パネル選びに必見! 太陽光発電パネルの種類とメリット・デメリット

2018.01.23

パネルのメーカーはたくさんあり、パネルによって特徴・メリット・デメリットが様々ですので、導入の条件や設置場所の環境に合わせて最適なパネルを選ぶ必要があります。

これから太陽光発電事業者となられる方、パネル選びでお悩みの方も知っておくべきパネルの種類や特徴、今後の市場の動向をご紹介したいと思います。

半導体基板の材料による分類

太陽光発電パネルは、メーカーや製品によって半導体基板の材料が違い、性能が異なります。

パネルが「シリコン系」「化合物系」「有機系」の3つに大きく分類されていることはご存知の方も多いかと思いますが、この分類は半導体基板の材料によるものです。

まずは下記の図で全体的な分類を視覚的にイメージしていただけたらと思います。

 

それぞれの詳細について説明します。

シリコン系

パソコンやテレビ、スマートフォンやデジタルカメラ、さらにICカードなど身近な電気製品に幅広く使われている半導体ですが、その半導体に最も多く使われている素材がシリコンです。
太陽光発電パネルの材料も、最も多く普及しているものはシリコンで、当協会でも、取り扱うパネルの多くがシリコン系パネルです。

上の図で確認していただけますように、シリコン系は、さらに「結晶(単結晶・多結晶)」と「薄膜(アモルファス)」に分類されます。

結晶(単結晶・多結晶)

珪石

右の写真がシリコンの原料であるケイ石で、これにケイ素(Si)が含まれています。

シリコンとはケイ素の別名です。

「単結晶」と「多結晶」は、どちらもケイ石を原料としたシリコンを溶かし、冷やし固めてつくられています。

固め方によって、1つの結晶からつくられる単結晶とたくさんの結晶からつくられる多結晶に分類されています。

それぞれのメリットとデメリットをまとめます。

単結晶

★メリット

原子が規則的に並んでいて高純度のため、少ない面積設置でも多くの発電が期待できます。(変換効率が高い)

・1つの大きな結晶からできているので、モジュール表面に切れ目や割れ目がなく見た目がきれいです。

 

★デメリット

・純度の高いシリコンを作るため、製造コストが高くなります。

    

多結晶

★メリット

・単結晶のパネルをつくる過程で不要となったシリコンを再利用して製造したり、場合によっては単結晶の時の工程を簡素化して製造するため、コストが安くなります。

 

★デメリット

・たくさんの結晶からできているため、変換効率が単結晶より若干低くなり、単結晶と同じ面積では発電量が劣ります。
→ただし、最近の多結晶モジュールの精度は
上がってきています。

・モジュールにまだらに模様が入っている。

薄膜(アモルファス)

アモルファスとは結晶構造の種類の1つで、
単結晶と多結晶とは異なり、不規則な原子配列になっているのが特徴です。

アモルファスの場合は、シリコン原子(Si)の隙間に不規則的に水素(H)などの不純物が混入しており、それぞれの原子間の距離がばらばらな構造になっています。

★メリット

・発電するために数百μm(マイクロメートル)の厚さが必要な結晶に対して、光を多く吸収できるため、アモルファスは1μm以下の薄い膜でも発電できます。この特徴により、ガラスなど、様々な形状のものに張り付けることができます。

・結晶パネルよりも、製造工程が簡単なため、コストが安くなります。

・高い温度でも安定して発電できます。
(結晶のパネルは高い熱を帯びると変換効率が落ちます。)

 

★デメリット

・結晶系より変換効率が劣ります。

ハイブリッド型

アモルファスと結晶系の技術の良いところを集めたパネルです、「HIT」がパナソニックと長州産業から発売されています。

メリット

・変換効率が高いです。(16%~)

・パネルの温度が高くなっても変換効率が低下しにくいです。

・薄くすることができ、コンパクトで見栄えも良い。

 

デメリット

・今はコストが高い。

化合物系

化合物系とは、シリコン以外の物質を混ぜ合わせてつくられるパネルのことです。

原材料として使われる物質には、銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)、カドミウム(Cd)、テルル(Te)などがあります。

先にも述べましたように、現在の主流はシリコンであり、高い水準の変換効率を示しているのもシリコンではありますが、近年の実験結果では、化合物系がシリコンの変換効率を超えたという結果も出てきています。当協会でも化合物系を取り扱うこともあります。

★メリット

・太陽光によって高温になっても変換効率が低下しにくいです。

・周囲の木の葉などの影の影響を受けた状態でも、出力を保てるようになっており、実際に発電できる量が多いという特徴があります。

・薄さが約2~3μmで、シリコン系よりも薄いです。

・光を多く吸収でき、薄膜化が可能なため、製造コストが安くなります。

 

★デメリット

・近年の実験ではシリコンより変換効率が高いという結果も出ていますが、変換効率は9~14%程度です。

有機系

有機系とはシリコン系や化合物系のように無機物を原料とするのではなく、有機物を原材料とする太陽光発電パネルです。

軽量でフレキシブルであるため、シリコン系の設置に向かない用途を開拓できるため、現在研究が行われています。
有機系太陽光発電パネルには有機薄膜と色素増感の2種類があります。実用化されたものとしてはまだ普及していません。

有機薄膜

インク状の有機半導体をインクジェットプリンターのような印刷機で薄膜状に塗布して製造する太陽電池で、現在実用化されている結晶系と比較して製造コストを大幅に引き下げられる可能性を持っていることから注目を集めています。

★メリット

・印刷方式で製造できるため、低コストです。

・自由に着色できるので、ポスターや壁画のようにデザイン性を持たせることができます。

・薄くて軽く、自由に曲げることが出来ます。

 

★デメリット

変換効率が低く、寿命が短いです。

色素増感型

酸化チタンを光電極として用いる太陽電池のことです。酸化チタンは、もともと紫外線しか吸収できませんが、酸化チタンの表面に色素が吸着することで、可視光にも感度を持つようになります。

このことを、“色素増感”と呼びます。植物の光合成のような仕組みで発電します。

 

★メリット

・色素の選択によりカラフルなパネルをつくることが出来ます。

・低コストで製造できます。

・実験では変換効率は12%程度です。

・薄くて(約1μm)軽く、自由に曲げることが出来ます。

 

★デメリット

・性能の長期安定化や実用化に向けた技術の開発途中です。

まとめ

今回は、基本的なことのようで、意外と深く知らない太陽光発電パネルについてご紹介いたしました。現在、実用化されていて、広く普及しているものはシリコン系、次に化合物系です。

これら2種類より製造プロセスの容易さや低コスト化を図るため、またフレキシブルさやデザイン性を高めるために、有機系の研究が進められています。
数年、数十年先にはどんなパネルが主流となっているか、興味深いところです。

日本住宅工事管理協会では、パネル・パワコン、架台など部材の分離発注もしていただけます。

太陽光発電設備の設置についてもパネル選びも含め、最適なご提案をさせていただきますので、お気軽にお問い合わせください。

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