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エクセルギーハウス技術開発研究所

エクセルギーなLife&Housingラボ(NPO準備) 自然の循環性に生きる生活と住まい方:営みの提案交流ブログ

ソーラ‐発電に必要な蓄電器の画期的な開発を(シリーズその4)

蓄電機能の技術課題

 

1.6kW小規模自然エネルギーの利用の課題

問題は,発電電力の変動が激しいということである.これを被っては,インバーター・系統電力側,そして使用する負荷電気機器にとっても,負担が大きく対応できない.稼動停止からの回復機能もあろうが,その待ち時間が必要であり,こうした状況をショッチュウつくるものではない.時には機器破壊にもつながりかねない.電流量の一定の幅・一定のスパンの変動ならば,連系した系統グリッド電力によってサポートできる.それに当たっても,自然エネルギー発電システム側も,電力変動の緩和機能がほしい.その一番いい方法は,自然エネルギー発電に対する蓄電機能である.変動時間スパンが短い場合は,機器の保護回路として使えるものは,極低容量でいいのであり,これは既にお馴染みの電気部品;コンデンサー,あるいは ダイオードとして成されている.

課題は自然エネルギー採集時と同時間帯に シンクロして稼動する場合ではなく,一定大容量のエネルギーを蓄保しておいて,別時間帯に利用したい場合である.1.6kW小規模発電システムの場合 少なくとも蓄電能力は,400Ahの性能がほしい.

 

その場合,現行の様々な蓄電・蓄エネルギー機器・装置・方法はいいものではない.電気化学的反応利用の蓄電器,位置エネルギーに転換させて利用する揚水発電機が代表的なものであるが,これらの蓄電・蓄エネ機器は発明当初の原型から,原理的にいって 系統進化は 全くされてない/と先ずは見ることである.この分野において 技術構成原理に関わる全く新しい発明がありうる.

条件は

A: 蓄電放電が半永久的に循環されて再生回復される条件を満たすものであること.

B: 一般住居家屋に設置可能であること;サイズ・安全性の確保が成されること.

C: 容量は 400Ah(バッテリー4個並み)の容量が確保できれば,昼間の蓄電を夜間・曇雨天日にも使うことができる.

 

〈電気ニ重層コンデンサ〉発想での画期的な開発

      ※全くの電気設計ど素人が,ここまで探究してきて,上記条件にピッタリと当てはまる製品に出会ったのには イヤ驚いた.それが電気二重層コンデンサである.Wikipedia検索「電気二重コンデンサ」で次のようになっている.「

             主に電気機器のメモリーや時計回路におけるバックアップ電源として用いられてきたが,近年 電力貯蔵用にも使用され始めている.ハイブリッド自動車電気自動車の電源としても注目されており,製品化された例ではコピー機の急速立ち上げ用電源や無停電電源装置などがある.更に鉄道用の電車でも実験的に電源として使用して起動力約2%の電力を確保するなど,様々な分野で小型化・大容量化の研究開発が進められている.二次電池と異なり電気化学反応を従わないため,充放電回路がないこと,大電流の充放電に強く 温度条件の厳しい環境下でも利用できることなどの利点を持つ.このため,燃料電池自動車であるホンダ・FCXにパワーアシスト用として搭載されたり,惑星間衛星探査機はやぶさに搭載したローバーにも採用された.また,(近々)ハイブリッドカーへの搭載も予定されている.         

 

    蓄電性機能の機器構成  製作発想の原理からの転換を

 

          小型化・大容量化を成す技術は,電荷を担う物質の空間密度を高めるために,発想を思い切って転換させてことである.そして,安全性・耐久性・永久的再現性については蓄電機能構成に当たって ‘長年付き合ってきた未練‘を断ち切って,電気化学的反応現象には頼らないということである.

           ※植物の光合成は,光エネルギーを化学的反応で,澱粉等の物質に保蔵して,必要なときに細胞内で燃焼させてエネルギーを取り出すという技である.人間はこれを空気中で燃焼させて使うということである.こうした蓄エネルギーは,人間にとっては,まだまだ未知の技である.

 

蓄電性機能の機器構成を 製作発想の原理から転換させる新たな探求をしようということである.発想の指針は次にある;

A: 電気エネルギーの担い手は,電子と原子軌道内欠価電子,あるいは 半導体内正孔である.この実体を見直すことが大事だ.

B: 電荷を物質表面付着分布ではなく,物質内部までも含めた空間的な分布にすること.

       そのそも バッテリーは,液体と言う空間を使って電気容量を増加させたものである.しかし電荷物質の移動・蓄積は何も液体だけではない.固体における電荷移動現象は,ソウ!半導体である.これもまた 素晴しい蓄電物体となりうる.

C: コンデンサキャパシタ)の原理は,正負の電荷(正孔)の空間的な分布の分離にある.

シリコン半導体による光エネルギーの電気エネルギーへの転換も同様の分離ということであるが,これは あくまでも発電ということであった.しかしこの半導体の機能デザインは,使える.

 

  画期的なアイディアは次回レポートで報告する.貴方においてももうそろそろ そのイメージが湧かれたであろう.今回のレポートでは,その結果としての形状についてだけ触れる.

D: 上記A~Cの発想で設計すると,バッテリーの形状は,何も現行のような箱型であるとは限らない.重層状になった畳のようした方が蓄電・放電にとって都合がよかろう.問題はこの層の構成物質とそのデザインである.

 

以上の探究にあたっての設計推理によってなされたPrincipleに基づき,製品の設計をする.容量は,小さめの畳(160x80x厚6㎝)1枚分で100V/400Ahを確保することが目標で,蓄電放電が半永久的に循環されて再生回復される条件を満たすものある.これによって,自然再生エネルギーの電気エネルギー転化による利用は,天気・風の自然任せを脱皮して,自立した一個の技術体となることができる.

2014.01.13