(57)【要約】風力発電設備を計画して構築する場合、風力発電設備の一部によって環境に対してもたらされる外観的悪影響が、許可および承認を受ける上で、ますます重要な役割を果たすようになってきている。本発明の目的は、影形成の制御を改良したような風力発電設備を提供することである。本発明においては、直射日光照射を受ける領域において第１光強度を測定し、日陰となっている領域において第２光強度を測定し、第１光強度と第２光強度との間の格差が所定値よりも大きくなった場合に、風力発電設備の操業を停止させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電所の駆動方法であって、
直射日光照射を受ける領域において第１光強度を測定し、
日陰となっている領域において第２光強度を測定し、
前記第１光強度と前記第２光強度との間の格差が所定値よりも大きくなった場合に、前記風力発電設備の操業を停止させる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記風力発電設備の前記操業停止を、太陽の位置が所定位置となった場合にのみ行うことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、
太陽の位置が所定位置となった時に、少なくとも一時的に、前記風力発電設備の前記操業停止を行うことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２または３記載の方法において、
前記操業停止を行う太陽の前記所定位置を、前記風力発電設備内に、あるいは、前記風力発電設備に付設された制御装置および／またはデータ処理装置内に、格納しておくことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、
前記格差を、複数の光センサを使用して決定し、
データ処理プログラムを使用して前記格差の評価を行う、
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載された方法を実行するための風力発電設備であって、
データ処理装置を具備し、
このデータ処理装置が、前記風力発電設備を制御するものとされ、
前記データ処理装置が、前記風力発電設備の前記操業停止を行うべき太陽の位置または代理値を、格納していることを特徴とする風力発電設備。
【請求項７】
請求項６記載の風力発電設備において、
前記風力発電設備に、複数の光センサが設けられ、
これら光センサを使用することによって、その時点での日向の光強度とその時点での日陰の光強度とが測定され、あるいは、所定時間にわたっての日向の光強度と所定時間にわたっての日陰の光強度とが測定され、
それら測定に基づいて決定されたデータが、前記データ処理装置によって処理され、
太陽の位置によって、前記日向の光強度と前記日陰の光強度との間の格差が所定値よりも大きくなった場合には、前記風力発電設備の操業を停止させるものとされていることを特徴とする風力発電設備。
【請求項８】
請求項７記載の風力発電設備において、
前記風力発電設備の周縁回りに、互いに一様に分散配置された少なくとも３つの光センサが配置されていることを特徴とする風力発電設備。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の風力発電設備において、
前記風力発電設備が、表示デバイスを具備し、
この表示デバイスを使用することにより、前記操業停止が引き起こされ得る状況が表示されるようになっていることを特徴とする風力発電設備。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の風力発電設備において、
適切なプログラムを使用することにより、格納されている太陽位置とは別に、環境評価ポイントに関するさらなる太陽位置を格納し得るものとされていることを特徴とする風力発電設備。
【請求項１１】
風力発電地帯であって、
請求項６〜１０のいずれか１項に記載された風力発電設備を、複数個にわたって具備していることを特徴とする風力発電地帯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電所の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備を計画して構築する場合、風力発電設備の一部によって環境に対してもたらされる外観的悪影響が、許可および承認を受ける上で、ますます重要な役割を果たすようになってきている。例えば、風力発電設備が、住宅地の近くに位置する場合には、太陽の位置によっては、太陽と住宅地との間に、風力発電設備が位置してしまうこと、あるいは、風力発電設備の回転翼が位置してしまうこと、が起こり得る。日光が雲によって隠されていない限りにおいては、回転する回転翼は、常に、地面上に影を落とす（周期的に影を落とす）。近隣の地面上へと風力発電設備が影を作ることは、多くの場合、住民にとっては、非常に迷惑なものである。風力発電設備が、法律的な承認条件を満たした場合であってさえ、望ましくない影形成が必ずしも容認されているとは限らない。独国特許出願公開第１９９ ２９ ９７０号明細書には、影形成制御システムが開示されている。この場合、光強度を検出して、同じだけの光強度を放出することによって、影を形成しないものとされている。
