(57)【要約】【課題】単位面積から得られる再生可能なエネルギー総量を増大させる再生可能エネルギーの多段利用システムを提供する。【解決手段】水を貯留する人工池１に太陽光発電装置２を設置するとともに、前記人工池で微細藻類７を培養するシステムであって、太陽光発電装置の受光面に冷却水を散布するための散水装置３と、散水装置に冷却水を供給する水供給装置４，５と、太陽光発電装置の受光面に設置された温度センサの検知温度に連動して散水装置の電源をオンオフできる制御装置と、を備え、散水装置から散布する冷却水で、受光面を冷却するとともに、人工池に水を補給することを特徴とする再生可能エネルギーの多段利用システム。【選択図】図１
2011172541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯留する人工池に太陽光発電装置を設置するとともに、前記人工池で微細藻類もしくは水生植物を培養するシステムであって、
太陽光発電装置の受光面に冷却水を散布する散水装置と、
散水装置に冷却水を供給する水供給装置と、
太陽光発電装置の受光面に設置された温度センサの検知温度に連動して散水装置の電源をオンオフできる制御装置と、を備え、
散水装置から散布する冷却水で、受光面を冷却するとともに、人工池に水を補給することを特徴とする再生可能エネルギーの多段利用システム。
【請求項２】
前記制御装置は、温度センサの検知温度が第１の所定温度を越えた場合に前記受光面への水の散布を開始し、温度センサの検知温度が第２の所定温度以下になった場合に水の散布が停止されることを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
【請求項３】
前記微細藻類もしくは水生植物を、前記人工池から採取してバイオマス燃料として用いることを特徴とする請求項１または２に記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
【請求項４】
前記散水装置の動力源ならびに前記制御装置の電源として、太陽光発電装置の発電電力を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
【請求項５】
前記太陽光発電装置の発電電力を蓄電する蓄電池を設置し、蓄電した電力を、前記散水装置の動力源ならびに前記制御装置の電源に供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
【請求項６】
前記人工池の水を撹拌できる撹拌装置を備え、該撹拌装置の動力源として、前記太陽光発電装置による発電電力または前記蓄電池による放電電力を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
【請求項７】
微細藻類もしくは水性植物に栄養素を供給するための栄養素供給配管を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電装置の発電効率を向上させるとともに、大気中の二酸化炭素を吸収してバイオマスを生産することで、再生可能エネルギーを多段利用するシステムに関する。詳細には、水面上に設置された太陽光発電装置の受光面を冷却して発電効率を向上させ、あわせて太陽光発電装置の周辺で微細藻類や水生植物を培養することで二酸化炭素を吸収、固定化し、さらにバイオマスとして利用することを可能とする再生可能エネルギーの多段利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の社会的活動に伴って、発電所、工場、自動車等から大気中に排出される二酸化炭素は地球温暖化の主たる原因であることが知られており、近年、この二酸化炭素の排出量を削減することが地球環境の保護の大きな課題となっている。かかる背景に鑑み、二酸化炭素の排出を増大させることなくエネルギーを得る方法として、太陽光発電や風力発電、地熱発電、ミニ水力発電あるいは波力発電等の自然エネルギーを利用した発電や、バイオマスを活用した発電やメタン、メタノール等の燃料製造などの、再生可能エネルギーに関する技術開発が行われている。
【０００３】
太陽光発電においては、温度が発電効率に大きな影響を与え、太陽電池の温度が上昇すると発電量が低下することが知られている。例えば、シリコン系の太陽電池の場合、温度が８０℃になると、２５℃の定格状態と比較して、光電変換効率が２割以上低下することがある。また、太陽電池の温度が急激に上昇すると、太陽光発電装置の構成部材に熱負荷が掛かり、太陽電池が劣化するという問題が生じる場合もある。そこで、太陽光発電装置を空冷方式や水冷方式で冷却することが提案されている（例えば、特許文献１あるいは２参照）。
【０００４】
