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太陽発電の小話

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太陽発電とは

太陽光発電は、太陽電池を利用して太陽光のエネルギーを直接的に電力に変換する発電方式です。ソーラー発電とも呼ばれています。再生可能エネルギーの一種であり、太陽エネルギー利用の一形態です。
導入費用が高めな代わりに、昼間の電力需要ピークを緩和し、温室効果ガス排出量を削減できるなどの特長を有しており、近年の競争によって性能が向上し、設置や保守が容易である等の利点や、低炭素社会の成長産業としての将来性を買われ、需要が拡大しています。

太陽電池とは

太陽光発電システムの中心になっているのが、太陽電池です。
太陽電池は、太陽の光エネルギーを吸収して直接電気に変えるエネルギー変換器。
シリコンなどの半導体で作られており、この半導体に光が当たると、日射強度に比例して発電します。
現在最も多く使われている太陽電池は、シリコン系太陽電池です。
この太陽電池では、電気的な性質の異なる2種類の半導体を重ね合わせた構造をしています。
太陽電池に太陽の光が当たると、電子(-)と正孔(+)が発生し、正孔はp型半導体へ、電子はn型半導体側へ引き寄せられます。
このため、表面と裏面につけた電極に電球やモータのような負荷をつなぐと電流が流れ出します。

太陽発電の仕組み

住宅用太陽光発電システムは、自宅の屋根などに設置した 太陽電池で暮らしに必要な電気を生み出します。
電力会社の配電する 商用電力と系統連結することによって発電した電気が余った場合は電力会社に売り(売電)電気が不足した場合には、これまで通り電力会社 から買う(買電)ことができます。
だから電力の安定供給を確保しつつ、発電した電気を無駄なく活用することができる合理的なシステムなのです。

発電の原理

1:太陽電池は次のように構成されています。

(1)電気的な性質の異なるN型半導体と、P型半導体をつなぎ合せた構造。

(2) 電気を取り出すための電極(+、-)

(3) 太陽電池の表面における反射を防止する反射防止膜

2:光から電気が発生するしくみ

(1) 太陽電池に太陽光が当たると…

⇒太陽の光はエネルギーを持った粒子の集まりです。 太陽光が太陽電池の表面に当たると、大半の光はシリコン結晶の中に入っていきます。 (ただし光の一部は表面で反射されて外部に逃げてしまいます。)

(2)太陽電池に太陽光が吸収されると…

⇒シリコンの中に、プラスの電荷を持った正孔と、マイナスの電荷を持った電子が発生します。
これは「半導体の光電効果」と呼ばれる現象です。発生した正孔と電子はシリコンの中を自由に動き回ります。
しかしP型シリコンとN型シリコンとの境界を境にして正孔はP型シリコンの部分、電子はN型シリコンの部分に集まってきます。

(3)太陽電池に負荷をつなげると…

⇒太陽電池の電極に負荷

(電球など)を繋げると、その負荷に電流が流れ太陽電池から電気を取出すことができます。
また、光が強いほど、太陽電池からたくさんの電気を取出す事が出来るようになります。
太陽発電とは

太陽光発電のメリット

1:クリーンで枯渇しない

太陽光発電の最大のメリットは、エネルギー源が無尽蔵で、クリーンである点です。
石油を燃焼させて電気を起こす火力発電のように、発電時にCO2(二酸化炭素)や、SOX(硫黄酸化物)、NOX(窒素酸化物)などの大気汚染物質を発生させることがありません。

2:設置場所を選ばない

太陽光発電は、導入するシステムの規模に関係なく発電効率が一定です。
設置する場所の広さに合わせて自由に規模を決める事が出来る為、一般家庭から大規模施設まで、それぞれの施設に合ったシステムを設置することが出来ます。
騒音や排出物もないので、日射量さえ確保できれば設置場所を選びません。
屋根や屋上などへの設置のほか、近年ではビルの壁に設置するケースも増えています。

3:メンテナンスが簡単

太陽光発電システムは構造的にシンプルである為、他の発電システムに比べメンテナンスも簡単です。
システムの寿命も比較的長く、現在、太陽光発電に用いられる太陽電池の耐用年数は、20年以上とされています。