(57)【要約】  【課題】  潮流などの水の動きを利用して発電する装置を有する発電システムにおいて、水中生物の発電装置への付着抑制と装置稼働率の低下抑制の双方を可能とする発電システムを提供する。  【解決手段】  水面下に配置され水の動きを利用して発電する発電装置１と、発電装置が設置される浮体構造物４と、発電装置よりも上方に配置され、発電装置に照射される太陽光の一部の波長帯域を遮光する遮光体２とを備え、遮光体が遮光する波長帯域は水中生物の成長に必要な波長帯域を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面下に配置され水の動きを利用して発電する発電装置と、前記発電装置よりも上方に配置され、前記発電装置に照射される太陽光の一部の波長帯域を遮光する遮光体とを備え、
前記遮光体が遮光する波長帯域は水中生物の成長に必要な波長帯域を含むことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電システムにおいて、
前記遮光体は光透過型PVセルであり、
前記光透過型PVセルで発電した電力を前記発電装置の補機に供給するようにしたことを特徴とする発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の発電システムにおいて、
前記発電装置が設置される浮体構造物が設けられ、
前記遮光体は、前記浮体構造物に支持され、水面よりも上方に配置されていることを特徴とする発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の発電システムにおいて、
前記発電装置の上方に配置され、かつ、前記浮体構造物に支持された太陽光を遮光する構造体を備え、
太陽光が照射される前記発電装置の一部領域を前記構造体により覆い、太陽光が照射される前記発電装置の前記一部領域とは別の領域を前記遮光体により覆うようにしたことを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項３乃至４の何れか一項に記載の発電システムにおいて、前記浮体構造物上に風力発電装置を備えたことを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潮流などの水の動きを利用して発電する装置を有する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
持続可能社会の達成には、自然界に存在する光、風、水流等のエネルギーを電力に変換する再生可能エネルギーの活用拡大が望まれている。風力発電、太陽光発電等はここ数年かなり普及が進んでいるが、風力、太陽光は季節や天候により発電量の変動が大きく、年間を通じて安定したエネルギー供給が難しく、工夫が必要とされている。  
風力、太陽光と比べ現状では普及は進んでいないが、海であれば海流や潮流、河川、湖、沼であれば水流等を利用した発電システムは、特に海の場合、エネルギー源である海流や潮流は地球の運動等と相関が高いために、水の動きの予測は天気の予測より高い確度で実施することが出来、比較的安定したエネルギー源となりうるものである。  
水中に水の動きを利用して発電する装置を備えたシステムに関して、例えば特許文献１のように、水中の深い場所から太陽光、風力発電等で得られた電力を用いて生成した気泡を筒の中に流し込み、気泡運動により生じる水流で回転装置を回転させその回転力で発電機を回し発電するというものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2004-183637号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
装置を水中に没する形態では、多かれ少なかれ水中生物の付着が生ずる。特に回転部を有する装置の場合、回転部の回転を支持する部位などは水の流れが回転部に比べ遅くなり（例えば軸受などは回転中心にあり、回転速度も遅く、また、水流も淀みやすい）水中生物の付着が生じやすく、そして、水中生物の付着による回転部の動作への影響が顕著に生じてしまう。  
装置への水中生物の付着対策としては、装置の表面に有毒物質を混ぜた塗料を塗布しておき、それを付着した水中生物が取り込むことで装置の表面から付着生物を取り払う方法が取られていた。しかし、この方法は海洋生物への悪影響があるため法的に禁止され、その後は塗料を表面が加水分解により溶け出すものとし、塗料表面の溶け出しとともに付着生物を装置の表面から取り払う方法が開発された。
