National Geographic
透明なソーラーパネルによって窓や携帯が電力になるかもしれない
See-Through Solar Could Turn Windows, Phones Into Power Sources
「これは全くもって新しいソーラーエネルギーです。」と新規事業のCEOは透明なソーラー電池を建物や電子機器に使用しようとしている。
"It's a whole new way of thinking about solar energy," says startup CEO about using transparent solar cells on buildings and electronics.
PHOTOGRAPH BY JUSTIN KNIGHT
夏の南向きのオフィスで暑さにまいる思いをした人は、誰でも窓から降り注ぐその日光のエネルギーをご存知でしょう。
Anyone who has sweltered in a south-facing office during the summer knows the power of solar energy streaming through a window.
実際、今日どんなに評判のいい建築家も日光のまぶしさや熱を下げる窓のオフィスのデザインはしていません。
In fact, no reputable urban architect today would design such a workspace without treated windows to reduce the sun's glare and heat.
しかし、もし窓のコーティングが日光を遮断するよりもいいとしたらどうでしょう。もし、薄いフィルムが太陽光を得てオフィスの証明やパソコン、そして最も大切なエアコンの発電するとしたらどうでしょうか。
But what if the window coating could do better than keep out the sun? What if that thin film could capture the solar energy for lighting the office, running the computers, and best of all, firing up the air conditioning?
それが20年にものぼるアメリカ政府のバックアップと大学の研究により、この新規企業がすぐにでも市場に出そうとしている「透明」な太陽光発電のアイディアの裏にあるのです。
That's the idea behind "transparent" solar, a technology that startup companies hope to bring to market soon, after at least two decades of U.S. government-backed and university research.
有機化学の手助けによって、太陽光線を利用した先駆者たちが太陽光発電の一番の難題に取り組みました。現代社会において、太陽光はどの電力供給源の中でも最も大きな可能性がありますが、私達の装備では電力が限られてくるのです。太陽電池パネルを屋上に積み上げ、太陽光を電力にしても、20パーセントの効率しか得られないのです。
With the help of organic chemistry, transparent solar pioneers have set out to tackle one of solar energy's greatest frustrations. Although the sun has by far the largest potential of any energy resource available to civilization, our ability to harness that power is limited. Photovoltaic panels mounted on rooftops are at best 20 percent efficient at turning sunlight to electricity.
時を越えて、研究によってその 効率は高まりました。しかし、科学者たちの中には、更に太陽光発電の利点を活用するならば、ほぼ完全に透明な太陽光発電で覆われた建物を増やす必要性があると議論しています。
Research has boosted solar panel efficiency over time. But some scientists argue that to truly take advantage of the sun's power, we also need to expand the amount of real estate that can be outfitted with solar, by making cells that are nearly or entirely see-through.
「これは全く新しい太陽光エネルギーの考えで、多くの潜在的な設置場所があるからです。」とマサチューセッツ工科大学とミシガン州立大学から独立したシリコンバレーの新規会社ユビキタス・エナジー社の社長で創設者のマイルス・バー氏はこう話します。「あなたの想像を荒野に解き放たさせるのです。そうすれば、いずれどこでもそれを現実として目にするでしょう。」
ユビキタス・エナジー社創業者のウラジミール・ブロヴィック(左)とマイルス・バー(右)は最終的に携帯電話や窓などの日常的な物に設置可能な電力供給出来る透明なソーラー電池を作っている。
Vladimir Bulovic (left) and Miles Barr (right), co-founders of Ubiquitous Energy, are making transparent solar cells that could eventually be placed on everyday objects such as phones and windows so these surfaces could produce energy. PHOTOGRAPH BY JUSTIN KNIGHT
夏の南向きのオフィスで暑さにまいる思いをした人は、誰でも窓から降り注ぐその日光のエネルギーをご存知でしょう。
Anyone who has sweltered in a south-facing office during the summer knows the power of solar energy streaming through a window.
実際、今日どんなに評判のいい建築家も日光のまぶしさや熱を下げる窓のオフィスのデザインはしていません。
In fact, no reputable urban architect today would design such a workspace without treated windows to reduce the sun's glare and heat.
