ソーラーパネルとは
ソーラーパネルは、太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する機能を持ったパネル状の電池です。
ソーラーパネルは太陽光パネル、太陽光発電モジュールとも呼ばれます。ソーラーパネルは自宅の屋根に取り付ける住宅用の小型パネルから、空き地や山間部の広大なスペースを利用して大容量発電を行う企業や投資家向けの産業用ソーラーアレイ(ソーラーパネルを複数組み合わせたもの)といったものが存在します。
ソーラーパネルの使用用途
ソーラーパネルは発電による電気機器の駆動(消費)、営利目的の売電(生産)も含めて電気を発電することで何らかの利益を享受することを目的に利用されます。
ソーラーパネルは、主に3つのタイプに分類でき、用途や設置環境に応じて適切な素材や構造のソーラーパネルを選ぶ必要があります。
- 屋根一体型パネル＋蓄電池：オール電化を導入している家庭において、日中に高くなる電気代を抑えるため夜間に発電と蓄電を行う。
- ソーラーカー、電卓、モバイルバッテリー：機器にソーラーパネルを搭載し、機器を駆動するための電力を発電により賄う。
ソーラーパネルの原理
ソーラーパネルは、一般的に太陽光の光エネルギーをパネル表面に照射させることで、光起電力効果を利用することで電力を取り出しています。
電力を増やすためには複数のソーラーパネルを直列に接続して電圧を確保する必要があり、また、それらのパネルを並列に接続して電流量も確保する必要があります。取り出した電力は直流のため、実際に家庭で使用する交流電力に変換するためには別途パワコン(パワーコンディショナ)という装置が必要です。
ソーラーパネルからの発電の原理にはいくつかの種類があります。
古くから使われ様々な形式を持つ「シリコン系」、コストダウンを図った「化合物系」、さらなる薄型化や柔軟性、着色性付加価値を持たせられる「有機系」などの方式がありますが、生産コストやエネルギー変換効率の二点から主に「結晶シリコン系」が多く採用されています。
1. シリコン系
シリコン系とは、言葉通りシリコンを素材としたソーラーパネルのことです。
シリコン系はシリコンウエハーを半導体として利用しており、光エネルギーを電子が吸収することで光起電力効果により電力が発生します。光起電力効果は主にpn接合型のフォトダイオードなどにより実現させています。
シリコン系は材料や構造でさらに細分化されています。
- 材料としての分類：単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、アモルファスシリコン型があります。
それぞれ、発電効率の良い単結晶型、安価な多結晶型、薄くて軽いが発電量が比較的低いアモルファスシリコン型といった違いがあります。 - 形態としての分類：薄膜シリコン型、多接合型など
シリコン層を薄くすることで生産コストの低減を図った薄膜シリコン型、異なる種類のシリコン層を積層化することで高い変換効率、優れた温度特性をもつ多接合型と、それぞれメリットがあります。
2. (無機)化合物系
(無機)化合物系とは、結晶シリコンの代わりとなるような無機化合物を素材としたソーラーパネルのことです。
半導体を用いたCIS系やGaAs系など、様々な無機化合物の組み合わせにより構成されています。シリコン系と同じく、化合物系も半導体を用いた光起電力効果により電力が発生します。
3. 有機系
有機物系とは、上記のシリコンや無機化合物の代わりに有機化合物を素材としたソーラーパネルのことです。寿命や変換効率が課題ではありますが、柔軟で軽量、着色可といった付加価値が特徴です。
有機系は有機色素を利用して光起電力を得ています。二枚の電極間に色素を吸着させた二酸化チタン層があり、色素中の電子が光励起を起こして電力が発生します。
ソーラーパネルの価格
太陽光発電システムを家庭に導入するため、ソーラーパネルの設置を検討されている方が増えています。同時に、その価格を懸念されている方も多いのではないでしょうか。
設置費用は、部材費や人件費はもちろん、コーキング材などの諸経費が必要です。そのため、設置容量を5.00kWと想定すると、設置価格の目安は145万円程度が相場です。これは、経済産業省の資料から算出されています。
費用で懸念されている方は、月々の電気代や売電収入、メンテナンス代などと合わせて設置費用も参考にしてください。メリットを確保した上で、長期的な計画が大切です。
ソーラーパネルの寿命
ソーラーパネルの寿命は約20年、長いもので約30年と考えられています。寿命を迎えたソーラーパネルは、交換するしか手段がありません。
また、屋外に設置することから経年劣化は免れません。劣化具合によって、寿命を迎えるよりも早く発電効率が悪くなる可能性もあります。
そのためソーラーパネルには、こまめなメンテナンスは必要不可欠です。一般的には、4年に1度の定期メンテナンスが推奨とされています。有償メンテナンスとなると、1回の費用は10万〜20万円程度が目安です。
蓄電や、売電での収益を目的としている方は、しっかりと電力を供給できるように、少しでも寿命を延ばすことが大切です。
ソーラーパネルと蓄電池
家庭用ソーラーパネルの設置に合わせて普及しだしたのが、蓄電池です。自家消費用として使用するためにも、売電するためにも、電気を蓄える装置が必要です。そのため多くの方が、ソーラーパネルと蓄電池を合わせて購入するものとして検討しています。
時代が進むにつれ、自家消費用としての蓄電池を検討している方が、ますます増加しています。2019年には、経済産業省から10年間の電気の固定買取期間を終了すると発表があると同時に、蓄電池補助金の制度が発表されたからです。また、自然災害による大規模停電がニュースで報じられたことも大きく影響し、災害対策としての蓄電池の需要が高まったことも理由です。
参考文献
https://www.nedo.go.jp/content/100544817.pdf
https://www.solar-partners.jp/category/price
https://www.shouene.com/photovoltaic/cost/cardinal-rules-of-photovoltaic-system.html
https://limia.jp/idea/131787/
https://www.solar-partners.jp/category/battery
https://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/saving/general/support/