(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電と風力発電とを組み合わせた複合型発電装置において、
太陽光を光電変換する複数の太陽光発電パネルと、該太陽光発電パネルの下端側に設けられ、太陽光の反射光を前記太陽光発電パネルの受光面に導く反射面を有する反射板とを含む太陽光発電装置と、
前記太陽光発電パネルの下部側の円周方向に沿って所定間隔に配設され、吹き付けられた風によって水平方向に回転する複数の受風部材を備えた風車と、
前記風車による回転エネルギを電気エネルギに変換して発電を行う発電機と、
前記風車を取り囲むようにして配設され、水平方向からの風を取り込んで集風した風を前記受風部材に吹き付ける複数の集風ダクトを含む風力発電装置と、
を備え、
前記受風部材は、内側になる一端側が回転部材に軸支され、外側になる他端側が上下に回動できるように組み合わされた断面が縦コ字形を成す一対の可変翼を備えて構成され、前記一対の可変翼には一方の側面に半円状の開口溝が設けられ、該開口溝に設けられた結合金具によって角度可変に組み合わされると共に、内側となる前記一端側には前記回動の最大開角度を規制する過剰開放防止板及び最小開角度を規制する開放角度調整板が配設され、吹き付けられた風の風圧、風量に応じて前記他端側が上下に回動するとともに、回転力に寄与しないときには前記一対の可変翼の開角度が小さくなり、空気抵抗の発生源となる空気を前記一対の可変翼の外側に流すことを特徴とする複合型発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の複合型発電装置において、
前記回転部材の回転中心には、前記回転部材に対して同軸にして前記一対の可変翼の側面の近傍に至る長さの径を有する輪状の部材であるリングが前記回転部材を挟むようにして上下に配置され、前記回転部材の回転中心に面する側面からの風漏れを防止したことを特徴とする複合型発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の複合型発電装置において、
前記太陽光発電装置は、前記太陽光発電パネルの内部に強い風が吹き込んだときに自動的に開口して風圧を軽減するための風抜き機構を備えていることを特徴とする複合型発電装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の複合型発電装置において、
前記風力発電装置は、前記風車が上下方向に複数重ねた状態に配設され、それぞれに前記集風ダクトが設けられていることを特徴とする複合型発電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の複合型発電装置において、
前記風力発電装置は、上下方向に重ねた状態に配設された風車のうちの少なくとも一つが前記可変翼風車であり、それ以外の風車が以下の（１）又は（２）に記載の風車であることを特徴とする複合型発電装置。
（１）前記受風部材が横Ｖ字形を成すようにして前記回転部材に固定設置された一対の板状の固定翼とされた固定鋭角傾斜風車。
（２）前記回転中心より放射状に設けられた角錐型又は杯型のパドルと、前記集風ダクトから風が吹き付けられているときには前記パドルとともに受風部材を形成し、前記集風ダクトから風が吹き付けられていないときには前記空気抵抗の発生源となる空気を逃がせるようにして前記パドルの中心部に設けられた角錐型又は杯型の開閉弁を備えたパドル風車。
【請求項６】
請求項５に記載の複合型発電装置において、
前記角錐型又は杯型のパドル及び前記角錐型又は杯型の開閉弁を備えた前記風車は、
その上下方向に距離をもたせ且つ回転方向に相互に所定の角度をもたせて複数段に分けて設けられていることを特徴とする複合型発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電と風力発電の両方を用いて発電して各種の電源に用いる太陽光発電と風力発電を組み合わせた複合型発電装置に係り、特に、昼夜２４時間の連続発電を可能にし、これによって蓄電池を充電してクリーンなエネルギを得る太陽光発電と風力発電を組み合わせた複合型発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年地球温暖化対策として大気を汚染する気体の排気量を削減する動きが活発である。大気を汚染する気体の１つに森林の耕地化や化石燃料等の燃焼により発生する二酸化炭素（ＣＯ２）があるが、このような化石燃料等の燃焼に基づくエネルギに代えてクリーンなエネルギ、特に、自然エネルギを利用する太陽光発電と風力発電から創出した電力エネルギ利用の普及が検討されている。
【０００３】
従来、太陽光発電と風力発電とは個別のシステムとして開発が進められてきた。しかしながら、太陽光発電は天候に恵まれた日中に限られ、一方、風力発電は或るレベル以上の風力を必要とする。従って、２４時間継続して安定した電力を得るためには、太陽光発電或いは風力発電の一方のみで行うことは困難である。そこで、本発明の発明者は、太陽光発電と風力発電の両方を用いて発電を行う発電装置の提案を行った（特許文献１参照）。
【０００４】
