風力發電和光伏發電等可再生能源的最大課題是發電量不穩定。不過，許多國家打算以可再生能源發電來提供所需全部能源量的20～30％。今后，如果這種能源大量接入電網，直接利用現有電網，可能會導致停電或者電力質量降低。

        為此，東京工業大學綜合研究院解決方案研究機構特聘教授黑川浩助的研發小組和新日本石油公司正在進行研究和實證實驗，探討不會給現有電網造成影響的“自律度提高型光伏發電系統”。

        日本的電網很少停電，由電氣設備工作不正常及故障所引發的頻率波動也較小，其可靠性在全球屬于最高水平。不過，目前日本的電網正面臨很有可能對其可靠性造成威脅的情況。這就是可再生能源的大量采用。日本政府在這方面制定的目標是，到2020年，使光伏發電采用量達到28吉瓦，相當于2005年的約20倍，到2030年提高到53吉瓦，達到2005年的40倍左右。

以“社區”為單位進行裝置共享

        風力發電和光伏發電的最大課題，在于發電量不穩定。這是因為其發電量會因天氣條件的變化而受到很大影響。因此，當這些電力接入電網之后，住宅通過電網賣掉剩余電力的情況會頻繁發生，從而給電網電壓及頻率的穩定性帶來影響。

        為了解決這個問題，東京工業大學綜合研究院解決方案研究機構特聘教授黑川浩助的研發小組和新日本石油正在積極推進研究和實證實驗，探討不會對現有電網產生影響的光伏發電系統“自律度提高型光伏發電系統”。

        該系統設想用于幾乎所有住宅及辦公樓都采用了光伏發電系統的地區。首先將在地區內自動進行電力融通。之后如果地區電力依然短缺，便從電網購買電力，若有剩余再輸送入電網進行銷售。與各個住宅直接接入電網相比，該方式更易于保持穩定性。

        日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）從2004年度到2005年度一直從事該系統的研究。為了確認其成果，2008年度東京工業大學和新日本石油受日本國土交通省委托進行實證實驗。目前已經在位于東京目黑區的東京工業大學蔵前會館屋頂上設置了太陽能電池板，作為實驗場所。

東京工業大學蔵前會館屋頂上設置的太陽能電池板

 
      現在，設置有光伏電池板的住宅大多是每棟設置1臺蓄電池和電源調節器。電源調節器是將光伏發電產生的直流電轉換成用于普通家庭的交流電的裝置。

        而自律度提高型光伏發電系統是在稱為“社區”的整個地區共享一臺蓄電池和電源調節器。將把利用各個住宅及樓宇的太陽能電池板產生的電力儲存于此，然后進行再分配。

通過頻率了解充電狀況

東京工業大學解決方案研究機構特聘助教伊藤雅一

        并且，新系統使用名為電力路由器的裝置，連接多個社區。這是因為，互相融通電力的范圍越大，越易于吸收發電量變動等帶來的影響。

        新系統的關鍵，在于這個電力路由器技術。

        電力路由器通過連接著的電源調節器，根據交流電的頻率了解各個社區蓄電池的充電狀況。然后對其進行比較并自動進行調節，使電力從較多處流向較少處。

        黑川浩助特聘教授研發小組的特聘助教伊藤雅一自信地表示：“該系統最大的特點在于僅利用頻率即可控制電力融通。這是通過我們開發的電力路由器控制系統才得以實現的功能。”

        日本需要這種功能，有其特定因素。

        美國打算對已經相當老化且質量顯著降低的電網進行全面更新，構建可應對大量采用可再生能源的新一代電網——智能電網。

        然而，日本已經鋪設了具備通信功能、電壓及頻率穩定性較高的電網。因此，擁有電網的電力公司等不贊成將不穩定的可再生能源大量接入該電網。因此便想出了這個自律度提高型光伏發電系統。


蒙古“10萬座太陽能蒙古包計劃”

        黑川浩助特聘教授等組成的研發小組進一步對系統進行了改良。使電源調節器具備電力路由器的功能，可在不使用電網的情況下融通電力。該系統應用于發展中國家等應該也非常有效。這是因為，即使在沒有鋪設電網的地區，也能在相鄰的居民之間融通利用太陽能電池板所發的電力。

        比如應用于蒙古政府從1999年開始推進的“10萬座太陽能蒙古包計劃”。該計劃的主要內容是，在10萬座蒙古民族移動式住宅蒙古包中，設置太陽能電池板和用于汽車的電池，使居民能夠利用照明器具、收音機及電視。據稱這5年內已經在3萬頂蒙古包中進行了設置。

在蒙古，在作為移動住居的蒙古包中設置太陽能電池板和用于汽車的電池。利用這些電力，可使用照明器具、收音機及電視。（點擊放大）

        伊藤特聘助教說：“如果將此處使用的汽車電池與我們開發的電源調節器相連，便可在蒙古包之間相互融通電力。我們想在下次去蒙古時提出建議方案，并進行相關實驗。”

在沙漠進行農作物栽培

        伊藤特聘助教開始研究光伏發電系統的契機可以追溯到2000年。當他還是東京農工大學大四學生時，就對當時任東京農工大學特聘教授的黑川浩助在蒙古沙漠中設置太陽能電池板進行發電的研究產生了很大的興趣。之后在碩士課程、博士課程學習期間，他與黑川教授一同致力于光伏發電系統的研究。曾去過蒙古三次。

在蒙古沙漠中設置太陽能電池板進行發電的研究。這是2003年時的照片。

        并且，伊藤特聘助教還與黑川教授一起，使用人造衛星調查把光伏發電系統設置于地球何處發電效率最高。設置太陽能電池板的場所最好是植物難以生存的沙漠地帶。

        不過，也不是任何沙漠都適合。如果是沙丘的話，由于沙子會被風吹散或者移動，因此很難設置太陽能電池板。同樣是沙漠，地面較硬的礫漠最為適合。他們腳踏實地繼續進行著這樣的調查，現已制作完成設置光伏發電系統最佳場所的世界地圖。

        目前，伊藤助教考慮的是使在蒙古所發的電力也能為當地居民充分利用，正在與東京農工大學的研究人員推進相關研究。

        伊藤特聘助教說：“如果有電，便可容易地進行室內溫度管理等，因此便可在沙漠穩定地栽培農作物。今后我們將以光伏發電為基礎，繼續進行能夠為社會做貢獻的研究。”（《日經商務在線》特約撰稿人：山田久美）