しかし、もし窓のコーティングが日光を遮断するよりもいいとしたらどうでしょう。もし、薄いフィルムが太陽光を得てオフィスの証明やパソコン、そして最も大切なエアコンの発電するとしたらどうでしょうか。
But what if the window coating could do better than keep out the sun? What if that thin film could capture the solar energy for lighting the office, running the computers, and best of all, firing up the air conditioning?
それが20年にものぼるアメリカ政府のバックアップと大学の研究により、この新規企業がすぐにでも市場に出そうとしている「透明」な太陽光発電のアイディアの裏にあるのです。
That's the idea behind "transparent" solar, a technology that startup companies hope to bring to market soon, after at least two decades of U.S. government-backed and university research.
有機化学の手助けによって、太陽光線を利用した先駆者たちが太陽光発電の一番の難題に取り組みました。現代社会において、太陽光はどの電力供給源の中でも最も大きな可能性がありますが、私達の装備では電力が限られてくるのです。太陽電池パネルを屋上に積み上げ、太陽光を電力にしても、20パーセントの効率しか得られないのです。
With the help of organic chemistry, transparent solar pioneers have set out to tackle one of solar energy's greatest frustrations. Although the sun has by far the largest potential of any energy resource available to civilization, our ability to harness that power is limited. Photovoltaic panels mounted on rooftops are at best 20 percent efficient at turning sunlight to electricity.
時を越えて、研究によってその 効率は高まりました。しかし、科学者たちの中には、更に太陽光発電の利点を活用するならば、ほぼ完全に透明な太陽光発電で覆われた建物を増やす必要性があると議論しています。
Research has boosted solar panel efficiency over time. But some scientists argue that to truly take advantage of the sun's power, we also need to expand the amount of real estate that can be outfitted with solar, by making cells that are nearly or entirely see-through.
「これは全く新しい太陽光エネルギーの考えで、多くの潜在的な設置場所があるからです。」とマサチューセッツ工科大学とミシガン州立大学から独立したシリコンバレーの新規会社ユビキタス・エナジー社の社長で創設者のマイルス・バー氏はこう話します。「あなたの想像を荒野に解き放たさせるのです。そうすれば、いずれどこでもそれを現実として目にするでしょう。」
"It's a whole new way of thinking about solar energy, because now you have a lot of potential surface area," says Miles Barr, chief executive and co-founder of Silicon Valley startup Ubiquitous Energy, a company spun off by researchers at Massachusetts Institute of Technology and Michigan State University. "You can let your imagination run wild. We see this eventually going virtually everywhere."
目に見えないスペクトルパワー
Invisible Spectrum Power
目に見えない太陽光とは基本的に小学校で習った光のことです。太陽は目に見える光とともに、見えない紫外線と赤外線をエネルギーとして伝達します。太陽電池は基本的にスペクトルの末端で可視可能な光を捕らえるよう設計されているので、他の光は通り抜けてしまいます。ということは、透明になって現れるということです。
Transparent solar is based on a fact about light that is taught in elementary school: The sun transmits energy in the form of invisible ultraviolet and infrared light, as well as visible light. A solar cell that is engineered only to capture light from the invisible ends of the spectrum will allow all other light to pass through; in other words, it will appear transparent.
有機化学はそういった物質を作り上げるための秘訣でした。単純なブロック辺の中にある炭素、水素、酸素やいくつかの物質は、地球上の全ての生命体から見つけられる物質であり、1990年初頭から科学者達は送電可能な分子配列の設計に取り組んできました。言い換えれば、電流の伝達です。
目に見えないスペクトルパワー
Invisible Spectrum Power
目に見えない太陽光とは基本的に小学校で習った光のことです。太陽は目に見える光とともに、見えない紫外線と赤外線をエネルギーとして伝達します。太陽電池は基本的にスペクトルの末端で可視可能な光を捕らえるよう設計されているので、他の光は通り抜けてしまいます。ということは、透明になって現れるということです。
Transparent solar is based on a fact about light that is taught in elementary school: The sun transmits energy in the form of invisible ultraviolet and infrared light, as well as visible light. A solar cell that is engineered only to capture light from the invisible ends of the spectrum will allow all other light to pass through; in other words, it will appear transparent.