この太陽光発電と風力発電を複合した発電装置は、太陽光を受けるソーラーパネルと、ソーラーパネルを支持するパネル受台、パネル受台をベース上で回転不能な状態で支持する支柱、支柱の周囲に回転可能に取り付けられた軸受けに固定されるとともに周囲に風を受ける複数の翼を備える風車及び風車が受けた回転エネルギを電気エネルギに変換し発電する発電機を備え、さらに、複数の翼は受けた風を偏向してソーラーパネルに送る角度及び形状を有している。これにより、自然エネルギを効率よく利用可能になるとともに昼夜及び四季を通じての発電を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３２２２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の発電装置は風車に当たった風が風車の外部に逃げ易く、受けた風を効率的に回転に利用することが難しかった。そこで、かかる点を改善するべく風車を大型化することを検討したが、風車を大型化すると風車の回転方向への抵抗が強くなり、逆に発電効率を上げることができないということがわかった。そのため、３６０度のいずれの方向方角から吹く風も効率良く集風し、これを風車の最適位置に効率良く集中的に吹き付けられるようにする装置の開発が必要とされていた。
【０００７】
また、風力発電に用いられる風杯型パドルは、回転軸の内輪から放射状に回転アーム先端にパドルを固定した受風効率の高い構造を有しているが、受風に対する回転起動力が大きい反面、風車全体に掛かる回転方向の風圧抵抗が風車の回転効率を妨げることになっていた。そのため、風車の回転起動力が十分に得られず、回転トルクの変換効率が悪いという問題があった。
【０００８】
さらに、ソーラーパネルは、太陽光を長時間効率よく受光できるように、設置方向を太陽の昇る東向き又は南向きなどとし、さらに地面に対して３５°前後に傾斜させて設置しているが、このようにしても発電可能な時間帯は早朝の太陽が直射する午前中から正午前後程度に限られるという問題があった。
【０００９】
また、ソーラーパネルを設置する場合、ソーラーパネルを１枚の大きなサイズにするよりも、複数に分割して三角錐屋根のようにして設置する方が太陽の位置の変化に対応して安定に受光できる。しかし、このようなソーラーパネルでは、早朝の太陽光等を受光する面に対し、その受光面の反対側及び側面の一部に影が生じる。この影になった部分は散乱光の照射のために、直射目光に比べると発電効力が低くなる。そのため、ソーラーパネルが影になった場合の発電効力の改善が望まれていた。
【００１０】
そこで、本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、風車の回転効率及びソーラーパネルへの受光効率を高めることにより発電効率の向上を図った太陽光発電と風力発電を組み合わせた複合型発電装置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】
【００１１】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、太陽光発電と風力発電とを組み合わせた複合型発電装置において、太陽光を光電変換する複数の太陽光発電パネルと、太陽光発電パネルの下端側に設けられ、太陽光の反射光を太陽光発電パネルの受光面に導く反射面を有する反射板とを含む太陽光発電装置と、太陽光発電パネルの下部側の円周方向に沿って所定間隔に配設され、吹き付けられた風によって水平方向に回転する複数の受風部材を備えた風車と、風車による回転エネルギを電気エネルギに変換して発電を行う発電機と、風車を取り囲むようにして配設され、水平方向からの風を取り込んで集風した風を受風部材に吹き付ける複数の集風ダクトを含む風力発電装置とを備え、受風部材は、内側になる一端側が回転部材に軸支され、外側になる他端側が上下に回動できるように組み合わされた断面が縦コ字形を成す一対の可変翼を備えて構成され、一対の可変翼には一方の側面に半円状の開口溝が設けられ、開口溝に設けられた結合金具によって角度可変に組み合わされると共に、内側となる一端側には回動の最大開角度を規制する過剰開放防止板及び最小開角度を規制する開放角度調整板が配設され、吹き付けられた風の風圧、風量に応じて他端側が上下に回動するとともに、回転力に寄与しないときには一対の可変翼の開角度が小さくなり、空気抵抗の発生源となる空気を一対の可変翼の外側に流すことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するために請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複合型発電装置において、回転部材の回転中心には、回転部材に対して同軸にして前記一対の可変翼の側面の近傍に至る長さの径を有する輪状の部材であるリングが回転部材を挟むようにして上下に配置され、回転部材の回転中心に面する側面からの風漏れを防止したことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の複合型発電装置において、太陽光発電装置は、太陽光発電パネルの内部に強い風が吹き込んだときに自動的に開口して風圧を軽減するための風抜き機構を備えていることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の複合型発電装置において、風力発電装置は、風車が上下方向に複数重ねた状態に配設され、それぞれに集風ダクトが設けられていることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するために請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の複合型発電装置において、風力発電装置は、上下方向に重ねた状態に配設された風車のうちの少なくとも一つが可変翼風車であり、それ以外の風車が以下の（１）又は（２）に記載の風車であることを特徴とする。
