太陽電池モジュールの発電能力劣化を 簡便?低コストで抑制する方法を発明。
※掲载内容(役职名,学年など)は取材时のものです。(现在と内容が异なる场合があります。)
5年前から电圧诱起劣化(笔滨顿)の研究に着手。
私は学生时代から物理が大好きで,岐阜大学に在学中,材料系の研究室に所属し,半导体に関する研究を始めました。その后,留学を経て岐阜大学で研究员として働くようになり,「人の暮らしに役立つ研究がしたい」との思いから,次世代エネルギーとして注目を集める太阳电池の研究に本格的に取り组むようになりました。
東日本大震災以降,日本では,政府が再生可能エネルギーの普及を図り,太陽光発電が急速に広がりました。一般住宅向けのみならず,日本各地でメガソーラーと呼ばれる大型の太陽光発電施設が設置されましたが,これに伴い,徐々に顕在化してきた問題が,「電圧誘起劣化」(Potential Induced Degradation:PID)が引き
起こす発電効率の低下です。
一般家庭の屋根などに设置されている太阳光発电に使われるパネルを「太阳电池モジュール」と呼びます。これは発电を行う结晶シリコン太阳电池(セル)を雨などから守るため,カバーガラスやバックシートで封じ込める构造になっています。ところが,太阳电池モジュールの発电能力は様々な原因により低下することがあります。そのうち,电圧が原因となり発生する现象が笔滨顿です。再生可能エネルギーの导入が进んでいる欧州では,各地にメガソーラーが设置されており,笔滨顿による発电能力の低下が大きな问题となっています。笔滨顿には,温度や湿度,电圧などの条件が影响しているといわれていますが,発生のメカニズムははっきりと解明されていません。
笔滨顿自体は,以前から知られていました。ところが,笔滨顿が発覚しても,肝心のセルはカバーガラスやフレームに囲まれているため,その原因を调べることが难しく,あまり研究が进んでいない状况でした。そこで5年ほど前,私を含めた岐阜大学の研究チームが,狈贰顿翱(国立研究开発法人新エネルギー?产业技术総合开発机构)の採択を受けて,笔滨顿の原因を解明する研究をスタートさせました。
笔滨顿の特徴は,その他の劣化现象に比べて非常に短期间で激しく発电能力が低下することにあります。常に状态を観察していれば変化に気付きますが,しばらく放置していた场合,気付いた时には全く発电していなかったということもあり得るのです。笔滨顿はカバーガラスの表面に水が付くと起こりやすく,热帯系の雨が降りやすい地域や海が近い地域は要注意だと言えます。また,水分以外では,太阳电池モジュールの周りの温度が高くなった际に,カバーガラスに含まれるナトリウムがセル内部に移动して笔滨顿を引き起こすと考えられています。そのため,地球温暖化が进行すると,もともと高温多湿な日本でも今后,笔滨顿の発生がさらに増えてくることが予想されます。
笔滨顿试験前后における电圧电流特性
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简便な抑制方法を普及させ,世界中の电力インフラに贡献していきたい。
私は笔滨顿をなんとか抑制する方法はないかと研究を进めてきました。そもそもの原因は高い电圧にあるため,电圧を下げる,もしくは分散してやれば,ある程度笔滨顿の発生を遅らせることができるはずです。また,ナトリウムのセル内への移动が引き金となることから,ナトリウムをブロックすれば笔滨顿を抑制できるだろうと考えました。そこで着目したのが「液体ガラス」という透明な涂料です。液体ガラスは,コーティングしたいものに涂布し,一定时间置くと固まって耐久性の高いガラス层を形成します。また,一般のガラスのように金属を含んでいないことから,电圧がセルに及ぼす影响を軽减することができるのではないかと考えました。これを太阳电池モジュールに使えば,液体ガラスが固まったガラス层が,ナトリウムの移动を遅らせられるのではないかという仮説を立てて研究を开始したのです。
ただ,正直,最初は全く手応えがありませんでした。一见すると単纯に液体ガラスを表面に涂るだけのようですが,涂り方には相当な工夫が必要で,厚みなどによって効果が大きく异なってくるのです。しかし,既存のモジュールの上にガラス层を作る场合と,カバーガラスの下にガラス层を挿入する场合の2パターンで试験を行ってきたところ,どちらでも明らかな効果が见られ,とりわけ后者は,笔滨顿発生を大幅に抑制する効果があることが分かりました。
现在は小型のモジュールを使って试験を行っている段阶ですが,今后はより大きなモジュールで効果を确认していく予定です。実用化に向けては,太阳光パネルメーカーやメンテナンス会社などと共同してさらなる研究を进めていく必要があります。今回の発明は,液体ガラスを用いることから,太阳电池モジュールの构造を大きく変えずに导入することが可能で,太阳光発电システムの寿命を延ばし,発电コストの低减に直接つながるものです。今后も加速していく太阳光発电の普及を后押し,世界中の电力インフラを支える一助になれば嬉しいですね。