研究分野・主な研究テーマ

本研究室で扱っている研究分野と主な研究テーマについてご紹介します。共同研究や技術相談についてのお問い合わせは，津山高専の地域共同テクノセンターまでどうぞ。

集光式太陽光発電システム

太陽の光をレンズやミラーで集めて発電する方式を，集光式太陽光発電とよびます。その特徴は，超小型超高効率（1cm角，変換効率40%以上）の多接合化合物太陽電池を用いること，太陽光を集光するためには太陽の動きに合わせて動くことが必要なことです。本研究室は縦3m・横5mの大型太陽追尾架台を有しており，それを用いてさまざまな種類の集光式太陽電池モジュールの特性を分析・評価しています。これまでに，レンズの汚れや大気中の微粒子が発電量に及ぼす影響，冬季に発生する霧や霜の影響，長期の屋外暴露による発電特性の劣化などについて検討してきました。実験に用いている集光式太陽電池モジュールの中には，世界で最も長期間にわたり屋外に設置され続けているものがあります。また，大学と共同で従来は利用されていなかった散乱日射を活用してさらなる高効率化を狙う太陽電池モジュールの開発にも取り組んでいます。ハードウェアに関する研究の他にも，集光式太陽光発電システムに適した直流電圧電流の制御方式の研究もおこなっています。

安全な太陽光発電システム

太陽光発電システムについては，メンテナンスフリーである，半導体なので寿命は半永久的である，20年間変わらず運転が可能であるなど，間違った認識が広まっています。太陽光発電システムはさまざまな部品で構成されており，それぞれの故障や不具合によっていろいろなことが起こります。発電電力が低下するだけの故障もあれば，場合によっては火災に至る可能性のある危険な故障もあります。太陽光発電システムを安全に使用するためには，どのような故障モードがあるのか，故障が発生した場合にはどのような現象が起こるのかなどを系統的に解明する必要があります。我々は，故障や不具合が発生した太陽電池を数多く取り寄せ，その特性を調査しています。また，火災などの致命的な事故に至るプロセスを見極め，そのような状態になる前に故障や不具合を検出する方法の開発に取り組んでいます。

日射量予測

太陽光発電や風力発電などの発電電力は，天候の影響を受けて大きく変化します。たとえば太陽光発電の場合，快晴日には多くの発電電力が得られますが，曇りや雨の日にはほとんど発電しません。晴れていてもときどき太陽に雲がかかるような場合には，一日の間でその発電電力が大きく変動します。また，天候にかかわらず夜間の発電電力はゼロです。このように出力が大きく変動する太陽光発電を電力系統に接続した場合，系統からみた太陽光発電は変動負荷にほかなりません。しかも，工場や住宅などの負荷とは異なり，その変動が極めてまちまちです。このような不安定な電源（負荷）を含む電力系統を安定に運用するためには，太陽光発電の変動を事前に予測し，その他の電源の出力の増減をあらかじめ準備しておくことが重要です。本研究室では，翌日の太陽光発電電力の変動を予測して電力系統を安定運用するため，翌日の日射量の変動を予測する技術を開発しています。これまでに，ニューラルネットワークやサポートベクターマシンなどを用いた日射量予測法を開発してきました。電気学会が主催する日射量予測コンペにも参加し，大学や企業・研究所などと切磋琢磨しています。

温室環境自動制御システム

太陽光発電と農業は，太陽をエネルギー源としている点で一致しています。本研究室では，比較的高価な作物を栽培する施設園芸をターゲットとして，温室内部の環境を自動的に制御するシステムの開発を進めています。施設園芸は，露地栽培と異なり作物の生育環境（日射，気温，地温，灌水量など）をこまめに制御することができるため，イチゴ，ブドウ，メロン，花などを栽培するためによく用いられています。一方で，環境を制御するためには多くのエネルギーが必要です。もし環境制御が適切でないと，余分なエネルギーを消費してコストがかさんでしまったり，作物の生育状況が悪化して品質が低下したりする恐れがあります。しかしながら，人の手でこまめに温室環境を制御するのはとても困難です。農業人口は減少していますし，農業従事者の高齢化も問題となっています。本研究室では，このような問題を解決するために，栽培の達人の環境制御手法を自動的に再現することのできる温室環境自動制御システムの開発に取り組んでいます。これまでに，洋ラン栽培の達人による遮光制御の実装に成功しました。今後は，温度制御や水やり制御の自動化に向けて取り組んでいきます。また，生育環境や生育状況のデータベース化のため，それらの情報を自動的に収集する装置の開発にも取り組んでいます。

学生の研究テーマ