ファサード建物用の動的太陽光発電ブラインド ②

彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救ったと伝えら
れる招き猫と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え。（戦国時代の軍団編成の
せて生まれたキャラクタ「ひこにゃん」。

　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　・めぐりあひて　見しやそれとも　わかぬまに　雲がくれにし　夜半の月影

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　新古今和歌集

「源氏物語」の著者・紫式部 (生没年不明 / 970年頃?～1016年頃?) は藤原為時
の娘で、式部の呼び名は為時の官名式部丞による。 初めは藤式部と称したが、

のちに「源氏物語」の主人公・紫の上にちなみ紫式部と呼ばれた。 藤原宣孝に
嫁ぎで賢子(のちの大貳三位)を生むが、夫と死別の後、一条天皇の后・彰子に仕
えた。また、中宮が土御門弟(つちみかどてい）に戻ってから皇子が誕生するま
での様子が書かれている「紫式部日記」は、現在では重要な資料。この和歌は古
い友だちにあてたもので、久しぶりの再開であったのに、ゆっくりと話す時間も
なく過ぎてしまったという心残りを、夜半の月にたとえて、美しく詠まれる。「
めぐり逢ひ」、「雲隠れ」は「月」の縁語、「見しやそれとも」は「月」と「友
だち」の両方にかかっていて、巧みさを放つ一首。

ところで、結句の「月かな」は、「紫式部集」や「新古今集」などでは「月影」になっていて、「百人一首」だけが「月かな」になっています。

また、「源氏物語」は、紫式部が夫と死別した悲しさから書かれたもので、はじめは親しい人たちの間で読まれていたようです。
それが、次第に評判となり、当時の貴族たちもこぞって読みようになったと言われていて、歌人たちも和歌の参考にしたと伝えられています。


【屋内トレーニング記】


・ジョギング速度変更；５キロメートル／時間×１時間
・最大脈拍：130回／分

✺ ガラス張りのファサード建物用の動的太陽光発電ブラインド ② 

1. はじめに

2.dvPVBEの

2.1. dvPVBE の設計

提案されたdvPVBEは、窓のタイトな外層として、高ガラス張りのファサードと一
体的に組み立てられた(図1(a))。dvPVBEの本体は、フレーム構造やブラインドスラットなど、軽量で強度に優れ、悪天候にも耐えるアルミ合金製です。太陽電池
と一体化したスラットは、トップフレーム構造に隠されたモーターコントローラ
ーを使用して動的に電動化した。さらに、コンパクトで調整可能、格納式のスラ
ットは、建築の美観への悪影響を軽減する。

図１．天候対応型dvPVBEの動作原理とユースケース。(a)dvPVBEは、電動スラット
の柔軟な制御により太陽放射を効果的に変調できる。(b)曇りの日にはスラットは
完全に上部に引っ込められ居住者に十分な日光と遮るもののない視界を提供。(c)
夏の昼間は、スラットをフルに展開して、直射日光が部屋に入らないようにし、
太陽エネルギーを電気に変換することができます。(d)春と秋には、発電と日光の
透過性のバランスをとるために、スラットを部分的に展開することができる。(e)
冬季には、スラットを部分的に下部に格納して、上部からの良好な視界を確保し
ながら、日射を部屋に浸透させることができます。詳細については、付録 A の
セクション S1 を参照。

従来の静的外部ブラインドとは異なり、dvPVBEのスラットはフレームの任意の高
さで停止し、モーターの正確なストローク制御により0°から90°の間で回転でき
る。付録AのVedio S1で紹介されているプロトタイプのビデオは、電動ブライン
ドの複数の機能とその実際の操作を示す。プロトタイプの機械構造は、中国企業
が開発した既存の電動ブラインド車両から派生したもの。ブラインドは部分的ま
たは完全に展開できる。ブラインドが安定しているときは、スラットの角度を調
整でき、スラットの垂直位置と水平位置に対応して、0°から90°まで反転させる
ことができ。前述の制御は、ワイヤレスリモコンとコンピューター制御によって
実現できえるが、日射にさらされる死角とスラット角の両方を独立してインテリジェントに調整し、屋内環境に対するリアルタイムの気象条件の外部影響を軽減
できる。また、dvPVBEは、温度、風速、入射日射量、発電量などの重要な要素の
監視を含む、センサーをフレーム構造に統合することで、効果的な監視と保守管
理を可能にする。



図２．さまざまなシナリオに対応する３つの制御戦略のワークフロー。Ｈ0 はフレームの高さ、つまりフレーム構造の上部から底部までの距離。θp は最大の発
電量を得る最適なスラット角度。Ｗnetはブラインド位置に対応する正味電力。
ΔH はブラインド位置調整の距離ステップ。 Δθはスラット角度調整の角度ス
テップ。 Iは室内照度です。 I0は室内照度の設定値。この研究では、昼光照度
の基準として I0 を 300 lx に設定した。

