持続可能な社会を実現する自然環境調和型エネルギー需給システム構築に向けた技術開発

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22K20465
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 寺島 康平 東京理科大学, 工学部建築学科, 助教 (80966565)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Keywords: 太陽電池 / 太陽熱集熱 / PV/Tソーラーパネル

Outline of Annual Research Achievements

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。