태양광 판넬 발전량 2배
기판에 화합물 반응체 / 움직이는 반사경
東京大學에서 출발한 벤처 기업, 스마트솔라인터내셔널(東京 . 文京, 사장 富田孝司)는 일반적인 태양광 발전 판넬에 비해 단위면적 당 발전량이 2배인 신형 판넬 장치를 개발했다. 발전부에 사용하는 소재나 빛을 모으는 구조를 연구했다. 동일본대지진으로 인한 전력부족으로 태양광 시스템의 수요가 높아질 것이라고 판단. 8월에 생산을 시작하여 10월에 월생산 5만 개를 목표한다.
태양전지 판넬을 발전부에 실리콘 기판을 사용하는 것이 일반적. 스마트솔라가 개발한 태양광 판넬은 특수한 화합물 반응체를 기판에 채용. 「태양 에너지의 전기에 대한 변환효율이 종래의 14~15%에서 약 20%로 높아진다」(富田사장)고 한다.
아울러 태양에너지를 가동형 반사경으로 효율적으로 모을 수 있는 구조도 도입했다. 태양의 움직임에 맞추어 반사경이 움직여 발전부에 빛이 항상 닿는다. 이러한 연구로 설치 면적 당 발전량은 실리콘 기판을 사용하는 태양광 판넬의 약 2배, 세계 최고 수준이 된다고 한다.
종래의 집광형 판넬은 대형의 구부러진 반사경을 사용했기 때문에 풍압에 견딜 수 있는 기구가 필요했다. 신형 장치는 폭 5센티미터의 가늘고 긴 12장의 반사경을 일렬로 늘어놓았다. 직사각형(단책, 短冊) 모양으로 늘어놓았기 때문에 바람에 대한 내구성이 개선 강풍이 부는 빌딩의 옥상이나 외벽에도 설치가 용이해진다.
장치의 사이즈는 폭 60센티미터, 깊이 100센티미터 가격은 한 개 5만~6만 엔을 예정한다. 출력은 최대 200와트. 고가의 화합물 반응체를 사용하지만 발전부에서만 사용하므로 가격은 낮출 수 있다고 한다.
일반가정용 태양고아 시스템은 출력 3킬로~4킬로와트로 가격은 200만 엔 전후(시공비 포함). 신제품의 경우는 15개(75만 ~ 90만 엔)이상 필요하지만 시공비를 포함해도 싸게 상정할 수 있을 전망이다. 중견 화학 메이커인 라사工業으로부터 宮城縣 大崎市에 있는 공장의 일부를 제공받아 생산한다. 일경산업

레이저 스크라이브 유닛
묘화 속도 매초 20m 고속화
태양전지 생산용 박리 흔적 직선적으로
之技術綜合(東京都 府中市, 사장 近藤淸之)는 묘화 속도가 매초 20미터인 레이저 스크라이브 유닛 「YES 레이저 블레이드」를 개발했다. 독자의 광학계를 채용하여 레이저 조사를 고속화하여 경합 기종에 비해 약 10배로 만들었다. 펄스 레이저를 겹치듯이 조사하는 종래 방법에 비해 박리 흔적이 직선적으로 마무리된다. 박막 실리콘 태양전지 생산의 패터닝용으로 제안하여 2014년에 매상고 30억 엔의 사업으로 육성한다.
레이저로 유리와 박막의 경계를 가열하여 증발시켜서 박막을 벗겨낸다. 종래 방법에서는 박리 흔적이 깔쭉깔쭉하게 마무리되어 리크를 방해하기 때문에 박리 폭을 넓게 할 필요가 있었다. 선폭은 15마이크로미터로 종래의 반으로 마무리했다. 몰리브덴 박막의 제거에 성공하여 CIGS계 태양전지의 양산에도 사용할 수 있다. 현재 대기업에서 성능을 평가하고 있다.
본체 사이즈는 140센티미터 폭의 유리 기판에 대해 폭 140센티 × 두께 4센티 × 높이 30센티미터로 소형화했다. 레이저 유닛이 진공용기에 들어가므로 국소 성막 장치와 일체화시킬 수도 있다. 장치마다 진공을 유지할 필요가 없어진다.
