All about Photonics

Science/Research 詳細

ミシガン大学、アート-インスパイアド太陽電池を開発

September, 14, 2015, Ann Arbor--太陽電池は、空の太陽を追跡できるときに最大40%程度のエネルギーを捉えるが、従来の電動トラッカーは、勾配のある屋根や車輌の表面には重く、大きすぎる。ミシガン大学の研究グループは、日本の切り紙からデザインを拝借して、両面が使える太陽電池を開発した。
 「そのデザインは、大型トラッキング太陽パネルが行っていることを採用し、それを基本的に平坦な形に縮小した」と材料科学・工学博士課程学生で論文の筆頭著者、Aaron Lamoureuxは説明している。
 米国エネルギー省(DOE)の報告によると、住宅の屋根は、米国の太陽パネル設置の約85%を形成するが、こうした屋根は従来の太陽追跡システムの重量をサポートするには大幅な強化が必要になる。エンジニアとアーティストのチームは、比較的大きなパネル内で傾けることができる小型太陽電池アレイを開発した。このアレイは、その表面は太陽光線に対してより直角になる。
 「このパネルを立てた人の視点からすると、われわれのデザインの美しさは、実際に何も変わっていないということである」と材料科学・工学准教授、Max Shteinは言う。「しかし内部は、微小スケールで、驚くようなことをしている、太陽電池は微小セグメントに分かれ、調和して太陽の位置を追いかける」。
 太陽電池研究者は、太陽パネルがどの程度太陽を「見る」ことができるかという観点からトラッキングを考えている。パネルがある角度にあるとき、それは小さく見える。太陽光線がより低い角度で入ってくるときに傾き、広がるアレイを設計することで、太陽光を吸収する効果的なエリアが増える。
 パタンを研究するために研究チームは、ペーパーアーティスト、Matthew Shilanと協働した。Shlianは、LamoureuxとShteinにプロッターカッターを使ってパタンの作り方を示した。Lamoureuxは、CO2レーザを使ってKaptonにより精密なパタンを作製した。
 研究チームはさらに複雑なデザインを試したが、最も簡素なパタンの効果が最良だった。並んだダッシュのようなカットで、プラスチックは引き離されて基本的にメッシュになる。Kaptonの相互に接続したストリップは、そのメッシュの広がり具合に応じて、約1°の精度で傾く。
 アリゾナの夏至の際の太陽電力生成シミュレーションによると、新設計の構造は従来の単軸トラッカーとほぼ同等、設置型パネルに対して36%の向上となることがわかった。従来のトラッカーは、同じ条件で、設置型パネルに対して約40%超のエネルギーを生成するが、それは大きく、風を捉える傾向にあり、10倍、それ以上の重量がある。
 研究チームは、新しいデザインに大きな可能性があると見ており、「実際のアプリケーショを積極的に追求していく。究極的には、ソーラ電力のコスト削減になる」とShtein氏はコメントしている。