一方、自然エネルギーを利用した発電とバイオマスを組合せて、再生可能なエネルギーを得る方法として、例えば、特許文献３には、太陽光発電や風力発電により得られた電力を利用して、バイオマスを醗酵させメタンガスを製造する方法が開示されており、特許文献４には、太陽光発電や風力発電により得られた電力を利用して水を電気分解して水素を製造し、この水素をバイオマスのガス化により生じる生成ガスと反応させてメタノールを得る方法が開示されている。
【０００５】
特許文献３あるいは特許文献４に開示された方法は、太陽光や風力といった自然エネルギーと再生可能なエネルギーであるバイオマスを融合させるものであるが、太陽光あるいは風力による発電を実施する場所とバイオマスを入手する場所を同じ場所に限定するものではなく、また、単位面積から得られる再生可能なエネルギー総量の増大を図ろうとするものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１７０９７４号公報
【特許文献２】特開２００４−２５９７９７号公報
【特許文献３】特開２００７−３１３４２７号公報
【特許文献４】特開２００２−１９３８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、水を貯留する特定の場所に太陽光発電装置を設置するとともに、微細藻類や水生植物を培養し、当該太陽光発電装置の受光面に水を散布して冷却し太陽光発電装置の発電効率を上げ、かつ微細藻類や水生植物をバイオマス燃料として活用することで、単位面積から得られる再生可能なエネルギー総量を増大させる再生可能エネルギーの多段利用システム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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、下記の構成のシステムを提供する。
（１）水を貯留する人工池に太陽光発電装置を設置するとともに、前記人工池で微細藻類もしくは水生植物を培養するシステムであって、
太陽光発電装置の受光面に冷却水を散布する散水装置と、
散水装置に冷却水を供給する水供給装置と、
太陽光発電装置の受光面に設置された温度センサの検知温度に連動して散水装置の電源をオンオフできる制御装置と、を備え、
散水装置から散布する冷却水で、受光面を冷却するとともに、人工池に水を補給することを特徴とする再生可能エネルギーの多段利用システム。
（２）前記制御装置は、温度センサの検知温度が第１の所定温度を越えた場合に前記受光面への水の散布を開始し、温度センサの検知温度が第２の所定温度以下になった場合に水の散布が停止されることを特徴とする前記（１）に記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
（３）前記微細藻類もしくは水生植物を、前記人工池から採取してバイオマス燃料として用いることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
（４）前記散水装置の動力源ならびに前記制御装置の電源として、太陽光発電装置の発電電力を用いることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
（５）前記太陽光発電装置の発電電力を蓄電する蓄電池を設置し、蓄電した電力を、前記散水装置の動力源ならびに前記制御装置の電源に供給することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
（６）前記人工池の水を撹拌できる撹拌装置を備え、該撹拌装置の動力源として、前記太陽光発電装置による発電電力または前記蓄電池による放電電力を用いることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
（７）微細藻類もしくは水性植物に栄養素を供給するための栄養素供給配管を備えていることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の再生可能エネルギーの多段利用システム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の再生可能エネルギーの多段利用システムによれば、水を貯留する人工池に太陽光発電装置を設置し、かつ太陽光発電装置の受光面に冷却水を散布することで太陽光発電装置の光電変換効率の低下を防止するとともに、人工池の中で微細藻類や水生植物を栽培することにより、太陽光発電装置からは電力として、微細藻類もしくは水生植物からはバイオマス燃料として、再生可能エネルギーを得ることができ、単位面積から得られる再生可能エネルギーの総量を増大させることが可能となる。太陽光発電装置は、池の中に設置されているので地面への設置と比較して太陽光の照り返しによる輻射熱を押さえることができるため、受光面の温度上昇が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る太陽光発電と微細藻類の培養を組合せた再生可能エネルギーの多段利用システムの概略を示す図である。
