(57)【要約】【課題】風による倒壊や駆動機構の故障の危険性を低減できる太陽熱発電システム及び、該太陽熱発電システム用の反射装置を提供する。【解決手段】短冊状に分割された複数の反射ミラーと、前記反射ミラーをスライド移動させるアクチュエータと、を有する反射装置と、風速を測定する風速測定器と、を有し、前記風速測定器の測定値が所定値を越えたとき、前記アクチュエータを駆動して前記反射ミラーをスライド移動させ、前記反射ミラーを積層させる太陽熱発電システムとする。【選択図】図３
2012122433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を利用する太陽熱発電システムであって、
短冊状に分割された複数の反射ミラーと、
前記反射ミラーをスライド移動させるアクチュエータと、を有する反射装置と、
風速を測定する風速測定器と、を有し、
前記風速測定器の測定値が所定値を越えたとき、前記アクチュエータを駆動して前記反射ミラーをスライド移動させ、前記反射ミラーを積層させることを特徴とする太陽熱発電システム。
【請求項２】
前記反射装置は、トラフ式のものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱発電システム。
【請求項３】
太陽光を利用する太陽熱発電システムに用いられる反射装置であって、
短冊状に分割された複数の反射ミラーと、
前記反射ミラーをスライド移動させるアクチュエータと、
前記反射ミラーのスライド移動を案内するガイド部材と、
風速を測定する風速測定器と、を有し、
前記風速測定器の測定値が所定値を越えたとき、前記アクチュエータを駆動して前記反射ミラーを前記ガイド部材に沿ってスライド移動させ、前記反射ミラーを積層させることを特徴とする反射装置。
【請求項４】
前記反射装置は、複数の前記反射ミラーでトラフ状を形成していることを特徴とする請求項３に記載の反射装置。
【請求項５】
前記反射ミラーを積層させたとき、最も周辺部にあった反射ミラーが空側となるよう積層することを特徴とする請求項３に記載の反射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱をエネルギーとして利用する太陽熱発電システム及び、該太陽熱発電システムに用いられる太陽光集光用の反射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の化石燃料を燃やして発電する火力発電は、設備コストが比較的低く、世界中で広く用いられている。一方、地球環境保護の観点からＣＯ２（二酸化炭素）の削減が求められており、環境に負荷を与えないクリーンなエネルギーとして、太陽光エネルギーが注目されている。
【０００３】
この、太陽光エネルギーを利用して発電するものとして、タワー式太陽熱発電と呼ばれ、タワーの周囲に配置した多数の反射鏡（ヘリオスタット）により反射された太陽光を、タワー上に設けた集熱レシーバーに集光させ、加熱し得られた熱エネルギーを用いて発電するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、曲面鏡を用い、該曲面鏡の前に設置されたパイプに太陽光を集中させ、パイプ内を流れるオイル等の液体を加熱し、その熱で発電するトラフ式太陽熱発電も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、太陽光エネルギーを利用して調理する太陽熱調理器において、運搬・収納時の利便性を向上させるために、反射鏡を分割可能としたものが知られている（例えば、特許文献３、４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２３６６９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２０１１８７号公報
【特許文献３】特開２０００−１４６３０９号公報
【特許文献４】特開２００３−３２９３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のような、太陽熱発電システムは、広大な受光面積を得るため大型の設備とされ、十分な熱量を得るために日照時間の長い土地に大規模に設置される。これに適する場所としては、機材の搬送等に有利な海岸線に近い砂漠地帯等が考えられている。
【０００８】
ところが、太陽熱発電システムの実用化にあたって多数の鏡を設置する場合、上述のように、太陽熱発電システムが設置される土地は、比較的平坦な場所とされるため、周囲には遮蔽物がなく、且つ各反射鏡の反射面面積が大きいため強風に対する耐力が要求されることが明らかとなった。
【０００９】
特にトラフ式太陽熱発電の場合、曲面鏡を用いるため風を受け流すことができず、空気が曲面鏡に沿って中央部に集まるため、よりこの問題は顕著なものとなる。
【００１０】