박막 실리콘 태양전지 생산의 성막 공정은 여러 장의 유리판을 연속 처리하고 있다. 단 패터닝 공정은 한 장씩 처리하고 있기 때문에 고속화가 요구되고 있었다. 일간공업

양자 도트 태양전지
이론변환효율 75%
東京大學의 荒川泰彦 교수와 샤프의 연구팀은 차세대 태양전지로 기대되고 있는 「양자 도트 태양전지」의 이론변환효율이 75%에 달한다는 것을 밝혀냈다. 63%가 상한이라고 알려져 있었으나 밴드갭 사이에 전자의 발판이 되는 중간 밴드를 복수 가진 구조로 만들면 변환효율이 높아진다는 것을 이론적으로 찾아내었다.
양자 도트 태양전지의 밴드갭에 네 개의 중간 밴드를 설비하면 태양광 스펙트럼을 유효하게 이용할 수 있어 변환효율이 최대 75%가 된다는 것을 이론계산으로 산출했다. 종래의 이론변환효율은 중간 밴드가 1개인 구조가 전제였다. 앞으로 계산결과에 기초하여 양자 도트 태양전지 구조의 최적화를 추진하여 실험적으로 검증할 예정이다. 일간공업

부흥구상회의 현수교(懸垂橋)식 태양광 발전 제안
도입을 위한 규제 완화 주장
동일본 대지진
정부가 마련한 동일본 대지진 부흥구상회의의 검토부회 위원이 대규모 태양광 발전 시스템 도입을 제안했다. 竹村眞一 위원(京都조형예술대학 교수)은 해안에 인접한 피해지 상공에 현수교를 세우고 솔라 판넬을 부설하는 계획을 소개. 佐?木經世 위원(이솔류션즈 사장)은 주택용 태양광 발전 도입의 정부 보조금 증액, 대규모 태양광 발전소(메가솔라)의 도입을 지원하기 위해 토지 이용의 규제 완화, 공사관리 기술자에 대한 규제 완화를 주장하고 있다.
竹村위원이 소개한 현수교식 메가솔라 발전은 太田俊昭 九州대학 명예교수 등이 제안한 시스템. 태양광 발전 판넬을 부설한 현수교를 피해지 상공에 배치하고, 그 아래에 기계부품 등의 공장이나 수산가공 공장, 야채 등을 기를 수 있는 식물공장 등을 두자는 구상이다. 공장은 강관(鋼管)을 지면에 꽂은 위에 인공 지반을 만들고 공장 등을 배치한다. 강관은 인공 지반을 지지하는 말뚝으로서뿐 아니라 주간의 잉여전력으로 압축한 공기를 저장하는 역할도 담당한다. 압축 공기는 야간에 발전기를 움직이는 에너지원 등으로 쓰인다.
한편, 佐?木 위원은 「전력공급 부족문제는 올 여름은 넘어갈 수 있어도 올 겨울과 내년 여름, 나아가 2013년 여름까지도 장기화할 가능성이 있다」고 지적. 과거 7년간의 도쿄전력의 수요 패턴을 보면 추운 여름과 폭염으로 1000만 킬로와트 가까운 차이가 있다는 것에 주의할 것을 환기시켰다. 메가솔라의 도입 사례는 철도 고가교를 활용한 예와 공장, 창고의 지붕을 활용한 예를 소개. 이것도 모두 토지의 유효 이용에 주목한 내용이다.
三陸 해안(宮城縣·岩手縣·靑森縣의 해안 지방) 근처의 평야가 좁은 지역에서는 종래형 메가솔라를 부설할 장소의 확보가 어렵다. 따라서 竹村위원이 제안한 현수교 방식은 발전설비 아래 있는 토지를 활용할 수 있어 항만이나 어항(漁港)등에 설치하기에 적합하다.
다리 등을 연구해 온 太田명예교수가 현수교식 메가솔라 발전을 구상한 것은 2년 전. 태양광 발전 시스템을 안정적으로 이용하려면 에너지를 효율적으로 저장할 수 있는 시스템이 필요하다. 太田명예교수는 압축공기의 이용을 주장했다.
