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據(jù)報道，日本橫濱出現(xiàn)了許多類似花瓣樣的金屬裝置，但是它們并不是藝術(shù)雕刻，而是新型太陽能發(fā)電綜合設(shè)施。在日本于2011年3月11日經(jīng)歷地震和海嘯之后面臨電力嚴(yán)重短缺的問題，這套尖端太陽能電站將作為橫濱電力系統(tǒng)的重要組成部分。此外，由于福島核電站在地震后出現(xiàn)了嚴(yán)重的核事故，其引發(fā)了全世界對核電安全性的探討，日本由于擁有數(shù)量龐大的核電機(jī)組，迫使其重新評估新的能源戰(zhàn)略。 據(jù)統(tǒng)計，在日本54座民用核反應(yīng)堆中，其中52座在福島核電站事件后已經(jīng)過維護(hù)，剩余兩座將在今年春季停堆維修。在日本國家、地方政府重新評估核反應(yīng)堆是否能安全運行之前，這些反應(yīng)堆依然不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，這就造成了30%的電力缺口。不斷上升的電力價格也阻礙了投資商的資金循環(huán)。因此，以太陽能技術(shù)前導(dǎo)的多種能源供給方案是當(dāng)前的重點，但是這項計劃并不是日本政府來執(zhí)行，而是總部位于東京的全球五大鋼鐵巨頭之一的日本鋼鐵工程控股公司JFE集團(tuán)。 
橫濱“金屬花瓣”太陽能綜合設(shè)施是未來電力發(fā)展方向 對于能源密集型的鋼鐵生產(chǎn)而言，可靠的電力供應(yīng)是未來鋼鐵業(yè)的關(guān)鍵。橫濱作為一個港口城市，新型太陽能電站沿著海岸線分布，預(yù)計今年春季將實現(xiàn)40至60千瓦的輸出功率。該發(fā)電站最顯著是整齊排列的日光反射裝置，可根據(jù)太陽角度的變化調(diào)節(jié)與接受塔的角度，形成了一套光伏發(fā)電系統(tǒng)。另外兩種類型的太陽能綜合發(fā)電設(shè)施也正在建設(shè)之中。
太陽能發(fā)電站的集光效率 橫濱“金屬花瓣”太陽能電站由87個日光反射裝置組成，自動跟蹤太陽的運行角度，并將太陽光反射至20米（65英尺）高的光能接收器上，高塔型太陽能發(fā)電設(shè)備（CPV）的效率是使用傳統(tǒng)的硅板材料的兩倍，這得利于大約800個圓形反射鏡面，在鏡面后方的太陽能電池還可以直接發(fā)電。當(dāng)數(shù)百個“花瓣”反射鏡面同時工作時，接受塔將變得極為炎熱，為此JFE鋼鐵集團(tuán)的研究人員還為其開發(fā)了水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，循環(huán)水存在于太陽能模塊與冷卻裝置之中，并盡量減小水的使用量。
太空時代的太陽能跟蹤技術(shù) 數(shù)量巨大的日光反射裝置組成了橫濱太陽能電站的聚光光伏能量系統(tǒng)，其中80個反射鏡組安裝了跟蹤傳感器保持對太陽的仰角變化，另外7個反射鏡組使用平面直角鏡面根據(jù)程序運行。圓形鏡面由三鷹光器株式會社（Mitaka Kohki）研發(fā)，其他高精密的儀器由美國國家航空航天局、日本空間與宇航科學(xué)研究所開發(fā)。而日光反射鏡則使用了空間太陽觀測望遠(yuǎn)鏡的跟蹤傳感器技術(shù)。雖然鏡面上已經(jīng)涂上了一層保護(hù)涂料，但是日本鋼鐵工程控股公司JFE集團(tuán)認(rèn)為需要在研發(fā)一種自動清潔鏡面的裝置，因為鏡面的光潔程度直接影響到反射太陽光的效率，這樣可提高收集陽光的能力。 圖中顯示了從地面太陽能反射鏡面角度看接受塔的情景，橫濱太陽能電站的聚光太陽能發(fā)電系統(tǒng)正式使用這套太陽能定向反射鏡，將陽光集中照射于20米高的接受塔上。