(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
係留索によって水底に係留された係留ブイと、
前記係留ブイに対し回転可能となるように当該係留ブイに係留されて水面に浮かぶ浮島と、
前記浮島の周囲の水面に並べられて互いに結合された複数の浮体式太陽電池パネルと、
前記浮島と前記複数の浮体式太陽電池パネルとを連結する連結索と、
を備える、浮体式太陽光発電システム。
【請求項２】
前記浮島を回転させるための推進力を発生させる推進装置を更に備える、請求項１に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項３】
前記推進装置は、前記浮島と連結され当該浮島から離れる方向へ延びる支持アームと、前記支持アームの先端に設けられたスクリュープロペラとを有している、請求項２に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項４】
前記支持アームが、前記スクリュープロペラを水面下の動作位置と水面上の退避位置との間で昇降させるように構成されている、請求項３に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項５】
昇降する前記スクリュープロペラと前記浮島及び前記複数の浮体式太陽電池パネルとの干渉を避けるために、前記スクリュープロペラの周りの囲いを更に備える、請求項４に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項６】
前記囲いは、ヒンジによって連結された３本の直線状枠部材からなる枠体であり、
前記枠体は、前記スクリュープロペラを囲うように当該枠体の両端が前記浮島に接続された状態から、囲っていた前記スクリュープロペラを露出させるように当該枠体の一端が前記浮島に接続された状態に展開可能であって、
前記複数の浮体式太陽電池パネルは前記浮島及び前記枠体と連結されており、一部分の前記複数の浮体式太陽電池パネルが前記枠体の展開に伴って余の部分から分離可能となるように、前記複数の浮体式太陽電池パネルが相互に結合されている、請求項５に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項７】
前記推進装置は、一部の前記複数の浮体式太陽電池パネルに設けられたスクリュープロペラを有する、請求項２に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項８】
前記推進装置の動力源が前記複数の浮体式太陽電池パネルで発電した電力である、請求項２〜７のいずれか一項に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項９】
前記推進装置が、補助的推進力を生じさせる風力推進機構を更に有する、請求項２〜８のいずれか一項に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項１０】
前記推進装置が、補助的推進力を生じさせる波浪推進機構を更に有する、請求項２〜９のいずれか一項に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項１１】
前記複数の浮体式太陽電池パネルの対面方角を太陽方角に追従させるように前記浮島を回転させるための推進出力と、当該推進出力を得るための前記推進装置の消費電力量と、前記複数の浮体式太陽電池パネルの対面方角を太陽方角に追従させることにより予測される発電量の増加分とを算出し、前記発電量の増加分が前記消費電力量を上回るときに前記推進出力を発生させ、前記発電量の増加分が前記消費電力量以下のときに前記推進出力を発生させないように前記推進装置を制御する制御装置を備えている、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項１２】
前記発電量の増加分が、現在から所定時間前の発電量の実績値に基づいて算出された太陽追従時の予測発電量及び太陽非追従時の予測発電量との差である、請求項１１に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項１３】
前記係留ブイが陸上の受電設備へ送電する送電ケーブルを保持しており、
前記送電ケーブルと前記複数の浮体式太陽電池パネルからの電力線とを接続するスイベルジョイントを更に備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項１４】
前記浮島に、前記複数の浮体式太陽電池パネルから出力された電力を集約してパワーコンディショナへ送る接続ユニット、及び、送られてきた直流電力を交流電力に変換する前記パワーコンディショナが設けられている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の浮体式太陽光発電システム。
【請求項１５】
前記複数の浮体式太陽電池パネルの隣接するパネル同士が、結合及び結合解除が可能な結合索により結合されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の浮体式太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水面に浮かぶ太陽電池パネル（以下、「ＰＶパネル（photovoltaic panel）」という）を備えた浮体式太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
注目されている再生可能エネルギーの中で、とりわけ、太陽光発電の利用が急伸している。しかしながら、設備容量（単位時間当たりの最大発電電力）の大きな太陽光発電システムを構築するために、ＰＶパネルを設置するための広大な土地を確保することが課題となっていた。そこで、近年では、湖沼、池、川などの水面をＰＶパネルの設置スペースとして利用した、浮体式太陽光発電システムが提案されている。浮体式太陽光発電システムは、ＰＶパネルの温度が低く保たれる点、ＰＶパネルが砂塵等で汚れ難い点、ＰＶパネルに影が差しにくい点などのメリットがある。
【０００３】
上記のような浮体式太陽光発電システムの一例が特許文献１に示されている。特許文献１に記載の水上太陽光発電装置は、水上浮体構造物に搭載された複数のＰＶパネルを備えた太陽光発電ユニットと、太陽光発電ユニットを太陽位置に追従するように回転させる回転機構とを備えている。上記水上浮体構造物は、長さ調節機構を有する軸状の係留支持体により水底に着底させたベース体に係留されており、水面上の定位置に浮いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２４３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の水上太陽光発電装置は、水上浮体構造物とベース体とが係留支持体によって接続されているため、比較的水深の浅い湖沼、池、川、ダムなどに水上浮体構造物を設置することはできるが、比較的水深の深い海洋に設置することはコスト面や技術面で実現が困難である。
【０００６】
また、特許文献１に記載の水上太陽光発電装置では、内層浮体の外周と外層浮体の内周とに形成された凹凸の螺旋条が螺合し、内層浮体の上昇運動が外層浮体の回転運動に変換されるように構成されている。このように外層浮体の中心部に回転力を作用させるため、外層浮体を回転させるために比較的大きな荷重が必要となり、外装浮体を大型化することが難しい。したがって、特許文献１に記載の技術では大規模な（即ち、設備容量の大きい）浮体式太陽光発電システムを実現することが困難である。