【０００３】
しかしながら、適切なレベルの光強度が、影形成の前提条件の１つに過ぎないことに注意されたい。さらなる条件は、例えば、清浄な空気である。空気がかすんだ状況では、光が拡散されてしまい、光強度が強くても、少しの影ができてしまう。光強度に基づいた風力発電設備の制御は、影が形成されないにしても、停止するという結果となり得る。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９ ２９ ９７０号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、上記欠点を克服し得るような風力発電設備を提供することである。
【０００５】
この目的は、請求項１に記載された風力発電設備の駆動方法によって達成される。有利な変形例は、従属請求項に記載されている。
【０００６】
本発明は、影形成が、太陽の所定位置においてのみ起こること、および、所定の光条件下において起こること、をベースとしている。すなわち、雲がかかったときには、直射日光が存在せず、大きな光強度は発生しない。しかしながら、雲がかかったことは、直接的には観測することができない。それ場合には、光が拡散して、影は、発生しない。本発明においては、容易に測定し得るような日向と日陰との輝度の格差を使用する。この格差が所定値以下である場合には、すなわち、明確な影が発生していない場合には、風力発電設備の操業を停止する必要はない。
【０００７】
他方、問題となる影は、光強度が比較的小さい場合であってさえも、発生することがあり得る。この場合にも、日向と日陰との間の輝度の格差を検出することによって、容易に確認することができる。
【０００８】
公知なように、太陽の位置は、年月日と時刻とに依存するものであり、すべての関連する環境評価ポイント（影が形成され得る場所）に関して測定プログラムまたは計算プログラムを使用することによって確認することができる。風力発電設備を影に基づいて操業停止させる契機は、したがって、太陽の位置および地理的位置に基づいて隣接住居（環境評価ポイント）に影が発生すると計算された時間である。太陽の位置という観点から所定時間と並行して、複数の光センサによって日向と日陰との間の格差が確認され、これにより、影形成の可能性がチェックされる。影が形成されるのは、太陽の位置に関する所定時間のみであり、その場合、環境評価ポイントに対して影が形成されたならば、風力発電設備の操業が停止される。
【０００９】
本発明による風力発電設備においては、影形成に基づく操業停止は、入力／出力ディスプレイ（ＬＣディスプレイ）を使用して、実施することができる。この目的のために、その時点での光強度の値、および、日向と日陰との操業停止格差に関する設定値を、読み取ることができる。加えて、ディスプレイにより、操業停止時間、すなわち、オン状態であるかオフ状態であるかを、知ることができる。停止時間の入力を、個別メニューにおいて、行うことができる。
【００１０】
『影形成に基づく操業停止』モードにおいては、その時点での第１光強度（日向での入射強度）（単位：％）と、その時点での第２光強度（日陰での入射強度）（単位：％）と、操業停止格差（単位：％）と、影形成による操業停止（ＯＮ／ＯＦＦ）あるいは影形成による操業停止（起動／停止）と、といったようなパラメータが表示される。この見地においては、操業停止格差とは、風力発電設備の操業を停止させるべきであるような第１光強度（直接的な光入射）と第２光強度（日陰）との間の格差の値である。例えば、風力発電設備が、ある環境評価ポイントに対して非常に接近して位置している場合、形成される影は、空が少しだけ曇っている場合でさえ、問題となり得る。したがって、そのような場合には（風力発電設備が、環境評価ポイントに対して非常に近接している場合には）、風力発電設備の操業停止格差は、環境評価ポイントから風力発電設備がより遠くに位置している場合と比較して、小さな値に設定すべきである。光強度レベルに関しては、小さなパーセント値は、小さな光強度（例えば、空に雲がかかっている場合）を示しており、大きなパーセント値は、例えば直射日光といったような大きな光強度を示している。このことは、日差しが、雲や霧によって妨害されないことを意味している。影形成に基づく操業停止は、すべてが駆動されるかどうかを示す。影形成に基づく操業停止（起動／停止）は、その時点において影が形成されているかどうかを判断基準として、行われる。
【００１１】