【０００５】
水中で動作する装置に上述のような特殊塗料を適用することにより、水中生物の付着を抑制し、水中生物の付着による製品性能低下、回転部分の故障等を防ぐことが可能となる。塗装の溶け出しにより塗装の量が低下した場合、メンテナンスとして特殊塗料の再塗装を行う必要がある。しかしながら、塗装等は、水中での作業が困難であるために、装置を停止し、水面上へ引き上げて実施するか、部品交換で対応するしかなく、装置稼働率の低下を招いてしまう。
【０００６】
従来の水中生物の付着抑制は、水中生物を装置から取り払うことによるものである。このため、水中生物を取り払う機能が低下した場合には、装置を停止してメンテナンスする必要がある。本発明者らは、種々検討した結果、水中生物を取り払うという発想ではなく、水中生物の成長を抑制する環境を作れば、水中生物の付着自体を抑制することができ、また、水中生物が装置に付着したとしても成長抑制によるメンテナンス期間の拡大、すなわち、装置稼働率の低下を抑制することが可能になることを見出した。
【０００７】
本発明の目的は、潮流などの水の動きを利用して発電する装置を有する発電システムにおいて、水中生物の発電装置への付着抑制と装置稼働率の低下抑制の双方を可能とする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】
本発明の発電システムは、水面下に配置され水の動きを利用して発電する発電装置と、発電装置が設置される浮体構造物と、発電装置よりも上方に配置され、発電装置に照射される太陽光の一部の波長帯域を遮光する遮光体とを備え、遮光体が遮光する波長帯域は水中生物の成長に必要な波長帯域を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、水中生物の発電装置への付着抑制と装置稼働率の低下抑制の双方を可能とする発電システムを実現できる。  
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例による発電システムの構成を示す図。
【図２】遮光体を設置する前の発電システムの構成を示す図。
【図３】色素と藻類などの関係を示す図。
【図４】色素と吸収波長の関係を示す図。
【図５】本発明の他の一実施例による発電システムの構成を示す図。
【図６】本発明の他の一実施例による発電システムの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例の発電システムは、水面下に配置され水の動きを利用して発電する発電装置と、発電装置よりも上方かつ水面よりも上方に配置されて、発電装置に照射される太陽光を部分的に遮光する遮光体であるPVセル（photovoltaic cell）と、発電装置を制御し、PVセルの発電電力により運転可能な補機等により構成されている。ここで、太陽光を部分的に遮光するとは、太陽光における一部の波長帯域を遮光することであり、本実施例では、水中生物の成長に必要な波長帯域を遮光するようにしている。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例の発電システムの構成の概略図である。また、本発明の一実施例の発電システムの構成の理解を容易にするため、図２に遮光体（PVセル）を設置する前の発電システムの概略を示す。
【００１４】
水面下に配置される発電装置１は、海流や潮流を利用した発電装置であり、海水の流れ７により発電装置１の羽根を回転させ、その回転で発電機を回転し発電システムとしての電力生成を行う。発生した電力は、有線あるいは無線送電で他の設備へ配電される。
【００１５】
本実施例では、発電装置１は浮体構造物４の水面下部分（水面下構造物）に設置され、水面下に保持されている。また、本実施例では、浮体構造物４は、３つの柱状物体５とそれらを連結する連結部材８で構成されている。発電装置１は、水面下で柱状物体５にそれぞれ一つずつ設置されている。図１、図２では、柱状物体５は３本であるが、少なくとも1本あれば、水面下に発電装置１を設置できる。浮体構造物４の水面より上の部分（水面上構造物）には、発電装置１の運転に用いられる補機３（例えば冷却ファン、油潤滑ポンプ）や制御装置、通信装置等が設置されている。また、発電装置１の運転・保守に用いられるセンサー６が水面下に設けられ、浮体構造物４の水面上構造物に設置された制御装置に信号を送るようにしている。浮体構造物４は係留索（図示省略）により係留されている。なお、図面中、符号１００は水面（波）を示す。
