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太陽光と外宇宙から同時に再生可能エネルギーを集める装置が開発される

2018年11月12日

Credit: Linda Cicero, Stanford News
Point
・放射冷却により熱を外宇宙へと逃して冷却する技術があり、電力を使わない冷却装置として使われている
・太陽熱吸収装置と放射冷却装置を重ねることで、加熱と冷却を同時に行うことに成功
・外気温に対して、太陽熱により24℃の加熱を、放射冷却により29℃の冷却を同時に達成

太陽熱と外宇宙の冷気を、同時に集めることのできる装置が世界で初めて開発されました。

今回の研究では、太陽熱を集める装置と宇宙の冷気を集める装置が、設置場所を奪い合うことなく互いの効率を上げながら共存できることが判明。研究はスタンフォード大学で行われ、“Joule”誌で発表されています。

Simultaneously and Synergistically Harvest Energy from the Sun and Outer Space
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118304719

近年、化石燃料を代替できる再生可能エネルギーはますます注目が高まっています。太陽光は、その中でも人気の高いエネルギー利用の一つです。

しかし、上空には太陽光とは正反対の性質をもつエネルギー源がもう一つあります。外宇宙です。外宇宙の温度はたったの3K(-270℃)。そこに熱を放出することで、物体を冷やすことができます。

 

物体は熱を持つと、目には見えない赤外線を放射します。大気中に放射された赤外線は空気中の粒子に反射して戻ってきますが、中には外宇宙に到達するものもあるため、地表の温度が低下します。放射冷却技術は、おびただしい量の赤外線を放出させて冷気を生み出す技術です。電力を使って温室効果ガスを放出することもなくエコフレンドリーな技術で、発展途上国などでは電気を使わない冷蔵庫として用いられている地域もあります。

研究を率いたツェン・チャン氏と共同研究者たちは、この放射冷却技術と太陽熱吸収技術を組み合わせ、放射冷却パネルの上に太陽熱吸収パネルを設置しました。太陽熱吸収パネルはゲルマニウムでできており、放射冷却装置は窒化ケイ素シリコンアルミニウムの層を真空に閉じ込めることでできています。真空に閉じ込めるのは断熱のためです。太陽熱吸収パネルと大気は8-13ミクロンの範囲の赤外線を透過します。そのため、放射冷却装置が放出した赤外線はすべて外宇宙へと放出されることになります。

Credit: Joule

このハイブリッド装置によって、太陽熱吸収により外気温より24℃高い温度を、放射冷却によって外気温より29℃低い温度を同時に達成することに成功。実用化に向けて、太陽熱吸収ではなく太陽電池を利用することも可能だとしています。

この技術を使えば、日中太陽電池で発電しながら家の中を涼しく保つことができますが、問題もあります。今の技術では高いコストがかかり、特に赤外線を透過するジンクセレンは大変高価です。とはいえ研究者は、将来的に彼らの装置が家庭の屋根を飾る日が来ると自信を持っているとのことです。

 

発電しつつエアコンにもなる再生可能エネルギー装置。化石燃料を使わないエコな生活を支える技術の一つになってくれそうですね。

 

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