Construction of engineering system including testing method of a photovoltaic module with curved surface

Research Project

Project/Area Number	22K05006
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
Research Institution	University of Miyazaki
Principal Investigator	荒木建次宮崎大学, 工学部, 特別教授 (70533149)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2027-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000) Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords	太陽電池 / 曲面 / 計量方法 / 標準化 / 微分幾何学
Outline of Research at the Start	これまでの太陽電池工学は、平面を前提に理論および計測方法が構築されてきた。また、日射エネルギーも2次元傾斜面に直射する前提である。曲面太陽電池や日影が頻繁にかかるような地点で動作する太陽光発電では、発電量の見込み違いや、製品の性能試験が公正にできないといった問題が生じている。本研究では、2次元・平面が前提となっている太陽電池動作理論および計測方法を、微分幾何学や3次元日射の概念で再構築し、曲面および非理想日照でも正確かつ公正な発電量予測および製品検査ができるようにし、国際標準化を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	曲面幾何学を援用した曲面太陽電池の動作モデルを開発し、屋外に設置した曲面太陽電池の発電電流（太陽の高度・方位により日射量及びその光線角度分布が変動）計測により、モデル通りの値が得られていることを確認し、本方法の有効性を検証した。加えて、本モデル作成及び試験に必要となる曲面座標の採取方法、曲面の記述方法、座標系の定義、計測参照面の定義、計測中の保持方法、曲面座標の内挿方法および内挿方程式、試験のためのソーラーシミュレータの諸条件などについても検討を行い、再現性のある計測ができるようにした。上記検証は、凹面を含まない3次元曲面であるが、凹面を含む曲面例えば鞍型曲面（航空機向けソーラーパネルや、スポーツ車の車載太陽電池が該当）でも、隠面計算を行うことにより拡張できること、これもまた、屋外計測結果に一致していることを確認した。これらのアルゴリズムや変数の定義なども再検討を行い、文書化した。海外試験機関（TUVなど）と曲面太陽電池のラウンドロビンを実施し、試験結果を解析することにより、浅い曲面に対しては再現性のある試験結果が確保される試験装置の条件を導出した。さらに、この条件式を検証するために、さらに多くの試験機関に対し、商用曲面太陽電池を送付し、確認のためのブラインドテストを開始した。また、深い曲面でも計測ができるようなソーラーシミュレータに関しても基本設計を行った。上記成果により、曲面太陽電池の計測方法国際標準化の原案をIECに提案し、議論を開始した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 微分幾何学を援用したモデルが当初想定した以上に高精度であり、修正の必要がなかった。これにより、標準化のための各種試験を前倒しに進めることができた。
Strategy for Future Research Activity	曲面太陽電池の計算は演算量が多く、非常に時間がかかる。計算フローの合理化、曲面のカタログ化などの高速化を進める。また、おそらく4元テンソルで記述することにより上記高速化が達成可能とみられるので、このファイル構造（将来は標準化）の開発に進む。また、昨年度開始したブラインドテストを推進し、曲面太陽電池の国際標準化プロジェクトの正式な提案をIECに提出し、海外試験機関と本格的な議論を開始する。