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雖然可再生能源備受期待，但成本及發(fā)電量不穩(wěn)定等問(wèn)題成為阻礙，尚處于發(fā)展階段。成為熱議話題的太陽(yáng)能發(fā)電在轉(zhuǎn)換效率方面也存在很大的改進(jìn)余地。 不過(guò)，從今年7月起，日本智能太陽(yáng)能國(guó)際公司（Smart Solar International）以每臺(tái)8萬(wàn)日元（不含稅）的價(jià)格正式開(kāi)始銷售其太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，其社長(zhǎng)富田孝司斷言：“太陽(yáng)能發(fā)電很有可能成為基礎(chǔ)電源，我們正在爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)等同于火力發(fā)電的能源轉(zhuǎn)換效率” 。
智能太陽(yáng)能國(guó)際成立于2009年，富田曾是夏普常務(wù)董事，作為夏普太陽(yáng)能系統(tǒng)事業(yè)本部長(zhǎng)，帶領(lǐng)夏普奪取全球太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)銷售額七聯(lián)冠，在太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)界廣為人知，被稱為“太陽(yáng)能先生(Mr.solar)”。
太陽(yáng)能先生：富田孝司社長(zhǎng)手持的是設(shè)置于模塊中央的核心部件（右下圖）——管狀容器；在容器中，邊長(zhǎng)1厘米的受光單元排成1列（右上圖）。整個(gè)模塊長(zhǎng)約2米，寬約60厘米。
反其道而行之，增加轉(zhuǎn)換率
大多數(shù)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)重點(diǎn)解決的問(wèn)題是：如何減少?zèng)]有轉(zhuǎn)化為電能的光能變成的熱量。因?yàn)樘?yáng)光中含有多種波長(zhǎng)的光，所以，不同材料的太陽(yáng)能電池可有效轉(zhuǎn)換為電能的光線的波長(zhǎng)也不同；那部分沒(méi)有被轉(zhuǎn)化的光能就變成了熱能，釋放到空氣中；并且，熱量也會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池板出現(xiàn)惡化。
而富田開(kāi)發(fā)的新系統(tǒng)采取完全相反的構(gòu)思——積極回收這部分熱量，并將之作為能源使用?；蛟S可說(shuō)是一個(gè)通過(guò)電力及熱量回收能源、提高整體效率的“太陽(yáng)能版熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”。
該系統(tǒng)所使用的太陽(yáng)能電池板單位面積的轉(zhuǎn)換效率為23%到24％，約為普通結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池的1.6倍。加上熱能的回収，總轉(zhuǎn)換效率可提高到40％以上。 富田充滿信心地說(shuō)：“如果進(jìn)一步改良熱回収系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)媲美火力發(fā)電站的能源轉(zhuǎn)換效率也并非幻想。”
新系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的能源轉(zhuǎn)換效率，主要得益于三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。即受光單元多層化、跟蹤聚光以及冷卻技術(shù)。受光單元指的是幾厘米見(jiàn)方的電池板，幾十枚受光單元排列組成模塊。
多層化受光單元增加轉(zhuǎn)化率
新系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的能源轉(zhuǎn)換效率，主要得益于三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。即受光單元多層化、跟蹤聚光以及冷卻技術(shù)。
現(xiàn)在，太陽(yáng)能電池材料約9成為結(jié)晶硅。這種材料主要與中等波長(zhǎng)的光線相容性較好，無(wú)法將波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。另一方面，波長(zhǎng)較短、具有較高能源的紫外線雖然能夠發(fā)電，但也有很大一部分無(wú)法轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，而是變?yōu)闊崃?。因此，最大轉(zhuǎn)換效率理論上為29％，制成產(chǎn)品之后僅能達(dá)到15％左右。 于是，智能太陽(yáng)能國(guó)際在新系統(tǒng)的單元上重疊使用了多種半導(dǎo)體，可分別有效轉(zhuǎn)換“長(zhǎng)、中、短”波長(zhǎng)的光線。
