満であることに応答して、前記第一および第二の光起電力セルを前記電気モータに接続するのか、のいずれかを選択するための、ソーラーパネルエネルギーモード制御装置をさらに含む、[1]に記載の方法;
［４］ソーラーパワー式風力装置を設ける工程が、ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程を含み、ソーラーパネルエネルギーモード制御装置が、計測された風速がカットイン風速未満ではないことに応答して、前記第一および第二の光起電力セルを再充電のためにバッテリに接続するのか、計測された風速がカットイン風速未満であることに応答して、該第一および第二の光起電力セルを前記電気モータに接続するのか、および、前記第一および第二の光起電力セルが、前記ブレードがカットイン風速に到達するのに十分な電気エネルギーを伝達していないことに応答して、該バッテリを電気モータに接続するのか、のいずれかを選択する、[3]に記載の方法;
［５］ソーラーパワー式風力装置を設ける工程が、ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程を含み、ソーラーパネルエネルギーモード制御装置が、スイッチを開閉することによって選択を実施する、[3]に記載の方法；
［６］ソーラードームがロータアセンブリに固着されており、より高い発電効率のために、第一の光起電力セルがソーラードームの回転によって冷却される、[1]に記載の方法；
［７］風速が風力タービンのブレードの回転のためのカットイン風速に満たないとき該ブレードの回転を開始させるための方法であって、以下の工程を含む、方法：
風速をモニタするための少なくとも一つの風センサと、
複数のブレードを含み、該ブレードが電気モータのシャフトに動作可能に接続されている、ロータアセンブリであって、該ブレードに対する風の力に応答して回転する、ロータアセンブリと、
光起電力セルの第一の相互接続アセンブリを該ブレードの表面に収容かつ支持するように構成されたソーラードームであって、第一の光起電力セルが、入射太陽光から太陽エネルギーを受け取り、受け取った該太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、かつ該電気エネルギーを該電気モータに伝達するように構成されている、ソーラードームと
を含み、
該電気モータが該第一の光起電力セルに電気的に接続され、該電気モータが、風速がカットイン風速に満たないとき該第一の光起電力セルによって駆動されて該ロータアセンブリのブレードの回転を開始させる、
ソーラーパワー式風力タービン装置を設ける工程；
該ソーラーパワー式風力タービン装置の光起電力セルによって入射太陽光から太陽エネルギーを受け取る工程；
該第一の光起電力セル上で入射太陽光から受け取った該太陽エネルギーを該第一の光起電力セルによって電気エネルギーに変換する工程；
該少なくとも一つの風センサによって風速を計測する工程；
計測された風速がカットイン風速に満たないことに応答して、該少なくとも一つの風センサによって開始される、該ソーラーパワー式風力タービン装置の該電気モータへの、該第一の光起電力セルによって生成された該電気エネルギーの伝達を行う工程；および
該第一および第二の光起電力セルによって伝達された該電気エネルギーを使用する該電気モータにより、該ロータアセンブリのブレードを回転させ、それにより、該ブレードの回転に必要なカットイン風速を減らすこと、およびゼロにすることのうちの一つを実施する工程；
［８］より高い発電効率のために、第一の光起電力セルが前記ブレードの回転によって冷却される、[7]に記載の方法；ならびに
［９］
風速をモニタするための少なくとも一つの風センサと、
複数のブレードを含み、該ブレードが電気モータのシャフトに動作可能に接続され、該ブレードが光起電力セルの第一の相互接続アセンブリを該ブレードの表面に含む、ロータアセンブリであって、該ブレードに対する風の力に応答して回転する、ロータアセンブリと、
第一の光起電力セルの第二の相互接続アセンブリをソーラードームの表面に収容かつ支持するように構成されたソーラードームであって、該第一の光起電力セルが、入射太陽光から太陽エネルギーを受け取り、受け取った該太陽エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーを該電気モータに伝達するように構成されている、ソーラードームと
該第一および第二の光起電力セルに電気的に接続され、風速がカットイン風速に満たないとき該第一および第二の光起電力セルによって駆動されて該ロータアセンブリのブレードの回転を開始させる、該電気モータと、
該少なくとも一つの風センサによって風速を計測し、計測された風速がカットイン風速に満たないことに応答して、該少なくとも一つの風センサによって開始される、ソーラーパワー式風力タービン装置の該電気モータへの、該第一および第二の光起電力セルによって生成された該電気エネルギーの伝達を行うための、太陽エネルギーモード制御装置と
を含み、
該電気モータが、該第一および第二の光起電力セルによって伝達された該電気エネルギーを使用して、該ロータアセンブリのブレードを回転させ、それにより、該ブレードの回転に必要なカットイン風速を減らすこと、およびゼロにすることのうちの一つを実施する、
風速がブレードの回転のためのカットイン風速に満たないとき回転を開始するブレードを有する風力タービン。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
前記概要および以下の詳細な説明は、添付図面と併せて読まれると、より良く理解される。本発明を説明するために、発明の例示的構成が図面に示されている。しかし、本発明は、本明細書に開示される特定の方法および構造に限定されない。図中、参照番号によって参照される方法工程または構造の説明は、本明細書における任意の後続の図面においてその同じ参照番号によって示される方法工程または構造の説明にも引き継がれる。
【００１０】
【図１】ある態様の、風速がカットイン風速に満たないとき風力タービンのブレードの回転を開始させ、それにより、風力タービンのカットイン風速の要求を減らす、またはゼロにする方法を示す。
【図２Ａ】ある態様の、カットイン風速を減らす、またはゼロにするためのソーラーパワー式水平軸風力タービン装置の部分立面図を示す。
【図２Ｂ】ある態様の、電気モータおよびフレームを示す、ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置の部分断面図を示す。
【図３Ａ】カットイン風速を減らす、またはゼロにするためのソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置の正面図を示す。
