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利用太陽能電池的實(shí)證實(shí)驗(yàn)及設(shè)置事例日益增多。在各種用途全面普及太陽能電池所面臨的課題也逐漸凸顯。旨在解決這些課題的舉措也日趨活躍，太陽能電池應(yīng)用于所有用途為期不遠(yuǎn)。

目前在“水上”、“農(nóng)田”、“住宅（屋頂以外）”、“大廈”及“汽車”領(lǐng)域，積極利用太陽能電池的行動(dòng)日益活躍（圖1）。有些領(lǐng)域已經(jīng)開始進(jìn)行實(shí)證實(shí)驗(yàn)，并已有了具體的設(shè)置事例。為了全面普及太陽能電池，各領(lǐng)域正積極推進(jìn)旨在解決課題的相關(guān)舉措。

圖1　新領(lǐng)域配備太陽能電池的探討狀況及課題 在多個(gè)領(lǐng)域已開始具體探討配備太陽能電池。如果在解決技術(shù)課題方面找到頭緒，很有可能迅速得到推廣。

例如，在“水上”領(lǐng)域，為了解決在船舶上，以及在湖泊等的水面上進(jìn)行設(shè)置時(shí)所面臨的課題，相關(guān)研究開發(fā)相當(dāng)活躍。在船舶方面，已有了應(yīng)對(duì)輸出變動(dòng)的方法，在水面設(shè)置方面，連接陸地的布線的耐久性得到提高。

在“農(nóng)田”領(lǐng)域，面臨的最大課題是太陽能電池設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)不明確。太陽能電池廠商正在準(zhǔn)備積累可證實(shí)太陽能電池不會(huì)對(duì)各種作物產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)。

在“住宅”領(lǐng)域，為了滿足減少電源施工的需求，開始在電動(dòng)卷簾門窗及室內(nèi)傳感器上利用太陽能電池。在“大廈”領(lǐng)域，由于只在屋頂設(shè)置太陽能電池場所有限，因此可設(shè)置在墻壁及窗戶上的太陽能電池也已登場。

與大廈同樣，太陽能電池設(shè)置面積較少的是“汽車”領(lǐng)域。雖然出現(xiàn)了設(shè)置于車頂?shù)氖吕�，但今后還需要繼續(xù)開發(fā)可簡便地配備在發(fā)動(dòng)機(jī)罩及車門等處的太陽能電池。

水上：通過冷卻效果增加發(fā)電量

日本郵船公司旗下承擔(dān)技術(shù)開發(fā)的MTI公司技術(shù)戰(zhàn)略組負(fù)責(zé)人信原真人稱：“為了將太陽能電池應(yīng)用于船舶，我們已經(jīng)實(shí)施了目前能夠做到的所有研究。只要條件具備，隨時(shí)都能配備�！比毡距]船計(jì)劃在2030年左右，通過配備太陽能電池等，實(shí)現(xiàn)每個(gè)集裝箱平均二氧化碳排放量較現(xiàn)在削減69％的船舶“NYK SUPER ECO SHIP2030”。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，日本郵船先于2008年12月完成了配備太陽能電池的汽車運(yùn)輸船“Auriga Leader”，并一直在致力于找出配備太陽能電池所面臨的課題以及開發(fā)解決手段。

圖2　在汽車運(yùn)輸船上設(shè)置太陽能電池 日本郵船在汽車運(yùn)輸船上設(shè)置了40千瓦的太陽能電池及115千瓦時(shí)的蓄電池等，實(shí)施了實(shí)證實(shí)驗(yàn)。（攝影：日本郵船）

在Auriga Leader竣工之后約2年時(shí)間內(nèi)，配備40千瓦的太陽能電池模塊，調(diào)查了太陽能電池的發(fā)電特性。最初約7個(gè)月時(shí)間的發(fā)電量為32兆瓦時(shí)，與設(shè)置于東京都陸地上的設(shè)備相比多1.4倍左右。發(fā)電量增加的原因在于：（1）航海區(qū)域的太陽高度比東京都高，日照強(qiáng)度較強(qiáng);（2）平均日照時(shí)間較長;（3 ）船舶前進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)可冷卻模塊等。

另一方面，技術(shù)課題也凸顯出來。那就是，在陽光被云擋住等情況下，輸出變動(dòng)之大超出預(yù)想。Auriga Leader上設(shè)置有3臺(tái)1150千瓦的柴油發(fā)電機(jī)，如果采用40千瓦的太陽能電池，可充分吸收輸出變動(dòng)。不過，日本郵船力爭實(shí)現(xiàn)的是，配備可設(shè)置在汽車運(yùn)輸船甲板上的250千瓦的太陽能電池。在這種情況下，有可能難以向船內(nèi)穩(wěn)定供電。

