专利名称：海洋移动型大规模太阳能发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能发电系统，更具体地说，涉及能够有效输送从在海上漂浮的大面积太阳能电池筏获得的太阳能，以将太阳能转换成电能或者允许车辆等利用该太阳能的太阳能发电系统。
背景技术：
由于在过去100年的短期内人类的伴随着使用化石燃料的各种活动，大气中二氧化碳(CO2:温室效应气体)的浓度快速增加。结果，出现了诸如异常气候的多发和由于冰山融化所导致的海面上升等的现象。因此，许多科学家已经预测如果放任这些现象，就会出现环境改变，由此他们建议需要全球性地采取一些措施。即，许多科学家坚持不应该使用化石燃料并且用清洁替代能源来代替化石燃料能源。此外，在开发出核能之后，核能已经被评估为一种替代能源。但是，考虑到铀资源量以及使用后的核燃料的处理或安全性，核能可能不是人类可以依赖的能源。清洁能源是不产生空气污染物质的能源。例如，在使用风力、太阳 热、太阳光等实行的能量转换的过程中，不应当产生空气污染物质。因此，近来将太阳光转换成电能的太阳能电池的转换效率已经提高，由此太阳能电池也投入到一般家庭的实际应用中。此外，一些公司已经安装了中型太阳能电池，以补充它们的工厂所需电力的一部分。但是，这种趋势在对社会进行关于清洁能源的启蒙的方面是有效的，却无法对用清洁能源来替代当前使用的能源产生充分影响。太阳能是清洁能源，但是存在的问题在于由于能量密度低，所以需要大面积来积累能量，并且由于时间变化很大,所以难以获得可靠输出。作为关于清洁能源的常规技术，专利文献I公开了对由太阳能发电电力电解并且提取的电解氢气进行加压并且将其输送到远方地点的加压输送供给设备。此外，非专利文献I公开了太阳能的现状和前景。太阳能发电在技术方面没有实际问题，由此已经主要在住宅领域推广。非专利文献I提出了太阳能发电应当推广到如公共部门和工业部门等的非住宅领域。引用列表专利文献专利文献I :日本专利申请特开平No. 10-205700号公报非专利文献I :由山海堂出版株式会社于2006年I月在社团法人日本海洋开发建设协会的海洋工程技术委员会中发表的“21世纪的海洋能源开发技术”。
发明内容
但是，专利文献I中所公开的常规技术存在的问题在于由于装置使用由安装在地面(沙漠)上的太阳能发电装置发电的电力并且日照时间是有限，所以装置的使用效率较低。存在的另一个问题在于由于太阳能发电装置的安装面积是有限的，所以发电电力不会增加。而且，存在需要安装提供大量水的设备以供给并且电解水的问题。
此外，非专利文献I中所公开的常规技术涉及与风力发电设备一起固定安装在地面或海上的太阳能发电设备。即，太阳能发电设备仅仅是当前情况下大容量发电厂中的辅助设备。鉴于上述问题，设计出本发明，并且本发明的目的是提供一种太阳能发电系统，其中，向基于从气象卫星发送的气象信息确定的海上的晴天区域运输许多太阳能电池单元，并且构建大面积的多个太阳能电池筏；回收通过使用从太阳能电池筏获得的大量电力来电解海水而提取的氢，或者将所获得的电能直接储存在新蓄电池中；并且高效地输送在远端地点产生的能量，以用作电能。由此，可以实现容量与核发电厂大致相当并且克服利用使用自然能源的常规系统的问题(如，低输出和时间变化大)的大规模发电系统。解决问题的技术方案为了解决上述问题，根据权利要求I的太阳能发电系统包括太阳能电池後，该太阳能电池筏漂浮在海上并且包括上面安装有太阳能电池单元的浮体，所述太阳能电池单元是通过把多个太阳能电池连接成片状形成的；太阳能电池筏母船，该太阳能电池筏母船装配有电氢转换单元以及氢储存单元，该电氢转换单元被构造为将由所述太阳能电池单元产生的电能转换成氢，该氢储存单元被构造为储存转换后的氢，所述太阳能电池筏母船能够运输所述太阳能电池筏；回收船，该回收船安装有被构造为回收在所述氢储存单元中储存的氢的氢回收/储存单元；氢回收罐，该氢回收罐被构造为从所述回收船回收氢并且储存所回收的氢；以及能量转换单元，该能量转换单元被构造为将所述氢回收罐中储存的氢转换成电能或直接使用所述氢回收罐中储存的氢。太阳能电池使用半导体(例如，硅)作为转换装置，以将太阳能直接转换成电能。因此，无法大规模形成单个太阳能电池。在该说明书中，通过连接太阳能电池形成为片状的元件被称为太阳能电池单元，并且通过将太阳能电池单元安装在漂浮在海上的浮体上而形成的元件被称为太阳能电池筏。太阳能电池筏上的太阳能电池单元在海上漂浮的同时接收太阳光并且产生电能。当不使用电能时，不必要地消耗了所产生的电能。因此，装配在太阳能电池筏母船中的电氢转换单元使用电能将海水转换成氢。即，太阳光被转换成电能，接着，电能用作用于电解(通过该电解，海水被转换成氢)的电力。转换出的氢储存在罐中，由回收船回收，然后被转换成电能或直接使用。此外，优选地，对氢进行加压并且作为液化氢进行储存，使得可以高效地储存氢。由于甲醇在常温常压下是液相，所以不需要热绝缘措施。因此，它可以被转换成甲醇，进行储存。由此，可以高效并且廉价地实现长距离输送在靠近日照时间长的赤道的海上获得的太阳能。根据权利要求2所述的太阳能发电系统包括太阳能电池筏，该太阳能电池筏漂浮在海上并且包括上面安装有太阳能电池单元的浮体，所述太阳能电池单元是通过把多个太阳能电池连接成片状形成的；太阳能电池筏母船，该太阳能电池筏母船装配有被构造为储存所述太阳能电池单元产生的电能的蓄电单元，并且该太阳能电池筏母船能够运输所述太阳能电池筏；蓄电池运输船，该蓄电池运输船回收所述蓄电单元中储存的电能；以及电力转换终端，该电力转换终端回收所述蓄电池运输船中储存的电能并且将电能转换成预定电力。
