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Innovation Japan 2020 ~大学見本市 Online
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大阪工業大学 情報科学部 情報知能学科
鎌倉 良成 特任教授
新発電システムの IoT端末用への応用-数理解析や性能予測
出展番号M-36
Osaka Institute of Technology Yoshinari Kamakura
Energy Hearvesting IoT System Using Radiation Cooling at Night
持続可能な開発目標(SDGs)
すべての人々に手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギーへのアクセスを確保する
共同研究者
大阪工業大学 情報科学研究科
鈴木 悠平 ポストドクター
早稲田大学 理工学術院
渡邉 孝信 教授
展示概要

技術概要

IoT端末の電源取得を目的に、周囲からエネルギーを収穫することで回路を動作させる環境発電という技術があります。我々は温度差を利用した熱電発電に注目し、有用な熱源探索を行っており、この展示会では、絶対零度に近い温度を有する宇宙と地上との温度差を利用した環境発電の試みについて紹介します。金属板を夜空に向けたとき起きる放射冷却により熱流を発生させ熱電変換素子に温度差を与えることで、センサと無線送信機を動作させることができます。数理モデル解析に基づく本システムの将来展望についても述べる予定です。

想定される活用例

・野外に設置するIoT端末の独立電源として
・高緯度地方の極夜の季節における野外IoT環境発電の一形態として
・たとえば砂漠地帯では放射冷却が強いため、効率的な発電が期待できる

 

展示のみどころ

放射冷却を利用した環境発電IoT実験の実測データやその評価結果を作製した装置と共にデモンストレーションします。なお、研究代表者は長年、半導体デバイスのシミュレーションを専門としてきましたので、その技術を活かして、数理解析や性能予測した結果を数値化およびビジュアル化して説明します。

放射冷却を利用した環境発電技術の概念 / Concept of energy harvesting technology utilizing radiation cooling

放射冷却を利用した環境発電技術の考え方。太陽電池は、太陽(~6000 K)と地球上(~300 K)の温度差を利用した発電方法といえ、世の中で広く活用されています。一方で、地上と宇宙空間にも300 K近い温度差があり、これを利用することで微小な電力ではあるものの、夜間における動作が可能な環境発電を実現することができます。

放射冷却を利用した環境発電実験の例 / IoT experiment using radiation cooling

発電装置の一例。アルミ鍋の内部に黒く塗ったアルミ板を配置し、その裏側に熱電素子を付けただけの非常にシンプルな構造です。良く晴れた日の夜、野外に設置すると宇宙空間に向けて赤外線が放射され、アルミ板の温度が周囲の気温より低下します。このときの温度差から得た微小電圧(< 0.1 V)をDC-DCコンバータで3 V以上に昇圧し、温度センサと無線送信機を動作させて、気温データを取得します。

1分間動画
放射冷却を利用した環境発電IoTセンサ端末の紹介 / Introduction of energy harvesting system using radiation cooling

放射冷却を利用した環境発電IoTセンサ端末の紹介 / Introduction of energy harvesting system using radiation cooling

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