【相關(guān)新聞】

日本的《小型家電回收法》與《家電回收法》有何不同？

【太陽能電池新領(lǐng)域】（2）技術(shù)開發(fā)競爭軸心顯現(xiàn)變化

頁巖氣開采導(dǎo)致的水資源污染能否避免？

火力發(fā)電才是“主戰(zhàn)場”

富士通微電網(wǎng)控制：用電平均削減23%

在不久的將來，似乎還能用太陽能電池線做衣服。SphelarPower公司和福井縣工業(yè)技術(shù)中心合作，共同開發(fā)出了將太陽能電池連成線狀，制成紡織品的技術(shù)。其產(chǎn)品與通常紡織品同樣柔軟且可伸縮（圖4）。已經(jīng)通過試制品確認(rèn)，所發(fā)電力可點(diǎn)亮LED燈。

圖4　利用太陽能電池制造紡織品 SphelarPower和福井縣工業(yè)技術(shù)中心共同制造出將太陽能電池連成線狀進(jìn)行編織的紡織品。（攝影：SphelarPower）

該紡織品是將直徑為1.2毫米的球狀硅太陽能電池連成直線狀，然后以此為緯線，編入經(jīng)線制成。開發(fā)方并未公布將太陽能電池連成線狀的具體方法等，但據(jù)稱是通過結(jié)合SphelarPower的球狀硅太陽能電池技術(shù)與福井縣工業(yè)技術(shù)中心的導(dǎo)電線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

球狀硅是通過滴下熔化后的硅，利用其表面張力制成。這是SphelarPower的母公司京瓷經(jīng)多年開發(fā)取得的技術(shù)成果，但并未實(shí)現(xiàn)普及。這是因?yàn)�，球狀硅不�?huì)像普通硅晶圓那樣，在利用鑄錠切割時(shí)留下邊角料，因此，在硅原料嚴(yán)重短缺的2005年，因硅使用量可削減到原先的1/5左右而備受關(guān)注。不過，之后由于硅材料供應(yīng)增加，原料短缺問題解決，因而并未實(shí)現(xiàn)普及。之后，2012年5月，由日本產(chǎn)業(yè)革新機(jī)構(gòu)等出資，設(shè)立了SphelarPower。日本產(chǎn)業(yè)革新機(jī)構(gòu)之所以出資，是因?yàn)樵摍C(jī)構(gòu)認(rèn)為：“能夠憑借該技術(shù)開拓與面臨嚴(yán)酷成本競爭的現(xiàn)有太陽能電池不同的市場�！�

光線較弱也能發(fā)電

“能夠在光線多暗的環(huán)境下發(fā)電是決勝負(fù)的關(guān)鍵。”羅姆公司進(jìn)行的挑戰(zhàn)是改善在室外使用的太陽能電池不太受重視的特性。該公司開發(fā)出了可利用熒光燈及有機(jī)EL照明等室內(nèi)光源，照度在50lx以下也能發(fā)電的色素增感型太陽能電池（圖5）。

圖5　在暗處也能發(fā)電 羅姆開發(fā)出了在低照度下也能發(fā)電的色素增感型太陽能電池（a）。研究結(jié)果證實(shí)，與薄膜硅型太陽能電池相比，色素增感型太陽能電池即便遮住部分模塊，發(fā)電量下降也較少（b）。（圖：由本刊根據(jù)羅姆的資料制作而成）

要在暗處也能發(fā)電，需要盡量減少漏電流等損失，將微量的電力輸出提取到外部。羅姆通過改進(jìn)太陽能電池元件的結(jié)構(gòu)等，努力減少損失。另外，為了提高整體發(fā)電量，作為吸附對(duì)光發(fā)生反應(yīng)的色素的TiO2粒子，開發(fā)出了具備微細(xì)孔洞的“納米多孔TiO2”。由此擴(kuò)大了表面積，增加了吸附的色素量，提高了電流值。不過低照度一側(cè)的電壓值會(huì)下降，羅姆現(xiàn)在正致力于對(duì)這一部分進(jìn)行改善。

在提高暗處發(fā)電性能的過程中，羅姆確認(rèn)，色素增感型太陽能電池具備結(jié)晶硅型太陽能電池等所沒有的特性。那就是對(duì)陰影的耐受性。一般來說，在結(jié)晶硅型太陽能電池是由多個(gè)單元串聯(lián)而成的情況下，如果部分單元被陰影擋住，整體輸出便會(huì)急劇下降。這是因?yàn)�，照不到光線的部分不會(huì)產(chǎn)生載流子，因此電阻值升高。

相反，色素增感型太陽能電池即便部分單元被擋住，輸出也是以緩慢的速度下降。羅姆研究開發(fā)本部設(shè)備解決方案研究開發(fā)部融合設(shè)備研發(fā)中心負(fù)責(zé)人奧良彰推測稱，色素增感型電池由于使用了電解液，因此“即使照不到光線，也能維持一定的導(dǎo)電率”。

