【太陽電池モジュール】基礎知識と選び方を分かりやすく解説

はじめに

太陽電池モジュールって？

太陽電池モジュールは、太陽光をエネルギーに変換する装置のことで、太陽光パネルとも呼ばれます。複数の太陽電池セルを組み合わせて一つの大きなパネルを構成しており、これらのセルは主にシリコンを用いて作られています。

太陽の光を受けると、半導体内の電気の元になる小さな粒が動き出し、電流が発生します。この原理を利用して、太陽光を効率的に電気に変換します。この電気は直流として作られるため、家庭で使用するにはパワーコンディショナーという機器を通して交流に変換する必要があります。

＜出典：経済産業省 エネルギー庁「電気をつくる方法」＞

太陽光発電は、再生可能エネルギーとして注目されており、環境への負荷が少ないことから、持続可能な社会づくりに貢献しています。また、設置後の運用コストが低く、長期間にわたって安定した稼働が見込まれるため、家庭用だけでなく、産業用や大規模な発電所としても利用されています。

太陽電池モジュールは、電気の自給自足や災害時の非常用電源としても重要な役割を果たします。自然災害が多い地域や、電気のインフラが未発達な地域での重要な電気の供給源となることが期待されています。

太陽電池モジュールとは

太陽電池モジュールは複数の部品から構成され、それぞれが連携して電気を作ります。主な構成要素は「セル」、「モジュール」、「ストリング」、「アレイ」です。これらがどういった仕組みかを詳しく説明します。

＜出典：日本電気協会関西支部＞

セル（太陽電池セル）

セルは太陽光発電の基本単位であり、太陽の光を直接電気に変換します。一般にシリコンなどの半導体材料を用いて製造され、光電効果によって電子が動き出し、電流が発生します。

モジュール

複数のセルを接続し、一つのフレームで固定したものがモジュールです。一般的には30枚以上のセルが使用され、これらはガラスや樹脂で覆われて外部環境から保護されます。モジュールは、太陽光発電パネルとしても知られ、家庭や商業施設の屋根などに設置されます。

ストリング

ストリングは、複数のモジュールを一列に接続したものです。この接続によって全体の電圧が増加し、効率的に電気を送れるようになります。太陽光発電システムにおいては、一つのストリングに数十枚のモジュールが含まれることが一般的です。

アレイ

アレイは、複数のストリングをさらに組み合わせたもので、大規模な太陽光発電システムで使用されることがあります。アレイを形成することで、発電容量を大幅に増加させることが可能になります。これらは大規模な太陽光発電所や商業施設の屋根など、広いスペースを必要とする場所に設置されることが多くなります。

太陽電池モジュールの種類

結晶シリコン系

– 単結晶シリコン

特徴: 単結晶シリコンは高純度のシリコンから作られており、発電効率が非常に高い（約15-20%）です。これらのセルは、特有の円形のエッジが特徴的で、色は通常黒またはグレーです。

メリット: 高効率であり、スペースが限られている場所での使用に適しています。

デメリット: 製造コストが高いため、他のタイプに比べて価格が高くなりがちです。

– 多結晶シリコン

特徴: 多結晶シリコンは、単結晶よりも製造過程が簡単で、多少の発電効率低下（約13-16%）を伴いますが、コストが抑えられます。色は青みがかった色調が一般的です。

メリット: 製造コストが低く、単結晶に比べて安価です。

デメリット: 単結晶に比べると発電効率が若干低くなります。

非結晶系

– 薄膜系(アモルファスシリコンなど)

特徴: 薄膜太陽電池は、非常に薄い光吸収層を用いており、柔軟性があり、軽量なのが特徴です。素材としてはアモルファスシリコン、CdTe（カドミウム・テルル）、CIGS（銅インジウムガリウムセレン）などがあります。効率は一般的に10-13%程度です。

メリット: 低コストで製造でき、また柔軟性があるため、曲がった面にも適用可能です。

デメリット: 発電効率が低く、他のタイプに比べると長期的な耐久性が劣ることがあります。

変換効率について

太陽電池は、太陽の光を直接電気に変換する仕組みです。この際、太陽光のエネルギーが全て電気に変換されるわけではありません。変換された電気量の割合を「変換効率」と呼びます。

変換効率は、以下の式で計算されます。

変換効率(%) = (発電した電気量 / 太陽から受けた光のエネルギー量) × 100

変換効率が高いほど、同じ面積で多くの発電が可能になります。一般的な変換効率は以下の通りです。

結晶シリコン系の変換効率が高い一方、薄膜シリコンは低めですが、製造コストが安価なメリットがあります。太陽電池モジュールを選ぶ際は、価格と変換効率の両方から選ぶことが重要です。

太陽電池モジュールの選び方

変換効率以外の要素(重量、耐久性など)

太陽電池モジュールを選ぶ際は、変換効率だけでなく、以下の要素も考慮する必要があります。

重量 設置場所の構造体の強度によって、搭載可能な重量に制限がある場合があります。軽量なモジュールを選ぶ必要がある場合もあります。

耐久性
屋外に設置されるため、耐風性、耐雪性、耐候性に優れたモジュールが求められます。

まとめ

太陽電池モジュールは、セル、モジュール、ストリング、アレイと階層構造になっており、結晶シリコン系と非結晶系の2種類があります。

太陽電池モジュールの選び方としては、変換効率はもちろん重要ですが、重量や耐久性なども考慮する必要があります。

このように、太陽電池モジュールを設置する際は、様々な要素を総合的に判断する必要があります。今後も太陽光発電の需要は高まることが予想されるため、適切な製品選びが重要になってくるでしょう。

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