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2011年07月11日

ソーラーパネル郡

1枚のソーラーパネルが発電できる電力は限られていて、通常は複数枚並べて設置します。
太陽光発電には、ソーラーパネル群、インバータ、二次電池、それらをつなぐ配線などが必要です。

太陽光発電システムは、電力網と接続することも出来、また、接続せずに単独で使用することも出来ます。


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ソーラーパネルとは

ソーラーパネルは、太陽電池をいくつも並べて相互接続し、パネル状にしたもの。
太陽電池パネル、太陽電池モジュールともいわれています。

ソーラーパネルは、さらに大きな太陽光発電システムの部品として使われ、商用や住宅用に電力を供給します。
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太陽光発電 ソーラーパネルの設置場所

太陽光発電は、設置する場所の制約が少ないのが特徴で、腕時計から人工衛星まで様々な場所で用いられています。

地上に直接設置することも可能で、太陽光を十分に受けることができ、パネルの重量に耐えることができる場所ならば、屋根や壁など建造物の様々な場所に設置が可能です。軽量で柔軟なフレキシブル型太陽電池も開発されていて、取り付けの自由度が高まっています。
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太陽光発電 ソーラー発電の長所・短所

「長所」

装置発電部は、原理的に可動部分が無く、磨耗等による機械的な故障が起きない
規模に関わらず発電効率が一定であるため、小規模・分散運用に向いている
発電時に廃棄物・温排水・排気・騒音・振動などの発生がない
出力ピークが昼間電力需要ピークと重なり、需要ピーク電力の削減に効果がある

設置位置
需要地に近接して設置できるため、送電のコストや損失を最小化できる
非常用の電源となりうる
運搬・移動に適した製品も造れる
他の発電方式と比較して設置の制限条件が少ない
建築物の屋根や壁面にも設置できるため、土地を占有せずに設置することが可能

社会面
構成材料の大部分がリサイクル可能
輸出産業として利益が見込める
設置国のエネルギー自給率を向上させる
稼働に化石燃料を必要としないのでエネルギー安全保障上有利になる
発電時に温室効果ガスを排出せず、設備製造等での排出も比較的少ない

「短所」

単純な発電電力量当たりのコストが他の発電方法に比べて割高な場合が多い
夜間は発電せず、昼間でも天候等により発電量が大きく変動する
配電系統へ連系する場合、設備量の増加に伴って系統インフラの改造が必要
設置面積当たりの発電量が集中型の発電方式に比べて低い
設置規模を大きくしても発電効率は変わらない
高温時に出力が落ちる
影、汚れ、火山灰・降雪等で遮蔽されると、その分出力が落ちる

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太陽光発電 ソーラー発電

太陽光発電(たいようこうはつでん)は、太陽電池を利用して、太陽光のエネルギーを直接的に電力に変換する発電方式です。ソーラー発電とも呼ばれています。再生可能エネルギーの一種で、太陽エネルギー利用の一形態です。

太陽光発電装置は、導入時の初期費用が高額でしたが、メーカー間の競争によって、性能向上と低価格化や施工技術の普及も進みました。運用と保守の経費は、安価であるため、世界的に需要が拡大しています。昼間の電力需要ピークを緩和して、温室効果ガス排出量を削減できるなどの特長があるので、低炭素社会の成長産業として期待されています。
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太陽電池 ソーラーパネルの種類

光吸収層の材料、および素子の形態などにより、多くの種類に分類されています。 それぞれ異なる特徴を持ち、用途に応じて使い分けられています。

シリコン系
シリコンを用いる太陽電池は、材料の性質の観点から、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す。そして、その形態から、薄膜型や多接合型なども分別することができます。その形式や性能は、非常に多様で、複数の型を複合させたものも実用化されています。
太陽電池に用いられるシリコンの純度、格子欠陥は、集積回路用に比べて基準がゆるく、太陽電池の生産量が増加するに従い、ソーラーグレードのシリコン材料の供給が望まれています。シリコンの高純度化には、真空中で電子ビームを照射して、シリコン中の不純物の気化精製、凝固精製して、不純物を除去する事によって、純度を高めるプロセスも開発されています。

化合物系
シャープが開発した3層の結晶構造がほぼ一致するように原材料の元素を掛け合わせ、さらに層の間に緩衝材を入れて、層のひずみを解消。インジウムを使っているので、コストが高く、用途は宇宙用に限られています。

有機系
上記のシリコンや無機化合物材料を用いた太陽電池に対して、光吸収層(光電変換層)に有機化合物を使用した太陽電池も開発されています。製法が簡便で生産コストが低く、着色性や柔軟性などを持たせられるなどの特長があります。変換効率や寿命に課題がありますが、実用化されれば将来の市場で大きなインパクトが期待されるため、開発が競われています。

