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自然の冷却現象を使いローコストデバイスが電気を生成

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January, 16, 2020, Los Angels--UCLA材料科学者がJouleに発表した論文で、夜間に再生可能エネルギーを生成する画期的な方法を開発するために放射冷却原理を活用した、と報告している。

そのアプローチは、世界中の10億を超える人々に最終的に恩恵をもたらす低コスト技術に適用できる。国際エネルギー機関(IEA)によると、電気に高信頼アクセスできない人々は10億を上回る。その技術はスタンドアロン技術として、またはソーラエネルギーと組み合わせて利用し、昼夜を通して電気を生成する。

放射冷却は、空に面した表面が、熱放射として大気中に熱を放出する自然現象である。その熱の一部が、高層大気まで上昇し、さらに冷たい空間範囲に達する。

「この効果は、いつでも自然に起こるが、特に晴れた夜間に起こる」とUCLA材料科学・工学准教授、この研究のリーダー、Aaswath Ramanは説明している。「結果的に、熱を発する物体が、車でも地面、建物でも、周囲温度よりもわずか低温になる」。

その新技術は、空に逃げるはずの周囲の空気からの熱の一部を捉えることで温度差を利用し、それを電気に変換する。

研究チームは、その技術を実証するために、簡素で安価なデバイスを開発した。使用される部品はすべて、市販調達でき、トータルコストは30ドル以下だった。

ビルの屋根に設置したセットアップは、片側を黒く塗装したアルミニウムディスクを含む。これが空に面している。チームは、そのディスクを利用して、周囲空気が発する熱を放射した。熱電発電機、温度差に応じて電圧を生み出すデバイスが、その熱を電気に変換した。

そのデバイスは、最高25mW/m2発電した、これは1個のLED電球に電力を供給できるレベル。そのデバイスは、同サイズの太陽電池と比べると、生成エネルギーは大幅に少ないが、Ramanによると、それは夜間発電用に利用できる。電力網にアクセスできない、あるいは簡単にバッテリが利用できない人々向けに利用できる。

その技術は、Ramanによると、もっとよいコンポーネントを使うことで改善できる。潜在的には、0.5W/㎡、研究チームが実証したデバイスの約20倍を生成できる。特に、放射冷却が最も強い暑く乾いた天候の場合である。

その出力で、家庭の屋根の上の小規模設定は、夜間に携帯電話の充電、あるいはLED電球で部屋に明かりを灯すことができる。

「それは、太陽エネルギーの補完技術の基盤を形成すると考えている。出力は常に太陽電池と比べると低いが、この新技術は、太陽電池が機能しない時間に動作できる」とRamanは話している。