2011年6月，智能太陽能國際公司（Smart Solar International）正式開始生產(chǎn)及銷售單位面積發(fā)電量約為現(xiàn)有結晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)2倍的新型光伏發(fā)電系統(tǒng)。

智能太陽能國際公司代表董事、東京大學尖端科學技術研究中心特聘教授富田孝司

        該公司是在夏普多年擔任光伏系統(tǒng)事業(yè)本部長的富田孝司于2009年8月成立的風險企業(yè)。該公司確立了同時積極開展海外業(yè)務的方針，力爭2014年和2015年的年銷售額分別實現(xiàn)100億日元和200億日元。

        “作為核電的替代能源，要努力一舉加速普及光伏發(fā)電系統(tǒng)。這也是我的職責”，在光伏發(fā)電行業(yè)有“太陽能先生（Mr.solar）”綽號的富田孝司這樣說道。

        富田在夏普多年擔任光伏系統(tǒng)事業(yè)本部長，擁有使該公司光伏發(fā)電系統(tǒng)的銷售額連續(xù)七年位居全球首位的業(yè)績。

        他于2009年8月在東京大學優(yōu)勢資本公司（UTEC：The University of Tokyo Edge Capital Co., Ltd）的出資援助下，成立了風險企業(yè)智能太陽能國際公司。作為代表董事，正在全力開發(fā)高轉換效率、低成本、可大規(guī)模推廣的新款光伏發(fā)電系統(tǒng)。

        智能太陽能國際于2011年1月在位于宮城縣大崎市的主力化學廠商RASA工業(yè)公司（Rasa Industries)的三本木工廠內，設立了光伏發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)基地。并于同年6月正式開始進行生產(chǎn)及銷售。確立了同時積極開展海外業(yè)務的方針，力爭2014年和2015年的年銷售額分別實現(xiàn)100億日元和200億日元。

太陽能電池也存在資源外交風險

        富田介紹說：“最初預定從10月起正式開始進行生產(chǎn)及銷售，但由于福島核電站事故等原因，決定提前進行。另外，偶然的是，在東日本大地震發(fā)生的3月11日，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省宣布將實施電力運營商以固定價格收購可再生能源制度。我們將借助該制度的實施，竭盡全力普及該系統(tǒng)。”

跟蹤太陽的移動轉動反射鏡

        于是，富田決定以提高轉換效率和增加發(fā)電量為目標，與尖端科學技術研究中心共同進行新型光伏發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)。此次投入實用的是“跟蹤聚光型光伏發(fā)電系統(tǒng)”。

        該系統(tǒng)主要有三個技術重點，即跟蹤聚光技術、冷卻技術以及單元多層化技術。單元是指幾厘米見方的太陽能電池板，幾十枚單元排列組成模塊。

        跟蹤聚光技術正如其名稱一樣，是指可跟蹤太陽光并聚光的技術。

        目前，設置于住宅等的屋頂?shù)墓潭ㄊ教柲茈姵匕咫S著太陽位置的變動，光線入射量也會發(fā)生很大變化。因此，特別是光線入射量較少的早晨和傍晚，發(fā)電量會大幅減少。

跟蹤聚光概念圖（提供：智能太陽能國際公司）

        因此富田通過相應太陽的移動轉動反射鏡，使太陽能電池板能一直受到較多陽光的照射。并且因為使用反射鏡，所以模塊無需制成面板狀，于是便制成了聚光效率較高的棒狀。

        這樣一來，與原有固定式結晶硅太陽能電池板相比，可受到5～10倍的陽光照射，發(fā)電量也提高了25％左右。而且，硅等材料的使用量也削減到了原先的4分之1～10分之1。從而可降低制造成本及資源風險。 

拋物面聚光型和菲涅爾聚光型
  
      并且，富田共開發(fā)了兩種跟蹤聚光系統(tǒng)，分別為拋物面聚光型和菲涅爾聚光型。

左側為拋物面聚光型，右側為菲涅爾聚光型。（照片提供：智能太陽能國際公司）

        拋物面聚光型是通過彎曲的反射鏡聚光。而菲涅爾聚光型則是排列設置12枚寬5厘米的細長反射鏡進行聚光。

        采用拋物面聚光型時，如果想要制造大型設備，便需要可承受風壓的機構。因此，設備規(guī)模會比較大，設置費用也會相應增加。而另一方面，菲涅爾聚光型雖然結構比較復雜，但由于風可以從反射鏡與反射鏡之間通過，因此易于設置在風力較強的大廈屋頂上等。

        如果陽光入射量提高到原先10倍，發(fā)電量似乎也應該提高到10倍，但實際上并沒有這么簡單。那么原因何在？其實主要原因就在于結晶硅不耐熱，由于太陽熱單元溫度會上升，隨之能源轉換效率會在達到40度左右的峰值之后迅速下降。

        于是，富田新開發(fā)了第二項關鍵技術——冷卻技術。

        其原理比較簡單。首先，在管狀容器中放入棒狀太陽能電池模塊和制冷劑，將兩端封閉。如果太陽能電池模塊的溫度因太陽熱而上升，管內的制冷劑便會從太陽能電池模塊處吸收熱量并蒸發(fā)。借助蒸發(fā)熱，太陽能電池模塊得到冷卻。

