太陽光発電とは

太陽光発電とは太陽エネルギーを電気に変換するシステムで、特徴としては化石化燃料を必要としないためCO2を排出せず、一回設置してしまえば維持電力も必要としないため、寿命がくるまでは無尽蔵に燃料不要で電気が得られるところにあります。いわば、太陽光発電を設置した家屋は小さな発電所と言えます。

国は2008年度より住宅用太陽光発電システムに関する補助金制度をはじめ、更に2009年度から電力の固定価格買取制度を実施したことにより2009年度より急速に太陽光発電システムの出荷量が増加しました。今や自宅で発電し電気を売る時代がやってきたのです。

それに追い討ちをかけるように、2011年3月11日の東北地方太平洋地震とそれに続く福島第一原子力発電の事故を受けて一気に注目を集めるようになりました。

ただ太陽光であるため、天候や設置する向き、角度で発電量に大きな差が出てしまうという繊細な特徴もあります。


自然の力を生かしたエネルギーはクリーンエネルギーとして知られていますが中でも太陽エネルギーは群を抜いています。


石油や石炭のように限りある資源と違って太陽が存在する限り供給に絶えることはありませんから今後ますます重要視されてくることは間違いありません。自然のただの恵みを無駄にせずにそのまま生活に役立てることこそ文明人の理想とする生活像ではないでしょうか。少なくとも限りある資源を子や孫の代まで残しておくことは我々の義務に違いありません。

太陽電池の仕組み

太陽光パネルより受容された太陽エネルギーはパワーコンディショナー(インバータと分電盤が一緒になったもの)より一般家庭用交流電力に変換されます。

変換された電力は発電力としてコンセントの電源や冷蔵庫、洗濯機、テレビ、蛍光灯の電気に使われます。

日中太陽が照っているときは普通に生活の電力として消費されますが、太陽光発電のシステムと電力会社は配線でもって接続していますので残った電力は電力会社の方へ逆流し買い取って貰うという形になります。

また曇っている時や夜などは当然発電量が生活に必要な電力に追いつかないので電力会社からの電気を使うことになります。

こうした切り替えは常に自動で行われますのでとても使い勝手はいいです。



太陽光発電はモジュール、インバータ、分電盤、売電メータ、買電メータの5つのパーツよりなりますが、最も大事なのはモジュールで屋根に取り付けるこのパネル1枚1枚をモジュールといいます。1メートル四方、厚さ数センチ、重さ10キログラムほどのモジュールは発電する装置で、家屋に取り付ける場合はこのモジュール単位で購入することになります。


モジュールを更に拡大しますとこんな感じです。モジュールの中には15センチ四方、厚さ0.2ミリのセルが数十枚並んでおり、これらが電圧発生装置です。セルはガラスで保護されており、セルとガラスの間には充填材で満たされております。これにフレームを取り付けたのがモジュールです。


セルは上側が−極、下側が＋極になっており上面から下面をリード線でつなぐことで直列回路として電圧を取り出しています。セル1枚で発生する電圧は0.5Vと低いですが、それを何枚もつなぐことで電圧を上げています。


セルの構造は2層にわかれており、上がn型半導体、下がp型半導体となっておりこれがpn接合でくっ付いています。

n型半導体とはシリコンにリンを10万分の一〜100万分の一程度不純物として混ぜたもので、シリコン100%よりも電子の数が多くなっております。これらは自由電子として存在しており、結晶内を自由に動く回ることができます。

一方n型半導体とは同様にシリコンにホウ素を不純物として混ぜたもので、これは純粋なシリコンよりも電子の数が少なく、本来電子が埋まるべき所がホール(正孔)として存在しています。


pn接合面では上層の自由電子が下層のホールを埋める形になっています。この接合面に光を当てると、光の粒子としての性質からシリコンの電子がはじき出され、はじき出された電子は自由電子となって上層へ向かい、はじき出された所は正孔となり手近な下層の電子が埋めようとします。光が当たる限りはこの現象は続きますので、上の層は自由電子が集まり、下の層はその分正孔だらけとなります。つまりここで電位差が発生しているわけです。


そして上層より外部回路へ電子を押し出して、下層へ送り込めば電圧を取り出せるという仕組みです。