ソーラーパネル ソーラーパネルの概要

ソーラーパネル

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2018/07/14 14:20 UTC 版)

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一枚の太陽電池パネル。結晶シリコン型の太陽電池を集積したタイプ。アルミニウムの枠で固定され、表面にはガラスが張られている。1枚だけでも使うことができる。
24枚の太陽電池パネルで作られたsolar array ソーラーアレイ。(モンゴルの平原にて)
太陽光発電所に設置された、非常に多数の太陽電池パネル。(米国、ネヴァダ州)
和歌山県海南市 下津行政局で使用されている建材一体型太陽電池

概説

ソーラーパネルは一般に、ひとつひとつは小さな太陽電池を複数集めて、何らかの枠・構造体に入れてパネル状にしたものである。枠はアルミが用いられることが多い。

 また、2枚のガラスの間にセルを挟みこみ、建材一体型として使用するケースもある。(右写真 建材一体型太陽電池 参照)

ひとつひとつの太陽電池の起電力は小さいが、それを複数直列に組むことで電圧を上げ、使いやすくしている。一般に、鉛蓄電池(12V)と組み合わせることも想定されたソーラーパネルは、蓄電池を充電するために、ソーラーパネル側の起電力は(蓄電池の12Vよりも高く)17~20V程度になるように設計されている。また電流量を増やすために、上述の直列のユニットが複数、並列に組んであることもある。

ソーラーパネルは、1枚単体でバッテリーなどと接続して使用することも可能である。

1枚のソーラーパネルが発電できる電力は、そのサイズや結晶のタイプによる発電効率などによってそれぞれ異なっていて一概には言いにくいが、おおむね、一辺が数十センチメートル程度ならば、10ワット~100ワット程度である。一辺が数センチ程度の小さなソーラーパネルの場合は、1W以下~せいぜい数ワット程度である。

住宅で用いられる太陽光発電システム(住宅の屋根の上などに設置するもの)では、複数のソーラーパネルが用いられていて、接続箱を介してパワーコンディショナーに接続されている。ソーラーパネルで発電された電力は家庭内で消費され、また売電という形で電力網ともつながっている場合があり、その場合は電力網へと供給される。

太陽光発電所では、非常に多数ソーラーパネルが用いられており、大電力を供給する。

複数のソーラーパネルを組み合わせたものは、「ソーラーアレイ」「太陽電池アレイ」と呼ばれている。

ISSの太陽電池モジュール

ソーラーパネルは、人工衛星宇宙ステーションでもよく使われている。

構造と仕組み

ソーラーパネル上で太陽電池が相互接続されている。

ソーラーパネルは太陽からの光エネルギー(光子)を使い、光起電力効果を応用して電気を発生させる。モジュールの構造を保持するのは上層の場合(表板構造)や下層の場合(基板構造)がある。よく使われるのはウェハーベースの結晶シリコンを使った太陽電池とテルル化カドミウムまたはシリコンを使った薄膜型の太陽電池である。結晶シリコンは半導体製造の原料でもある。

太陽電池を実用的なものとするには、まず複数の太陽電池を電気的に相互接続し、システムの他の部分と接続しなければならない。また、製造・輸送・設置・利用の各段階で壊れないよう保護する必要がある。特に、(ひょう)や積雪の重みが問題となる。特にウェハーベースの太陽電池は脆いので注意が必要である。湿気が内部に入り込むと金属の配線や接続部分が腐食する危険性があり、薄膜型の太陽電池や透明導電性薄膜層も湿気に弱いため、注意しないと性能低下や寿命短縮に繋がる。

ソーラーパネルは硬いものがほとんどだが、薄膜型の太陽電池を使ったものは柔軟性のあるものもある。

必要な電圧を確保するため、直列に太陽電池を接続し、電流を確保するためにそれらをさらに並列に接続する。

一部または全部が影に入ったり、夜になると電流の逆流が起きることがある。それを防ぐため、別途ダイオードを使うこともある[1]。単結晶シリコンの太陽電池のpn接合は光が当たっていないときに逆電流を生じさせる特性があるが、これは不要である。逆電流は単に電力を無駄に消費するだけでなく、太陽電池が熱を持つという問題もある。太陽電池は高温になるほど効率が低下するため[2] 、ソーラーパネルはなるべく熱を持たないのが望ましい。冷却を考慮した設計のソーラーパネルはほとんどないが、設置する際に背面から放熱できるようにするなどの工夫をすることが望ましい。

