太陽電池ってなに?

佐藤さん 「先生、先ほどの説明で太陽電池という言葉が出ましたが、それは何ですか?」
先生 「太陽電池はむしろ『ソーラーパネル』という<言い方のほうが一般的かもしれませんね。」
佐藤さん 「ああ、それなら知っています。
確か、屋根とかに貼ってあるパネルのことですよね?」
先生 「その通りです。」
先生 「『電池』という言葉がついていますので一般的な電池を連想する人もいますが、太陽電池はいわば『発電装置』であり、太陽の光エネルギーを直接電気エネルギーに変換しているのです。

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太陽電池は発電装置

太陽電池は光起電力効果(=物質に光を照射することで起電力が発生する現象)を利用して太陽の光エネルギーを直接、電気エネルギーに変換する電気機器です。
別名「光電池」とも呼ばれれています。
「電池」と呼ばれているので勘違いする人も多いのですが、通常の電池が電気を貯める蓄電池であるのに対し、太陽電池は光を即時に電力に変換して出力する発電機です。

太陽電池の種類

太陽電池は大きくわけて「シリコン系「化合物系」「有機系」「量子ドット型」の4種類あります。

シリコン系

素材にシリコンを用いる太陽電池です。
材料の性質の観点からは、大きく結晶シリコンとアモルファスシリコンに分類することができ、またその形態から、薄膜型や多接合型などを分別することができます。

化合物系

光吸収層(光電変換層)に無機化合物材料を用いた太陽電池です。
有名なものとしてシャープの開発した「InGaAs太陽電池」などがあります。

有機系

光吸収層(光電変換層)に有機化合物を用いた太陽電池です。
製法が簡便で生産コストが低くでき、着色性や柔軟性などを持たせられるなどの特長を有しています。
一方で、変換効率や寿命に課題を残しており、現在も実用化に向けて研究がつづけられています。

量子ドット型

第三世代型太陽電池とも呼ばれているものとして、使用する材料がまだ特定されていない太陽電池として、量子効果を用いた太陽電池が検討されています。

太陽光発電はどのような仕組み?

田中君 「先生、今、気づいたのですが・・・」
先生 「はい、田中君、何ですか?」
田中君 「そもそも、太陽光発電はどういう仕組みなのか全然説明していない気がするんですが・・・」
先生 「・・・・あっ・・・」
先生 「いやね~田中君、それはこれから説明するところよ。
ええ、決して忘れてたわけではないわよ。」
田中君 「・・・・・・」
先生 「コホン、太陽光発電では太陽光を太陽電池を用いて直接的に電力に変換するというのが基本的な仕組みになっています。
おわり。」
田中君 ・・・え~と、それだけですか?
先生 ええ、これ以上は私が理解できなかった・・・もとい、みんなが理解できないでしょうからこの程度でOKです。
田中君 「・・・・・・」
先生 「・・・何ですか、その目は?」
田中君 「・・・・いえ、別に・・・」

太陽光発電の基本的な仕組み

太陽光発電では太陽光を太陽電池を用いて直接的に電力に変換する仕組みとなっています。
基本的には太陽電池、必要な電圧や周波数に変換するインバータ(パワーコンディショナー)の組み合わせで構成されており、また用途により蓄電池も組み合わされることもあります。

太陽光発電の構成

  • 太陽電池
  • 接続箱
  • パワーコンディショナ
  • 蓄電池(必須ではありません)

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太陽光発電のデメリットとは?