【０００７】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、湖沼、池、川、ダムなどに加えて、これらと比較して水深の深い海洋にも設置することが可能であって、発電効率の向上と大規模化とを実現可能な浮体式太陽光発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る浮体式太陽光発電システムは、
係留索によって水底に係留された係留ブイと、
前記係留ブイに対し回転可能となるように当該係留ブイに係留されて水面に浮かぶ浮島と、
前記浮島の周囲の水面に並べられて互いに結合された複数の浮体式ＰＶパネルと、
前記浮島と前記複数の浮体式ＰＶパネルとを連結する連結索と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
上記浮体式太陽光発電システムは、係留ブイが係留索により水底に係留されているため、湖沼、池、川、ダムなどに加えて、これらと比較して水深の深い海洋にも設置することが可能である。また、上記浮体式太陽光発電システムでは、浮島及び複数の浮体式ＰＶパネルから成る浮体構造物は、係留ブイを回転中心として回転可能に当該係留ブイに係留されている。よって、浮体式ＰＶパネルの対面方角が太陽方角に追従するように浮体式ＰＶパネルを回転させることが可能である。さらに、上記浮体式太陽光発電システムでは、浮体式ＰＶパネルの数を容易に増減させることができるので、浮体式太陽光発電システムの設備容量をフレキシブルに変化させることができる。そして、浮体式ＰＶパネルの数を増大することにより、大規模な（即ち、設備容量の大きい）システムを容易に実現することができる。
【００１０】
上記浮体式太陽光発電システムが、前記浮島を回転させるための推進力を発生させる推進装置を更に備えることがよい。この構成によれば、浮体式ＰＶパネルの対面方角が太陽方角に追従するように、浮体構造物を回転させることができる。
【００１１】
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記推進装置は、前記浮島と連結され当該浮島から離れる方向へ延びる支持アームと、前記支持アームの先端に設けられたスクリュープロペラとを有していることが望ましい。この構成によれば、スクリュープロペラと浮体構造物の回転中心とが離間され、より小さな推進力で浮体構造物を回転させることができる。よって、浮体式ＰＶパネルの数が増えることにより浮島及び複数の浮体式ＰＶパネルから成る浮体構造物が大型化しても、比較的小さな回転力で浮体構造物を回転させることができ、また、回転力が不足する場合にはスクリュープロペラの数を増加させて対処することができる。
【００１２】
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記支持アームが、前記スクリュープロペラを水面下の動作位置と水面上の退避位置との間で昇降させるように構成されていることが望ましい。この構成によれば、スクリュープロペラを水面上の退避位置へ移動させることによって、推進装置を動作させないときの水の抵抗力を軽減することができる。
【００１３】
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記スクリュープロペラの周りの囲いを更に備えることが望ましい。この構成によれば、昇降するスクリュープロペラと浮体構造物との干渉を避けることができる。
【００１４】
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記囲いは、ヒンジによって連結された３本の直線状枠部材からなる枠体であり、前記枠体は、前記スクリュープロペラを囲うように当該枠体の両端が前記浮島に接続された状態から、囲っていた前記スクリュープロペラを露出させるように当該枠体の一端が前記浮島に接続された状態に展開可能であって、前記複数の浮体式ＰＶパネルは前記浮島及び前記枠体と連結されており、一部分の前記複数の浮体式ＰＶパネルが前記枠体の展開に伴って余の部分から分離可能となるように、前記複数の浮体式ＰＶパネルが相互に結合されていてよい。この構成によれば、浮体構造物の曳航時に、囲いである枠体を展開させて、浮島が浮体構造物の外周に現れるように浮体構造物を変形させることができる。これにより、曳船と浮島とを曳航索で直接的に連結することが容易となり、曳船で浮島を直接的に牽引することができる。
【００１５】
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記推進装置は、一部の前記複数の浮体式ＰＶパネルに設けられたスクリュープロペラを有するものであってよい。この構成によれば、スクリュープロペラを浮体構造物の外層領域に配置することができ、より小さな推進力で浮体構造物を回転させることができる。
【００１６】
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記推進装置の動力源が前記複数の浮体式ＰＶパネルで発電した電力であることが望ましい。この構成によれば、外部から電力供給を受けずに推進装置を動作させることができる。
【００１７】
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記推進装置が、補助的推進力を生じさせる風力推進機構を更に有していてよい。さらに、上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記推進装置が、補助的推進力を生じさせる波浪推進機構を更に有していてよい。この構成によれば、風力推進機構や波浪推進機構から電力等を要しない推進力を得ることができ、推進装置の消費電力を削減することができる。
【００１８】
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記複数の浮体式ＰＶパネルの対面方角を太陽方角に追従させるように前記浮島を回転させるための推進出力と、当該推進出力を得るための前記推進装置の消費電力量と、前記複数の浮体式太陽電池パネルの対面方角を太陽方角に追従させることにより予測される発電量の増加分とを算出し、前記発電量の増加分が前記消費電力量を上回るときに前記推進出力を発生させ、前記発電量の増加分が前記消費電力量以下のときに前記推進出力を発生させないように前記推進装置を制御する制御装置を備えていることが望ましい。ここで、前記発電量の増加分が、現在から所定時間前の発電量の実績値に基づいて算出された太陽追従時の予測発電量及び太陽非追従時の予測発電量との差であってよい。この構成によれば、浮体式太陽光発電システムの出力を維持しつつ、システムを安定的且つ省電力で運用することができる。
【００１９】
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記係留ブイが陸上の受電設備へ送電する送電ケーブルを保持しており、前記送電ケーブルと前記複数の浮体式ＰＶパネルからの電力線とを接続するスイベルジョイントを更に備えることが望ましい。この構成によれば、浮体式ＰＶパネルからの浮体構造物上の電力線と陸上の受電設備に送電するための送電ケーブルとが回転可能に接続されるため、浮体構造物が送電ケーブルや係留索に阻害されることなく送電ケーブルに対して自在に回転することができる。
【００２０】