【図３Ｂ】ある態様の、電気モータを示す、ソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置の部分破断正面断面図を示す。
【図４】ある態様の、風力エネルギーおよび太陽エネルギーによって駆動されるソーラーパワー式風力タービン装置のパワー出力のグラフ表示を示す。
【図５】ある態様の、自動適応性再生可能発電システムを示すブロック図である。
【図６】ある態様の、ソーラーパネルエネルギーモード制御装置を示すブロック図である。
【図７Ａ】ある態様の、自動適応性再生可能発電方法を示すフローチャートである。
【図７Ｂ】ある態様の、自動適応性再生可能発電方法を示すフローチャートである。
【図７Ｃ】ある態様の、自動適応性再生可能発電方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
発明の詳細な説明
図1は、風速がカットイン風速に満たないとき、図2A〜2Bおよび図3A〜3Bに例示される風力タービン200または300のブレード204の回転を開始させ、それにより、風力タービン200または300のカットイン風速の要求を減らす、またはゼロにする方法を示す。本明細書の中で使用される用語「カットイン風速」とは、風または別の供給源からのパワーに応答して風力タービン200または300のブレード204が回転し始める最小風速をいう。実例として、時速5マイルのカットイン風速を有する風力タービン200または300を考えてみる。風力タービン200または300を横切る風の速度がたとえば時速0マイル〜時速5マイル未満の任意の速度であるとき、風力タービン200または300のブレード204は回転しない。風力タービン200または300を横切る風速が時速5マイルに達すると、風力タービン200または300のブレード204は回転し始める。この例において、本明細書に開示される方法は、カットイン風速を時速5マイル未満に減らす。本明細書に開示される方法においては、図2A〜2Bおよび図3A〜3Bに例示されるような、ソーラードーム203と、複数のブレード204を有するロータアセンブリ202または301と、電気モータ215または306とを含むソーラーパワー式風力タービン装置200または300を提供する（101）。
【００１２】
ソーラーパワー式風力タービン装置は、たとえば、図2A〜2Bの詳細な説明に例示され、開示されるようなソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200として、または図3A〜3Bの詳細な説明に例示され、開示されるようなソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300として構成される。ソーラードーム203は、図2Aおよび図3Aに例示されるように、パッケージングされた光起電力セル206の相互接続アセンブリをソーラードーム203の表面に収容かつ支持するケーシングである。ソーラードーム203は、光起電力セル206が複数の太陽光方向から太陽エネルギーを受け取ること（102）を可能にする。ソーラードーム203は、図2A〜2Bおよび図3A〜3Bに例示されるように、ロータアセンブリ202または301に動作可能に接続されている。たとえば、ソーラードーム203はロータアセンブリ202または301に固着されている。ある態様において、ソーラードーム203は、光起電力セル206が複数の方向の入射太陽光から太陽エネルギーを受け取ることを可能にするために、図2A〜2Bに例示されるような水平軸（X-X）207を中心に、または図3A〜3Bに例示されるような垂直軸（Y-Y）302を中心に回転可能である。
【００１３】
ソーラードーム203に収容された光起電力セル206およびブレード204に埋め込まれた、または取り付けられた光起電力セルは、太陽光に曝露され、入射太陽光から光起電力セル206に受けられた太陽エネルギーを光起電効果によって電気エネルギーに変換する（103）。光起電力セル206は半導体材料でできている。光起電力セル206によって光子が吸収されると、半導体材料の原子からの電子がその位置から押し退けられる。これらの電子は、光起電力セル206の前面に向かって移動し、光起電力セル206の前面を流れる。この電子の流れが電気エネルギーを生成し、それが電気モータ215または306に伝達される。
【００１４】
ソーラーパワー式風力タービン装置200または300の電気モータ215または306は、ソーラードーム203に収容された光起電力セル206およびブレード204に埋め込まれた光起電力セルに電気的に接続されている。光起電力セル206は、入射太陽光から生成された電気エネルギーを電気モータ215または306に伝達する（104）。電気モータ215または306は、光起電力セル206から伝達された電気エネルギーを使用して、ロータアセンブリ202または301を、固着されたソーラードーム203とともに回転させ、ひいてはロータアセンブリ202または301に収容されたブレード204を回転させ（105）、それにより、ブレード204の回転に必要なカットイン風速を減らす、またはゼロにする。静止中のソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200またはソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300が風の作用を受けると、ロータアセンブリ202または301のブレード204は、風向にしたがって、はじめ右回り方向または左回り方向に回転する傾向を有する。ロータアセンブリ202または301のブレード204が風向にしたがってはじめ右回り方向に回転するのか左回り方向に回転するのかにかかわらず、電気モータ215または306は、ブレード204の回転を所望の方向、たとえば右回り方向または左回り方向に転換させる。ひとたびブレード204が回転すると、運動中の物体は運動状態にとどまる傾向を有するため、慣性がロータアセンブリ202または301のブレード204の回転運動を維持する。
【００１５】
風速がカットイン風速に満たないとき、ソーラードーム203上の光起電力セル206によって駆動される電気モータ215または306が、ロータアセンブリ202または301のブレード204の回転を開始させるための初期パワーを提供し、それにより、ロータアセンブリ202または301のブレード204を回転させるために必要なカットイン風速を減らす、またはゼロにする。ひとたびブレード204が回転し始めると、ロータアセンブリ202または301のブレード204は、ブレード204に対する風の力および光起電力セル206によって生成される電気エネルギーのために、風速に比例する速度で回転し続ける。さらに、固着されたソーラードーム203の回転はたとえば毎分約10回転（rpm）〜約1000rpmの速度であり、それが、ソーラードーム203に収容された光起電力セル206を冷却し、光起電力セル206の温度を下げ、それにより、光起電力セル206による発電効率を高める。