伊藤君 「先生、うちのおじいちゃんが『うまい話には気をつけろ』といつも言っていたんだけど、太陽光発電に悪いことはないんですか?」
先生 「う~ん、伊藤君のおじいさまはなにかひどい目にあったことがあるのかな?
それはともかく、確かかに物事には良いことばかりではないのは確かですね。」
伊藤君 「じゃあ、太陽光発電には実際に何か欠点があるんですか?」
先生 「ええ、太陽光発電にも次のようなデメリットがあります。

  • 発電量が不安定
  • 変換効率が低い
  • 価格がまだ高い
  • メンテナンスが必要
先生 太陽光発電の一番の問題は、やっはり天候に左右されたり、夜間には発電することができないなど発電量が不安定であることですね。
佐藤さん あれ、先生デメリットにメンテナンスが入っていますけど、確か『メンテナンスが簡単であること』はメリットじゃなかったんですか?
先生 いいえ、メンテナンスが簡単であることはメリットだけど、そもそもメンテナンスが必要ということ自体がデメリットということなんです。
佐藤さん ・・・・?
先生 簡単に言えば、手入れは簡単だけど、小まめにしないといけないから面倒くさいということですね。

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太陽光発電のデメリット

太陽光発電のデメリットには次のようなものが指摘されています。

  • 発電量が不安定
  • 変換効率が低い
  • 価格がまだ高い
  • メンテナンスが必要

発電量が不安定

太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換して使うのが太陽光発電です。
そのため、夜間は発電できませんし、昼間でも曇天時や雨天時は発電量が大幅 に低下します。
実際、晴天時と比較すると、曇天時は30~50%、雨天時は10%程度の出力になります。
夜間は使用できないことや、天候によって発電量が大きく変動することは、将来にむけ て解決すべき太陽光発電の本質的な課題の1つです。
さらに、積雪が多く晴天が少ない日本海側と太平洋側では、太陽光が当たる日照時間が異なるため発電量が変わりますし、自宅の屋根の向きや形はもちろん、太陽光をさえぎる建物や樹木の陰によっても発電量は変動します。

変換効率が低い

太陽光発電は一般に発電効率が悪いというデメリットがあると言われています。
発電効率とは、エネルギー(熱量)をどの程度の割合で電力に変換することができるか、という尺度で、あるエネルギーから電力へと変換する過程で生じるロスが少なければ、少ないほどエネルギー効率がよく有効に変換しているとみなされます。
太陽光発電の場合、現在の市場に普及している太陽光発電システムのエネルギー効率は、最大のもので約20%程度と言われており非常に効率が悪いとされています。
しかし一方で、太陽の光はもともと使われていなかった資源であったので、それをわずかでも有効的に使えるのならば十分なメリットであるとも言われています。

価格がまだ高い

近年、太陽光発電業界の競争激化により、販売価格はどんどん下がってきています。
しかし、それでも多くの人にとって安くはないというのが現実です。
実際、太陽光発電の設置費用は、だいたい150万円~300万円あたりが相場価格となっているようです。
しかも、太陽光発電を購入する場合、国から補助金が出るといわれていますが、地域によってはすでに終了しているばあいもあるので注意が必要です。

メンテナンスが必要

ソーラーパネルは燃料などのランニングコストがかからず、耐用年数が長いので、ついメンテナンスのことを忘れがちですが、実は点検や発電量モニターなど、メンテナンスは欠かせない重要ポイントです。
太陽光発電は一般的に20年~30年程度の寿命があるといわれていますが、実際は10年程度でいろいろ問題がおき始めるようです。
その為、少しでも長く使用するためには小まめに発電量モニターをチェックすることや清掃作業が必要になります。
また、ソーラーパネル自体の耐用年数は25年~30年なのですが、電気を直流から交流に変換するパワーコンディショナーという機器は10年ほどの耐用年数です。その交換費用がかかることも要注意です。

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太陽光発電は温暖化対策の切り札?

田中君 「先生、質問です」
先生 「なんですか?」
田中君 「太陽光発電はどれくらい二酸化炭素を削減できるんですか?」
先生 「田中君、良い質問です。」
先生 もし太陽光発電で、約1万kWhの発電をすると、なんと約1万㎡の森林が吸収する量のCO2 を削減することができるんですよ。
田中君 「えっ、そんなに!?」
先生 「実際、国などの試算によると、太陽光パネルを設置して約2年たてば、その後はCO2排出ゼロで発電を行えるとも言われています。
今、世界中で温暖化対策が叫ばれていますが、太陽光発電は一つの答えになるかもしれませんね。」