上記浮体式太陽光発電システムにおいて、前記浮島に、前記複数の浮体式ＰＶパネルから出力された電力を集約してパワーコンディショナへ送る接続ユニット、及び、送られてきた直流電力を交流電力に変換する前記パワーコンディショナが設けられていることが望ましい。この構成によれば、浮体式ＰＶパネルとタレットとの間に、浮体式ＰＶパネルで発電された電力を送電及び変換するための電力変換機器が集中配置されているため、これらの機器のメンテナンスがしやすく、更に、複数の浮体式ＰＶパネルからの浮体構造物上の電力線の配線長を短くすることができる。
【００２１】
上記浮体式太陽光システムにおいて、前記複数の浮体式太陽電池パネルの隣接するパネル同士が、結合及び結合解除が可能な結合索により結合されていることが望ましい。この構成によれば、複数の浮体式太陽電池パネルの中からメンテナンスが必要な浮体式太陽電池パネルのみを分離することができる。また、浮体式太陽電池パネルの数を増減することが容易となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る浮体式太陽光発電システムは、浮体式ＰＶパネルを含む浮体構造物を係留するための係留ブイが係留索により水底に係留されているため、湖沼、池、川、ダムなどに加えて、これらと比較して水深の深い海洋にも設置することが可能である。また、浮体式ＰＶパネルを含む浮体構造物が回転可能であるため、浮体式ＰＶパネルの対面方角が太陽方角に追従するように浮体構造物が回転させることが可能であり、発電効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る浮体式太陽光発電システムの概略構成を示す平面図である。
【図２】第１実施形態に係る浮体式太陽光発電システムの概略構成を示す側面図である。
【図３】浮体式太陽光発電システムの配線図である。
【図４】浮体構造物を曳航する過程を示す図である。
【図５】浮体構造物を並進移動させる過程を説明する図である。
【図６】制御装置による推進装置の制御ループを示すブロック図である。
【図７】推進力特性を示すグラフである。
【図８】不感帯幅と回転速度の関係を示すグラフである。
【図９】太陽光発電装置の出力と時刻の関係を示す図表である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る浮体式太陽光発電システムの概略構成を示す平面図である。
【図１１】第２実施形態に係る浮体式太陽光発電システムの概略構成を示す側面図である。
【図１２】曳航時の浮体構造物を示す平面図である。
【図１３】第３実施形態に係る浮体式太陽光発電システムの概略構成を示す平面図である。
【図１４】第３実施形態に係る浮体式太陽光発電システムの変形例を示す平面図である。
【図１５】風力推進機構を備えた浮体式太陽光発電システムの浮島の平面図である。
【図１６】風力推進機構を備えた浮体式太陽光発電システムの側面図である。
【図１７】波浪推進機構を備えた浮体式太陽光発電システムの平面図である。
【図１８】図１７に示す浮体式太陽光発電システムの側面図である。
【図１９】波浪推進機構の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１の概略構成を示す平面図、図２は図１に示す浮体式太陽光発電システム１の側面断面図、図３は浮体式太陽光発電システム１の配線図である。図１及び図２に示す浮体式太陽光発電システム１は、水面に浮かぶ浮体構造物５と、浮体構造物５に搭載された太陽光発電装置１０と、浮体構造物５を水面の所定位置に係留させる係留装置２０と、浮体構造物５を太陽の動き（方位）に追従して回転させる推進装置３０と、浮体式太陽光発電システム１の動作を司る制御装置４０とを概ね備えている。なお、本実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１は海洋に設置されているが、浮体式太陽光発電システム１は湖沼、池、川、ダムなどに設置されてもよい。
【００２５】
図１〜３に示すように、浮体式太陽光発電システム１は、陸上に設置された受電設備２と送電ケーブル３によって接続されている。送電ケーブル３は、水底に敷設または埋設された電力用及び／又は通信用の伝送路を形成する少なくとも１以上のケーブルから成る。浮体式太陽光発電システム１で発電された電力は、送電ケーブル３を通じて受電設備２へ送電され、受電設備２から送電系統へ送電される。以下、浮体式太陽光発電システム１の構成要素について詳細に説明する。
【００２６】
まず、太陽光発電装置１０について説明する。図１〜３に示すように、太陽光発電装置１０は、太陽光エネルギーを直流の電気エネルギーに変換する複数のＰＶパネル１１と、ＰＶパネル１１で発電された電力を集電し送電系統に対応した状態にして送電ケーブル３へ送り出すための電力変換機器から成る。この電力変換機器には、複数のＰＶパネル１１からの複数の出力配線を一本にまとめてパワーコンディショナ１４に送る接続ユニット１３と、送られてきた直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ（インバータ）１４と、パワーコンディショナ１４で交流に変換された電気を送電系統に適合する電圧へ昇圧するトランス１５とが含まれている。ここで、接続ユニット１３には、複数のＰＶパネル１１からの配線をまとめる複数の接続箱１３ａと、複数の接続箱１３ａからの電気を集約してパワーコンディショナ１４へ送電する集電盤１３ｂとが含まれている。
【００２７】
次に、浮体構造物５について説明する。浮体構造物５は、浮力により水面に浮かぶ浮島５１と、浮島５１に連結索５３によって連結されたＰＶパネル群５２などから成る。ＰＶパネル群５２は、浮島５１の周囲の水面に並べられて互いに結合された複数の浮体式ＰＶパネル１１から成る。
【００２８】
浮島５１は円盤状であって、内周部に円筒状のタレット部２１が一体的に形成されている。但し、円筒状のタレット部２１と円盤状の浮島５１の本体部とが接合されることにより、浮島５１が形成されていてもよい。浮島５１の上部に接続ユニット１３、パワーコンディショナ１４、及びトランス１５が配置されている。本実施形態では、送電ロスを低減するために、浮体構造物５に接続ユニット１３と複数のパワーコンディショナ１４とトランス１５とを設置し、太陽光発電装置１０で発電された電力をトランス１５で昇圧したうえで陸側の受電設備２へ送電する。但し、パワーコンディショナ１４及びトランス１５を浮体構造物５ではなく受電設備２に設置して、接続ユニット１３から送電ケーブル３を通じて受電設備２へ送電し、この受電設備２に設けたパワーコンディショナ１４で交流に変換しトランス１５で昇圧して送電系統へ送電するようにしてもよい。或いは、トランス１５を浮体構造物５ではなく受電設備２に設置して、パワーコンディショナ１４から送電ケーブル３を通じて受電設備２へ送電し、この受電設備２に設けたトランス１５で昇圧して送電系統へ送電するようにしてもよい。
【００２９】
浮島５１には、更に、浮体式太陽光発電システム１の制御を司る制御装置４０と、ＰＶパネル１１が対面する方角（以下、「ＰＶパネル対面方角」という）を計測する電子コンパス４１などの計測機器と、推進装置３０などの補機へ電力を供給するための補機用トランス４３とが設置されている。
【００３０】
ＰＶパネル群５２は、水面に浮かぶ複数のＰＶパネル１１（即ち、浮体式ＰＶパネル）が浮島５１の周囲に並べられた状態に結合されたものである。このようなＰＶパネル群５２の一態様として、本実施形態に係るＰＶパネル群５２は、浮島５１の周囲に並べられた複数の太陽電池アレイ１１０が結合索５４で筏状に結合されて成る。結合索５４は結合及び結合解除とが可能であって、例えば、ワイヤやロープ、チェーンなどのうち１つ以上が用いられる。太陽電池アレイ１１０の各々は、直列に配列及び配線された複数のＰＶパネル１１から構成されている。なお、本実施形態に係るＰＶパネル１１の各々は、ＰＶパネル本体とその架台となるフロート（図示略）とから成る浮体式ＰＶパネルとして構成されている。但し、複数のＰＶパネル１１に跨って１つのフロートが設けられていてもよい。
