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エネルギーハーベスティング技術の最新動向

Trends of Energy Harvesting Technologies

★国内・海外から熱い期待を一身に集める「エネルギーハーベスティング」の成書が完成!
★振動、熱(温度差)、電磁波、単体・化合物、バイオ物質(生物由来物質)などのエネルギー源を用いた環境発電技術を詳述!
★ユビキタス社会到来の壁であるインフラ問題に向けて、抑えておくべき必読の書籍はまさしくこの一冊!

商品コード:
T0763
監修:
桑野博喜
発行日:
2010年10月
体裁:
B5判・251頁
ISBNコード:
978-4-7813-0281-2
価格(税込):
71,500
ポイント: 650 Pt
関連カテゴリ:
エレクトロニクス
エレクトロニクス > 発電機器・燃料電池
地球環境 > 省エネルギー・クリーンエネルギー

Review

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キーワード:

エネルギーハーベスティング/環境発電/太陽電池/電波利用発電/振動発電/圧電素子/エレクトレット/マイクロ水力発電/酸化物熱電変換素子/熱電子発電/熱音響発電/バイオ燃料電池/マイクロ燃料電池/マイクロガスタービン/マイクロ波エネルギー伝送/磁気共鳴伝送

刊行にあたって

身近な周辺にある振動や熱(温度差)、電磁波、単体・化合物、バイオ物質(生物由来物質)などのエネルギー源を電気エネルギーに変換する技術をエネルギーハーベスティング技術という。本技術により、有線の市販電力に頼る事無くデバイスや装置に直接電力を供給できる。また、電池のように交換や充電の必要がなく、長寿命でメンテナンスの必要が無い。本著では、このようなエネルギーハーベスティング技術の基礎と応用、および最新の動向についてこれから技術開発を進めようとする方々、応用を試みようとする方々を主な読者と考えている。少しでも読者の皆様のお役に立つことを願うものである。

(「はじめに」より抜粋)
東北大学 桑野博喜

著者一覧

竹内敬治 ㈱NTTデータ経営研究所 ;信州大学 
荒川裕則 東京理科大学教授
小野孝彦 東京理科大学
山口真史 豊田工業大学授
吉川 暹 京都大学
篠原真毅 京都大学
岡本 洋 秋田県立大学
桑野博喜 東北大学
小林三昭 ジェイアール東日本コンサルタンツ㈱
林 寛子 ジェイアール東日本コンサルタンツ㈱
武藤佳恭 慶応義塾大学
鳥海陽平 日本電信電話㈱
土居 仁 オムロン㈱
大場正利 オムロン㈱
鈴木雄二 東京大学
高橋 勉 長岡技術科学大学
白樫正高 長岡技術科学大学
渡邊宏司 ㈱日立産機システム
小貫哲平 茨城大学
大瀧倫卓 九州大学
小野崇人 東北大学
上田祐樹 東京農工大学
三宅丈雄 東北大学
西澤松彦 東北大学
田中秀治 東北大学
濱手雄一郎 東北大学
小柴公也 東京大学

目次 +   クリックで目次を表示

第1章 エネルギーハーベスティングの市場動向
1 はじめに
2 エネルギーハーベスティング市場の特性
3 様々な市場
3.1 ビルオートメーションとスマートグリッド
3.2 タイヤ空気圧センサー
3.3 広がる用途
4 エネルギーハーベスティングコンソーシアム

