太陽光を集めるガラス―MITの研究


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ガラス窓が太陽電池へ高効率に光を集める。
そんな素材がMIT(マサチューセッツ工科大学)で研究されている。

MITによるニュースは こちら(English)


有機集光装置と呼ばれるこの集光パネルは、ガラス表面に有機染料が塗られているだけの簡単な構造で、見た目は色付きのガラスのように見える。違う点は、このガラスに照射された光は、薄い側面へ集まって、縁から光を放つように見える。
原理的には向きが逆となるが、液晶モニターのバックライトが底面に光を当てて液晶パネル前面を光らせるのと同じ現象を利用している。表面の有機染料が光を吸収し、その光を放出する方向を直角方向に変え、そこからはガラスが光ファイバーの原理でパネル側面へと光を集める。
この集光パネルの側面の四辺に太陽電池を付けると、全方面の太陽光を集光して捕まえることが出来、太陽電池の発電効率を飛躍的に向上することが出来る。


図によると四辺の他に、透過した光のための太陽電池パネルも置かれているが、効率を上げるためには、透過光をも側面へ集光することが望ましいだろう。
太陽の集光装置にはミラーを使用した 米SolFocus社 大同メタル の自動追尾式集光装置があり、これらも大きな発電効率の向上を遂げているが、太陽自動追尾する装置を付けることでコスト高になっている。集光するのみならば 太陽光レンズ を使用する方法もあるが、これらは太陽を集光した分だけ熱線も増加し、パネル面が高熱を持って太陽電池パネルを傷めてしまうことがある。太陽電池パネルの性質としても25℃以上の熱を持つと温度が上がるごとに発電効率が下がってくる(単結晶・多結晶の太陽電池は平均1℃上がるごとに0.4~0.5%発電量が下がる)。効率面においても出来るだけ低い温度であることが望ましい。
赤外線を防ぐフィルターを太陽電池パネルの前に掛け、後ろにはヒートシンクで放熱対策をするだけでもこれらのことはある程度緩和するが、有機染料パネルだと赤外線域を吸収する素材を使用することは簡単で、それにより大きく集光したとしても太陽電池を熱することが無くなる。
熱によっての損傷や発電効率が降下する現象が防げるため、大きな集光が可能となり、より大きな発電効率の向上が出来ることになる。単体の太陽電池パネルから得られる電力は40倍以上になると見込まれている。
当然ながら、発電効率が上がった分は太陽電池パネルの使用量を減らすことが出来るため、コストも大きく下がることになり、熱による寿命の変化も見逃せないコスト軽減となる。
全方向の太陽光を受ける構造を作り出すことで、理想的な光量の日照時間が増えることにより、総量ではさらに大きな発電量が得られることだろう。

このパネルは一見は色付きガラスと同じく光を透過するため、ガラス窓として使用しながら太陽光発電装置にする研究も行われている。
これが実用化となればガラスの使用箇所は多く、設置場所に困ることも少なくなり、パネル面掃除や手入れもしやすい場所に太陽光発電を設置することが出来る。

まだ開発中とあって実地データーが少ないが、この有機集光装置によってコスト単位あたり50%の効率アップが出来ると見られているが、さらに研究が進んだ上で量産化すれば、もっと大きな効率化とコストダウンが図られることだろう。

関連ニュース記事



窓のような広い面に照射された太陽光を集めて発電する技術が開発された。
米マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究者が、窓を太陽光発電装置にする技術を開発した。同校の研究者らはこれまでにない「太陽光集光器」を開発した。
この集光器は窓のような広い面に照射された太陽光を収集し、それを縁の部分に集中させる。このため、屋根を太陽電池で覆うのではなく、ガラスパネルの縁の部分にのみ太陽電池を取り付けるだけでいい。さらに、縁に光を集中させることで、個々の太陽電池から得られる電力は40倍以上になるという。
現行の集光器は可動式の大型鏡材を使っていることが多いが、MITの集光器は複数の塗料を混ぜたものをガラスやプラスチックに塗る。この塗料がさまざまな波長の光を吸収し、それを別の波長で放射して、縁の太陽電池に運ぶ。
このシステムは製造が容易なので、3年以内に導入されるかもしれないと研究チームは考えている。これを既存のソーラーパネルシステムに加えれば、最小限のコストで効率が50%高まるとしている。
この研究成果はScience誌の7月11日号に掲載される。研究チームのメンバーは、この技術を開発し、製品化するための企業Covalent Solarを立ち上げる。


  • 私は、現在印刷会社に所属し紙を中心とする印刷物の企画販売をする営業職に従事しております。 -- (貝﨑 誠) 2011-04-03 23:15:06
  • 今後ともよろしくおねがいします。 -- (MIT) 2011-12-06 16:31:34
  • お教えください -- (長谷川雄一) 2011-12-15 23:08:26
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