【００３１】
ＰＶパネル群５２に含まれるＰＶパネル１１の数は、浮体式太陽光発電システム１の設備容量及び設置面積に対応して増減することができる。複数のＰＶパネル１１は結合索５４で結合されているので、ＰＶパネル１１の数の増減を比較的容易に行うことができる。また、複数のＰＶパネル１１の中からメンテナンスが必要なパネルのみを分離することができる。また、浮体式太陽光発電システム１の設置場所の形状に応じてＰＶパネル１１の配置を適宜調整することが可能である。原則として、浮体構造物５が平面視円形状となるようにＰＶパネル群５２が組まれていることが望ましいが、設置場所の形状に応じて浮体構造物５が平面視楕円形、多角形などとなるようにＰＶパネル群５２が組まれていてもよい。
【００３２】
ＰＶパネル群５２に含まれるＰＶパネル１１の各々は、本実施形態では水平から５〜７°傾いている。換言すれば、ＰＶパネル１１の仰角は５〜７°である。但し、ＰＶパネル１１の仰角は浮体式太陽光発電システム１が設置される緯度に応じて適宜選択されることが望ましい。また、ＰＶパネル１１の仰角を可変とする機構を当該ＰＶパネル１１に備えて、緯度や太陽高度に応じてＰＶパネル１１の仰角が調整されてもよい。
【００３３】
連結索５３は、浮島５１とＰＶパネル群５２とを連結する連結手段である。本実施形態に係る浮体構造物５では、概ね環状に組まれたＰＶパネル群５２の内周と浮島５１の外周とが連結索５３によって連結されている。連結索５３と浮島５１又はＰＶパネル群５２との接続を解除することによって、浮島５１とＰＶパネル群５２との連結の一部又は全部を解除することが可能である。
【００３４】
上記構成の浮体構造物５は、中心に最小限の設備を搭載した浮島５１が配置され、その周囲にＰＶパネル群５２（複数の浮体式ＰＶパネル１１）が連結された構成であるため、ＰＶパネル１１の受光面積（即ち、設備容量）を維持しつつ浮体構造物５をより小型化することが可能である。浮体構造物５が小型化できれば、浮体構造物５を回転させるための推進力が小さくなり、浮体式太陽光発電システム１の消費電力を削減することができる。そして、ＰＶパネル１１とタレット部２１との間の浮島５１に、ＰＶパネル１１で発電された電力を送電及び変換するための電力変換機器（接続ユニット１３、パワーコンディショナ１４、及びトランス１５）が集中配置されるため、これらの機器のメンテナンスがしやすく、更に、浮体構造物５上のＰＶパネル１１からの電力線の配線長を短くすることができる。
【００３５】
続いて、係留装置２０について説明する。係留装置２０は、水底に係留索２５により係留された係留ブイ２２と、浮島５１に設けられたタレット部２１と、係留ブイ２２に対しタレット部２１を回動自在とするベアリング２３と、送電ケーブル３とＰＶパネル１１からの電力線とを接続するスイベルジョイント２４と、タレットブレーキ２６とを備えている。
【００３６】
係留ブイ２２は略円筒形であり、この円筒の内部に送電ケーブル３が導入されている。送電ケーブル３は係留ブイ２２に保持されている。また、係留ブイ２２の底部には複数の係留索２５が接続されている。係留索２５はチェーン又はワイヤなどであり、係留索２５の一端は水底に着底したアンカーに固定されている。これらの係留索２５により、係留ブイ２２は水面付近の所定位置に拘束されている。係留索２５の長さを変化させることによって、水深20m程度の浅い水域から水深2,000m近い深い水域まで幅広い水深の水域に係留ブイ２２を係留することができる。
【００３７】
浮島５１に設けられたタレット部２１は円筒形状であって、この円筒内が係留ブイ２２を収容するキャビティ２１ａとなっている。タレット部２１のキャビティ２１ａに係留ブイ２２が収容されることにより、浮島５１は係留ブイ２２に対し回転可能となるように当該係留ブイ２２に係留されている。タレット部２１と係留ブイ２２との間には、少なくとも１つのベアリング２３が設けられており、係留ブイ２２に対しタレット部２１を含む浮島５１は自在に回転することができる。
【００３８】
タレット部２１と係留ブイ２２とに跨って、スイベルジョイント２４が設けられている。スイベルジョイント２４は、ＰＶパネル１１で発電された電力を送る浮体構造物５上の電力線と送電ケーブル３とを互いに自由に回転できるように接続する、電気スイベル機構である。本実施形態に係るスイベルジョイント２４は、係留ブイ２２の上部に設けられたスリップリング２４ａと、タレット部２１の内周側上部に設けられたブラシ２４ｂとで構成されている。ブラシ２４ｂはタレット部２１の回転に伴ってスリップリング２４ａの周りを自由に回転することができる。スリップリング２４ａは送電ケーブル３と接続されており、ブラシ２４ｂは浮体構造物５上の電力線（具体的には、トランス１５からの電力線）と接続されている。上記構成のスイベルジョイント２４において、スリップリング２４ａとブラシ２４ｂとが接触することにより、浮体構造物５上の電力線と送電ケーブル３とが電気的に接続され、ＰＶパネル１１で発電された電気が送電ケーブル３へ送給される。但し、スイベルジョイント２４は上記構成に限定されない。
【００３９】
上記のようなタレット部２１と係留ブイ２２、並びにスイベルジョイント２４を備える係留装置２０は、いわゆる、タレット式係留装置と呼ばれる。この係留装置２０によって、浮体構造物５は係留索２５や送電ケーブル３に対し回転自在となっている。なお、係留ブイ２２に対する浮体構造物５の回転範囲が制限可能な場合（例えば、３６０°以内）には、可撓性の送電ケーブル３を用いることによってスイベルジョイント２４を省略することもできる。
【００４０】
係留ブイ２２に対するタレット部２１の回転運動を制動するために、タレットブレーキ２６が設けられている。タレットブレーキ２６は、電源遮断時も制動力を発揮できるように、機械的制動機構として構成されている。タレットブレーキ２６は、例えば、係留ブイ２２に圧接するようにタレット部２１に設けられたブレーキシュー、タレット部２１に圧接するように係留ブイ２２に設けられたブレーキシュー、又はこれらの組み合わせである。但し、タレットブレーキ２６の具体的構造は上記に限定されない。また、タレットブレーキ２６を回生ブレーキとして構成することもでき、この場合、タレットブレーキ２６を動作させて浮体構造物５が惰走している間に回生ブレーキで発電することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態に係る係留装置２０は、浮体構造物５を係留装置２０から切り離すことのできる、切り離し型係留装置である。係留ブイ２２と、浮体構造物５とが切り離し可能であることによって、浮体式太陽光発電システム１の設置時や移設時に、係留ブイ２２が設置された水上に浮体構造物５を搬送して組み付けることができ、浮体式太陽光発電システム１の設置が容易となる。さらに、台風や嵐が接近した際など水面の荒れが予測される場合、冬場の水面凍結時、及び、メンテナンス時などには、係留ブイ２２から浮体構造物５を切り離して、浮体構造物５を曳船５５で曳航して別の場所へ迅速に移動させることができる。
【００４２】
なお、浮体構造物５を曳航する際には、まず、図４（ａ）に示すように、曳船５５と浮島５１とを曳航索５６で連結する。次に、図４（ｂ）に示すように、係留ブイ２２を水中に沈めて、タレット部２１と係留ブイ２２とを切り離す。続いて、図４（ｃ）に示すように、係留ブイ２２とタレット部２１とを連結している連結索２７をタレット部２１から切り離し、連結索２７にブイ２８を取り付ける。このようにして、タレット部２１を含む浮体構造物５と係留ブイ２２とが切り離され、浮体構造物５を曳船５５で牽引して目的の位置まで曳航することができる。なお、浮体構造物５を曳航する際には、相互に接続されたＰＶパネル１１を移動したり分断したりすることにより幾つかのグループに分割して、グループ単位で曳航することもできる。
