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エネルギー新時代


新エネルギーはやわかり

太陽光発電-太陽のエネルギーで発電

1.発電の仕組み

太陽光発電とは、太陽電池により太陽光エネルギーをそのまま電力に変換する発電方式です。ソーラー発電とも呼ばれます。

太陽光発電で中核となるのが太陽電池です。太陽電池は半導体でできており、その半導体が太陽光エネルギーを電力に直接変換します。

一般的な太陽電池の構造は、電気的性質が異なる2種類(p型とn型)の半導体を接合しています。この太陽電池に太陽光があたると、電池内にプラスとマイスの粒子が発生します。プラスの粒子が正孔(+)、マイナスの粒子が電子(-)です。そして、正孔はp型側へ、電子はn型側へ集まりますので、表の電極(n型側)と裏の電極(p型側)に電球やモータなどをつなぐと電流が流れ出します。

このような太陽電池の原理によって太陽光から電力がつくり出されるのです。

2.太陽電池の種類

現在、普及が進んでいる太陽電池の種類は、シリコン系と化合物系に大別できます。また、有機材料を用いた太陽電池の開発も活発に行われています。以下に主な太陽電池を紹介します。

【シリコン系】

○結晶系シリコン
  • 単結晶シリコン太陽電池
    単結晶のシリコン基板につくられた太陽電池。性能や信頼性に優れるが、基板の価格が高い)
  • 多結晶シリコン太陽電池
    多結晶のシリコン基板につくられた太陽電池。
    単結晶より安価でつくりやすいが、エネルギー変換効率は単結晶に比べて劣る
○非結晶系シリコン
  • アモルファスシリコン太陽電池
    ガラスや金属などの基板にアモルファス=非晶質シ リコンを形成した太陽電池。エネルギー変換効率が 低いが、低価格化の期待がある

【化合物系】

○CIGS系太陽電池

銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)などからなる化合物半導体を用いた太陽電池。薄膜・軽量化でき、量産が容易で価格も低くできる。一方、希少金属(インジウム、ガリウム)を使用するため資源の制約がある

○CdTe系太陽電池

カドミウム、テルルを原料に用いた薄膜をガラス基板に形成した太陽電池。比較的低温で多結晶膜を形成できるため、低コストで高効率な太陽電池が期待できる。一方、カドミウムは毒性が高いため日本ではCdTe系太陽電池は普及していない

○多接合太陽電池

バンドギャップ(電子が侵入できない領域のエネルギー幅)の異なる複数の太陽電池を積み重ねて接合した太陽電池。エネルギー変換効率が高い一方でコストが高くなる

【有機系】

○色素増感型太陽電池

スイス・ローザンヌ工科大学のグレッツェル教授による酸化チタン薄膜の表面に色素を固定した色素増感型太陽電池。二酸化チタン微粒子の表面に有機色素を吸着させることにより大幅に変換効率を高める可能性のある太陽電池で、製造が簡単で安価なことからコスト低減の可能性も高い

○有機薄膜太陽電池

p型半導体に導電性ポリマー、n型半導体にフラーレンを用いた太陽電池。P型、n型ともに有機半導体を用いるが、その作製は2種類の有機半導体を混ぜて溶かした溶液を、電極の付いたガラス基板に塗布して薄膜とし、その薄膜上に電極を形成するため、製造方法が非常に簡易にできる。材料が安価で大面積を簡易に作製できるため、大幅なコストダウンが可能。一方、有機材料を用いるために耐久性が低い

3.メリットとデメリット

太陽光発電には主に以下のようなメリット、デメリットがあります。

【メリット】

  • エネルギー源が無限に近いので枯渇の心配がありません
  • 発電時にCO2(二酸化炭素)、SOX(硫黄酸化物)、NOX(窒素酸化物)などの大気汚染物質を排出しないので、環境への負荷が極めて少ないです
  • 発電システムの規模にかかわらず発電効率が一定です
  • 日射量を確保できればシステムの設置場所や規模を選びません

【デメリット】

  • 夜間は発電できず、日中でも天候により発電量が大きく変動します
  • 太陽電池の製造コストが高いため、既存の発電システムに比べて発電コスト(設備費用などから計算するコストで電気代に相当)も高くなります
  • 設置面積あたりの発電量が既存の発電方式に比べて低いです

4.世界と日本の動向

エネルギー白書2010(経済産業省資源エネルギー庁)によれば、欧州の太陽電池の市場規模は2010年で3兆円(年間導入量526万Kw)、それが2020年には12兆円まで成長すると予測されています。特に近年はドイツで太陽光発電の導入が拡大しています。

国内の市場規模は2008年度で約5,000億円ですが、今後は太陽光発電システムの新規需要が見込まれて2020年度には約1兆5,000億円に達すると予測されます。

太陽光発電事業には、原料メーカー、太陽電池メーカー、周辺機器メーカー、住宅メーカーなどさまざまな事業主体が関わるため、関連産業のすそ野が広く、経済効果や雇用効果に大きな影響が期待されます。

掲載日:2012年1月16日


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