電気の秘密

太陽電池に光を当てると、外部回路には電流が流れ、同時に電圧も発生します。この現象は半導体のバンド図から理解することができます。半導体のバンド図は、価電子帯、禁制帯、伝導帯により示されます。p型半導体には多くの正孔が存在
し、価電子帯には電子の抜けた穴が多くあります。|方、n型半導体では不純物から放出された多数の電子が伝導帯に存在しています。

バンド図は電子のエネルギー状態を示しており、電子はエネルギーの低い軌道から順につまっていきます。この電子がつまっている高さ(エネルギー)をフエルミレベル言)と呼びます。半導体p層には多数の正孔が存在するため、酢は価電子帯の近くにあり、逆に、層では酢は伝導帯の近くにあります。さらに不純物を入れていないi層では、酢は禁制帯のちょうど真ん中にあります。
ここで、pn接合を形成し、p層.n層を外部回路により短絡(ショート)させた場合を考えましょう。この時には、p層.n層の酢は一致し、pn接合部には帯(バンド)が曲がった領域ができます。この部分が、pn接合部の正負の電荷により形成される内部電界を表しています。

光照射によってできた電子と正孔は、この内部電界によりそれぞれ、層とp層の方へ移動し、電子は外部回路を通ってp層の正孔と再結合します。そのため、太陽電池に光を当てると、回路内には短絡電流と呼ばれる電流が流れます。

一方、外部回路をつなげず開放にすると、光により生じた電子と正孔はそれぞれ、層.p層内に蓄積され、開放電圧と呼ばれる電圧が発生します。この場合、pn層の酢の差が開放電圧に相当します。通常の太陽電池では、外部回路に負荷(抵抗)を入れることによって、電流と電圧を同時に取り出しています。

太陽電池の基本的なしくみとメリットデメリット

p型半導体と、型半導体を接触させると、その接合部には正の電荷と負の電荷を持つ2つの層が形成され、これらの層により半導体内部に電界が発生します。この内部電界が太陽電池の最も重要な部分です。
もしこの内部電界がないと、光を当てても電気を作ることはできず、太陽電池として機能しません。この内部電界がどのようにして形成され、どんな役割を持っているのかを考えてみましょう。

まずp型半導体では、半導体中の不純物原子は室温で負にイオン化して、不純物原子と同じ数だけ正孔が存在します。|方、n型半導体の場合には、不純物原子は正にイオン化し、半導体中には多くの電子がいます。そして、p型.n型半導体中の正孔と電子は、それぞれの半導体内を自由に動き回っています。このp型。n型半導体を接触させpn接合を形成すると、p型半導体の正孔は、型領域へ、逆に、型半導体の電子はp型の方へ移動し始めます。しかし、もともと正孔は電子が抜けてできる穴のようなものなので、もし正孔が電子と衝突すると、電子と正孔はエネルギーを放出して消滅します。これは、光によって電子と正孔ができる時のちょうど逆のことで、この電子と正孔が消滅する現象を再結合と呼びます。電子と正孔の再結合はpn接合領域で最も強く起こり、結果としてpn接合付近には正電荷と負電荷を持つ層が形成されます。太陽電池の内部電界は、この2つの層により発生します。この電界層が形成されると、正孔と電子はpn接合部の正負の電荷によって追い返され、それぞれ反対側には拡散できなくなります。

pn接合部に生じた内部電界は通常の電池に似た働きをします。特に太陽電池では、光によって生じた電子と正孔は接合部の正負の電荷により引き寄せられ、最終的に電流となって太陽電池から流れ出します。これが太陽電池の最も基本的なしくみです。

太陽電池の耐久性はどの程度あるのか?

設置後に、太陽電池が壊れたり性能が劣化したりしないかと心配な方もいるかもしれません。しかしその点はあまり心配ありません。太陽電池の表面は強化ガラスで、カラスが突っついたり風で飛ばされた木の枝が当たったりしたくらいでは、まず傷む ことはありません。 また仮に太陽電池表面のガラスが一部割れたとしても、該当するセルやモジュール がまったく発電しなくなることはありません。というのも、|部の電極が破損しても、その不良箇所を迂回して、隣の電極などを通して電気が流れるように設計されているからです。

専門的にはバイパス処理と言いますが、セルの一部がだめになっても、発電室がゼロにはならないような配慮がなされているのです。
ただこのような場合、バイパスがいき過ぎると、隣接する電極などに必要以上の電気が流れて負荷が増え、そこが熱を持って電極が切れたり焦げたりすることがあります設置業者の間では 「ホットスポット」などと言っていますが、このような現象には注意が必要です。

また割れた箇所や隣接する箇所の発電にはほとんど問題がなくても、まれに割れた箇所から水が入り込んで電極が破損し、モジュール全体の発電に悪影響が出る場合もあります。

モジュール表面が割れた場合でも、すぐに発電量に大きな影響が出ないケースが多いですが、なるべく早めの交換をお勧めします。せっかくの旧年保証は有効に利用して、常に最良のシステム状態を保ちましょう。

どんな屋根にも太陽電池は載るか?