但是用于轉(zhuǎn)換光能的則是CSP接收器，太陽能光電池與集光型太陽熱能發(fā)電機(jī)，用以產(chǎn)生蒸汽。接下里的工作原理與火電廠的類似，產(chǎn)生的高溫蒸汽推動渦輪機(jī)，這種電力提供方式與其他熱核電站的工作原理也是相同的。該太陽能電站在前期測試期間并沒有安裝昂貴的蒸汽渦輪機(jī)用于發(fā)電。 該系統(tǒng)在全面運作之后，將適用于大型發(fā)電任務(wù)以及存儲熱量提供夜間發(fā)電的支持。太陽能光電池與集光型太陽熱能發(fā)電機(jī)僅支持陽光直接照射鏡面，相對于家庭用電而言，日本鋼鐵工程控股公司JFE集團(tuán)的技術(shù)還可支持多種氣候條件的發(fā)電需求。該公司還整合了高塔型太陽能發(fā)電設(shè)備與太陽能光電池與集光型太陽熱能發(fā)電機(jī)技術(shù)，更具成本效益與發(fā)電效率，并且能在夜間和陰雨天氣發(fā)電。
太陽光能的轉(zhuǎn)化原理 集中式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)依靠聚器可產(chǎn)生450攝氏度，約為842華氏度的蒸汽。主要設(shè)備為安裝在平面鏡上方2米處的線型收集管。相對簡單的結(jié)構(gòu)意味著只需較低的成本，而且相比較于傳統(tǒng)拋物面槽式太陽能反射鏡面，前者具有不受風(fēng)的干擾等優(yōu)點。在2011年，JEF集團(tuán)的工程師被許可使用德國太陽能電力開發(fā)集團(tuán)的技術(shù)，并獲得在東南亞獨家銷售權(quán)，即便這樣，這套系統(tǒng)在日本的裝機(jī)數(shù)量僅限于少量太陽能電站，而JFE集團(tuán)主要專注于銷售使用線性菲涅爾技術(shù)的太陽能集熱系統(tǒng)。
全球變暖與尖端太陽能電站建設(shè) 雖然該太陽能發(fā)電效率比傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)效率高，但是日本缺乏大片土地，而且需要的安裝環(huán)境應(yīng)干燥、無云的天氣。日本在上個世紀(jì)70年代和80年代就進(jìn)行了全國性的太陽能發(fā)電試驗，但是未能取得突破性的研究成果，便停止了進(jìn)一步的研究。另一給原因便是日本國內(nèi)的太陽能光電池與集光型太陽熱能發(fā)電機(jī)技術(shù)缺乏商業(yè)利益，新的政策要求公用的政府事業(yè)機(jī)構(gòu)用電要從可再生能源中購買，但其中并沒有將太陽能發(fā)電納入規(guī)定。但是該計劃可與太陽能投資商簽訂長期的合同，并高于市場價格，這反映了太陽能發(fā)電的成本較高。 在橫濱建設(shè)新型尖端太陽能綜合設(shè)施之前，JFE集團(tuán)已經(jīng)開始發(fā)展定向太陽光反射鏡面技術(shù)，并且作為日本環(huán)境部應(yīng)對全球變暖2010規(guī)劃的一部分。但本次核危機(jī)的爆發(fā)使得新可再生能源的發(fā)展出現(xiàn)了緊迫性問題，三鷹光器株式會社與日本應(yīng)用能源研究所的合作下，由JFE集團(tuán)于2011年8月完成了采用太陽能光電池與集光型太陽熱能發(fā)電機(jī)技術(shù)的高塔系統(tǒng)安裝。 但是太陽能市場仍然是一個挑戰(zhàn)，一度興起的日本太陽能電池遭受到來自中國制造商低價格的競爭，之后日本政府通過新的獎勵措施推動了該行業(yè)，并改變了能源格局。對JFE集團(tuán)而言，在太陽能電站建設(shè)上的投入將超過日本電網(wǎng)恢復(fù)帶來的沖擊，公司已經(jīng)投入資金超過3.7億美元，以建設(shè)類似橫濱這樣的尖端太陽能發(fā)電設(shè)施，但在2015年完成目標(biāo)至少還需6.1億美元。
新型太陽能發(fā)電適用于國土面積小的沿海國家 來源：騰訊科技 |