【００１６】
高温条件下、光起電力セル206の冷却は光起電力セル206のパワー出力を増大させる。ソーラーパワー式風力タービン装置200または300の全効率は、ロータアセンブリ202または301の回転および結果的な光起電力セル206の温度低下に依存する。ロータアセンブリ202または301の高速回転が、ソーラードーム203に収容された光起電力セル206を冷却する。ロータアセンブリ202または301の回転は、ソーラードーム203に収容された光起電力セル206の周囲で周囲空気を循環させ、光起電力セル206の温度を下げ、それが、光起電力セル206中の熱の蓄積を最小限にし、光起電力セル206の過熱を防ぎ、それにより、光起電力セル206がより効率的に作動し、より多くの電気エネルギーまたは電力を生成することを可能にする。光起電力セル206の温度低下のおかげで、入射太陽光の太陽エネルギーから光起電力セル206によって吸収される光子の数が増大し、それにより、半導体材料の原子から増大した数の電子を押し退ける。次いで、これらの電子は光起電力セル206の前面に向かって流れる。光起電力セル206の動作温度の低下が光起電力セル206の前面におけるより良好な電子の流れを促進し、それにより、光起電力セル206の電気エネルギー出力の量を増す。高いrpmでのロータアセンブリ202または301の連続回転が光起電力セル206の表面に高速の気流を発生させ、環境からの粉塵および他の物質が光起電力セル206の表面に付着し、蓄積することを防ぎ、それにより、光起電力セル206の効率を高める。ある態様においては、風力エネルギーと、電気モータ215または306からのソーラーパワー式回転エネルギーとがいっしょになって、ソーラーパワー式風力タービン装置200または300の出力パワーを増す。
【００１７】
図2Aは、カットイン風速を減らす、またはゼロにするためのソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200の部分立面図を例示する。本明細書に開示されるソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200は、図2Bに例示されるフレーム218と、ロータアセンブリ202と、光起電力セル206を有するソーラードーム203と、電気モータ215とを含む。ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200の電気モータ215は、図2Bに例示されるように、ボディ216およびシャフト217を有する。電気モータ215はたとえば直流（DC）モータである。電気モータ215は光起電力セル206に電気的に接続されている。電気モータ215のボディ216は、図2Bに例示されるように、ロータアセンブリ202のソーラードーム203の閉じた端部203aに固く接続されている。電気モータ215のシャフト217は電気モータ215のボディ216から延び、フレーム218の固定車軸201に固く接続されている。ある態様において、電気モータ215のシャフト217は固定される。電気モータ215のボディ216は電気モータ215のシャフト217を中心に回転可能である。電気モータ215は、ソーラードーム203および／またはロータアセンブリ202のブレード204に固着された光起電力セル206から電気エネルギーを受け取る。電気モータ215は、光起電力セル206によって生成された電気エネルギーを受け取ると、ロータアセンブリ202を、フレーム218の固定車軸201の水平軸（X-X）207を中心に回転させる。ロータアセンブリ202は、ブレード204に対する風の力および駆動された電気モータ215に応答して、水平軸（X-X）207を中心に回転するように構成されている。
【００１８】
ある態様において、ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200はさらに、図2Aに例示されるように、ロータアセンブリ202のブレード204を取り囲む第一の駆動機構205と、発電機208とを含む。発電機208は、第一の駆動機構205を介してロータアセンブリ202に噛合可能に接続されている。第一の駆動機構205はロータアセンブリ202のブレード204に固着されている。ロータアセンブリ202のブレード204は、図2Bに例示されるソーラードーム203の周縁203bに固く接続され、第一の駆動機構205によって取り囲まれている。ブレード204はソーラードーム203から放射状に延びている。ロータアセンブリ202のブレード204を取り囲む第一の駆動機構205は、発電機208に固く接続された第二の駆動機構209と噛合可能に連絡する。たとえば、ブレード204を取り囲むギアリング205aが、発電機208に固く接続されたギアリング209aと噛合可能に連絡している。ロータアセンブリ202に固く接続されたギアリング205aは、ロータアセンブリ202の回転によって生成された機械エネルギーを発電機208に伝達するために、発電機208に固く接続されたギアリング209aと噛合可能に連絡する。発電機208は、ロータアセンブリ202によって生成された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００１９】
ある態様において、ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200は、ロータアセンブリ202のソーラードーム203上の光起電力セル206および発電機208と電気的に連絡した一つまたは複数のエネルギー貯蔵装置212aおよび212bを含む。発電機208はエネルギー貯蔵装置212aおよび212bに電気的に接続されている。エネルギー貯蔵装置212aおよび212bは、光起電力セル206および発電機208によって生成された電気エネルギーを貯蔵する。貯蔵された電気エネルギーは、複数の目的、たとえばソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200のブレード204を回転させるためのパワーを電気モータ215に提供する目的に使用される。貯蔵された電気エネルギーは、ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200の付近に風がほとんどまたはまったくないとき、電気モータ215を駆動してロータアセンブリ202のブレード204を回転させることにより、電気モータ215をアクティブ化する。貯蔵された電気エネルギーはまた、風速がカットイン風速とカットアウト風速との間の風速レベルであるとき、電気215モータを駆動することにより、ロータアセンブリ202のブレード204の回転を支援する。本明細書の中で使用される「カットアウト風速」とは、風力タービンが発電を停止する最高風速をいう。貯蔵された電気エネルギーはまた、ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200の均一かつ連続的なパワー出力を可能にする。
