ソーラー発電の仕組み!これが自然エネルギー取り出し装置!

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東日本大震災で東京電力㈱福島第1原子力発電所の電源喪失(そうしつ)により、原子炉炉心溶融(メルトダウン)が起こり、放射能汚染が広がり大問題を起こしたことを皆さんも記憶しているでしょう。

その結果日本の電力エネルギーの中で、30%を占めていた原子力発電所が全て停止し、今日まで続いています。

代わりの電力として自然エネルギーが色々考えられていますが、何と言ってもソーラーパネルを用いたソーラー発電(太陽光発電)が一番普及しています。

世界的にも地域を選ばず、太陽の光さえ得られればソーラーパネルを用いて、発電できるということで最も普及しています。

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地球温暖化が大きな問題になっている現在、世界のCO2(二酸化炭素)排出規制にブレーキを掛ける意味でも、ソーラー発電の一層の発展は大きな意味を持っています。

ソーラー発電の仕組みと今後の課題を考えて見ましょう。

1/6 WAO高校生講座「太陽光発電で拓く未来」

ソーラー発電の仕組み

ソーラー発電(太陽光発電)は太陽光を受けて“光電効果(*)”という原理を使って電気を発生させています。
(*):物質に光を当てると電子が飛び出してくる現象で、電子が飛び出すと電流が流れます
アインシュタインはこの現象から光が粒子という仮説を立て、実証されノーベル賞を受賞しました。

ソーラー発電は太陽光を受けて、もっとも効率よく光電効果を発揮する材料の開発に、力が注がれてきました。
現在その材料はシリコン(Si)が主体ですが、シリコンは半導体にも無くてはならない材料なので、ソーラーパネル(太陽光パネル)にすると高価になってしまいます。

現在シリコンに代わる安価な材料開発が進められています。

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発電の仕組みは伝導電子を発生させるn型半導体と、電子を受け入れるp型半導体とを仕切る絶縁層を作れば、太陽光が当たると両端に+極と-極ができるので、電線をつなげば直流電気が流れます

このn型・p型半導体素子を組合せ、平面上に並べたのがソーラーパネルなのです。
さらにソーラーパネルで作られた直流電気を交流に変換する、パワーコンディショナーを設置すれば、あらゆる家庭の家電製品に使えるようになります。

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2/6 WAO高校生講座「太陽光発電で拓く未来」

ソーラー発電の課題

ソーラー発電(太陽光発電)には稼働設備はないものの、メンテナンスフリーとはいきません。
パネル1枚当たりの発電量が少ないため、多くの電力を取出すためには多くのパネルを設置する必要があります。また広大な土地も必要です

パネルに積もったほこり・雪の除去、一部回路が発熱で溶けてしまうトラブルもあります。

しかしソーラー発電で一番ネックなのはパネル価格が高いことです。

原発停止により電力ソースの多様化を図るため、エネルギー買取制度(FIT制度)で政府は自然エネルギーの比率を増やそうと、売電価格よりもはるかに高い買取価格、42円(大口40円)/KWHを設定したのです。これがある意味太陽電池のコスト改革を遅らせました。

最近九州電力をはじめ、いくつかの電力会社が大口のソーラー発電設備の買取を拒否し出しました。
これを契機に買取価格が低下し、今では33~35円(大口29円)/KWHと下がり今後も低下していくでしょう。

こうなると大口のソーラー発電設備事業者は魅力を感じなくなる恐れがあります。
これを避けるためにも、いち早いパネルのコストダウンが必要です。

シリコン系の太陽電池は太陽光を吸収するため、膜厚を厚くする必要があり、材料コストが高いのです。 少ない材料の薄膜の太陽電池開発が望まれるのです。

ライター:sige G

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