根据本发明，由太阳能电池单元产生的电能直接储存在蓄电单元(如，蓄电池等)中。电能由各蓄电池运输船回收并且被转换成预定电力，进行使用。由此，因为不需要使用用于将电能转换成另一种能的转换单元，所以可以高效地储存电能。根据权利要求3，通过把分别构成多个所述太阳能电池筏的所述太阳能电池和所述浮体连接起来，构造太阳能电池後组。在很多情况下，太阳能电池筏暴露于由波浪或风造成的恶劣环境。在该情况下，当太阳能电池筏分开放置时，令人担忧的是太阳能电池筏可能漂移或者彼此碰撞，由此损坏太阳能电池。因此，在本发明中，通过把多个太阳能电池筏的太阳能电池和浮体连接起来而构造太阳能电池筏组。由此，可以减小波浪或风的影响，从而使太阳能电池的表面稳定地面向太阳的方向。根据权利要求4，多个升降单元安装在所述浮体上并且被构造为将所述太阳能电池单元独立地升降到适当位置，其中，通过独立控制各个所述升降单元，所述太阳能电池单元的表面角度是可变的。太阳能电池单元组的表面角需要根据太阳光的角度变化，以随着日照时间的变化高效接收太阳光。因此，本发明提供了用于将太阳能电池单元独立升降到适当位置的多个升降单元。通过独立控制升降装置来调节太阳能电池单元组的表面角度。由此，太阳能电池单元组可以高效接收太阳光。此外，当利用风使太阳能电池筏组航行时，太阳能电池单元还起到帆的作用。因此，当调节太阳能电池单元组的表面角度时，考虑该功能。根据权利要求5，所述浮体包括内部安装所述太阳能电池单元的可伸缩且中空的浮体本体和使所述浮体浸在海中以使所述浮体稳定的可伸缩且中空的半潜罐，并且其中，所述半潜罐的比重被设置为使得所述浮体本体从海面预定程度地浮起。为了使太阳能电池筏在海上稳定地漂浮并且高效航行，浮体的结构应当被设计为使尤其是波浪的影响最小。此外，由于需要将浮体运送到海的远方地点，所以浮体应当被设计为收纳在太阳能电池筏母船中。因此，在本发明中，浮体包括可伸缩且中空的浮体本体和使浸在海中的浮体稳定的可伸缩且中空的半潜罐。由此，当运输浮体时，可以通过将空气或海水从中空部分泵出，来压缩浮体并且收纳浮体，而浮体的重心被半潜罐降低，以使波浪的影响最小。根据权利要求6，所述太阳能电池单元的所述多个太阳能电池被构造为彼此连接成带状并且绕着卷筒卷绕(带状太阳能电池组)。现在，具有高耐久性的柔性太阳能电池是商业可得的。例如，铜铟镓联硒化合物(CIGS)太阳能电池可以可靠地使用很长时间。因此，太阳能电池单元的多个柔性太阳能电池以带状或板状彼此连接，由此带状太阳能电池组可以绕着卷筒卷绕并收纳。由此，可以简单地收纳长的带状太阳能电池，而对于太阳能电池不占用空间。根据权利要求7，所述太阳能电池单元的所述多个太阳能电池被构造为彼此连接成板状，并且被折叠成屏风状(板状太阳能电池组)。非柔性的太阳能电池被构造为以多个太阳能电池为单位的板状。板状太阳能电池彼此连接，以形成板状太阳能电池并且通过在其边界折叠板状太阳能电池进行收纳。因此，由于与使用柔性太阳能电池相比，可以使用低成本的太阳能电池，所以可以降低太阳能电池单元的成本。根据权利要求8，所述太阳能电池筏母船包括控制装置，其被构造为控制所述升降单元；转换装置，其被构造为转换所述太阳能电池单元产生的能量；以及收纳单元，其被、构造为收纳所述太阳能电池筏。所述控制装置包括通信单元，该通信单元被构造为与气象卫星和/或GPS卫星进行通信；气象信息接收单元，该气象信息接收单元被构造为接收从所述气象卫星发送的气象信息；GPS接收单元，该GPS接收单元被构造为获取基于来自所述GPS卫星的信号而获取的关于所述太阳能电池筏母船的位置信息；太阳位置计算单元，该太阳位置计算单元被构造为基于所述气象信息接收单元接收的所述气象信息来计算太阳的位置；航行计划计算单元，该航行计划计算单元被构造为基于所述气象信息接收单元接收的所述气象信息来计算长期的航行计划；以及太阳能电池角度控制单元，该太阳能电池角度控制单元被构造为基于所述太阳位置计算单元计算出的太阳的位置、风向、风速和所述航行计划来控制所述升降单元。所述转换装置包括海水电解装置，该海水电解装置被构造为用所述太阳能电池单元产生的电力来电解海水；氢液化装 置，该氢液化装置被构造为对所述海水电解装置提取的氢进行液化；以及液化氢罐，该液化氢罐被构造为储存所述液化氢。太阳能电池筏母船停在太阳能电池筏附近并且经由电缆连接至太阳能电池单元组。太阳能电池筏母船使用由太阳能电池单元组产生的电力来电解海水，以提取氢。此外，太阳能电池筏母船基于来自气象卫星和GPS卫星的信息确认太阳的位置或太阳能电池筏母船的位置，按照基于长期气象预报的航行计划移动到用于最有效地接收太阳能的地点，并且控制太阳能电池单元组的表面角度。这样的控制由计算机来执行，并且太阳能电池筏母船实时跟踪太阳并且移动太阳能电池筏，使得太阳能电池单元尽可能多地接收太阳光。为了使移动中所需要的能量最小，太阳能电池筏母船检测风速和风向，并且执行控制，使得针对移动方向来优化太阳能电池单元的表面角度。由此，太阳能可以高效地被转换成另一种能量，并且可以被储存。根据权利要求9，所述太阳能电池筏母船包括控制装置，该控制装置被构造为控制所述升降单元；蓄电装置，该蓄电装置被构造为储存所述太阳能电池单元产生的能量；以及收纳单元，该收纳单元被构造为收纳所述太阳能电池筏。