横滨“金属花瓣”太阳能综合设施是未来电力发展方向

据国外媒体报道，日本横滨出现了许多类似花瓣样的金属装置，但是它们并不是艺术雕刻，而是新型太阳能发电综合设施。在日本于2011年3月11日经历地震和海啸之后面临电力严重短缺的问题，这套尖端太阳能电站将作为横滨电力系统的重要组成部分。此外，由于福岛核电站在地震后出现了严重的核事故，其引发了全世界对核电安全性的探讨，日本由于拥有数量庞大的核电机组，迫使其重新评估新的能源战略。

据统计，在日本54座民用核反应堆中，其中52座在福岛核电站事件后已经过维护，剩余两座将在今年春季停堆维修。在日本国家、地方政府重新评估核反应堆是否能安全运行之前，这些反应堆依然不能发挥其应有的作用，这就造成了30%的电力缺口。不断上升的电力价格也阻碍了投资商的资金循环。因此，以太阳能技术前导的多种能源供给方案是当前的重点，但是这项计划并不是日本政府来执行，而是总部位于东京的全球五大钢铁巨头之一的日本钢铁工程控股公司JFE集团。

对于能源密集型的钢铁生产而言，可靠的电力供应是未来钢铁业的关键。横滨作为一个港口城市，新型太阳能电站沿着海岸线分布，预计今年春季将实现40至60千瓦的输出功率。该发电站最显著是整齐排列的日光反射装置，可根据太阳角度的变化调节与接受塔的角度，形成了一套光伏发电系统。另外两种类型的太阳能综合发电设施也正在建设之中。

 

 

                                                                                                                                                       太阳能发电站的集光效率

横滨“金属花瓣”太阳能电站由87个日光反射装置组成，自动跟踪太阳的运行角度，并将太阳光反射至20米(65英尺)高的光能接收器上，高塔型太阳能发电设备(CPV)的效率是使用传统的硅板材料的两倍，这得利于大约800个圆形反射镜面，在镜面后方的太阳能电池还可以直接发电。当数百个“花瓣”反射镜面同时工作时，接受塔将变得极为炎热，为此JFE钢铁集团的研究人员还为其开发了水循环冷却系统，循环水存在于太阳能模块与冷却装置之中，并尽量减小水的使用量。图片由日本钢铁工程控股公司(JFE集团)提供。

 

 

                                                                                                                                                           太空时代的太阳能跟踪技术

数量巨大的日光反射装置组成了横滨太阳能电站的聚光光伏能量系统，其中80个反射镜组安装了跟踪传感器保持对太阳的仰角变化，另外7个反射镜组使用平面直角镜面根据程序运行。圆形镜面由三鹰光器株式会社(Mitaka Kohki)研发，其他高精密的仪器由美国国家航空航天局、日本空间与宇航科学研究所开发。而日光反射镜则使用了空间太阳观测望远镜的跟踪传感器技术。虽然镜面上已经涂上了一层保护涂料，但是日本钢铁工程控股公司JFE集团认为需要在研发一种自动清洁镜面的装置，因为镜面的光洁程度直接影响到反射太阳光的效率，这样可提高收集阳光的能力。

 

 

                                                                                                                                                                 太阳光能的转化原理

图中显示了从地面太阳能反射镜面角度看接受塔的情景，横滨太阳能电站的聚光太阳能发电系统正式使用这套太阳能定向反射镜，将阳光集中照射于20米高的接受塔上。但是用于转换光能的则是CSP接收器，太阳能光电池与集光型太阳热能发电机，用以产生蒸汽。接下里的工作原理与火电厂的类似，产生的高温蒸汽推动涡轮机，这种电力提供方式与其他热核电站的工作原理也是相同的。该太阳能电站在前期测试期间并没有安装昂贵的蒸汽涡轮机用于发电。

 

 

                                                                                                                           新型太阳能发电适用于国土面积小的沿海国家

该系统在全面运作之后，将适用于大型发电任务以及存储热量提供夜间发电的支持。太阳能光电池与集光型太阳热能发电机仅支持阳光直接照射镜面，相对于家庭用电而言，日本钢铁工程控股公司JFE集团的技术还可支持多种气候条件的发电需求。该公司还整合了高塔型太阳能发电设备与太阳能光电池与集光型太阳热能发电机技术，更具成本效益与发电效率，并且能在夜间和阴雨天气发电。

集中式太阳能热发电系统依靠聚器可产生450摄氏度，约为842华氏度的蒸汽。主要设备为安装在平面镜上方2米处的线型收集管。相对简单的结构意味着只需较低的成本，而且相比较于传统抛物面槽式太阳能反射镜面，前者具有不受风的干扰等优点。在2011年，JEF集团的工程师被许可使用德国太阳能电力开发集团的技术，并获得在东南亚独家销售权，即便这样，这套系统在日本的装机数量仅限于少量太阳能电站，而JFE集团主要专注于销售使用线性菲涅尔技术的太阳能集热系统。

虽然该太阳能发电效率比传统的光伏发电系统效率高，但是日本缺乏大片土地，而且需要的安装环境应干燥、无云的天气。日本在上个世纪70年代和80年代就进行了全国性的太阳能发电试验，但是未能取得突破性的研究成果，便停止了进一步的研究。另一给原因便是日本国内的太阳能光电池与集光型太阳热能发电机技术缺乏商业利益，新的政策要求公用的政府事业机构用电要从可再生能源中购买，但其中并没有将太阳能发电纳入规定。但是该计划可与太阳能投资商签订长期的合同，并高于市场价格，这反映了太阳能发电的成本较高。

 

 

                                                                                                                                                全球变暖与尖端太阳能电站建设

在横滨建设新型尖端太阳能综合设施之前，JFE集团已经开始发展定向太阳光反射镜面技术，并且作为日本环境部应对全球变暖2010规划的一部分。但本次核危机的爆发使得新可再生能源的发展出现了紧迫性问题，三鹰光器株式会社与日本应用能源研究所的合作下，由JFE集团于2011年8月完成了采用太阳能光电池与集光型太阳热能发电机技术的高塔系统安装。

但是太阳能市场仍然是一个挑战，一度兴起的日本太阳能电池遭受到来自中国制造商低价格的竞争，之后日本政府通过新的奖励措施推动了该行业，并改变了能源格局。对JFE集团而言，在太阳能电站建设上的投入将超过日本电网恢复带来的冲击，公司已经投入资金超过3.7亿美元，以建设类似横滨这样的尖端太阳能发电设施，但在2015年完成目标至少还需6.1亿美元。