NANOSPLITプロジェクトは、太陽光の成分を太陽光発電セルに到達する前に分離するナノ粒子を含む流体を開発しました。役立つ光は電気を生成し、セルを過度に加熱する放射線は捕らえられ、温水、建物の暖房、または今後の開発における産業プロセスのための熱エネルギーに変換されます。
欧州のプロジェクトは、太陽光を2つの異なる用途に分配できるナノ粒子を含む流体を開発しました：適切な波長は電気を生成するために太陽光発電セルに送られ、熱を生成する放射線は別々に捕らえられ、熱エネルギーに変換されます。NANOSPLIT技術は、同時に電気と熱を生成し、太陽電池をより低い温度に保つことを目指しています。
要約すると
1. NANOSPLITは、同時に電気と利用可能な熱を生成するハイブリッド太陽光システムのためのナノ流体に基づくスペクトルセパレーターを開発しました。
2. この流体は、太陽光発電セルに到達する前に、太陽光のさまざまな成分を制御するために、酸化亜鉛のシートと金のナノ粒子を使用します。
3. 可視光と一部の近赤外線は太陽電池に到達することを許可され、紫外線と熱を運ぶ赤外線はシステムの熱部分に向けられます。
4. 分離は太陽光発電セルの加熱を減少させ、高温で効率を失うセルの効率を保ち、そうでなければ過剰な熱になるエネルギーを回収することを可能にします。
5. EUによって資金提供されたプロジェクトは2023年に終了しましたが、研究はヨーロッパとインドのパートナーとともに続いており、高温での産業熱の応用に向けた研究も行われています。
太陽光発電パネルは、太陽光のエネルギーの一部しか電気に変換しません。別の部分は熱として吸収され、セルの加熱は電気の生成効率を低下させる可能性があります。
この問題は、レンズや鏡が大量の光を比較的小さな太陽電池の表面に集中させる集中型太陽光発電システムでより顕著です。放射線の強度は潜在的なエネルギーの生成を増加させますが、同時にセルの温度も上昇させます。
太陽光発電-熱システムは、両方のエネルギー形態を利用しようとしています。これらは太陽光発電セルを通じて電気を生成し、他の用途のために熱を回収し、環境に失われるのを防ぎます。
NANOSPLITは2021年に、集中型太陽光発電-熱システムにおけるこの組み合わせを改善することを目指して始まりました。EUによって資金提供されたプロジェクトは、全ての太陽放射がセルに到達する前に介入するスペクトルセパレーターに焦点を当てました。
原理は、太陽光のさまざまな波長を、それらが最も効率的に利用できる方法に基づいて分離することです。電気生成に有利な放射線は太陽光発電セルに送られ、主に加熱に寄与する成分は熱エネルギーの生成のために捕らえられます。
このようにして、同じ太陽放射源から2つのエネルギー製品を提供できます。システムは、太陽光発電セルに送られるスペクトル部分から電気を取得し、流体によって吸収された放射線から熱を取得します。
プロジェクトで開発された技術は、酸化亜鉛のシートと金のナノ粒子から構成されるハイブリッドナノ流体を使用しています。これらの材料は、光のさまざまな成分と異なる相互作用を持つフィルターを形成します。
この流体は、可視光と近赤外線の一部が太陽光発電セルに通過することを許可します。同時に、紫外線と熱輸送に強く関連する赤外線を吸収します。
吸収されたエネルギーは損失として扱われません。それは流体を加熱し、システムの熱部分に転送される可能性があります。
CORDISは、温水と空間の暖房をこの熱の可能な用途の中に挙げています。今後の研究は、より高温を目指しており、これにより産業プロセスでの熱エネルギーの使用が可能になるかもしれません。
セルをより低い温度に保つことには別の機能があります。セルの温度が上昇すると、太陽光発電の効率が低下するため、熱を生成する放射線の一部を取り除くことは電気性能を保護することができます。
低温は、運転中にセルが受ける熱ストレスを制限することにより、セルの寿命を延ばすのにも寄与します。
このようにして、NANOSPLITは太陽光スペクトルの総エネルギーのより大きな割合を利用し、生成される電気の量を独占的に最大化するのではなく、システムの性能は回収された電気エネルギーと熱エネルギーの組み合わせによって評価されるべきです。