【図２】同上における各装置の接続を示す概略図である。
【図３】本発明に係る太陽光発電と水生植物の栽培を組合せた再生可能エネルギーの多段利用システムの概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る再生可能エネルギーの多段利用システムの好ましい実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を、図１および図２を参照して説明する。実施の形態１は、太陽光発電と微細藻類の組合せによる再生可能エネルギーの多段利用システムである。
図１は、システムの好ましい一例の概略を示す図であり、図２は、図１のシステムにおける各装置の接続を示す概略図である。なお、図１、図２において同一の装置に対しては同じ番号を付与している。
【００１３】
図１に示すように、本発明のシステムは、水を貯留する人工池１の中に太陽光発電装置２、太陽光発電装置の受光面を冷却するための冷却水を散布する散水装置３が設置され、人工池の外からポンプ４および水供給配管５を介して散水装置に冷却水が供給される。ポンプ４と水供給配管５とから、水供給装置が構成されている。散水装置３には、水供給配管５が接続されている。人工池１の中には、人工池１の水を撹拌するとともに、水中へ空気（光合成に必要な二酸化炭素）を十分に補給するための撹拌装置６が設置され、太陽光発電装置２の周囲の水中では微細藻類７が培養される。８は微細藻類に必要な栄養素を供給するための栄養素供給管である。そして、図１には図示していないが、人工池１の周辺には、太陽光発電装置２による発電電力を蓄電するための蓄電池ならびに散水ポンプ４の駆動を制御するための制御装置が付設されており、また太陽光発電装置の受光面には温度センサが取り付けられている。
【００１４】
太陽光発電装置２は、人工池１に設置された架台２ａにより水面より上に載置される。架台２ａの形状は任意であり、太陽光発電装置２の受光面が効果的に日照を受けるように適当な傾斜をつけた傾斜架台とするのが好ましい。太陽光発電装置２の設置台数は特に限定されず、人工池１の広さに応じて決定しても良いし、あるいは逆に目標とする発電量から必要な太陽光発電装置の台数を求め、それに応じて人工池の広さを決定しても良い。また池の形状は、広さに応じて適時決定するが、攪拌の効率を考慮すると、円形もしくは楕円形（レースウェイ）などが好ましい。
【００１５】
散水装置３としては、図１に示したように、所定の間隔で複数の孔を開けた管を、モーターなどの動力源で水平方向に回転させながら水を周辺の複数の太陽光発電装置２の受光面に散布する方式の散水装置を用いても良い。あるいは、複数の孔を開けた管を、個々の太陽光発電装置２の受光面の上部に固定して配置し、受光面上に水を流し出す方式の散水装置を用いても良い。
【００１６】
太陽光が照射されると太陽光発電装置の受光面の温度が上昇するとともに、人工池１から水が蒸発して池の水位が低下する。太陽光発電装置２の受光面には温度センサが設置されているので、温度センサにより検知された受光面の温度が、予め設定された温度を越えると、制御装置が作動してポンプ４を駆動させ散水装置３より冷却水を受光面に散布する。
【００１７】
冷却水としては河川水、工業用水、地下水、水道水が挙げられる。冷却水は、ポンプ４を用いて水供給配管５を介して、散水装置３から太陽光発電装置２の受光面に散布する方法で供給することにより、受光面の冷却水として活用できるとともに、水位が低下した人工池に新たな水を補給することができるので、微細藻類を培養するために添加した栄養素が水の蒸発により濃縮されるのを防止することができる。また、新たに供給する水源が渇水等で供給困難な場合には、散水装置３より散布する水として人工池１の水を使用することができ、この場合は、ポンプを用いて人工池１の水を汲み上げて散布し、太陽光発電装置２の受光面を冷却する。人工池の水をくみ上げるポンプには適宜ろ過装置を取り付け、培養されている微細藻類が吸入されることを防止するのがよい。
【００１８】
微細藻類の培養に必要な栄養素を追加する必要がある場合には、前記栄養素を必要量池面に添加することができる。この場合、散水装置とは別に太陽光パネル下部に設置した栄養素供給配管８から散水量に応じて滴下して池に供給することも可能である。栄養素供給管８は、所定の間隔で複数の孔を開けた管から栄養素含有水を水面に向けて散布する方式の管などで良く、太陽光パネルの受光面に塩分が析出するのを防止するため、太陽光パネル下部に設置する。
【００１９】
また海産性微細藻を培養する場合は、散水量に応じて塩もしくは濃い塩水を散水管とは別途設けた太陽光パネル下部に設置した塩分添加用配管などから池面へ直接添加することができる。
【００２０】