압축공기를 사용한 시스템의 투자액은 1킬로와트 시(時) 당 약 2만 엔으로 축전지를 이용하는 시스템의 7분의 1정도, 40-50년의 내구성이 있다고 한다. 메가솔라 아래 공장을 두고, 그 아래에 압축공기를 저축한다. 근처에 설비를 모아둘 수 있기 때문에 송전 손실이 작아 효율적이다.
말뚝을 박은 위에 인공지반을 만드는 “고상식(高床式)”구조로 쓰나미 등의 재해에 강하며, 지반이 침하된 토지 전체를 매워 올리는 것보다 공기(工期)가 짧다. 이러한 이점이 이번 지진 피해 부흥에 적합하다는 것이다. 太田명예교수는 「토지를 유효하게 이용하여 공장을 세울 수 있다. 높은 에너지 효율을 앞세워 타지역에 있는 기업의 진출도 기대할 수 있다. 그러면 고용이 생겨나 지역 부흥으로 이어질 것」이라고 기대하고 있다. 일간공업

클라레, 집광 렌즈 사업 참여
태양광 발전용
미국 최대 시스템 회사에 공급
클라레는 집광형 태양광 발전용으로 집광 배율 약 500배인 렌즈를 개발하여 사업화에 나섰다. 鹿島事業所(茨城縣 神栖市)에 양산 체제를 갖추고 집광형 태양발전 시스템에서 세계 점유율 70%를 차지하고 있는 최대 기업 미국 아모닉스에 공급을 시작했다. 이 발전시스템은 높은 효율로 발전할 수 있다는 것으로 앞으로의 수요 확대를 전망한다. 2015~18년경의 집광 렌즈 시장은 연 100억 엔 규모로 성장할 것으로 상정하며 점유율 50%, 매상고 동 약 50억 엔을 목표로 한다.
개발한 집광 렌즈는 프레넬렌즈로 정밀성형기술을 살려 렌즈 정밀도를 높여 발전효율이 향상되도록 하였다. 자사에서 원료인 메타크릴 수지도 생산하므로 재료의 조성을 최적화함으로써 내후성, 내광성을 갖게 하여 장기간, 안정적으로 성능을 발휘한다고 한다. 사방 20센티미터의 집광 렌즈 30개를 1유닛으로 하여 제공한다. 클라레는 현재의 집광렌즈 생산능력은 밝히지 않고 있지만, 중기적으로는 연간 발전능력 75메가와트 상당 시스템 분량의 렌즈를 생산할 계획이다. 앞으로는 해외 생산도 시야에 넣고 있다.
아모닉스용의 경우는 이 회사가 미국 네바다주에 마련한 발전용량 연 150메가와트 상당의 발전 시스템을 생산하는 공장용으로 출하한다. 아모닉스가 생산하는 태양광 발전 시스템은 9밀리미터 사방의 화합물 반도체 발전 셀을 마련한다. 발전효율은 클라레의 집광렌즈를 이용한 모듈의 경우 31%로 「현재의 태양광 발전 기술에서 가장 높은 효율을 실현했다」고 한다.
집광형 태양광 발전시스템은 발전 셀에 렌즈나 거울로 태양광을 모아서 발전한다. 따라서 소형 셀로도 발전량을 확보할 수 있어 발전 시스템의 원가 삭감도 기대할 수 있다. 사막 등 일사량이 풍부한 지역에서의 대규모 발전으로 채용 확대가 전망된다.
클라레는 「에너지」를 성장 전략상의 중점 영역 중 하나로 두고 있다. 이미 태양전지용으로 봉지재용 폴리비닐브티럴(PVB) 필름을 전개하고 있으며 여기에 집광렌즈 등도 더함으로써 에너지 관련 사업의 조기 육성을 꾀한다. 일간공업

단결정 태양전지
堺공장에서 양산
샤프는 堺공장(堺市 堺區)에서 단결정 태양전지의 양산을 개시했다. 생산능력은 연간 200메가와트로 약 150억 엔을 투자했다. 전극을 이면에 형성한 백콘택트형으로 셀에서 모듈까지를 일괄 생산. 모듈 효율 17% 이상에서 상품화한다.
