| 研究課題/領域番号 |
22K20465
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0304:建築学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
寺島 康平 東京理科大学, 工学部建築学科, 助教 (80966565)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 太陽電池 / 太陽熱集熱 / PV/Tソーラーパネル / SDGs / 太陽光 / 集熱 / 発電 / 地球温暖化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
太陽電池(PV)の実質発電効率は現状15％程度であり、残りの約85％が外気温+30℃程度の環境に対する廃熱になるため、PVの普及が拡大することで環境への熱負荷が増大する。本研究の目的は、太陽エネルギーを電力および熱源として利用することで自然環境への熱負荷を最小限にすることが可能な、民生用エネルギー需給システム構築のための設備創造を含む統合システムのデザインである。本研究課題では、日射を熱・電力に高効率に変換するPV/Tソーラーパネルのパラメータ解析および本システムの省エネルギー性、設計・運用手法の検討を行う。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、自然環境調和型エネルギー需給システムの構築を目指し、太陽電池と太陽熱集熱器を組み合わせたPV/Tソーラーパネルを用いたシステムの検討を行った。システムの検討には、従来までに開発してきたモンテカルロ法を用いた需要推定シミュレーションツールを用いた。このツールは、住民の行動から住宅全体の熱・電力需要を計算することが可能であり、世帯構成の違いによる住宅内エネルギー需要の多様性を表現できる。本研究では、戸建住宅にPV/Tソーラーパネルを用いたシステムを導入すると仮定し、世帯別にケースを設定して計算を行い、従来の太陽電池を用いたシステムとの比較を行った。コロナ渦における生活様式の変化により各世帯で在宅時間が増加した結果、暖房需要が増加する傾向があり、PV/Tソーラーパネルで集熱した温水を有効に利用して消費電力を削減できることが分かった。特に高齢者の多い世帯でその傾向があり、少子高齢化する国内においてPV/Tソーラーパネルシステムが有効になり得ることを示した。
さらに本研究では、PV/Tソーラーパネルシステムの蓄熱運用の最適化について、メタヒューリスティクスの差分進化法を用いて検討を行った。上述のシミュレーションツールを用い、評価値を消費電力量の一日の合計、制約逸脱度を熱需要に対する不足熱量の一日の合計に設定して計算を行い、従来の運転方法と比較を行った。蓄熱量が一定値を上回るまで集熱する従来の運転よりも、差分進化法を用いた運転の方が蓄熱量を適切に保ちながら発電量を増加させることができ、消費電力を抑制することを示した。
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