東京型スマート農業成果発表会

次世代型太陽電池に関する取り組み～農業への適用検討～
2024年2月5日
東芝エネルギーシステムズ株式会社
エネルギー・アグリゲーション事業部

次世代太陽電池開発部

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東芝エネルギーシステムズ株式会社© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

Contents

01 会社紹介・弊社の取り組み
02 Cu2Oタンデム太陽電池の紹介
03 フィルム型ペロブスカイト太陽電池の紹介
04 農業分野への適用可能性© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation2

01
会社紹介・弊社の取り組み© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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組織体制
株式会社 東芝★ 研究開発センター★ 生産技術センター
デジタルイノベーションテクノロジーセンター

東芝インフラシステムズ株式会社

東芝デバイス＆ストレージ株式会社

東芝デジタルソリューションズ株式会社★

© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation4

東芝グループのエネルギーソリューション
「つくる」 「おくる」 「ためる」 「かしこくつかう」 全領域にソリューションを展開
再エネの主力電源化

再エネの発電量変動に対し EMS・VPPにより電力需給を調整

電化の推進

蓄エネ

風力VPP※2

太陽光電力

蓄電池

気象情報

EMS※1

省エネ技術の活用

デマンドレスポンス

水力水素
地熱

P2G※3
電力系統安定化

原子力

火力+ CO 分離回収
※１ EMS : Energy Management System※２ VPP : Virtual Power Plant

P2C※4

CO2

2

つくるCO2の資源化

蓄電池

周波数調整
安定化

おくる※３ P2G：Power to Gas※４ P2C：Power to Chemicals

次世代型太陽電池

ためるかしこくつかう© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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次世代太陽電池の開発「高効率×軽量化」 及び 「薄型・曲面設置×軽量化」 両面の開発を加速
自家消費

Cu2O タンデム型太陽電池

乗用車

高効率

バス・トラック

高効率

電車

30%
公共施設・店舗（屋根）モビリティ

ZEH（屋根）

20%
15%

産業住宅

Cu2O(亜酸化銅)タンデム型PV

現行製品Si
数百g/m210kg/m2

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託事業

ペロブスカイト太陽電池

軽量化

フィルム型ペロブスカイトPV
低荷重建造物（屋根等）

薄型・曲面設置

ZEB（窓、壁）新市場

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の助成事業© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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02
Cu2Oタンデム太陽電池の紹介© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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はじめに

－Cu2Oタンデム型太陽電池の特長－

透過型Cu2Oセル

4端子Cu2Oタンデム型太陽電池
短波長光

長波長光

透過型Cu2Oセル(上段トップセル)

Siセル(下段ボトムセル)-+-+✓ キーデバイスは、安価な透過型Cu2Oセル※ 2019年に世界初の透明化に成功✓ Cu2OとSiが電気的に独立に発電する4端子構造© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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タンデム化による高効率発電の仕組み✓ Cu2OとSiは発電波長が相補的。 下段のSiの効率は~20%✓ Cu2Oが効率10%以上で、タンデムとして効率30%以上が実現可能
太陽光（短波長光 長波長光）

太陽光（短波長光＋長波長光）

透過型Cu2Oセル

発電量

Siセル

Siセル

発電量

波長~600nm

Cu2O >10%Si~20%

タンデム >30%光の波長

透過型Cu2OSi

Cu2Oで発電量増加（Siは短波長領域で発電小）

光の波長© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

9小型Cu2Oセルの開発進捗
世界最高効率(＊)

効率
目標10% 10.5%

透過率目標80%

8.2%

76%

透明化は当社のみ

光透過性なし

0%
外部機関

東芝

外部機関

東芝

✓ 世界最高効率10.5%(＊) を達成＊ 2024年1月時点 当社調べ © 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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03
フィルム型ペロブスカイト太陽電池の紹介© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation11

ペロブスカイト太陽電池の特長

日本発

高効率

桐蔭横浜大・宮坂先生が発案した日本発の技術

理論限界値は30%を超える高効率PVが作製可能
既存のSi-PVの理論限界値は、２９%ペロブスカイト結晶 ((CH3NH3)PbI3の例)