양산을 시작한 것은 堺공장 내의 박막형 태양전지 공장 안. 이 공장에서 이미 박막형을 연 160메가와트 생산하는데, 별도 플로어에 단결정형 라인을 구축했다. 葛城공장(奈良縣 葛城市)과 함께 결정형 생산능력은 연 750메가와트가 된다. 일간공업

나노-조정된 태양전지
영국, 스위스, 독일 연구진은 저렴하고 효율적인 태양전지를 만들 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 이 프로세스를 이용하면 태양전지가 태양빛의 가시광선, 적외선을 흡수할 수 있는 능력을 향상시킬 수 있다. 기존의 태양전지에서는 이 파장을 거의 사용하지 않는다. 이런 파장은 대부분 태양 전지를 그냥 통과해서 버려지게 된다. 화학 에칭 프로세스를 사용해서 태양전지의 후면 판 위의 나노구조 표면을 제거하면, 이것은 태양전지의 적외선을 반사시키는 “거울” 같은 역할을 하게 된다.
태양은 전 지구에 에너지를 충분히 공급할 수 있는 에너지원이다. 그러나 이런 재생 에너지는 석탄 또는 원자력발전소에 의한 에너지보다 더 많은 비용이 들기 때문에 태양전지가 첫 번째 차세대 에너지원으로서 선택될 수 없다. 유럽의 경우에, 광발전 전지는 재생 에너지원의 작은 부분만을 담당하고 있다.
태양 광선이 유리에서 분산되기 때문에, 이 광선들은 실리콘 전지를 통과하는데 더 긴 경로를 가지게 되고, 이로 인해서 더 많은 전류가 생성된다. 지금까지 연구진은 기존의 박막 태양전지의 효율과 비교했을 때 30% 까지 효율을 증가시킬 수 있었다.
스위스의 로잔 공대(Ecole Polytechnique Federale de Lau-sanne)의 연구진은 박막 태양전지를 개발하고 있다. 박막 태양전지는 많은 장점을 가지고 있다: 이 연구진이 만든 박막 태양전지는 더 적은 원료를 소모하면서 더 많은 에너지를 생산할 수 있게 한다. 그러나 결점도 존재한다: 현재, 이 박막 태양전의 효율은 기존의 태양전지에 비해서 약 40% 더 낮다. 태양광의 단지 7%만을 사용할 수 있다.
광 포집 효과를 최대화시키기 위해서 이번 연구진은 역발상을 시도했다. 즉, 연구진은 박막 태양전지의 유리 표면을 거칠게 했다. 이것은 빛을 확산시키는 역할을 했다. 광선이 전지에 더 오랫동안 머물수록, 태양전지는 더 많은 전자를 생성하게 된다. 연구진은 상부 표면을 거칠게 한 후에, 유리 표면 위에 한 층의 투명 전도성 산화물 결정을 증착시켰다. 나노크기 피라미드가 점점 더 클수록 확산이 더 커진다고 연구진은 말했다. 박막 태양전지의 효율성은 7%에서 10%까지 향상되었다.
이번 연구진이 사용한 나노 결정은 영국의 샐포드 대학(Uni-versity of Salford)에서 개발된 것이다. 최근까지 나노결정은 주로 일본에서 수입해야 했기 때문에 이러한 태양전지를 만드는데 비용이 많이 들었다. 이번 연구진은 자신들이 개발한 결정을 테스트하고 있다. 이 연구의 목적은 더 저렴한 태양전지를 만들어서 비용의 상당 부분을 감소시키는데 있다.