上記の栄養素としては、主に窒素、リン酸、カリウム分と微量ミネラル分が添加され、例えば硝酸カリウム、リン酸水素２カリウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、クエン酸第２鉄、塩化コバルト、ホウ酸、塩化マンガン、硫酸亜鉛、硫酸銅、モリブデンナトリウムなどが挙げられる。
【００２１】
攪拌装置６は、微細藻類７が培養される水を撹拌する。これにより、太陽光発電装置２による日陰部分に微細藻類が滞留することを防止し、また人工池１の底に微細藻類が沈降することを防ぐことができるので、培養を効率的に行うことができる。撹拌装置６の形状は特に限定されず、例えば回転翼式の撹拌機などが挙げられる。撹拌装置６は、気温が低下する夜間においても運転することにより、昼間に上昇した人工池の水温を効果的に下げることができる。
【００２２】
本発明に用いる微細藻類７としては、スピルリナ、ドナリエラ、クロレラ、セネデスムス、ボトリオコッカス、シネココッカス、シネコシスティス、クラミドモナス、デスモデスムス、ナンノクロロプシス、ナンノクロリス、テトラセルミス、ユーグレナ、シュードコリシスティス、クロステリウム、ミクロシスチス、アンキストロデスムス、ゴレンキニア、セレナストルム、プロトシフォン、ボルボックス、クロロコックム、ヘマトコッカス、アナベナ、ミクロキスティス、フォルミディウムなどが挙げられる。微細藻類の生育に必要な栄養素は予め人工池１の水に添加しておくことができる。所定の期間培養した後に、微細藻類７は水とともにポンプ等で抜き出し、遠心ろ過機等でろ過した後乾燥することで、バイオマス燃料として有効利用することができる。また、微細藻類から色素やＤＨＡ、ＥＰＡ、アスタキサンチン、グルタミン酸などの生理活性物質を抽出し、残った微細藻残渣をバイオマス燃料として有効利用しても良い。  
【００２３】
次に、図２を参照して、本発明のシステムにおける各装置の接続について説明する。  
【００２４】
太陽光発電装置２は、双方向コンバータ１０を介して系統電源１４と接続されており、双方向コンバータ１０の出力側と系統電源１４の接続点には、スイッチ１３を介してポンプ４が接続されている。スイッチ１３の開閉は制御装置１２により制御される。また撹拌装置６がスイッチ１３と並列に接続されている。
【００２５】
双方向コンバータ１０の入力側には蓄電池９が接続される。複数の太陽光発電装置を設置する場合、それぞれの太陽光発電装置に対応して蓄電池を設置しても良いが、複数の太陽光発電装置を共通の１台の蓄電池９と並列に接続するのがシステムをコンパクト化できるので好ましい。
【００２６】
太陽光発電装置２の受光面には温度センサ１１が設置され、温度センサ１１は制御装置１２との間に通信回路を有し、温度センサ１１により検知された受光面の温度が、予め設定された第１の所定温度を越えると、制御装置１２はスイッチ１３をオンにしてポンプ４を駆動させ散水装置３より冷却水を受光面に散布する。受光面が冷却され、温度センサ１１により検知された受光面の温度が予め設定された第２の所定温度以下に低下すると、制御装置１２はスイッチ１３をオフにしポンプ４の駆動を停止する。第１の所定温度は、通常４５〜７５℃程度の範囲内で設定される。第２の所定温度は、第１の所定温度より低く設定され、通常２０〜４０℃程度の範囲内で設定される。
【００２７】
太陽光発電装置２により発電された電力は蓄電池９に充電されるとともに、ポンプ４および撹拌装置６の動力源および制御装置１２の電源として使用される。また蓄電池９の放電電力もポンプ４および撹拌装置６の動力源および制御装置１２の電源として使用されるので、太陽光発電装置２が発電状態にあり、かつ蓄電池９が放電状態にあり、ポンプ４ならびに撹拌装置６を駆動するのに必要な電力よりも余剰となる電力は、系統電源１４に逆潮流される。
【００２８】
太陽光発電装置２の受光面に太陽光が照射され、発電が行われるとともに温度が上昇してくるが、受光面に設置された温度センサ１１が温度を検知し、前記第１の所定温度を越えた時点で制御装置１２が作動しスイッチ１３をオンにすることでポンプ４が駆動して散水装置３より受光面に冷却水が散布されるので、太陽光発電装置２の光電変換効率が低下することを防ぐことができる。そして、受光面が冷却され前記第２の所定温度以下になった時点で制御装置１２によってスイッチ１３がオフになりポンプ４の駆動が停止されるので、無駄な電力を使用することなく効率的に受光面を冷却することができる。
【００２９】
なお、太陽光発電装置２ならびに蓄電池９は、双方向コンバータ１０を介して系統電源１４と接続されているので、気象状況によって太陽光発電装置２の出力が蓄電池９を充電するのに不十分な場合は、系統電源１４の交流を直流に変換して蓄電池９の充電が行われる。また、太陽光発電装置２による発電のない夜間において、撹拌装置６を運転する場合で、蓄電池９の蓄電量が放電下限値に近く、蓄電池９からの放電で運転できない場合には系統電源１４の電力により運転される。
【００３０】