量子ドット型
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て、第三世代型太陽電池とも呼ばれています。p-i-n構造を有する太陽電池のi層中に大きさが数nm〜数10nm程度の量子ドット構造を規則的に並べた構造などが提案されています。この量子ドットの間隔を調整することで、基の半導体(シリコンやGaAsなど)の禁制帯中に複数のミニバンドを形成でき、これにより、単接合の太陽電池であっても、異なる波長の光をそれぞれ効率よく電力に変換することが可能になり、変換効率の理論限界は60%以上に拡大。現在の一般的な半導体プロセスよりもさらに微細な加工プロセスの開発が必要で、米国などで開発が進められています。

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太陽電池 ソーラーパネルの原理

太陽電池は、光の持つエネルギーを、直接的に電力に変換します。その変換過程では、熱・蒸気・運動エネルギーなどへの変換を必要としません。太陽電池内部に入射した光のエネルギーは、電子によって直接的に吸収されて、あらかじめ設けられた電界に導かれて、電力として太陽電池の外部へ出力されます。 光起電力は、特異な現象ではなくて、亜酸化銅、セレン等の半導体では、普遍性のある現象です。
一般的な太陽電池は、p型とn型の半導体を接合した構造を持っています。いわば、大きなpn接合型ダイオード(フォトダイオード)です。シリコン系、化合物系の太陽電池がこれに該当します。 発光ダイオードと逆の過程を通じて、電子に光のエネルギーを吸収させ(光励起)、半導体の性質を利用して、エネルギーを持った電子を直接的に電力として取り出します。
色素増感太陽電池では、pn接合型とは様相が異なります。入射光によって、二酸化チタンに吸着された色素中の電子が励起され、この励起された電子を二酸化チタンを介して電極(陰極)へと導き、直流として取り出します。送り出された電子は、外部回路を経由して対向電極(陽極)に戻り、電極間に挟まれた電解質中のイオンを介して、再び色素吸着部へと戻ります。
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太陽電池 ソーラーパネルのコスト

価格は、セル1Wあたりの価格は、仕入れる量によってかなり変わります。最近では、海外からのセルも入ってくるようになって、 輸送コストがそのままセルの単価に盛り込まれています。

近年は、技術開発が進んで、1Wあたり約100円という薄膜型の安価な製品も実用化されて、注目を集めています。2010年から本格的に価格競争が始まるといわれています。

上記の価格は、パネル本体の価格で、家庭用に設置する際の架台や交流変換装置、工事費なども含めると、Wあたりの単価は、650円程度になるでしょう。
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太陽電池 ソーラーパネルの用途

電池交換や給電線が不要なので、利便性向上やコスト削減を図れます。

電卓、腕時計、道路標識、庭園灯、街路灯、駐車券発行機、パソコンや携帯電話の充電器など

他からの電力供給が難しかったり不可能な場所のエネルギー源として使えます。

海洋や山岳地帯の観測機器、人工衛星、宇宙ステーション、離島、送電網の未熟な地域など

その他、温室効果ガス排出量削減用や需要ピーク時の補助電力用、可搬式電源、非常用電源としても使用されています。
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太陽電池 ソーラーパネルの歴史

太陽電池の基本原理は、1839年フランスの物理学者「アレクサンドル・エドモン・ベクレル」によって最初に発見されていました。実際に発電が可能になったのは、1884年アメリカの発明家「チャールズフリッツ」の、半導体性のセレンと極めて薄い金の膜とを接合したもので、これにより得られた変換効率はわずか1%ほどでした。
太陽電池の先駆けは、アメリカのベル研究所にて開発された「単結晶シリコン型太陽電池」です。太陽光のエネルギーを電力に変換する効率を6%にアップ。当初は、宇宙用が主な用途でした。太陽電池を用いた最初の人工衛星ヴァンガード1号[1]は6年以上動作し、その有用性を示しました。その後、無人灯台など徐々に用途を拡大して、日本でも1960年代に量産が開始されました。電源としての本格的な開発が始まったのは、1974年の石油ショック以降で、生産量は、2004年、世界全体で約1.2GWになりました。
変換効率は、2006年、変換効率40.7%の多接合型集光セルが開発され、高性能化が進んでいる。一般市場向けの製品では、省資源化と低コスト化が進んで、市場が急拡大している。2000年から2006年まで、シャープが太陽電池製造量世界一。2007年末の日系メーカーの太陽電池生産シェアは24.6%で、世界一のシェアです。近年では、中国や台湾の生産量が急激に増えています。
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太陽電池 ソーラーパネルとは

太陽電池(たいようでんち)は、光起電力効果を利用して、光エネルギーを直接電力に変換する電力機器です。光電池(こうでんち、ひかりでんち)とも呼ばれています。電力を蓄えるのではなく、受けた光を即時に電力に変換して出力しています。
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