所述控制装置包括通信单元，该通信单元被构造为与气象卫星和/或GPS卫星进行通信；气象信息接收单元，该气象信息接收单元被构造为接收从所述气象卫星发送的气象信息；GPS接收单元，该GPS接收单元被构造为获取关于所述太阳能电池筏母船的位置信息，所述位置信息是基于来自所述GPS卫星的信号获取的；太阳位置计算单元，该太阳位置计算单元被构造为基于所述气象信息接收单元接收的所述气象信息来计算太阳的位置；航行计划计算单元，该航行计划计算单元被构造为基于所述气象信息接收单元接收的所述气象信息来计算长期的航行计划；以及太阳能电池角度控制单元，该太阳能电池角度控制单元被构造为基于所述太阳位置计算单元计算出的太阳的位置、风向、风速和所述航行计划来控制所述升降单元。所述蓄电装置包括电池单元，该电池单元被构造为储存电力；以及充放电装置，该充放电装置被构造为利用所述太阳能电池单元产生的电力对所述电池单元进行充电，以及从所述电池单元放电。 根据本发明，设置了蓄电装置而不是转换装置。蓄电装置包括大容量电池单元和对电池单元进行充电或者输出电力的充放电装置。其他构造与权利要求8的相同。由此，可以更有高效地储存太阳能。 根据权利要求10，所述太阳能电池单元用作用于通过风力移动所述太阳能电池筏母船的帆。在使用风力使移动太阳能电池筏母船时的能量最小的情况下，高效地使用清洁能源。由于在太阳能电池单元组中，多个太阳能电池形成为片状，所以通过由升降装置调节太阳能电池单元的角度，太阳能电池单元组可以起到一个帆的作用。由此，可以减小在太阳能电池筏母船移动中所需要的能量。本发明的效果根据本发明，太阳光被转换成电能并且电能用作进行电解的电力，由此产生氢。转换后的氢储存在罐中并且由回收船回收。这样回收的氢被转换成电能或者直接使用。因此，可以高效并且廉价地长距离输送在靠近日照时间长的赤道的海洋上获得的太阳能。由太阳能电池单元产生的电能直接储存在蓄电装置(例如，蓄电池等)中，并且利用各蓄电池运输船回收电能，并且将电能转换成预定电力，进行使用。因此，用于转换电能的转换单元不是必须的并且可以高效储存电能。 通过连接太阳能电池和浮体(其中，太阳能电池和浮体构成太阳能电池筏)来构造太阳能电池筏组。由此，可以减小波浪或风的影响，使得能够使太阳能电池的表面可靠地面向太阳。由于设置了将太阳能电池单元独立升降到合适位置的多个升降单元，并且单独控制各升降单元，以调节表面角度，所以太阳能电池单元可以高效地收集太阳光，由此可以用于航行。浮体包括可伸缩且中空的浮体本体和使浮体浸入以在海中稳定的可伸缩且中空的半潜罐。由此，当运输浮体时，从浮体的中空部泵出空气或海水，使得可以以减小的本体尺寸来收纳浮体。此外，浮体的重心被半潜罐降低，使得可以最小化波浪的影响。把构成太阳能电池单元的多个柔性太阳能电池连接起来形成带状，由此带状太阳能电池组可以被绕着卷筒卷绕来收纳。由此，可以简单地收纳长的带状太阳能电池组，而不占用大空间。非柔性的太阳能电池被构造为形成以多个太阳能电池为单位的板状。板状太阳能电池彼此连接，以形成板状太阳能电池组，而板状太阳能电池在其边界处折叠来收纳。由此，由于与柔性太阳能电池相比，可以使用低成本的太阳能电池，所以可以降低太阳能电池单元的成本。太阳能电池筏母船使用太阳能电池单元组所产生的电力来电解海水，以制造氢。太阳能电池筏母船基于来自气象卫星和GPS卫星的信息来检查太阳的位置或太阳能电池筏母船的位置，根据基于长期气象预报确定的航行计划移动到可以最有效获得太阳能的地点，并且控制太阳能电池单元组的表面角度。为了使用于移动的能量消耗最小，太阳能电池筏母船检查风力和风向，并且执行控制使得太阳能电池单元组的表面角度变为相对于移动方向最佳。由此，太阳能可以高效地转换成另一种能，进行储存。蓄电装置包括大容量电池单元和对电池单元进行充电或者输出电力的充放电装置。由此，可以更高效地储存太阳能。由于太阳能电池单元组包括多个太阳能电池并且具有片状，所以各太阳能电池单元组可以充当帆。凭借该构造，可以降低移动太阳能电池筏母船所需的能量。
图I是示意性地示出了根据本发明的实施方式的太阳能发电系统的概观的图。图2是示出了根据本发明的太阳能电池筏的构造的图，图2中(a)是示出了太阳能电池筏的顶视图，图2中(b)是示出了部分浸入海中的太阳能电池筏的侧视图，图2中(C)是示出了太阳能电池单元的部分放大图，而图2中(d)是示出了根据另一个实施方式的太阳能电池筏的侧视图。图3是示出了调节太阳能电池单元的表面角度的图，图3中(a)是示出了太阳位于东方的情况 的图，图3中(b)是示出了太阳在正中的情况的图，而图3中(c)是示出了太阳位于西方的情况的图。图4是示出了收纳在太阳能电池筏母船中的太阳能电池单元的图，图4中(a)是示出了以卷绕方式收纳的太阳能电池单元的图，而图4中(b)是示出了以折叠方式收纳的太阳能电池单元的图。图5是示出了根据本发明的太阳能电池筏母船的构造的图。图6中(a)是示出了图5中所描述的控制装置的细节的功能性框图，图6中(b)是示出了图5中所描述的转换装置的细节的功能性框图，而图6中(c)是示出了图5中所描述的蓄电装置的细节的功能性框图。图7是示出了根据本发明的太阳能发电系统的太阳能电池筏母船的操作过程的流程图。图8是示出了将浮体安装在海上的步骤的流程图。图9是示出了根据本发明的太阳能发电系统的回收船的操作过程的流程图。图10是示出了根据本发明的太阳能发电系统的蓄电池运输船的操作过程的流程图。
