各種シミュレーションによる集光型太陽電池の動作解析

宮崎大学 太田靖之 先生

有限要素法による伝熱解析、光学シミュレーションおよび等価回路を用いた回路シミュレーションを組み合わせた集光型太陽電池の動作解析について紹介する。集光型太陽電池とは、太陽光を集光する光学系と発電を行う太陽電池素子により構成される。したがって、光学シミュレーションによる光学系の解析、回路シミュレーションによる発電電力解析、有限要素法による光学系により集光される強い光(熱エネルギー)の伝熱解析がそれぞれ必要になる。
光学シミュ―レーションでは、光学モデルを光学シミュレータで設計し、太陽電池に集光される光を光線追跡により解析した。解析した光分布から三次元等価回路モデルによる回路シミュレーションにより、光分布を考慮した太陽電池発電動作を解析した。光線追跡と回路シミュレーションを統合することにより、太陽光の入射から太陽電池の出力まで総合的な解析と最適化が可能となる。集光型太陽電池は、光学系で太陽光を集光するため、太陽電池素子に大きな熱エネルギーが流入する。屋外測定結果をもとにした伝熱解析より太陽電池素子での熱分布および動作温度削減方法について解析した。
また、講演では、太陽光発電の現状やこれからの課題、宮崎大学の再生可能エネルギーへの取り組み等についても紹介する。

COMSOL Multiphysicsおよびアプリケーション機能を用いた太陽光発電の設計

計測エンジニアリングシステム株式会社 福川真

太陽光発電の開発では、発電効率・強度設計や設置環境の調和など様々な観点の設計が必要です。このために、多重物理現象を考慮した解析が求められ、多重物理を扱うことができる数値シミュレーションの使用が有効となります。太陽光発電の設計には複数分野の部門が関わることから、それらの調整に関わる研究開発情報の共有が早期段階で必要不可欠となります。COMSOL Multiphysicsは、そのような開発形態に適しています。
COMSOL Multiphysicsにおける電池の解析事例を説明するとともに、開発部門間の連帯を容易化するツールとして、モデルのアプリ化機能に関して紹介いたします。太陽光発電モデリングのデモンストレーションを実施することで、COMSOL Multiphysicsが設計から情報共有のツールとして有用であることを体感して頂きます。

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