このような問題に対し、上記特許文献１及び２に記載のものでは、強風に対する考慮がなされておらず駆動機構の故障や倒壊が発生する恐れもある。また、上記特許文献３及び４に記載のものは、耐風性の向上を目的としたものではない。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑み、風による倒壊や駆動機構の故障の危険性を低減できる太陽熱発電システム及び、該太陽熱発電システム用の反射装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的は、下記の構成により達成される。
【００１３】
（１）太陽光を利用する太陽熱発電システムであって、短冊状に分割された複数の反射ミラーと、前記反射ミラーをスライド移動させるアクチュエータと、を有する反射装置と、風速を測定する風速測定器と、を有し、前記風速測定器の測定値が所定値を越えたとき、前記アクチュエータを駆動して前記反射ミラーをスライド移動させ、前記反射ミラーを積層させることを特徴とする太陽熱発電システム。
【００１４】
（２）前記反射装置は、トラフ式のものであることを特徴とする前記（１）に記載の太陽熱発電システム。
【００１５】
（３）太陽光を利用する太陽熱発電システムに用いられる反射装置であって、短冊状に分割された複数の反射ミラーと、前記反射ミラーをスライド移動させるアクチュエータと、前記反射ミラーのスライド移動を案内するガイド部材と、風速を測定する風速測定器と、を有し、前記風速測定器の測定値が所定値を越えたとき、前記アクチュエータを駆動して前記反射ミラーを前記ガイド部材に沿ってスライド移動させ、前記反射ミラーを積層させることを特徴とする反射装置。
【００１６】
（４）前記反射装置は、複数の前記反射ミラーでトラフ状を形成していることを特徴とする前記（３）に記載の反射装置。
【００１７】
（５）前記反射ミラーを積層させたとき、最も周辺部にあった反射ミラーが空側となるよう積層することを特徴とする前記（３）に記載の反射装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、風による倒壊や駆動機構の故障の危険性を低減できる太陽熱発電システム及び、該太陽熱発電システム用の反射装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係るトラフ式太陽熱発電システムの集光用の反射装置の概要を示す斜視図である。
【図２】ガイド部材の断面模式図である。
【図３】反射ミラーを展開した状態と、積層された状態とに変移させる変移機構の一例を示す図である。
【図４】各反射ミラーの変移動作をより詳しく示す模式断面図である。
【図５】巻き取り用モータ周辺を示す模式図である。
【図６】本実施の形態に係るトラフ式太陽熱発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】本実施の形態に係るトラフ式太陽熱発電システム及び集光用の反射装置の動作概略を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係るトラフ式太陽熱発電システムの集光用の反射装置の概要を示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すトラフ式太陽熱発電システムの集光用の反射装置は、主要な構成として、短冊状の反射ミラー１０ａ１、１０ａ２、１０ｂ１、１０ｂ２、１０ｃ１、１０ｃ２（本図では短冊状の反射ミラーは１０ａ１〜１０ｃ２の６枚であるが、これに限るものでない）、反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２を支持するガイド部材１５、１６、ガイド部材１５、１６を支持する支持体１８、架台２０、集熱管３０、支持体１８を回動させる太陽追尾用モータ５０等からなっている。
【００２３】
６枚の反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２の反射面は、それぞれが回動軸２１（集熱管３０の略中心軸）に直交する断面が曲率の変化する曲線状（本例では放物線）に形成され、回動軸に平行な断面が直線状に形成されたトラフ形状となっている。反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２の個々は、それぞれが不図示の裏打ち板に支持されたフィルム状の表面鏡又は裏面鏡、或いは剛体のガラス板でもよい。６枚の反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２はガイド部材１５、１６に支持されており、このガイド部材１５、１６に形成された段差又はガイド溝に案内されて、図示のように展開された状態と、後述の積層された状態とに変移可能となされている。
【００２４】
