太陽能電池利用方案源源不絕

核心提示：在住宅內(nèi)有效利用太陽能電池自然不能缺少蓄電池。其作用是穩(wěn)定功率波動(dòng)、儲(chǔ)存剩余電力。關(guān)于住宅需要蓄電池的容量也是眾說紛紜，但從家庭1天的用電量為十幾kWh左右來看，其容量至少需要數(shù)kWh。

為了大幅改用可再生能源，全球的電網(wǎng)及住宅改革正在興起。日本首相鳩山由紀(jì)夫也宣布日本要在1990年基準(zhǔn)上實(shí)現(xiàn)CO2減排25％的目標(biāo)，表明了走在世界環(huán)保前列的決心。

這個(gè)目標(biāo)該如何達(dá)成？雖然實(shí)際對策的探索才剛剛開始，但對住宅變革所給予的期待極大。日本政府已經(jīng)確立了在2020年之前導(dǎo)入2800萬kW太陽能電池的目標(biāo)，其中大部分計(jì)劃配備于住宅。在本屆CEATEC上，很多廠商都展示了在住宅內(nèi)高效利用太陽能電池等可再生能源的嘗試及創(chuàng)意（圖1）。

圖1：邁向住宅的“能源自給自足時(shí)代”

控制太陽能電池等分散電源、蓄電池、電動(dòng)汽車、直流供電系統(tǒng)補(bǔ)充住宅能源的技術(shù)悉數(shù)到齊。

組合通用產(chǎn)品的蓄電池

在住宅內(nèi)有效利用太陽能電池自然不能缺少蓄電池。其作用是穩(wěn)定功率波動(dòng)、儲(chǔ)存剩余電力。關(guān)于住宅需要蓄電池的容量也是眾說紛紜，但從家庭1天的用電量為十幾kWh左右來看，其容量至少需要數(shù)kWh。要想導(dǎo)入如此容量的電池，即使電池價(jià)格便宜，至少也需要數(shù)十萬日元。

在此次展會(huì)上，為了降低住宅用蓄電池的價(jià)格，使用個(gè)人電腦通用產(chǎn)品的嘗試、把電動(dòng)汽車蓄電池應(yīng)用于住宅的創(chuàng)意等比比皆是。

例如，松下就試制了使用140個(gè)筆記本電腦用圓筒型單元的鋰離子充電電池模塊（圖2）。該模塊可以利用已大量投產(chǎn)的現(xiàn)有筆記本電腦設(shè)備，“與使用車載專用單元相比，成本可以減半”（松下）。

圖2：固定式鋰離子充電電池陸續(xù)問世

面向住宅內(nèi)直流供電的“直流樣板房”用固定式鋰離子充電電池接連展出。松下沿用的市售圓筒型單元（a）。夏普展出了其投資的電池風(fēng)險(xiǎn)公司——ELIIYPower的鋰離子充電電池單元（b）。TDK使用了自主開發(fā)的層疊型單元（c）。

該公司的充電電池模塊由直徑18mm×高65mm的“18650”圓筒型單元以20并聯(lián)×7串聯(lián)的結(jié)構(gòu)配置。模塊電壓為25.2V，容量約為1.5kWh。為了提高單元的安全性，電極極板表面形成有氧化鋁絕緣層“HRL（heat resistance layer）”。在展會(huì)現(xiàn)場，該公司展示了使用6個(gè)該電池模塊、容量約為9kWh的家用單元。

另一方面，日產(chǎn)汽車在演講中闡述了“V2H（vehicle to home）”重要思路，也就是將電動(dòng)車輛蓄電池應(yīng)用于住宅，從而降低成本。

該公司常務(wù)執(zhí)行董事篠原稔認(rèn)為，終有一天，“住宅將能夠利用太陽能電池產(chǎn)生的電量為電動(dòng)汽車的蓄電池充電，使用這些電量實(shí)現(xiàn)家庭電力的基本自給自足”。篠原表示，“汽車的行駛時(shí)間最多只占1天的10％左右”。只要在不行駛的時(shí)間將電力分給住宅使用，完全可以作為住宅用蓄電池。

