従来、太陽光パネルは日が照っているときしか発電できませんでしたが、新たな開発によって状況が変わりつつあります。
科学者たちは、暗闇でも稼働し、雨を動力源とする太陽光パネルを開発しました。
こうした革新により、太陽光発電は24時間使える電源となり、世界のネットゼロ排出への移行を後押しする可能性があります。
太陽光発電の最大の課題は、太陽が常に照っているわけではないことです。夜間や曇天時に太陽光パネルが発電できないとすれば、昼夜を問わない電力源として、どうすれば頼りにできるのでしょうか。
これは世界中の科学者が取り組んできた課題であり、いま一部の科学者が問題を克服する革新的な方法を開発しています。
太陽エネルギーは、世界で最も貧しい人々の一部に電力を供給する最良の方法の一つとして認識されています。この10年間で、パネルの価格は80％下落しました。世界経済フォーラムの2021年エネルギー移行指数は、サハラ以南アフリカの人々の暮らしを向上させる太陽光発電の可能性を取り上げました。同指数によると、この地域では人口の44％が電力を利用できません。
この3つの革新は、太陽光発電の普及を後押しする可能性があります。
1. 暗闇での太陽光発電
太陽光パネルは暗闇では働かない、と誰が決めたのでしょうか。24時間安定した再生可能エネルギーの実現につながる画期的な成果として、科学者たちは日が沈んだ後も発電を続けるパネルを試験しました。
従来の太陽光パネルは日中しか稼働しないため、太陽光で発電した電力を夜間に使うには、高価な蓄電池が必要です。現在、米国のスタンフォード大学の研究チームが、昼夜を問わず発電を続ける太陽光パネルを試験しました。
この技術は、夜間に太陽光パネルが冷えるという事実を利用しています。温度差から発電できます。冷却するパネルと、まだ暖かい周囲の空気との温度差を利用します。熱が通過すると発電する熱電発電機を使って実現します。
このパネルは入手しやすい部品を使って製作されました。研究チームによると、夜間に電力を利用できない世界の推定7億5,000万人に、安定して電力を供給できる可能性があります。
熱電発電機は逆方向に作動することで、日中にパネルが熱くなる際にも発電し、太陽光パネルの出力を高めます。既存のパネルをこの方式で改良するのは容易だと、スタンフォード大学の研究チームは述べています。
2. 雨を動力源とする太陽光パネル
従来の太陽光パネルの発電量は日差しの強さによって変わり、出力を低下させるのは日没だけではありません。厚い雲や雨も発電効率を下げます。しかし、中国の蘇州大学の科学者たちは、この問題を解決したと考えています。
激しい雨に降られたことのある人なら、その影響を実感できるでしょう。蘇州大学の研究チームは、雨粒が太陽光パネルに当たって流れ落ちる際に生じる摩擦を利用し、電気を生み出しました。
研究チームは、従来の太陽光パネルの上に、摩擦帯電型ナノ発電機（TENG）を含む透明な層を設置しました。TENGは運動を、この場合は雨粒の衝撃を、エネルギーに変換します。
雨の日の発電量を高めるだけでなく、摩擦を動力源とするパネルは、雨が降れば夜間にも発電できます。科学者たちは、この太陽光パネルについて、「さまざまな気象条件下で環境からエネルギーを効率的に集める方法を提供する」と述べています。
3. 太陽光発電所のロボット式クリーナー
雲や雨が太陽光パネルに当たる光を遮るように、ほこりや汚れも発電を妨げます。実際、表面にたまったほこり、水、砂、コケによって、太陽光パネルの出力が最大85％低下することが研究で示されています。
大規模な太陽光発電設備の清掃には、時間も費用もかかります。ある研究の推計によると、ブラシと水を使った手作業での洗浄には、2百万ドルの費用がかかります。これは、電力事業規模の太陽光発電所を10年間運用する場合の推計です。しかし、定期的に清掃しなければ、汚れがいずれパネルにこびりつき、発電量を減らします。
登場したのが、自律型の乾式清掃ロボットです。本体搭載の太陽光パネルを動力源とし、パネルへの影響を抑えるため夜間に稼働します。マイクロファイバークロスとエアジェットを使い、1年間稼働させることで、22万800人分の必要量に相当する水を節約しました。
ロボット式クリーナーの稼働状況は人工知能ソフトウェアで監視され、故障を防ぐための予防保全が計画されます。チリからインドまで、30件の大規模太陽光発電プロジェクトですでに数百万枚の太陽光パネルの清掃に使われています。
