【逆転の発想】「夜間ソーラー発電」が出力実験に成功　ソーラーの逆の原理で電力を生成

通常のソーラー発電は、太陽から地球に降り注ぐ光を電力に変換する。これに対し夜間ソーラーは、地球から宇宙に放たれるエネルギーを利用する。
地表は日中に太陽光で温められ、夜になると蓄積した熱を赤外線の形で宇宙に向けて放出している。これを発電に用いるというコンセプトだ。

実験を行ったのは、シドニーに位置するニュー・サウス・ウェールズ大学の夜間ソーラー・チームだ。
同大学はプレスリリースを通じ、「『夜間』ソーラーパワーにより電力を生成するという、再生可能エネルギーにおける顕著なブレイクスルーを達成した」と発表した。
ソーラー発電は日中のみ稼働できるという従来の常識を覆すものとなる。

今回の実験での出力は、ソーラー発電の10万分の1という極めて弱い規模に留まる。
しかし研究チームは、今後半導体素子を改善してゆくことで、最終的にはソーラー発電の10分の1ほどにまで出力を高めることができるとみている。
研究の成果は5月、米国化学会誌に掲載された。

■ 既存のソーラーと逆の原理
科学ニュースを報じるニュー・アトラスは、従来と「逆のプロセス」で発電する「奇妙な」発電手法だとして取り上げている。
夜間ソーラーと聞くと、夜空のわずかな明るさを利用した発電かとも思える。
しかし、研究者たちは発想を逆転し、地球側からエネルギーを取り出すことにしたという。
着目したのは、夜間の温かな地表だ。

地球は日中に太陽から熱を得ているが、これが続くと温度は際限なく上昇してしまう。
気温が一定の範囲に保たれているのは、夜間に地表から夜空に対して赤外線を放出し、熱を排出しているためだ。

研究チームはこの特性に注目し、こうした夜間の地表からの放射熱を利用し発電することにした。
赤外線を検出する暗視スコープに用いられているものと同じ素材を使い、
「サーモラジエイティブ・ダイオード（thermoradiative diode）」と呼ばれる半導体素子を独自に開発している。
この素子を通じ、赤外線を電力に変換する。

■ ソーラー発電の弱みを補完
CO2を排出しない「グリーン電力」への注目が高まるが、ソーラー発電はその代表例といえるだろう。
ソーラー発電の可能性は近年急速に知られるようになっており、大規模なソーラー発電施設も相次いで建設されるようになった。
これに対し、太陽由来の熱を利用した夜間発電の認知度はこれまで高くなかった。
研究チームは夜間ソーラーを、「太陽光発電に対する、知名度がずっと低い片割れ」と表現している。

夜間ソーラーは一般的な太陽光発電と異なり、夜間の電力需要に応えられる可能性がある。
また、赤外線による放熱があれば発電可能であるため、常にパネルを太陽の方向に向けたり地面に固定したりしなくてよい利点がある。
実験を主導したネッド・エキンズ＝ダイクス准教授は将来的に、例えば体温をもとに発電し、小型機器の電池を不要にしたり
バッテリーに充電したりという応用法も視野に入れているようだ。

■ 課題は発電効率
今回の研究の主な成果は、サーモラジエイティブ・ダイオードを用いた発電が可能なことを実際に証明した点にある。
サーモラジエイティブ・ダイオードは理論的に夜間の発電や廃熱を利用した電力生成が期待できると考えられていたが、
実証と課題の検証は本格的に行われてこなかった。

課題は変換効率の向上による出力上昇だが、これに関してダイクス准教授は楽観的な見通しを示している。
1954年に初めて実用化された太陽電池は2％という低いエネルギー変換効率に留まったが、現在では23％にまで改善した。
夜間ソーラーも同様に飛躍的な改善に成功すれば、実用化の可能性は十分にありそうだ。

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