有機化学はそういった物質を作り上げるための秘訣でした。単純なブロック辺の中にある炭素、水素、酸素やいくつかの物質は、地球上の全ての生命体から見つけられる物質であり、1990年初頭から科学者達は送電可能な分子配列の設計に取り組んできました。言い換えれば、電流の伝達です。
Organic chemistry is the secret to creating such material. Using just the simple building blocks of carbon, hydrogen, oxygen, and a few other elements found in all life on Earth, scientists since at least the early 1990s have been working on designing arrays of molecules that are able to transport electrons—in other words, to transmit electric current.
「有機化学の美点は多種多様な物質があるということです。」コロラド州ゴールデン郡にある、米エネルギー省のNRELニコス・コピダキスは言います。「空が限界です。何にでもなるわけではありませんが、私達はある程度何が必要か把握しています。緑や青や他の色など目に見えるように設計するか、もしくは透明に設計すればいいのです。」
"The beauty of organic chemistry is there is a big variety of materials available," says Nikos Kopidakis, senior research scientist at the U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Golden, Colorado. "The sky's the limit. It can't be just anything, but we have a decent understanding of the requirements. You can design the material to look green to the eye, blue, any other color, or transparent."
可視可能な太陽光をのみを収集するということは、効率性を犠牲にしているのです。なのでコピダキス氏のチームは可視可能な光を捕らえられる不透明な有機太陽電池の開発に集中し、そしてソーラーウィンドウテクノロジーというマレーシアの民間企業と共に透明な太陽光発電の研究をし、建物に使うアイディアを市場に出そうとしています。
Harvesting only the sun's invisible rays, however, means sacrificing efficiency. That's why Kopidakis says his team mainly focuses on creating opaque organic solar cells that also capture visible light, though they have worked on transparent solar with a small private company in Maryland called Solar Window Technologies that hopes to market the idea for buildings.
ユビキタスエナジーのチームは米政府が援助する2011年のMIT科学者が出版した研究を形成する最適配合するのではと信じています。
Ubiquitous Energy's team believes it has hit on an optimal formulation that builds on U.S. government-supported research published by the MIT scientists in 2011.
「だいたい透明性と効率性のレベルの間には矛盾点があります。」とバーは語ります。「私達のアプローチで、かなり透明なレベルでも著しくエネルギーを得ることが出来るようになりました。」
"There is generally a direct tradeoff between transparency and efficiency levels," says Barr. "With the approach we're taking, you can still get a significant amount of energy at high transparency levels."
バー氏はユビキタスは今までより10パーセント以上の性能に到達し、シリコン以下だが、幅広く設置可能になると言います。「私達の周りには何百万平方キロメートルにも及ぶガラスがあります。」
Barr says that Ubiquitous is on track to achieve efficiency of more than 10 percent—less than silicon, but able to be installed more widely. "There are millions and millions of square meters of glass surfaces around us," says Barr.
有機である利点
Organic Advantage
コピダキス氏は有機太陽光発電は従来型のシリカを高温の炉の中で石英砂を処理するシリコンのソーラーパネルを上回る利点があると言及しました。有機太陽光発電のコーティングを作る方のに低エネルギーで済みますし、一旦製造が進行すれば費用も格段に安くなります。
Kopidakis notes that organic solar has another advantage over conventional silicon solar panels, which typically are manufactured by treating the silica in quartz sand in a high-temperature furnace. It requires far less energy to make organic solar coatings, and should cost far less once manufacturing is underway.
「高度に真空にされた部屋は必要ではありませんし、約150～205度まで温度を上げる必要もありません。」とコピダキス氏は言う。この太陽光発電の素材は、自然な温度下で普通のフィルムコーティングの工程で作られます。ユビキタスの技術者は人の髪の毛よりも千分の一の細さの有機光電池を構築している最中です。」
"You do not need an ultra-high-vacuum chamber, and you don't need to heat anything to 300 to 400 degrees," says Kopidakis. The solar material is deposited using a standard film coating process, all at ambient temperatures. Ubiquitous engineers are building organic photovoltaic structures 1,000 times thinner than a human hair.