太陽電池を屋根の上に付ける場合、下の屋根材との間を専用金具でとめて固定することが一般的です。現在、太陽電池メーカーの努力もあって、多種多様な屋根の素材にもモジュール設置が可能になってきています。

とはいえ、例えば設置が基本的に可能な瓦にしても、何百種類ものタイプが流通していて、なかには設置が困難だったり不可能だったりするものもあります。
また大手のハウスメーカーの中には、屋根材の下地に断熱材を入れてチップ材でサンドウィッチ構造にしたものを使用するケースがあります。その種の屋根材のボードには基本的にビスが効かず、太陽電池の固定ができません。|例では三井ホームがそのような素材を用いることがあります。提携しているシャープ製の太陽電池は設置できますが、他のメーカーのものでは対応できません。

また木造や鉄骨の建物には「垂木」という屋根を支える構造部分が設けられることが多いのですが、この垂木を無くす工法も増えています。そのような家屋でも垂木固定が標準となっているメーカーでは、太陽電池の設置が難しい場合があります。同様 に、あらかじめ工場で作ったコンクリートの屋根パネルを施工現場ではめる「陸屋根」を用いた家屋の一部でも、設置が困難な場合があります。

このように、屋根材と屋根下地の素材、構造(垂木の有無など)によっては、設置できる太陽電池のメーカーが限られたり、そもそも設置が難しいといった場合もあります。そのあたりは素人にはわからないため、メーカーや販売店にしっかり確認しましょう。無理に設置して、強風で飛ばされたり、雨漏りしてしまったりすることがないように注意してください。

いまや家電量販店でも購入可能

従来の家電メーカーとは異なる昭和シェル系のソーラーフロンティアが、太陽電池の生産量を飛躍的に増やしています。
太陽電池製造へのメーカーの新規参入だけではなく、太陽光発電システムの販売 ルートや手法にも新たな試みが取り入れられています。
テレビ通販による販売は先にも紹介しましたが、大手の家電量販店の店頭でも、電気自動車や太陽光発電システムが購入できる時代になりました。わざわざ優良なディーラーや設置業者を探す努力をしなくても、会社の行き帰りなどにふらっと店舗を訪れ、そこで見積もりを取ったり相談に乗ってもらったりすることも可能です。

太陽光発電に関しては、現状は大手家電量販店で注文したからといって、価格が劇的に安くなることはないようです。街中の設置業者に頼む場合と同価格程度です。
というのも、大量仕入れで在庫して薄利多売をするテレビやパソコンと違って、太陽電池は店頭在庫していません。成約後にメーカーから取り寄せ、下請けなどの設置業者の元に送られることが一般的です。

また成約に至るまでのプロセス(顧客の屋根の状況を確認して希望や予算も聞いて見積もりを取る)も、街中の設置業者に頼むのとほぼ同じです。結局は一軒一軒で千差万別の環境を調べるため、屋根に上ってみて日当たりや日照の具合、また屋根材などを逐一調べていく必要があるからです。

いわば家電量販店は、新たな販売代理店のようなものと思えばよく、そのため価格 面でも街中の設置業者に頼む場合と大きな差はありません。
とはいえ、いずれ太陽光発電が普及して太陽電池の量産が進めば、このような「異業種参入」は価格を押し下げ、普及に貢献していくことでしょう。

京セラ

京セラは、日本で初めて住宅用太陽光発電システムを発売しました。太陽電池の原料となるシリコン粒子の鋳造から製品化までの全工程を自社で行う一貫生産で培った総合的な製品知識と、たゆまぬ研究開発により、世界に認められる製品品質を実現しています。

京セラの長期信頼性を重視していることへの評価は、たとえば同社のモジュールが、業界で初めて長期連続試験認証を獲得していることでもわかります。この試験は、世界有数の第三者認証機関であるテュフ・ラインランド(本社ドイツ)が、性能品質テストとして実施するもので、1枚のモジュールに対し、高温高湿耐性、結露・凍結など4項目がチェックされます。

また、千葉県佐倉市にある京セラソーラーエネルギーセンターでは、記年前からモジュールの経年変化を調査し続けており、配年経過時点での出力低下は僅か9.昭%という謹里〈的な性能を持続しています。

現在、既築・屋根置型として「サムライ聖と「エコノルーッ理「エコノルーッアドバンス、」の3シリーズの多結晶シリコン型太陽電池をラインナップしています。高性能の商品を用意する同社のもう一つの魅力は、複雑な形状の屋根にも美観を損なうことなく設置できることでしょう。

「サムライ」は、長さの異なる3種類の太陽電池を組み合わせ、屋根のスペースを有効に活用します。「エコノルーッアドバンス、」は、サイズ・形状の異なる4つのモジュールを組み合わせて、複雑な屋根形状であっても多く発電できるように、屋根データを基に設計されています。このようなところにも京セラの商品力の強さがうかがえます。