【００１６】
浮体構造物４と発電装置１だけで発電システムを構成した場合、太陽光は水中に侵入し、発電装置１に到達する。本実施例では、浮体構造物４の水面上構造物に、太陽光を構成する光の波長の一定範囲の帯域で発電するPVセル２を設置している。PVセル２は枠などの構造物（図示省略）により支持され、構造物を介して浮体構造物４に支持されている。
【００１７】
PVセル２として、PVセル２が光エネルギーを電気エネルギーに変換する波長帯域が、水面下に多く存在する植物性プランクトン、あるいは藻類の成長に深くかかわる帯域のもの用いている（詳細は後述する）。PVセル２の存在により、太陽光はその1部の波長帯域がPVセル２に吸収され、残りの波長帯域が水面下へ侵入する。
【００１８】
PVセル２で発電された電気は、発電装置の補機電源、発電装置の監視・モニタリング用センサー電源、通信装置の電源として使用される。外部電源が遮断された場合や、何かの故障で発電装置が動かなくなった場合でも、PVセル２で発電された電気を用いることにより、発電システムの情報を外部（例えば監視施設）へ伝え続けることが出来る。
【００１９】
次に、本実施例による水中生物の発電装置への付着抑制について説明する。  
本実施例の原理は単純であり、太陽光のうち、水中の発電装置に付着するであろう水中生物あるいはその水中生物のエサとなる生物の成長に必要な波長成分をPVセルにて電力に変換し、補機等の運転電源、かつ水中生物の成長抑制を両立させるものである。
【００２０】
水中生物の食物連鎖は、植物プランクトン→動物プランクトン→小型魚類→大型魚類→鳥類→水生ほ乳類といった順になっている。植物プランクトンは微小な藻類でありクロレラ、ケイソウ等が挙げられ、動物プランクトンは微小な無セキツイ動物、甲殻類の幼生、オキアミ等が挙げられる。食物連鎖を成立させるためには、植物性プランクトンの生産がおこなわれる必要がある。
【００２１】
図書「視覚でとらえるフォトサイエンス生物図録（数研出版）」から引用した光合成色素と藻類の関係を図３に、光合成色素と波長の関係を図４に示す。  
これらの関係からクロロフィル系の色素は、400〜550ナノメータ、フィコエリトリンは550〜600ナノメータ、バクテリオクロロフィルでは、750〜800ナノメータの波長帯域を吸収することが分かる。また、クロロフィルaが多くの藻類共通の色素である。  
このような波長と色素の関係から、多くの藻類の成長を抑制する、あるいは発生を防止するためには、クロロフィル系の色素が吸収する波長帯域が、水面下に侵入する量を減少させればよい。
【００２２】
これを実現する一番簡単な方法は、図１におけるPVセル２を全て不透明な構造物とすることであるが、水面下にある発電装置１や、浮体構造物４の柱状物体５の状態をカメラや、目視で監視、点検する際に、光が届かないため、別途光源を用意する必要が生じ、監視・点検の面で利便性に欠ける。そこで、本実施例では太陽光の一部の波長帯域を遮光するようにしている。
【００２３】
具体的な部分的波長帯域を透過するものであるが、一般に知られているものとしては、光学フィルターがある。光学フィルターとしては、光の吸収に波長選択性のあるもの（例えばCdSなどの半導体微粒子）をガラス中に分散させ透過光を選択するものや、表面に、金属や、誘電体の膜を付けるものなどがある。光学フィルターは透過波長帯域を決めるだけであり、吸収した帯域のエネルギーを有効活用するものではない。
【００２４】
これに対して、有機薄膜太陽電池（OPV：Organic Photovoltaics）や、アモルファスシリコンソーラーモジュール等の光透過型PVセルは、波長選択吸収と吸収した光による発電という２つの効果を持つ。図１に示すPVセル２にこれらを用いた場合、有機ポリマー系は500〜900ナノメータの範囲で、α-Siは400〜600ナノメータの範囲で、α-SiGeは600〜800ナノメータの範囲で太陽光を吸収し発電するため、クロロフィル系に必要な波長帯域を部分的に減衰させることが出来る。
【００２５】
