広田さくら vs つぼ原人
【GAEA JAPAN】広田さくら vs つぼ原人 2003年2月11日 東京・後楽園ホール
「太陽光発電システム」とは屋根などに設置された太陽電池モジュールに太陽光が当たると発電します。この電気は直流の為、家庭で使用できる交流にパワーコンディショナを使って変換します。パワーコンディショナから家庭の分電盤に接続し、自動的に電気を買ったり売ったりできるというしくみです。
昼間に発電した電気は家庭で利用し、余った電気は電力会社が買い取ってくれます。また、夜間など発電できない時は必要分のみを電力会社から購入し、自動的に使い分けるので、光熱費を節約することができます。
ソーラー発電モニタを利用すると、発電や消費電力の様子など節約効果を目で確かめることが出来るので、暮らしの中で自然と省エネを意識することにつながります。
太陽電池モジュール設置場所の条件について太陽電池モジュールに及ぼす荷重(積雪、風圧等)に耐える家屋及び屋根構造であることをご確認ください。
設置方位はなるべく南向きにし、設置面積が不足する場合は東西面に設置してください。北面への設置はお避けください。
年間を通じて日陰にならない場所に設置してください。日陰になる場合は発電電力量は少なくなります。
太陽電池モジュールの1系統分は方位角と傾斜角が同一の面に設置してください。また各系統の電圧をそろえてください(電圧差10%以内。「エコノナコード」昇圧ユニット使用の場合を除く)。
塩害が心配される地域、最深積雪量1m以上の地域に設置する場合は販売窓口にご相談ください。なお、太陽電池モジュール上に1m以上の積雪が考えられる条件での設置、または直接海水等が飛散する場所への設置はできません。
塩害が心配される地域での太陽電池モジュール等の使用について京セラの太陽電池モジュールとラックシステムは、潮風の影響を受けるような場所（直接海水等が飛散する場所への設置を除く）でも標準製品で対応可能です。
但し、設置可能か否かの判断につきましては、必ず販売窓口にご相談下さい。
■太陽電池モジュール
受光面は強化されたガラス（白板熱処理ガラス）、裏面は耐候性に優れた複数積層のフィルム（バックシート）、そしてフレームもアルミニウム合金に各種表面処理（アルマイト処理、電着塗装）を施してあります。また、内部の太陽電池セルを透明な樹脂等の薄層で封入すること（完全密封）によって、湿気・ホコリ等から保護しています。 さらに、コネクターも防塵・防水構造となっています。
太陽電池モジュールの受光面は保管状態又は設置環境により色合いが変化することがありますが、ガラス特性によるもので製品性能に影響するものではありません。
■ラックシステム
溶融亜鉛めっき鋼材や溶融亜鉛‐アルミニウム‐マグネシウム合金めっき鋼材（「ZAM※」）、ステンレス、及び太陽電池モジュールのフレーム同様の表面処理を施したアルミニウム合金を使用しています。
※「ZAM」は日新製鋼株式会社の登録商標です
「ZAM」は日新製鋼株式会社が開発した溶融亜鉛－アルミニウム－マグネシウム合金めっき鋼板の商品名です
■太陽電池、どんな種類があるの？
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」のことだ。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。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）」を使う。
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つの機器が必要というわけだ。「電池」というと電気をためるイメージがあるが、一般の太陽電池には電気をためる能力はない。
 ＜図１＞太陽光発電を家庭で使う場合の概念図。電力会社と接続した場合を想定。 |
太陽光パネルは素材の違いによって種類がいくつかある。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た。
| 名称 | 素材 | 特徴 |
|---|---|---|
| 単結晶シリコン
太陽電池 |
単結晶シリコン | 最も古くからあり、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。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。そのため価格が高い。 |
| 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。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ない。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いる。 |
| 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、高温になっても性能の低下が大きくないのが特徴。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る。 |
| 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。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、薄い膜状にして使う。単結晶、多結晶はシリコン原子が並んでいるのに対し、不規則な状態（アモルファス）になっている。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。 |
| 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。シリコンを使わないのが特徴。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、今後が期待できる。 |
■発電する仕組みはどうなっているの？
発電の仕組みはどの素材でも変わらない。電気的に特性が違う２つの半導体を組み合わせる。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る。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る、つまり発電する――というわけだ。この現象は1800年代には分かっていたが、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う。
