研究課題/領域番号 |
21K14378
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研究種目 |
若手研究
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
小区分25020:安全工学関連
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研究機関 | 長岡技術科学大学 |
研究代表者 |
佐藤 大輔 長岡技術科学大学, 工学研究科, 講師 (30883897)
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研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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キーワード | 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 / 熱破壊 / 発火 / 応力発光 / 電子相転移材料 / 熱応力 / 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 |
研究開始時の研究の概要 |
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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研究実績の概要 |
今年度は主に,力学的な刺激により発光(応力発光)する材料を溶剤に分散させ太陽電池セルに塗布することで太陽電池パネル内の熱応力の大きさを発光の強さとして可視化し,熱破壊挙動を解析することを試みた.市販の応力発光材料を入手し,塗料状にしたものを結晶シリコン太陽電池セル全面に塗布した.実際の太陽電池パネル(420枚の太陽電池セル群が直列に接続)において,発火のリスクが最も高くなる状態(直列接続された太陽電池セル群のうち1枚だけが故障したor遮光された場合)を再現し,快晴時の出力電流と降伏電圧・逆バイアス電圧に相当する負荷を印加した.ホットスポット発生後の昇温過程で発生する熱応力を観察した.結果として,室温から約300℃までの温度変化で結晶シリコン太陽電池は熱破壊したが,この時応力発光材料の発光は確認できなかった.応力発光材料を塗料状にする際の分散方法や太陽電池セルへの塗布方法,乾燥工程で発光性の損失がないか等課題を確認中である. また,電子相転移材料(ある温度を境に金属-絶縁体間で相転移する材料)を用いたバイパス回路の製作にも着手した.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成形できるかを確認した.現段階では,二酸化バナジウムとシリコーンの密度差により粉体が沈殿してしまい均一に分散できておらず,最適な溶媒材料,攪拌条件,硬化条件の探索が課題として挙がった.
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
応力発光材料や電子相転移材料を塗料・ペースト状といったこれまでに報告例がない形態に成形して使用することを試みたが,試料の入手と成形のための各種条件出しに予想以上に時間がかかり本年度中にこれらのタスクを完遂することができなかった.
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今後の研究の推進方策 |
本年度に引き続き,応力発光による熱応力の可視化および電子相転移材料(二酸化バナジウム)によるバイパス回路の成形に取り組む.二酸化バナジウム粉体の焼結体や粉体を樹脂に分散させたサンプル等を用いて,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し,バイパス回路としての適用可能性および最適な材料構成を見極める.
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