このように、水中生物の成長に必要な波長帯域を遮光することにより、発電装置１に付着する水中生物の繁殖を抑えることができる。すなわち、水中の発電装置への生物付着抑制、付着したとしても成長抑制によるメンテナンス期間の拡大が期待できる。また、水中生物の付着抑制に効果がある部材（PVセル）は水面よりも上方に設置され、水中の発電装置の稼働に直接影響ないために、PVセルに損傷が生じた場合でも発電装置を止めずにメンテナンスができる。即ち、装置稼働率を低下させることなくメンテナンスを行うことができる。さらに、遮光した波長帯域で発電する光透過型PVセルを用いることで、水面下に発生する藻類などの成長、発生を抑制しながら、発電装置を動かすために必要な補機、発電装置を監視するために必要なセンサー駆動電源、情報を外部とやり取りするために必要な通信用電源等を、光透過型PVセルの電力で賄うことができる。これにより発電システムの発電量の増加、あるいは外部電源遮断時も運転継続、遠隔監視が可能となる。
【００２６】
なお、水中生物が繁殖するのは、光が到達する距離である約１００ｍ未満の水深である。このため、本実施例の発電システムは、１００ｍ未満の水深に水の動きを利用して発電する発電装置を設置する場合に好適である。
【００２７】
また、図１における実施例では、発電装置１の羽根の部分、即ち、動きが多い部分も含めて、発電装置全体を覆うようにPVセル２を配置しているが、動きが少ない箇所に水中生物が付着しやすいので、PVセル２を動きが少ない箇所（例えば、羽根の回転軸周辺部分）をスポット的に覆うように配置することも考えられる。但し、水中生物の発電装置への付着抑制を確実なものとする、さらに、PVセルの発生電力を大きなものとするためには、発電装置全体を覆うようにPVセルを配置することが望ましい。
【００２８】
また、図１におけるPVセル２は、水面あるいは水面下に設置する方法も考えられるが、水面あるいは水面下では、PVセル２上面に藻類の発生の可能性があり、発電能力の低下が懸念されるため、水面よりも上方にPVセル２を設置するのが望ましい。但し、仮に、PVセルを水面下に配置したとしても、これらをメンテナンスするときは、発電装置の再塗装のような場合と異なり、発電装置１を必ずしも停止する必要がないので、本発明は、PVセル２の水面、あるいは水面下への設置を全く排除するものではない。
【００２９】
また、発電機能を有することによる効果は得られないが、本発明は、遮光体として発電機能を有さない光学フィルターを用いることを排除するものではない。
【００３０】
また、本実施例では、浮体構造物４に発電装置１を設置しているが、発電装置１を海底に設置する場合にも本発明を適用できる。この場合、PVセル２を設置する浮体構造物を別途設ける必要がある。そして、PVセル２を設置した浮体構造物は係留索により発電装置１との相対関係を維持するようにする。
【００３１】
また、本実施例は、海中に発電装置１を設置したものであるが、湖、沼、川等の水域に発電装置１を設置した場合にも適用できる。
【実施例２】
【００３２】
本発明の他の実施例を図５に示す。本実施例では、上述の実施例１に対し、図1のPVセル２の一部、具体的には、浮体構造物４の中央部分のPVセルを、太陽光の全てを透過しない構造物９に置き換えたものである。他の構成は、実施例１と同様であり、説明を省略する。構造物９を、その上での作業などに対して十分な強度を有するもので構成することにより、発電装置などのメンテナンス作業を構造物上で実施可能となる。また、太陽光の全てを透過しない構造物９を配置する箇所を、発電装置１の動きが少ない箇所とし、発電装置１の動きが多い箇所にPVセル２を設けるようにしても良い。発電装置１の動きが少ない箇所への水中生物の付着をより効果的なものとすることができる。
【実施例３】
【００３３】
本発明の他の実施例を図６に示す。本実施例では、上述の実施例１や実施例２に対し、浮体構造物４上に風車（風力発電装置）１０を設置するようにしたものである。他の構成は、実施例１と同様であり、説明を省略する。風車１０の補機等の電源はPVセル２で発電した電力で賄うことも可能である。風車１０を浮体構造物４に設置することにより、自然エネルギーを効果的に利用することが可能な発電システムとすることができる。
【００３４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・発電装置、２・・・PVセル、３・・・補機、４・・・浮体構造物、５・・・柱状物体、６・・・センサー、７・・・海水の流れ、８・・・連結部材、９・・・構造物、１０・・・風車、１００・・・水面（波）
【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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