塗って作れる
フィルムに塗ればフィルム型太陽電池

軽い、薄い、割れない
発電層の厚みは1μm以下
プレーナ型逆構造セル
陰極
電子輸送層
ペロブスカイト層

塗布

正孔輸送層
ITO透明電極(陽極)フィルム基板光© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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弊社フィルム型ペロブスカイト太陽電池技術
フィルムに塗って作れるペロブスカイト太陽電池

プレーナ型逆構造セル⚫ 良質な大面積塗布膜を形成できるメニスカス塗布法

陰極
電子輸送層

アプリケータペロブスカイト層

インク
基板

正孔輸送層
ITO透明電極(陽極)✓ 大面積✓ 高効率

フィルム基板ペロブスカイト結晶((CH3NH3)PbI3の例)

光基板ステージ

フィルム型ペロブスカイト太陽電池

メニスカス塗布技術＜開発進捗＞✓ 軽量
ガラス型の1/10以下目標✓

1ステップメニスカス塗布法により従来（2ステップ）の最大25倍以上の塗布速度
最速 6 m/min*
インク開発、塗布プロセス開発、装置開発により高速で、大面積均一塗布可能な１ステッププロセスを実現※この成果は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の助成業務の結果得られたものです。

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適材適所での利用
結晶系Si太陽電池 と 次世代太陽電池は、各々の特長が生かせる場所に適用する
汎用（現行技術）結晶系Si

次世代（開発中）

フィルム型
ペロブスカイト

土地を確保できる、重量などの課題がない場所
モジュール効率

重 量

コスト○△○

従来の太陽光パネル取付が困難な場所

モジュール効率重 量

コスト○◎〇※（現状△）※軽量化により、架台・工事費等の低減が見込まれる。
また量産効果によりトータルコスト低減を目標としている。
14© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

04
農業分野への適用可能性© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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今までの農業分野における 太陽光発電の貢献
平成26年に施行の「農⼭漁村再生可能エネルギー法」により、農林漁業の健全な発展と調和のとれた再生可能エネルギー電気の発電を促進
営農型太陽光発電

農地に支柱を立てて上部空間に太陽光パネルを設置し、農業生産と発電を両立する仕組み（農地の一時転用許可が必要）

出展：令和５年７月31日 農林⽔産省 「再生可能エネルギー導入促進に向けた取組について」
https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/denryoku_gas/saisei_kano/pdf/053_03_00.pdf© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation16

今後の次世代太陽電池の適用可能性
2050年までに目指す姿として、食料・農林水産業分野における脱炭素 と生産力向上／持続性の両立に向けた取組 (GX)を推進●ビニールハウスの照明、温湿度制御に活用。ICTと融合して生産量の向上をはかる●装置／システム電源は再生可能エネルギーで対応。
●AI＋ドローンで農業の省力化●CO2の見える化によるカーボンクレジット取引に参入

出展：農林⽔産省 ⾷料産業局 「農⼭漁村における再生可能エネルギーの導入に向けて」 2022.1.
https://www.maff.go.jp/j/shokusan/renewable/energy/attach/pdf/index-5.pdf© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation17

ソーラーエネルギー利用システム 共同研究の実施
目 的
停電対策やオフグリッドが可能となるよう、ビニールハウスの天井などに簡単に設置して使える“軽量フレキシブル太陽電池”の利用技術を開発する。

役割分担
共同研究者

役割分担

（公財）東京都農林⽔産振興財団 ・ハウス・栽培ベッドの設置・維持管理
・苗等の準備、イチゴ栽培管理
・側窓自動開閉装置等の整備・維持管理
・ハウス内環境調査、消費電力調査
・イチゴの収量・品質調査
東芝エネルギーシステムズ株式会社

・太陽電池等の整備・維持管理
・太陽電池の設置方法と耐久性検討
・電源供給システムの整備・維持管理
・発生電力量の調査・データ管理
・太陽電池の費用対効果等

出展：令和5年10月11日 公益財団法人東京都農林⽔産振興財団 ソーラーエネルギー利用システムの開発 ～軽量フレキシブル太陽電池利用技術～ 報告書（改訂版）
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https://www.tokyo-aff.or.jp/uploaded/attachment/11957.pdf