【００２０】
ある態様において、本明細書に開示されるソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200はさらに、光起電力セル206、電気モータ215およびエネルギー貯蔵装置212aおよび212bと電気的に連絡したスイッチ213を含む。スイッチ213は、電気エネルギー、たとえば電流を遮断するため、または電気エネルギーを光起電力セル206からエネルギー貯蔵装置212aおよび212bに流す、もしくはエネルギー貯蔵装置212aおよび212bから電気モータ215に流すため、光起電力セル206、電気モータ215およびエネルギー貯蔵装置212aおよび212bによって形成される電気回路を断つために使用される。スイッチ213は、光起電力セル206によって生成された電気エネルギーを電気モータ215および／またはエネルギー貯蔵装置212aおよび212bに伝達するように構成されている。一つのエネルギー貯蔵装置、たとえば212aに貯蔵された電気エネルギーは、ロータアセンブリ202を回転させるために電気モータ215を駆動し、一方で、もう一つのエネルギー貯蔵装置、たとえば212bに貯蔵された電気エネルギーは一つまたは複数の外部エネルギーステーションに伝達される。一例において、エネルギー貯蔵装置212aは、たとえば夜間、貯蔵された電気エネルギーを電気モータ215に伝達する。エネルギー貯蔵装置212bは、他のエネルギーステーション、たとえば送電網、変電所などにパワーを提供する。ある態様において、スイッチ213は、光起電力セル206を電気モータ215から電気的に切断し、光起電力セル206によって生成された電気エネルギーをエネルギー貯蔵装置212aおよび212bに伝達する。この態様において、ロータアセンブリ202のブレード204の回転は、光起電力セル206が電気モータ215から電気的に切断された後でも、ロータアセンブリ202のブレード204に対する風の力によって持続される。
【００２１】
太陽光の存在下、スイッチ213は、光起電力セル206によって生成された電気エネルギーを電気モータ215に伝達し、また、エネルギー貯蔵装置212aおよび212bにも伝達し、それにより、エネルギー貯蔵装置212aおよび212bを充電するように構成され得る。太陽光の非存在下、スイッチ213は、充電されたエネルギー貯蔵装置212aおよび212b中に貯蔵された電気エネルギーを電気モータ215に伝達して、ロータアセンブリ202に回転モーメントを提供するように構成され得る。その後、充電されたエネルギー貯蔵装置212aおよび212bは、パラメータ、たとえば卓越風速度、ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200からのエネルギー出力、電気エネルギーが使用される様々な他の用途、たとえば照明、加熱などに依存して、所望により、電気モータ215と接続されたままであってもよいし、またはユーザによって電気モータ215から切り離されてもよい。
【００２２】
ある態様において、本明細書に開示されるソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200はさらに、光起電力セル206からエネルギー貯蔵装置212aおよび212bへの電気エネルギーの連続的伝達を可能にするための、光起電力セル206に接続され、光起電力セル206と電気的に連絡したスリップリング210を含む。スリップリング210は、ロータアセンブリ202に接続されたフレーム218の固定車軸201上に配置されている。スリップリング210は、電気エネルギーの貯蔵のために、光起電力セル206によって生成された電気エネルギーをエネルギー貯蔵装置212aおよび212bに伝達する。
【００２３】
ある態様において、本明細書に開示されるソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200はさらに、発電機208と一つのエネルギー貯蔵装置、たとえば212aとの間に電気的に接続された、電気エネルギーを一つの方向だけに、すなわち発電機208からエネルギー貯蔵装置212aへの方向に伝導するためのダイオード211を含む。ダイオード211は、電気エネルギーがエネルギー貯蔵装置212aから発電機208に戻されるのを防ぐ。
【００２４】
ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200の運転中、光起電力セル206を収容するロータアセンブリ202が回転すると、固定車軸201に取り付けられたスリップリング210が、光起電力セル206から電気モータ215および／またはエネルギー貯蔵装置212aおよび212bへの電気エネルギーの伝達を容易にする。ロータアセンブリ202が静止しているとき、エネルギー貯蔵装置212aおよび212bのうちの一つの中で利用可能である電気エネルギーは電気モータ215に伝達される。したがって、本明細書に開示されるソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200は、光起電力セル206を収容するロータアセンブリ202が連続的に回転するときには光起電力セル206からスリップリング210を介してエネルギー貯蔵装置212aおよび212bへのパワーの双方向伝達、ならびに、ロータアセンブリ202が静止しているときにはエネルギー貯蔵装置212aおよび212bから電気モータ215へのパワーの双方向伝達を容易にする。本明細書に開示されるソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200は、電気エネルギーがユーザの要件を満たす方向に流れるように調整する。たとえば、電気エネルギーは、スイッチ213、ダイオード211などにより、光起電力セル206から電気モータ215へ流れるか、またはエネルギー貯蔵装置212aおよび212bから電気モータ215へ流れるか、または光起電力セル206からエネルギー貯蔵装置212aおよび212bへ流れる。
【００２５】