GMTリサーチの市場調査会社のシャイル・カーン上級副社長は、この工程にかかる費用の利点について今月始めにREddit "Ask Me Anything"で言及していました。しかし彼は、十分に確立され効率的な従来のパネルと市場で競った場合、透明の太陽光発電の会社が製造を増加するために十分な資金を得るのが厳しいのではないかと語ります。
Shayle Kann, senior vice president of GTM Research market research firm, noted the process cost advantage in a Reddit "Ask Me Anything" earlier this month. But he said may be hard for transparent solar companies to gain access to enough capital to ramp up manufacturing, when their product will be pitted against well-established, more efficient conventional panels.
バー氏はまず小さな規模で技術を検証するのがユビキタスの企画だと語ります。カリフォルニア州、レイウッド市にある会社の製造準備施設では、モバイル機器メーカーと協力し、ユビキタスの技術を使ったスマートフォン、時計などの小さい電子機器のプロトタイプで研究しています。
Barr says Ubiquitous plans to prove its technology first on a small scale. The company's pilot production facility in Redwood City, California, is currently working with mobile device manufacturers to design prototype smartphones, watches, and other small electronics powered by Ubiquitous technology.
「我々は電池の寿命を長くし、電池の寿命の問題を解決を提供することが入り口と考えています。」と語る。
"We think providing battery-life extension and solving battery life problems will be a very good entry point for us," he said.
実際のところ、いつモバイル機器の透明な太陽光発電が可能になり、価格なども不明です。しかし、バー氏はユビキタスのチームはこの技術がモバイル機器の価格を著しく変えることはないといいます。そして、ソーラーパネルは新しい太陽光発電するスマートフォンではないのです。もし会社が思うようにいけば、目に見えない太陽光電池が電子機器の画面のガラスの下に組み込まれるのです。」
It's not yet certain when transparent solar-powered mobile devices will be available or what prices will be. But Barr says the Ubiquitous team doesn't expect the technology to change the cost of the mobile devices significantly. And don't look for a solar panel on your new sun-powered smartphone. If everything works out as the company hopes, the solar material will be an invisible coating under the glass over the device display.
「理想的には、」バー氏は語ります。「それはどんなもの物でもないのです。」
"Ideally," Barr said, "it doesn't look like anything."
The story is part of a special series that explores energy issues. For more, visit The Great Energy Challenge.
「有機化学の美点は多種多様な物質があるということです。」コロラド州ゴールデン郡にある、米エネルギー省のNRELニコス・コピダキスは言います。「空が限界です。何にでもなるわけではありませんが、私達はある程度何が必要か把握しています。緑や青や他の色など目に見えるように設計するか、もしくは透明に設計すればいいのです。」
"The beauty of organic chemistry is there is a big variety of materials available," says Nikos Kopidakis, senior research scientist at the U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Golden, Colorado. "The sky's the limit. It can't be just anything, but we have a decent understanding of the requirements. You can design the material to look green to the eye, blue, any other color, or transparent."
可視可能な太陽光をのみを収集するということは、効率性を犠牲にしているのです。なのでコピダキス氏のチームは可視可能な光を捕らえられる不透明な有機太陽電池の開発に集中し、そしてソーラーウィンドウテクノロジーというマレーシアの民間企業と共に透明な太陽光発電の研究をし、建物に使うアイディアを市場に出そうとしています。
Harvesting only the sun's invisible rays, however, means sacrificing efficiency. That's why Kopidakis says his team mainly focuses on creating opaque organic solar cells that also capture visible light, though they have worked on transparent solar with a small private company in Maryland called Solar Window Technologies that hopes to market the idea for buildings.
ユビキタスエナジーのチームは米政府が援助する2011年のMIT科学者が出版した研究を形成する最適配合するのではと信じています。
Ubiquitous Energy's team believes it has hit on an optimal formulation that builds on U.S. government-supported research published by the MIT scientists in 2011.
