(5)水面設置還可增加發電量

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【太陽能電池新領域】

(5)水面設置還可增加發電量

2013/04/15

【日經BP社報導】

利用太陽能電池的實證實驗及設置事例日益增多。

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,太陽能電池應用於所有用途為期不遠。

       目前在「水上」、「農田」、「住宅(屋頂以外)」、「大廈」及「汽車」領域,積極利用太陽能電池的行動日益活躍(圖1)。有些領域已經開始進行實證實驗,並已有了具體的設置事例。

為了全面普及太陽能電池,各領域正積極推進旨在解決課題的相關舉措。

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

      

例如,在「水上」領域,為了解決在船舶上,以及在湖泊等的水面上進行設置時所面臨的課題,相關研究開發相當活躍。在船舶方面,已有了應對輸出變動的方法,在水面設置方面,連接陸地的佈線的耐久性得到提高。
      

在「農田」領域,面臨的最大課題是太陽能電池設置標準不明確。太陽能電池廠商正在準備累積可證實太陽能電池不會對各種作物產生影響的數據。
      

在「住宅」領域,為了滿足減少電源施工的需求,開始在電動卷簾門窗及室內感測器上利用太陽能電池。在「大廈」領域,由於只在屋頂設置太陽能電池場所有限,因此可設置在牆壁及窗戶上的太陽能電池也已登場。
      

與大廈同樣,太陽能電池設置面積較少的是「汽車」領域。雖然出現了設置於車頂的事例,但今後還需要繼續開發可簡便地配備在引擎蓋及車門等處的太陽能電池。
水上:通過冷卻效果增加發電量
      

日本郵船公司旗下承擔技術開發的MTI公司技術戰略組負責人信原真人稱:「為了將太陽能電池應用於船舶,我們已經實施了目前能夠做到的所有研究。只要條件具備,隨時都能配備。」日本郵船計劃在2030年左右,通過配備太陽能電池等,實現每個貨櫃平均二氧化碳排放量較現在削減69%的船舶「NYK SUPER ECO SHIP2030」。
      

為了實現上述目標,日本郵船先於2008年12月完成了配備太陽能電池的汽車運輸船「Auriga Leader」,並一直在致力於找出配備太陽能電池所面臨的課題以及開發解決手段。

圖2 在汽車運輸船上設置太陽能電池
日本郵船在汽車運輸船上設置了40千瓦的太陽能電池及115千瓦時的蓄電池等,實施了實證實驗。(攝影:日本郵船)

      

在Auriga Leader竣工之後約2年時間內,配備40千瓦的太陽能電池模組,調查了太陽能電池的發電特性。

最初約7個月時間的發電量為32兆瓦時,與設置於東京都陸地上的設備相比多1.4倍左右。

發電量增加的原因在於:

(1)航海區域的太陽高度比東京都高,日照強度較強;

(2)平均日照時間較長;

(3 )船舶前進時產生的風可冷卻模組等。
      

另一方面,技術課題也凸顯出來。

那就是,在陽光被雲擋住等情況下,輸出變動之大超出預想。

Auriga Leader上設置有3台1150千瓦的柴油發電機,如果採用40千瓦的太陽能電池,可充分吸收輸出變動。

不過,日本郵船力爭實現的是,配備可設置在汽車運輸船甲板上的250千瓦的太陽能電池。

在這種情況下,有可能難以向船內穩定供電。
      

於是日本郵船于2011年6月,新配備了蓄電池,開始進行實證實驗。

配備了川崎重工業公司開發的鎳氫充電電池「GIGACELL」,容量為 115千瓦時。

由於實證實驗期間是到2012年年底,因此尚未公開詳細數據,但通過利用蓄電池使太陽能電池輸出變動均勻化,因而沒有對柴油發電機產生惡劣影響。

除了日本郵船,其他海運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輸船「EMERALD ACE」。

該船在航海過程中將太陽能電池所發電力存儲在蓄電池中,停泊在港灣中時,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2.2兆瓦時的大容量鋰離子充電電池。
直接浮在水上
      

West Holdings公司採用的方法不是在陸地上,而是通過設置浮體,在水上設置太陽能電池。該公司的調查結果顯示,日本約有790個適合建設百萬瓦級太陽能設施、水面面積在1.5萬平方米以上的湖沼、水庫及調節池等。
      

West Holdings宣佈,自2012年11月起將在1年時間內,在其中10個場所建設共計20兆瓦的「水上百萬瓦級太陽能設施」。
      

關於建設水上百萬瓦級太陽能設施,West Holdings與南韓LSIS公司進行了合作(圖3)。LSIS于2011年11月在南韓人工湖建成了100千瓦的太陽能發電系統,正在積極推進水上百萬瓦級太陽能設施的建設。

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

      

水上百萬瓦級太陽能設施的優點在於,借助水的冷卻效果,發電量有望增加,同時還可削減土地平整費及租賃費等。因此LSIS估算,到2020年,水上百萬瓦級太陽能設施的市場規模將從2013年的4

00億韓元,增長到1.8兆韓元。該公司預測,到2020年,將實現5000億韓元的銷售額。

海上設置面臨電纜課題
      

除了湖沼,LSIS還力爭設置於河流及海洋中。不過,在像日本沿岸一樣海底較深的場所,難以設置支架固定太陽能電池,不得不採用浮體式設備。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,電纜由於會隨海浪擺動,因此面臨耐久性課題。
      

風力發電機領域已先於太陽能電池領域研發在海上設置的浮體式設備,對於解決同樣課題的研究已取得進展。生產吊裝電纜的古河電氣工業公司目前正在針對浮體式風電場,加緊強化吊裝電纜。
      

強化的關鍵在於包覆導線的絕緣層周圍形成的鉛(Pb)遮水層。如果水透過遮水層,進入絕緣層,就會逐漸腐蝕絕緣體,破壞絕緣效果,產生「水樹」(water tree)現象。
      

如果是以往6千伏左右的用途,即使水滲入絕緣層,劣化的速度也並不快。

不過,浮體式發電站採用的是22千伏及66千伏高電壓,因此電纜的壽命會變得非常短。

為了防止海浪的搖動導致遮水層劣化,必須阻止水滲入。
      

古河電氣工業為了使電纜能在66千伏的高電壓下使用較長時間,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的差異,進行優化。(未完待續)

(《日經電子》記者:河合基伸)

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■關鍵詞
資源/能源/新材料 太陽能/LED/電池

■日文原文
課題解決で用途を拡大中,具體的な設置事例が続點

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