【００４３】
また、図５（ａ）に示すように、係留ブイ２２と係留索２５との接続部にウインチ２９を設け、ウインチ２９で係留索２５を巻き取ることにより当該係留索２５の長さを調整できるようにすることが望ましい。例えば、浮体式太陽光発電システム１を湖沼などに設置する場合には、周囲の樹木や建造物によりＰＶパネル群５２に影が差すことが想定される。このような場合には、図５（ｂ）に示すように、係留索２５の長さを調整することにより浮体構造物５を水面で並進移動させて、ＰＶパネル群５２を影から退避させることができる。その他、湖沼の清掃やダム湖の浚渫の際などに、送電ケーブル３に支障が無い範囲で浮体構造物５を作業船から離すためにも、浮体構造物５を水面で並進移動させることができる。
【００４４】
続いて、推進装置３０について説明する。推進装置３０は、少なくとも２つのスクリュープロペラ３１を備えている。２つのスクリュープロペラ３１は、平面視において、浮島５１の回転中心を対称の中心として点対称に配置されている。３以上のスクリュープロペラ３１が設けられる場合には、浮島５１の回転中心を中心として、１周が等分割されるように３以上のスクリュープロペラ３１が円周方向に並べて配置されることが望ましい。
【００４５】
スクリュープロペラ３１は、浮島５１と連結され且つ浮島５１から離れる方向へ延びる支持アーム３２の先端に設けられている。このように、スクリュープロペラ３１を浮島５１の回転中心から離間させることで、より小さな推進力で浮体構造物５を回転させることができる。
【００４６】
スクリュープロペラ３１の駆動部（図示略）は浮島５１に設置された補機用トランス４３と配線で接続されており、各スクリュープロペラ３１を駆動するために太陽光発電装置１０で発電した電力が用いられる。但し、太陽光発電装置１０の発電量が少ないとき（夜間や悪天候時）には、系統電力がスクリュープロペラ３１を駆動するために用いられる。なお、送電系統に接続しない状態で推進装置３０を駆動する場合には、パワーコンディショナ１４として自律運転可能なものが用いられる。回転するスクリュープロペラ３１は、当該スクリュープロペラ３１の回転軸方向に浮体構造物５を推進する力を生じさせる。この推進力により、浮体構造物５はタレット部２１（係留ブイ２２）を回転中心として水平面内で回転する。浮体構造物５の回転は、ＰＶパネル対面方角を太陽方角に追従させるとき、ＰＶパネル対面方角を復帰させるとき、インストール時に浮島５１の位置を微調整するときなどに行われる。
【００４７】
上記の通り、推進装置３０の構成要素は浮島５１に集約されており、更に、浮島５１とＰＶパネル群５２とが一体的に回転する。従って、ＰＶパネル１１を個々に動作させる場合と比較して、推進装置３０の構成要素の数を低減することができ、故障数の低減及び推進装置３０のメンテナンス性の向上を図ることができる。
【００４８】
推進装置３０の動作は、制御装置４０により制御されている。制御装置４０は、いわゆるコンピュータであって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｆ、Ｉ／Ｏなどを備えている。ＲＯＭやコンピュータと接続された外部記憶装置には、制御装置４０で行われる演算に使用される情報が格納されている。また、ＣＰＵが実行するプログラムはコンピュータ読取可能な記憶媒体に保存されており、この記憶媒体からＲＯＭにインストールされる。制御装置４０では、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとＣＰＵ等のハードウェアとが協働することにより、後述するような推進装置３０の制御に係る処理を含む浮体式太陽光発電システム１の制御に係る処理を行うように構成されている。なお、制御装置４０は単一のＣＰＵにより各処理を実行してもよいし、複数のＣＰＵ或いはＣＰＵと特定の回路の組み合わせにより処理を実行してもよい。
【００４９】
一般に、ＰＶパネル対面方角を太陽方角に常時追従させれば、太陽光発電装置１０の発電効率を高めることができる。しかしながら、浮体式太陽光発電システム１では、波浪により浮体式ＰＶパネル１１が揺動し、システムの最大出力が随時変動する。そのため、ＰＶパネル対面方角を太陽方角に追従させるように推進装置３０を連続的又はほぼ連続的に稼働させることは、推進装置３０の消費電力量の増大に繋がり、システム全体での発電効率からみれば最適な運用とは言えない。そこで、制御装置４０は、浮体式太陽光発電システム１を安定的且つ省電力量で運用するために、システム全体としての出力が低下しないように推進装置３０の動作を制御する。
【００５０】
ここで、制御装置４０による推進装置３０の制御について説明する。図６は、制御装置４０による推進装置３０の制御ループを示すブロック図である。制御装置４０は、日中（日出から日没まで）に、所定時間（例えば、３０分）が経過したことをトリガとして、この制御ループを実行する。図６に示すように、制御ループは、太陽方角を推定する第１演算部（Ｓ１）と、ＰＶパネル対面方角と太陽方角との方角誤差を算出する第２演算部（Ｓ２）と、ＰＶパネル対面方角が太陽方角に追従するように浮体構造物５を回転させるための推進出力（出力目標値）を算出する第３演算部（Ｓ３）と、所定条件に応じて推進装置３０の駆動が抑制されるような出力補正値を算出する第４演算部（Ｓ４）と、出力補正値を指令信号として推進装置３０へ出力する制御部（Ｓ５）とを含んでいる。以下、この制御ループの処理について詳細に説明する。
【００５１】
先ず、制御装置４０の第１演算部（Ｓ１）は、日時と予め設定された経緯度とを取得し、これらの情報を用いて太陽方角を推定する。ここで浮体構造物５は係留装置２０で係留されていることから、浮体構造物５の経緯度は不変と考え、経緯度はプリセット値を用いる。また、日時はインターネット時刻サーバなどの時刻とカレンダーとから取得する。制御装置４０は、次式［数１］を用いて、太陽方角を算出し、算出された値に基づいて太陽方角を推定する。
【００５２】
【数１】
0006440388.tif 000002
【００５３】
上記[数１]において、Azは北からの太陽方角、zは太陽天頂角（太陽天頂角z＝９０−太陽高度）、Latは観測地点の緯度、Dは観測地点の太陽視赤緯、SHAは観測時の時角をそれぞれ表している。太陽視赤緯Dと時角SHAは経緯度と日時から一意に定まる値である。経緯度と日時から太陽視赤緯Dと時角SHAとを定める情報（演算式、テーブル、グラフなど）は、予め制御装置４０に記憶されている。制御装置４０で上記演算を行うことにより、高価なＧＰＳシステムを用いることなく、太陽方角を推定することができる。推定された太陽方角は、指令方角ではなく「目標方角」とされる。
【００５４】
次に、制御装置４０の第２演算部（Ｓ２）は、目標方角と電子コンパス４１で測定された方角測定値との方角誤差（角度差）を算出する。電子コンパス４１で測定された方角測定値は、即ち、浮体式ＰＶパネル対面方角である。なお、地磁気は北極ではなく北磁極に向かうため、方角誤差算出時には補正を加える必要がある。例えば、出願時の東京では、地磁気の示す北は北極点の方角より西に７度ほどズレているため、このズレが補正された方角誤差を算出する。
【００５５】
続いて、制御装置４０の第３演算部（Ｓ３）は、算出した方角誤差を用いて推進出力の出力目標値を算出する。制御装置４０は、図７に例示されるような推進力の特性を示すグラフを用いて、方角誤差に基づいて推進力を求め、求めた推進力とスクリュープロペラ３１の性能とに基づいて出力目標値を算出する。