「だいたい透明性と効率性のレベルの間には矛盾点があります。」とバーは語ります。「私達のアプローチで、かなり透明なレベルでも著しくエネルギーを得ることが出来るようになりました。」
"There is generally a direct tradeoff between transparency and efficiency levels," says Barr. "With the approach we're taking, you can still get a significant amount of energy at high transparency levels."
バー氏はユビキタスは今までより10パーセント以上の性能に到達し、シリコン以下だが、幅広く設置可能になると言います。「私達の周りには何百万平方キロメートルにも及ぶガラスがあります。」
Barr says that Ubiquitous is on track to achieve efficiency of more than 10 percent—less than silicon, but able to be installed more widely. "There are millions and millions of square meters of glass surfaces around us," says Barr.
有機である利点
Organic Advantage
コピダキス氏は有機太陽光発電は従来型のシリカを高温の炉の中で石英砂を処理するシリコンのソーラーパネルを上回る利点があると言及しました。有機太陽光発電のコーティングを作る方のに低エネルギーで済みますし、一旦製造が進行すれば費用も格段に安くなります。
Kopidakis notes that organic solar has another advantage over conventional silicon solar panels, which typically are manufactured by treating the silica in quartz sand in a high-temperature furnace. It requires far less energy to make organic solar coatings, and should cost far less once manufacturing is underway.
「高度に真空にされた部屋は必要ではありませんし、約150～205度まで温度を上げる必要もありません。」とコピダキス氏は言う。この太陽光発電の素材は、自然な温度下で普通のフィルムコーティングの工程で作られます。ユビキタスの技術者は人の髪の毛よりも千分の一の細さの有機光電池を構築している最中です。」
"You do not need an ultra-high-vacuum chamber, and you don't need to heat anything to 300 to 400 degrees," says Kopidakis. The solar material is deposited using a standard film coating process, all at ambient temperatures. Ubiquitous engineers are building organic photovoltaic structures 1,000 times thinner than a human hair.
GMTリサーチの市場調査会社のシャイル・カーン上級副社長は、この工程にかかる費用の利点について今月始めにREddit "Ask Me Anything"で言及していました。しかし彼は、十分に確立され効率的な従来のパネルと市場で競った場合、透明の太陽光発電の会社が製造を増加するために十分な資金を得るのが厳しいのではないかと語ります。
Shayle Kann, senior vice president of GTM Research market research firm, noted the process cost advantage in a Reddit "Ask Me Anything" earlier this month. But he said may be hard for transparent solar companies to gain access to enough capital to ramp up manufacturing, when their product will be pitted against well-established, more efficient conventional panels.
バー氏はまず小さな規模で技術を検証するのがユビキタスの企画だと語ります。カリフォルニア州、レイウッド市にある会社の製造準備施設では、モバイル機器メーカーと協力し、ユビキタスの技術を使ったスマートフォン、時計などの小さい電子機器のプロトタイプで研究しています。
Barr says Ubiquitous plans to prove its technology first on a small scale. The company's pilot production facility in Redwood City, California, is currently working with mobile device manufacturers to design prototype smartphones, watches, and other small electronics powered by Ubiquitous technology.
「我々は電池の寿命を長くし、電池の寿命の問題を解決を提供することが入り口と考えています。」と語る。
"We think providing battery-life extension and solving battery life problems will be a very good entry point for us," he said.
実際のところ、いつモバイル機器の透明な太陽光発電が可能になり、価格なども不明です。しかし、バー氏はユビキタスのチームはこの技術がモバイル機器の価格を著しく変えることはないといいます。そして、ソーラーパネルは新しい太陽光発電するスマートフォンではないのです。もし会社が思うようにいけば、目に見えない太陽光電池が電子機器の画面のガラスの下に組み込まれるのです。」
It's not yet certain when transparent solar-powered mobile devices will be available or what prices will be. But Barr says the Ubiquitous team doesn't expect the technology to change the cost of the mobile devices significantly. And don't look for a solar panel on your new sun-powered smartphone. If everything works out as the company hopes, the solar material will be an invisible coating under the glass over the device display.
「理想的には、」バー氏は語ります。「それはどんなもの物でもないのです。」
"Ideally," Barr said, "it doesn't look like anything."
The story is part of a special series that explores energy issues. For more, visit The Great Energy Challenge.
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