太陽光パネルの種類とメリット・デメリット

太陽電池モジュールを構成する1つ1つのセルの素材には、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜シリコン、アモルファスCIGS(CIS)、有機半導体などがあります。

太陽電池の材料を分類すると、次の図のようになります。

SolarByMaterial

太陽電池の性能を比較する上で、最重要とされているのが、変換効率で、太陽のエネルギーのうち何パーセントを電気エネルギーに変換できるかを表します。モジュールベースでの変換効率をモジュール変換効率といって、その数値が大きいほど、わずかな面積や質量で同じ発電量を供給できます。現在売られている太陽光パネルのモジュール変換効率は、15%~19%ぐらいが主流です。

20%を超えるものも出てきていますが、理論的には60%を超える太陽電池が可能で、そこで期待されているのが量子ドット太陽電池ですが、まだ研究開発中です。

原則的には、求める発電量が決まっていて屋根が十分に大きい場合は、変換効率が低いモジュールを使ったほうが、一般的ににコストは低くなります。

もっとも変換効率が高いのは単結晶シリコンですが、パソコンで使われるICの原材料と同じシリコンウェハから作られているため、高純度で効果です。

太陽電池にはパソコンほど高純度のシリコンでなくてもいいため、純度を下げて低コスト化したり、残材や端材も流用して多結晶シリコンが作られるようになりました。

また、実際に発電に使われる接合部分のみにシリコンを吹き付けて作る薄膜シリコンも増えてきています。

ただし、変換効率というのは、エアマス1.5(入射角41.8°)、セルの表面温度が25℃、入射強度1kW/m2という一定の条件で計られますが、最近では表面温度が上昇しにくく発電ロスが起きにくい素材や、太陽に向かって最適な角度に動くモジュールなども開発され、変換効率では劣るようでも、実際の発電量では単結晶シリコンを凌ぐような製品も出てきています。

Panasonic(Sanyo)が開発し、長州産業もOEM生産しているHITシリコン薄膜シリコンの1つであるアモルファスシリコンで単結晶シリコンを挟み込んだハイブリッド型です。単結晶シリコンレベルの変換効率を維持しながら、高温時の出力低下を少なくし、セルの薄型化や両面発電を可能にしました。

価格を下げることにつながるのが、省資源性、フレキシビリティ(軽さ・柔軟性)、そして量産しやすさです。この点で、るCIS(CGIS)などの化合物系が伸びてきています。柔軟性があり、温度が上がっても効率が下がらないことから、真夏などはシリコン系をしのぐ変換効率になると言われます。

主な太陽電池の特徴を整理すると次のようになります。

主な太陽電池の特徴 出典:太陽光発電工学研究センター

出典:太陽光発電工学研究センター

2016年現在は、まだまだ結晶シリコンのモジュールの市場シェアが圧倒的に多いですが、今後薄膜シリコンが徐々に追い上げ、また、有機系や新型結合、量子ドットなどの開発が進んで、2030年頃にはほぼ横並び、2040年には地位が逆転すると見込まれています。

2014年の国内太陽光パネル市場では、常連のPanasonicを追い抜いたソーラーフロンティアが第3位に入りましたが、太陽電池の形式別シェアの予測例のチャートが示すとおり、CIS太陽光パネルの売上が上昇中です。

太陽電池の形式別シェアの予測例のチャート

軽量で曲げることが可能な太陽電池が普及すると、屋根の上以外のところにも取り付けやすくなるでしょう。

シェアの伸びの予測は、原材料の入手しやすさや、コストダウン化のしやすさなどが背景にあります。

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