（１）受風部材が横Ｖ字形を成すようにして回転部材に固定設置された一対の板状の固定翼とされた固定鋭角傾斜風車。
（２）回転中心より放射状に設けられた角錐型又は杯型のパドルと、集風ダクトから風が吹き付けられているときにはパドルとともに受風部材を形成し、集風ダクトから風が吹き付けられていないときには空気抵抗の発生源となる空気を逃がせるようにしてパドルの中心部に設けられた角錐型又は杯型の開閉弁を備えたパドル風車。
【００１６】
上記課題を解決するために請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の複合型発電装置において、角錐型又は杯型のパドル及び角錐型又は杯型の開閉弁を備えた風車は、その上下方向に距離をもたせ且つ回転方向に相互に所定の角度をもたせて複数段に分けて設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る太陽光発電と風力発電を組み合わせた複合型発電装置によれば、風車の回転効率及びソーラーパネルへの受光効率を高めることができるので発電効率の向上を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る複合型発電装置の好ましい一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１に示す複合型発電装置の平面図（一部断面図）である。
【図３】太陽光発電装置の太陽光発電パネルの正面図である。
【図４】風力発電装置の平面図である。
【図５】風力発電装置の可変翼風車の開いた状態を示す側面図である
【図６】可変翼機構の可変翼風車が風の吹き込み位置の反対側に位置して閉じた状態を示す側面図である。
【図７】可変翼風車における過剰開放防止板、開放角度調整板、ワッシャ支持棒及び結合金具の構成を示す斜視図である。
【図８】可変翼風車の可変翼の構成を示す斜視図である。
【図９】風力発電装置の集風ダクトの構成を示す斜視図である。
【図１０】図４の風力発電装置の可変翼風車の正面図である。
【図１１】図１０の回転リングの詳細を示す斜視図である。
【図１２】固定鋭角傾斜風車の平面図である。
【図１３】図１２に示す固定鋭角傾斜風車の正面図である。
【図１４】角錐型パドルの構成を示す平面図である。
【図１５】図１４に示す角錐型パドルの正面図である。
【図１６】図１４に示す角錐型パドルの断面図である。
【図１７】風杯型パドルの構成を示す平面図である。
【図１８】図１７に示す風杯型パドルの正面図である。
【図１９】図１７に示す風杯型パドルの断面図である。
【図２０】本発明に係る複合型発電装置の第二の実施形態を示す斜視図である。
【図２１】図２０に示す角錐型パドルの動作を説明する図である。
【図２２】本発明に係る複合型発電装置の第三の実施形態を示す斜視図である。
【図２３】図２２に示す風杯型パドルの動作を説明する図である。
【図２４】本発明に係る複合型発電装置の第四の実施形態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第一の実施形態〕
以下、本発明に係る太陽光発電と風力発電を組み合わせた複合型発電装置の好ましい一実施形態ついて図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る太陽光発電と風力発電を組み合わせた複合型発電装置の第一の実施形態を示す正面図、図２は図１に示す複合型発電装置の平面図（一部を断面図で示す。）である。この複合型発電装置１００は、概略として、基礎５上に立設された矢倉台１と、矢倉台１の屋根の部分に設置された太陽光発電装置２と、太陽光発電装置２の下部に設置された風力発電装置３と、矢倉台１の底部の基礎５上に設置されたバッテリーボックス４とを備えて構成されている。
【００２３】
ここで、矢倉台１は、例えば、所定の高さを有して等間隔に立設された鉄骨を主体とした６本の支柱の相互を筋交いで固定して作られた鉄塔である。尚、複合型発電装置１００を設置する場所は、図１に示した矢倉台１に限定されるものではなく、例えば、ビルの屋上、家屋の屋根、各種の鉄塔などの所定の高さ以上の建造物、構造物等に設置することができる。
【００２４】
バッテリーボックス４は、図示しない二次電池を内蔵するとともに、太陽光発電装置２及び風力発電装置３の出力電圧を充電に適した電圧にし、さらに過充電を防止する機能を備えた図示しない充電回路を内蔵している。充電された二次電池の電源供給先として、バッテリーボックス４の二次電池の電流容量に見合った機器、例えば、街路灯、魚類の電照栽培、ハウス栽培の作業照明、野菜等の電照栽培、生花生産の電照栽培による開花調整、果樹農家の烏害防止用センサ、盗難防止用センサ、各種予報センサ、道路標識灯や安全灯などがある。また、未電化地域への電力供給にも利用できる。尚、負荷が交流電源を必要とする場合、二次電池にＤＣ−ＡＣ変換回路が接続される。