第2章 電磁エネルギー利用(太陽電池)技術
1 色素増感太陽電池
1.1 はじめに
1.2 色素増感太陽電池の原理と構造
1.3 研究室レベルでの色素増感太陽電池の最高性能
1.4 モジュール,サブモジュールの開発動向
1.5 色素増感太陽電池の耐久性の検討
1.6 さらなる高性能化と低価格化を目指した研究(今後の展開)
1.7 おわりに
2 結晶・薄膜シリコン太陽電池
2.1 結晶シリコン太陽電池
2.1.1 はじめに
2.1.2 太陽電池の種類
2.1.3 結晶シリコン太陽電池の高効率化,低コスト化
2.1.4 結晶シリコン太陽電池の研究開発の動向
2.1.5 結晶シリコン太陽電池の今後の展望
2.2 薄膜シリコン太陽電池
2.2.1 薄膜シリコン系太陽電池の特徴と研究開発の歴史
2.2.2 薄膜シリコン系太陽電池の最新動向
2.2.3 薄膜シリコン系太陽電池の今後の展望
3 化合物薄膜太陽電池
3.1 はじめに
3.2 CdTe太陽電池およびCIGS太陽電池
3.3 高効率III-V族多接合太陽電池
3.4 III-V族多接合太陽電池の宇宙用太陽電池としての実用化
3.5 低コスト化を狙った集光型太陽電池
3.6 将来展望
3.7 おわりに
4 有機薄膜太陽電池
4.1 はじめに
4.2 有機太陽電池の基礎
4.3 高効率化への道筋
4.4 新規材料開発の重要性
4.4.1 n型半導体の開発
4.4.2 p型半導体の開発
4.4.3 ホール輸送層(HTL)・電子輸送層の材料開発
4.5 デバイス開発―高効率化における新素子構造の重要性
4.6 OPVの信頼性
4.7 OPVの将来展望
5 電波エネルギーハーベスティング
5.1 はじめに
5.2 レクテナ用アンテナ
5.2.1 レクテナ用アンテナ理論
5.2.2 エネルギーハーベスティング用アンテナ
5.3 レクテナ用整流回路
5.3.1 レクテナ用整流回路理論
5.3.2 エネルギーハーベスティング用整流回路
5.4 おわりに
 
第3章 力学エネルギー利用技術
1 マイクロ振動発電
1.1 マイクロ振動発電を取り巻く状況
1.2 要求される電力アウトプット
1.3 主要なマイクロ振動発電の方式
1.3.1 環境中に相対的な運動が得られる場合
1.3.2 環境中に相対的な運動が得られない場合
1.4 主要な機械電気エネルギー変換方式の概要
1.5 おわりに
2 床発電システム
2.1 はじめに
2.2 「床発電システム」の概要
2.2.1 発電の原理
2.2.2 床発電システムのしくみ
2.3 開発概要
2.4 開発詳細
2.4.1 基礎試験(実証実験1)
2.4.2 実証試験2(平成19年度)
2.4.3 実証試験3(平成20年度)
2.5 開発成果
2.6 一般利用への展開
2.6.1 上海国際博覧会日本館への導入事例
2.6.2 サッカースタジアムへの導入
2.6.3 新たなサービス展開
2.7 おわりに
3 歩行発電靴の研究開発
3.1 はじめに
3.2 歩行発電システム
3.3 歩行発電靴の試作
3.4 実験
3.4.1 発電量試験
3.4.2 携帯電話用電池充電試験
3.4.3 タービン特性測定試験
3.5 実験結果と考察
3.5.1 発電量試験
3.5.2 携帯電話用電池充電試験
3.5.3 タービン特性測定試験
3.6 まとめと今後の展望
4 エレクトレット材料を用いた小型環境振動発電デバイスの開発と応用
4.1 はじめに
4.2 エレクトレットを用いた静電誘導方式
4.3 発電電極部
4.4 発電機構部
4.5 整流・充電回路と蓄電素子
4.6 無線センサーモジュールへの応用例
4.7 高架橋のヘルスモニタリングシステムへの応用例
4.8 その他の応用例
4.9 おわりに
5 ポリマー・エレクトレットを用いたMEMS振動発電器
5.1 はじめに
5.2 振動発電器のモデル
5.3 ポリマー・エレクトレットの開発
5.4 エレクトレットを用いた静電誘導発電
5.5 MEMSエレクトレット振動発電器
5.6 おわりに
6 流れによる振動を利用した発電の現状と将来性
6.1 はじめに
6.1.1 流れによる振動とそのエネルギー利用の可能性
6.1.2 渦励振と流力弾性振動
6.1.3 本稿の概要
6.2 解析
6.2.1 振動からのエネルギー抽出
6.2.2 渦励振の場合
6.2.3 無次元数を用いた一般化による性能予測
6.3 円柱の渦励振と渦励振発電の例
6.3.1 円柱の渦励振
6.3.2 単独円柱のKVIV発電実験
6.3.3 十字交差円柱/平板系のTVIV発電実験
6.4 おわりに
7 マイクロ水力発電―日立エネルギー回収システム―
7.1 自然エネルギーを利用した発電
7.2 マイクロ水力発電
7.3 エネルギー回収システムの誕生
7.4 エネルギー回収システムの構成
7.5 エネルギー回収システムの特長
7.6 発電性能曲線と性能表
7.7 効果計算
7.8 導入事例
7.9 将来へ向けて