具体实施例方式此后，将参照附图详细描述本发明的实施方式。实施方式中所描述的构成元件、种类、组合、形状及其相对位置等不被解释为限制本发明的范围，而仅仅是简单描述的示例。图I是示意性地示出了根据本发明的实施方式的太阳能发电系统的概观的图。附图标记I表示太阳，附图标记2表示气象卫星，而附图标记3表示GPS卫星。太阳能发电系统100包括太阳能电池筏5，该太阳能电池筏5漂浮在海上并且包括通过将多个太阳能电池21 (参见图2)连接成片状而形成的太阳能电池单元20 (参照图2)，该太阳能电池单元20安装在浮体23 (参见图2)上；太阳能电池筏母船4，该太阳能电池筏母船4装配有将由太阳能电池单元20产生的电能转换成氢的海水电解装置(电氢转换单元)57 (参见图6)和储存转换出的氢的液化氢罐(氢储存单元)59 (参见图6)，并且该太阳能电池筏母船4可以运送或拖动太阳能电池筏5 ;回收船6，其安装有用于回收液化氢罐59中储存的氢的氢回收/储存单元；氢回收罐9，其从回收船6回收氢并且储存所回收的氢；以及发电厂(能量转换单元)10，其将氢回收罐9中储存的氢转换成电能。在图I所示的示例中，太阳能电池筏5包括三个太阳能电池筏A、B和C。每个太阳能电池筏A、B和C连接有四个太阳能电池筏母船4，但是该构造仅仅是示例。可以以各种方式更改太阳能电池筏的数量和太阳能电池筏母船4的数量。通过分别连接构成多个太阳能电池筏的太阳能电池和浮体23来构造包括大面积太阳能电池単元的太阳能电池筏组。此外，回收船6以太阳能电池筏A、B和C的顺序回收在各太阳能电池筏母船4中储存的氢。此外，除了太阳能电池筏母船4，可以进一歩提供仅接收和运送太阳能电池筏5的运送船。在该情况下，各太阳能电池筏母船4分别包括控制装置40和转换装置41。此外，太阳能电池筏母船4可以仅包括蓄电装置46。在该情况下，提供仅回收氢的回收船6和仅回收电能的蓄电池运输船13。此外，太阳能电池筏母船4有两种类型，一种是装配有转换装置41以储存氢，而另一种是装配有蓄电装置46以储存电能。
接着，将描述根据本发明的太阳能发电系统100的概括操作。在图I中，将描述电解海水并且将海水转换成氢的ー种太阳能发电系统。太阳能电池筏母船4的船组从回收基地8移动到目标海域，以运送各太阳能电池筏母船4负责的太阳能电池筏5。当太阳能电池筏母船4移动时，太阳能电池筏母船4基于从气象卫星2获得的气象信息预先确认目标海域的气象状況。基于从GSP卫星3获得的位置信息，来控制直到各船组停泊的目标海域之前各船组的位置。到达目标海域的各船组将太阳能电池筏5的浮体23从太阳能电池筏母船4放在海上。例如，由压缩空气将如内部中空的囊状物的浮体23进行膨胀(将详细描述)。接着，在这样安装的浮体23上，解下并且安装由例如辊子卷绕并且收纳的太阳能电池単元20。太阳能电池単元20由电缆彼此连接，并且浮体23的整个表面铺设有太阳能电池。太阳能电池单元20具有例如IOOmX IOOm的水平和垂直尺寸的正方形。当完成各太阳能电池筏A、B和C吋，从太阳能电池筏母船4调节角度，使得太阳能电池表面面向太阳I的方位角。接着，各太阳能电池筏5将太阳能转换成电能并且使用该电カ在太阳能电池筏母船4中电解海水，以提取氢。所提取的氢被液化并且储存在罐中。此外，由于太阳I的角度随着地球的旋转而变化，所以通过实时计算太阳的位置来调节太阳能电池単元20的角度，以与太阳光的角度匹配，并且控制太阳能电池筏母船4，以移动并且尽可能跟踪太阳光。另ー方面，当停在回收基地8的回收船(组)6被通知太阳能电池筏母船4中的罐充满了氢的消息时，回收船6离开回收基地8并且移动到太阳能电池筏母船4等待的海域。当回收船6到达该海域吋，回收船6从各太阳能电池筏母船4回收氢并且返回到回收基地8。输送管7安装在回收基地8的海面上，由此将回收船6中所储存的氢从输送管7输送到氢回收罐9。此外，在不使用输送管7的情况下，回收船6可以停泊在回收基地8的港口，并且可以将氢直接从回收船6回收到氢回收罐9。在回收基地8，由例如在发电厂10中装配的燃料电池，使氢回收罐9中所储存的氢与氧发生电化学反应来发电。S卩，太阳能电池21使用半导体(例如，硅)，作为转换元件，以将太阳能直接转换成电能。因此，可能无法以很大規模形成单个太阳能电池。为此，通过将太阳能电池彼此连接成片状来形成太阳能电池単元20，并且使将太阳能电池单元20安装在浮体23上的太阳能电池筏5漂浮在海上。太阳能电池筏5在海上漂浮的同时接收太阳光，来产生电能。当不使用电能时，不需要消耗所产生的电能。因此，由装配在连接至太阳能电池筏5的太阳能电池筏母船4中的水电解装置57，利用电能将海水进行电解并且转换成氢。即，太阳光被太阳能电池转换成电能，接着使用电能将海水进行电解，以转换成氢。转换出的氢储存在太阳能电池筏母船4上的罐中，然后由回收船6回收。由例如大型燃料电池使氢回收罐9中所储存的氢和氧发生电化学反应，以生成电能。此外，为了有效储存氢，优选地，对氢进行加压，以作为液化氢进行储存。由于甲醇在常温常压下是液相并且不需要热绝缘措施，所以可以将氢转换成甲醇进行储存。因此，可以高效并且廉价地实现长距离输送在日照时间长的赤道附近的海上获得的太阳能。图2是示出了根据本发明的太阳能电池筏的构造的图。图2中(a)是示出了太阳能电池筏的顶视图，图2中(b)是示出了部分浸入海中的太阳能电池筏的侧视图，图2中(c)是示出了太阳能电池単元的局部放大图，而图2中(d)是示出了根据另ー个实施方式的太阳能电池筏的侧视图。这里，通过连接多个太阳能电池21而形成的部件被称为太阳能电池単元20，并且通过将太阳能电池単元20安装在浮体23上而形成的部件被称为太阳能电池筏5。