ある態様においては、風力のデータをモニタするために、一つまたは複数の風センサ214がロータアセンブリ202の一つまたは複数のブレード204に動作可能に配置される。ロータアセンブリ202のブレード204のうちの一つに配置された風センサ214が図2Aに例示されている。風センサ214は風の速度および圧力を計測する。風センサ214は風の速度を測り、風速が遅い、および／または最小限であるときだけロータアセンブリ202のソーラードーム203が電気モータ215によって回されることを保証する。たとえば、風速が、ロータアセンブリ202のブレード204の回転運動を発生させるためのカットイン風速に実質的に満たないならば、風センサ214は風速の低下を検出し、光起電力セル206によって駆動される電気モータ215を始動させて、風速が、ロータアセンブリ202のブレード204の連続回転を持続させることができる大きさにまで増すまで、ブレード204を回転させる。いくつかの態様は、風センサ214の動作を支援するコンピュータハードウェアおよび／またはソフトウェアを含む。コンピュータハードウェアは、たとえば、ソフトウェアを実行するためのプロセッサ、メモリ、バス、入出力制御装置およびネットワーキングハードウェアを含むことができる。コンピュータハードウェアおよび／またはソフトウェアは、局所的であることができるし、または遠隔操作を含むように分散型であることができる。
【００２６】
図2Bは、電気モータ215およびフレーム218を示す、ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200の部分断面図を例示する。フレーム218はロータアセンブリ202を支持する。ある態様において、フレーム218は垂直タワー部219および固定車軸201を含む。第一端201aおよび第二端201bを有する固定車軸201は垂直タワー部219に垂直に接続されている。固定車軸201の第二端201bは垂直タワー部219に固く接続されている。ソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200のロータアセンブリ202は、フレーム218に回転可能に接続され、風の力および電気モータ215に応答して回転する。
【００２７】
ロータアセンブリ202は、たとえば一つまたは複数のベアリング220を介してフレーム218の固定車軸201の第一端201aに回転可能に接続されている。ソーラードーム203はフレーム218の固定車軸201の第一端201aに固く接続されている。ある態様においては、風速を計測するために、風速計221がフレーム218に動作可能に接続されている。もう一つの態様においては、ロータアセンブリ202の回転速度を計測するために、回転計222がフレーム218に動作可能に接続されている。ある態様において、本明細書に開示されるソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200はさらに、光起電力セル206を水および気象条件から保護するために、ロータアセンブリ202のソーラードーム203上の光起電力セル206を封入する耐候性シール223を含む。
【００２８】
光起電力セル206は、隣接する光起電力セル206を耐候性シール223の背後に配置することにより、ソーラードーム203に取り付けられている。ある態様において、耐候性シール223はさらに、光起電力セル206がソーラードーム203から外れることを防ぐために、隣接する光起電力セル206をソーラードーム203上の定位置に固着するように構成されている。図2Bに例示されるように、電気モータ215はソーラードーム203内に軸方向に配置される。電気モータ215のシャフト217は電気モータ215のボディ216からフレーム218の固定車軸201を通って延びる。ある態様において、シャフト217は、ロータアセンブリ202のブレード204に対し、ブレード204のハブ部分204aで動作可能に接続される。光起電力セル206はワイヤ225を介して電気モータ215と電気的に連絡している。入射太陽光への曝露によって光起電力セル206中で生成された電気エネルギーはワイヤ225を介して電気モータ215に伝達される。伝達された電気エネルギーが電気モータ215を作動させ、それにより、電気モータ215のボディ216を固定シャフト217を中心に駆動する。したがって、電気モータ215のシャフト217を中心とするボディ216の回転により、ロータアセンブリ202のブレード204が回転し、ロータアセンブリ202のブレード204を回転させるために必要なカットイン風速を減らす、またはゼロにする。
【００２９】
任意の態様において、本明細書に開示されるソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200はさらに、電気モータ215に動作可能に接続された、互いに噛み合う一つまたは複数のフライホイール224を含む。フライホイール224の一つは、ロータアセンブリ202のブレード204のための連続的な回転運動量を提供するために、電気モータ215のシャフト217に取り外し可能かつ動作可能に接続されるように構成されている。
【００３０】
図3Aは、カットイン風速を減らす、またはゼロにするためのソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300の正面図を例示する。本明細書に開示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300は、ロータアセンブリ301と、垂直車軸304と、光起電力セル206を有するソーラードーム203と、第一の駆動機構303とを含む。ロータアセンブリ301は、ブレード204に当てられる風の力に応答して、ロータアセンブリ301の垂直軸（Y-Y）302に沿って、たとえば右回り方向または左回り方向に回転するように構成されている。ロータアセンブリ301の回転が機械エネルギーを生成する。図3Aに例示される態様において、ロータアセンブリ301は概して円柱形である。または、ロータアセンブリ301はたとえば円錐形または膨らみのある円柱形である。図3Aに例示されるように、ロータアセンブリ301は、閉じた上端301aと、開いた下端301bと、閉じた上端301aと開いた下端301bとの間に画定された側壁301cとを含む。ロータアセンブリ301の側壁301cは、たとえば、図3Aに例示されるような円柱形のロータアセンブリ301のための円柱形の壁である。本明細書に開示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300の垂直車軸304は、ロータアセンブリ301内に、ロータアセンブリ301の垂直軸（Y-Y）302に沿って同軸に配置されている。
【００３１】
