太陽電池のしくみ
太陽光発電システムの中心になっているのが、太陽電池です。
太陽電池は、太陽の光エネルギーを吸収して直接電気に変えるエネルギー変換器。シリコンなどの半導体で作られており、この半導体に光が当たると、日射強度に比例して発電します。
「電池」という名前がついていますが、電気をためる機能はありません。
ちなみに、太陽光発電は英語ではPhotovoltaic（PV）と呼ばれています。
現在最も多く使われている太陽電池は、シリコン系太陽電池です。この太陽電池では、電気的な性質の異なる2種類（p型、n型）の半導体を重ね合わせた構造をしています。
太陽電池に太陽の光が当たると、電子（－）と正孔（＋）が発生し、正孔はp型半導体へ、電子はn型半導体側へ引き寄せられます。このため､表面と裏面につけた電極に電球やモータのような負荷をつなぐと電流が流れ出します。
変換効率とは何ですか?
変換効率とは、太陽電池に入射した光のエネルギーのうち電気エネルギーに変換した割合を表す数値で、下記の計算で求められます。
つまり、太陽電池モジュール1m2当り、1kWの光エネルギーを何％電気エネルギーに変換できるかを表します。
(例) 変換効率が10%とは、晴天時の地上で1kW/m2のエネルギー(日射強度の標準としています)があり、このエネルギーを1m2の太陽電池に照射したとき、太陽電池の発電電力が100Wとなることを意味します。
太陽電池の種類
太陽電池には、使われる素材や構造によっていろいろな種類があります。
開発中のものを含めると多岐にわたりますが、ここでは現在普及が進んでいるものを中心に紹介しましょう。
| ■シリコン系 | ||
|---|---|---|
| 結晶系 | 単結晶シリコン太陽電池 結晶シリコン太陽電池 |
単結晶または多結晶のシリコン基板を使用したタイプで、発電効率が優れています。現在、最もたくさん生産されているタイプの太陽電池です。 |
| 非結晶質系 | アモルファスシリコン太陽電池 | ガラス、または金属等の基板の上に、薄膜状のアモルファスシリコンを形成させて作ります。将来の低価格化が期待されている太陽電池です。 |
| ■化合物半導体系 | ||
| 結晶系 | 単結晶化合物半導体太陽電池 多結晶化合物半導体太陽電池 |
化合物半導体太陽電池とは複数の元素を主原料としたもので、単結晶と多結晶のものがあります。単結晶の太陽電池には、人工衛星などの特殊用途に使われているものなどがあります。多結晶のものには、用途や使用方法に合わせて多様な材料や構造のものがあります。 |
※上記以外にも、異なる性質の材料を組み合わせたハイブリッド型など、いろいろな太陽電池があります。
太陽電池は、その構成単位によって「セル」「モジュール」「アレイ」と呼び方が変わるので、覚えておくと便利です。
- セル：
- 太陽電池の基本単位で、太陽電池素子そのものをセルと呼びます。
- モジュール：
- セルを必要枚配列して、屋外で利用できるよう樹脂や強化ガラスなどで保護し、パッケージ化したものです。このモジュールは、太陽電池パネルとも呼ばれます。
- アレイ：
- モジュール（パネル）を複数枚並べて接続したものをアレイと呼びます。