不安定な太陽光発電で安定して水素製造を、富士通がDC-DCコンバーターを開発：燃料電池車

[齊藤由希，MONOist]

太陽電池の出力の変動による影響を抑え、太陽光エネルギーを用いて安定的に水素を製造できるようにした（クリックして拡大） 出典：富士通

　富士通研究所と住友電気工業、宮崎大学、東京大学は2018年7月19日、実用的な構成のシステムで太陽光エネルギーを用いて安定的に水素を製造することに成功したと発表した。4者の実証実験では、太陽光発電で得た電力を水分解装置に使用した場合、太陽光から水素への1日平均のエネルギー変換効率が18.8％で、実用構成のシステムでは世界最高記録を達成したとしている。

　太陽光発電によってCO₂を排出しない水素の製造を実現するとともに、再生可能エネルギーの地産地消を後押ししていく。

総日射量と水素生成エネルギーのグラフ（クリックして拡大） 出典：富士通

　これまで、宮崎大学らの研究グループでは、レンズで集光した太陽光を半導体素子に当てて発電する集光型太陽電池と、固体高分子型水電解装置を接続したシステムにおいて、太陽光から水素への最高エネルギー変換効率で24.4％を達成した。太陽電池と水電解装置は市販されているものを使用した。

　しかし、太陽電池は、動作温度や太陽光の強度によって最高変換効率が得られる最大電力出力点が変化するため、長時間の動作で変換効率が低下することが課題だった。その結果、長時間にわたって水素の製造効率を高い水準で維持するのが難しかった。

　これを受けて、富士通研究所は太陽電池と水電解装置の間をつなぐDC-DCコンバーターを開発。太陽電池から水電解装置へのエネルギー伝達効率は、90％に高められたとしている。同じ構成で他社の電力変換装置を使用した場合、エネルギー伝達効率は80％にとどまるという。開発品では、水電解装置に供給する電圧と電流を温度や太陽光強度に合わせて制御し、常に太陽電池の最大出力電圧になるようにする。

集光型太陽電池の構造（クリックして拡大） 出典：富士通

　太陽光発電の効率も高めた。今回の実験では、住友電工製の太陽電池モジュールを採用。宮崎大学にある高精度太陽追尾架台に設置し、実際の屋外の日照条件下において1日平均27.2％の発電効率を達成した。集光型太陽電池の実働環境下での発電効率は今後35％まで向上すると見込まれている。水電解における電力から水素へのエネルギー伝達効率を考慮すると、太陽光から水素へのエネルギー変換効率は25％まで高められるとしている。

　水電解装置は既に低コスト化しているが、集光型太陽電池はシリコンの太陽電池と比較して高価だ。しかし、高照度で発電効率の高い地域で導入が進めばコスト低減が見込め、経済産業省が水素基本戦略で目標とする水素製造コストである1Nm³あたり20円以下の達成のめどがつくという。