| Project/Area Number |
21K14378
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 25020:Safety engineering-related
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 大輔 長岡技術科学大学, 工学研究科, 講師 (30883897)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 太陽電池パネル / ホットスポット / 逆バイアス電圧 / 過渡熱特性 / 熱応力 / 発火防止 / 電子相転移材料 / 熱破壊 / 発火 / 応力発光 / 太陽光発電 / 本質的安全設計 / バイパス回路故障 / 電流・熱制御 |
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| Outline of Research at the Start |
太陽電池パネルの故障に起因する主要な危険事象の1つは火災である．特に，バイパス回路の開放故障は，パネル内での局所的な温度上昇（ホットスポット）を引き起こし，極めて短時間で発火に至る危険性がある．本研究では，ホットスポット発生－昇温－熱クラック－発火の各現象の関連を精査し，破壊/発火のリスクとそれらを防ぐための安全設計仕様を明らかにする．その仕様に基づき，外場（電圧と熱）に感応して作動する電流制御技術を創出する．具体的には，電子相転移により電気抵抗が急激に変化する材料の物性値を最適化して電流バイパス回路を設計し，試作パネルを用いた実験でリスク低減効果を実証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，太陽電池パネル内でホットスポット化した太陽電池セルの破壊と発火のリスクを低減するための方法（本質的安全設計）として，発熱の原因である電流の経路を外場（電圧と熱）に同期して切替える“外場スイッチ型バイパス回路”を提案し，コンセプトの実現可能性追究と実証を目指す．このコンセプトで鍵となるのは，電子相転移材料の物性値変化である．電子相転移材料は，ある温度を境に電子の自由度に由来する絶縁体－金属間の相転移が生じ，低温時には電気抵抗が高くなり，高温時には低くなる．また，電圧印加でも同様に絶縁体→金属相転移が誘起される．これらの特性を活かした，太陽電池パネルの状態に応じて電流経路を切り替える新規電流制御手法を検討する．
本年度は電子相転移材料を用いたバイパス回路の製作を中心に行った．代表的な電子相転移材料である二酸化バナジウムの粉体をシリコーン樹脂に分散させペースト状にし，その分散性と硬化特性を評価した．攪拌条件の調整により、昨年度よりも二酸化バナジウムを均一にシリコーン中に分散できるようになったものの，短時間で沈殿が生じるため分散性改善の余地がある．また、シリコーン中の二酸化バナジウム濃度に偏りがあると，それに応じて硬化速度にも差が生じることが明らかとなった．今後は，攪拌・硬化条件の最適化に取り組むとともに，単位体積に占める二酸化バナジウムの割合が相変化前後の電気特性の変化に及ぼす影響を解析する予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
樹脂材料攪拌装置の修理に約半年の期間を要し，十分に条件出しを行なえなかったため．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に引き続き，電子相転移材料（二酸化バナジウム）を用いたバイパス回路の成形に取り組む．二酸化バナジウム粉体をシリコーン樹脂に分散させたサンプルの製作において，①攪拌・硬化条件の最適化と②単位体積に占める二酸化バナジウムの割合が相変化前後の電気特性の変化に及ぼす影響の解析に取り組み，バイパス回路としての適用可能性を見極める．
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