第4章 熱エネルギー利用技術
1 マイクロ熱発電
1.1 マイクロ熱発電
1.2 発電方式
1.3 熱源
1.4 熱流操作素子
1.5 まとめ
2 n型酸化物熱電変換素子
2.1 熱電変換とは
2.2 導電性金属酸化物
2.3 高移動度酸化物
2.4 ホッピング伝導酸化物
2.5 層状構造酸化物
2.6 SrTiO3系ペロブスカイト
2.7 ZnO系酸化物
2.8 おわりに
3 熱電子発電
3.1 はじめに
3.1.1 動作原理
3.1.2 電極材料
3.2 動作モードと特性
3.2.1 非点火モード
3.2.2 点火モード
3.3 熱電子発電器の研究
4 熱音響発電―熱音響現象の基礎―
4.1 はじめに
4.2 熱音響エンジン内の音波の性質
4.3 熱音響エンジンのエネルギー変換のメカニズム
4.3.1 進行波音波によるエネルギー変換
4.3.2 定在波音波によるエネルギー変換
4.4 流体力学的な記述
4.5 熱音響エンジンの発振温度
 
第5章 バイオ・化学エネルギー利用技術
1 バイオ燃料電池
1.1 はじめに
1.2 バイオ燃料電池の歴史
1.3 バイオ燃料電池の起電力と性能制御因子
1.4 バイオ燃料電池に用いる酵素電極の開発動向
1.5 体液による発電と体内埋め込み
1.6 MEMS技術によるバイオ燃料電池の小型化・機能化
1.6.1 研究動向
1.6.2 オンチップ配列による出力電圧向上の試み
1.6.3 時差発電システムによる電池の長期安定化の試み
1.7 実用化への課題と用途開発
 1.8 おわりに
2 マイクロ燃料電池システム 田中秀治
2.1 はじめに
2.2 燃料制御用マイクロバルブ
2.3 マイクロバルブを用いたDMFCシステム
2.4 メタノール濃度センサ
2.5 マイクロ燃料改質器
2.6 MEMS技術を用いたセル
2.7 おわりに
3 ウルトラマイクロガスタービンの研究動向とマイクロデトネーションの可能性
3.1 ウルトラマイクロガスタービン(UMGT)研究の現状
3.2 定積燃焼によるUMGTのコンセプト
3.2.1 パルスデトネーションタービンエンジン
3.2.2 ウェーブエンジン
3.3 マイクロデトネーション研究の可能性
3.3.1 デトネーションとは何か?
3.3.2 小型化に伴う問題点
3.3.3 DDTと直接起爆
3.3.4 微小爆薬のデトネーション
3.4 まとめ
 
第6章 エネルギー伝送技術
1 マイクロ波エネルギー伝送
1.1 はじめに
1.2 ビーム収集効率
1.3 マイクロ波発生/増幅効率
1.4 おわりに
2 磁気共鳴伝送
2.1 はじめに
2.2 磁気共鳴伝送の基本原理
2.2.1 無放射電流ループの近傍場
2.2.2 長ギャップを有する電磁誘導と磁気共鳴
2.2.3 インピーダンス整合
2.2.4 伝送効率の双峰性
2.2.5 高Q値コイル
2.3 磁気共鳴伝送の応用
2.3.1 RF周波数
2.3.2 周波数トラッキング
2.3.3 電力制御
2.3.4 マルチホップ伝送・多体給電
2.3.5 障害物の影響
2.3.6 3次元自由空間での伝送
2.3.7 漏れ電磁界の強度と規制
2.4 まとめ
 
第7 章 エネルギーハーベスティングの将来―センサのネットワーキングという文脈におけるマイクロエネルギーハーベスティングとマイクロセンサ―
1 はじめに
2 センサ・コミュニケーション・ソサエティ
3 必要なハードウェア技術
3.1 マイクロセンサ
3.1.1 SAWを用いたひずみセンサの例
3.1.2 バックスキャタ方式・ユビキタスセンサとしてのSAWセンサ
3.2 マイクロエネルギーハーベスティング
4 おわりに