太陽光発電の仕組み
■太陽光発電とは
太陽光発電とは太陽電池を使った発電のことです。太陽光発電システムは、太陽の光を電気(直流)に変える太陽電池と、その電気を直流から交流に変えるインバータなどで構成されています。現在、日本で多く利用されている住宅用の太陽光発電システムでは、発電した電気は室内で使いますが、電気が余った時には電力会社からくる配電線に戻し、電気が不足する夜間や雨天時には配電線から電気の供給を受けます。この配電線に戻した電力は、電力会社が買い取っています。
一般の住宅では、3KWの太陽光発電システムがあれば、使用される電力の７割がまかなわれるとされています。そのためには、屋根におおよそ24～30ｍ2の面積の太陽電池が必要です。１年間には、3200KWh程度の電力が得られます。
■システム概要図
■太陽電池の原理
現在最も多く使われている太陽電池はシリコン太陽電池です。この太陽電池では発電のために性質の異なるｎ型シリコンとｐ型シリコンの２つのシリコン半導体を重ね合わせて使用しています。
光から電気に変える効率を「変換効率」とよんでいます。現在使われている太陽電池の変換効率は、10～20％程度です。
■太陽電池の種類
太陽電池は、使われる半導体によっていろいろ種類があります。大きくはシリコン系と化合物系他があります。現在の主流はシリコン系です。さらに、シリコン系の半導体には、結晶系と薄膜系があります。結晶系はシリコンを溶かして固めた後、スライスした基板を用いて作りますが、薄膜系はガラスなどの上にプラズマなどを利用して非常に薄いシリコンの膜を成膜して作ります。薄膜系は大きな面積のものを大量に作ることができますが、変換効率や信頼性の面で、まだ結晶系シリコンに劣っています。
太陽電池の種類
| シリコン系 | 結晶系シリコン | 単結晶 | 最も古い歴史があります。200μm～300μmの薄いシリコンの単結晶の板(基板)に太陽電池を作ります。基板の値段が高いのが欠点ですが、性能や信頼性に優れています。 |
|---|---|---|---|
| 多結晶 | 比較的小さな結晶が集まった多結晶でできている基板に太陽電池を作ったもので、単結晶より安価で、作りやすいことから現在の主流となっています。変換効率は、やや単結晶に劣ります。 | ||
| その他 | 薄膜系シリコン | アモルファス(非晶質)シリコンや結晶シリコンをガラスなどの基板の上に１μm内外の非常に薄い膜を形成させて作った太陽電池です。大面積で量産ができるという特長がありますが、結晶系シリコンと比較して性能面に課題があります。 | |
| 化合物系 | CIS系 | 化合物半導体の一種で、銅とインジウムとセレン等を原料とした薄膜太陽電池です。製造工程が簡単で高性能が期待できることから技術開発が進んでいます。 | |
| 高効率化合物半導体 | ガリウムヒ素など特別な化合物半導体の基板を使った超高性能(変換効率：30～40％)太陽電池です。現在は、コストが高く宇宙などの特殊用途ですが、将来は身近で使えるよう技術開発が行われています。 | ||
| 有機物系 | 色素増感型 | 酸化チタンについた色素が、光を吸収して電子を放出することで発電する、新しいタイプの太陽電池です。簡単につくれ、応用範囲が広いため今後の発展が期待されます。 |
■太陽光発電の期待と拡がり |  アメリカの砂漠に設置された巨大な太陽光発電システム | ||||||||||||||||||||