利用直流實(shí)現(xiàn)住宅節(jié)能

圖3：可供住宅使用的直流插座松下電工和TDK分別展出了在住宅中為電器供應(yīng)直流電的直流插座。松下電工展出的是住宅用直流插座模型（a）。TDK參考展出了能夠根據(jù)電器改變電壓的試制品（b）。

對于已經(jīng)安裝了蓄電池的住宅，提高能效的行動(dòng)也日趨活躍。代表范例是為住宅內(nèi)直流供電的“直流樣板房”。由于分散電源和蓄電池的輸出為直流，因此，不轉(zhuǎn)換交流可以提高效率。

例如，松下電工展出了能夠同時(shí)利用交流布線和直流專用布線的“AC/DC混合布線系統(tǒng)”。該系統(tǒng)無需為配備逆變器的空調(diào)和冰箱等家電逐一進(jìn)行AC-DC轉(zhuǎn)換，只需把AC-DC轉(zhuǎn)換器集中到配電盤實(shí)施高效轉(zhuǎn)換，即可降低電力損失。

而且，該公司還展出了面向48V以下低電壓電器的住宅用直流插座模型（圖3（a））。為了提高安全性，插頭四周設(shè)置了樹脂壁。

除固定電壓外還能支持變頻的直流插座也出現(xiàn)在會(huì)場。TDK試制了能夠根據(jù)連接電器自動(dòng)改變電壓的“通用直流供電插座”（圖3（b））。對于24V以下的電器，該插座可以根據(jù)電器的電壓進(jìn)行直流供電。根據(jù)插頭的物理形狀識別電器的電壓，以最佳電壓從插座一側(cè)輸出直流電。在插座一側(cè)，數(shù)字控制的DC-DC轉(zhuǎn)換器會(huì)把24V直流電轉(zhuǎn)換成適合該電器的電壓。

太陽能電池進(jìn)入室內(nèi)

太陽能電池的展出也為數(shù)眾多。其中，各公司一致展出的并不是設(shè)置在住宅屋頂?shù)碾姵?，而是在住宅?nèi)使用的色素增感型太陽能電池（圖4）。其著眼點(diǎn)分別在于提高住宅內(nèi)低照度環(huán)境下的效率，以及提高設(shè)計(jì)性。

圖4：色素增感型太陽能電池的室內(nèi)利用方案層出不窮各公司紛紛展出通過組合蓄電池、提高設(shè)計(jì)性等方式強(qiáng)化了室內(nèi)使用效果的色素增感型太陽能電池。羅姆根據(jù)室內(nèi)低照度環(huán)境對色素和電極進(jìn)行了優(yōu)化（a）。TDK利用Ag膏布線繪制出了圖案（b）。太陽誘電通過結(jié)合Li離子電容器，使為電器充電變得簡單（c）。

例如，羅姆開發(fā)出了室內(nèi)專用的色素增感型太陽能電池。該電池著眼于色素增感型太陽能電池比Si太陽能電池更適合室內(nèi)低照度環(huán)境的特點(diǎn)，可以應(yīng)用于掛鐘和住宅內(nèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)。

這種太陽能電池的色素和電極根據(jù)室內(nèi)的低照度環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化，在3330lx的熒光燈照射下，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)20.25％。開發(fā)使用了羅姆的集團(tuán)公司——OKI半導(dǎo)體的技術(shù)。今后，羅姆將逐漸開拓色素增感型太陽能電池的室內(nèi)用途，并在同時(shí)開展評估用試制品的開發(fā)。

重視設(shè)計(jì)性的太陽能電池試制品來自TDK。該公司試制出了不僅能在電池板上著色，還能夠繪制圖案的色素增感型太陽能電池。由于使用了柔性的PEN薄膜，因此，該電池具有重量輕、耐沖擊性優(yōu)良的特點(diǎn)。

圖案的形成利用的是絲網(wǎng)印刷形成的Ag膏布線。但Ag膏描繪的圖案必須發(fā)揮電極的作用。因此，圖案需要由延伸至外圍的連線構(gòu)成。

為了提高可靠性，TDK改進(jìn)了Ag膏與電解液之間的保護(hù)層，防止了Ag膏腐蝕。在室溫條件下可使用5年左右。單元的轉(zhuǎn)換效率在實(shí)驗(yàn)階段為7.9％。