(1) PGP の戦略
この戦略は、勤務時間外または部屋に人がいないときに採用されます。 この戦略は、ブラインド位置 H とスラット角度 θ を調整し、太陽光発電用のスラット
への入射日射を最大化する。まず、ブラインドが完全に展開されます。すなわち
ブラインド位置ＨはＨ０に等しい（Ｈ０はフレーム高さ、すなわち、図１（ａ）に示すように、フレーム構造の上端から下端までの距離である）。 次に、発電量
を最大化する最適な角度（θp）に達するまで、スラット角度 θが調整されます。
 最後に、最適な角度θp を記録し、実行。 これまでの研究結果に基づいて、θp は一般に太陽高度角に対応し、モジュールの自己シェーディングを考慮せずに太
陽プロファイル角に直交するように設定。

（２）NDPの戦略
この戦略は、自然光を十分に利用して、部屋に人がいるときに屋内の照明を改善
することを目的としています。 具体的な実装手順は以下の通りです。まず、PGP 
戦略で述べたように、H を H0 に設定し、θ を最適角度 θp に設定します。次に、室内照度Ｉを測定し、室内設定値Ｉ０と比較する。 I が I0 以上 2000 lx 未満の場合、H と θ の現在の状態が保持されます。 I が 2000 lx 以上の場合、
θ は、I が 2000 lx 未満になるまで、Δθ の小さな間隔でわずかに減少。 I 
が I0 未満の場合、I0 を超えるまで θ は Δθ だけわずかに拡大される。 I 
がまだ I0 未満の場合、H は I0 を超えるまで、ΔH の小さな間隔でわずかに上
昇します。 最終的には、室内照明は自然光を十分に利用することで実現され、
付随的に照明負荷も軽減される。

(3) ESPの戦略。
この戦略は、部屋の正味エネルギー消費を最小限に抑えるように設計されている。 したがって、太陽光発電だけでなく、HVAC および照明システムのエネルギー消
費も考慮される。 建物の熱慣性、室内の熱質量拡散、熱伝達、空調システムの
分配効率の影響により、空調システムの性能に大幅な遅れが生じる。 この固有
の遅れと、その結果として生じる暖房と冷房のシステム制御の難しさのため、リ
アルタイムの正味エネルギー消費量を正確に最適化することは困難。 図２ に示
す制御ループは、近似ではあるが実用的な方法を提供 まず、ＨをＨ０、θを最
適角度θｐとする。 次に、部屋の正味電力消費量 Wnet が式 1 を使用して計算
され。(1)。３番目に、H を小さな間隔 ΔH だけわずかに持ち上げて、新しい H 
における新しい Wnet、new を取得。Wnet、new が Wnet より小さい場合、３番
目のステップは、Wnet、new が Wnet より大きくなるまで繰り返される。Wnet, 
new が Wnet より大きい場合、スラットは前の状態に戻ります。この運用戦略に
より、正味エネルギー消費を効果的に削減できる。

ここで、W空調はHVACシステムの瞬間的な消費電力、Wです。光は照明システムの
瞬時消費電力、WPVのはPVアレイの瞬間発電量、W網は部屋の正味電力です。瞬時
電力は、電力計を用いて測定した。

2.3. シミュレーションのセットアップ

シミュレーションでは、dvPVBEのエネルギー性能と最適な構成を調査するための
モデルを構築。中国・北京にある24階建てのオフィスビルは、図１に示すように、
3次元モデリングソフトウェア「SketchUp」を使用して作成された。付録 A のセ
クション S2 の S1。オフィスビルの周囲に追加の高層ビルはないと想定された、
この研究では、周囲の建物によって引き起こされる陰影と反射は無視。建物の南
向きのファサードに位置する5m×5m×3mの南向きの部屋が代表的な部屋に選ばれ
た。外部環境にさらされるガラス張りのファサードを除いて、屋内環境にさらさ
れる他のすべての表面(壁、床、天井)は、隣接する部屋を同じ室内温度で想定す
ることにより断熱的であると見なされた。ガラス張りのファサードは4.8m×2.18
4mで、窓と壁の比率は70%です。具体的には、ガラス張りのファサードには、熱
伝達率(Uファクター)が1.8W·(m2·K)−1太陽熱取得係数は0.4です。外壁の熱伝達
率は0.485W・(m2·K)−1.建物の外皮のすべてのパラメータ設定は、公共建築物の
エネルギー効率に関する中国設計基準(GB 50189-2015)[32]に準拠している。表１ は、建物モデルに関する重要な情報をまとめたものです。HVACシステムの可用性
は、北京の気候によって異なる。具体的には、5月から9月までHVACシステムの冷
房モードが作動し、室内温度が26℃未満に保たれるようにする。 暖房モードは
11月から2月までアクティブになり、室内温度が18°C以上にとどまるようにします。また、就業時間の1時間前からHVACシステムを導入し、午前8時に出勤する従
業員が快適な室内温熱環境を確保している。そのため、平日の午前7時から午後6
時までHVACシステムが作動した。