在该示例中，太阳能电池单元20被构造为具有各边为IOOm的正方形，并且太阳能电池单元20的面积被设置为10，000平方米。此外，将太阳能电池单元20构造为被分成短边宽度为IOm的帯状体。因此，由于容易将太阳能电池单元20紧密地卷绕或折叠成辊状，所以太阳能电池単元20可以容易地收纳在太阳能电池筏母船中。浮体23包括安装太阳能电池单元20的可伸缩且中空的浮体本体27和潜在海11中以使浮体23稳定的可伸縮中空半潜罐30。半潜罐30的比重被设置为使得浮体本体27从海面Ila预定程度地浮起。多个角度控制臂(升降単元)25安装在浮体23上，并且使太阳能电池単元20的适当位置(在该示例中，四个角)独立地升降。固定工具24将太阳能电池单元20固定到浮体23。太阳能电池単元20的受光面的角度被构造为通过独立地控制角度控制臂25而改变。在浮体本体27中，电カ收集线28收集由太阳能电池单元20生成的电力，并且通过电カ收集连接器29将该电力提供给太阳能电池筏母船4。用于使用液压、气动压等的単元用作角度控制臂25。此外,浮体本体27和半潜罐30通过连通管31彼此连通。浮体本体27和半潜罐30 一体形成，使得可以通过连通管31提供海水32等，以调节半潜罐30的比重。S卩，调节海水32的量，使得浮体本体27通过整个浮体的重量和浮力从海面Ila预定程度地浮起。为了使太阳能电池筏5在海上稳定地漂浮并且高效航行，浮体23的结构应当被设计为使尤其是波浪的影响最小。此外，由于需要将浮体23运送到海洋的远方地点，所以浮体23应当被紧密设计，以收纳在太阳能电池筏母船4中。因此，在本发明中，浮体23包括可伸缩且中空的浮体本体27和使浸在海11中的浮体23稳定的可伸缩且中空的半潜罐30。由此，当运送浮体23时，通过抽出中空部中的空气或海水可以压缩并且收纳浮体23，并且由于半潜罐30，浮体23的重心降低，以使波浪的影响最小。此外，如图2中(d)所示，在没有浮体本体27的情况下，柱38可以直接从半潜罐30竖立，而角度控制臂25可以设置在柱38的顶端。图3是示出了太阳能电池単元的受光面的角度的调节形式的图，图3中(a)是示出了太阳位于东方的情况的图，图3中(b)是示出了太阳在正中的情况的图，并且图3中(C)是示出了太阳位于西方的情况的图。当如图3中(a)所示太阳I位于东方时，一对相邻的角度控制臂25a被设置为使得突出长度较短，而ー对相邻的角度控制臂25b被设置为使得突出长度较长。接着，太阳能电池単元20的受光面面向太阳I的方向。当如图3中(b)所示太阳I位于正中时，角度控制臂25a和25b的高度被设置为彼此相等。接着，太阳能电池単元20的受光面面向太阳I的方向。当如图3中(c)所示太阳I位于西方时，所述ー对相邻的角度控制臂25b被设置为使得突出长度较短，而所述一对相邻的角度控制臂25a被设置为使得突出长度较长。接着，太阳能电池单元20的受光面面向太阳I的方向。S卩，当从地球看太阳时，太阳光的角度随着地球的旋转而随时间变化。因此，太阳能电池单元20的表面角度需要根据太阳光的角度而变化，以高效接收太阳光。因此，在该实施方式中，多个角度控制臂25设置为独立地升降太阳能电池单元20的四个角，并且角度控制臂25被独立地控制以调节受光面的角度。由此，太阳能电池单元20可以高效接收太阳光。
图4是示出了收纳在太阳能电池筏母船中的太阳能电池单元的图。例如，在图4的(a)中，太阳能电池筏母船4设置有固定两个卷筒35和36的臂34。太阳能电池单元20a预先卷绕并且收纳在卷筒35中。此外，太阳能电池单元20b沿箭头方向从浮体本体27绕着另一个卷筒36。此外，在卷绕太阳能电池单元20之前，去除使太阳能电池单元20彼此连接的电缆，或者从太阳能电池单元20预先去除固定工具24。如上所述，绕着辊子卷绕的柔性太阳能电池21是优选的。此时，具有高耐久性的柔性太阳能电池21是商业可得的。例如，可以长时间可靠地使有铜铟镓联硒化合物(CIGS，Copper Indium Gallium Diselenide)太阳能电池。因此，构成太阳能电池单元20的多个柔性太阳能电池彼此连接成带状，由此带状太阳能电池组可以绕着卷筒卷绕并收纳。由此，可以简单地收纳长带状的太阳能电池组，而不用为太阳能电池组提供场所。在图4的(b)中，构成太阳能电池单元20的多个太阳能电池21彼此连接成板状，以将太阳能电池21折叠成小型屏风状(板状太阳能电池组37)。即，非柔性的太阳能电池被构造为以多个太阳能电池为单位的板状。板状太阳能电池彼此连接，以形成板状太阳能电池组并且通过沿边界折叠板状太阳能电池来收纳板状太阳能电池。因此，由于与柔性太阳能电池相比，可以使用低成本的太阳能电池，所以可以降低太阳能电池单元的成本。图5是示出了根据本发明的太阳能电池筏母船的构造的图。太阳能电池筏母船4包括控制角度控制臂25的控制装置40、将由太阳能电池单元20产生的能量转换成氢的转换装置41、以及内部(外部)收纳太阳能电池筏5的太阳能电池筏收纳单元42。通过电缆45向转换装置41供给由太阳能电池筏5产生的电力。太阳能电池筏母船4还包括从气象卫星2和GPS卫星3接收信息并且向控制装置40提供该信息的天线44、以及检测风向和风速的风向风速计43。仅收纳并且运送太阳能电池筏5的母船可以与太阳能电池筏母船4分开设置。在该情况下，各太阳能电池筏母船4分别包括控制装置40和转换装置41。