太陽電池についてSOLARCELL

太陽電池に関する豆知識

①太陽電池?

太陽電池には電池という名前が付いていますが、通常は電力を蓄える能力がないため、いわゆる電池ではありません。本来なら太陽光発電機とでも言うべきものですが、英語の solar cell の cell をそのまま電池と訳してしまったため太陽電池と呼ばれるようになってしまいました。英語では、solar cell、photovoltalic cell というのが一般的です。
solar battery という英語も存在しますが、英語で solar battery と言ってしまうと、太陽電池のための充電器と誤解されてしまうようです。 solar battery charger と表現するとバッテリーのための充電用太陽電池と解釈されるようです。                   

②なぜ光を電気にできるの?

太陽電池は光電変換素子とも呼ばれます。
光が物にあたって、電機の素である自由電子が発生すること自体は日常的です。しかしながら、これらを集めて外に取り出すことは簡単ではありません。したがって、太陽電池とは光が当たると自由電子が発生し易い仕組みと、この自由電子を外部に取り出せる仕組みとを兼ね備えたものということになります。
自由電子を外部に取り出すためには、かならず素子の中に内蔵電界が必要になります。つまり電位差の勾配です。光電変換の場合には電子とその抜け殻である正孔がペアで発生することが多いのですが、内蔵電界があるとこれらはそれぞれ逆方向に引っ張られ、お互い出会って再結合することなく外部に取り出せることとなります。もしこれから新しい太陽電池を発明しようとする場合にも、まず、内蔵電界を発生する材料の組み合わせを考えることが必要となります。

結晶系シリコン太陽電池の発電原理

結晶系シリコン太陽電池の発電原理

③太陽電池の種類

太陽電池には実に様々な種類があります。
これは、上で述べたように光を吸収して自由電子を作る能力があり、内蔵電界を有するものであれば良いからです。
一般的には、大きく3つ(シリコン系、化合物半導体系、有機系)に分けられます。
以下に主なものを纏めてみましょう。

主な太陽電池の種類

主な太陽電池の種類

④太陽のエネルギー

地球に到達する太陽のエネルギーの合計は1.77×10kWといわれています。
太陽の影響を差し引いて垂直に太陽光が地上に到達する場合の太陽光をAM-1.0※と表現します。太陽電池の評価には通常AM-1.5を用います。これは、垂直日射に対して1.5倍の大気を通過した太陽光を表します。都合のよいことにAM-1.5は1㎡あたり、1.0kWのエネルギーに相当し、非常に計算し易くなっています。つまり、太陽の光というのは1㎡を1kWのドライヤーで温めているイメージで説明できます。
このことから単純に1㎡サイズで変換効率10%の太陽電池を屋根に置けば、100kWの電力が得られるということになります。もちろんこれは、晴れた日の南中時での計算になるので、年間を平均して期待できる電力量としては、1日当たり300kW(3時間分)程度でしょう。

※AM:Air Mass

AM-1.5は冬の東京の昼に相当 ≒ 1kW/㎡

AM-1.5は冬の東京の昼に相当

⑤太陽電池の特性評価

太陽電池の特性評価は本来太陽光で行われるべきですが、変動を伴い、現実的でないため疑似太陽光を発生できるソーラーシミュレータにより行われます。当然、完全な太陽光は再現できないため測定には誤差を生じます。この他にも測定に関する誤差には様々な要因があるため太陽電池の性能を議論する際にはかなりの注意が必要です。
一般的に太陽電池の性能評価はソーラーシミュレータにより1.5-AMの光を当て、素子の+と-の間にかかる電圧を変えながらその時発生している光電流値を測定することにより行います。下にこのようにして測定した一般的な太陽電池のI-Vカーブを示します。

太陽電池の特性評価

変換効率は、太陽電池から取り出せる最大電力(=最適動作点での値)から計算されます。しかし、実際のモジュールにおいては、最適動作点に相当する電圧で太陽電池を使用できることは殆どなく、公称の変換効率よりも必ず小さくなると考えた方が良いでしょう。
また、照度計での光量が1/2になっただけなのに発電量が1/3や1/4になってしまうことも珍しくありません。各種太陽電池とモジュールの特性を十分理解した上でご使用ください。

本解説は一般の方にわかり易く太陽電池のことを解説したものです。
従って、表現に不正確な部分もありますがご容赦ください。
太陽電池に関するご質問はメールにて受け付けております。

© 2021 Astellatech, inc.