Thesis or Dissertation 植物シュート形態を模擬した太陽電池モジュールの受光特性に関する研究

川江, 修  ,  Kawae, Osamu

Description
平板状の太陽電池モジュールは大きな発電電力量を得るにはモジュールの面積を広くする必要があるため,広い設置面積を必要とする.また,日射の入射角に対して指向性を有するため,最大効率を得られる時間帯は年間を通して限られたものになる.太陽電池モジュール導入時の課題は,いかに少ない設置面積で多くの発電電力量を得るかである.この課題を解決するには太陽電池を平板状に限定せずに,指向性を低下させてモジュールの受光密度(設置に要する面積当たりの受光量)を増加させる必要がある.本研究では,植物の形態を模擬した太陽電池分散配置型の太陽電池モジュールを検討することにより受光密度の改善を試みる.光合成植物は光合成によってバイオマスを維持しており,受光密度の高い形態に進化していると考えられる.このことから,植物の葉を太陽電池に置換すれば受光密度の優れた太陽電池モジュールが得られると予想される.そこで,与えられた日射条件等に最適な形態の植物シュート太陽電池モジュールを求めるアルゴリズムのLAPS(Light Received Analysis Algorithm of aPlant Shoot)を開発した.LAPSでは,一点より複数の葉枝と葉が放射状に発生するロゼット型の植物シュートについて解析を行った.また,受光効率の高い直立型の植物シュートを扱うためにLAPSを拡張したExpanded LAPS(E-LAPS)を開発した.ELAPSは直立型の植物シュートの枝分かれ構造をL-systemで表現し,GAによって形態を最適化するアルゴリズムである.結果として LAPSにより得られた植物シュート太陽電池モジュールの受光量は平板状の太陽電池モジュールと比較して高い値になった.しかし,受光密度は夏至の日射条件では同等の値が得られたが,冬至の日射条件では植物シュート太陽電池モジュールは平板状の太陽電池モジュールよりも劣ることが明らかとなった.E-LAPS により得られた植物シュート太陽電池モジュールは,夏至と冬至の日射条件において平板状の太陽電池モジュールよりも優れた受光量と受光密度を示すことが明らかになった.結論として本研究で得られた植物シュート太陽電池モジュールは優れた受光密度を持ち,また植物の形態を持つため環境への調和性も高いので,メガソーラーのさらなる高性能化やマイクログリッドの普及に貢献できるものと考える
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