ある態様において、ロータアセンブリ301は、ロータアセンブリ301の側壁301c上に構成されたブレード204を含む。ロータアセンブリ301は、ブレード204に対する風の力および図3Bに例示される駆動された電気モータ306に応答して、垂直軸（Y-Y）302を中心に回転する。図3Aに例示されるような態様において、ブレード204は、ロータアセンブリ301の側壁301cに沿って画定されている。各ブレード204は、所定の形状、たとえばティアドロップ形、スペード形、カーブした形などであり、側壁301c上、垂直車軸304を中心に互いに隣接して配設されている。ロータアセンブリ301の側壁301cに設けられた各ブレード204は、ロータアセンブリ301の回転速度を増すために風の力に対するロータアセンブリ301の曝露の表面積を増すために、たとえば、まっすぐな外形、カーブした外形または曲線の外形を有する。図3Aに例示されるような態様において、光起電力セル206を収容するソーラードーム203は、ロータアセンブリ301の閉じた上端301aに配置されている。
【００３２】
本明細書に開示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300の光起電力セル206を有するソーラードーム203はロータアセンブリ301の閉じた上端301aに固着されている。図3Aに例示されるような態様において、固着された光起電力セル206を収容するソーラードーム203は、ロータアセンブリ301の閉じた上端301aの周縁301dを越えて伸展する。この態様において、ロータアセンブリ301の第一の駆動機構303の直径はソーラードーム203の直径を越えて伸展する。もう一つの態様において、ソーラードーム203は、ロータアセンブリ301の閉じた上端301aに配置され、ロータアセンブリ301の閉じた上端301aの周縁301d内に収まる。光起電力セル206は、入射太陽光から太陽エネルギーを受け取り、受け取った該太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００３３】
本明細書に開示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300の第一の駆動機構303は、ロータアセンブリ301の開いた下端301bでロータアセンブリ301の側壁301cの周囲に固く接続されている。図3Aに例示されるような態様において、ロータアセンブリ301の第一の駆動機構303は、ロータアセンブリ301の側壁301cの周囲に固く接続されたギアリング303aである。
【００３４】
ある態様において、本明細書に開示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300はさらに発電機208を含む。発電機208は、第一の駆動機構303を介してロータアセンブリ301に回転可能に接続されている。第二の駆動機構305を含む発電機208は、ロータアセンブリ301上の第一の駆動機構303と噛合可能に連絡している。ロータアセンブリ301上の第一の駆動機構303は、ロータアセンブリ301の回転によって生成された機械エネルギーを発電機208に伝達するために、発電機208の第二の駆動機構305と噛合可能に連絡する。たとえば、ロータアセンブリ301の回転によって生成された機械エネルギーを発電機208に伝達するために、ロータアセンブリ301のギアリング303aが発電機208のギアリング305aと噛合可能に連絡する。発電機208は、ロータアセンブリ301の回転によって生成された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。これにより、本明細書に開示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300は、ブレード204に当てられる風の力ならびに光起電力セル206および発電機208からの電気エネルギーに応答して、エネルギーを生成する。
【００３５】
図3Aに例示されるような態様において、発電機208は、ロータアセンブリ301の下方に直立状態で配置されている。もう一つの態様において、発電機208は、ロータアセンブリ301の脇に倒立状態で配置される。この態様において、発電機208の第二の駆動機構305は、発電機208とロータアセンブリ301との間に十分な隙間をとって、ロータアセンブリ301の第一の駆動機構303に噛合可能に接続するように構成される。たとえば、発電機208の第二の駆動機構305の直径は発電機208の直径よりも大きく延ばされる。
【００３６】
図3Bは、電気モータ306を示す、ソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300の態様の部分破断正面断面図を例示する。電気モータ306が、ソーラードーム203に固着された光起電力セル206に接続され、それと電気的に連絡している。ソーラードーム203はロータアセンブリ301の閉じた上端301aに配置されている。電気モータ306は光起電力セル206の下方に同軸に配置されている。この態様において、本明細書に開示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300はさらに、ロータアセンブリ301の円錐台312の内面301eに沿って画定されたらせん溝309を含む。ロータアセンブリ301は、らせん溝309に対する熱上昇気流の力に応答して、垂直軸（Y-Y）302を中心に回転する。熱上昇気流は、大気からの冷気に対する熱気の対流の結果として生じる。ロータアセンブリ301の開いた下端301bの下からの熱気にロータアセンブリ301内の冷気が置き代わる。この熱気による冷気の置換が、熱上昇気流として見える対流を生じさせる。熱上昇気流は、ロータアセンブリ301の開いた下端301bを通ってロータアセンブリ301に入り、らせん溝309に当たってロータアセンブリ301を回転させる。
【００３７】
ロータアセンブリ301の開いた下端301bからロータアセンブリ301に入る空気はカーブした矢印313によって例示されている。ロータアセンブリ301内でらせん溝309に当たる熱上昇気流はカーブした矢印314によって例示されている。らせん溝309に当たる気流が他方でロータアセンブリ301を回転させる。
【００３８】
光起電力セル206は、太陽光からの太陽エネルギーを捕獲し、捕獲された太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。光起電力セル206は、電気エネルギーを電気モータ306に伝達して電気モータ306を駆動する。電気モータ306は、電気エネルギーを受け取ると回転し、ロータアセンブリ301を回転させる。この態様において、ソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300の垂直車軸304は、電気モータ306のシャフト307に固く接続され、ロータアセンブリ301内に、ロータアセンブリ301の垂直軸（Y-Y）302に沿って同軸に配置されている。ロータアセンブリ301は、垂直車軸304に対するロータアセンブリ301の回転を可能にするために、たとえばベアリング308a、スリーブ308bなどによって垂直車軸304に回転可能に接続されている。ソーラードーム203上の光起電力セル206によって駆動される電気モータ306は、風速がカットイン風速に満たないとき、ロータアセンブリ301のブレード204の回転を開始させるための初期パワーを提供し、それにより、ロータアセンブリ301のブレード204を回転させるために必要なカットイン風速を減らす、またはゼロにする。