集熱管３０は、内部をオイル等の受熱流体が流れるよう中空に形成されており、反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２のそれぞれの放物線は、この集熱管３０の位置が焦点位置となっている。
【００２５】
なお、集熱管３０が管状で断面積を有すため、反射ミラーは正確に一点に太陽光が収束する放物線でなくてもよく、例えば、放物線と近似の円弧であってもよい。
【００２６】
また、トラフ式に用いられるような曲面の反射ミラーを複数に分割した際に、個々の分割反射ミラーの曲率は個々に異なってくることが多い。例えば、反射ミラーが全体として放物線等の非円弧面を構成する場合、中央部における分割反射ミラーの曲率と周辺部における分割反射ミラーの曲率は異なる。従って、これらの分割反射ミラーを、全てガラス板を基板とするガラスミラーとすることは製造上大変な困難が伴う。よって、トラフ式に用いられる曲面（特に非円弧面）の反射ミラーを複数に分割する場合は、特にフィルム状の反射ミラーを適切な曲率を有する支持体に貼付することによりそれぞれの反射ミラーを構成することが好ましい。
【００２７】
ガイド部材１５、１６を支持している支持体１８の両端部外面には、集熱管３０が貫通する中空の管状枠３５が形成されており、架台２０に支持されている。管状枠３５には大径の歯車４０が固着されており、歯車４０には減速器付きの太陽追尾用モータ５０の出力軸歯車が歯合している。
【００２８】
太陽追尾用モータ５０を駆動することにより歯車４０、管状枠３５及び支持体１８が回動させられ、反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２を太陽の動きに対応して方向を変化させることができるようになっている。これにより、反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２が展開された状態では、各反射ミラーで反射された太陽光は集熱管３０に集光され、集熱管３０の内部の受熱流体を高温にさせることができる。
【００２９】
図１に示す６枚の反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２は、図示のような展開された状態と、後述の積層された状態とに変移可能となされている。以下、この変移機構の一例を説明する。
【００３０】
図２は、ガイド部材１５、１６の断面模式図である。図２は、図１に示す回動軸２１（集熱管３０の略中心軸）に平行な断面を示している。
【００３１】
図２に示すように、ガイド部材１５、１６の断面は、反射ミラー１０ａ１、１０ａ２が挿入されている段差、反射ミラー１０ｂ１、１０ｂ２が挿入されている段差、反射ミラー１０ｃ１、１０ｃ２が挿入されている段差、の３つの段差が形成されている。これにより、反射ミラー１０ａ１、１０ｂ１、１０ｃ１は段差分だけずれて配置されている。反射ミラー１０ａ２、１０ｂ２、１０ｃ３についても同様である。
【００３２】
また、図１に示すように反射ミラーを展開したとき、最も周辺部に配置される反射ミラー１０ｃ１、１０ｃ２が空側となるよう段差が形成されている。
【００３３】
なお、図２は、ガイド部材１５、１６の断面が段差に形成されたものを示しているが、これに限るものでなく、３つの溝を形成し、該溝に反射ミラーがそれぞれ挿入されているものであってもよい。
【００３４】
図３は、反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２を展開した状態と、積層された状態とに変移させる変移機構の一例を示す図である。図３は、図１に示す回動軸２１（集熱管３０の略中心軸）に直交する断面を示している。図３（ａ）は反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２を展開した状態を示し、図３（ｂ）は反射ミラー１０ａ１〜１０ｃ２を積層した状態を示している。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、最も周辺側に配置される反射ミラー１０ｃ１及び１０ｃ２の中央側の端部には、それぞれ線材のワイヤ６１の一方の端部が結合されている。ワイヤ６１の他方の端部は、それぞれローラ７１を介し巻き取りローラ６４に巻かれている。６５は巻き取り用モータであり、該巻き取りローラ６４を回転させるものである。
【００３６】
また、反射ミラー１０ｃ１及び１０ｃ２の周辺側の端部には、それぞれ線材のワイヤ６２の一方の端部が結合されている。ワイヤ６２の他方の端部は、ローラ７２を介し錘６３がそれぞれ結合されている。
【００３７】
この状態から、巻き取り用モータ６５を駆動し、巻き取りローラ６４によりワイヤ６１を巻き取ると、反射ミラー１０ｃ１及び１０ｃ２は、それぞれ図２に示す段差に案内されて巻き取りローラ６４側に移動させられ、それぞれ反射ミラー１０ｂ１及び１０ｂ２を係合させて追従移動させ、図３（ｂ）に示すように反射ミラー１０ａ１及び１０ａ２上に積層される。
