【太阳能电池新领域】（4）可织衣、可在暗处发电的太阳能电池也将问世

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　　在不久的将来，似乎还能用太阳能电池线做衣服。SphelarPower公司和福井县工业技术中心合作，共同开发出了将太阳能电池连成线状，制成纺织品的技术。其产品与通常纺织品同样柔软且可伸缩（图4）。已经通过试制品确认，所发电力可点亮LED灯。

　　 图4　利用太阳能电池制造纺织品

　　SphelarPower和福井县工业技术中心共同制造出将太阳能电池连成线状进行编织的纺织品。（摄影：SphelarPower）

　　该纺织品是将直径为1.2毫米的球状硅太阳能电池连成直线状，然后以此为纬线，编入经线制成。开发方并未公布将太阳能电池连成线状的具体方法等，但据称是通过结合SphelarPower的球状硅太阳能电池技术与福井县工业技术中心的导电线技术实现的。

　　球状硅是通过滴下熔化后的硅，利用其表面张力制成。这是SphelarPower的母公司京瓷经多年开发取得的技术成果，但并未实现普及。这是因为，球状硅不会像普通硅晶圆那样，在利用铸锭切割时留下边角料，因此，在硅原料严重短缺的2005年，因硅使用量可削减到原先的1/5左右而备受关注。不过，之后由于硅材料供应增加，原料短缺问题解决，因而并未实现普及。之后，2012年5月，由日本产业革新机构等出资，设立了SphelarPower。日本产业革新机构之所以出资，是因为该机构认为：“能够凭借该技术开拓与面临严酷成本竞争的现有太阳能电池不同的市场。”

　　光线较弱也能发电

　　“能够在光线多暗的环境下发电是决胜负的关键。”罗姆公司进行的挑战是改善在室外使用的太阳能电池不太受重视的特性。该公司开发出了可利用荧光灯及有机EL照明等室内光源，照度在50lx以下也能发电的色素增感型太阳能电池（图5）。

　　 图5　在暗处也能发电

　　罗姆开发出了在低照度下也能发电的色素增感型太阳能电池（a）。研究结果证实，与薄膜硅型太阳能电池相比，色素增感型太阳能电池即便遮住部分模块，发电量下降也较少（b）。（图：由本刊根据罗姆的资料制作而成）

　　要在暗处也能发电，需要尽量减少漏电流等损失，将微量的电力输出提取到外部。罗姆通过改进太阳能电池元件的结构等，努力减少损失。另外，为了提高整体发电量，作为吸附对光发生反应的色素的TiO2粒子，开发出了具备微细孔洞的“纳米多孔TiO2”。由此扩大了表面积，增加了吸附的色素量，提高了电流值。不过低照度一侧的电压值会下降，罗姆现在正致力于对这一部分进行改善。

　　在提高暗处发电性能的过程中，罗姆确认，色素增感型太阳能电池具备结晶硅型太阳能电池等所没有的特性。那就是对阴影的耐受性。一般来说，在结晶硅型太阳能电池是由多个单元串联而成的情况下，如果部分单元被阴影挡住，整体输出便会急剧下降。这是因为，照不到光线的部分不会产生载流子，因此电阻值升高。

　　相反，色素增感型太阳能电池即便部分单元被挡住，输出也是以缓慢的速度下降。罗姆研究开发本部设备解决方案研究开发部融合设备研发中心负责人奥良彰推测称，色素增感型电池由于使用了电解液，因此“即使照不到光线，也能维持一定的导电率”。

　　罗姆计划，充分利用色素增感型太阳能电池在暗处也能发电的特性及阴影耐受性，开拓室内用途等新领域。力争2014年左右实现实用化。

　　简易的MPPT功能

　　在新特性太阳能电池开发取得进展的同时，太阳能电池周边技术也在得到改良。在用于新领域的周边技术方面，似乎需要按用途对功率调节器等进行改良。试制了配备太阳能电池的船舶的日本邮船公司对功率调节器的防止单独运转功能进行了改良。该功能可在电力系统发生停电等异常情况时，使太阳能发电系统停止运转。船舶配备的供电网的电压及频率变动较大，因此利用原有功能，可能会频繁发生太阳能发电系统停运。因此，对系统进行了改良，使之直接监控船内发电机的工作状态、检测异常情况。富士通半导体公司在与室内小型太阳能电池模块组合使用的功率控制IC上，配备了简易最大功率点跟踪（maximum power pointtracking：MPPT）功能。即使照度发生变化，也能实现最大输出（图6）。

　　 图6　配备MPPT功能

　　富士通半导体在与小型太阳能电池配套使用的功率控制IC上，配备了简化MPPT功能（a）。借助该功能，即使照度发生变化，也能实现最大输出（b）。（图：由本刊根据富士通半导体的资料制作而成）

　　MPPT功能可使随着照度等而变化的太阳能电池输出达到最大。为了找出输出达到最大的电流及电压值，一般是采用“登山法”，即逐渐改变电压，检测输出的变化，实时计算输出电力峰值。不过，要求得峰值，需要具备高度处理能力的MCU，因此难以用于与小型太阳能电池配套使用的功率控制IC。

　　此次，富士通半导体考虑的是简化最大功率点搜寻过程。达到最大功率点的电压值大多是电流值为零时的电压（开路电压）的0.8倍左右。因此，富士通半导体决定测量开路电压，一直追踪0.8倍的电压值。与现有MPPT功能相比，虽然在准确率方面有欠缺，但目前已确认，在0.1万～7万lx的范围内，能获得基本接近最大功率点的输出。

　　可抑制阴影对输出影响的技术已获实用

　　在日本，已开始采用可抑制阴影对太阳能发电系统输出的影响的技术。美国TigoEnergy公司日前公布，熊本县最大输出功率为1.78兆瓦的百万瓦级太阳能设施采用了该公司的系统。将从2013年4月开始设置。另外日本还有两处百万瓦级太阳能设施已决定采用。

　　串联的太阳能电池模块中，如果部分模块被阴影挡住，系统整体输出会大幅下降。为了解决这一问题，TigoEnergy的系统将模块电压值及电流值的测定结果集中到控制单元，通过调节阻抗进行控制，已达到符合每个模块的最佳电压及电流（图A-1）。除了阴影，还可抑制生产过程中形成的模块输出差异所产生的影响。

　　 图A-1　减少阴影影响

　　Tigo Energy凭借可减少阴影等影响的技术进军日本市场（a）。将于2013年第二季度将向市场投放专用ASIC（b）。（摄影：Tigo Energy公司）

　　Tigo Energy目前正在提供设置在太阳能电池模块上的外置型产品。今后计划推出将该功能配备在接线盒上的产品，以降低采用成本。而且还力争在2013年第二季度，将主要功能集中到ASIC上，以10美元以下的价格供货。

　　如果太阳能电池普及到多个领域，易于受到阴影影响的场所也将设置太阳能电池。例如，如果在城市大厦的墙面上设置太阳能电池，便会受到周围大厦阴影的巨大影响。在这种情况下，Tigo Energy的技术将发挥作用。（日经能源环境网 供稿）