        另一方面，蒸發(fā)后的制冷劑會移動到其他場所。然后放熱并變回液體。這樣一來，制冷劑體積便會縮小，氣壓會下降。這能起到泵的作用，使制冷劑自動進行循環(huán)。從而成功防止了太陽能電池模塊過熱以及能源轉換效率下降。 

通過一枚單元可轉換波長范圍更廣的光

        另外，為了提高能源轉換效率，富田還與尖端科學技術研究中心共同開發(fā)出了第三項關鍵技術——單元多層化技術。

        目前，普通結晶硅太陽能電池的能源轉換效率僅為15％左右，提高轉換效率已經(jīng)成為一個重要的課題。其主要原因在于單使用過硅，只能利用波長范圍很廣的太陽光中的很少一部分光能。

        因此，富田等組合使用分別利用可吸收短波長、中波長及長波長的半導體制成的單元，實現(xiàn)了多層化。這樣一來，便可將波長范圍較廣的光轉變?yōu)殡娏Γ晒⒛茉崔D換效率提高到了20％左右。

        實際上，此前也有許多研究人員在致力于多層化的研發(fā)。不過，半導體結晶由于元素種類的不同，原子間的距離也各不相同，因此很難進行層壓，量產(chǎn)化沒有進展。

        富田介紹道：“對此我們采用了與之前完全不同的方法進行了層壓。如果使用該技術，便可自由組合使用多種單元，實現(xiàn)多層化，將多種波長的光轉變?yōu)殡娏ΑＭㄟ^組合使用單元，也有可能實現(xiàn)50～60％的轉換效率。”

以“陽光地帶”為中心進行銷售

        通過采用這三項技術，富田使單位面積發(fā)電量提高到了現(xiàn)有結晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)整體的2倍左右，并實現(xiàn)了低成本化。

        富田目前計劃將該系統(tǒng)針對連鎖經(jīng)營的便利店等零售店、餐飲店、企業(yè)工廠和倉庫以及大學等教育研究機構銷售，而不是面向夏普時代親自開拓建立的普通住宅市場推廣。

        富田雄心勃勃地表示：“該系統(tǒng)的規(guī)格適合大規(guī)模推廣。希望能夠以發(fā)電量較多為武器，盡量填補因東日本大地震而產(chǎn)生的電力缺口。”

        并且，還計劃2014年正式向海外市場進軍。將充分發(fā)揮該系統(tǒng)耐高溫的優(yōu)點，以印度、孟加拉及沙特等日照量較多、被稱為“陽光地帶”的地區(qū)為中心進行銷售，并計劃親自開展發(fā)電事業(yè)。“2018年成為全球最大的光伏發(fā)電運營商”——這就是富田的目標。（《日經(jīng)商務在線》特約撰稿人：山田久美）
        現(xiàn)在，富田還擔任東京大學尖端科學技術研究中心超高效率太陽能電池領域特聘教授，此次開始生產(chǎn)和銷售的新型光伏發(fā)電系統(tǒng)就是與尖端科學技術研究中心的共同研究成果。其最大的特點在于，單位面積的發(fā)電量高達現(xiàn)有結晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)的2倍左右，實現(xiàn)全球最高水平。

富田開發(fā)的跟蹤聚光型光伏發(fā)電系統(tǒng)。由拋物面聚光型裝置排列而成。（照片提供：智能太陽能國際公司）（點擊放大）

        日本國內發(fā)電能力在2009年為281吉瓦（吉為10的9次方）。不過，據(jù)預測到2020年需要301吉瓦的發(fā)電能力。如果維持現(xiàn)狀，到2020年，發(fā)電能力將出現(xiàn)20吉瓦的短缺。在因東日本大地震而發(fā)生的電力短缺的背景下，這種狀況今后有可能進一步惡化。

        富田解釋說：“假如發(fā)電能力短缺部分全部通過現(xiàn)有結晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)提供，需要160～180吉瓦的發(fā)電能力。另一方面，現(xiàn)在日本國內的太陽能電池廠商的總產(chǎn)能僅為2吉瓦。10年后要將這一數(shù)值提高到80倍或90倍，這并不現(xiàn)實。”

        并且，假設即使現(xiàn)有結晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)的國內產(chǎn)能提高到目前的100倍，又會出現(xiàn)其他問題。那就是，與作為太陽能電池板材料的高純度硅和作為透明電極材料的銦等稀有金屬有關的資源外交風險。

        現(xiàn)在，從硅石的發(fā)掘到精煉，日本的太陽能電池板使用的高純度硅的采購幾乎100％需要依賴海外。而且現(xiàn)在9成以上要依賴中國。今后，如果全球需求擴大，中國出口限制及價格暴漲等風險或許會進一步提高。

        富田表示：“要避免出現(xiàn)這種狀況，提高能源轉換效率和增加發(fā)電量不可或缺，為此無論如何都必須開發(fā)革新技術。”