タイニン省のダウティエン太陽光発電所。 (写真:ミンフォン)
太陽エネルギーは、特に技術コストが大幅に低下し、再生可能エネルギーへの移行が世界的に広がるにつれて、再生可能エネルギー業界における主要なトレンドになりつつあります。太陽エネルギーを電気に変換して人間のニーズを満たす最も一般的な方法の1つは、ソーラーパネルを使用することです。
しかし、専門家によると、世界的に太陽光発電所が開発されるにつれ、環境と土地資源に関して重大な制約が生じていることが明らかになってきている。太陽光発電の製造工程では、塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素などの有毒化学物質が使用され、特に製造作業員にとって健康リスクとなる可能性がある。米国エネルギー研究所（IER）の報告書によると、太陽光パネルは、同じエネルギー量を供給する原子力発電所よりも300倍も多くの有害廃棄物を発生させる。鉛、クロム、カドミウムなどの重金属を使用した太陽光パネルは、粉砕されて埋められた場合、土壌環境に悪影響を及ぼす可能性がある。
さらに、大規模な公共事業用ソーラーパネルは広いスペースを占有するため、その下の植生の生育を阻害し、これらの地域を不毛の地に変えてしまう。
ベトナムでは近年、太陽光発電が急速に発展しており、特にニントゥアン省は同国の「太陽エネルギー首都」と称されている。このブームは、急速な経済成長、高いエネルギー需要、そして技術コストの急激な低下を背景に起こった。しかし、大規模な太陽光発電プロジェクトは広大な土地を占有し、環境に負荷をかけている。ほとんどのプロジェクトでは、耐用年数を終えた太陽光パネルの廃棄計画が欠如しているが、これらのパネルには、従来の埋め立て処分方法では汚染を引き起こす可能性のある物質や重金属が含まれている。
世界中の多くの研究グループが、集光型太陽光発電技術を用いて平面型太陽光発電の限界を克服しようと試みてきた。この技術は太陽光を狭い領域に集光することで、必要な太陽電池の数を大幅に削減する。中国の科学者グループは、太陽光の成分を分離するモデルを最初に提案したグループの一つであり、赤色光と青色光は農業に利用し、残りは電気に変換する。しかし、このモデルは光を分離するために高価なナノ光学フィルムを使用する必要があり、耐久性が低く、集光係数も数十倍程度しかないため、非常にコストがかかり、実験室での使用にしか適さない技術となっている。
最近、フェニカー大学の研究者チームは、国立科学技術開発基金（Nafosted）の資金提供を受けたプロジェクト「集光型太陽エネルギー技術に基づく環境に優しい太陽光発電農業システムの研究、設計、製造」を実施した後、前述の欠点を克服し、実用的な条件に適した新しいアプローチを開発しました。
プロジェクトリーダーのヴー・ゴック・ハイ准教授によると、研究チームは直線的な集光を実現するために放物線状のトラフを使用する代わりに、フレネルレンズを使用するように変更した。フレネルレンズは、薄く、軽量で、安価であり、光を数百倍もの収束係数で小さな点に集光できる光学部品である。光をこれほど強く圧縮することで、必要な太陽電池の面積を数百分の1に削減できるため、材料、有害化学物質、廃棄物、そしてコストを削減できる。このフレネルレンズは、今回のプロジェクトを通じてチームが独自に開発したものである。
ヴー・ゴック・ハイ准教授はさらに、集光点に半反射鏡を設置して自然光の成分を分離したと説明した。赤色光と青色光（植物が強く吸収する2つの光領域）は鏡を通して栽培エリアに透過する。残りの光、特に多くの熱エネルギーを含む赤外線領域は反射され、高効率ソーラーパネルに集光される。小さな点で光成分を分離することで、フィルターコーティングが必要な表面積を25～30分の1に削減でき、より耐久性があり、安価で、工業的に生産可能なコーティング技術を使用できる。これは、世界中の既存技術と比較して大きな進歩である。
分離された赤色と青色の光源は光ファイバーに導かれ、光学構造を用いて再分配されます。これにより、植物への光の均一な分配が確保され、影がなくなり、間隔の広いソーラーパネルや温室の屋根に設置されたパネルを用いたモデルと比較して、収量低下を防ぎます。高エネルギーの反射光は、従来のフラットパネル技術よりも高い効率で電気エネルギーに変換されます。
研究チームによると、この技術はベトナムにおける農業太陽光発電モデル、特に日射強度が高く、発電と作物栽培の両立が求められる地域において、大きな可能性を秘めているという。次の段階では、研究チームはシステムをより完成度の高いレベルまで開発し、その実用性を評価した上で、ベトナム国内の企業や農業太陽光発電モデルへの技術移転を目指している。
拡張性を確保するため、研究チームは光学、材料、再生可能エネルギーの専門知識を持つ韓国の明知大学と協力し、実験用プロトタイプシステムを共同開発しました。この協力により、研究チームはハノイの熱帯気候や韓国ソウルの温帯気候など、さまざまな環境条件下で性能測定を実施することができました。フレネルレンズと光学フィルターの耐久性を評価し、植物全体への光分布の安定性を検証しました。初期テストの結果、このシステムは従来のフラットパネルモデルと比較して、同じ放射条件下でより高いエネルギー変換効率を示し、植物の成長に必要な赤緑スペクトルを十分に提供し、局所的な日陰を回避し、収量を低下させないことが示されました。この共同研究プログラムの初期の成果は、Q1ランクの国際学術誌Plos Oneに掲載されました。
国家科学技術開発基金の代表者によると、この研究プロジェクトは次世代太陽光発電農業技術の実現可能性を示すだけでなく、ベトナムが持続可能な農業のための集光型太陽光発電技術を有する国々の仲間入りを果たす大きな機会をもたらすという。2025年から2027年にかけて、光学材料の最適化、コスト削減、大規模プロトタイプの構築をさらに進めることで、このシステムが実地試験、企業への移転を経て、ベトナムのグリーン農業、循環型経済、再生可能エネルギーの目標に直接貢献することが期待される。
雪光
出典：https://nhandan.vn/dien-mat-troi-cho-nong-nghiep-ben-vung-post926876.html
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