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成果報告書詳細
管理番号20160000000342
タイトル平成26年度ー平成27年度成果報告書 太陽光発電多用途化実証プロジェクト 太陽光発電高付加価値化技術開発事業 採光型太陽光発電ユニットの技術開発
公開日2017/6/10
報告書年度2015 - 2016
委託先名岡本硝子株式会社 株式会社エガリム
プロジェクト番号P13008
部署名新エネルギー部
和文要約本事業は、太陽光発電の導入加速を図るために、新たな市場開拓を実現する高付加価値化技術を開発することを目的とする。光の回折、反射、屈折等の現象を巧みに利用することで、窓ガラスに差し込む太陽光をガラス内面に閉じ込め、光強度を高めながらガラス端面まで導き、窓枠に配置された微小で低コストの太陽電池セルにより発電を行う、採光型太陽光発電ユニットの技術開発を行った。窓ガラスに入射する光をガラス内面の臨界角以上に増角して光を閉じ込める機能の実現が、Holo Glassの大きな技術課題であった。そのため、採光用ホログラムの基本動作原理を理論的に検証するとともに、専用光学系を用いて実際のホログラムの露光試作開発を行い、基本機能の発現と性能の評価を行った。ホログラムによって太陽光をガラス内面へ取り込む際の効率や、ガラス内部での多重反射による損失およびガラス内部の光路による減衰など、ガラス面での採光からガラス端面での取り出しまでには、光量の劣化が想定された。本事業では、上記技術開発を通じて劣化要因を明らかにするとともに、採光効率50%以上を目指し開発を行った。まず、窓枠に配置する太陽電池のセルサイズを最小化することを技術課題の一つと定め、ガラス端部をテーパー状の鋭形状に施す実験を行った。端部が狭い構造であるため、採光された光は端部で集光され、高密度の光が端部から出射される。これにより、セルの面積は最小化され、セルの能力を効率良く発揮させる効果を期待したが、端部の僅かな形状欠陥(欠けなど)による光の散乱や、端部での光の飛び出しが発生したため、飛び出し防止の反射膜コートや端部形状の見直しなどの対応を行った。次に、本事業で最も重要な技術課題であった「採光型ホログラム」の技術開発は、平面プリズムミラーの挿入による仰角対応型ホログラムの試作、レンチキュラー、対物レンズ、拡散素子の組込みによる回折効率の高性能化、参照光照射方法の改良による採光効率の改善など、専用に組上げた露光光学系に様々な種類の光学素子を組込み、露光方法などの改良を重ねながら実験を行った。また、レーザー光のような単色光源を用いて露光したホログラムは単色波長の光しか回折することが出来ず、幅広い波長の光を発光する太陽光を効果的に取り込むためには、可視光全体の光を回折するホログラムが必要となるため、可視光全体に応答(回折)するホログラムの露光についても実験を行った。また、Holo Glassの実用化を目的とし、想定される懸念事項、技術課題を検討・議論するため、ホログラム分野の第一人者である東京大学の志村教授を招き、問題点の解決策や懸念事項等のソリューションを見出す採光型太陽光発電研究委員会を4回開催した。特に技術課題の理論解析を重点的に行い、ホログラムの回折効率(採光効率に直結)を簡易的にシミュレーションするソフトも作成した。各種条件にて試作したホログラム、またHolo Glassの評価を効率良く、かつ再現性良く行うため、各種光学素子の組合せにより、小型の原理実証計測ユニットを作製した。このユニットを使用して、試作したHolo Glassを計測した結果、当初の採光効率は約11%程度であった。上記のように、この状態からホログラムの改良を重ねた結果、採光効率は53%まで改善され、当初目標としていた採光効率50%以上の達成に目処がついた。
英文要約Title:Demonstration Projects for Solar Power Versatile.Solar Power and High-Value-Added Technology Development Business.Technological Development of Daylighting Solar Power Generation Unit.
Our project aims to develop high-value technology that make sure develop new markets and accelerate the introduction of the photovoltaic power generation. We promoted lighting type photovoltaic generating units (Holo Glass) technology development. This development confine the sunlight that plugs into the window glass to the inside surface of the glass tube. Then, we lead the sunlight to the glass edge while increasing light intensity. We do generated by small, low-cost solar cells placed on window sill. The big technical problem was the realization of the function if we can shut in light to be incident on a windowpane by increasing angles more than critical angle of the glass inside. Therefore we inspected the basic theory of the hologram for lighting types theoretically by performing the exposure trial manufacture development of the real hologram. We assumed some kinds of decrease in quantity of the light. By our project, we clarified these deterioration factors through the technology development mentioned above and developed it to be lighting efficiency more than 50%. At first we set it to minimize the cell size of the solar battery to place to the sash of one of the technical problems. Therefore, we performed some experiments to give a glass end into a taper sharp shape form. By becoming that shape, the light that condensed light at the edge becomes high-density.
We expected that we minimized that cell area by this method and we improved the ability of the cell efficiently. However, by slight shape defect (misses) of the end, dynamic scattering and jumping out occurred. Therefore we went the correspondence such as the reviews of a reflection film coat and the end shape of the prevention of jumping out. Then, we wrestled for the technology development of "the lighting type hologram". (1)Trial manufacture of the model hologram by the insertion of the plane prism mirror for elevation angle. (2) We performed a technological advance of the diffraction efficiency. (3) Improvement of the lighting efficiency by the improvement of the reference light irradiation method. We needed the light of a wide wavelength. Therefore we exposed the hologram which diffracted light of the whole visible light. In addition, we invited Professor Shimura of Tokyo University and held four times of study Committee of the lighting type to find the solution. We performed the theory analysis of the particularly technical problem and made the software which simulated the diffraction efficiency of the hologram easily. We manufactured a small principle proof measurement unit by the combination of various optical elements to perform an evaluation of hologram and Holo Glass. As a result of having measured Holo Glass, the original lighting efficiency was approximately around 11%. The lighting efficiency was improved to 53% by this state. A prospect was in sight for a technical problem to achieve more than 50%.
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