【００２５】
［太陽光発電装置の構成］
太陽光発電装置２は、図１及び図２に示すように、概略として、六角錐形状に組まれた複数（本実施形態では６枚）の太陽光発電パネル２０，２０と、複数の太陽光発電パネル２０，２０の頂点に設けられた風抜き機構２１と、複数の太陽光発電パネル２０，２０の下端より突出する複数（本実施形態では６枚）の反射ミラー兼集風板（反射板）２２とを備えて構成されている。太陽光発電パネル２０，２０は三角形の同一形状の６枚の光発電モジュール２３からなり、それぞれが水平方向に対する傾斜角３５°若しくはその前後で取り付けられると共に上方から見て全体が六角形を成すようにして相互に接合されている。
【００２６】
また、太陽光発電パネル２０，２０は、外側から内側に向かって空気が自由に入り込めるように設置されており、太陽光発電パネル２０，２０の内側に台風や季節風等による強風や突風が吹き上げたとき、太陽光発電パネル２０が上方に持ち上げられるなどして損傷する可能性がある。そこで、太陽光発電パネル２０の頂部には強風や突風が内側に吹き込んだときに開口して上方へ逃がすための風抜き機構２１が形成されている。内側に進入した風は風抜き機構２１を介して上方へ抜け出せるようになっている。この風抜き機構２１は、例えば、（本実施形態では６枚）複数の遮蔽板２１ａ，２１ａと図示しないスプリング等の弾性部材によって構成される。すなわち、遮蔽板２１ａ，２１ａは図示しない弾性部材の付勢力によって複数の遮蔽板２１ａ，２１ａを押圧することによって閉られているが、強風や突風が吹き込んだときにその風圧によって上記弾性部材の付勢力に抗して図３に示すように複数の遮蔽板２１ａ，２１ａが開いて開口部が形成されるように構成されている。
【００２７】
反射ミラー兼集風板２２は、その上面が光が反射し易いような反射面に加工または施工がなされており、その反射面に照射した太陽光を上側に配置された太陽光発電パネル２０，２０に反射させ、太陽光発電パネル２０，２０が影になった場合でも光が照射されるように形成されている。この構成により太陽光発電が効率よく機能することになる。また、反射ミラー兼集風板２２は、風力発電装置３に対して空気流を誘導する機能をも併せて備えている。
【００２８】
［風力発電装置の構成］
風力発電装置３は水平回転方式であり、可変翼風車６と角錐型パドル風車７とが太陽光発電パネル２０の下部に上下に重ねられた状態で配置されている。ここで、風車は、可変翼風車６及び角錐型パドル風車７以外にも、例えば、風杯型パドル風車８（図１５参照）や、固定鋭角傾斜風車９（図１０参照）等を用いることもできる。従って、上記４種のうちのいずれか２種或いは２種以上を太陽光発電パネル２０の下部に上下に重ねた状態で配置することができる。上記のように、図１に示す風力発電装置３は可変翼風車６と角錐型パドル風車７の組み合わせになっている。
【００２９】
［可変翼風車の構成］
可変翼風車６による風力発電装置３は、図２及び図４に示すように、概略として、垂直方向に立設された回転軸内に配置された発電機６０と、回転軸としても機能する発電機６０に取り付けられた円環状の外輪ハブ（回転部材）６１と、外輪ハブ６１の上下に突出するように設けられた一対の円筒形状の回転リング１０と、外輪ハブ６１に取り付けられた複数（本実施形態では８つ）の可変翼機構６２と、横方向からの風を可変翼機構６２へ集中的に導く集風ダクト６３（図１、図２、図９参照）と、外輪ハブ６１の中心より放射状にして外輪ハブ６１に設けられた歪み防止用の補強リブ６４とを備えて構成されている。また、図４に示すように外輪ハブ６１は補強リブ６４の相互間に開口６１０を有し、可変翼６５Ａ，６５Ｂの間に風７６が均等に吹き付けられるようにしている。
【００３０】
図５は可変翼機構６２の可変翼６５Ａ，６５Ｂが開いた状態を示す側面図、図６は可変翼機構６２の可変翼が風の吹き込み位置の反対側に位置して閉じた状態を示す側面図である。可変翼機構６２は図５及び図６に示すように、概略として、外輪ハブ６１を挟んで両側にその一端が取り付けられて開き角度が可変可能な受風部材としての一対の可変翼６５Ａ，６５Ｂと、可変翼６５Ａ，６５Ｂの最大開角度を規制する過剰開放防止板６７（図７（ａ）参照）と、可変翼６５Ａ，６５Ｂの内側に設けられて最小開角度を規制する開放角度調整板６８（図７（ｂ）参照）とを備えて構成されている。過剰開放防止板６７及び開放角度調整板６８は外輪ハブ６１を介挿する状態で外輪ハブ６１にねじ止め固定されている。
【００３１】
可変翼６５Ａ，６５Ｂは、図８（ａ），（ｂ）に示すように、対称の形状を有し、側壁の一方は扇形で、他方の側壁は三角形状となっている。そして、上記一方の側壁は他方の側壁よりも高く形成されると共に、扇形の円弧の近傍には円弧に沿って開口溝によるルーズホール６９が設けられている。そして、図８（ａ）に示す可変翼６５Ａと図８（ｂ）に示す可変翼６５Ｂとは図５及び図６に示すように組み合わされ、ルーズホール６９のそれぞれには図７（ｃ）に示すワッシャ支持棒４０が遊嵌され、このワッシャ支持棒４０は結合金具４１によって外輪ハブ６１にねじ止め固定される。以上の構成による可変翼機構６２は、図５に示す右側から風７６が吹き付けられると、その風圧、風量に応じて可変翼６５Ａ，６５Ｂは結合金具４１に案内されて上下方向に動いて開角度が可変（例えば、４０〜８０°）し、その開角度に応じた空気取り入れ口が形成される。