尽管附图中未示出，但是可以认为太阳能电池筏母船4装配有帆，以通过风力使太阳能电池筏母船4航行所需要的能量最小。此外，代替转换装置41，可以安装直接储存由太阳能电池单元20产生的电能的蓄电装置46。镍氢电池或锂离子电池可以用作蓄电装置46。近年来，能够容易地输入输出大电力的新型电力贮藏装置已经用作双电荷层电容器。双电荷层电容器是“能够累积电力的装置”，以简单、高效、快速且无浪费地使用所产生的电能。在一些海外国家，双电荷层电容器已经安装在公共汽车中并且投入到实际使用中。在日本，已经努力将双电荷层电容器在宽领域范围中投入实际使用中。例如，双电荷层电容器安装在车辆或重型机器上或者用作照明电源。将来，期望双电荷层电容器单独使用或者与镍氢电池或锂离子电池一起使用，或者在各种工业领域中使用。此外，双电荷层电容器具有以下特征1)实现了大电流的快速充放电，2)充放电效率好，3)双电荷层电容器耐重复充放电并且寿命长，4)双电荷层电容器没有有害重金属并且环保，并且5)故障少并且爆炸危险低。图6中(a)是示出了图5中所示的控制装置的细节的功能性框图，图6中(b)是示出了图5中所示的转换装置的细节的功能性框图，而图6中(c)是示出了图5中所示的蓄电装置的细节的功能性框图。在图6的(a)中，控制单元40包括通信单元50，其与气象卫星2和/或GPS卫星3进行通信；气象信息接收单元53，其接收从气象卫星2发送的气象信息；太阳位置计算单元54，其基于由气象信息接收单元53接收到的气象信息来计算太阳的位置；航行计划计算单元61，其基于由气象信息接收单元53接收到的气象信息来计算长期的航行计划；GPS接收单元51，其从GPS卫星3接收信号；船位置计算单元52，其基于由GPS接收单元51获得的GPS信息来计算太阳能电池筏母船4的船位置；太阳能电池组角度控制单元56，其基于由太阳位置计算单元54算出的太阳的位置、风向、风速和航行计划来控制角度控制臂25;天线44，其从气象卫星2和GPS卫星3接收信息并且向控制装置40提供该信息；以及风向风速计43，其检测风向和风速。在图6的(b)中，转换装置41包括海水电解装置57，其用太阳能电池单元20产生的电力对海水进行电解；氢液化装置58，其对海水电解装置57提取的氢进行液化；以及液化氢罐59，其储存液化氢。转换装置41可以还包括没有转换地储存从太阳能电池筏5获得的剩余电力的蓄电池60，并且可以在天气突然变化时或夜晚使用蓄电池60中所储存的电能执行电解。尽管附图中未示出，但是，因为甲醇在常温常压下是液相并且不需要热绝缘措施，所以转换装置41可以还包括将海水转换成甲醇并储存转换后的甲醇的装置。在图6的(C)中，蓄电装置46包括储存电力的电池单元63，和充放电装置62，该充放电装置62利用太阳能电池单元20产生的电力对电池单元63进行充电以及从电池单元63输出电力。此外，充放电装置62包括输出端子64，该输出端子64输出电池单元63中蓄积的电能，以向蓄电池运输船13提供电能。S卩，太阳能电池筏母船4停在太阳能电池筏5附近并且经由电缆45连接至太阳能 电池单元20。太阳能电池筏母船4使用由太阳能电池单元20产生的电力来电解海水，以提取氢。此外，太阳能电池筏母船4基于来自气象卫星2和GPS卫星3的信息确认太阳I的位置或太阳能电池筏母船4的位置，基于长期气象预报按照航行计划将太阳能电池筏5移动到最有效接收太阳能的地点，并且控制太阳能电池单元20的受光面的角度。这样的控制由计算机来执行，并且太阳能电池筏母船4实时跟踪太阳并且移动太阳能电池筏5，使得太阳能电池单元20尽可能多地接收太阳光。为了使移动中所需要的能量最小，太阳能电池筏母船4检测风力和风向，并且执行控制，使得太阳能电池单元20的表面角度针对移动方向而优化。由此，太阳能可以高效地被转换成另一种能量，并且可以被储存。由于海水包括各种物质，所以除了氢以外，可以通过电解提取钠、钾、稀有金属等。由太阳能电池单元20产生的电能直接储存在蓄电装置46中。接着，各蓄电池运输船13回收电能，将电能转换成预定电力，并且使用该电力。由此，因为不需要提供转换电能的转换装置41，所以可以高效储存电能。即，替代转换装置41，提供蓄电装置46。蓄电装置46包括大容量电池单元63和对电池单元63进行充电或者输出电力的充放电装置62。由此,可以更高效地储存太阳能。
图7是示出了根据本发明的太阳能发电系统的太阳能电池筏母船的操作过程的流程图。太阳能电池筏母船4的船组从回收基地8移动到目标海域，以运送各太阳能电池筏母船4负责的太阳能电池筏5 (SI)。当太阳能电池筏母船4运送太阳能电池筏5时，太阳能电池筏母船4从气象卫星2预先获取关于目标海域的气象状况的气象信息(S2)并且基于所获取的气象信息来确定目标海域的位置(S3)。基于从GSP卫星3获得的位置信息，来控制各船组的位置直到目标海域。到达目标海域的各船组(步骤S4中“是”)将太阳能电池筏5的浮体23从太阳能电池筏母船4放下。例如，由压缩空气使如内部中空的囊状物的浮体23膨胀。接着，绕着卷筒卷绕并收纳的太阳能电池单元20被取下并安装在这样的浮体23上。太阳能电池单元20由电缆彼此连接，并且浮体23的整个表面铺设有太阳能电池
