(57)【要約】      （修正有）【課題】風力発電と、太陽光発電を両立させる為に、風力発電用ブレードにソーラーセルを取り付ける。【解決手段】揚力型と抗力型の両メリットを兼ね備えた水平回転式風力発電用可変式ブレードにソーラーセル機能を持たせたハイブリッド発電用ブレードであって、ブレード面の迎角を回転位置毎に重力と風の力のみで０度〜９０度の範囲で可動させることで、ブレード面があらゆる方向に向くことから、ブレード面のソーラーセル５は太陽の位置に関係なく均一な受光電力を得ることが可能。更に、透過性の高いブレードに表裏発電ソーラー素子を置くことで変動するブレード面のどちらからでも入射を可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けるブレード面中央部のやや上側に軸受を介してアームを接続し、アームを軸にブレードが自由に回転出来る状態とし、そのアームを境に上部を樋状（風力係数の高い形状ならこれに限らない）にして受風面の抗力を高め、下部面は、飛行機の翼に近い流線的フラップ構造を有し、これらを上下に組み合わせることで１枚ブレードが構成される。ブレードは停止時に垂直に近い位置にバランスするよう下部をやや重くしており、これにより、アームのそれぞれの回転位置（風を受けるブレード面の方向が異なる位置）に応じて取り付けられたブレードの迎角は重力と風の力のみで０度〜９０度の範囲で可変し、軸トルクを高め、高効率発電を可能とした可変ブレード機構であり、更にそのブレードにソーラーセル機能を有するハイブリッド発電機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電パネルを風力発電用ブレードと兼用したハイブリッド発電装置である。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーを利用した発電方式には主にソーラー発電、風力発電方式が主流であるが、この２者は全くの別カテゴリーとしてそれぞれが単独で発展し、技術・市場を形成してきた。太陽光発電に関しては、年々発電効率が上昇し、２０％以上の効率も見えつつある。また、風力発電では、現在プロペラ方式が主流であるが、その他にダリウス式、クロスフロー式、等様々な方式のものがある。プロペラ方式やダリウス方式はブレードのねじれ角度によって得られる流体力学的な揚力により回転し、その回転トルクにより発電機を回し発電を行う。一方クロスフロー式やローター、パドル式などは抗力による直接正面からの風圧力により得られる回転トルクにより発電する方式であり、前者は主に大型の風力発電用として、また、後者は小規模な風力発電用として実用に供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】出願番号：特願平２５．７．３特願２０１３−１３９５７９  発明の名称：風力発電用可変ブレード
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】松本文雄、西沢良史、牛山泉著  「垂直軸風車製作ガイドブック」パワー社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
関連特許出願平２５．７．３（特願２０１３−１３９５７９）の風力発電用可変ブレードは水平方向に放射状に延びたアーム２本〜6本（通常４本）にそれぞれ可変迎角のブレードを左右対称に配置し、ブレード面に風を受けてアームを水平回転させ、風力発電に供するものであるが、ブレード面の迎角を風の力のみで０度〜９０度の範囲で可動する構造を持つもので、アームの位置３時方向ではブレード面を風の流れに対し垂直状態に保つ作用が働き受風面の風力係数を最大化させる。一方、回転トルクを悪くする要因となる風上に向かうアームブレードに対しては、反対にブレード面の迎角を常に風の流れに対し平行状態に保つ作用が働く。更に、風上の０時方向の位置あるアームでもブレード下部のフラップの揚力によりトルクが加わり、軸回転トルクが高められる構造となっている。このように、優れた抗力と揚力の両方を兼ね備えた可変ブレード機能を持つ風力発電機構ではあるが、このブレードは風力専用であり、太陽光のエネルギーを利用することが出来ないことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、水平方向に放射状に延びたアーム２本〜6本（通常４本）にそれぞれ可変迎角のブレードを左右対称に配置し、ブレード面に風を受けてアームを水平回転させ、風力発電に供するものであるが、このブレードの面積は他の風力発電ブレードに比べ格段に大きく取ることが可能であり、このブレード面に太陽光発電素子を貼り付けることにより、風力発電と太陽光発電を同時に得ることが出来るハイブリッド発電ブレードを構築するものである。ブレードを透過性の高い樹脂材を使用することによるり、表裏発電ソーラーセルの利用によりブレード両面からの発電も可能とする
【発明の効果】
【０００７】
風力によりブレード面を水平回転させるが、この際、ブレード面は風の吹く方向や強さによって常にあらゆる角度に変化するため、ブレードに取り付けられたソーラーセルは太陽の位置に関係なく常に均一な発電が可能となる。風力による高効率な発電と同時にそのブレード自体に太陽光発電機能を持たせることで高い電力供給が可能なハイブリッドな発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は可変ブレード式風力・ソーラーハイブリッド発電装置の概要図である。（実施例）
