設計事務所アトリエシゲが教える住まいに関する情報や裏技 No.318「いまさら聞けない太陽電池」
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No.318「いまさら聞けない太陽電池」

太陽電池、どんな種類があるのでしょうか。

一般に「太陽電池」と呼ばれているのは光を使って電気を起こす「システム」のことです。
実際に太陽光を受けて発電するのは「太陽光パネル」で、
このパネルが光を受けることで直流の電気が発生する。
直流の電気なのでクルマやオートバイのバッテリーや
電池と同じですね。
発生した直流の電気を家庭で使える交流に変換するために
「パワーコンディショナー(インバーター)」を使います。

ノートブックの電源を家庭用コンセントから取る際にコードの途中にある
四角い重い箱が巨大になったようなものです。

家庭で太陽光発電をするには、最低でも「太陽光パネル」
「パワーコンディショナー」の2つの機器が必要なのです。
「電池」というと電気をためるイメージがありますが。
一般の太陽電池には電気をためる能力はありません。
ここが注意点です。

太陽光パネルは素材の違いによって種類がいくつかあります。
代表的なのは「単結晶シリコン太陽電池」と「多結晶シリコン太陽電池」。
最近になって「薄膜シリコン太陽電池」「CIS系薄膜太陽電池」なども注目されてきました。

それぞれの特徴を簡単に紹介すると、、

単結晶シリコン太陽電池
単結晶シリコン 最も古くからあって、
現在実用化されている太陽電池の中では最も性能が良いものです。
シリコン原子が規則正しく並んでいる高純度のシリコンを薄くスライスしたものを利用するために
高価となります。

多結晶シリコン太陽電池
多結晶シリコン 単結晶シリコンの低コスト化、
量産化を狙って考えられたものです。
多結晶の場合はシリコン原子が単結晶ほどは規則正しく並んでいません。
近年の製品パネルは単結晶の性能に近づき、コストとのバランスが良いため、
現在最も生産されております。

HIT太陽電池 単結晶シリコンアモルファスシリコン
単結晶シリコンとアモルファスシリコンを組み合わせている。
単結晶シリコン太陽電池に比べて、
高温になっても性能の低下が大きくないのが特徴です。
また、他の太陽電池は光を受ける面が決まっているのに対し、
HIT太陽電池は裏面でも発電できます。

薄膜シリコン太陽電池
アモルファスシリコン シリコンをなるべく節約するために考えられたものです。
シリコンをスライスするのではなく、
シリコンとシランガスなどを反応させ、薄い膜状にして使います。
単結晶、多結晶はシリコン原子が並んでいるのに対して、
不規則な状態(アモルファス)になっています。
単結晶、多結晶シリコン電池に比べると性能は落ちるがコストが安いため、
最近多くのメーカーが参入してきているのが特徴です。


CIS系薄膜太陽電池 カルコパイライト(黄銅鉱)系
(銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物が代表的)
最近実用化が始まった太陽電池です。
シリコンを使わないのが特徴で、
他の電池に比べると薄く軽いことから、
省資源・省エネルギーといえ、今後が期待できます。

で、肝心な発電する仕組みはどうなっているかといいますと、、

発電の仕組みはどの素材でも変わらず、
電気的に特性が違う2つの半導体を組み合わせます。
そこに光を当てると、半導体の中の電子が反応し動き始めて、
2つの半導体は特性が違うため、動き出した電子はその電位差によって流れます。
この現象で発電をするのです。

この現象は1800年代には分かっていましたが、
20世紀に入ってからアインシュタインが初めて科学的に説明したといいます。

独立行政法人、産業技術総合研究所・太陽電池研究センター(茨城県つくば市)
の大谷謙仁氏は「家庭用に太陽電池を付ける場合、
品質やこれまでの実績などから、結晶系太陽電池パネルを選ぶ場合が多い」とのことです。
家庭用に結晶系パネルが多く使われているのは、
他のパネルに比べ狭い面積でも発電量を多くできるからといいます。

太陽電池の性能は「変換効率」で測ります。
快晴日の昼間、水平面1平方メートル当たりに大体1000ワット分の光が入る状態を100%とし、
対象となるパネルが何%電力にできるかを測定します。
例えば1平方メートル当たり150ワットの発電能力がある場合は、変換効率15%となるわけです。
なお、測定には日射条件や温度について「AM1.5、25℃」という条件があります。
AMとはエアマスの頭文字で、太陽光が地表に到達するまでに通過する大気の量を指します。
地表面に垂直に届く場合をAM1とし、日本も含めて世界中でAM1.5を基準としているのです。

出典:日経エコノミーHPより

因みにLED照明はこの太陽光発電とは逆の現象を利用して発光しているのです。

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