之前也有層壓式化合物太陽(yáng)能電池的解決方案——用鍺制成基板，使用砷化銦鎵及磷化銦鎵等。轉(zhuǎn)換效率非常高，耐輻射性能也很出色。不過(guò)，鍺存在價(jià)格昂貴、產(chǎn)生熱量多的弱點(diǎn)；而且，層壓技術(shù)還處于開(kāi)發(fā)狀態(tài)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化。
富田開(kāi)發(fā)出了使化合物半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)多層化的自主技術(shù)?？勺杂山M合使用硅類及有機(jī)類等多種單元，從而實(shí)現(xiàn)多層化，這也是其優(yōu)勢(shì)所在?？蓮亩喾N波長(zhǎng)的光線中提取電力并進(jìn)行合成。富田稱，通過(guò)組合使用多種單元，可實(shí)現(xiàn)50%到60％的轉(zhuǎn)換效率。
今年7月上市的新系統(tǒng)依然使用鍺基板，但今后將隨著開(kāi)發(fā)的進(jìn)展不斷進(jìn)行改良，可進(jìn)一步降低價(jià)格。
跟蹤聚光技術(shù)延長(zhǎng)發(fā)電時(shí)間
目前設(shè)置于住宅屋頂?shù)忍幍墓潭ㄊ教?yáng)能電池，陽(yáng)光入射角變動(dòng)較大。因此每天的平均可發(fā)電時(shí)間實(shí)際上只有4個(gè)小時(shí)左右。為增加受光時(shí)間，富田采取了“跟蹤聚光技術(shù)”——跟蹤太陽(yáng)移動(dòng)、聚集光線的技術(shù)。
根據(jù)太陽(yáng)的移動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)半圓形反射鏡，從而能夠一直照射到較多的陽(yáng)光。并且，隨著使用反射鏡，模塊也沒(méi)有采用板狀，而是制成了聚光效率較高的棒狀?，F(xiàn)在的模塊為“30倍聚光”型，也就是在一個(gè)模塊的面積上，可聚集相當(dāng)于30倍面積的陽(yáng)光，根據(jù)具體用途，還可制成50倍、100倍聚光型。
不過(guò)，如果單元溫度太高，便會(huì)導(dǎo)致性能下降。例如，結(jié)晶硅的能源轉(zhuǎn)換效率在40℃左右時(shí)達(dá)到峰值，之后便會(huì)迅速下降。因此富田新開(kāi)發(fā)了第三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，就是冷卻技術(shù)。
在管狀容器中央，設(shè)置由受光單元排列組成的棒狀太陽(yáng)能電池模塊，縫隙中填滿制冷劑。從太陽(yáng)能電池模塊吸收熱量之后汽化的制冷劑可通過(guò)位于管外的冷卻裝置變回液體。
充分利用釋放熱量的構(gòu)思使進(jìn)一步提高效率得以實(shí)現(xiàn)。將能源以熱量的形式提取出來(lái)，還具有易于存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)。儲(chǔ)存電能需要使用以充電電池為代表的高價(jià)蓄電系統(tǒng)，而熱能可以通過(guò)制成熱水儲(chǔ)存在水槽中。而且還易于解決能源供應(yīng)不穩(wěn)定這個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電所面臨的大課題。
化合物半導(dǎo)體比結(jié)晶硅更耐熱，這一點(diǎn)也有助于實(shí)現(xiàn)較好的相容性。例如，磷化銦鎵在120℃范圍內(nèi)性能基本不會(huì)下降。因此以供應(yīng)熱水為前提的制冷劑及蓄熱裝置也可以利用。
熱量利用方法，主要有直接使用熱水、制造蒸汽旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電、使用熱電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Α⒂糜跓岜脽崴鞯?。在宮城縣草莓農(nóng)戶進(jìn)行的實(shí)證試驗(yàn)就是將電力用于農(nóng)用冰箱，熱量用于住宅內(nèi)供暖。
智能太陽(yáng)能國(guó)際2012年度的全球銷售額目標(biāo)為8億日元。并力爭(zhēng)在2013年度達(dá)到30億日元。富田說(shuō)：“我們要充分發(fā)揮新系統(tǒng)耐高溫的優(yōu)勢(shì)，向印度、孟加拉共和國(guó)及沙特阿拉伯等日照量多的地區(qū)銷售。并且還在研究近期自行開(kāi)展發(fā)電業(yè)務(wù)”。
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