以上、本発明によれば、太陽光発電装置の発電電力の一部を利用して、太陽光発電装置の受光面の冷却を行うことにより発電効率の向上が図れ、同時に微細藻類を培養してバイオマス燃料として活用できるので、単位面積から得られる再生可能エネルギーの総量を増大させることができる。
【００３１】
(実施の形態２)
本発明の実施の形態２を、図３を参照して説明する。なお、図３において、図１と同じ装置については同一の符合を付与している。
【００３２】
図３に示す実施の形態２のシステムは、人工池１で栽培するバイオマスが水生植物１６であるという点を除けば、実施の形態１と同一であり、基本的な効果は実施の形態１と同様である。
【００３３】
ただし、バイオマスとして水生植物１６を用いるので、これらの水生植物１６を、孔を開けた発泡スチロールの容器あるいは、ロックウール、ピートモス、ウレタンフォームなどの培地を発泡スチロール等の浮上性の栽培容器（パネル状でも可）に詰めたもの等を用いて水面上に浸漬もしくは浮上させて浮遊させた状態で栽培することができるため、栽培後の採集が容易であるという利点を有する。また、水中に存在する固形物が少ないため、新たに供給する水源が渇水等で供給困難な場合に冷却水として人工池１の水を使用する際に、ポンプ４の取水口に取り付けるろ過装置を簡素化できるという利点も有している。
【００３４】
栽培する水生植物１６としては、ホテイアオイ、ウキクサ類、イトタヌキモ類、サンショウモ類、トチカガミ、サルビニア・ククラータ、フィランサスフルイタンス、ネグロウォーターファン、ラージパールグラス、アマゾンフロッグビット等の浮遊性植物（自然状態では根も葉も漂っているもの）；オモダカ類、クワイ類、ミズトラノオ、マコモ，コウホネ類、ハス類、バコパ類、ウォータークローバー類、アシ類、フトイ類、アオイ類、ミズキンバイ類、パピルス類、カンナ類、ガマ類，ヨシ類，ウキヤガラ、マツバイ、カキツバタ、イグサ、ホソイ類、ジュズダマ、スゲ類、ミズバショウ、ハッカ類、ウォーターダイヤ、ウォーターコイン、エキノドルスコーディフォリウス、オロンティウム・アクアティクム、カンガレイ、キフイリセキショウ、グロッソスティグマ、コナギ、コブラグラス、コロカシア類、サジタリアランシフォリア、サンカクイ、セキショウ、デンジソウ、ヌマイ、ヒペリカムエロデス、ヒメホタルイ、ペニーワート、ポンテデリア類、マーブルクイーン、ミクリ、ミズトラノオ、ミツガシワ、リスノシッポ、ルドヴィジアアクアータ、ロタラロトンジフォリア、ハイドロリザ、ハナイ、ヒシモドキ、ベニフヒメアシ、ポンテデリア  ランケオラータ、ミズオジギソウ、ミズホウレンソウ、ヤナギトラノオ、ブルーベル、アメリカハンゲショウヒシ等の抽水性植物（自然状態では水底に根を張って茎と葉の一部を水上に突き出しているもの、水深が比較的浅い）；セリ類、トクサ類、ショウブ類、ミズバショウ、ミズギボウシ類、リュウキンカ等の湿性植物；アサザ類、ジュンサイ、キンバイ、スイレン類、ヒシ類等の浮葉性植物（水底に根を張り、葉が水面に出ているもの、水深が比較的深い）；ポトス、カズラ、コリウス、アイビー、フィカスプミラ、スパティフィラム、トマト、レタス、ホウレン草、バジル、ナス、キャベツ、メロン、イチゴ、バラ等の水耕栽培可能な植物が挙げられ、本発明のシステムを設置する場所の気候、季節等に応じて適した植物を選定すれば良い。また、野菜、果実、花などの場合は、有価物を収穫後、残渣のみをバイオマスとして利用しても良い。
【００３５】
なお、水性植物は、草丈は太陽光パネル下部を遮らない高さのもので、強風時でも転覆しない程度のものが好ましい。但し、植物種の中には、ガマやヨシなど放っておくと２ｍ近くまで成長するものもあるが、水性植物の栽培は陸上植物の栽培と違って収穫しやすいという利点があるので、草丈が太陽光パネル下部を遮る前に適宜収穫すれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の再生可能エネルギーの多段利用システムによれば、バイオマスの栽培と太陽光発電を同じ場所で同時に実施することができ、しかも太陽光発電装置の受光面の冷却により発電効率の向上も図れるので、単位面積から得られる再生可能エネルギーの総量を増大させるシステムとして極めて有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１    人工池
２    太陽光発電装置
２ａ  架台
３    散水装置
４    ポンプ
５    水供給配管
６    撹拌装置
７    微細藻類
８    栄養素供給配管
９    蓄電池
１０  双方向コンバータ
１１  温度センサ
１２  制御装置
１３  スイッチ
１４  系統電源
１５  逆流防止ダイオード
１６  水生植物
【図１】
2011172541.tif 000003
【図２】
2011172541.tif 000004
【図３】
2011172541.tif 000005