【図２】図２は動作状態のブレード動作概念平面図である。
【図３】図３はブレード面の水平方向の角度範囲平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ブレードは可能な限り軽量で強度の高い材質が好ましいが、本考案では性能評価用としてアルミの平板や透過性のあるポリカーボネイト材を使用した。実施形態は次のとおりである。
ブレードアーム軸を中心に風力以外の動力を一切使用せずブレードを０〜９０度の範囲で可変出来る構造としている。また、ブレード表面にソーラーセルを貼り付け、又はソーラーセル内蔵一体型ブレードを用い風力ブレードを構築する。
【００１０】
アームとブレードの接合部を境にブレード上部２とブレード下部３はそれぞれ流体力学的に合理的な推進力を得られるよう異なる形状を有している。
ブレード上部の構造は横長の樋構造とし、凹側受風面の風圧係数を凸側より高め、高い回転トルクが得られるようにしてある。また、ブレード下部は飛行機の翼と同様な形態のフラップ４を有し、これにより風を受ける０時方向に延びるアームの位置であってもこのフラップ効果により軸回転の推力が得られる構造としている。
【００１１】
フラップ４によりアームが６時方向（風の流れ方向の真後ろにあるアーム）に位置するアームでは、このフラップに受ける風の揚力によりブレード下部を押し上げ、ブレード面は水平となり滑空し、やがて風の流れと対向流の位置となる９時の位置に達しても風の抵抗を最少の状態に保つことが出来る。９時を過ぎた段階で、今度は反対に向かい風を受けるようになりフラップ４にはブレードを押し下げる揚力が加わり、ブレードは直ちに垂直に戻され再び０時の状態となる。
【００１２】
これら一連の動作はすべてのアーム毎（アーム４本実施例では９０度間隔）で連続して作用するため、切れ目のない軸トルクが得られる。
【００１３】
静止状態から起動時させる際、初期の軸トルクを高めるため、常にブレード面の角度を垂直〜４５度の範囲にバランスするようややブレード下部を重く設定している。
【００１４】
起動時に迅速かつ安定に立ち上げるため、逆風（ブレードの凸面方向から受ける風）に向かって回転する９時の位置付近のブレードの抵抗を最少にするため、ブレード上下にかかる抗力をブレード上部よりも下部の方に僅かに高くなるように設定した。これにより、ブレードは受風後直ちに水平状態に押し上げられ、静止状態からの起動を迅速にした。
【００１５】
風に対するブレード迎角を０〜９０度の範囲内で可動するよう制限している。更に、ブレード面の水平方向への角度は０°〜４５°まで可変出来る構造となっている。
【００１６】
その他、暴風や緊急停止等の実環境を想定し、その風圧によって自動的に風を逃がす構造となっている。
【実施例】
【００１７】
動作確認のため４本のアームの内、１本に着目して無負荷状態でテストした。微風状態（風速２ｍ／秒程度）での起動時において、最初９時の位置のアームのブレードの迎角は４５度程に傾斜し、回転が開始した。回転が増すにつれて、この位置のブレードの迎角が小さく（ほぼ水平）なり、それに伴い風圧係数も減少し、相乗効果的に回転を加速させることが出来た。
【００１８】
風速５ｍ／秒以上での動作確認では、９時のアームのブレードの迎角はいきなり０度まで傾斜し、素早く回転を開始した。ブレード迎角が０〜９０度の範囲を超えないよう制御され、安定した回転が確認出来た。
【００１９】
アームの回転位置による動作状況は、アーム位置が軸トルクの最大となる３時を過ぎた段階から徐々にブレードのフラップの凸側に風を受けるようになり、ブレード下部が押し上げられ、６時の位置から９時に至るまでブレードは水平のまま滑空し、風圧抵抗の少ない状態で風上に向かって回転した。９時を過ぎた段階で今度はフラップの凹側に風を受けるようになりアームが０時の位置に達するまでの間にブレード面の迎角は水平から垂直に移行し、揚力を高めることが出来た。
【００２０】
強風時に停止させる機能として、ある一定以上の風速に達した場合、風の力で自動的に風を逃がす磁気力による機構の動作確認を行った結果、任意の風速に対応出来た。
【００２１】
本発明の主体は可変ブレードにあるので、発電機や増速機構系の説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
１．軸トルクが大きいため、増速ギアによりブレードの回転速度を低く設定でき、騒
音が少なく都市型として使用可能であり、特にビル風等に有効に活用できる。
２．小型から大型までの対応が可能なため地産地消電力用として期待出来る。  
【符号の説明】
【００２３】
１  水平アーム
２  ブレードパネル上部
３  ブレードパネル下部
４  ブレード下部フラップ
５  ソーラーセル
６  強風時の安全装置
７  増速ギア及び発電機
８  支柱
【図２】
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【図３】
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【図１】
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