【００３２】
図２に示すように、可変翼機構６２のそれぞれの外側には漏斗形状の集風ダクト６３が配設されている。この集風ダクト６３は、図９に示すように、可変翼機構６２に面して配置されるノズル部６３２を有し、このノズル部６３２は可変翼６５Ａ，６５Ｂによって形成される受風口の開口面積と同等かやや大きい開口面積を有する一方、受風口６３１の開口面積はノズル部６３２よりも大きく（例えば、１０倍以上）形成されている。受風口６３１は、例えば、水平方向に１４０°の開口を有し、その中間には曲面を有する仕切り板６３３が設けられている。このような集風ダクト６３が全体で６つ配設されているので、全方位からの風を集めて後段に設置された可変翼機構６２に導くことができる。集風ダクト６３の１つで集風した風が一組の可変翼６５Ａ，６５Ｂに吹き付けられるので、可変翼６５Ａ，６５Ｂの受風圧力は極めて強いものになり、外輪ハブ６１を回転させる強力な回転力が得られる。
【００３３】
図１０は図４の風力発電装置３の可変翼風車６の正面図である。図１０においては回転リング１０の構成を分かりやすくするため、回転リング１０の前方の可変翼機構６２は図示していない。また、図１１は回転リング１０の詳細を示す斜視図である。回転リング１０は、可変翼６５Ａ，６５Ｂの内側（外輪ハブ６１の中心側）の近傍に至る長さの径を有する輪状の部材であり、外輪ハブ６１を挟んで上下に配置されて外輪ハブ６１の表裏にそれぞれネジ止め固定されている。回転リング１０を設けたことによって可変翼６５Ａと可変翼６５Ｂとの間に吹き込まれた風のうち、外輪ハブ６１の中心方向に向かおうとする風は可変翼６５Ａと可変翼６５Ｂの間の空間に閉じ込められるため、受風効率を高めることができる。尚、回転リング１０の形状は円筒形状に限定されるものではなく、他にも例えば、八角形等の外形を有するものであってもよい。
【００３４】
ここで、風力発電装置３を構成する可変翼風車６に代えて、図１２（平面図）及び図１３（正面図）に示す固定鋭角傾斜風車９を用いることもできる。固定鋭角傾斜風車９は、概略として、外輪ハブ６１と、補強リブ６４と、外輪ハブ６１の両面にねじ止めされた長板状の上下一対の固定翼（受風部材）９１Ａ，９１Ｂとを備えて構成されており、図５及び図７に示した可変翼６５Ａ，６５Ｂ、ワッシャ支持棒４０及び結合金具４１は用いられない。この固定翼９１Ａ，９１Ｂは、それぞれ水平方向に対する傾斜角６０°（開口の角度は１２０°）で外輪ハブ６１に取り付けられている。
【００３５】
［角錐型パドル風車の構成］
次に、角錐型パドル風車７の構成について説明する。図１４は角錐型パドル風車７の構成を示す平面図、図１５はその正面図、図１６（ａ）（ｂ）はその断面図である。尚、図１６（ｂ）は風が角錐型パドル７２の開口部の反対側から吹き付けられたときの動作状態を示している。角錐型パドル風車７は、概略として、回転中心に配置された発電機７０と、回転中心とされた発電機７０から放射状に設けられた複数（本実施形態では８本）のアーム７１と、アーム７１の各先端に設けられた角錐型のパドル７２と、パドル７２の背部に設けられた角錐型開閉弁７３とを備えて構成されている。ここで、パドル７２と角錐型開閉弁７３とにより受風部材が形成されている。尚、角錐型開閉弁７３は、図１５、図１６に示すように、角錐型パドル７２の一部として構成されるものであり、上部に設けられた蝶番７４によって角錐型パドル７２に揺動可能に取り付けられている。この構成により、開口部の方向から風７６を受けた場合には風圧によって角錐型開閉弁７３が押圧され、隙間なく風を受ける。一方、角錐型パドル風車７が風７６を受けて約９０°回転した位置に来ると、今度は風７６が角錐型パドル７２の開口部の反対側から吹き付けることとなるので、角錐型開閉弁７３は風圧により蝶番７４を軸に揺動し、揺動によって生じた隙間から風を逃がす。その結果、回転方向の風圧抵抗が軽減されることとなる。
【００３６】
［風杯型パドル風車８の構成］
次に、風杯型パドル風車８の構成について説明する。図１７は風杯型パドル風車８の構成を示す平面図、図１８はその正面図、図１９はその断面図である。尚、図１９（ｂ）は風が風杯型パドル風車８の開口部の反対側から吹き付けられたときの動作状態を示している。風杯型パドル風車８は、概略として、回転中心に配置された発電機８０と、回転中心とされた発電機８０から放射状に設けられた複数（本実施形態では８本）のアーム８１と、アーム８１の各先端に設けられたパドル８２と、パドル８２の背部に設けられた風杯型開閉弁８３とを備えて構成されている。ここで、集風ダクト６３によって風が吹き付けられる側にあるパドル８２と風杯型開閉弁８３とは、受風部材を形成している。尚、風杯型開閉弁８３は図１８、図１９に示すように上部が蝶番８４によって揺動可能に取り付けられており、上述した角錐型パドル風車７と同様の動作を行う。
【００３７】
〔複合型発電装置の動作〕
次に、複合型発電装置１００の動作について、太陽光発電パネル２０と風力発電装置３とに分けて説明する。太陽光発電パネル２０は、あるレベル以上の日照が得られると発電を行い得られた電力をバッテリーボックス４内の図示しない二次電池に蓄える。太陽の位置や時間等によって太陽光発電パネル２０に部分的に影が生じた場合でも反射ミラー兼集風板２２によって太陽光の照射が得られるので効率よく発電が行われる。