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ソーラーエネルギー利用システム構成◼ 太陽電池で蓄電した電気を用いて、ハウス内側窓の自動開閉と自動灌⽔を行った。
使用機器：ハウス内外温湿度計（2台）、側窓モータ（4台）、灌⽔用の電磁弁（3台）
スマートリレー（１台)◼ 側窓の開閉は温湿度計によるハウス内外温度差による温度制御であり、灌⽔の電磁弁の開閉はタイマー制御とした。
温湿度計（2台）
軽量フレキシブル
太陽電池（125W）
×３枚

側窓モータ（4個）

チャージ
コントローラ

DC12Vから
DC24Vに昇圧
DCDC
コンバータ

制御盤

電磁弁（3個）スマートリレ－

出展：令和5年10月11日 公益財団法人東京都農林⽔産振興財団 ソーラーエネルギー利用システムの開発 ～軽量フレキシブル太陽電池利用技術～ 報告書（改訂版）
https://www.tokyo-aff.or.jp/uploaded/attachment/11957.pdf

19蓄電池の容量◼ 悪天候が続いた場合蓄電池容量40Ahでは夜間にハウス環境制御機器が止まる場合があったが、蓄電池容量を150Ahへ増加したことで環境制御機器は止まることなく円滑に稼働した。

蓄電池容量とSOC
蓄電池容量40Ah
①発電量
②蓄電量

蓄電池容量150Ah

1050Wh/日（約70W×5時間×3枚）
480Wh (12Vx40Ah)③消費電力量

1800Wh (12Vx150Ah)

370Wh/日（最大）

④SOC

77％

21％

現地状況

・晴天日は朝10～11時に満充電

・環境制御機器に円滑に給電・曇天が３日程度続いても電力供給可

備考
晴天1日のパネル発電量
70W
蓄電池電圧12V
最大定常負荷360Wh/日
最大一次負荷10Wh・/日③÷②

出展：令和5年10月11日 公益財団法人東京都農林⽔産振興財団 ソーラーエネルギー利用システムの開発 ～軽量フレキシブル太陽電池利用技術～ 報告書（改訂版）
https://www.tokyo-aff.or.jp/uploaded/attachment/11957.pdf

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実証結果
◼ 本研究より、供給電力システム及び利用システムの最適化を求めた。
◼ 軽量フレキシブル太陽電池モジュール3枚を農業用ハウス（面積１a、高さ3.3ｍの南北建）の天井部に設置し、発生した電力でイチゴ促成栽培のハウス側窓の開閉と灌⽔を自動化した。年間を通してハウス側窓の開閉と灌⽔に必要な電力を不足なく得ることができ、今回の設置方法では軽量フレキシブル太陽電池によるイチゴの収量と⾷味には影響はなかった。

内容

供給電力システム 軽量フレキシブル太陽電池（125W）×３枚
蓄電池：150Ah
利用システム

自動側窓開閉（ハウス内外温度差制御）
自動灌⽔（灌⽔量・灌⽔時間）

被覆率

3％

出展：令和5年10月11日 公益財団法人東京都農林⽔産振興財団 ソーラーエネルギー利用システムの開発 ～軽量フレキシブル太陽電池利用技術～ 報告書（改訂版）
https://www.tokyo-aff.or.jp/uploaded/attachment/11957.pdf

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今後の次世代太陽電池の適用可能性
必要な電力 および 農業ハウスで栽培する作物に応じて、適材適所で 最適容量の次世代太陽電池を検討
太陽電池種類／規模

適用機器

用途

天面設置 小容量センサー、通信機器
監視カメラ
照明
潅⽔、側窓開閉
換気扇
空調、暖房機器
売電用

・データドリブンな農業（見える化、制御）
温度、湿度、潅⽔、CO2濃度等計測

作業車/トラクター
ドローン

・無充電走行
走行距離の延長

ペロブスカイト
太陽電池

天面設置 大容量モビリティ適用Siセル

Cu2Oタンデム
太陽電池

・鳥獣被害、盗難、無人販売所の対応
生育監視と収穫支援
・温度調整、凍結防止
・売電による収入© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation22

ご清聴ありがとうございました© 2024 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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