太陽光発電および風力発電を電力供給源として用いる環境情報計測装置とその降水の分析への利用

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(1)Title. 太陽光発電および風力発電を電力供給源として用いる環境情報計測装置とその降水の分析への利用. Author(s). 菅, 正彦; 茂古沼, 拓也. Citation. 北海道教育大学紀要. 自然科学編, 64(1): 19-22. Issue Date. 2013-09. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/6979. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) 平成 2 5{ I e8 ) J. J ヒ海道教育大学紀要 ( 1" 1 然科学編 ) 第6 4巻第 1号 J o u r n a lo fHokkaidoU n i v c r s i L yo fEducation C ¥ a l u r a lS c i c n c c s l Vo . l64，: ¥ 0. 1. j ¥ u g u s L，2 0 1 3. 太陽光発電および風力発電を電力供給源として用いる環境情報計測装置とその降水の分析への利用背. 正彦・茂占沼拓也. 北i lJ追教育大学札￨院佼}J;:/境情報面!iJ W科学研究室. E n v i r o n m e n t a lI n f o r m a t i o nMeasuringSystemu s i n g WindPowerandP h o t o v o l t a i cC e l l sandI t s A p p l i c a t i o nt ot h eA n a l y s i so ft h eP r e c i p i t a t i o n KANMasahikoandMOKONUMATakuya EnvironmcntalI n f o r m a t i o nMcasurcmcntS c i c n c c s，SapporoCamp¥ls ，I I o k k a i d oU n i v c r s i t yo fEd¥lc a t i o n，Sapporo0 0 2 8 : ; 0 2. 概要風) J党電および太陽光発電を電力供給源として使用して，気温や紫外線量，日身、j 量などの情報(環境情報) を計測する装置(環境情報計測装置)を動かしこれらの情報をリアルタイムでインターネットに発信するシステム(環境情報百 h J ! 1 J.発信システム)を構築して 2002イドから運用してきた。 2012年に発電装置および環境情報計測装置を更新し，合わせて発電能力を増大させ，災害などにより一時的に商用電力を使用できない￨祭の非常用電源としても使用できるようにした。またこのシステムから待られた情報を降本の分析に利用した。. キーワード:風力発電，太陽光発電，環境情報百 " i J!日，酸性雨，情報教育，環境教育. 1.緒言. れた地域の環境とを比較する￨控に，インターネットなどのコンビュータネットワークの d T用カt有用. 環境問題を考える上でi'!分の身の回りの環境が. である。若者らの研究では教育・研究におけるコ. どのような状川にあるのかを主l !ることは，基本的. ンビュータネットワークの利用が一つの研究テー. で重要な'ji:.r!'[であると思われる。この・ji:の重要性. マであり，これまでに種々の成果を報白してきた。. は環境教育においても同様である c 自分の身の￨口￨. すなわち，紫外線最，. りの身近な環境と，他の地域の環境とを比較する. 環境情報を百 h J!1Jし，インターネットへ発信する環. ことで， 1 ' [分の身近な環境についてより深く考え. 境情報丙I'iJ! J I・発信システムを構築・開発し￨ l ，. ることができると思われるからである。. 伴られる情報を一般情報教育や環境教育などに利. 白分の周開の環境と他の地域，特に地理的に離. u 、身j 景，気温などの種々の. 用する可能性等について検討してきた. [ 2，3 J。こ. ハ吋υ. ー.