【００３８】
［太陽光発電パネル２０の動作］
太陽光発電パネル２０の下方側から台風や季節風等による強風や突風が吹き付けた場合には、図３に示すように、風抜き機構２１が開いて吹き込んだ強風や突風を逃がす。従って、台風や季節風等によって太陽光発電パネル２０，２０が持ち上げられたり、吹き飛ばされたりして損傷する等の事故が未然に防止される。
【００３９】
［風力発電装置３の動作］
次に、風力発電装置３の動作について説明する。まず、可変翼風車６を用いた風力発電装置３について説明する。図５に示すように、水平方向からの風７６は、この風７６の流れに対向するように配置された集風ダクト６３（図１、図２、図９参照）の受風口６３１に取り込まれる。集風ダクト６３はノズル部６３２に向かって狭くなっているため、風速が早まった状態で図５に示す可変翼機構６２の可変翼６５Ａ，６５Ｂに吹き付けられる。可変翼６５Ａ，６５Ｂは、集風ダクト６３からの風力が極めて少ないとき及び開口部とは反対側から風７７が吹き込まれた状態のときには、図６に示すように、開放角度調整板６８の外側に当接して約４０°の開角度になっており、また、集風ダクト６３からの風力が多いときには過剰開放防止板６７の内側に当接して９０°に近い開角度になっている。これにより、可変翼機構６２は集風ダクト６３からの風力及び風向に応じて可変翼６５Ａ，６５Ｂの開角度を変化させながら回転する。ここで、可変翼６５Ａ，６５Ｂは、ルーズホール６９に遊嵌されたワッシャ支持棒４０を支点にして図５に示す位置と図６に示す位置との間を上下動する。可変翼機構６２の回転数に応じて発電機６０が発電し、その発電出力によってバッテリーボックス４内のバッテリーが充電される。
【００４０】
ここで、可変翼機構６２が回転するとき、風７６が吹き付けられた可変翼６５Ａ，６５Ｂに対して反対側にある可変翼６５Ａ，６５Ｂは、その前方の一対の可変翼６５Ａ，６５Ｂを細い矢印（→）で示す方向に流れる風（空気）７７で押しながら時計方向へ回転することになり、いわゆる風圧抵抗が発生する。しかし、この部分における可変翼６５Ａ，６５Ｂは図６に示すように開角度が４０°程度になっており、風は可変翼６５Ａ，６５Ｂの上下にできた隙間を通過する。したがって、一対の可変翼６５Ａ，６５Ｂの前後の空間に存在する風７７は、可変翼機構６２の回転を弱めるような風圧抵抗を形成しないので、発電効率を向上させることができる。
【００４１】
［固定鋭角傾斜風車９の動作］
次に、図１２及び図１３に示される固定鋭角傾斜風車９を用いた風力発電装置３について説明する。集風ダクト６３（図２参照）の受風口６３１（図４参照）に取り込まれた風はその風速が早められ、図１２に示す固定鋭角傾斜風車９の固定翼（受風部材）９１Ａ，９１Ｂ（図１３参照）に吹き付けられる。この固定鋭角傾斜風車９では、固定翼９１Ａ，９１Ｂは可変翼風車６と異なって角度は固定（１２０°）であるが、集風ダクト６３のノズル部６３２から該ノズル部６３２に対向する固定翼９１Ａ，９１Ｂに吹き付けられた風の風力及び風量に応じた回転数で固定鋭角傾斜風車９が回転し、これに応じた発電出力が発電機６０によって得られ、その発電出力によってバッテリーボックス４内のバッテリーが充電される。
【００４２】
［角錐型パドル風車７の動作］
次に、角錐型パドル風車７を用いた風力発電装置３について図１４及び図１６を参照して説明する。この角錐型パドル風車７では、集風ダクト６３によって取り込まれた風が集風ダクト６３のノズル部６３２に対向して配置されたパドル７２及び角錐型開閉弁７３からなる受風部材に風７６として吹き付けられる（図１６（ａ）参照）。そして、その風７６の風力及び風量に応じた回転数で角錐型パドル風車７が回転し、この回転に応じた発電出力が発電機７０によって得られ、その発電出力によってバッテリーボックス４内のバッテリーが充電される。
【００４３】
ここで、図１４及び図１６（ａ）に示すように、ノズル部６３２から風７６が吹き付けられているパドル７２及び角錐型開閉弁７３に対し、その反対側に位置するパドル７２及び角錐型開閉弁７３では、前方のパドル７２及び角錐型開閉弁７３が風７７に逆らいながら図１４における時計方向に回転することになり、風圧抵抗を生じる。この風圧抵抗に対して角錐型開閉弁７３が機能することとなる。即ち、角錐型開閉弁７３は、風７７に対して図１６（ｂ）に示すように、蝶番７４を支点にして揺動してその自由端がパドル７２内に入り込むことで、パドル７２と角錐型開閉弁７３との間に隙間（図１６（ｂ）に示す通気口７５）を生じさせ、この通気口７５を介して風７７を通過させるので風圧抵抗が軽減されることになる。
【００４４】
［風杯型パドル風車８の動作］
次に、風杯型パドル風車８を用いた風力発電装置３について図１７及び図１９を参照して説明する。この風杯型パドル風車８では、集風ダクト６３によって取り込まれた風７６が集風ダクト６３のノズル部６３２に対向するパドル８２及び風杯型開閉弁８３からなる受風部材に対し、ノズル部６３２から図１７及び図１８（ａ）に示すように風７６が吹き付けられ、その風力及び風量に応じた回転数で風杯型パドル風車８が回転し、この回転に応じた発電出力が発電機８０によって得られ、その発電出力によってバッテリーボックス４内のバッテリーが充電される。
【００４５】
