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ドイツの研究者たちは最近、新しい太陽光発電モジュールを発表しました。このモジュールは、最大31.3%の太陽光を水素に変換し、クリーン燃料の生産を商業化の現実に近づけるものです。このプロジェクトは、フライブルクのフラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所（Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE）の科学者たちによって行われており、集光型光伏電池とプロトン交換膜（PEM）電解槽を直接結合しています。研究チームは、この統合設計が中間的な電力変換の必要性を排除し、太陽光発電によって生成された電力を直接水の電気分解に利用できることを発見しました。
著名な物理学者であり、世界で最も効率的な太陽電池の一つを開発したフランク・ディムロス博士は、「私たちの新しい記録は、水素が非常に効率的に太陽光から直接生産できることを示しています」と述べています。この研究所は、世界最大の太陽エネルギー研究機関の一つであり、プロジェクトマネージャーのフアン・フランシスコ・マルティネス・サンチェス博士は、このシステムが従来の太陽光パネルではなく、集光型光伏技術に依存していることを指摘しています。
マルティネス博士は、「私たちが開発した光伏/電解モジュールは、いわゆる集光型光伏技術を使用しています」と述べています。直接の太陽光は、一組のフレネルレンズアレイを通じて集光されます。これは、複数の小型フレネルレンズから構成される光学部品で、一次元または二次元の格子を形成します。その後、光は高効率のIII-V多接合太陽電池に焦点を合わせ、4ボルトを超える開回路電圧を生成します。
新型太陽光発電モジュールが高効率の水素生産の可能性を示す
研究者たちは、これらの太陽電池を2つの直列に配置されたプロトン交換膜（PEM）電解槽の陰極と陽極に直接接続しました。彼らは、2つの技術の電気的特性を慎重に調整しました。その結果、このシステムは中間的な変換段階やエネルギー損失なしに、電力を直接水素生産に変換できるようになりました。プロトン交換膜電解部門の責任者であるトム・スモリンカ博士は、「水素の生産において、私たちはこれらの太陽電池を2つの直列のPEM電解槽の陰極と陽極に直接接続し、両者の電気的特性を完璧に一致させました」と述べています。
チームによると、この概念実証デモのレンズ面積は約9.92平方インチ（64平方センチメートル）ですが、実際の屋外条件下で統合アプローチの実現可能性を成功裏に示しました。現場テストでは、屋外デモが約31.3%の入射太陽光を水素に保存された化学エネルギーに変換しました。この効率は、燃料の高熱値に基づいて計算されています。この技術で使用されるIII-V太陽電池は、現在世界で最も効率的な光伏デバイスと見なされており、高性能と耐久性のために長期間宇宙機に使用されています。
研究者たちは、集光型光伏システムが地上での応用においても経済的に実現可能であると信じています。彼らは、結果が統合された光伏-電解システムの高効率グリーン水素生産の可能性を示していると述べています。しかし、プロトタイプが記録的な効率を達成したにもかかわらず、この技術はまだ初期の開発段階にあります。ディムロス博士は記者会見で、「開発はまだ初期段階にあり、競争力のあるシステムを実現するまでの速度を予測するのは難しい」と述べています。現在、彼らはこの技術の商業化のための投資家を探しています。
最後にディムロス博士は、「この概念をさらに発展させるために、私たちは計画中のスタートアップClearsun Energyを支援してくれる投資家を探しています」と述べました。
項目 規格 レンズ面積 9.92平方インチ（64平方センチメートル） 効率 31.3%