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太陽光発電の太陽光パネルの構造と発電の仕組み

公開日:2020/12/15  最終更新日:2020/11/26

地球温暖化をこれ以上悪化させないように、また省エネのために太陽光発電の活用が推奨されています。一般の家庭でも屋根などに太陽光パネルを設置することで、自宅で電気を作り出すことができるため電気代の節約にもなります。今回は、いったい太陽の光がどのようにして電気になるのか、太陽光パネルの構造と発電の仕組みについて解説します。

太陽光パネルの構造と電気ができる仕組み

太陽光発電は、太陽電池を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変える役目を果たしています。太陽電池はP型シリコン半導体とN型シリコン半導体が張り合わさっていて、太陽光がその境目に当たるように作られています。

P型シリコン半導体はプラスの電気を帯びやすく太陽光が当たるとプラスになり、N型シリコン半導体の方はマイナスを帯びやすく太陽光が当たると半導体がマイナスになり、プラスとマイナスに電線を繋ぐことで乾電池のように電気が生じて流れていくということです。このようにして発生するのは直流の電気で、その電気を使えるものにするには交流の電気にする必要があります。

直流電気を交流電気に変換するために必要なものは、パワーコンディショナーといわれるものです。パワーコンディショナーは太陽光パネルとつながっていて、直流電気を交流電気に変換することで初めて家庭内の各場所で使える電気となります。それで安定した電気が供給され、家庭内の使用だけでなく余った電気は売ることもできるようになります。パワーコンディショナーには自立運転機能がついているものもあり、その機能があれば太陽光が当たっている限り停電中でも電気を供給できます。

このように太陽光パネルとパワーコンディショナーで構造されていて太陽光を電気に変えることができるのですが、そのうえで蓄電器を設置すれば、作った電気をためておくこともできるのです。

太陽光パネルにはどのようなものがあるのか

太陽光発電に使用されるパネルのシリコン素材には単結晶と多結晶があり、一つの結晶で作られたものが単結晶、細かい結晶を組み合わせて作ったものが多結晶といわれています。

太陽光発電で使われるパネルとしては、単結晶の方が歴史も古く実績も豊富です。単結晶の方はシリコン原子が規則正しく並び、シリコンの力を最大限に出すことができます。表面にひびが入ることもなく見た目がきれいなうえ高純度で高い変換率を出すという特徴がある反面、コストが高いことがデメリットです。

一方多結晶の方は、単結晶のシリコン素材を製造する段階で不良なシリコンを再利用するためにできたもので、そのためコストを抑えて大量に生産することが可能なので現在は主流となっています。しかし小さな結晶の集まりでできているので変換率は単結晶のシリコンよりも低い傾向があり、表面にひびが入ることがあることがデメリットとなります。

シリコン素材にはほかにも、多結晶よりも低コストが特徴のアモルファス、単結晶とアモルファスを組み合わせて一番高い発電効率が特徴のハイブリッドもあります。シリコン素材以外にも、シリコンよりも天気に左右されにくい化合物系のGISや、日本では使われていませんが薄膜で低コストなCdteという素材もあります。

また現在はまだ研究中ですが、低コストや高い変換率を実現する可能性が高い有機物系や量子ドットなども期待されているところです。

大阪で太陽光発電を導入するメリット

太陽光発電システムを使って多くの電気を発電するには、たくさんの太陽光が必要になります。太陽の光は季節や地域によって異なり、日本ならどの地域においても夏よりも冬の方が少ないということは同じですが、あるデータによると1年の中で一番たくさんの発電量を供給できるのは5月で一番少ないのは12月という結果が出ています。

では地域別ではどうでしょうか。実際に太陽光発電システムを設置している住宅の発電量の結果を調査したデータによると、南の地域ほど太陽がよく当たるので発電量が多く北の地域ほど少なくなるという結果が出ていますが、内陸部の方が太陽光がよく当たって発電量が多いという結果も出ているのです。それは、太平洋側では雨が多い地域があることが原因のひとつなのです。そのため日本国内で一番発電量が多いのは、山梨県や長野県など山が多い内陸の地域です。

それでは大阪はどうでしょうか。大阪は日本を北と南で分ければ南の方に位置し、太平洋沿岸というわけはないので太陽光が差す量はとりわけ多いことも少ないこともなく日本の中では普通の状態ですが、雨の日もそれほど多くないので太陽光発電システムを設置することで、日本全国の平均値くらいの電気を作り出すことが期待できます。自然の太陽光を有効活用でき、光熱費の節約にもなり蓄電池を設置するとさらに災害で停電が起こって電力を供給できるのです。

 

太陽光パネルは、シリコン素材をつかったものが主流でそこに太陽光が当たることで電気を起こし、さらにパワーコンディショナーが家庭で使える電気を作り出します。自然の光を利用して電気を作り出すことで、省エネの実現し地球温暖化を少しでも防ぐことに貢献できるのです。

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