風杯型パドル風車８においても、図１７及び図１９（ａ）に示すように、ノズル部６３２から風７６が吹き付けられているパドル８２及び風杯型開閉弁８３に対し、その反対側にあるパドル８２及び風杯型開閉弁８３では風７７に逆らいながら図１７における時計方向に回転することになるので風圧抵抗を生じる。この風圧抵抗に対して風杯型開閉弁８３が機能することとなる。即ち、風杯型開閉弁８３は、風７７に対して、図１９（ａ）に示すように、蝶番８４を支点にして揺動し、パドル８２と風杯型開閉弁８３との間に隙間（図１９（ｂ）に示す通気口８５）を生じさせ、この通気口７５を介して風７７を通過させるので風圧抵抗が軽減される。
【００４６】
［第一の実施形態の効果］
本実施形態に係る複合型発電装置によれば、太陽光発電パネル２０は、下部の周縁に反射ミラー兼集風板２２を設けたことで、太陽光発電パネル２０の受光面の全域に太陽光を照射できるようになり、これによって発電効率を向上させることができる。
【００４７】
また、太陽光発電パネル２０に風抜き機構２１を設けたので太陽光発電パネル２０内の風圧を軽減でき、これにより太陽光発電パネル２０を強風や突風から保護することができるという効果がある。
【００４８】
さらに、太陽光発電パネル２０を傾斜角を設けて設置したので、太陽光発電パネル２０上に落下した落ち葉、黄砂等の砂塵は雨水で容易に洗い流され、また、積雪し難くなるという効果がある。
【００４９】
また、太陽光発電パネル２０を傾斜角を設けて設置したので、冬至や夏至の太陽の軌道の変化に対して全方位に受光できることによって受光効率が高められるという効果がある。そして、常に太陽光自動追尾装置の如くに機能し、どの方角からでも太陽光を受光して発電することができる。
【００５０】
一方、風力発電装置３は、可変翼風車６、角錐型パドル風車７、風杯型パドル風車８及び固定鋭角傾斜風車９の４種のうちの２種または２種以上を太陽光発電パネル２０の下部に上下に重ねた状態で配置したことにより、電力需要、コスト、耐久性、保守等、ユーザの要望に応じて多様な風車の組み合わせを採用できるという効果がある。
【００５１】
風力発電装置３に可変翼風車６を用いることで、その可変翼６５Ａ，６５Ｂの開角度を取り込んだ空気の風圧や風量に応じて、例えば４０〜８０°に可変できることにより、回転方向の風圧抵抗を低減できるという効果がある。
【００５２】
また、可変翼風車６においては、回転リング１０を設けたことにより、可変翼６５Ａ，６５Ｂに吹き付けられた風を可変翼６５Ａ，６５Ｂ内に閉じ込めることができるため、回転効率を上げることができるという効果がある。
【００５３】
さらに、風力発電装置３の風車として、角錐型開閉弁７３を備えた角錐型パドル風車７や風杯型開閉弁８３を備えた風杯型パドル風車８を用いることにより、風杯型パドル風車８内に生じる風圧抵抗を低減することができるという効果がある。
【００５４】
［第二の実施形態］
次に、第二の実施形態について説明する。図２０は本発明に係る複合型発電装置の第二の実施形態を示す斜視図である。本実施形態は第一の実施形態における角錐型パドル風車７におけるアーム７１、パドル７２、角錐型開閉弁７３及び蝶番からなる下段の風車機構７８Ｕ及び下段の風車機構７８Ｌを上下二段に設けたものであり、その他の構成は第一の実施形態と同様である。上段の風車機構７８Ｕは四つ、下段の風車機構７８Ｌは四つであるが、風車機構７８Ｕと風車機構７８Ｌとでは胴回り方向の角度が４５°ずれるように配設されている。風車機構７８Ｕ及び風車機構７８Ｌのそれぞれのアーム７１は発電機８０側がＬ字形状を成し、上側の風車機構７８Ｕと下側の風車機構７８Ｌとの間に距離ができるようにしている。
【００５５】
図２１は図２０に示す角錐型パドル７の動作を説明する図である。図２０に示すように、上側の風車機構７８Ｕと下側の風車機構７８Ｌは異なる高さ位置に配設されている。このため、図２１に示すように風７６は同時に複数の上側の風車機構７８Ｕと下側の風車機構７８Ｌに吹き付けられる。このように複数の上側の風車機構７８Ｕと下側の風車機構７８Ｌに同時に風７６が吹き付けられることにより、第一の実施形態に比べて見かけの受風面積が広くなることで回転力が強まり、これによって発電効率を高めることができるという効果がある。
【００５６】
［第三の実施形態］
次に、第三の実施形態について説明する。図２２は本発明に係る複合型発電装置の第三の実施形態を示す斜視図である。本実施形態は第一の実施形態における風杯型パドル風車８におけるアーム８１、パドル８２、風杯型開閉弁８３及び蝶番からなる上側の風車機構８６Ｕ及び下側の風車機構８６Ｌを上下二段に設けたものであり、その他の構成は第一の実施形態と同様である。上段の風車機構８６Ｕは四つ、下段の風車機構８６Ｌは四つであるが、上段の風車機構８６Ｕと下段の風車機構８６Ｌとでは胴回り方向の角度が４５°ずれるように配設されている。上側の風車機構８６Ｕ及び下側の風車機構８６Ｌのそれぞれのアーム８１は発電機８０側がＬ字形状を成し、上側の風車機構８６Ｕと下側の風車機構８６Ｌとの間に距離ができるようにしている。
【００５７】
図２３は図２２に示す風杯型パドル８の動作を説明する図である。図２０に示すように、上側の風車機構８６Ｕと下側の風車機構８６Ｌは異なる高さ位置に配設されている。このため、図２１に示すように風７６は同時に複数の上段の風車機構８６Ｕと下段の風車機構８６Ｌに吹き付けられる。このように複数の上側の風車機構８６Ｕ及び下側の風車機構８６Ｌに同時に風７６が吹き付けられることにより、第一の実施形態に比べて見かけの受風面積が広くなることで回転力が強まり、これによって発電効率を高めることができるという効果がある。