太陽光発電と地球温暖化

現在、地球温暖化の原因となる温室効果ガスの排出量は増加の一途をたどり、中でも、二酸化炭素はその約80%を占めています。
特に工場などからの排出量が最も多く、大きな工場や事業所を持つ企業や公的機関ではCO2の削減が急務となっています。
このような状況下において、太陽電池を利用して、日光を直接、電力に変える太陽光発電は、電気をつくる際に火力発電のように石炭などの燃料を使わず、発電中に二酸化炭素(CO2)などの温室効果ガスをほとんど排出しないため、地球温暖化の防止に効果的であるとして注目されています。

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どのくらい削減できるのか?

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太陽光パネルで約1万kWhの発電をした場合、約5.2t-CO2 /年のCO2 削減量となります。
この削減量を森林面積に置き換えると、約1万㎡の森林がCO2 を吸収する量に 相当します

太陽光発電の推進で地球温暖化が止まる?

国などの試算によると、太陽光パネルを設置して約2年たてば、その後はCO2排出ゼロで発電を行っているとみなすことができるといわれています。
太陽光発電の推進が進めば進むほど、排出される温室効果ガスが減り、地球温暖化に歯止めがかかることは間違いないですね。

太陽光発電のメリットは何だろう?

佐藤さん 「先生、太陽光発電にはどのようなメリットがあるのですか?」
先生 「太陽光発電のメリットとして一般的に言われているのは次の3つです。」

  • クリーンで枯渇しない
  • 設置場所を選ばない
  • メンテナンスが簡単
先生 まず、エネルギー源が太陽だから石油などの資源と違って枯渇する心配がありません。
また、太陽光発電は、導入するシステムの規模に関係なく発電効率が一定で、自由に規模を決めることができるため、一般家庭から大規模施設まで、それぞれの施設に合ったシステムを設置することができます。
さらに、太陽光発電は構造的にシンプルであるため、ほかの発電システムに比べメンテナンスも簡単といわれているんです。
田中君 先生、太陽光発電のメリットはそれだけですか?
先生 いいえ、太陽光発電には他にも様々なメリットがあります。
これらは興味があるなら後で独自に調べるといいですよ。
3人 は~い!!

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太陽子発電の3つのメリット

太陽光発電には一般的に次のような3つのメリットがあるといわれています。

  • クリーンで枯渇しない
  • 設置場所を選ばない
  • メンテナンスが簡単

クリーンで枯渇しない

太陽光発電の最大のメリットは、太陽というエネルギー源が無尽蔵で、クリーンである点です。
石油を燃焼させて電気を起こす火力発電のように、発電時にCO2(二酸化炭素)や、SOX(硫黄酸化物)、NOX(窒素酸化物)などの大気汚染物質を発生させることがありませんので、環境破壊対策としても高い期待が寄せられています。

設置場所を選ばない

太陽光発電は、導入するシステムの規模に関係なく発電効率が一定です。
さらに設置する場所の広さに合わせて自由に規模を決めることができるため、一般家庭から大 規模施設まで、それぞれの施設に合ったシステムを設置することが可能です。
日射量さえ確保できれば、設置場所を選ぶことがなく、例えば、自宅の屋根や屋上にも設置することができます。

メンテナンスが簡単

太陽光発電システムは構造的にシンプルであるため、ほかの発電システムに比べメンテナンスも簡単です。
しかも、システムの寿命も比較的長く、現在、太陽光発電に用いられる太陽電池の耐用年数は、20年以上とされています

その他のメリット

その他、太陽光発電には次のようなメリットもあると指摘されています。

  1. 節電効果があり、停電など電力会社からの供給が途絶えたときなどいざという時も発電した電力を使用できる
  2. 補助金で設置費用が安くなる
  3. 電気買取制度で太陽光発電で作った電気を売ることができる

①については、電気を自宅で作るのですから必然的に、電力会社から購入する電気は少なくなり、加えて、東日本大震災のような災害により停電となったとしても電気を使い続けることができます。
②と③は政府が太陽光発電を推進している「今」だからこそのメリットですね。