操業停止格差に関しては、この操業停止格差を上回る格差が確認された場合、なおかつ、日光照射すなわち太陽の位置を考慮して予め入力されている時間ウィンドウと一致している場合には、風力発電設備は、影形成に基づく操業停止モードが『オン状態』である場合には、自動的に停止する。影形成のために風力発電設備の操業が停止される場合には、対応するステータスメッセージが、ディスプレイデバイスのメインメニュー内に表示される。
【００１２】
操業停止格差は、適切な入力操作によって、変更可能である。回転翼の影が、環境評価ポイントからの距離の増加に伴って、次第に弱くなることにより、そして、どこかのポイントにおいて消滅することにより、影形成は、大きな格差が認められるときにのみ問題であって、距離の増大につれて不快さが減少する。操業停止格差は、地域的要因を考慮して設定されなければならない。なぜなら、操業停止格差が、また、その場所の地理的要因にも依存するからである。
【００１３】
光条件は、風力発電設備の停止後においても、継続的に測定される。風力発電設備は、格差が操業停止格差を２分間以上にわたって好ましくは１０分間以上にわたって下回ったときには、あるいは、環境評価ポイントにおける影形成による悪影響が問題とならない程度に影が移動した（太陽の位置の変更により、あるいは、太陽の経路の変更により）ときには、自動的に再起動する。
【００１４】
影形成の発生時間は、メニューからの入力によって編集される。この見地においては、値は、開始日時および終了日時を備えている。入力された値は、手動入力によってあるいは適切なプログラムの読込によって、いつでも、変更したり、拡張したり、削除したり、することができる。
【００１５】
太陽の位置に関する時刻は、冬季時間というフォーマットで入力される。うるう年は、また、プログラムによって考慮される。
【００１６】
影形成に基づく操業停止に関する時刻は、常に最新のものに更新することができる。また、遠隔的観測によって更新することができる。これにより、契約を履行することができる。
【００１７】
上記方法を実行するための風力発電設備は、データ処理装置を具備する。データ処理装置の中には、太陽の位置、あるいは、それを代理するデータが、格納されている。風力発電設備は、さらに、複数の、好ましくは３つの、光センサを具備している。これらセンサは、風力発電設備の周縁回りにおいて、互いに等間隔でもって配置される。
【００１８】
３つのセンサを備えている場合には、したがって、これらセンサが風力発電設備の概念的な円上に配置される場合には、センサどうしの間の間隔は、１２０°とされる。３つのセンサを使用する場合には、少なくとも１つのセンサは、常に直射日光に曝され、少なくとも１つの他のセンサは、日陰領域に配置される。したがって、光強度の格差を、常に決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下においては、例示としての実施形態を参照して、本発明について、さらに詳細に説明する。
【００２０】
図１は、風力発電設備１の概略的な側面図を示している。この風力発電設備１は、タワー１０と、このタワー１０の頂部に設置されたポッド１２と、このポッド１２に設けられた回転翼１４と、を具備している。タワー１０の所定高さ位置には、光強度を検出するための複数のセンサ１６が配置されている。複数のセンサ１６を所定高さ位置に配置することにより、実質的に、これらセンサが深刻な損傷を受けることが防止され、また、無用の操作を受けることが防止される。
【００２１】
この点を考慮すれば、所定高さは、例えばセンサのクリーニングやセンサの交換等を妥当なコストで届き得るような高さとして、選択される。また、センサの氷結を防止し得るよう、センサ１６を加熱し得ることは、理解されるであろう。
【００２２】
風力発電設備１のタワー１０上に複数のセンサ１６を取り付けるに際しての代替例として、各センサ１６を、個別のマスト（図示せず）あるいは他の適切なデバイス上に取り付け得ることは、理解されるであろう。
【００２３】
図２は、風力発電設備１のタワー１０を、複数のセンサ１６が設けられている位置において概略的に示す平断面図である。この図２により、この例においては、３つのセンサ１６が、好ましくは、タワー１０の外周縁回りにおいて互いに等間隔でもって配置されていることがわかる。したがって、センサどうしの間の間隔は、１２０°である。
【００２４】
タワー１０の横断面形状が円形であることにより、タワー１０の周縁表面の半分は、すなわち、１８０°をなす領域は、常に、直射日光を受けることとなる。したがって、周縁の他の半分（この場合にも、１８０°）は、陰となる。したがって、少なくとも３つのセンサを使用するということは、少なくとも１つのセンサが確実に直射日光を受けること、および、少なくとも１つのセンサが確実に陰の中にあること、を意味する。
【００２５】