羅姆計(jì)劃，充分利用色素增感型太陽能電池在暗處也能發(fā)電的特性及陰影耐受性，開拓室內(nèi)用途等新領(lǐng)域。力爭2014年左右實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

簡易的MPPT功能

在新特性太陽能電池開發(fā)取得進(jìn)展的同時(shí)，太陽能電池周邊技術(shù)也在得到改良。在用于新領(lǐng)域的周邊技術(shù)方面，似乎需要按用途對(duì)功率調(diào)節(jié)器等進(jìn)行改良。試制了配備太陽能電池的船舶的日本郵船公司對(duì)功率調(diào)節(jié)器的防止單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)功能進(jìn)行了改良。該功能可在電力系統(tǒng)發(fā)生停電等異常情況時(shí)，使太陽能發(fā)電系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。船舶配備的供電網(wǎng)的電壓及頻率變動(dòng)較大，因此利用原有功能，可能會(huì)頻繁發(fā)生太陽能發(fā)電系統(tǒng)停運(yùn)。因此，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了改良，使之直接監(jiān)控船內(nèi)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)、檢測異常情況。富士通半導(dǎo)體公司在與室內(nèi)小型太陽能電池模塊組合使用的功率控制IC上，配備了簡易最大功率點(diǎn)跟蹤（maximum power pointtracking：MPPT）功能。即使照度發(fā)生變化，也能實(shí)現(xiàn)最大輸出（圖6）。

圖6　配備MPPT功能 富士通半導(dǎo)體在與小型太陽能電池配套使用的功率控制IC上，配備了簡化MPPT功能（a）。借助該功能，即使照度發(fā)生變化，也能實(shí)現(xiàn)最大輸出（b）。（圖：由本刊根據(jù)富士通半導(dǎo)體的資料制作而成）

MPPT功能可使隨著照度等而變化的太陽能電池輸出達(dá)到最大。為了找出輸出達(dá)到最大的電流及電壓值，一般是采用“登山法”，即逐漸改變電壓，檢測輸出的變化，實(shí)時(shí)計(jì)算輸出電力峰值。不過，要求得峰值，需要具備高度處理能力的MCU，因此難以用于與小型太陽能電池配套使用的功率控制IC。

此次，富士通半導(dǎo)體考慮的是簡化最大功率點(diǎn)搜尋過程。達(dá)到最大功率點(diǎn)的電壓值大多是電流值為零時(shí)的電壓（開路電壓）的0.8倍左右。因此，富士通半導(dǎo)體決定測量開路電壓，一直追蹤0.8倍的電壓值。與現(xiàn)有MPPT功能相比，雖然在準(zhǔn)確率方面有欠缺，但目前已確認(rèn)，在0.1萬～7萬lx的范圍內(nèi)，能獲得基本接近最大功率點(diǎn)的輸出。

可抑制陰影對(duì)輸出影響的技術(shù)已獲實(shí)用

在日本，已開始采用可抑制陰影對(duì)太陽能發(fā)電系統(tǒng)輸出的影響的技術(shù)。美國TigoEnergy公司日前公布，熊本縣最大輸出功率為1.78兆瓦的百萬瓦級(jí)太陽能設(shè)施采用了該公司的系統(tǒng)。將從2013年4月開始設(shè)置。另外日本還有兩處百萬瓦級(jí)太陽能設(shè)施已決定采用。

串聯(lián)的太陽能電池模塊中，如果部分模塊被陰影擋住，系統(tǒng)整體輸出會(huì)大幅下降。為了解決這一問題，TigoEnergy的系統(tǒng)將模塊電壓值及電流值的測定結(jié)果集中到控制單元，通過調(diào)節(jié)阻抗進(jìn)行控制，已達(dá)到符合每個(gè)模塊的最佳電壓及電流（圖A-1）。除了陰影，還可抑制生產(chǎn)過程中形成的模塊輸出差異所產(chǎn)生的影響。

圖A-1　減少陰影影響 Tigo Energy憑借可減少陰影等影響的技術(shù)進(jìn)軍日本市場（a）。將于2013年第二季度將向市場投放專用ASIC（b）。（攝影：Tigo Energy公司）

Tigo Energy目前正在提供設(shè)置在太陽能電池模塊上的外置型產(chǎn)品。今后計(jì)劃推出將該功能配備在接線盒上的產(chǎn)品，以降低采用成本。而且還力爭在2013年第二季度，將主要功能集中到ASIC上，以10美元以下的價(jià)格供貨。

如果太陽能電池普及到多個(gè)領(lǐng)域，易于受到陰影影響的場所也將設(shè)置太陽能電池。例如，如果在城市大廈的墻面上設(shè)置太陽能電池，便會(huì)受到周圍大廈陰影的巨大影響。在這種情況下，Tigo Energy的技術(shù)將發(fā)揮作用。（日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）