梶川武信

2011年3月11日，發生在日本東北地區的地震與海嘯所造成的災害，不光是讓福島第一核電廠停止運作，還造成放射性物質的擴散，對人們與土地帶來長期性的痛苦。這個結果使人們對於核能發電的信心大為動搖，也迫使日本政府那一直以加蓋核電廠、提高核電廠運作效率為主要地球暖化對策的基本能源政策，出現大幅度的轉換。在這樣的現況之中，如何引進太陽光電系統、風力發電、地熱、生物質等可再生能源，成為備受矚目的議題。

日本於2011年8月26日，「電力業者購買可再生能源相關特別處置法案」（Feed-In-Tarif：FIT法）在國會成立。這項法案規定電力業者必須在一定期間內，用國家所規定的價格來購買太陽光電、風力、地熱、中小型水力、生物質等5種可再生能源所生產出來的電力，於2012年7月1日開始實施。

引進可再生能源，推測將有以下三種利益。第1：二氧化碳排放量較少，有助於改善全球暖化的現象。第2：就原則上來說，可再生能源屬於當地生產當地消費，具有提高能源自給率的效果。第3：大量引進可再生能源，是架構智慧型電力系統的必經之路。就結果來看，不光是太陽能電池與風力發電機相關的製造產業，包含電力系統、能源、管理、設備、蓄電池、電動車等多元的相關產業，都必然性的能夠有所發展。

本書主旨在於用所有人都能理解的方式，說明太陽光電系統、風力發電、生物質、太陽熱能與地熱、海洋熱、廢熱的活用與重複利用，以及在大量引進大陽光電系統與風力發電時，所不可缺少的智慧型電力系統的系統技術與運作原理、特徵、問題點、將來的展望等等。讀完本書的您要是能對可再生能源有更進一步的認識，那將是我們最大的喜悅。

本間琢也、牛山 泉、梶川武信

2011年3月11日，發生在日本東北地區的地震與海嘯所造成的災害，不光是讓福島第一核電廠停止運作，還造成放射性物質的擴散，對人們與土地帶來長期性的痛苦。這個結果使人們對於核能發電的信心大為動搖，也迫使日本政府那一直以加蓋核電廠、提高核電廠運作效率為主要地球暖化對策的基本能源政策，出現大幅度的轉換。在這樣的現況之中，如何引進太陽光電系統、風力發電、地熱、生物質等可再生能源，成為備受矚目的議題。

日本於2011年8月26日，「電力業者購買可再生能源相關特別處置法案」（Feed-In-Tarif：FIT法）在國會成立。這項法案...