【００３８】
図４は、各反射ミラーの変移動作をより詳しく示す模式断面図である。図４（ａ）は反射ミラー１０ａ１、１０ｂ１、１０ｃ１が展開されている状態を示し、図４（ｂ）は反射ミラー１０ａ１、１０ｂ１、１０ｃ１が積層されている状態を示している。
【００３９】
図４（ａ）に示す反射ミラー展開状態から、巻き取り用モータ６５を駆動し、巻き取りローラ６４によりワイヤ６１を巻き取る（図示Ａ方向）と、最も周辺側に配置された反射ミラー１０ｃ１が破線で示す段差（図２参照）に案内されて、ローラ７１方向に移動し、まず、反射ミラー１０ｃ１と反射ミラー１０ｂ１が積層する。さらに、反射ミラー１０ｃ１に形成された係合突起ｋ１と、反射ミラー１０ｂ１に形成された係合突起ｋ３が係合し、反射ミラー１０ｃ１の移動に伴い、反射ミラー１０ｂ１もガイド部材の段差に案内されて移動し、図４（ｂ）に示す状態となる。
【００４０】
反射ミラーの積層は、図３及び図４に示すように、最も周辺部にあった反射ミラー（本例では、反射ミラー１０ｃ１、１０ｃ２）が空側となるよう積層するのが好ましい。積層時に空側となったミラーは砂塵等による傷等の被害を受ける可能性があるが、周辺部の反射ミラーは太陽光に対し傾斜して配置されるため、中央部に配置された反射ミラーよりも反射面積効率が低く、中央部の反射ミラーを傷から守ることにより、集光エネルギーの損失を最小限に抑えることができる。このように反射ミラーが積層されることで受風面積を小さくすることができ、強風下における反射ミラーの倒壊や破壊を防止することができる。
【００４１】
図５は、巻き取り用モータ６５周辺を示す模式図である。
【００４２】
巻き取りモータ６５は、図５に示すように、ワイヤ６１の巻き取りローラ６４と同軸で歯車６６が設けられており、アイドラー歯車６７を介してラチェット歯車６８を回転させるようになっている。ラチェット歯車６８は、係止爪６９によりワイヤ６１の巻き取り方向（図示矢印方向）の回転は許容するが、逆方向の回転はできないように係止されている。これにより、巻き取り用モータ６５によりワイヤ６１を所定量巻き取った後、巻き取り用モータ６５を停止させると、図４（ｂ）に示す状態が維持されるようになっている。
【００４３】
また、係止爪６９の近傍には、ソレノイド７６が配置されており、ソレノイド７６に通電し、その磁力で係止爪６９をバネ７５の付勢力に抗して回動させ、ラチェット歯車６８の係止を解除することができるようになっている。
【００４４】
図４に戻り、図４（ｂ）に示す積層状態から図４（ａ）に示す展開状態への変移は、図５に示すソレノイド７６に通電し、係止爪６９を回動させ、ラチェット歯車６８の係止を解除する。これにより、ワイヤ６２は図示矢印Ｂ方向に錘の重力によって引っ張られ、反射ミラー１０ｃ１がローラ７２方向に移動する。さらに、反射ミラー１０ｃ１に形成された係合突起ｋ１と、反射ミラー１０ｂ１に形成された係合突起ｋ２が係合し、反射ミラー１０ｃ１の移動に伴い、反射ミラー１０ｂ１もガイド部材の段差に案内されて移動し、図４（ａ）に示す状態となる。
【００４５】
以上のような機構で、本実施の形態に係る反射装置は、短冊状に分割された複数の反射ミラーをトラフ状に展開した状態と、重ね合わせた積層状態とを取り得るように構成されている。
【００４６】
なお、展開した状態と、重ね合わせた積層状態との変移機構は、これに限るものでなく、両方向の変移を共にモータで行ってもよいし、例えばパンタグラフのようなリンク機構を用いて行ってもよい。また、モータの逆転係止にラチェット機構を用いたが、クラッチ付きのモータを用いてもよい。
【００４７】
図６は、本実施の形態に係るトラフ式太陽熱発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【００４８】
トラフ式太陽熱発電システム全体を制御する制御部１００は、複数の反射装置１、２…ｎ及び、反射装置１、２…ｎが設置されている地域の風速を測定する風速計１１０と接続されている。また、制御部１００は、少なくとも、反射ミラースライド用アクチュエータ（本例では、巻き取りモータ６５が相当）、係止部（本例では、ソレノイド７６が相当）、太陽追尾用アクチュエータ（本例では、太陽追尾用モータ５０が相当）と接続され、各部を制御できるようになっている。なお、反射装置の回動方向を検知するセンサ等は省略してある。風速計１１０としては、風杯型、風車型、超音波式等、いずれでもよい。また、複数の反射装置１、２…ｎに備えられた集熱管３０の内部の受熱流体は発電施設との間で流路が形成されている。
【００４９】
なお、制御部１００が複数の反射装置１、２…ｎを制御する構成で説明したが、反射装置個々に、制御部、風速計を有した構成でもよい。
【００５０】
図７は、本実施の形態に係るトラフ式太陽熱発電システム及び集光用の反射装置の動作概略を示すフローチャートである。以下、フローに従い説明する。なお、図３（ｂ）に示すように反射ミラーが積層された状態を、反射装置の初期状態として説明する。