于是日本郵船于2011年6月，新配備了蓄電池，開始進(jìn)行實(shí)證實(shí)驗(yàn)。配備了川崎重工業(yè)公司開發(fā)的鎳氫充電電池“GIGACELL”，容量為115千瓦時(shí)。由于實(shí)證實(shí)驗(yàn)期間是到2012年年底，因此尚未公開詳細(xì)數(shù)據(jù)，但通過利用蓄電池使太陽能電池輸出變動(dòng)均勻化，因而沒有對(duì)柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生惡劣影響。

除了日本郵船，其他海運(yùn)公司也積極地在船舶上配備太陽能電池。2012年6月，商船三井公司建成了配備太陽能電池的汽車運(yùn)輸船“EMERALD ACE”。該船在航海過程中將太陽能電池所發(fā)電力存儲(chǔ)在蓄電池中，停泊在港灣中時(shí)，利用蓄電池的電力。因此配備了比Auriga Leader更多的、160千瓦的太陽能電池，以及約2.2兆瓦時(shí)的大容量鋰離子充電電池。

直接浮在水上

West Holdings公司采用的方法不是在陸地上，而是通過設(shè)置浮體，在水上設(shè)置太陽能電池。該公司的調(diào)查結(jié)果顯示，日本約有790個(gè)適合建設(shè)百萬瓦級(jí)太陽能設(shè)施、水面面積在1.5萬平方米以上的湖沼、水庫及調(diào)節(jié)池等。

West Holdings宣布，自2012年11月起將在1年時(shí)間內(nèi)，在其中10個(gè)場所建設(shè)共計(jì)20兆瓦的“水上百萬瓦級(jí)太陽能設(shè)施”。

關(guān)于建設(shè)水上百萬瓦級(jí)太陽能設(shè)施，West Holdings與韓國LSIS公司進(jìn)行了合作（圖3）。LSIS于2011年11月在韓國人工湖建成了100千瓦的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，正在積極推進(jìn)水上百萬瓦級(jí)太陽能設(shè)施的建設(shè)。

圖3　在水上設(shè)置太陽能電池 在湖泊等的水面上設(shè)置太陽能電池的舉動(dòng)日趨活躍（a）。在水深較深的日本海域，要從浮體式可再生能源發(fā)電站為陸地供電，需要使用吊裝電纜（b）。（攝影：LSIS，圖：古河電氣工業(yè)）

水上百萬瓦級(jí)太陽能設(shè)施的優(yōu)點(diǎn)在于，借助水的冷卻效果，發(fā)電量有望增加，同時(shí)還可削減土地平整費(fèi)及租賃費(fèi)等。因此LSIS估算，到2020年，水上百萬瓦級(jí)太陽能設(shè)施的市場規(guī)模將從2013年的400億韓元，增長到1.8萬億韓元。該公司預(yù)測，到2020年，將實(shí)現(xiàn)5000億韓元的銷售額。

海上設(shè)置面臨電纜課題

除了湖沼，LSIS還力爭設(shè)置于河流及海洋中。不過，在像日本沿岸一樣海底較深的場所，難以設(shè)置支架固定太陽能電池，不得不采用浮體式設(shè)備。這樣便需要可在海中漂浮使用的“吊裝電纜”（Riser Cable）（圖3（b））。與在湖沼等中不同，電纜由于會(huì)隨海浪擺動(dòng)，因此面臨耐久性課題。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域已先于太陽能電池領(lǐng)域研發(fā)在海上設(shè)置的浮體式設(shè)備，對(duì)于解決同樣課題的研究已取得進(jìn)展。生產(chǎn)吊裝電纜的古河電氣工業(yè)公司目前正在針對(duì)浮體式風(fēng)電場，加緊強(qiáng)化吊裝電纜。

強(qiáng)化的關(guān)鍵在于包覆導(dǎo)線的絕緣層周圍形成的鉛（Pb）遮水層。如果水透過遮水層，進(jìn)入絕緣層，就會(huì)逐漸腐蝕絕緣體，破壞絕緣效果，產(chǎn)生“水樹”（water tree）現(xiàn)象。

如果是以往6千伏左右的用途，即使水滲入絕緣層，劣化的速度也并不快。不過，浮體式發(fā)電站采用的是22千伏及66千伏高電壓，因此電纜的壽命會(huì)變得非常短。為了防止海浪的搖動(dòng)導(dǎo)致遮水層劣化，必須阻止水滲入。

古河電氣工業(yè)為了使電纜能在66千伏的高電壓下使用較長時(shí)間，目前正在通過改變遮水層形狀，或改用鉛以外其他金屬材料等，研究如何提高耐久性。無論使用何種方法，都需要考慮不同場所海浪狀態(tài)的差異，進(jìn)行優(yōu)化。（日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）