太陽電池の種類と選び方

再生可能エネルギーの一つ、太陽光発電システム。電力買取による売電収入と、電気代の節約メリットによって、一般住宅への搭載数が毎年増え続けています。さて、この太陽光発電のキーとなる「太陽電池」とは、一体どういう仕組みで発電しており、メーカーによってどのように違うのか、ご存知でしょうか?

本記事では、シンプルに見えて奥深い、太陽電池の基本について解説します。太陽電池の仕組みや素材を知れば、コスト対効果の高い発電システム選びに役立つでしょう。高性能な太陽光発電を安く設置するための方法も合わせて、ご紹介します。

太陽電池の基礎知識

太陽光発電は、パネル状の「太陽電池」に太陽光を受けて発電します。屋根や空き地に設置されている、青色や黒色の板が太陽電池(ソーラーパネル、太陽光モジュール)です。

太陽光発電システムは、屋根や空き地に立てた架台の上に、小さい太陽電池をたくさん並べて作ります。最小の構成単位(一枚の太陽電池)を「セル」と呼び、セルの集合体を「モジュール」、あるいは「パネル」と言います。一枚のセルはそれほど大きくありませんが、たくさん並べることで、家電も動かせるほどの電力が生み出されるのです。

太陽電池・セル・モジュール・パネル

光エネルギーを電力に変換するなんて、よく考えると不思議ですよね。では、太陽電池がどのような構造で電気を生み出すか、見てみましょう。

太陽電池の構造

太陽電池とは、太陽から発せられる光エネルギーを吸収し、電気に変換するためのエネルギー変換素子のことです。シリコン結晶などの半導体で作られており、半導体に光が当たることで、発電する仕組みになっています。

太陽電池の表面を青黒い薄膜の反射防止膜でコーティングし、エネルギー変換効率を高める工夫がしてあります。なお、太陽「電池」とは呼ばれますが、電気を貯めておく機能は持っていません。

太陽電池には可動部が存在しないために故障しづらく、電池自体は半永久的に使用することができるなど、高寿命であることが特徴です。

発電のメカニズム

太陽電池は、シリコンなどで作られている半導体に太陽光を当てると、光エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する発電メカニズムを利用します。

太陽光エネルギーは、1m四方あたり約1,000Wと言われています。太陽光が当たったときに、熱になる前に電力に変換します。

太陽を使って発電するため、太陽の出ていない夜は発電することができず、天気が悪い日には発電量が低下します。気温などでパネルが高温状態になると、変換効率が低くなることがあります。

一方、太陽光エネルギーを変換して電気エネルギーを得るため、発電時にCO2の排出がありません。空気を汚さないので環境にやさしく、騒音もないので、住宅での自家発電に最適なのが特徴です。

太陽電池の種類

太陽電池の種類によって、様々な特徴やメリット、デメリットが存在するため、特性を理解しておくことが大切です。

太陽電池で用いられる半導体を、材料の種類によって層別すると「シリコン系」「化合物系」「有機系」などに分けられます。

「化合物タイプ」は、シリコン以外の材料を使った太陽電池を総称します。高温時の出力ロスが抑えられていることと、影の影響を受けにくいのがメリットです。

今のところ、最もポピュラーに使われているのはシリコン系太陽電池です。シリコン系は製造方法によって、さらに単結晶型や多結晶型、多結合型などに分けられます。

「単結晶タイプ」のモジュールは最も古くからあり、変換効率が高く、信頼性に優れているのが特徴です。高純度シリコンを用いるため、発電効率が高く、製造コストが比較的高いのが特徴です。省スペースで発電量を稼ぎたい住宅用太陽光発電などは、単結晶タイプを選択する傾向にあります。

「多結晶タイプ」は、単結晶を製造する際に発生した端材や、標準規格を外れたシリコン原料を利用して作られた太陽電池です。シリコン含有量が少ないため安価に作ることができ、大量の太陽電池を使うときには、多結晶タイプが用いられていることが多いです。

「多結合タイプ」は、HIT太陽電池応用技術を駆使して高効率発電を狙います。

「化合物系」は微結晶型シリコンと、非晶質型シリコンを組み合わせて二層構造にした太陽電池を「薄膜」タイプと呼びます。HITタイプとも呼ばれており、変換効率が高いだけでなく、夏場の高温環境下でも出力効率が落ちにくいのが特徴的です。

太陽電池の選び方

基本的には、高価なものは変換効率が高く、安価なものは変換効率が劣る傾向にあります。材料特性によるメリットだけでなく、デメリットも十分に理解した上で、どの太陽電池を導入するかを決めることが大切です。

単結晶型パネルの特徴 多結晶型パネルの特徴
・パネルの色が均一
・高純度の単結晶シリコンを使う
・コストが高い
・発電効率が高い
・狭い面積で発電するのに向いている
・住宅用太陽光発電に最適
・青い結晶が集まった見た目をしている
・単結晶シリコンの端材などを使う
・コストが安い
・発電効率は単結晶型より低い
・広い面積で発電するのに向いている
・産業用太陽光発電に最適とされてきた

単結晶型パネルの発電効率の向上と、発電コストの低下が進んでいます。住宅の屋根といった狭い面積には単結晶型、空き地で行う産業用太陽光発電は多結晶型というような、従来よりの選び方が変わる可能性もあるでしょう。

化合物系の太陽電池は、複数の素材を組み合わせることで、発電効率を高められる可能性に満ちています。有機系も製造コストを抑えられることから、研究が盛んに行われています。

太陽電池の性能は変換効率で比較する

太陽電池の性能は、電力をいかに効率的に取り出せるかがポイントです。

変換効率とは、1メートル四方あたりに照射される1,000Wの太陽光エネルギーから、どれぐらいの電力を取り出せるかをパーセンテージで表します。

実用的な用途で太陽電池の性能を比較するときは、一般的にモジュール(パネル)単位の変換効率を基準に考えます。セル単位で比べても、パネルに組み立てるときに変換効率が多少は落ちてしまうものだからです。

そして、実際に太陽光発電を買うときは、変換効率と価格のバランスを見ながら、必要な電力量を得られるように設計します。必ずしも、最高の変換効率をもつ太陽電池を選べば良い、というわけではないのです。

太陽光発電システムは設置業者選びが重要

太陽電池には数多くの種類が存在します。それぞれがもつ特性によって、住宅の屋根の形状などに応じ、選ぶべき太陽電池が変わってくるのです。

そのため、太陽電池の変換効率や価格といったカタログ値だけでは、どの太陽電池が最高のコスト対効果を得られるかを判断するのは難しいです。失敗できない買い物ですから、太陽光発電設置の経験やノウハウがある、専門知識を持った人に相談するのが最も確実な方法でしょう。

太陽光発電で後悔しないように、業者を選ぶときには、以下の点に注意します。

  • 太陽光発電システムの設置実績があるかどうか
  • アフターサービスは充実しているか
  • 倒産のリスクがありそうか

さらに、太陽電池の施工クオリティによって、発電システムの故障リスクは大きく上下します。適当な施工会社で、手当たり次第に契約してはならないのです。

例えば、太陽光発電システムの設置業者を選ぶ際には、住宅設置にかかる見積もりを一括で依頼できる比較サイト「タイナビ」を利用してください。数百社ある専門業者の中から、ユーザーの目的や都合に合わせた数社をピックアップすることができ、それぞれの会社に対して一括見積もりを取ることができます。

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