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) の大谷謙仁氏によると「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」そうだ。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だ。
太陽電池の性能は「変換効率」で測る。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する。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。なお、測定には日射条件や温度について「AM1.5（図２参照）、25℃」という条件がある。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。
 ＜図２＞エアマス(Air Mass)とは |
機種にもよるが、現在の製品の変換効率は結晶系パネルで15～20％、薄膜パネルでは15％未満、市販品では10％そこそこといったところだ。ただ、シリコン原料が乏しくなっていることもあり、薄膜パネルなど、結晶系以外の研究開発が盛んになっている。特定非営利活動法人（ＮＰＯ法人）太陽光発電所ネットワーク（東京・文京）の都筑建氏は「現在は結晶系パネルが主流だが、今後は家庭用にも対応できるような薄膜パネルが出てくると期待している」という。
太陽電池の原理
|
前回テストに出ました問題をもう一度復習したいと思います
次は、住宅用太陽光発電システムに関する記述である。（ア）～（オ）に適切なものを、語群①～⑩から選び、その番号をマークしなさい。
・太陽電池は、Ｐ型半導体とＮ型半導体を結合させた構造である。ＰＮ接合の半導体に太陽光の（ア）が当たると、正の電荷を持つ正孔と負の電荷を持つ電子の対が発生する。正孔はＰ型半導体へ、電子はＮ型半導体へ集まり、電位差が生まれる。両電極に導線を結線し、負荷を接続すると、電子がＮ型半導体から負荷を通してＰ型半導体方向に流れ、電気を取り出すことができる。
・太陽電池モジュール（パネル）は、日照強度に比例して発電するため、快晴の１２時迄が最大発電電力となる。しかし、発電システムは、パワーコンディショナ、接続箱、配線、モジュールなどの損失があるため、複数枚設置したモジュールの合計値の（イ）％程度である。
・モジュールの一部が影で覆われると、その部分のセル発電が低下する。このとき、抵抗作用が働き、全体の発電量が低下すると共に抵抗のためにセルが発熱する。このため、バイパスダイオードがセルに対して逆バイアスになるように並列接続し、抵抗となるセルを（ウ）して電気を流しやすくし、出力の低下と発熱を抑える役目をしている。
・システムの（エ）は、太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換する装置である。
・系統動係型システムは電力会社の低圧配電線とつながり、太陽光発電システムの発電電力が家庭内の消費電力より多い場合、（オ）として余剰電力を電力会社に売ることができる。
【語群】
①パワーコンバーター ②逆潮流 ③潮流 ④迂回 ⑤パワーコンディショナ ⑥70～80 ⑦短絡 ⑧85～90 ⑨赤外線 ⑩可視光線
＜回答＞
（ア）＝⑩ （イ）＝⑥ （ウ）＝④ （エ）＝⑤ （オ）＝②
太陽光発電システム・・・あいかわらず？ピンチです
次は、住宅用太陽光発電システムに関する記述である。（ア）～（オ）に適切なものを、語群①～⑩から選び、その番号をマークしなさい。
・シリコン系太陽電池には、単結晶（ｃ－Ｓｉ）、他結晶（ｐ－Ｓｉ）、アモルファス（ａーＳｉ）の３種類がある。多結晶の太陽電池セルは（ア）色である。
・太陽電池の構成は、セル、モジュール、アレイである。（イ）は太陽電池の機能を持つ最小単位のことで、一般的には１０㎝角、１２５㎝角、１５cm角の大きさである。
・モジュール変換効率は、（ウ）の計算方式を用いて算出する。
・システムの基本構成は、太陽電池、接続箱、（エ）、分電板、電力量計などである。（エ）は、太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換する装置である。
・（オ）は、余剰電力を電力会社へ売るときに使用する売電用と、発電量が不足したときに使用する買電用の２つが必要である。
【語群】
①電流用 ②黒 ③電力量計 ④パワーコンディショナ ⑤青 ⑥アレイ ⑦セル ⑧モジュール ⑨モジュール最大出力Ｗ／モジュール面積ｍｍ×１００Ｗ/ｍｍ×100 ⑩モジュール最大出力Ｗ／モジュール面積ｍｍ×１０００Ｗ/ｍｍ×100
＜回答＞
（ア）＝⑤ （イ）＝⑦ （ウ）＝⑩ （エ）＝④ （オ）＝③
太陽光発電システム・・・屋根の上にある太陽電池かな？しかしメンテナンスも大変だと思います
これも家電エンジニアのテスト出ます
（う～ん？意味わからん・・・）
次は、住宅用太陽光発電システムに関する記述である。（ア）～（オ）に適切なものを、語群①～⑩から選び、その番号をマークしなさい。
・シリコン系太陽電池には、単結晶（ｃ－Ｓｉ）、他結晶（ｐ－Ｓｉ）、アモルファス（ａーＳｉ）の３種類がある。太陽電池でも最も生産されているのは、（ア）である。
・太陽電池の構成は、セル、モジュール、アレイである。（イ）は架台上に太陽電池パネルを直列や並列にして、大きな電力を取れるようにしたものである。
・モジュール変換効率は、（ウ）の計算方式を用いて算出する。
・システムの基本構成は、太陽電池、接続箱、（エ）、分電板、電力量計などである。（エ）は、太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換する。
。太陽電池パネルの素子温度が（オ）ほど、交換効率は低下する。１℃（オ）と0.3～0.5％程度発電効率が低下する。
【語群】
①上昇する ②単結晶 ③下降する ④パワーコンディショナ ⑤多結晶 ⑥アレイ ⑦交流側開閉器 ⑧モジュール ⑨モジュール最大出力Ｗ／モジュール面積ｍｍ×１００Ｗ/ｍｍ×100 ⑩モジュール最大出力Ｗ／モジュール面積ｍｍ×１０００Ｗ/ｍｍ×100
※２００３年度では多結晶271ＭＷ、単結晶４４ＭＷ、アモルファス５ＭＷが清算されている。
＜回答＞
（ア）＝⑤ （イ）＝⑥ （ウ）＝⑩ （エ）＝④ （オ）＝①
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