太陽エネルギーを捕獲して貯蔵する新しいハイブリッドデバイス

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(New Hybrid Device Can Both Capture and Store Solar Energy)

2019/11/20 アメリカ合衆国・ヒューストン大学(UH)

・ ヒューストン大学が、太陽エネルギーを効率的に捕獲して貯蔵する、分子エネルギー貯蔵と潜熱蓄熱を組合せたハイブリッドデバイスを新たに開発。発電から蒸留、淡水化まで幅広い応用が期待できる。
・ 同デバイスは、光起電技術で直接発電するソーラーパネルや太陽電池とは異なり、太陽の熱を捕獲して熱エネルギーとして貯蔵。日照や曇天等の制約がある場合でも、太陽のエネルギーを毎日 24 時間利用できる手法を提案する。
・ 同ハイブリッドデバイスによる小規模稼働時のエネルギー捕獲効率は 73%で、大規模稼働時では 90%に達する。貯蔵エネルギーの最大 80%が夜間に回収され、日中ではさらに高い回収率を確認。
・ 高効率なエネルギー回収を可能にする要因の一部は、太陽光の全スペクトルを捕獲できる同デバイスの能力。捕獲したエネルギーを即時に使用でき、余剰分を分子エネルギー貯蔵に変換する。
・ 同デバイスの分子貯蔵材料には、ノルボルナジエン-クアドリシクランを採用。同物質は高い比エネルギーと優れた放熱性をもつ有機化合物で、長期間のエネルギー貯蔵後も安定性を維持できる。異なる材料を用いながら同様のコンセプトを適用し、作動温度や効率性等、性能の最適化が図れる。
・ 経時的に放散される熱ではなく、分子の形で太陽エネルギーを貯蔵することと、エネルギー捕獲と貯蔵を統合したシステムでは、パイプラインでのエネルギー輸送が不要なため熱損失を低減させることが、同デバイスの効率性向上の理由。
・ 日中は、最高で 120℃(約 248℉)での太陽熱エネルギーの捕獲が可能。太陽光のない夜間では、分子貯蔵材料が貯蔵エネルギーの低エネルギー分子を高エネルギー分子に変換する。
・ これにより、貯蔵エネルギーが日中よりも高温の熱エネルギーを夜間に作るため、太陽光の無い場合でも利用可能なエネルギー量の増加が図れる。
URL: https://uh.edu/news-events/stories/2019/november-2019/11202019ghasemi-lee-solarharvesting.php

(関連情報)
Joule 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Full Spectrum Solar Thermal Energy Harvesting and Storage by a Molecular and Phase-Change Hybrid Material
URL: https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30531- 8?_return
URL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS25424351193053 18%3Fshowall%3Dtrue

<NEDO海外技術情報より>

Highlights

  • Hybrid system combines the concepts of molecular energy and latent heat storage
  • Energy release both during day and night time operations
  • Stored energy recovery at night with higher temperature than during the day
  • Integrated system with simultaneous harvesting and storage of solar thermal energy

Summary

Efficient solar thermal energy harvesting and storage are critical steps toward utilizing the abundant solar irradiation that reaches the surface of the earth. Current solar thermal approaches rely on costly high optical concentration systems, leading to high heat losses by hot bulk materials and surfaces. At the same time, the energy stored in the form of thermal energy has inherently large temporal losses. Here, we combine the physics of molecular energy and latent heat storage to introduce an integrated, simultaneous harvesting and storage hybrid paradigm for potential 24/7 energy delivery. The hybrid paradigm utilizes heat localization during the day to provide a harvesting efficiency of 73% at small scale and ∼90% at large scale. Remarkably, at night, the stored energy by the hybrid system is recovered with an efficiency of 80% and at a higher temperature than that of the day, in contrast to all of the state-of-the-art systems.

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