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成果報告書詳細
管理番号20160000000911
タイトル平成27年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(風力発電その他未利用エネルギー) 減圧沸騰ソーラー集熱パネルの応用技術開発
公開日2017/11/14
報告書年度2015 - 2015
委託先名株式会社サンジュニア 学校法人慶應義塾 学校法人日本大学工学部
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約(1)「減圧沸騰集熱パネルの熱利用効率の評価」慶應義塾先端科学技術センターにて減圧沸騰集熱パネル試験装置の設置を行った。集熱パネル内に水を3分の2程度充填し、真空ポンプを用いて内部の空気を完全に排気することで太陽熱及び外気の熱エネルギーにより水が約30℃前後で沸騰し熱をパネル上部に運び、パネル上部の熱交換器に冷却水を流し沸騰した蒸気の潜熱を回収することで水に戻りパネル下部に戻ることを確認した。以上の技術を用い低温集熱可能なパネルの評価試験を実施し、下記の成果を得た。冬季の計測であったが、市販のパネルの表面温度が最高47℃に達する日であっても、減圧沸騰集熱パネルの表面温度は最高で26℃までしか上昇せず、冬季ではあるが目標の40℃以下での十分な運転性能を確認した。低温集熱することで、パネルから大気への熱放射が抑えられ、ソーラーパネルが大気を温める環境負荷を低減し、また、市販の集熱器よりも高い集熱効率(最大71%)の機能をもつことを明らかにした。(2)「太陽電池モジュールの冷却性能・熱電ハイブリッドパネルの性能評価」減圧沸騰集熱器内に太陽電池モジュールを組み込んだパネル(パネルD)と太陽電池モジュールの裏側に減圧沸騰集熱配管を組み込んだパネル(パネルE)の2種類のパネルを製作し、パネルDの冷却性能がパネルEよりも優れていることを明らかにした。さらに集熱特性および発電特性に関する評価試験を実施し、パネルDは発電と集熱を合わせた総合効率が最高89%となり、パネルEは太陽電池のガラスの伝熱抵抗や高温となった表面からの熱放射もあり総合効率は54%に留まった。(3)「多孔質セラミックスを用いた蒸散装置の最適化」高い伝熱性能で注目されつつある扁平管とコルゲートフィンを組み合わせた水ラジエター(従来型)と同じ形状の扁平管と多孔質セラミックを組み合わせた水ラジエター(蒸散型)を製作した。室温22~23℃、相対湿度39%の室内条件で、90℃、0.70 L/minの熱負荷で水を用いた冷却試験を行った。その結果、従来型は水の出口温度で28℃、冷却能力約2.8 kWであるのに対し、蒸散型では出口温度が周囲温度よりも低温となり19℃、冷却能力も約3.3 kWであった。排気温度も室温よりも低くなっており、低温排熱装置が目標通りの機能を有することを明らかにした。(4)「太陽エネルギー高効率利用システムの設計」減圧沸騰ソーラー集熱パネルにより得られた熱を吸熱して給湯・暖房に利用するヒートポンプシステムの適切なシステムを構成し、その構成要素を洗い出し,装置系統図を完成した。(5)「ビジネスプラン作成」既存のエコキュート給湯機の交換需要のターゲット(年間40万台)を中心にビジネスプランを作成した。目標の省エネ性能の実現により、環境負荷が小さいシステムであることに加え、イニシャルコスト・ランニングコストで十分競争できる開発を目指すこととした。
英文要約Title : New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Technology Innovation Program (Wind Power Generation And Other Untapped Energies) / Application technology Development of Decompressed Solar Thermal Panel FY2015 Final Report

(1)“Evaluation of Decompressed Solar Thermal Panel on Heat-Utilization Efficiency”A set of testing device for decompression-boiling panels was placed in Keio University. We confirmed the principle of decompressed solar-panel, which can automatically keep the temperature of solar panel as being around 30 ℃ by water boiling at low temperature. Although the measurements were in winter season, we could confirm a good performance by operating at lower than 40 ℃ at the surface temperature of the panel. The panel temperature rose only to 26 ℃ even on the day when the surface temperature of a commercial panel reached a maximum of 47 ℃. Heat radiation from the panel to the atmosphere was suppressed and the panel had the highest heat-collection performance of 71%, which was higher than that of commercial solar-thermal collectors. (2) “Evaluation of Cooling Performance for Photovoltaic(PV) Modules and Thermal-Electricity Hybrid Solar-Energy-Utilization Performance”Two kinds of solar panels were tested. “Panel E” which is a system of decompression boiling part being set within a commercial solar-PV-panel and “panel D” which is a system of solar PV-panel part being set within a commercial solar-thermal-panel. Panel D is superior to panel E on the cooling performance. Panel D could use solar energy by a sum of electricity and thermal utilization being a maximum of 89%, while panel E used the solar energy by only 54% because of heat transfer resistance through the low heat transfer performance of the glass-base of PV modules. (3)"Optimization of Evapo-transpiration Device Using Porous Ceramics" A new and a conventional water-radiators were made to compare the performances. The new water-radiator (evapo-transpiration device) is composed of flat-tubes and porous ceramics as the shape same as a conventional water-radiator being composed of flat-tubes and corrugate fins. Under the room temperatures of 22-23 ℃ and 39% of relative humidity, we tested the performance using hot water of 90 ℃ with a flow-rate of 0.70 L/min. As a result, r exit-temperature became 19 ℃ being lower than the room temperature and the cooling ability was about 3.3 kW, while in the case of the conventional radiator the exit-temperature was 28 ℃ and the ability of 2.8 kW. The important factors to design the best optimization of evapo-transpiration device were obtained. (4)“Design of System for High Efficiency Utilization of Solar Energy”A design to get an appropriate system for high efficiency utilization of solar energy, a combination of decompressed solar-panel and a heat pump for heating and hot-water-supply was proposed as a system diagram.(5)“Business Planning”A target of 400,000 sets in a year of the replacement demand for existing eco-cute hot water supply systems is considered. By realization of the better energy saving performance in addition to environmental load being a small system of the aim, we decided to aim to compete in initial and running costs at the development.
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