(S5)。当完成各个太阳能电池筏A、B和C时，太阳能电池筏母船4基于来自气象卫星2的信息计算太阳的方位角(S6)。此外，太阳能电池筏母船4通过测量风向和风速计算航行计划(S7)并且调节太阳能电池表面的角度，使得太阳能电池表面面向太阳I的方位角(S8)。接着，各太阳能电池筏5将太阳能转换成电能，并且使用电力在太阳能电池筏母船4中对海水进行电解(S9),以提取氢。提取出的氢被液化并且储存在罐中。当罐充满液化氢时(步骤SlO中为“是”)，通知回收船6进行回收(Sll)。 图8是示出了将浮体安装在海上的过程的流程图。当太阳能电池筏母船4到达工作现场时，太阳能电池筏母船4使浮体23在海上膨胀(S20)。接着，将加压空气注入到浮体23中，使得浮体23不下沉(S21)。在该状态下，海水被注入到半潜罐30中，使得浮体23从海面预定程度地浮起(S22)。调节预定程度，使得浮体本体27从海面预定程度地浮起(S23)。当浮体23稳定时，由固定工具24将太阳能电池单元20固定到角度控制臂25 (S24)。接着，电力收集连接器29连接到太阳能电池筏母船4(S25)。图9是示出了根据本发明的太阳能发电系统的回收船的操作过程的流程图。在回收基地8，确定太阳能电池筏母船4是否请求进行回收(S30)。当确定了太阳能电池筏母船4请求回收(步骤S30中为“是”)时，回收船6从回收基地8出发(S31)。当回收船6到达工作现场时，回收船6从太阳能电池筏母船4回收液化氢(S32)。确定是否结束从所有太阳能电池筏母船4回收液化氢(S33)。当回收液化氢没有结束(步骤S33中为“否”)时，从其他太阳能电池筏母船4回收液化氢(S37)。但是，由于回收船6的回收容量有限，所以确定回收船6是否有适当空间来回收液化氢(S34)。当确定了回收船6没有空间来回收液化氢(步骤S34中为“否”)时，回收船6停止回收液化氢，返回到回收基地8 (S35)，接着将液化氢储存在回收基地8的氢回收罐9中(S36)。当太阳能发电系统被构造为使得太阳能电池筏5的总面积是例如2平方公里时，假设直射阳光的能量比率是lkW/m2，电转换效率是12% (此时过低估计的值)，并且平均发电小时是10小时/天，则根据本发明的上述太阳能发电系统相当于10万kW的发电厂。此夕卜，如果太阳能电池筏5的总面积被扩展到20平方公里，则太阳能发电系统相当于I百万kW的核发电厂。图10是示出了根据本发明的太阳能发电系统的蓄电池运输船的操作过程的流程图。在回收基地8，确定太阳能电池筏母船4是否请求进行回收(S40)。当确定了太阳能电池筏母船4请求进行回收(步骤S40中为“是”)时，蓄电池运输船13从回收基地8出发(S41)。当蓄电池运输船13到达工作现场时，蓄电池运输船13从太阳能电池筏母船4回收电能(S42)。确定是否结束从所有太阳能电池筏母船4回收电能(S43)。当回收电能没有结束时(步骤S43中为“否”)，从其他太阳能电池筏母船4回收电能(S47)。但是，由于蓄电池运输船13的回收容量有限，所以确定蓄电池运输船13是否有适宜回收电能的余量(S44)。当确定了蓄电池运输船13没有回收电能的余量时(步骤S44中为“否”)，蓄电池运输船13停止回收电能，返回到回收基地8 (S45)，接着将电能储存在回收基地8的电力转换终端12中(S46)。附图标记说明I :太阳，2 :气象卫星，3 :GPS卫星，4 :太阳能电池筏母船，5 :太阳能电池筏，6 :回收船，7 :输送管，8 :回收基地，9 :氢回收罐，10 :发电厂，11 :海洋，12 :电力转换终端，13 :蓄电池运输船，20 :太阳能电池单元，21 :太阳能电池，23 :浮体，24 :固定工具，25 :角度控制臂，27 :浮体主体，28 :电力收集线，29 :电力收集连接器，30 :半潜罐，31 :连通管，32 :海水，33 :空气，34 :臂，35，36 :卷筒，37 :板状太阳能电池组，38 :柱，40 :控制装置，41 :转换装置， 42 :太阳能电池筏收纳单元，43 :风向风速计，44 :天线，45 :电缆，46 :蓄电池装置，50 :通信单元，51 =GPS接收单元，52 :船位置计算单元，53 :气象信息接收单元，54 :太阳位置计算单元，55 :控制单元，56 :太阳能电池组角度控制单元，57 :海水电解装置，58 :氢液化装置，59 液化氢罐，60 :蓄电池，61 :航行计划计算单元，62 :充放电装置，63 :电池单元，64 :输出端子，100:太阳能发电系统
权利要求
1.一种太阳能发电系统，该太阳能发电系统包括 太阳能电池筏，该太阳能电池筏漂浮在海上并且包括安装有太阳能电池单元的浮体，所述太阳能电池单元是通过把多个太阳能电池连接成片状而形成的； 太阳能电池筏母船，该太阳能电池筏母船装配有电氢转换单元以及氢储存单元，该电氢转换单元被构造为将所述太阳能电池单元产生的电能转换成氢，该氢储存单元被构造为储存转换后的氢，所述太阳能电池筏母船能够运输所述太阳能电池筏； 回收船，该回收船安装有被构造为回收所述氢储存单元中储存的氢的氢回收/储存单元; 氢回收罐，该氢回收罐被构造为从所述回收船回收氢并且储存所回收的氢；以及能量转换单元，该能量转换单元被构造为将所述氢回收罐中储存的氢转换成电能或直接使用所述氢回收罐中储存的氢。
2.一种太阳能发电系统，该太阳能发电系统包括 太阳能电池筏，该太阳能电池筏漂浮在海上并且包括安装有太阳能电池单元的浮体，所述太阳能电池单元是通过把多个太阳能电池连接成片状而形成的； 太阳能电池筏母船，该太阳能电池筏母船装配有被构造为储存所述太阳能电池单元产生的电能的蓄电单元，并且该太阳能电池筏母船能够运输所述太阳能电池筏； 蓄电池运输船，该蓄电池运输船回收所述蓄电单元中储存的电能；以及电力转换终端，该电力转换终端回收所述蓄电池运输船中储存的电能并且将电能转换成预定电力。