【００５６】
図７は、推進力の特性を示すグラフであって、縦軸が推進力を横軸が方角誤差をそれぞれ示している。このグラフにおいて方角誤差が負の場合は、目標方角よりもＰＶパネル対面方角が平面視において反時計方向にズレている状態を表している。また、このグラフにおいて推進力が負の場合は、平面視において浮体構造物５を時計回りに回転するように推進装置３０を駆動することを表している。
【００５７】
推進力の特性を示すグラフには不感帯が設けられている。上記不感帯は、推進装置３０を停止したあとも浮体構造物５が惰走すること、推進装置３０を頻繁に稼働することによる電力消費量増大を回避すること、を考慮して設定されている。
【００５８】
上記不感帯において、方角誤差が負のときの不感帯を前不感帯、方角誤差が正のときの不感帯を後不感帯としたときに、後不感帯の幅が前不感帯の幅よりも広く設定されている。これは、推進装置３０を、浮体構造物５を太陽の移動方向に対して逆転させるように動作させることによる電力消費を回避するためである。
【００５９】
更に、上記不感帯の幅は、浮体構造物５の回転が水流から受ける影響を考慮して、浮体構造物５の回転速度に基づいて決定されている。次式［数２］は、浮体構造物５の惰走角度を推定する惰走角度推定式である。［数２］に示す惰走角度推定式において、θは惰走角度［rad］、ω0は初期回転速度［rad/s］、Ｔは流体による抵抗［Nm］、Ｍは回転質量［kgm2］、Ｃは定数［Nms］である。
【００６０】
【数２】
0006440388.tif 000003
【００６１】
［数２］に示すように、水流により浮体構造物５に作用する抵抗はおよそ流速に比例するため、浮体構造物５の回転速度（ω0）と惰走角度（θ）は正比例になると考えられる。よって、不感帯幅も浮体構造物５の回転速度に対して正比例することが望ましい。そこで、図８に示すように、浮体構造物５の回転速度の増大に伴って前不感帯の幅が広くなるように、前不感帯が定められている。なお、図８は不感帯幅と回転速度の関係を示すグラフであり、縦軸が前不感帯の不感帯幅、横軸が浮体構造物５の回転速度を示している。このグラフによれば、方角誤差が十分に小さい場合には、推進力（即ち、出力目標値）はゼロとなる。ここで、十分に小さい方角誤差とは、例えば、ＰＶパネル対面方角と太陽方角とが一致している場合と比較して最大出力の低下を１％以下とするときの方角誤差（およそ±８°）と定めることができる。
【００６２】
続いて、制御装置４０の第４演算部（Ｓ４）は、出力目標値に基づいて、後述する所定条件に応じて推進装置３０の駆動が抑制されるような出力補正値を算出する。そして、制御装置４０の制御部（Ｓ５）は、出力補正値を推進装置３０へ指令信号として出力する。出力補正値を受けた推進装置３０は、出力補正値と対応する動作を次のトリガまで継続して行う。
【００６３】
ここで、出力補正値の算出方法について詳細に説明する。出力補正値は、正の推進量（即ち、太陽方角に追従して西向きに回転する）、及び、ゼロ（即ち、現在の位置で停止する）のうち、所定条件に応じて選択された一つである。つまり、出力補正値を算出することは、推進装置３０の運転方法を決定することに相当する。
【００６４】
現在から所定時間が経過するまでの間（即ち、今回の制御ループのトリガｎから次のトリガｎ＋１までの間）の太陽光発電装置１０の発電量が推進装置３０で出力目標値に相当する推進出力を得るための電力消費量よりも小さい場合は、推進装置３０を稼働するとシステム全体の出力が却って低下する。例えば、悪天候時などは、太陽光発電装置１０の発電量は推進装置３０の電力消費量よりも小さいことがある。また、例えば、太陽高度が低いときは、ＰＶパネル対面方角を太陽方角に追従させても太陽光発電装置１０の発電量が殆ど変化しないため、現在のＰＶパネル対面方角を維持するほうがシステム全体の消費電力を抑えることができる。そこで、出力補正値は、今回の制御ループのトリガｎから次のトリガｎ＋１までの間にＰＶパネル対面方角を太陽方角に追従させることによる効果と推進装置３０の消費電力量との関係から、システム全体としての出力の低下が見込まれる場合には推進装置３０の駆動を抑制するような値となっている。
【００６５】
図９は、太陽光発電装置１０の出力（発電電力）と時刻の関係を示す図表である。この図表において、縦軸は太陽光発電装置１０の出力を表し、横軸は時刻を表している。また、この図表において、実線はＰＶパネル対面方角を常に太陽方角に追従して回転移動させた場合（以下、「太陽追従時」という）の太陽光発電装置１０の理論出力を表し、鎖線はＰＶパネル対面方角をトリガｎ（現在）の時点のＰＶパネル対面方角で固定した場合（以下、「太陽非追従時」という）の太陽光発電装置１０の理論出力を表している。太陽追従時にはＰＶパネル対面方角と太陽方角とがほぼ一致するので、太陽非追従時と比較して太陽光発電装置１０の理論出力が大きい。
【００６６】
図９の図表において、トリガｎ−１からトリガｎ（現在）までの太陽追従時の理論発電量ＰIが棒で示され、その棒内にトリガｎ−１からトリガｎまでの発電量の実績値ＰRが斜線で示されている。なお、理論発電量とは、経緯度、日時、ＰＶパネル対面方角、ＰＶパネルの仕様から算出される発電量の理論値である。ここで、トリガｎ−１からトリガｎまでの太陽追従時の理論発電量ＰIに対する発電量の実績値ＰRの割合を効率αとする。具体的には、効率αは、トリガｎ−１からトリガｎまでの発電量の実績値ＰRを、トリガｎ−１からトリガｎまでの太陽追従時の理論発電量ＰIで除した値である（α＝ＰR／ＰI）。この効率αは、雨天・曇天などの悪天候や、ＰＶパネル１１の塵埃による汚損や汚濁などによる太陽光発電装置１０の出力の低下分の実績値を示している。
【００６７】
また、図９の図表において、トリガｎからトリガｎ＋１までの太陽追従時の理論発電量ＰImが棒で示され、その棒内に太陽追従時の予測発電量Ｐmと、太陽非追従時の理論発電量ＰIfと、太陽非追従時の予測発電量Ｐfとが示されている。なお、予測発電量とは、天候やＰＶパネルの表面汚濁などを考慮し、効率αに基づいて見積もられた発電量である。太陽追従時の予測発電量Ｐmは、トリガｎ−１からトリガｎ＋１まで効率αが維持されると仮定して、トリガｎからトリガｎ＋１までの太陽追従時の理論発電量とαとを掛けあわせて算出されたものである（Ｐm＝α×ＰIm）。同様に、太陽非追従時の予測発電量Ｐfは、トリガｎからトリガｎ＋１までの太陽非追従時の理論発電量ＰIfとαとを掛けあわせて算出されたものである（Ｐf＝α×ＰIf）。
【００６８】
制御装置４０には、図９に示すような太陽追従時と太陽非追従時の各々の太陽光発電装置１０の理論出力の時系列変化と、トリガｎ−１からトリガｎまでの発電量の実績とが記憶されており、制御装置４０は、これらの情報と出力目標値とに基づいて出力補正値を算出する。制御装置４０は、出力補正値を算出するにあたり、先ず、効率αを算出し、トリガｎからトリガｎ＋１までの太陽追従時の予測発電量Ｐm及び太陽非追従時の予測発電量Ｐfを算出し、これらの発電量の差ΔＰ（ΔＰ＝Ｐm−Ｐf）を算出する。差ΔＰは、ＰＶパネル対面方角を太陽方角に追従させることによる効果を表している。続いて、制御装置４０は、推進装置３０において出力目標値（推進力）を出力するときの予測消費電力量Ｗを算出する。予測消費電力量Ｗは、予め制御装置４０に記憶された予測消費電力量算出のための情報（式、テーブル、又はマップなど）を用いて求められる。
【００６９】