表 1.建物のエネルギー性能モデリングの仕様

表 1.建物のエネルギー性能モデリングの仕様。

パラメーター価値

建物モデル		延床面積	25メートル2
		一人当たりの外気供給率	30メートル3·(h∙人)−1
		ご利用人数	4
		床面積あたりの人数	0.16人・m−2
		床面積当たりの照明電力	9 W・m−2
		その他電気設備の床面積当たり電力量	12 W・m−2
		入居者の労働時間	午前8時から午後6時(平日)
		HVACシステム	パッケージ端子ヒートポンプ(PTHP)
		加熱設定値	18 °C
		冷却設定値	26 °C
		ヒートポンプの性能係数*	夏:3.0;冬:2.5
ブラインドスラットと太陽電池	スラット	スラット幅	4.80メートル
		スラット深さ	0.091メートル
		スラット分離	0.091メートル
		スラット角	動的
		スラットの数	24
	太陽電池	生産者	ジンコソーラー(中国)
		材料	単結晶シリコン
		寸法(太陽電池1個)	0.182メートル × 0.091メートル
		公称効率	21.32%
		公称動作セル温度(NOCT)	45 °C

ガラス張りのファサードの外面に取り付けられたdvPVBEは、図S1に示すように、
太陽電池と一体化した24個のスラットで構成されていました。各スラットは、ジ
ンコソーラー(中国)が直列に製造した26個の太陽電池で構成されていました。スラットの間隔(d)とスラットの深さ(L)の比率を1(d/L=1)とし、室内の快適性を高
めた。スラットと太陽電池の詳細については、表1を参照。

建物の部屋のエネルギー性能は、非定常熱伝導、昼光制御、およびオンサイト太
陽光発電をシミュレートできるオープンソースの建物全体のエネルギーモデリン
グソフトウェア(EnergyPlus、バージョン9.6)を使用してシミュレートされまし
た[35]、[36]。dvPVBEの全体的なエネルギー性能を調査するために、熱収支、昼光、発電モデルなど、いくつかのサブモデルがEnergyPlusで採用されました[37]。EnergyPlusの熱収支モデルは、建物内の熱伝達とエネルギーの流れをシミュレー
トし、建物の冷暖房負荷を計算するために採用されました[38]。アルゴリズムと
して、建物のエネルギー解析分野で確立され、広く検証されている伝導伝達関数
が選ばれました。昼光照明モデルを使用して、さまざまなスラット角度での昼光
性能をシミュレートし、照明負荷への影響を特定しました。昼光照度基準点は、
室内中央の床上0.75mで300lxとし、照明の連続調光制御を採用した。本研究では、ダイオードから導出された等価回路モデルを用いたPV性能予測シミュレーションに、5パラメータモデルとして知られる等価な1ダイオードモデルを選択した。

dvPVBE の制御戦略では、PGP 戦略は非稼働時間に使用され、ESP 戦略は勤務時間
中に使用されました。NDP戦略は居住者の嗜好に大きく影響されるため、今後の研
究でさらなる分析が残された。建物のエネルギー効率を高める上でのdvPVBEの実行可能性をさらに実証し、静的PVブラインドとの公正な比較を実施するために、シミュレーションは主に調整可能なスラット角度がエネルギー性能に与える影響を
評価することに焦点を当てました。具体的には、ブラインドポジションをHに設定
する0次のシミュレーションでは、以前の研究で使用された従来の静的PVブライ
ンドと同様。

dvPVBEの最適なスラット角度は、静的PVブラインドケースの組み合わせを使用し
て得られた。0°から90°まで5°刻みで19の静的PVブラインドケースが研究され、dvPVBEの最適な構成は、19の静的ケースで正味エネルギー消費の制約が最も低い
スラット角度の組み合わせた。HVAC負荷、照明負荷、およびPV発電はさまざまなケースで異なり、全体として部屋の正味エネルギー消費量に影響を与えた。HVAC
負荷、照明負荷、および発電と比較し、dvPVBEシステムのモーターとコントローラーのエネルギー消費は、断続的な動作と低い公称電力により、ごくわずかです。年間を通じての 19 の静的 PV ブラインド ケースと dvPVBEの詳細なシミュレーション データは、付録 A のセクション S3 に示されている。dvPVBE の最適な
構成を決定するために使用される方法は、さまざまな環境条件に適用。この研究
では、dvPVBEのエネルギー性能を評価するため例として北京が選ばれた。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　以下省略