(3) アザ1. H. I ビ主 !J・1 見古沼拓也. のシステムでは観測およびデータ転送のためには. かの理由により最大 1 0日間動作しなくても，その. 昨j Jii電源を使用せず，太陽光発電および風 ) J発電. 聞の観測結果は失われない。. で観測およびデータ転送を行った。しかしこのシ. 岸外に設置された観ü!iJ装置および~1!l~線転送装置. ステムは構築後 1 0年以上経過し，老朽化などに. に屯力を供給するためには，商用発電を使用せず. よって正 'l;~ な使用に影響が出る状態になってい. に風力発電および、太陽元発電を用いた。発電装置. た。この老朽化したシステムの更新を検討し，こ. 装置としては，既存のハイブリッドパワーシステ. れに合わせて太陽光発電・風 ) J発電・帯電システ. ムの後継機である ZephyrZ -501型風 ) J発電装出. ムの機能を強化し，停電などの非常時にも非常用. ( ゼファー株式会社，点点 ) を lf ?と，. 電源として使用できるようなシステムを構築し，. NT-84L5H型太陽電池モジ、ユール(シャーブ). その一部をすでに報告した「引が，ここでその概. を 2台，さらにじ P L ; n型デイープサイクルバッ. 略についても述べる。. テリ(ゼファ一株式会社)を 4台使用した c 本シ. 0 0 6年から本学札幌校敷地内等にまた著者らは 2. ステムでは風 ) J発電と太陽光発電を併用し，また. おいて降水の採取および分析を行ってきた [5J. 夜間や無風 H すなどの党電土止が少ない場合には自動. そこで本研究では，環境問市計測装置から得られ. 的にバッテリから電力が供給されるようになって. た情報を降水の分析に応用する試みを行ったので. I :様上での風力発電装置の定格出力はいる。 {. ここに報告する。. 400W (定格風速 12.5m/s時)，風速 3m/sから J100W，風速発電を開始し，風速 7m/sで山 ). 2 . 環境情報計測・発信システムの更新の概略本システム更新についてはすでに報告した [1J が，ここでその概略を述べる。システム単新に際しての基本的な考会え J iとして. 9m/sで出 ) J200Wである。また太陽電池モ. iあたりの公称最大出 ) Jは81W，バッジュール 1f. テリ 1台あたりの定格作量 ( 2 0 1時間率)は 105^h である。以外に設置された観測装置と以内に設置された. は，老朽化によってこれ以上使用できないものに. 処県出コンビュータとの聞は，直線距離で約 1 0 0. ついては取り替えるが，それ以外の物については. メートル離れている。この間のデータ転送のため. 可能な限り既存システムを利用し，経費削減や環. には既存 RS-232Cシリアル通信用小電 ) J燕線ユ. 境への配慮を行うこととした。. ニットの f走中限 1~ である DLNET-1200. 観測装置としては既存システムの後継機である. (デ、ータリ. ンク株式会社，埼玉)を使用した。. VantagcPro2 ( D a v i sInstrumcntsC o r p .，Hay. 観測装置から送られたデータを保存し，また. ward，C^9 4 5 4 5，US^) を使用した。この装置で. ウェブブラウザで閲覧可能な形式に変換するため. は紫外椋量，け射量，気掃， ?1n~}文，気圧，風向，. に，屋内に設置されたコンビュータを使用してい. 風速，降水量を最小時間間隔 1秒伴に観測して，. るc この処理用コンビュータは観測装置 Van. 本体と接続された制佐1 .衣心部(コンソール)，. t a g ePro2制御用コンビュータも兼ねており，そ. およ. uコンソールと. RS-232Cインターフェース. のためのアプリケーションソフトウェアとして，. で接続されたパーソナルコンビュータに去示でき. 既存の HealthWeatherlinkSoftwareVersion. る。また観測結果は本体内蔵メモリに最小時間間. 1 . 0 1 (DavislnstrumentsC o r p . ) の後継ソフト. 隔 1分ごとに保存できる。本装置では処理問コン. ウェアである WcathcrLinkf o rVPを使用した c. ビュータにおける処聞に裂する 1手間などを考慮し. 既存の処県出コンビュータではいくつかのアプ. て，観m u結果の保存問ド討を 5分とした。この場合，. リケーションソフトウェアを使用して観測データ. 観測装置のメモリには最大 1 0日間の観測結呆が保. を処理し，ウェブブラウザで閲覧できる形式に変. 持される。これにより処理用コンビュータが何ら. t 更していた c. 2 0. これらのアプリケーションソフト.

