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

构建与自然环境和谐的能源供需系统，实现可持续发展社会的技术开发

基本信息

批准号：
22K20465
负责人：
寺島康平
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20465/
关键词：
SDGs 太陽光集熱発電 PV/Tソーラーパネル地球温暖化

项目摘要

太陽電池(PV)は変換効率が現状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。本課題の目的は、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のデザインである。このシステムには、太陽エネルギーを電力と温水に高効率に変換するPV/Tソーラーパネルを用いており、得られた温水は給湯や暖房に利用することが可能である。一方で、夏季の冷房需要にPV/Tソーラーパネルの集熱を活かせないことが課題であった。今年度は、夏季における高効率太陽熱利用を目指し、PV/T ソーラーパネルとエジェクタ冷凍サイクルを組み合わせたシステムの検討をシミュレーションで行った。エジェクタ冷凍サイクルは、60℃程度の温水を使用して15℃程度の冷風・冷水を供給することができ、PV/Tソーラーパネルで得た温水を有効利用することが可能である。本研究では、このエジェクタ冷凍サイクルの計算モデルを、開発済みのエネルギー需給シミュレータに導入し、東京におけるシステムの有効性を検証した。シミュレーションの結果、従来のエアコンによる対流式冷房と比較して、上述したシステムは夏季の消費電力量を約40%削減でき、夏季における太陽熱集熱を有効利用できる可能性を示した。一方で、エジェクタ冷凍サイクルに必要な冷却水を冷却塔で供給することを想定したが、高湿な東京の気候においては要求される冷水温度で供給するのが難しく、システムの設計を再考する必要があることが分かった。今後は今年度の成果を基に、システムの再設計や異なる気候におけるシステムの有効性を検証する。

当前的太阳能电池（PVS）的转化效率约为15％，其余的85％是浪费，对于环境，外部温度约为 +30°C，因此随着PVS的扩散增加，环境上的热负载会增加。这个问题的目的是设计一种消费者能源供求系统，该系统允许将太阳能用作功率和热源来最大程度地减少自然环境上的热负荷。该系统使用PV/T太阳能电池板将太阳能转换为高效的电力和热水，所得的热水可用于热水和加热。另一方面，挑战不是在夏季冷却需求中利用PV/T太阳能电池板的热量收集。今年，我们模拟了一个结合PV/T太阳能电池板和喷射器制冷周期的系统，旨在在夏季利用高效的太阳能热量。喷射器制冷周期可以在约60°C下使用热水，在约15°C下提供冷空气和冷水，从而有效利用使用PV/T太阳能电池板获得的热水。在这项研究中，将弹出器冷藏周期的计算模型引入了开发的能源供应模拟器中，并验证了东京系统的有效性。仿真结果表明，与使用常规空调的对流冷却相比，上述系统可以在夏季减少约40％的能源消耗，这表明有可能在夏季有效使用太阳热量。另一方面，尽管假定冷却塔将在弹出器制冷周期所需的冷却水中提供，但发现很难在所需的冷水温度下向Tokyo的高湿度提供冷却水很困难，并且系统设计需要重新考虑系统设计。从现在开始，我们将利用本财政年度重新设计系统并验证系统在不同气候下的有效性。