太陽光発電装置 – metoree本番管理

太陽光発電装置とは

太陽光発電装置

太陽光発電装置とは、再生可能エネルギーの一種であり、太陽の光エネルギーを電気に変換する装置です。

化石燃料に依存しないクリーンな発電方法で、二酸化炭素などの温室効果ガスの排出もありません。太陽光発電装置は、太陽電池を使用して太陽光を直接電気に変換する仕組みを持っています。

また、系統連系型と独立型の2つの形態があり、様々な場所で使用されています。

太陽光発電措置は、二酸化炭素の排出がない低炭素発電なので、広く利用されています。また、資源の乏しい日本でエネルギー自給率を改善する発電装置として、風力発電などとともに、様々な場所で普及が進んでいます。

太陽光発電事業として、発電した全電力を売電する大規模な装置、通常は電力を自家消費し、発電量が消費量を上回った場合に電力会社に売電する家庭用の装置、電力会社の送電網とは独立して、街灯や交通標識などの照明用などに電力を供給する小規模な装置など、規模や利用形態はさまざまです。

太陽光発電装置で最も重要なパーツは、太陽電池です。現在、主流の太陽電池はシリコン系で、p型半導体とn型半導体を接合させています。

太陽光がpn接合半導体に当たると、電子が光エネルギーによって励起されて、自由電子になります。自由電子が抜けると、正孔と呼ばれる+の電荷が生じます。正孔はp型半導体に、自由電子はn型半導体に移動します。

p型半導体とn型半導体を外部で負荷と接続すると、p型電極からn型電極に向かって電流が流れます。これが、太陽光電池の発電原理です。

太陽光発電装置の構成は、電力会社の送電網に接続される系統連系型と、接続されない独立型とで異なります。

太陽電池を並べてパッケージにしたものを太陽電池モジュールと呼びます。太陽電池モジュールで発電した直流電流を交流に変換するパワーコンディショナー、パワーコンディショナーの電圧を、電力会社の送電網の電圧に調整する昇圧変圧器、電力会社に供給される電力量を測定する電力量計などで構成されます。

太陽電池モジュールと接続回路、バッテリーなどで構成されます。蛍光灯のような交流負荷に電力を供給する場合、インバーター回路を挿入して、直流を交流に変える必要があります。LEDなどの直流負荷に電力を供給する場合や、バッテリーに一旦蓄電する場合は、太陽電池で発電した直流電力をそのまま供給します。

太陽光発電装置は、現在主流のシリコン系太陽電池だけでなく、光吸収層の材料、発電素子の形態などの違いにより、多様なものが使用されています。以下に代表的なものを例示します。

大きく分けて結晶シリコンとアモルファスシリコンに分類され、結晶シリコンは単結晶と多結晶に分けられます。多結晶シリコンが変換効率とコストのバランスから現在の主流になっています。

シリコン以外の複数種の原料から作られる半導体の結晶型太陽電池です。様々な元素が組合わせられているため、光電変換可能な波長領域が広く、変換効率が高いのが特徴です。

光吸収層に有機化合物が用いられている太陽電池です。発電効率は低いですが、有機化合物である利点を生かして、製造プロセスが簡便になり、生産コストが下げられたり、曲げられるなどの特徴を持たせたりすることができる可能性があります。

参考文献
https://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/saiene/renewable/index.html
http://hashi.shinshu-u.ac.jp/research/research1/research1.html
http://www.solartech.jp/system_comp/
https://www.meti.go.jp/meti_lib/report/2020FY/000074.pdf