2013年05月07日23:30
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在不久的將來，似乎還能用太陽能電池線做衣服。SphelarPower公司和福井縣工業技術中心合作，共同開發出了將太陽能電池連成線狀，制成紡織品的技術。其產品與通常紡織品同樣柔軟且可伸縮（圖4）。已經通過試制品確認，所發電力可點亮LED燈。
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圖4 利用太陽能電池制造紡織品 SphelarPower和福井縣工業技術中心共同制造出將太陽能電池連成線狀進行編織的紡織品。（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，編入經線制成。開發方並未公布將太陽能電池連成線狀的具體方法等，但據稱是通過結合SphelarPower的球狀硅太陽能電池技術與福井縣工業技術中心的導電線技術實現的。
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的母公司京瓷經多年開發取得的技術成果，但並未實現普及。這是因為，球狀硅不會像普通硅晶圓那樣，在利用鑄錠切割時留下邊角料，因此，在硅原料嚴重短缺的2005年，因硅使用量可削減到原先的1/5左右而備受關注。不過，之后由於硅材料供應增加，原料短缺問題解決，因而並未實現普及。之后，2012年5月，由日本產業革新機構等出資，設立了SphelarPower。日本產業革新機構之所以出資，是因為該機構認為：“能夠憑借該技術開拓與面臨嚴酷成本競爭的現有太陽能電池不同的市場。”
光線較弱也能發電
“能夠在光線多暗的環境下發電是決勝負的關鍵。”羅姆公司進行的挑戰是改善在室外使用的太陽能電池不太受重視的特性。該公司開發出了可利用熒光燈及有機EL照明等室內光源，照度在50lx以下也能發電的色素增感型太陽能電池（圖5）。
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圖5 在暗處也能發電 羅姆開發出了在低照度下也能發電的色素增感型太陽能電池（a）。研究結果証實，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，發電量下降也較少（b）。（圖：由本刊根據羅姆的資料制作而成） |
要在暗處也能發電，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。羅姆通過改進太陽能電池元件的結構等，努力減少損失。另外，為了提高整體發電量，作為吸附對光發生反應的色素的TiO2粒子，開發出了具備微細孔洞的“納米多孔TiO2”。由此擴大了表面積，增加了吸附的色素量，提高了電流值。不過低照度一側的電壓值會下降，羅姆現在正致力於對這一部分進行改善。
在提高暗處發電性能的過程中，羅姆確認，色素增感型太陽能電池具備結晶硅型太陽能電池等所沒有的特性。那就是對陰影的耐受性。一般來說，在結晶硅型太陽能電池是由多個單元串聯而成的情況下，如果部分單元被陰影擋住，整體輸出便會急劇下降。這是因為，照不到光線的部分不會產生載流子，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。羅姆研究開發本部設備解決方案研究開發部融合設備研發中心負責人奧良彰推測稱，色素增感型電池由於使用了電解液，因此“即使照不到光線，也能維持一定的導電率”。
羅姆計劃，充分利用色素增感型太陽能電池在暗處也能發電的特性及陰影耐受性，開拓室內用途等新領域。力爭2014年左右實現實用化。
簡易的MPPT功能
在新特性太陽能電池開發取得進展的同時，太陽能電池周邊技術也在得到改良。在用於新領域的周邊技術方面，似乎需要按用途對功率調節器等進行改良。試制了配備太陽能電池的船舶的日本郵船公司對功率調節器的防止單獨運轉功能進行了改良。該功能可在電力系統發生停電等異常情況時，使太陽能發電系統停止運轉。船舶配備的供電網的電壓及頻率變動較大，因此利用原有功能，可能會頻繁發生太陽能發電系統停運。因此，對系統進行了改良，使之直接監控船內發電機的工作狀態、檢測異常情況。富士通半導體公司在與室內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跟蹤（maximum power pointtracking：MPPT）功能。即使照度發生變化，也能實現最大輸出（圖6）。
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圖6 配備MPPT功能 富士通半導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，即使照度發生變化，也能實現最大輸出（b）。（圖：由本刊根據富士通半導體的資料制作而成） |
MPPT功能可使隨著照度等而變化的太陽能電池輸出達到最大。為了找出輸出達到最大的電流及電壓值，一般是採用“登山法”，即逐漸改變電壓，檢測輸出的變化，實時計算輸出電力峰值。不過，要求得峰值，需要具備高度處理能力的MCU，因此難以用於與小型太陽能電池配套使用的功率控制IC。
此次，富士通半導體考慮的是簡化最大功率點搜尋過程。達到最大功率點的電壓值大多是電流值為零時的電壓（開路電壓）的0.8倍左右。因此，富士通半導體決定測量開路電壓，一直追蹤0.8倍的電壓值。與現有MPPT功能相比，雖然在准確率方面有欠缺，但目前已確認，在0.1萬∼7萬lx的范圍內，能獲得基本接近最大功率點的輸出。
可抑制陰影對輸出影響的技術已獲實用
在日本，已開始採用可抑制陰影對太陽能發電系統輸出的影響的技術。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太陽能設施採用了該公司的系統。將從2013年4月開始設置。另外日本還有兩處百萬瓦級太陽能設施已決定採用。
串聯的太陽能電池模塊中，如果部分模塊被陰影擋住，系統整體輸出會大幅下降。為了解決這一問題，TigoEnergy的系統將模塊電壓值及電流值的測定結果集中到控制單元，通過調節阻抗進行控制，已達到符合每個模塊的最佳電壓及電流（圖A-1）。除了陰影，還可抑制生產過程中形成的模塊輸出差異所產生的影響。
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圖A-1 減少陰影影響 Tigo Energy憑借可減少陰影等影響的技術進軍日本市場（a）。將於2013年第二季度將向市場投放專用ASIC（b）。（攝影：Tigo Energy公司） |
Tigo Energy目前正在提供設置在太陽能電池模塊上的外置型產品。今后計劃推出將該功能配備在接線盒上的產品，以降低採用成本。而且還力爭在2013年第二季度，將主要功能集中到ASIC上，以10美元以下的價格供貨。
如果太陽能電池普及到多個領域，易於受到陰影影響的場所也將設置太陽能電池。例如，如果在城市大廈的牆面上設置太陽能電池，便會受到周圍大廈陰影的巨大影響。在這種情況下，Tigo Energy的技術將發揮作用。（日經能源環境網 供稿）