【００３９】
ある態様において、本明細書に開示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300はさらに、光起電力セル206および発電機208に電気的に接続されたエネルギー貯蔵装置212aを含む。エネルギー貯蔵装置212aは、光起電力セル206および発電機208から出力された電気エネルギーを貯蔵する。エネルギー貯蔵装置212aに貯蔵された電気エネルギーは、ソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300の付近に風がほとんどまたはまったくないとき、ロータアセンブリ301のブレード204に弾みをつけて回転させるために使用することができる。
【００４０】
ある態様において、本明細書に開示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300はさらに、電気モータ306のシャフト307上に配置されたスリップリング310を含む。スリップリング310は、電気モータ306がスイッチ311を介して光起電力セル206から電気的に切断されたとき、光起電力セル206が電気エネルギーをエネルギー貯蔵装置212aに伝達することを可能にする。スリップリング310は、電気エネルギーがスリップリング310を介して光起電力セル206からエネルギー貯蔵装置212aに連続的に伝達されるとき、光起電力セル206がロータアセンブリ301の連続回転を実行することを可能にする。ロータアセンブリ301は、スイッチ311による電気モータ306および光起電力セル206の電気的切断の後でも回転し続ける。その間、光起電力セル206の電気エネルギーはまた、エネルギー貯蔵装置212aに同時並行的に伝達される。
【００４１】
ソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300を利用する例を考えてみる。ロータアセンブリ301の閉じた上端301aに配置された光起電力セル206が太陽光から太陽エネルギーを受け取り、それを電気エネルギーに変換する。光起電力セル206の電気エネルギーは電気モータ306に伝達され、電気モータ306を、ロータアセンブリ301内で垂直車軸304に固く接続されたそのシャフト307を中心に回転させる。電気モータ306はさらに、ロータアセンブリ301を回転させる。ソーラードーム203上の光起電力セル206によって駆動される電気モータ306は、ロータアセンブリ301のブレード204を回転させるための初期始動速度を提供し、したがって、ロータアセンブリ301のブレード204を回転させるために必要なカットイン風速を減らす、またはゼロにする。さらに、風がロータアセンブリ301のブレード204に衝突する。ブレード204に対する風の力がロータアセンブリ301を回転させ続ける。熱上昇気流が、ロータアセンブリ301の内面301eに沿って画定されたらせん溝309に衝突し、それに沿って移動する上昇気流によって生じるロータアセンブリ301の回転効果を生じさせる。この回転効果はまた、ロータアセンブリ301を、ロータアセンブリ301が回転可能に接続されている垂直車軸304を中心に回転させる。ロータアセンブリ301の回転は、ロータアセンブリ301の第一の駆動機構303に回転可能に接続されている発電機208をその駆動機構305を介して回転させる。発電機208はロータアセンブリ301の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。これにより、本明細書に開示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300はエネルギーを生成する。
【００４２】
図2A〜2Bに例示されるソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200および図3A〜3Bに例示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300はそれぞれ、ソーラードーム203を取り付ける異なる方法を必要とする。ソーラードーム203上の光起電力セル206によって駆動される電気モータ215または306は、ソーラーパワー式風力タービン装置200または300のための初期始動力を提供する。この場合、電気モータ215または306のシャフト217または307は固定されている。ひとたびロータアセンブリ202または301が回転し始めると、風速はロータアセンブリ202または301を連続的に回転させる。また、ソーラードーム203中の光起電力セル206によって提供されるさらなるエネルギーは、ソーラードーム203上の光起電力セル206と電気的に連絡しているエネルギー貯蔵装置、たとえば212a中に貯蔵されることもできるし、および／または他の目的に使用されることもできる。
【００４３】
図4は、図2A〜2Bおよび図3A〜3Bに例示される、風力エネルギーおよび太陽エネルギーによって駆動されるソーラーパワー式風力タービン装置200または300のパワー出力のグラフ表示を例示する。図2A〜2Bに例示されるソーラーパワー式水平軸風力タービン装置200または図3A〜3Bに例示されるソーラーパワー式垂直軸風力タービン装置300はハイブリッド式ソーラー・風力タービンである。任意の所与の時点で、日中の太陽の位置により、入射太陽光から出力される実太陽エネルギーは太陽の放射に基づいて変化する。太陽から受け取った使用されない太陽エネルギーは、図2Aおよび3Bに例示される一つまたは複数のエネルギー貯蔵装置、たとえば212a、212bなどに伝達され、電気エネルギーの形で貯蔵される。貯蔵された電気エネルギーはリサイクルされ、風速がカットイン風速未満に低下したとき、または風速がカットイン風速とカットアウト風速との間にあるとき、ソーラーパワー式風力タービン装置200または300によって使用されることができる。
【００４４】
図4に例示されるように、約4メートル／秒（m/s）の風速まで、太陽エネルギーが、ソーラーパワー式風力タービン装置200または300による発電のための主な駆動力として働く。ひとたび風速が約12m/sに達すると、図4に例示されるように、風力エネルギーが寄与する全パワー出力は一般に、風にかかわりなく、フラットなままである。発電における太陽エネルギーの徐々に減少する寄与の差分はエネルギー貯蔵装置、たとえば212a、212bなどに伝達されることができる。
