以“社区装置共享”解决太阳能固有难题，沙漠也可建农场

风力发电和光伏发电等可再生能源的最大课题是发电量不稳定。不过，许多国家打算以可再生能源发电来提供所需全部能源量的20～30％。今后，如果这种能源大量接入电网，直接利用现有电网，可能会导致停电或者电力质量降低。

        为此，东京工业大学综合研究院解决方案研究机构特聘教授黑川浩助的研发小组和新日本石油公司正在进行研究和实证实验，探讨不会给现有电网造成影响的“自律度提高型光伏发电系统”。

        日本的电网很少停电，由电气设备工作不正常及故障所引发的频率波动也较小，其可靠性在全球属于最高水平。不过，目前日本的电网正面临很有可能对其可靠性造成威胁的情况。这就是可再生能源的大量采用。日本政府在这方面制定的目标是，到2020年，使光伏发电采用量达到28吉瓦，相当于2005年的约20倍，到2030年提高到53吉瓦，达到2005年的40倍左右。

以“社区”为单位进行装置共享

        风力发电和光伏发电的最大课题，在于发电量不稳定。这是因为其发电量会因天气条件的变化而受到很大影响。因此，当这些电力接入电网之后，住宅通过电网卖掉剩余电力的情况会频繁发生，从而给电网电压及频率的稳定性带来影响。

        为了解决这个问题，东京工业大学综合研究院解决方案研究机构特聘教授黑川浩助的研发小组和新日本石油正在积极推进研究和实证实验，探讨不会对现有电网产生影响的光伏发电系统“自律度提高型光伏发电系统”。

        该系统设想用于几乎所有住宅及办公楼都采用了光伏发电系统的地区。首先将在地区内自动进行电力融通。之后如果地区电力依然短缺，便从电网购买电力，若有剩余再输送入电网进行销售。与各个住宅直接接入电网相比，该方式更易于保持稳定性。

        日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）从2004年度到2005年度一直从事该系统的研究。为了确认其成果，2008年度东京工业大学和新日本石油受日本国土交通省委托进行实证实验。目前已经在位于东京目黑区的东京工业大学蔵前会馆屋顶上设置了太阳能电池板，作为实验场所。

东京工业大学蔵前会馆屋顶上设置的太阳能电池板

 
      现在，设置有光伏电池板的住宅大多是每栋设置1台蓄电池和电源调节器。电源调节器是将光伏发电产生的直流电转换成用于普通家庭的交流电的装置。

        而自律度提高型光伏发电系统是在称为“社区”的整个地区共享一台蓄电池和电源调节器。将把利用各个住宅及楼宇的太阳能电池板产生的电力储存于此，然后进行再分配。

通过频率了解充电状况

东京工业大学解决方案研究机构特聘助教伊藤雅一

        并且，新系统使用名为电力路由器的装置，连接多个社区。这是因为，互相融通电力的范围越大，越易于吸收发电量变动等带来的影响。

        新系统的关键，在于这个电力路由器技术。

        电力路由器通过连接着的电源调节器，根据交流电的频率了解各个社区蓄电池的充电状况。然后对其进行比较并自动进行调节，使电力从较多处流向较少处。

        黑川浩助特聘教授研发小组的特聘助教伊藤雅一自信地表示：“该系统最大的特点在于仅利用频率即可控制电力融通。这是通过我们开发的电力路由器控制系统才得以实现的功能。”

        日本需要这种功能，有其特定因素。

        美国打算对已经相当老化且质量显著降低的电网进行全面更新，构建可应对大量采用可再生能源的新一代电网——智能电网。

        然而，日本已经铺设了具备通信功能、电压及频率稳定性较高的电网。因此，拥有电网的电力公司等不赞成将不稳定的可再生能源大量接入该电网。因此便想出了这个自律度提高型光伏发电系统。


蒙古“10万座太阳能蒙古包计划”

        黑川浩助特聘教授等组成的研发小组进一步对系统进行了改良。使电源调节器具备电力路由器的功能，可在不使用电网的情况下融通电力。该系统应用于发展中国家等应该也非常有效。这是因为，即使在没有铺设电网的地区，也能在相邻的居民之间融通利用太阳能电池板所发的电力。

        比如应用于蒙古政府从1999年开始推进的“10万座太阳能蒙古包计划”。该计划的主要内容是，在10万座蒙古民族移动式住宅蒙古包中，设置太阳能电池板和用于汽车的电池，使居民能够利用照明器具、收音机及电视。据称这5年内已经在3万顶蒙古包中进行了设置。

在蒙古，在作为移动住居的蒙古包中设置太阳能电池板和用于汽车的电池。利用这些电力，可使用照明器具、收音机及电视。（点击放大）

        伊藤特聘助教说：“如果将此处使用的汽车电池与我们开发的电源调节器相连，便可在蒙古包之间相互融通电力。我们想在下次去蒙古时提出建议方案，并进行相关实验。”

在沙漠进行农作物栽培

        伊藤特聘助教开始研究光伏发电系统的契机可以追溯到2000年。当他还是东京农工大学大四学生时，就对当时任东京农工大学特聘教授的黑川浩助在蒙古沙漠中设置太阳能电池板进行发电的研究产生了很大的兴趣。之后在硕士课程、博士课程学习期间，他与黑川教授一同致力于光伏发电系统的研究。曾去过蒙古三次。

在蒙古沙漠中设置太阳能电池板进行发电的研究。这是2003年时的照片。

        并且，伊藤特聘助教还与黑川教授一起，使用人造卫星调查把光伏发电系统设置于地球何处发电效率最高。设置太阳能电池板的场所最好是植物难以生存的沙漠地带。

        不过，也不是任何沙漠都适合。如果是沙丘的话，由于沙子会被风吹散或者移动，因此很难设置太阳能电池板。同样是沙漠，地面较硬的砾漠最为适合。他们脚踏实地继续进行着这样的调查，现已制作完成设置光伏发电系统最佳场所的世界地图。

        目前，伊藤助教考虑的是使在蒙古所发的电力也能为当地居民充分利用，正在与东京农工大学的研究人员推进相关研究。

        伊藤特聘助教说：“如果有电，便可容易地进行室内温度管理等，因此便可在沙漠稳定地栽培农作物。今后我们将以光伏发电为基础，继续进行能够为社会做贡献的研究。”（《日经商务在线》特约撰稿人：山田久美）