由美國麻省理工學院（MIT）、開發熱電轉換技術的美國GMZ Energy公司、美國波士頓學院及阿拉伯聯合酋長國（UAE）馬斯達爾理工學院（Masdar Institute of Science and Technology）的研究人員組成的研究小組，開發出了采用熱電轉換元件的平板型太陽能發電兼熱水供應系統。該系統能夠“熱電聯產”，不僅能發電還能同時供應熱水，發電的轉換效率為5％左右，同時還能提供50℃左右的熱水。

　　有關技術詳情已在學術雜志《Nature Materials》上發表論文。文章介紹說，此次的發電轉換效率比原來的同類系統提高了7～8倍。今后轉換效率還可能達到10％以上。另外，由于制造成本有望比基于光電轉換（PV）的太陽能電池大幅降低，而且能夠供應熱水，折舊年限存在比太陽能電池大幅縮短的可能性，將來可能會成為太陽能電池的強勁對手。波士頓學院教授任志鋒在接受《日經電子》采訪時表示：“相對于發電功率的制造成本大約在0.5美元/W。由于還能供應熱水，因此完全可以與太陽能電池展開競爭”。

通過集熱式將集熱效率提高200～300倍

　　以前也有過利用熱電轉換元件進行太陽能發電的嘗試。但是，很難產生對熱電轉換至關重要的大溫差，并且轉換效率非常低，只有0.63％。

　　此次，研究小組通過三大改善措施實現了高轉換效率。分別為：（1）開發出利用高效吸收陽光的平板匯聚200～300倍太陽熱量的系統，從而確保了溫差；（2）用玻璃真空容器包裹發電面板，大幅降低了熱損失；（3）采用MIT等最近開發的ZT指數高達1.03的BiTe類熱電轉換元件。

　　實際的面板是用面積約714mm²或約1090mm²的兩塊銅（Cu）板夾住尺寸為1.35mm×1.35mm×1.65mm的n型和p型兩種熱電轉換材料，然后用玻璃真空容器密封而成。兩塊Cu板中，接受陽光照射的表面Cu板上貼有高效吸收陽光的材料，背面Cu板上貼有起散熱作用的陶瓷板。另外，背面Cu板通過水冷式冷卻使溫度保持在20～60℃。面板的面積是熱電轉換元件自身面積的196倍或299倍。這種系統與集光式太陽能電池的主要差異在于：不需要大型聚光鏡等，能夠制成超薄的平板狀，不需要追隨太陽轉動。

　　照射相當于普通陽光的光譜為Air Mass（AM）1.5左右、能量密度為1kW/m²或1.5kW/m²的光線時，表面Cu板的溫度達到160～250℃，最大可發電約60mW。據論文介紹，冷卻端面板的溫度維持在20℃時，轉換效率為4.6～5.2％。

　　轉換效率對冷卻端面板的溫度依賴性較小，“即使冷卻端面板的溫度達到50℃，轉換效率也保持在3.5～4％。這樣，冷卻系統直接就是‘熱電聯產’的太陽能熱水器”（論文）。

轉換效率還可能達到14％

　　該技術的特點是理論值與實測值差距很小。在論文中，理論轉換效率與實際測量值基本一致。理論轉換效率大部分取決于熱電轉換材料的性能。“如果能夠實現ZT＝2的熱電轉換元件，那么發電面板的轉換效率就能夠達到14％”（論文）。

　　另一方面，制造成本比現有太陽能電池降低。因為通過采用集熱式，可以采用小號熱電轉換元件，并且無需追隨太陽轉動。論文提到“（此次采用的）BiTe類材料的采購成本只有0.17美元/W”。關于采用真空容器這一點，論文還介紹說“在中國，采用真空管的太陽能熱水器已經導入73GW以上。這些產品的耐用年限為15年”。此外，此次系統的真空度比原有太陽能熱水器差兩個等級也沒關系。 （記者：野澤 哲生）