そうだ、自然エネルギーでマイニングしよう（太陽エネルギー変換皮算用編）

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「そうだ、自然エネルギーでマイニングしよう（電池皮算用辺）」をトゥギャりました。 togetter.com/li/1191419

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太陽電池の残念な仕様にちょっと心が動揺している。 太陽電池のセルは小さいく起電力も小さい 太陽電池は発電中は抵抗が低いが発電しなくなると急激に上がる 太陽電池のでっかい奴はセルを直列につなげて大きくしている 太陽電池の一部のセルが日陰に入ると・・・ ＞まったく発電されない！＜

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これはですね狭小住宅うさぎ小屋に住む輩としては看過できない特性でありまして 直列に接続されたセルに均等に光がまんべんなくあたる環境を用意せよは結構きつい。 うーんどうしようか。 そこで出てくるのが太陽熱発電とのアレなんだが・・・

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というわけでスターリングエンジン動画を見て回ったが、感想は ・うるさい ・出力は低い ・発電してる奴はほとんど居ない。 ・水冷にでもしないと温度差を維持できず詰む ・多気筒は夢がある ・機械だから加工精度が物を言う厳しい世界 ・DIYしようにもいろいろめんどくさそう。

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ここで３Dプリントが使えると格段のアドバンテージになるのだろうがいかんせん何もないんだなこれが。 設計図ぐらいは書けるだろうが。 それよりも早く漫画を書かないと・・・

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なんかペルチェ素子のほうがよさ気な雰囲気がしている。もちろん温度差が命なのでなんとかして片方を下げなければいけないのだが。 いっそ清々しく、半水冷にしたら効率上がるのかな。 熱発電チューブというものもあるっぽい。が、これはまだ市販品がない。きっと製造が難しくてお高いっぽい。

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なんか無駄に動く部分が多いスターリングエンジンよりCPUクーラーと悪魔合体したペルチェ素子を太陽熱温水を対流を用いたエネルギー集約で集めたほうが場所も食わない、パッシブ、部分日陰にも強いいい感じの発電システムになりそうな予感。（まだ誰も良いぜ！って言わないので結果はお察しだけど）

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ペルチェ素子用のパーツは過去の所業により所持して全部揃うので試してみるか・・・ 問題は太陽熱収集装置をDIYしないといけない現実。

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さて実際にどれだけ収量があるかそれが問題だ。 こう、太陽電池が効率１８％で日陰ができた瞬間全体ノーカウントなのに対して 太陽熱利用はMax70%で日陰に入っても残りはちゃんと積算されるとか夢ひろがリングなのですよ。 あと、魔法瓶という夢の蓄熱装置があるのでそれもプラス。

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難点は水が安全に取り扱える物質で最大比熱を持っていることと、水の沸点が１００度という物理法則。安全性を考えると水道水以上に取り扱いが優しい物質はない。問題は熱勾配が上がれば上がるほど効率が良くなるので、１００度の沸点を超えた向こう側に行きたい（工業化脳）

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発電所のタービンみたいに超臨界水とかDIYの世界でヤルことじゃねーよはあるので自重したい。しかし、１００度の沸点を超えた先は気にはなる。 太陽光でどうして沸点超えが視野に入るかというと、双曲線と鏡の存在がある。 黒いパイプに水を通して双曲線なハーフパイプ鏡で炙ってやると少量なら沸点へ

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と言いつつペルチェ素子のスペック見てたら上限が+８０度だった・・・ショッキング いや、９０度までOKな奴が売っているぞ！ このペルチェ素子に到達した温度が９０度をキープするためにもトップ温度がその上にあるのが理想とも言える。そうしたら、ステキなサムシング・ニューなのである。

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やはり、集光部分の蓄熱が鍵だな・・・アクリルのパイプを用いて真空を作り出せれば何処までも行けそうだが、5mm厚でも直径２０ｃｍぐらいまで大気圧耐えられそうだし、中に漆黒に塗ったアルミパイプを入れて集光すれば行ける気がする。

