高温フォトニクスによる太陽熱光起電力発電システム　～世界最高効率達成への挑戦～

利用高温光子学的太阳能光伏发电系统～挑战实现世界最高效率～

• 批准号: 16J02560
• 负责人: 小桧山 朝華
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J02560/
• 关键词: 熱光起電力発電; 熱ふく射; 波長選択; 熱ふく射スペクトル制御; エネルギー変換

熱ふく射の波動性を利用した技術（＝熱ふく射スペクトル制御技術）は様々なエネルギーシステムの効率向上が期待されるが、高効率エネルギーシステムへの展開は不十分である。本研究では、高温フォトニクス技術を用いて、熱ふく射スペクトル制御技術を応用させた高効率な太陽熱光起電力発電（Solar-Thermophotovoltaic : Solar-TPV）システムの開発を目的としている。今年度の研究では、昨年度確立した高効率達成のためのSolar-TPVシステム設計指針に基づき，基盤技術開発及び発電実証試験に取り組んだ。具体的には、昨年度提案した“熱ふく射のスペクトル制御”と“熱ふく射の一方向への輸送”の概念に基づいた熱ふく射の変換・輸送効率のさらなる向上が期待できる，ふく射体材料の幾何学構造を新たに提案し、Solar-TPVシステムの全体設計を行った。高いふく射抽出効率が期待できる幾何学構造を採用し，太陽光選択吸収材料と波長選択エミッタの設計を行った。設計後は実際に作製を行い、より高い熱ふく射の変換・輸送効率を得るため高い面積比を持たせ、太陽光選択吸収材料からの反射・放射損失を抑制した結果、熱ふく射の輸送・変換効率76%が期待できる太陽光選択吸収材料および波長選択エミッタの設計と作製に成功した。作製した太陽光選択吸収材料、波長選択エミッタ、ガリウムアンチモン光電変換セルを用いた発電試験に成功し，高いふく射抽出効率に基づく発電効率が得られた。以上の成果に関して，申請者はシステムにおける熱ふく射の輸送・変換効率の向上に関する学術論文を執筆した。

Hot ふ を く shoot の volatility using し た technology (= thermal ふ く shoot ス ペ ク ト ル suppression technology) は others 々 な エ ネ ル ギ ー シ ス テ ム の sharper rate upward が expect さ れ る が, high rate of unseen エ ネ ル ギ ー シ ス テ ム へ の up は not very で あ る. This study で は, high-temperature フ ォ ト ニ ク を ス technology with い て, hot ふ く shoot ス ペ ク ト ル suppression technology を 応 with さ せ た high working rate な Solar light up power 発 electricity (Solar - Thermophotovoltaic: Solar - TPV) シ ス テ ム の open 発 を purpose と し て い る. Our の research で は, establishment of yesterday's annual し た high working rate reached の た め の Solar - TPV シ ス テ ム design pointer に base づ き, plate technology open 発 and び 発 electricity be certificate test に group take り ん だ. Specific に は, yesterday the annual proposal し た "hot ふ く shoot の ス ペ ク ト ル suppression" と "hot ふ く shot direction の one へ の delivery" concept の に base づ い た hot ふ く shoot の variations in rate of transport services, の さ ら な る upward が expect で き る, ふ く emitter materials の geometry structure を た に proposal し, Solar - TPV シ ス テ ム の all line design を っ た. High い ふ く shoot out working rate が expect で き る を geometry structure using し, sunlight sentaku と 収 material absorption wavelength sentaku エ ミ ッ タ の line design を っ た. Design after は be interstate に cropping を い, よ high り い thermal ふ く shoot の variations in · transport services rate を る た め い area is higher than を hold た せ, sun sentaku 収 absorption material か ら の reflection, radiation loss を inhibit し た results, hot ふ く shoot の conveying, variations in working rate 76% が expect で き る sunlight sentaku 収 absorption material お よ び wavelength sentaku エ ミ ッ タ に into と の design system The merit is た. Cropping し た sunlight sentaku 収 materials, absorption wavelength sentaku エ ミ ッ タ, ガ リ ウ ム ア ン チ モ ン photoelectric variations in セ ル を with い た 発 electrical test に し success, high い ふ く shoot out working rate に base づ く 発 が electric working rate have ら れ た. All above の に masato し て, applicants は シ ス テ ム に お け る hot ふ く shoot の conveying, variations in working rate の upward に masato す る academic papers を penned し た.

项目成果

Performances of a Few-Layer Metallo-Dielectric Absorber-Emitter for Solar-Thermophotovoltaics

用于太阳能热光伏发电的多层金属电介质吸收器-发射器的性能

• 发表时间: 2016
• 作者: Makoto Shimizu;Asaka Kohiyama;Etienne Blandre;Olivier P. Chapuis;Rodolphe Vaillon;Hiroo Yugami
• 通讯作者: Hiroo Yugami

High-Efficiency Solar-Thermophotovoltaic Systems Based on Controlling Unidirectional Radiative Heat Transfer with a Monolithic Absorber/Emitter

基于使用整体吸收器/发射器控制单向辐射传热的高效太阳能热光伏系统

• 发表时间: 2017
• 作者: Asaka Kohiyama;Makoto Shimizu;Hiroo Yugami
• 通讯作者: Hiroo Yugami

熱輸送効率向上による太陽熱光起電力発電システムの高効率化

通过提高热传输效率来提高太阳能光伏发电系统的效率

• 发表时间: 2016
• 作者: Makoto Shimizu;Asaka Kohiyama;Etienne Blandre;Olivier P. Chapuis;Rodolphe Vaillon;Hiroo Yugami;小桧山朝華，清水信，湯上浩雄
• 通讯作者: 小桧山朝華，清水信，湯上浩雄

Solar-thermophotovoltaic systems using spectrally selective absorber/emitter based on metal-dielectric multilayer

使用基于金属电介质多层的光谱选择性吸收器/发射器的太阳能热光伏系统

• 发表时间: 2016
• 作者: Asaka Kohiyama;Makoto Shimizu;Hiroo Yugami
• 通讯作者: Hiroo Yugami

Radiative heat transfer enhancement using geometric and spectral control for achieving high-efficiency solar-thermophotovoltaic systems

使用几何和光谱控制增强辐射传热，以实现高效太阳能热光伏系统

• DOI: 10.7567/jjap.57.040312
• 发表时间: 2018
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Asaka Kohiyama;Makoto Shimizu;Hiroo Yugami
• 通讯作者: Hiroo Yugami