【００４５】
図5は、ある態様の自動適応性再生可能発電システム500を示すブロック図である。システム500は、同じく太陽および風のエネルギーの回収に適応性であるハイブリッドシステムである。風力タービン510が、安定のため、スタンド520に取り付けられている。頂部の二つのユニバーサルジョイント530が、不完全に整列された風力タービンを許容する。その上には、モータ550が風力タービン510を回転させることを許すスプラグクラッチ540があるが、強風コンディションの場合、風力タービン510はモータ入力よりも高速で回転することができる。モータ550はこの一方向ベアリングに取り付けられ、ソーラードーム560がモータ550の上に載る。
【００４６】
これは、ソーラーパネルとモータ550との直接接続を示す。太陽が出ているとき、モータ550は回転し、風力タービン510を回転させ、太陽が隠れているとき、モータ550は回転しない。もう一つの態様は、太陽からのパワーを、風力タービン510がそれを必要としないとき、のちの使用に備えて貯蔵するための、バッテリを有する貯蔵装置を有する。
【００４７】
高い温度はソーラーパネルの効率を低下させるが、システム500においては、ソーラーパネルはタービンとともに回転して冷却効果を生じさせ、ソーラーパネルをピーク効率に維持する。
【００４８】
図6は、ある態様のソーラーパネルエネルギーモード制御装置610を示すブロック図である。ソーラーパネル、貯蔵されたバッテリパワーおよび風力からのエネルギーの組み合わせを供給するために、ソーラーパネルエネルギーモード制御装置610は、風力エネルギー制御装置620と共同して作動する。
【００４９】
より具体的には、スイッチ（S1）601が閉じて、ソーラーセル626からモータ622までの回路を提供して、ブレードの運動を支援するためのソーラーパワーを提供する。または、スイッチ（S2）602が閉じて、ソーラーセル626からバッテリ624までの回路を提供して再充電に備える。最後に、スイッチ（S3）603が閉じて、バッテリ624からモータ622までの回路を提供して、貯蔵されたバッテリパワーを提供する。風力エネルギー制御装置620は、いくつかの態様において、独立して作動して、風力をモータ622および／または再充電のためにバッテリ624に提供する。
【００５０】
ソーラーパネルエネルギーモード制御装置610は、その動作を支援するための、プロセッサまたは他のハードウェアもしくはソフトウェアコンピュータ部品を含むことができる。コンピュータ部品は、プロセッサ、メモリ、バス、入出力制御装置およびネットワーキング能力を含むことができる。
【００５１】
図7A〜Cは、ある態様の自動適応性再生可能発電方法700を示すフローチャートである。
【００５２】
工程710で、風速がカットイン風速に満たないならば（710）、工程720で、制御装置が、ソーラーパワー、風力およびバッテリの選択された組み合わせからパワーを引き出して、ブレードのモータを支援する。他方、工程710で、風速がカットイン風速未満ではないならば（710）、工程730で、制御装置は、風力および太陽の組み合わせからの余剰パワーをバッテリに貯蔵する。工程740でプロセスを続けるならば、プロセスが終了するまで風速の変化に基づいて調節することができる。
【００５３】
工程720のサブステップに戻ると、工程722で、ソーラーセルおよび風力から十分なパワー出力があるならば、工程724で、ソーラーセルからパワーを引き出してモータを支援する。または、ソーラーパワーおよび風力に加えて、バッテリからもパワーを引き出す。
【００５４】
工程730のサブステップにおいて、工程732で、風力およびソーラーパネルから余剰パワー出力があるならば、工程734で、余剰パワーをバッテリに貯蔵することができる。余剰パワーがあるかどうかにかかわらず、工程736で、風力からパワーを引き出してカットイン風速に到達させる。
【００５５】
前記例は、説明のために提供されただけであり、決して、本明細書に開示される発明を限定するものと解釈されてはならない。本発明は、様々な態様を参照しながら説明されたが、本明細書の中で使用されたことばは、限定のためのことばではなく、説明のためのことばであることを理解されたい。さらに、本発明は、特定の手段、材料および態様を参照しながら本明細書で説明されたが、本発明は、本明細書に開示された詳細に限定されることを意図したものではなく、むしろ、本発明は、特許請求の範囲に入るような、すべての機能的に等しい構造、方法および使用を包含する。当業者は、本明細書の教示の恩典を受けて、それに対して数多くの改変を実施し得、変更は、本発明の局面において本発明の範囲および精神を逸脱することなく実施され得る。
【符号の説明】
【００５６】
200  風力タービン
201  固定車軸
201a 第一端
201b 第二端
202  ロータアセンブリ
203  ソーラードーム
203a 閉じた端部
203b 周縁
204  ブレード
204a ハブ部分
205  第一の駆動機構
205a ギアリング
206  光起電力セル
207  水平軸（X-X）
208  発電機
209  第二の駆動機構
209a ギアリング
210  スリップリング
211  ダイオード
212a エネルギー貯蔵装置
212b エネルギー貯蔵装置
213  スイッチ
214  風センサ
215  電気モータ
216  ボディ
217  シャフト
218  フレーム
219  垂直タワー部
220  ベアリング
221  風速計
222  回転計
223  耐候性シール
224  フライホイール
225  ワイヤ
300  風力タービン
301  ロータアセンブリ
301a 閉じた上端
301b 開いた下端
301c 側壁
301e 内面
301d 周縁
302  垂直軸（Y-Y）
303  第一の駆動機構
303a ギアリング
304  垂直車軸
305  第二の駆動機構
305a ギアリング
306  電気モータ
307  シャフト
308a ベアリング
308b スリーブ
309  らせん溝
310  スリップリング
311  スイッチ
312  円錐台
313  カーブした矢印
314  カーブした矢印
500  自動適応性再生可能発電システム
510  風力タービン
520  スタンド
530  ユニバーサルジョイント
540  スプラグクラッチ
550  モータ
560  ソーラードーム
601  スイッチ（S1）
602  スイッチ（S2）
603  スイッチ（S3）
610  ソーラーパネルエネルギーモード制御装置
620  風力エネルギー制御装置
622  モータ
624  バッテリ
626  ソーラーセル
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【外国語明細書】
2018178740000001.pdf