そして、制御装置４０は、算出した予測消費電力量Ｗと差ΔＰを比較することにより、出力補正値を決定する。ここで、制御装置４０は、予測消費電力量Ｗが差ΔＰ以上のときには（ΔＰ≦Ｗ）、出力補正値をゼロと算出する。また、制御装置４０は、予測消費電力量Ｗよりも差ΔＰが大きいときには（ΔＰ＞Ｗ）、出力目標値を出力補正値と算出する。なお、制御装置４０よりゼロの出力補正値信号を受けた推進装置３０は停止するが、この間、タレットブレーキ２６を動作させて水流によりＰＶパネル対面方角が変化しないようにすることが望ましい。
【００７０】
以上説明した通り、制御装置４０は、ＰＶパネル対面方角を太陽方角に追従させるように浮体構造物５を回転させるために必要な推進出力（出力目標値）と、この推進出力を得るための推進装置３０の消費電力量（予測消費電力量Ｗ）と、ＰＶパネル対面方角を太陽方角に追従させるときの予測発電量の増加分（差ΔＰ）とを求め、予測発電量の増加分が推進装置３０の消費電力量を上回るときにのみ推進出力を発生させ、それ以外では推進出力を発生させないように推進装置３０を制御する。このような推進装置３０の制御により、浮体式太陽光発電システム１の出力を維持しつつ、システムを安定的且つ省電力で運用することができる。加えて、ＰＶパネル対面方角を太陽方角に追従させるときには、太陽光発電装置１０の発電効率を向上させることができる。
【００７１】
上述の通り、制御装置４０は、日中は、浮体構造物５を西向きに回転させるように推進装置３０を動作させる。一方、制御装置４０は、夜間は、翌日の太陽の上る方角とＰＶパネル対面方角とが一致するまで浮体構造物５を東向き又は西向きに回転させるように推進装置３０を動作させる。ここで、夜間の浮体構造物５の回転方向は、季節によって西向きと東向きとで反転させる。原則として、春分から秋分までの半年間は浮体構造物５を西向きに回転させ、秋分から春分までの半年間は浮体構造物５を東向きに回転させる。但し、太陽が低い時間帯には推進装置３０が稼働しないので、夜間に浮体構造物５を東向きに回転させる期間は秋分から春分までの半年間よりも長いことが望ましい。このようにして、夜間の浮体構造物５の回転角度を極力小さくすることで、推進装置３０の消費電力を抑えることができる。
【００７２】
また、水面が凍結した状態で浮体構造物５を回転させると、ＰＶパネル１１を結合している結合索５４に過大な負荷が掛かる。そこで、ＰＶパネル群５２に少なくとも１つの振動センサを設けるとともに、浮島５１に温度センサを設けて（いずれも図示せず）、これらのセンサの出力に応じて制御装置４０が推進装置３０の動作を制御するように構成することができる。なお、振動センサでは浮体式ＰＶパネル１１が振動するか否かを検出し、温度センサでは浮島５１の周囲の気温を検出する。そして、制御装置４０は、浮体式ＰＶパネル１１の振動幅が殆ど振動していないと見做せる程度に十分に小さく、且つ、浮島５１の周囲の気温が氷点下の場合に、水面が凍結していると推定し、推進装置３０を稼働させないように推進装置３０を制御する。
【００７３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図１０は本発明の第２実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１Ａの概略構成を示す平面図、図１１は第２実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１Ａの概略構成を示す側面図である。なお、図１１ではＰＶパネル群５２及び囲い３４が省略されている。第２実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１Ａは、第１実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１と、主に、推進装置３０の構造において相違し、他の構造は同一又は類似する。そこで、本実施形態の説明においては、主に、推進装置３０の構造について詳細に説明し、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付して説明を省略する。
【００７４】
図１０及び図１１に示すように、推進装置３０は、２つのスクリュープロペラ３１を備えている。２つのスクリュープロペラ３１は、平面視において、浮島５１の回転中心を対称の中心として点対称に配置されている。
【００７５】
スクリュープロペラ３１は、浮島５１と連結され且つ浮島５１から離れる方向へ延びる支持アーム３２の先端に設けられている。支持アーム３２は浮島５１に固定されたステー３９に回転可能に支持されている。支持アーム３２とステー３９との間には、支持アーム３２を回転させるアクチュエータ３３が設けられている。このアクチュエータ３３の作用によって支持アーム３２が上向き又は下向きに回転すると、支持アーム３２の先端に設けられたスクリュープロペラ３１が昇降する。なお、接岸時などの電源遮断時においてもスクリュープロペラ３１の引き揚げ状態を維持するため、支持アーム３２のヒンジ部分にブレーキが設けられている。
【００７６】
上記支持アーム３２の構成により、スクリュープロペラ３１は、水面下の動作位置（図１１に二点鎖線で示すスクリュープロペラ３１の位置）と水面上の退避位置（図１１に実線で示すスクリュープロペラ３１の位置）との間で昇降移動することができる。スクリュープロペラ３１を水中から水上の退避位置へ引き揚げることによって、水流が強い場所に設置される浮体式太陽光発電システム１において、スクリュープロペラ３１に作用する抵抗力を軽減し、タレット部２１や係留索２５に過度の応力が作用することを回避することができる。これにより、浮体式太陽光発電システム１の構成要素の疲労を軽減して、構成要素の寿命を延長させることができる。さらに、スクリュープロペラ３１が水上へ退避することで、浮島５１の喫水が浅くなるため、インストール時やメンテナンス時に浮島５１を港に接岸させることが容易となる。
【００７７】
上記のように昇降移動するスクリュープロペラ３１及び支持アーム３２と、浮島５１及びＰＶパネル群５２との干渉を回避するために、スクリュープロペラ３１及び支持アーム３２の周囲に囲い３４が設けられている。本実施形態に係る囲い３４は、ヒンジによって連結された３本の直線状枠部材で構成された、平面視Ｃ字型の枠体である。この囲い３４の両端部は浮島５１に接続されており、そのうち一方の端部は浮島５１との接続を解除することができる。
【００７８】
本実施形態に係るＰＶパネル群５２は、囲い３４によって２つの領域に分断されており、各領域が浮島５１及び囲い３４に連結索５３によって連結されている。
【００７９】
図１２は曳航時の浮体構造物５を示す平面図である。図１２に示すように、囲い３４の一方の端部と浮島５１との接続を解除することにより、囲い３４は囲っていたスクリュープロペラ３１及び支持アーム３２を露出するように展開することができる。ＰＶパネル群５２の２つの領域のうち一方の領域は更に２つの小領域に分割可能であって、囲い３４の展開に伴って各小領域が移動することにより一方の領域が２つの小領域が分割される。そのために、ＰＶパネル群５２を構成している一部のＰＶパネル１１が囲い３４（枠体）の展開に伴って余の部分から分離可能となるように、複数のＰＶパネル１１が結合索５４によって相互に結合されている。
【００８０】