【００５１】
図７に示すフローにおいて、発電動作の開始にあたり、まず反射ミラーを展開状態とする（ステップＳ１０１）。具体的には、図５に示すソレノイド７６に通電し、係止爪６９を回動させ、ラチェット歯車６８の係止を解除する。これにより、ワイヤ６２に結合された錘の重力により、反射ミラー１０ｃ１を移動させ、反射装置を図３（ａ）に示す状態にする。
【００５２】
次いで、風速測定を開始する（ステップＳ１０２）。この風速測定は、発電動作開始より終了まで連続的に行われ、制御部１００は、風速計１１０より送出される風速に関する信号を常時監視し、風速が所定値を越えたか否かを判断する（ステップＳ１０３）。この風速の所定値は、反射装置が破損、倒壊等を起こさないと想定される風速であり、予め風洞実験等により決定されたものである。
【００５３】
風速が所定値以下であると判断される場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）は、太陽追尾動作を行い（ステップＳ１０４）、発電動作を継続する。次いで、発電動作終了か否か判断する（ステップＳ１０５）。発電動作終了とは、日没時間やオペレータが手動で終了を入力した場合等を指すものである。発電動作終了でない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）は、ステップＳ１０２に戻る。
【００５４】
すなわち、風速が所定値以内の場合は、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０５の動作を繰り返し、発電動作を継続するということである。
【００５５】
一方、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０５のループ中で、ステップＳ１０３において、風速が所定値を越えたと判断された場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）は、反射ミラースライド用アクチュエータ（本例では、巻き取りモータ６５）を駆動し、反射ミラーを積層状態に収納する（ステップＳ１１１）。
【００５６】
すなわち、本実施の形態に係るトラフ式太陽熱発電システム及び集光用の反射装置は、風速が所定値を越えた場合に、図３（ｂ）に示すような状態とすることにより、反射ミラーの受風面積を小さくして、反射装置にかかる風圧を小さくすることができる。これにより、反射装置全体の強度を必要以上に頑強にする必要が無くなり、反射装置を低価格で供給することができるようになる。
【００５７】
反射ミラーを積層状態に収納した後、この状態で所定時間、風速測定を行い（ステップＳ１１２）、この所定時間内で所定値を越える風速が記録されたか否か判断する（ステップＳ１１３）。所定時間内で所定値を越える風速が記録された場合（ステップＳ１１３；Ｙｅｓ）は、再度ステップＳ１１２及びステップＳ１１３の判断を繰り返す。所定時間等は、予め決められた時間であり、例えば１時間〜２時間程度が好ましいが、オペレータが気象条件により適宜入力するようなものでもよい。
【００５８】
所定時間内で所定値を越える風速が記録されなかった場合（ステップＳ１１３；Ｎｏ）は、ステップＳ１０１に戻り、反射装置を図３（ａ）に示す状態にし、上述の動作を繰り返す。
【００５９】
一方、ステップＳ１０５において、発電動作終了と判断された場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）は、反射ミラースライド用アクチュエータ（本例では、巻き取りモータ６５）を駆動し、反射ミラーを積層状態に収納（ステップＳ１０６）して終了する。
【００６０】
尚、発電動作終了に関係なく広げた状態にしておいても構わず、常時風速を監視して設定を超える風速を検出した場合に反射ミラーを積層状態にするよう構成してもよい。
【００６１】
以上が、本実施の形態に係るトラフ式太陽熱発電システム及び集光用の反射装置の動作概略である。
【符号の説明】
【００６２】
１、２  反射装置
１０ａ１、１０ａ２、１０ｂ１、１０ｂ２、１０ｃ１、１０ｃ２  反射ミラー
１５、１６  ガイド部材
１８  支持体
２０  架台
２１  回動軸
３０  集熱管
３５  管状枠
４０  歯車
５０  太陽追尾用モータ
６１、６２  ワイヤ
６３  錘
６４  巻き取りローラ
６５  巻き取り用モータ
６６  歯車
６７  アイドラー歯車
６８  ラチェット歯車
６９  係止爪
７１、７２  ローラ
７５  バネ
７６  ソレノイド
１００  制御部
１１０  風速計
ｋ１、ｋ２、ｋ３  係合突起
【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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