CORDISは、公開された資料において、システムの最終的な商業効率のユニークな値や、従来の太陽光発電パネルに対する生産の特定の増加を主張するための比較を提供していません。
文書は、商業用インストールの推定コスト、回収期間、または技術が広範囲に利用可能になる時期についても明記していません。NANOSPLITは開発中の技術であり、初期の資金提供が終了した後も研究は続いています。
プロジェクトの結果は、2024年にロドスで開催される国際会議ECOSで発表され、熱力学と持続可能なエネルギー移行に捧げられました。
2023年のプロジェクト終了後、チームは既存のパートナーや新しいパートナーとともに協力を続けました。公表された目標は、実際の条件での応用の開発を継続することです。
現在の研究の一つの方向性は、カーボンポイントに基づくナノ流体を使用しています。これらの特性は調整可能であり、流体が特定の色や波長と選択的に相互作用するようにすることができます。
材料は、安定性、耐久性、効率を改善するために、さまざまな構成で組み合わせたり構造化したりすることができます。この段階では、スペクトルセパレーターをさまざまなタイプの太陽光発電セルや熱応用に適応させることが可能になるかもしれません。
技術の開発は商業活動も生み出しました。インペリアル・カレッジ・ロンドンから分離したSolar Flow社は、より高温での産業熱の生成のためにこの概念を利用することに取り組んでいます。
産業用の応用は、住宅の暖房とは異なります。多くの製造プロセスは熱を必要とし、現在はガスや他の燃料を燃焼させて生成されることが多いです。
これらのプロセスの一部に太陽エネルギーを使用することで、技術的および経済的に必要な温度と連続性が確保できる場合、燃料消費と関連する排出を削減できるかもしれません。
CORDISの資料は、Solar Flowが最初の商業インストールを実施する業界や、開発中のシステムが達成する最大温度についても明記していません。
広範囲に使用される前に示す必要があるもう一つの要素は、ナノ流体の安定性です。粒子は分散されたままでなければならず、高温と太陽放射に繰り返しさらされるシステム内で光学的および熱的特性を保持しなければなりません。
ナノ流体に金を使用することは、製造の拡大における材料コストの問題も引き起こします。文書は、インストールに必要なナノ粒子のコストや、商業システムに必要な量を示していません。
したがって、プロジェクトの結果は、消費者向けに利用可能な新しいタイプの太陽光パネルの発売を意味するものではありません。これは、太陽光発電-熱システムへの統合のために開発を続けている太陽放射の管理方法のデモンストレーションです。
NANOSPLITのコーディネーターであり、インペリアル・カレッジ・ロンドンのクリーンエネルギー技術の教授であるクリストス・マルキデスは、結果を次世代の太陽技術の生成における光学および熱管理の組み合わせのデモンストレーションとして説明しました。
「NANOSPLITは、先進的な光学および熱管理ソリューションが次世代の太陽利用技術を効果的に解放するためにどのように使用できるかを示すことに成功しました」とマルキデスは述べました。
NANOSPLITは、ナノ流体スペクトルビームスプリッター支援ハイブリッドCPV/Tシステムの略です。このプロジェクトは2021年に開始され、2023年に終了し、欧州連合によって資金提供され、インペリアル・カレッジ・ロンドンによって調整されました。
CPV/Tシステムは、集中型太陽光発電と熱回収を組み合わせています。鏡やレンズは光をセルに集中させ、生成された熱は捕らえられ、完全に放散されるのではなく使用されます。
CORDISは、EUによって資金提供された研究プロジェクトとその結果を追跡しています。2026年8月の資料は、資金提供が終了した後のプロジェクトの進展を分析するシリーズの一部であり、NANOSPLITの開発の継続を説明していますが、技術の商業化については発表していません。
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