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高効率・太陽電池 エス・ジー・ケイ有限会社 熱伝導と熱放射の関係 （水道で例えると・・・） 領域Ⅰ 水 源 （ 熱 源 ） 領域Ⅱ 蛇口（熱放射率） 細い＝熱放射率が小さい 水道管の太さ （熱伝導率） 水流は少ない （放熱しにくい） 蛇口が細ければ、水道管がいくら太くても 水の流れる量は少ない つまり いくら熱伝導率が高くても、熱放射率が低いと、放熱されない！！ ・従来は熱伝導が重要視されていたが、 最近になって熱放射が注目され始めてきた。 →熱放射率が高い素材が必要。 【Ａ】発電効率を４．６％もアップ ・・・セルの温度は１０.２℃も低下 従来のPV 今回の高効率PV ガラス ガラス 上EVA セル ６１℃ 上EVA 下EVA 下EVA Ｂａｃｋ Ｓｈｅｅｔ Ｂａｃｋ Ｓｈｅｅｔ 放熱 温度高い （６０℃） バックシートに 高熱放射材を配置 放熱 セル ５０．９℃ 温度低い （５０．７℃） 原理：第一段階 ・従来のバックシート面に高熱放射材を配置し、熱放射を大にする。 その結果セルの熱はバックシートの外部に放射されるので、 セルの温度を低下させることができる 【Ｂ】変換効率も０．６４％もアップ 従来のPV 今回の高効率PV ガラス ガラス 上EVA セル ６１℃ 上EVA 下EVA Ｂａｃｋ Ｓｈｅｅｔ 放熱 温度高い （６０℃） 下EVA 下EVA 放熱フィラーを 入れたシート Ｂａｃｋ Ｓｈｅｅｔ 放熱 原理：第二段階 ・下EVAには放熱フィラーを入れセルの放熱性を向上させる。 下EVAを作り、従来通り、真空ラミネートする。 セル ５０．９℃ 温度低い （５０．７℃） 【Ｃ】付随効果；白色の放熱フィラーを用いているので 回帰反射により、更に発電効率が上がる！ 回帰反射PV 従来のPV 光 光 Ｇｒａｓｓ Ｕｐｐｅｔ ＥＶＡ Ｇｒａｓｓ 回 帰 反 射 透明 ＥＶＡ Ｗｈｉｔｅ ＥＶＡ 透明 ＥＶＡ Ｂａｃｋ Ｓｈｅｅｔ Ｂａｃｋ Ｓｈｅｅｔ 発電に寄与しない迷光 反射率の高い 放熱フィラーの量を節約 [D] 太陽電池への応用例（熱放射シート間の熱放射伝達） ガラス；３ｍｍ 上EVA シリコンセル T1 ２５μ T2 T3 熱放射で伝達 下EVA；熱伝導率 低く 0.17W/ｍK シリコンセルの裏に 貼るのでセルは固定される 熱放射シート 熱放射率高く ε＝0.97 バックシート T4 耐候性樹脂・熱放射 フイラー入り 外気（Ta） 外気（Ta）へ熱放射は大きい 【E】高効率PVの製造工程 1. 2. 3. 4. 1. EVAペレットに放熱フィラー（白）を混練する。 混練したペレットを粉砕する。 下ＥＶＡシート２５μを造る。 従来の下ＥＶＡの上にラミネートする。フイラーの量は節約しつつ 回帰反射効果を持たせる。 高効率ＰＶが出来る 将来の計画 （１）回帰反射効果の実測を行い、効率のさらなるアップを追及する。 （２）前記【Ａ】【Ｂ】の効率アップには回帰反射の効果を算入していない。 変換効率１％アップも夢ではな い！！ 【F】予備実験データと将来目標 変換効率と経過時間 現 状 新提案 BS温度 16.5 16% 70 16 変 換 効 率 （ ％ ） 80℃ 今回の新提案PVの目標値 60℃ 15.5 60 温 １５％ 15 50 バックシート温 度 14.5 40 13.87% 14 現状のPVの実測値 30 25℃ 13.5 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 時間(分) 度 【G】ＰＶセルからバックシートへの放熱 放熱に影響する熱伝導材の物性 光 PV セル 放熱+ バックシート Q Qr+c T1 熱源 温度 T2 T3 放射面 温度 周囲 温度 ℃ ℃ λ 熱伝 導率 Ｌ Ａ Ｈ 断面 積 ｍ ㎡ 断面 直径 放射 率 ｈｒ ｈｃ Qr Qc 放射 自然 対流 放射 放熱 対流 放熱 熱伝達率 熱伝 達率 Ｗ/㎡Ｋ Ｗ/㎡ Ｋ W W 発生 熱量 放散 熱量 Ｗ Ｗ ℃ 254.96 254.96 53 61.169 82 60 23 0.17 0.00078 1 1.1286 0.5 3.527564 829 3.3633 9 130.51 99 124.44 54 257.1 257.10 18 50.911 09 50.7 23 0.95 0.00078 1 1.1286 0.912 6.153077 568 3.1285 76 170.44 02 86.661 55 Ｗ／ ｍＫ 熱伝導 厚み ε ｍ ＜計算方法＞ （１）バックシート温度（放射面温度）Ｔ２の実験値を Ｑｒ+ｃ＝（ｈｒ+ｈｃ）・Ａ・（Ｔ２－Ｔ３）に入力し、Ｑｒ+ｃを求めた。 周囲温度Ｔ３＝２３℃であったので、それを入力した。 （２）Ｑｒ+ｃの数値を一旦Ｑに入力する。 （３）Ｑの数値を用いて式；Ｑ＝λ・（Ａ/Ｌ）・（Ｔ１－Ｔ２）からＴ１を求める。 （４）Ｑの数値をＱ＝Ｑｒ+ｃ になるように、Ｑを変更する。 （５）最終のＴ１（セル温度）が解答である。 （６）熱伝導厚み＝ＥＶＡ（６００μ）+バックシート（１８０μ）＝７８０μとした。 （７）バックシートの放射率は０．５を０．９に向上させて計算した。 （８）熱伝導層のλを０．１７から０．９１２に向上させて計算した。 （９）放射放熱Qｒの方が対流放熱Qｃよりも大きい。 放熱総量；Qｒ+ｃ＝Qr＋Qｃ 特許申請済み ライセンス供与可能です エス・ジー・ケイ有限会社 〒２５９－１２１１ 神奈川県平塚市ふじみ野２－２０－１ TEL：０４６３－９２－２５７５ E-MAIL： [email protected]