したがって、任意の所望の瞬間において、直射日光照射に関する光強度と陰となっている部分の光強度とを、検出することができ、それらの差を確認することができる。この差は、風力発電設備の制御システムによって決定することができる。そして、本発明による風力発電設備においては、この差を使用した制御を即座に行うことができる。
【００２６】
図３は、例えば、Enercon 社によるタイプＥ−４０といったような、風力発電設備を示している。この風力発電設備は、家２から所定距離Ｅのところに配置されている。この家２は、また、環境評価ポイントＡと称すことができる。
【００２７】
朝の日の出の際や、冬季における日中にわたって、とかいったような場合には、太陽は、環境評価ポイントＡから見て常に、低い高さまでしか昇らない。そのため、太陽が位置Ｉにある場合には、入射角度は、βＩである。
【００２８】
太陽が、位置ＩＩといったように、より高い位置にまで昇ったときには、太陽光線の入射角度は、異なるものとなり、βＩＩとなる。太陽光線のこれら入射角度βＩ，βＩＩ（他の入射角度も想定することができる）の場合には、環境評価ポイントＡのところにおいて直接的に影を形成する可能性がある。
【００２９】
図３の場合と同じ想定が、異なる視点から、図４に示されている。太陽が（環境評価ポイントから見て）南東に位置している場合、太陽光線は、風力発電設備を、東西軸に関して、角度βＩで照射する。
【００３０】
太陽が南へと移動したときには、太陽光線は、風力発電設備１を、異なる角度βＩＩで照射する。
【００３１】
地球上における地理的位置の関数としてのまた入射角度α，βの関数としての太陽の位置が、風力発電設備の影を、環境評価ポイントＡ上に形成するかどうかを決定する。日向と日陰との間の格差が、特に操業停止格差と称されるような所定値を超えたときには、風力発電設備は、操業停止される。操業停止格差は、入射角度だけでなく、環境評価ポイントに対する距離にも、依存する。風力発電設備が、対象をなす環境評価ポイントに対して非常に接近して位置している場合には、影形成は、少しの曇り空であってさえも、問題となる。そのような場合には、したがって、風力発電設備においては、風力発電設備が環境評価ポイントからより遠くに位置している状況と比較して、操業停止格差の値が、より小さなものとなる。
【００３２】
格差が、操業停止格差以下である場合には、風力発電設備は、太陽の位置にかかわらず、操業停止されることはなく、電力を生成することができる。このような状況は、特に、かなり曇った空模様の場合に、起こる。
【００３３】
風力発電設備と環境評価ポイントとの離間距離が小さくなるにつれて、一般に、環境評価ポイントにおける影形成効果が起こりやすくなる。
【００３４】
格差は、環境評価ポイントＡにおいて、あるいは、風力発電設備のところにおいて、直接的に測定することができる。環境評価ポイントと風力発電設備とが互いに比較的接近しているときには、風力発電設備のところにおいて測定された光強度の値は、環境評価ポイントＡにおいても、当てはまる。
【００３５】
格差自体は、例えば、複数の光センサを使用して測定することができ、それら測定値は、風力発電設備に付設されたデータ処理装置によって処理することができる。環境評価ポイントにおいて影が形成され得る太陽の位置は、また、そのデータ処理装置内にプログラムされる。太陽の『影形成』位置が、風力発電設備ごとに相違するものであること、したがって、各風力発電設備に関し、それぞれのデータ処理装置が、影を形成し得るそれぞれ個別の太陽の位置を格納することは、容易に理解されるであろう。
【００３６】
また、影形成効果を回避すべき環境評価ポイントの近傍に位置した風力発電地帯の場合には、その風力発電地帯内の各風力発電設備が環境評価ポイントにおいて影を形成する際にそれぞれ個別の風力発電設備を停止させるように、中央データ処理装置によって成膜が行われることは、理解されるであろう。
【００３７】
影が形成される場合、風力発電設備は、即座に停止されるのではなく、例えば５〜１０分間といったような所定時間にわたって影が形成される際に停止される。
【００３８】
例えば太陽と風力発電設備との間に雲がかかったといった理由によって、影が形成されなくなった場合でも、システムは、風力発電設備を即座に再開させるのではなく、例えば５〜１０分間といったような所定時間にわたって待った後に、風力発電設備を再開させる。このように、所定時間にわたって格差が操業停止格差影を下回った場合に、風力発電設備を再開させる。
【００３９】
また、必要であれば、既にプログラムされている操業停止太陽位置に加えて、風力発電設備に関するさらなる太陽位置をプログラムすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による風力発電設備を示す側面図である。
【図２】タワーを概略的に示す平断面図であって、タワー上に設けられた複数の光センサが示されている。
【図３】太陽の２つの異なる位置に関し、影形成効果を示す側面図である。