3.根据权利要求I或2所述的太阳能发电系统，其中，通过把分别构成多个所述太阳能电池筏的所述太阳能电池和所述浮体连接起来，构造太阳能电池筏组。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的太阳能发电系统，该太阳能发电系统还包括多个升降单元，该多个升降单元安装在所述浮体上并且被构造为将所述太阳能电池单元独立地升降到适当位置，其中，通过独立控制各个所述升降单元，所述太阳能电池单元的表面角度是可变的。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的太阳能发电系统，其中，所述浮体包括内部安装有所述太阳能电池单元的可伸缩、可折叠且中空的浮体本体和使所述浮体浸在海中以使所述浮体稳定的可伸缩且中空的半潜罐，并且其中，所述半潜罐的比重被设置为使得所述浮体本体从海面预定程度地浮起。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的太阳能发电系统，其中，所述太阳能电池单元的所述多个太阳能电池被构造为彼此连接成带状并且绕着卷筒卷绕。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的太阳能发电系统，其中，所述太阳能电池单元的所述多个太阳能电池被构造为彼此连接成板状，并且被折叠成屏风状。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的太阳能发电系统， 其中，所述太阳能电池筏母船包括控制装置，该控制装置被构造为控制所述升降单元；转换装置，该转换装置被构造为转换所述太阳能电池单元产生的能量；以及收纳单元，该收纳单元被构造为收纳所述太阳能电池筏， 其中，所述控制装置包括 通信单元，该通信单元被构造为与气象卫星和/或GPS卫星进行通信；气象信息接收单元，该气象信息接收单元被构造为接收从所述气象卫星发送的气象信息； GPS接收单元，该GPS接收单元被构造为获取基于来自所述GPS卫星的信号而获取的关于所述太阳能电池筏母船的位置信息； 太阳位置计算单元，该太阳位置计算单元被构造为基于所述气象信息接收单元接收的所述气象信息来计算太阳的位置； 航行计划计算单元，该航行计划计算单元被构造为基于所述气象信息接收单元接收的所述气象信息来计算长期的航行计划；以及 太阳能电池角度控制单元，该太阳能电池角度控制单元被构造为基于所述太阳位置计算单元计算出的太阳的位置、风向、风速和所述航行计划来控制所述升降单元，并且其中，所述转换装置包括 海水电解装置，该海水电解装置被构造为用所述太阳能电池单元产生的电力来电解海水； 氢液化装置，该氢液化装置被构造为对所述海水电解装置提取的氢进行液化；以及 液化氢罐，该液化氢罐被构造为储存所液化的氢。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的太阳能发电系统， 其中，所述太阳能电池筏母船包括控制装置，该控制装置被构造为控制所述升降单元；蓄电装置，该蓄电装置被构造为储存所述太阳能电池单元产生的能量；以及收纳单元，该收纳单元被构造为收纳所述太阳能电池筏， 其中，所述控制装置包括 通信单元，该通信单元被构造为与气象卫星和/或GPS卫星进行通信； 气象信息接收单元，该气象信息接收单元被构造为接收从所述气象卫星发送的气象信息； GPS接收单元，该GPS接收单元被构造为获取关于所述太阳能电池筏母船的位置信息，所述位置信息是基于来自所述GPS卫星的信号获取的； 太阳位置计算单元，该太阳位置计算单元被构造为基于所述气象信息接收单元接收的所述气象信息来计算太阳的位置； 航行计划计算单元，该航行计划计算单元被构造为基于所述气象信息接收单元接收的所述气象信息来计算长期的航行计划；以及 太阳能电池角度控制单元，该太阳能电池角度控制单元被构造为基于所述太阳位置计算单元计算出的太阳的位置、风向、风速和所述航行计划来控制所述升降单元，并且其中，所述蓄电装置包括 电池单元，该电池单元被构造为储存电力；以及 充放电装置，该充放电装置被构造为利用所述太阳能电池单元产生的电力对所述电池单元进行充电，以及从所述电池单元放电。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的太阳能发电系统， 其中，所述太阳能电池单元用作帆，该帆用于通过风力移动所述太阳能电池筏母船。
全文摘要
提供了一种能够高效地输送远距离处产生的能量并将能量转换成电能的太阳能发电系统。太阳能发电系统(100)被构造为设置有太阳能电池筏(5)，漂浮在海上同时装配有在浮体(23)上通过把多个太阳能电池(21)连接成片状而形成的太阳能电池单元(20)；太阳能电池筏母船(4)，装配有用于将太阳能电池单元(20)产生的电能转换成氢的海水电解装置(57)和用于储存通过转换获得的氢的液化氢罐(59)，并且能够运送或拖动太阳能电池筏(5)；装配有用于回收液化氢罐(59)中储存的氢的氢回收/储存装置的回收船(6)；从回收船(6)回收氢并且储存氢的氢回收罐(9)；以及将氢回收罐(9)中储存的氢转换成电能的发电厂(10)。
文档编号H02J7/35GK102648306SQ20108004755
公开日2012年8月22日 申请日期2010年10月13日 优先权日2009年10月22日
发明者国生刚治 申请人:学校法人中央大学