(4) 太防光発電および風力充電を電力供給淑として用いる環境情報，;1測装置ーとその降水の分析への利用. ウェアは，観測装世制御用アプリケーションソフ. Eを 6台設置して同時に採取した。降水の採取は. c a l t hWc a t h c r l i n kを除いて，無料でトウェア H. 2 0 1 2 { ド8月1 2日から 2012{n1月 9日までの問に 1 9. ! i J 主主恒制使用できるソフトウェアである。この観u 御用アプリケーションソフトウェアを，既存の. 1 円￨行い，合計 5 8 6試料を採取した。. J l j l 定には堀場製作所の TwinpH 降水の pHi. H e a l t hW e a t h e r l i n kS o f t w a r eV e r s i o n1 . 0 1から，. B-212コンパクト pHメーターを，また電気伝導. at h e rLinkf o r その後継ソフトウェアである We. -173コン不測定には堀場製作所の TwincondB. VPへ変旺(史新，パージョンアップ)したこと. パクト導電不計を使用した。これらの測定に必要. により，既存の処聞用コンピュータで使用してい. な試料の体積はそれぞれ 0.2mLであり，少量の. た上記のアプリケーションソフトウェアがそのま. j l 定でき降水の場合にも pHおよび屯気伝導率をiJl. まの状態では使用できなくなった c そのため，現. るc. 千五，必要な変更，修正を行っている。本研究では発電装置および環境情報計測装世の I)i新に合わせて発電能 ) Jおよび蓄電能) Jを増大させ，災計などによる停電などにより. ー時的に商用. 3 . 2 採取した降水の pHおよび電気伝導率 2 0 1 2年 8月 1 2日から 2 0 1 2年 1 1月 9日までの聞に 8 6試科の，ぽ取した 5. pHおよび電気伝導率を. 電力を使用できない際の非常用屯出としても使用. Fig.1に示す。この図から降水は屯気伝導率が. できるようにした。バッテリ 1台あたりの定格存. 増大するに伴って pHが低ドする降水と，電気伝. 2 0時間本)は 105Ahであり，これを 4台校量 (. 導本が増大しでも pHが低 1 ' .しない降水の，て種. 列接続することで 420Ahの定格容量を有する非. 類に )d)リされることが分かる c 前者の降本はいわ. 常用風) J発電・太陽光発電システムとして利用で. ゆる酸性雨以￨大￨物質である硝酸イオンや硫酸イオ. きる c 12Vのバッテリ科量としては 5.04kWhと. ンを多く合む降水であり，後者の降水は中↑~tJM ，. なり，照明 (10Wx 1本)を約 5時間，ノート. たとえば塩化ナトリウムや硫醍マグネシウム等を. 50W) は約 1 6時間使用できる c (ハイパソコン (. 多く合む降水と考会えられる。また醸性雨である. ブリッド門家発電システム Eの計算例。. h t t p : / /. w w w . z e p h y r e c o . c o . j p / jp/products/hyb r i d . js p ). pH 5 . 6以下の雨は採取した全 5 8 6 ; t よ料中の 4 8 3試料であり， 82%の 1 : 1 1が酸性 1 : 1 1であった。. しばしば停電時に備えて太陽光発電を設置したが，いざ停電というときに曇りで全く役に伝たなかったという話が聞かれる c しかし木システムのように風力発電，太陽光発電およびバッテリを耐. 3 . 3 環境情報計測装置から得られた情報を降水の分析に応用した結果. :や降水 l 時間， } 民 l Ii リ本システムで得られる降水 E. えることにより，去りや伐聞の J!!~胤|時にも，ある. や加し速などの i 古市は，降水のう汁斤を 1 1'う際に工主要. 程度の電力供給を期待できる。. な情報となる。一例としてこれらの情報を 2 0 1 2年. 1 0月2 4日から 2 0 1 2年 1 1月 9日まで，合計 7同の降. 3 . 降水の分析への応用 3 . 1 降水の採取降水の採取は環境情報計測装慣が設出されてい. 水の分析に!必用した。これらの降水の干均 pH，平均電気伝導率と，環境情報戸￨測装置から作られた降本時の風向および平均風速を Table 1に示. 0月2 1日， 1 0月 3 1日および 1 1月 5日の降水が，す。 1. る，本学札幌校研究棟北側の敷地内で、行った。採. pHが低下せずに比較的高い電気伝導不を示して. 取には酸性雨分取器レインゴーランド I (堀場製. 1 手の胤 l i リは北西であり，北西いる。これらの降水1. 作所，京都)を使用した。この装置を使用すると. t ! : 塩の発生源，すなわち降水に溶けてイ方向にI[r. 一度の降水の降り始めから 1mm年に最大 8試料. ' .させない電解民の発生オンとなっても pHを低 1. を採取することができる。このレインゴーランド. 源があると推測される c. 2 1.