【図４】同様に、太陽の２つの異なる位置に関し、影形成効果を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  風力発電設備
１６  センサ
【図１】
2006524297.tif 000003
【図２】
2006524297.tif 000004
【図３】
2006524297.tif 000005
【図４】
2006524297.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月24日(2005.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電設備であって、
データ処理装置を具備し、
このデータ処理装置が、前記風力発電設備を制御するものとされ、
前記データ処理装置が、前記風力発電設備の前記操業停止を行うべき太陽の位置または代理値を、格納しており、
前記風力発電設備に、互いに一様に分散配置された少なくとも３つの光センサが配置され、
これら光センサを使用することによって、その時点での日向の光強度とその時点での日陰の光強度とが測定され、あるいは、所定時間にわたっての日向の光強度と所定時間にわたっての日陰の光強度とが測定され、
それら測定に基づいて決定されたデータが、前記データ処理装置によって処理され、
太陽の位置によって、前記日向の光強度と前記日陰の光強度との間の格差が所定値よりも大きくなった場合には、前記風力発電設備の操業を停止させるものとされていることを特徴とする風力発電設備。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記風力発電設備の前記操業停止を、太陽の位置が所定位置となった場合にのみ行うことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、
太陽の位置が所定位置となった時に、少なくとも一時的に、前記風力発電設備の前記操業停止を行うことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２または３記載の方法において、
前記操業停止を行う太陽の前記所定位置を、前記風力発電設備内に、あるいは、前記風力発電設備に付設された制御装置および／またはデータ処理装置内に、格納しておくことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、
前記格差を、複数の光センサを使用して決定し、
データ処理プログラムを使用して前記格差の評価を行う、
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載された方法を実行するための風力発電設備であって、
データ処理装置を具備し、
このデータ処理装置が、前記風力発電設備を制御するものとされ、
前記データ処理装置が、前記風力発電設備の前記操業停止を行うべき太陽の位置または代理値を、格納していることを特徴とする風力発電設備。
【請求項７】
請求項６記載の風力発電設備において、
前記風力発電設備に、複数の光センサが設けられ、
これら光センサを使用することによって、その時点での日向の光強度とその時点での日陰の光強度とが測定され、あるいは、所定時間にわたっての日向の光強度と所定時間にわたっての日陰の光強度とが測定され、
それら測定に基づいて決定されたデータが、前記データ処理装置によって処理され、
太陽の位置によって、前記日向の光強度と前記日陰の光強度との間の格差が所定値よりも大きくなった場合には、前記風力発電設備の操業を停止させるものとされていることを特徴とする風力発電設備。
【請求項８】
請求項７記載の風力発電設備において、
前記風力発電設備の周縁回りに、互いに一様に分散配置された少なくとも３つの光センサが配置されていることを特徴とする風力発電設備。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の風力発電設備において、
前記風力発電設備が、表示デバイスを具備し、
この表示デバイスを使用することにより、前記操業停止が引き起こされ得る状況が表示されるようになっていることを特徴とする風力発電設備。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の風力発電設備において、
適切なプログラムを使用することにより、格納されている太陽位置とは別に、環境評価ポイントに関するさらなる太陽位置を格納し得るものとされていることを特徴とする風力発電設備。
【請求項１１】
風力発電地帯であって、
請求項６〜１０のいずれか１項に記載された風力発電設備を、複数個にわたって具備していることを特徴とする風力発電地帯。
【国際調査報告】
2006524297.tif 000007
2006524297.tif 000008
2006524297.tif 000009
2006524297.tif 000010