【関連記事】

1.“A New Dynamic and Vertical Photovoltaic Integrated Building Envelope for High-Rise Glaze-Facade Buildings

２．Design and optimization of CdSe-CuSbSe2-based doublejunction two-terminal tandem solar cells with VOC> 2.0 V and PCE over 42%

⛑　高性能シリコン太陽電池製造手法を安全化

14日、東京工業大学の研究グループは，シリコンヘテロ接合（SHJ）太陽電池用
の水素化アモルファスシリコン（a-Si:H）を，強い爆発性を有するSiH4ガスを
使用せずに，高速かつ低ダメージで形成する手法を確立した。

SHJ太陽電池の高効率化には，シリコンウエハー表面に高品質なa-Si:H層を形成
することにより，ウエハー表面でのキャリア再結合を抑制することが重要であるが，既存手法では爆発性・毒性を持つSiH4ガスを用いる必要があり，コスト増の一
因となっている。

研究グループは，対向ターゲットスパッタ（FTS）法と呼ばれる手法を用いるこ
とにより，十分なキャリア再結合抑制効果を有したa-Si:H膜を，強い爆発性・毒
性を有するガスを使用せずに，実用的な製膜速度でシリコンウエハー上に形成す
ることに成功。

ドーピング量の少ないシリコンのスパッタにはRF電源を用いたRFスパッタが一般
的に用いられるが，DC電源を用いたDCスパッタを用いたことによりこの成果が実
現された。なお，DC電源の使用により装置構成が簡略化されるという利点も存在
する。

SHJ太陽電池はシリコンウエハー表面のキャリア再結合はウエハー直上に存在す
るi-a-Si:H（アンドープa-Si:H）によって抑制される。そこで，シリコンウエハ
ーの両面にi-a-Si:Hのみを形成した試料を用いてウエハー表面でのキャリア再結
合抑制効果を評価した。なお，a-Si:H膜形成後に窒素中で200℃の熱処理を行な
っている。

ウエハー表面でのキャリア再結合抑制効果の指標となる実効キャリアライフタイ
ムは，厚さ42nmのi-a-Si:Hを用いた場合，10msを超える値を示した。また，太陽
電池を形成した場合の出力電圧の目安であるiVocの値は726mVと高い値を示した。

実際の太陽電池で用いる5nmのi-a-Si:Hを用いた場合でもiVocは717mVと高い値を
保つことが明らかとなった。さらに，将来的に重要となるであろう薄型シリコン
ウエハーに5nmのi-a-Si:Hを形成した試料においてはiVocは730mVであった。また，一般的なスパッタ法において，製膜速度1.8nm/min以上ではプラズマダメージに
より良好なキャリア再結合抑制効果が得られていなかったが，この研究において
は31nm/minという高速で製膜してもキャリア再結合抑制効果が損なわれないこと
を見出した。研究グループは，今後，大面積製膜の実証が進めば，SHJ太陽電池
やペロブスカイト/シリコンタンデム太陽電池の低コストプロセスの実現が期待
できる。
【掲載論文】

掲載誌 : 論文タイトル：Demonstration of Excellent Crystalline Silicon Surface Passivation (S < 1.27 cm/s) by High-Rate DC-Sputtered Hydrogenated Amorphous Silicon

 公開日 :2024年2月20日（オンライン、現地時間）
DOI :10.1002/solr.202400045

画像：Ni-MOF-74 から誘導された Ni ベースの触媒を合成し、光熱メタン化反応について研究。 
この触媒は、可視IR照射下でCH4生成に対して高い性能を示す。 この触媒は、数回の連続反応サ
イクル後でも高い安定性と優れたリサイクル性を示す。

An Efficient Metal–Organic Framework-Derived Nickel Catalyst for the Light Driven Methanation of CO2
CO2 の光駆動メタン化のための効率的な金属有機フレームワーク由来のニッケル触媒
【要約】
CO2をCH4に光熱還元する、高活性かつ安定な金属有機骨格由来 Niベース触媒の
合成を報告。 MOF-74 (Ni) の熱分解を制御することで、炭素質種の、したがって
光熱性能を調整できる。 最適化された条件下で触媒を調製すると、UV-可視-IR
照射下で488 mmol g-1 h-1のCH4生成率をが達成でき、連続フロー構成下で 10回
の連続反応サイクルまたは 12時間を超えた後でも、粒子の凝集や活性の重大な
損失が観れなかった。 最後に、概念実証として、周囲太陽光照射下で屋外実験
を実施し、太陽エネルギーのみを使用して CO2を H に還元する触媒の可能性を
実証した。