(5) 菅. 正彦・茂古沼拓也. • Nov.. 6 工. .Oct . • S e p .. つy p・. 企. ザぷ・ γ. 5i. c . .. . .. 4. Aug.. &. 3. o 20 40 60 80100120140160 cond/μScm-1. F i g .1 .C o n d u c t i v i t yandpHo fa l lc o l l e c t e dr a i nsamplesbetweenAugust1 2 .2 0 1 2andNovember9 . tt h egroundo fHokkaidoU n i v e r s i t yo fE d u c a t i o nSapporo(HUES). 2 0 1 2，a. Table1 .A n a l y t i c a lr e s u l t so fr a i ns a m p l e sc o! l e c t e dbetweenO c t o b e r2 4，2 0 1 2andNovember ，2 0 1 2a tt h egroundo fHokkaidoU n i v e r s i t yo fE d u c a t i o nSapporo(HUES). 9 Datec o! le c t e d. pH. C o n d u c t i v i t y/μScmI. Oct .2 4，2 0 1 2. 5 . 6. 1 1 9. 0 1 2 Oct .2 9，2. 5 . 7. 9. .2012 Oct .31. 4 . 9. 2 7. N o v .2 .2 0 1 2. 5 . 3. 5. ，2 0 1 2 Nov.5. 5 . 4. 6 3. ，2 0 1 2 Nov.7. 5 . 5. 6. ，2 0 1 2 Nov.9. 5 . 5. 9. Windd i r e c t i o n Windspeed/mS-l W/WNW. 3 . 6. SE/ESE. 1 2 . 6. NW/WNW. 5 . 6. SE/SSE. l .5. NW/NNW. 6 . 2. SE/ESE. 3 . 1. W/WSW. 2 . 5. 2 .菅. 4 .結論. 正彦，田，，，俊逸，環境情報計測システムによっ. て得られる情報の授業における利用のための術究，北. 環境情報計測装置およびこれに電力を供給する風力発電・太陽光発電装置の更新を行った。またこの更新後の装置によって得られた情報を，降水た. の分析に応用し，本システムの有用性が確認され. 海道教育大学附属教育実践総合センター紀要. 7，. 6 9 7 2，2 0 0 6 . 3 . 菅正彦，佐藤渉，音楽による環境情報の表現の試み，北海道教育大学情報処理センタ一紀要，1 1，5 5 6 1，. 2 0 0 7 .. 。. 4 .背. 正彦，太陽光発電・風力発電を用いる環境情報. 計測装置と情報教育・環境教育，. PCカンファレンス. 北海道 2 0 1 2論文集， 2 2 2 5， 2 0 1 2 .. 5 .菅. 文献 1.菅. 8，8 9 9 3，2 0 0 7 .. 正彦，環境情報計測・発信システムの安定稼働. と教育への利用，北海道教育大学附属教育実践総合センター紀要，. 2 2. 正彦，井上香菜子，田 ' 1 '俊逸，北海道教育大学. 教育実践総合センター紀要，. 6，8 7 9 0， 2 0 0 5 .. ( 菅. 正彦札幌校准教授). (茂古沼拓也札幌校卒業生).

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