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太陽光を2000倍集光! IBMの新型太陽光発電・太陽熱利用システム

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太陽光を2000倍集光! IBMの新型太陽光発電・太陽熱利用システム

米IBMは、スイスのAirlight Energy社と共同で、太陽光を2,000倍集光し、その80%を有用なエネルギーに変換することができる、高効率な冷却熱利用型超高集光太陽電池システム(HCPVT)を開発し、2017年までに商用機を市場に投入すると発表した。

本システムは晴天であれば12kWの電力と20kWの熱を生み出すことができ、これは複数の平均的な家庭が必要とする電力に相当する。

このシステムは高さ10m。内部に36枚の楕円形の鏡を敷き詰めた、40平方メートルのパラボラ状の反射器台座で集光する。また、高精度太陽追尾システムにより、パラボラ反射器は常時太陽光を取り込むのに最適な角度に向けられる。

鏡面では反射によって太陽放射を複数のマイクロチャネル型水冷レシーバーに光を集める。各レシーバーには、多接合型の太陽電池チップが高密度に実装されている。各チップは1cm角で、通常の晴天の日中であれば最大57W発電する。

この太陽電池チップは微細化層上に実装されており、この微細化層内にごくわずかの冷却液を流し、チップの熱を吸収させ排熱を行う。この方式による排熱で、受動的な空冷方式と比較して効率を10倍以上高くすることができる。冷却なしではチップの温度は1,500℃を超えることになるが、温度85℃~90℃の温水が、チップを安全な動作温度である105℃に保つ。

また、反射器台座の製造には特許取得済みの繊維系コンクリートを用いる。この材料を用いると4時間以内で思い通りの形状を作成することが可能で、コストも1/5に抑えることができるという。本システムでは、この高い集光度とユニークな設計により、量産において競合システムの1/2~1/3までコストを削減できると試算している。

同社はこのシステムの用途として、一般住宅に加えて、遠隔地の病院、医療施設、ホテル&リゾート、ショッピング・センターなどをあげている。

なお、HCPVTシステムの動作寿命は、適切な保守をすれば最長60年と見積られている。保護フォイルとプラスチック製の楕円鏡や、太陽電池セルは、それぞれ10~15年、25年ごとの交換が必要だ。本システムは、その寿命に亘って設計・製造についてバージョンアップできるため、システムの効率をさらに向上させることもできる。

さらに、HCPVTシステムは種々の設備を追加することで、排出される温水から飲料水を造ったり、空調に利用したりできる。たとえば、海水を多孔性の膜蒸留システムに通し、蒸留・淡水化が可能だ。また、熱駆動の収着式冷凍機を使用すると、冷気を生み出すこともできる。最初のHCPVTシステムは、蒸留・収着式冷凍システムの試験版とともに提供される予定だ。淡水化・収着式冷凍システムを高効率化した完成版の開発には、パートナー企業との開発がさらに2~3年程必要であるという。

Airlight Energy社とIBMのプロボノ活動Corporate Service Corpsは今後、協力体制のもと、HCPVTシステムを2つの自治体に寄贈する予定。選定される2つの自治体には、Airlight Energy社からHCPVT試作システムが提供され、IBMのプロボノ活動Corporate Service Corpsから支援が受けられる。この申し込みの受付は2015年に開始、提供先は2015年12月に発表され、設置は2016年に開始される。

Airlight Energy社は、スイスに本拠を置くソーラーパワー・テクノロジーのサプライヤー。ソーラーパワーを利用した大規模な発電とエネルギー蓄積向けの独自のテクノロジーを提供しており、集光型太陽光発電(CSP)市場向けの革新的かつ包括的なソリューションを開発してきた。同社は、開発したHCPVTシステムを世界で販売およびライセンスするため、DSolar(dish solar)社を設立した。Dsolar社は、温水チップ冷却領域における複数の特許のライセンスをIBMから取得した。

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