前言 3
登場角色 8
第1章 思考新型電源的最佳組合 9
001 能源必須具備的基本條件 穩定供給、對環境無害、價格低廉 10
002 取代核能發電的能量資源 可再生能源 12
003 無法直接控制輸出變化的發電技術 電力的同時等量原則 14
004 太陽光電系統所須的蓄電池　蓄電池的成本 16
005 美國加州的電力危機對策 18
006 太陽能的特徵 20
007 太陽常數與空氣質量的定義 22
008 太陽能在地球表層的去向 24
COLUMN 第一章總結
第2章 太陽光電系統的一切 27
009 太陽光電系統會將太陽的能量直接轉換成電力 28
010 太陽能電池的研發史 30
011 矽結晶半導體的能帶構造 32
012 半導體的pn結所負責的機能 34
013 太陽能電池產生初始電力的機制 36
014 用能帶結構圖來觀察太陽能電池的電壓與電流 38
015 如何製造太陽能電池 40
016 太陽能電池擁有其他能量轉換技術所沒有的優勢 42
017 太陽能電池的問題與分類 44
018 矽太陽能電池的分類與薄膜太陽能電池 46
019 在各種創意之下所誕生的HIT太陽能電池 48
020 高效率的化合物半導體太陽能電池 50
021 高性能的CIS／CIGS薄膜太陽能電池 52
022 透過多結化來實現高效率的太陽能電池 54
023 Ⅱ－Ⅳ族化合物半導體的CdTe太陽能電池 56
024 期待可以降低成本的次世代型色素增感太陽能電池 58
025 製法簡單生產成本低廉的有機薄膜太陽能電池 60
026 挑戰超高效率化的量子點太陽能電池 62
027 不會中斷發電的宇宙太陽光電系統 64
028 大規模太陽光電事業的超級太陽系統 66
COLUMN 太陽光電系統的總結 68
第3章 風力發電系統的一切 69
029 全世界所引進的風力發電持續增加 70
030 030 極為多元的風車種類與特徵 72
031 風力發電120年歷史的概要 74
032 風車為什麼會轉動？ 76
033 風可以讓人取出多少的能量？ 78
034 風的能量與風車能量曲線的關係 80
035 風力發電系統基本要素的組成範例 82
036 風車用發電機的系統與其特徵 84
037 世界風力的潛能 86
038 日本風力的潛能 88
039 主要國家的風力發電引進目標與實績 90
040 日本風力發電的引進目標 92
041 風力發電系統的價格 94
042 風力發電的發電成本 96
043 風力發電對於產業貢獻 98
044 風力發電對於解決環境問題能夠有所貢獻嗎？ 100
045 風力發電也有環境上的課題 102
046 體型龐大的發電用風車 104
047 風力發電從陸上移到海上 106
048 小型的風力發電也正在努力著 108
049 北海道風力發電所製造的電力可以在東京使用？ 110
050 風力發電在智慧電網中所扮演的角色 112
051 實現夢想中的G-WISH系統 114
COLUMN 對風車的工作狀況下達評價 116
第4章 太陽熱能、地熱能、海洋熱能、廢熱的重複利用與熱電發電 117
052 熱電發電是在兩個具有溫差的半導體通電來使用塞貝克效應 118
053 熱電發電系統的機制 120
054 將太陽熱與熱電發電組合，簡單完成熱電聯產的發電系統　122
055 同時製造電、熱、淡水的太陽熱使用型熱電發電聯產系統 124
056 如何利用擁有各種不同溫度層的地熱能源 126
057 使用溫泉熱來進行熱電發電的實績 128
058 適合設置在惡劣海洋環境上的海洋溫差熱電發電系統的機制 130
059 存在於各種場所之廢熱的溫度與形態 132
060 利用汽車排熱的熱電發電是地產地消的能源形態！ 134
061 如何利用周遭燃燒廢棄物所產生的熱能 136
062 利用燃燒廢棄物熱能的熱電發電該裝設在哪裡？ 138
063 給分散型可再生能源所使用的熱電發電的課題 140
COLUMN 熱電發電屬於熱機的一種，有4種傳遞熱能的方法！ 142
第5章 生物質的可能性 143
064 生物質是來自工業所使用的生物體資源 144
065 被保存為自由能的生物質基本特性 146
066 生物質是最適合地產地消的資源 148
067 生物質在生物質日本總合性戰略之中的分類 150
068 日本森林的現狀與能量的使用量 152
069 生物質的直接燃燒，透過顆粒化來提高方便性 154
070 透過生物質的氣化技術來實現複合性發電技術 156
071 用生物質來生產液態燃料的技術 158
072 透過酯化反應來製造生化柴油燃料 160
073 用新的發酵技術所製造的生化乙醇 162
074 從糖化發酵的澱粉質來生產乙醇 164
075 甲烷發酵 166
076 利用藻類的能量 168
077 生物質能量技術所得到的評價 170
078 生物精煉的概念 172
079 日本所研發的生物精煉技術 174
080 國家為了利用生物質能量所採取的動向 176
COLUMN 利用生物質的能量 178
第6章 智慧電網的技術 179
081 智慧電網的定義 180
082 電力系統（電網）的構造 182
083 對於逆潮流供電的規制與問題點 184
084 日本的智慧電網將從智慧屋開始擴展出去 186
085 家庭能量管理系統的機能與未來的預想圖 188
086 同時設置太陽光電系統與蓄電池的好處與效果 190
087 從智慧型住宅發展到智慧電網 192
COLUMN 傾向於發展智慧電網的日本電力狀況 194
參考文獻 195
索引 196

前言 3
登場角色 8
第1章 思考新型電源的最佳組合 9
001 能源必須具備的基本條件 穩定供給、對環境無害、價格低廉 10
002 取代核能發電的能量資源 可再生能源 12
003 無法直接控制輸出變化的發電技術 電力的同時等量原則 14
004 太陽光電系統所須的蓄電池　蓄電池的成本 16
005 美國加州的電力危機對策 18
006 太陽能的特徵 20
007 太陽常數與空氣質量的定義 22
008 太陽能在地球表層的去向 24
COLUMN 第一章總結
第2章 太陽光電系統的一切 27
009 太陽光電系統會將太陽的能量直接轉換成電力 2...