【００５８】
［第四の実施形態］
図２４は本発明に係る複合型発電装置の第二の実施形態を示す正面図である。本実施形態は、その用途を街路灯に特化したものであり、第一の実施形態で用いた太陽光発電装置２及び風力発電装置３をコンクリート柱等による街路灯柱２０１の上端に設置し、これらによって得られた電力を街路灯柱２０１の所定の高さ位置に道路側に向けて取り付けられ照明器具２００の電源にしたものである。街路灯に第一の実施形態に示した矢倉台１を用いた場合、矢倉台１が大きいために照明器具２００の照明光に影が生じやすく、また、道路を通行する人や車両の搭乗者にとって視界の妨げになる。そこで、本実施形態では柱状の街路灯柱２０１にしている。尚、照明器具２００は、例えば、所望の明るさが得られる数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて低消費電力に構成されている。
【００５９】
この第二の実施形態に係る複合型発電装置１００によれば、山間地等のように１００Ｖや２００Ｖの商用電源を容易に確保できない場合でも街路灯を設置することができる。さらに、商用電源の配電及び電柱が不要になるので、景観を良くすることができる。
【００６０】
尚、第二の実施形態において、太陽光発電装置２及び風力発電装置３の両方を設置せずにいずれか一方を街路灯柱２０１に搭載する構成にすることもできる。このような構成により、設置コストを低減することができる。
【００６１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。
【００６２】
例えば、上記各実施形態において、風力発電装置３における外輪ハブ６１の外径を大きくすることで、可変翼機構６２の一対の可変翼６５Ａ，６５Ｂの対数を多くすることができる。これによって可変翼機構６２の設置数を増加できる機構である。
【００６３】
また、上記各実施形態において、バッテリーボックス４を矢倉台１に設置したが、他の場所、例えば、上記した各種の栽培地、作業場所、各種センサの近傍等であってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１      矢倉台
２      太陽光発電装置
３      風力発電装置
４      バッテリーボックス
５      基礎
６      可変翼風車
７      角錐型パドル風車
８      風杯型パドル風車
９      固定鋭角傾斜風車
２０    太陽光発電パネル
２１    風抜き機構
２２    反射ミラー兼集風板（反射板）
２３    光発電モジュール
４０    ワッシャ支持棒
４１    結合金具
６０    発電機
６１    外輪ハブ（回転部材）
６２    可変翼機構
６３    集風ダクト
６４    補強リブ
６５Ａ  可変翼（受風部材）
６５Ｂ  可変翼（受風部材）
６７    過剰開放防止板
６８    開放角度調整板
６９    ルーズホール（開口溝）
７０    発電機
７１    アーム
７２    パドル
７３    角錐型開閉弁
７４    蝶番
７５    通気口
７６    風
７７    風
７８Ｕ  上側の風車機構
７８Ｌ  下側の風車機構
８０    発電機
８１    アーム
８２    パドル
８３    風杯型開閉弁
８４    蝶番
８５    通気口
８６Ｕ  上側の風車機構
８６Ｌ  下側の風車機構
９１Ａ  固定翼（受風部材）
９１Ｂ  固定翼（受風部材）
１００  複合型発電装置
２００  照明器具
２０１  街路灯柱
６１０  開口
６３１  受風口
６３２  ノズル部
６３３  仕切り板
【図１】
0005827006.tif 000002
【図２】
0005827006.tif 000003
【図３】
0005827006.tif 000004
【図４】
0005827006.tif 000005
【図５】
0005827006.tif 000006
【図６】
0005827006.tif 000007
【図７】
0005827006.tif 000008
【図８】
0005827006.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005827006.tif 000011
【図１１】
0005827006.tif 000012
【図１２】
0005827006.tif 000013
【図１３】
0005827006.tif 000014
【図１４】
0005827006.tif 000015
【図１５】
0005827006.tif 000016
【図１６】
0005827006.tif 000017
【図１７】
0005827006.tif 000018
【図１８】
0005827006.tif 000019
【図１９】
0005827006.tif 000020
【図２０】
0005827006.tif 000021
【図２１】
0005827006.tif 000022
【図２２】
0005827006.tif 000023
【図２３】
0005827006.tif 000024
【図２４】
0005827006.tif 000025