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一方の集光用のミラーはミラーフィルムというものを使えば良いらしい。 真空ポンプは手動式のものがあるようだ。 蓄熱装置はステンレス製の魔法瓶を使えば良くて 溶媒は一応水。シリコンオイルが良さそうだが、漏れた時の後片付けを考えるとねぇ せいぜい食塩水（１０３度）とか砂糖水（１１０度）か

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やっぱり水が一番安全やな・・・ ちなみに１ｍ四方で１ｋW/sが太陽から注がれる。１８％の太陽電池は実際はあたってる場所が半分ぐらいなので１００W/sの出力をGet出来る。 ここで５０％を取れると500W/sがもらえる。５００W/sは500Jなので１１９g/度sの水温上昇をもたらす。

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１０度の水温１１９ｇを90秒で１００度に持っていける。１㍑を１3分弱で沸騰させうるパワーとなる。したがって１時間に４㍑弱、１ガロンの１０度の水を沸騰させうる。４時間使えるとして、１６リットルが沸騰可能で、温度差４５度を電力変換できると２５０W（超適当）は回収出来ると

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４時間フルに１００度付近をキープするためには、やはり常に１００度を超える温度を最大日射量の半分ぐらいの入力でも達成できるようにして入力の量に１００度水の量を増減調節する方向で作るのが理想だよなぁ・・・できるだけパッシブで。パッシブが難しい

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集光エリア外に置いた太陽電池でセンサーとサーボをちょろちょと動かして流量制御かなぁやっぱり。というわけでまずはセンサーとデータ集めのIoTからスタートでしょうか。

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ペルチェ素子での発電データが有った takagiss.co.jp/unit/pdf/100se… 200温度差で6cm角のユニットを８個直列で１００W。 ４７Vで2.2Aということか １ユニットあたり５.9v,2.2A。辛い。２００度違っても１３W

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うーん変換効率はわからないな・・・ ただ、希望があるのは断熱材が真空ではない点。 問題は２００度に耐えられる大気圧差の圧力にも屈しない硬い断熱材が何かわからない点。

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ちなみに熱媒体に直接触れられる場所にアクリルは使えない→理由は１００度で溶けるから。ヤバイ。シリコンゴムも１８０度とか結構温度上限が低い。まあ人間生きてたらせいぜい１００度ちょいが最高スペックだよね常識的に考えて。うう、熱に強いが紫外線に弱いとかいろいろ世界は難儀じゃのう。

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逆に１００度に落として数で稼ぐという選択肢もある。 ただ、ペルチェの発電原理であるゼーベック効果が温度差に一次比例。 で変換効率がどうやら５％弱。 ５００Wの降って湧いた熱がいなくなってようやく儲けが25Wぐらい。 １平方メートルの１０００Wを余すところなく使えて５０Wの収量と・・・うーん

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現実は厳しいな・・・なるほど熱発電が流行らないわけだぜ。 i-berry.ne.jp/~nakamura/pdf/… ちなみに高校の先生による実測実験結果があった。これは１５年ほど前の情報だ。 ここで得られる知見は ・ペルチェ素子は多段重ねが結構いい感じなのではないか。 ・直列につなぐと良い。 ・素子通過熱量が重要

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ちなみに５００K、２３０度ぐらいの温度の世界では事実上巷で売られているペルチェ素子がゼーベック効果を期待する上では最上の物体らしい。 後はハンダの溶解温度がペルチェ素子の使用上限であると。 結局のところ熱の保持運搬の工夫が物を言うな。

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問題は、熱勾配の作り方で、光の状態であれば鏡に依ってパッシブに集約が可能なのだが、熱の状態になると集約ができない、正確にはできるけどすごく効率が悪い。この世に個人に降って湧いてくるエネルギー源は太陽光ぐらい。