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太陽電池について

太陽電池のしくみ

  • 太陽電池は太陽光発電システムの中心的装置である。
  • 光エネルギーを電力に変換でき、日射量に比例して発電量は変わる。
  • 発電するが、蓄電はできない。

単結晶

太陽光発電システムで中心となっている部品が太陽電池です。
この太陽電池は小さくても発電することができ、つなぎ合わせることで大きな電荷を得ることもできます。屋根などに設置されている太陽電池は、いくつもの太陽電池をつなぐことで、大きな電荷を得ています。

太陽電池は、光エネルギーを直接電気に変える事のできる変換器で、おもにシリコンなどの半導体で作られています。

この半導体に光が当たると、日射強度に比例して発電量は変化します。晴れの日は多く発電できるけど、曇りの日は発電量が減という事です。

なお、太陽電池の特徴として、発電することはできますが、蓄電することはできません。

太陽電池の発電原理

  • 太陽電池は、光から電力を発生。
  • シリコン系太陽電池が多く利用されている。
  • 半導体の特性を利用して発電。

光は、膨大なエネルギーを持っていて、真夏の正午の太陽光は、1平方メートルあたり約1kWものエネルギーを持っています。
例えば、太陽の光に当たったアスファルトの道路は、とても熱くなりますよね。これは太陽光のエネルギーがアスファルトに吸収され、熱に変わっているからです。

太陽電池の場合も理屈は同じで、太陽電池が太陽の光のエネルギーを吸収し、電気的なエネルギーに変換します。そのままでは熱に変わってしまうエネルギーを、電力として有効活用します。

半導体の性質を利用

太陽電池は半導体でできていますが、太陽電池の半導体はP型半導体とN型半導体という2種類の半導体を重ね合わせて作られています。
PN半導体

この半導体に太陽光が当たると、半導体の原子は、「+」の電荷を持つ正孔と、「-」の電荷を持つ電子が発生する性質があり、発生した正孔(+)はP型半導体に、電子(-)はN型半導体に引き寄せられます。そうすると、それぞれの半導体が電気を帯びることになり、電池としての働きを持つ状態が生まれます。

この時にP型とN型の電極に導線をつなげば、電気を外部に取り出すことができます。

太陽電池は、半導体の性質をうまく利用して発電していますね。これなら地球環境にやさしいのも納得です。

【コラム】
P型半導体とN型半導体

半導体はシリコン(珪素:けいそ)でできていますが、地球上で酸素の次に多い物質です。そのシリコンを溶かして、結晶化させることにより高純度のシリコンを作ります。
このシリコン結晶に不純物としてリン原子を入れると(-)電子をもったシリコンができます。これがN型シリコンになります。

また不純物としてボロン原子を入れると、(+)電子をもったP型シリコンになります。


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