上記のように囲い３４が展開した状態で、浮体構造物５が曳船５５に牽引される。囲い３４が展開した状態においては浮島５１が浮体構造物５の外周に現れるので、曳船５５と浮島５１とを曳航索５６で直接的に連結することが容易となり、曳船５５で浮島５１を直接的に牽引することができる。曳航索５６と浮島５１の連結点から時計回りと反時計回りに夫々９０°離れたところにスクリュープロペラ３１が位置している。曳航時にこれらのスクリュープロペラ３１を回転駆動させて、生じる推進力で曳船５５の牽引を補助するようにしてもよい。曳航時には、スクリュープロペラ３１の後方には展開された囲い３４が位置し、囲い３４の後方にＰＶパネル群５２が位置している。このようにして浮体構造物５の曳航時には、ＰＶパネル１１と比較して強度の高い浮島５１と曳航索５６とを接続するとともに、ＰＶパネル１１の前方に展開された囲い３４を配置することで、ＰＶパネル１１の保護が図られている。
【００８１】
さらに、上述のようにＰＶパネル群５２のフォーメーションの変形や分離を行うことで、船舶を浮島５１へ接舷することや、浮島５１を港に接岸することが容易となり、メンテナンス時の浮島５１へのアクセスが容易となる。
【００８２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。図１３は本発明の第３実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１Ｂの概略構成を示す平面図であり、図１４は第３実施形態に係る浮体式太陽光発電システムの変形例を示す平面図である。第３実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１Ｂは、第１実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１と、主に、推進装置３０の構造において相違し、他の構造は同一又は類似する。そこで、本実施形態の説明においては、主に、推進装置３０の構造について詳細に説明し、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付して説明を省略する。
【００８３】
図１３に示すように、推進装置３０は、ＰＶパネル群５２のうち周縁部に位置する浮体式ＰＶパネル１１に設けられた少なくとも２つのスクリュープロペラ３１を備えている。２つのスクリュープロペラ３１は、平面視において、浮島５１の回転中心を対称の中心として点対称に配置されている。３以上のスクリュープロペラ３１が設けられる場合には、浮島５１の回転中心を中心として、１周が等分割されるように３以上のスクリュープロペラ３１が円周方向に並べて配置されることが望ましい。
【００８４】
また、図１４に示すように、浮島５１を中心として放射状に延びる支持フレーム５８を複数設け、各支持フレーム５８の先端にスクリュープロペラ３１を設けてもよい。この場合、隣接する支持フレーム５８間に架け渡されるように設けられた太陽電池アレイによって、複数の領域に分割されたＰＶパネル群５２が形成されてもよい。
【００８５】
上記のようにスクリュープロペラ３１を浮体構造物５の最外層領域に配置することによれば、スクリュープロペラ３１を浮島５１の回転中心から離間させることで、より小さな推進力で浮体構造物５を回転させることができる。
【００８６】
［変形例］
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。例えば、上記実施形態に係る推進装置３０は、推進力を発生させる機構としてスクリュープロペラ３１のみを備えているが、スクリュープロペラ３１の他に、補助的推進力を生じさせる風力推進機構、波浪推進機構のうち少なくとも一方を備えてもよい。これにより、風力推進機構や波浪推進機構から電力等を要しない推進力を得ることができ、推進装置３０の消費電力を削減することができる。
【００８７】
図１５は風力推進機構を備えた浮体式太陽光発電システム１の浮島５１の平面図、図１６は風力推進機構を備えた浮体式太陽光発電システム１の側面図である。図１６では浮島５１の周囲に設けられたＰＶパネル群５２が省略されている。これらの図では、第１実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１の推進装置３０に風力推進機構を備えた例を示しているが、第２及び第３実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１Ａ，１Ｂの推進装置３０にも風力推進機構を備えることができる。
【００８８】
図１５及び図１６に示すように、推進装置３０に補助的推進力を生じさせる風力推進機構を備えることができる。風力推進機構としては、垂直軸型風車であるダリウス式風車４５が好適である。ここでは、浮島５１の周縁部に複数のダリウス式風車４５が円周方向に並べて設置されている。各ダリウス式風車４５は、浮島５１に垂直に立設された回転軸と、回転軸と平行なブレードとを備えており、回転軸に対しブレードが固定された状態で用いられる。このようなダリウス式風車４５によれば、風の方向によらず、浮体構造物５を回転させる推進力を得ることができる。
【００８９】
図１７は波浪推進機構を備えた浮体式太陽光発電システムの平面図、図１８は図１７に示す浮体式太陽光発電システムの側面図、図１９は波浪推進機構の動作を説明する図である。図１７及び図１８では、浮島５１の周囲に設けられたＰＶパネル群５２は省略されている。これらの図では、第２実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１Ａの推進装置３０に波浪推進機構を備えた例を示しているが、波浪推進機構は第１及び第３実施形態に係る浮体式太陽光発電システム１、１Ｂの推進装置３０にも適用させることができる。
【００９０】
図１７及び図１８に示すように、推進装置３０に補助的推進力を生じさせる波浪推進機構を備えることができる。波浪推進機構を備えた推進装置３０は、特に、海洋などの定常的に波浪が起きる場所に設置された浮体式太陽光発電システム１に好適である。波浪推進機構は、例えば、支持アーム３２と平行な支承軸３８を中心として回転可能に支持アーム３２に支持された水中翼３６と、同じく支持アーム３２に設けられた一対の可動ストッパ３７とから構成される。一対の可動ストッパ３７は水中翼３６の角度変動を抑制する役割を担い、一対の可動ストッパ３７を変位させるための図示されない移動装置が設けられる。
【００９１】
図１９に示すように、上記構成の波浪推進機構において、波浪の水流を受けた水中翼３６は、一対の可動ストッパ３７のうち一方に当接するまで支承軸３８を中心として回転する。ここで、水中翼３６には、波浪の水流による揚力が発生し、この揚力が浮体構造物５を回転させる方向の成分を有するため、浮体構造物５を回転させる推進力を得ることができる。このような波浪推進機構によれば、昼夜を問わず無電源で推進力を発生させることができるため、推進装置３０に係る消費電力を削減して浮体式太陽光発電システム１の発電効率を上昇させることができる。なお、波浪推進機構を稼動しないときは、水中翼３６を水面に対し垂直な姿勢とするか、水中翼３６を水中から引き揚げることが望ましい。
【符号の説明】
【００９２】
１  浮体式太陽光発電システム
２  受電設備
３  送電ケーブル
５  浮体構造物
５１  浮島
５２  ＰＶパネル群
５３  連結索
５４  結合索
１０  太陽光発電装置
１１  ＰＶパネル（浮体式ＰＶパネル）
１３  接続ユニット
１４  パワーコンディショナ
１５  トランス
２０  係留装置
２１  タレット部
２２  係留ブイ
２３  ベアリング
２４  スイベルジョイント
２５  係留索
２６  タレットブレーキ
３０  推進装置
３１  スクリュープロペラ
３２  支持アーム
３３  アクチュエータ
３４  囲い
４０  制御装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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