태양전지를 향상시키는 각각의 방법들은 효율성에서 약간의 차이를 만들 수 있다. 그러나 두 개의 방법을 결합시키면, 이런 나노 조정된 태양전지가 과거의 모듈보다 더 경쟁적인 제품이 될 것이라는 것을 알 수 있었다. GTB

축전 시스템 + 태양광 판넬
大和하우스가 전원 장치
비상시에는 단독으로 발전
大和하우스공업은 리튬이온 축전 시스템과 태양광 발전 판넬을 조합시킨 가동식 전원장치 「SOLAR STORAGE(솔라 스토레지)」의 판매를 시작했다. 평상시뿐 아니라 지진 등의 비상시에는 독립하여 발전, 일부를 축전하고 사용할 수 있다. 축전 장치는 출하하는 에리파워(品川區, 사장 吉田博一)이 개발한 리튬이온 축전 시스템 「파워레이」를 채용. 샤프가 만든 520와트의 태양광 발전 판넬로 만든 전력을 직접 축전하여 사용한다. 약 5~6시간의 충전으로 완전 충전 상태가 되고, 1시간 당 1.1킬로와트를 사용할 수 있다. 예를 들면, 45와트의 조명 3개, 휴대전화 10대 분량의 충전, 노트북 컴퓨터라면 3대 분량의 전력 소비를 약 3시간 공급할 수 있다고 한다. 세금 포함 가격은 252만 엔. 연간 500대의 판매를 목표로 한다. 태양광 발전 부분은 캐스터가 부착된 가동식 타입과 고정식 2종류. 일경산업

빌딩 전력소비 40% 감소
東가스 세트로 판매
연료전지나 태양열 온수
東京가스는 각종 신에너지기기를 활용하여 아파트나 빌딩의 전력소비량을 최대 40% 삭감할 수 있는 시스템을 사업화한다. 연료전지나 태양열 온수기 등 개별적으로 판매해 온 자사 제품 등을 조합하여 건물의 에너지를 통째로 절약하여 입주 기업이나 주인의 전력요금 삭감으로 연결시킨다. 2011년도에 자사의 사택에 도입하고 12년도 이후에 외부에 판매한다. 대지진의 영향으로 일본 동쪽의 전력부족의 장기화가 우려되고 있는 가운데 에너지 절약 빌딩의 수요를 개척한다.
東가스는 橫浜 시내에 건설 예정인 사택에 도입한다. 연료전지, 집열 판넬의 면적이 수십 평방미터인 태양열 온수기에 외부 조달하는 출력 10킬로와트 정도의 태양광 발전장치를 도입시킬 계획. 기상조건 등으로 출력이 변동되기 쉬운 자연에너지와 전력회사에서 조달하는 전기의 이용 비율을 조정하는 에너지 관리 시스템도 독자 개발한다. 에너지 절약 성능을 실증하여 상용(商用)으로 개량한다.
같은 규모의 건물에 비해 전체적으로 최대 40% 정도의 에너지 절약 효과를 전망하고 있다. 신축뿐 아니라 기존의 빌딩에 도입할 수도 있다. 사무실 빌딩이나 상업시설, 아파트 등 집합 주택에 판매한다. 시스템 가격은 미정이지만 20가구 정도의 아파트인 경우 수천만부터 시작될 것으로 보인다. 발매 후 2~3년 뒤를 목표로 연간 20~30곳 정도에 판매할 계획이다.
새 에너지를 활용한 東가스의 시스템은 이산화탄소(CO2)배출량의 삭감으로도 이어진다. 일본 내에서는 대규모 사업소에 온난화 가스의 총량 규제를 부과하는 東京都의 「환경확보조례」등이 정비되어 빌딩의 에너지 절약·저탄소화의 요청이 높아지고 있다. 또한 지진재해나 후쿠시마 제1원자력발전소 사고의 영향으로 수도권을 중심으로 장기적인 전력부족도 예상되는 가운데 절전 요구가 높아질 것으로 판단했다.
▼ 연료전지 도시가스 등에서 나온 수소와 산소를 화학 반응시켜 전기와 물을 만들어내는 장치. CO2를 배출하지 않는 차세대 에너지원으로 주목된다. 일본에서는 2009년 5월부터 東京가스와 大阪가스, JX그룹 등이 「에네팜」이라는 통일 브랜드로 가정용을 판매하고 있다.
▼ 태양열 온수기 태양의 빛이 아니라 열을 이용하여 온수를 만든다. 태양의 에너지를 활용하는 효율이 40% 정도. 10~20% 정도의 태양광 발전이나 20% 정도의 태양열 발전보다 효율이 좋다. 전기?가스 급탕기기와 달리 CO2를 배출하지 않는다. 일경산업