最近のソーラーパネルには、レンズまたは鏡を使って太陽光をより小さな太陽電池に集める集光装置を採用したデザインのものもある。単位面積当たりの単価が高い太陽電池(ヒ化ガリウムを使ったものなど)を使って比較的安価なソーラーパネルを作ることができる[3]

ソーラーパネルの構成によっては様々な波長の光で発電できるが、一般に太陽光のあらゆる波長をカバーすることはできない(特に紫外線赤外線、間接光など)。つまり太陽光エネルギーの大部分を捨てていることになる。ソーラーパネルは適切な単色光を照射したとき最も効率がよい。そこで、太陽光を複数の波長に分け、それぞれのビームをその波長が得意な太陽電池に当てるという仕組みのソーラーパネルが提案されている[4]。また、赤外線を中心として発電できる太陽電池を使ったTPV(熱起電力)発電も提案されている[5]

ソーラーパネルの効率を表す太陽光変換効率は、市販されているもので5%から18%となっており、一般にパネルを構成する太陽電池単独の効率より低い。




  1. ^ Diodes”. Kpsec.freeuk.com. 2010年10月18日閲覧。
  2. ^ 特許庁 技術分野別特許マップ「太陽電池」1.2.1 太陽電池が電気を発生する理由(半導体中での光変換:光起電力効果)
  3. ^ 高本達也、兼岩実「集光型化合物太陽電池 (PDF) 」 、『シャープ技報』第93号、シャープ、2005年12月。
  4. ^ Very High Efficiency Solar Cell (VHESC) DARPA STO
  5. ^ IMECが廃熱で発電する太陽電池を開発、製造プロセスを低コストに 日経エレクトロニクス 2010年6月10日
  6. ^ Global flexible and thin-film PV market expected to reach US$58b in 2019,reports by IntertechPira study”. Globalsolartechnology (2009年9月11日). 2011年1月11日閲覧。
  7. ^ CTI Solar sales brochure (PDF)”. cti-solar.com. 2010年9月3日閲覧。
  8. ^ a b IMS Market Research - Press”. Pvmarketresearch.com (2010年5月5日). 2010年10月18日閲覧。
  9. ^ 世界の太陽電池メーカー勢力図”. 東洋経済 online (2011年2月16日). 2011年6月4日閲覧。
  10. ^ 昭和シェル石油グループが太陽電池新工場の竣工式を開催、7月までに全ライン稼動で世界最大級の工場に”. 東洋経済 online (2011年4月25日). 2011年6月4日閲覧。
  11. ^ 太陽電池モジュール・2017年出荷量トップ10企業”. 2018年6月30日閲覧。
  12. ^ Harnessing Light. National Research Council. (1998). p. 162. http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=5954. 
  13. ^ Paula Mints (24 September 2009). “Module Pricing: Rational, Or Just Plain Nuts?”. Photovoltaics World Magazine. http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2009/09/module-pricing-rational-or-just-plain-nuts?cmpid=WNL-Friday-September25-2009. 
  14. ^ 太陽光発電の価格相場太陽光発電価格相場表
  15. ^ トランプ米政権、太陽光パネルと洗濯機にセーフガード発動”. CNN (2018年1月23日). 2018年7月14日閲覧。
  16. ^ KDDIが太陽電池携帯を発売へ”. ITmedia news (2009年4月20日). 2011年1月11日閲覧。
  17. ^ Meet Gyy, The First Solar Powered Netbook”. PCWorld (2009年5月15日). 2010年10月18日閲覧。
  18. ^ 太陽光発電:業者、無許可で危険斜面掘削 和歌山の山林 毎日新聞 2015年9月6日
  19. ^ 関東・東北豪雨:太陽光装置設置工事で堤防削られる 常総 毎日新聞 2015年9月11日
  20. ^ 太陽光パネル「反射光が苦痛」…地裁が撤去命令 読売新聞 2012年4月19日
  21. ^ 「太陽光パネルで室内50度、熱中症」 64歳会社役員が業者に300万円求め提訴 産経新聞 2015年9月9日
  22. ^ 太陽光発電装置等を設置される場合は景観規制の手続が必要です”. 京都市. 2013年5月27日閲覧。
  23. ^ 保全地区内で太陽光パネルを設置する場合”. 奈良県. 2013年5月27日閲覧。


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