コラム

自家消費型太陽光発電導入の知識│ソーラーパネルの種類・違いとは?

ソーラーパネルには材料や製造方法からさまざまな種類があり、種類ごとに発電効率や耐久性、価格が違います。この記事では、自家消費型太陽光発電設備の導入を検討している企業様に向けて、ソーラーパネルの種類や特性、そしてその違いを解説します。最後まで読んで導入検討の参考にしてください。

 

ソーラーパネルが太陽光によって発電する原理

ソーラーパネルは太陽電池によって構成されており、この太陽電池が太陽光を電気に変えることで発電します。

 

太陽電池は半導体の一種で、太陽光があたると内部に電子エネルギーが与えられ、電流が起きます。このことにより、光を電気として利用できるようになります。

 

太陽電池はむき出しのままでは風雪などで傷んでしまいます。そのため、太陽電池を保護する素材で包み、板状にしたものがソーラーパネルというわけです。

 

ソーラーパネルは大きく分けて3種類存在

ソーラーパネルは原材料によって種類が異なります。大きくわけて、「シリコン系」、「化合物系」、「有機物系」の3種類になります。

シリコン系

シリコン系のソーラーパネルは、その名の通りシリコンを原料とするソーラーパネルです。価格の安さ、発電効率の高さなどから、国内の市場の約8割を占めています。シリコン系は、「多晶シリコン」と「単結晶シリコン」、「その他のシリコン系」に分けられます。

 

上記の3つの分類の中でも、シリコンの塊(インゴット)を切り出して作る単結晶シリコン系が高い需要を持っています。

化合物系

化合物系は、シリコンを含まない材料から製造されるソーラーパネルです。太陽光を電気に変換する効率がシリコン系より高いのが特徴です。コスト面でシリコン系の強みが大きいことから、現状では主流とは言えませんが、年々需要は高まってきています。

 

化合物系はシリコン系よりも環境的な優位度が高く、曇天時、パネルの一部に影がかかった時、高温時などを踏まえた全天候で見た場合の発電量はシリコン系より効率が高い、という事は実証されています。化合物系は宇宙に耐性を持っているため、今は人工衛星などにも使用されています。また、経年劣化が少ないのも大きな利点です。

 

今後は技術的発展によって、低価格化、低重量化、効率アップなどが期待されています。

有機物系

有機物系のソーラーパネルは、物理的にパネルを薄く作ることができること、価格的に安く済むことなどで大きな期待を寄せられています。しかし、現在はまだ実用化には至っていません。

 

シリコン系ソーラーパネルの種類

現在最も多く出回っているシリコン系ソーラーパネルの特徴を見ていきましょう。シリコンはケイ素とも呼ばれる物質で、地殻の中に埋もれているケイ石から作られます。先述の通り、シリコン系ソーラーパネルにはいくつかの種類があり、それぞれ異なる特徴を持ちます。ひとつずつ詳しく解説します。

単結晶シリコン

単結晶シリコンは、その名の通りシリコンの塊から製造されます。太陽光を電気に変換する効率が、15.5~18%と、後述する多結晶シリコンより高いことが特徴です。製造にも手間がかかるので価格的には安価とは言えません。しかし、効率の高さから設置面積が狭いところに向いているので、大きな面積が確保しにくい日本の住宅では多く使用されています。

 

外観的には黒く均一な見た目が特徴で、耐久性でも多結晶シリコンより優れています。

 

多結晶シリコン

多結晶シリコンは、単結晶シリコンを製造する際にできる端材などを集めて製造されます。わかりやすく言うと無垢の木材を製品化するためにできたチップを、まとめて合板にするようなイメージです。単結晶シリコンと見比べれると、モザイク状になっているので、その違いは見た目にも判りやすいと思います。

 

性能的には単結晶シリコンに劣りますが、価格の安さから多く使用されており、大量に使用する産業用の太陽光発電に多く用いられています。変換効率は15~16.5%程度です。

その他シリコン系

単結晶シリコン、多結晶シリコンとは別に、「アモルファスシリコン」、「HITシリコン」、「微結晶シリコン」などがあります。

 

アモルファスシリコンは光を反射しない特性を持っているので、周囲の企業や住民との反射光トラブルに発展しにくいというメリットがあります。また、弱い光も電気に変換できるので、住宅用だけでなく、時計や電卓などにも用いられています。効率的には10%以下で、結晶シリコン系におよびませんが、価格面ではリーズナブルです。

 

HITシリコンは18~19%という高い変換効率を持っています。結晶シリコンとアモルファスシリコンを組み合わせて作る「ヘテロ結合」から、HITという名称がつけられています。

 

微結晶シリコンは多結晶シリコンよりさらに細かいかけらを使用して作られます。結晶を細かくすることによって、アモルファスシリコンに似た特性を持つようになります。

 

化合物系ソーラーパネルの種類

CIS太陽電池

CIS太陽電池は、銅、インジウム、セレンから作られています。熱に対する耐性が高く、価格的に求めやすい上に、実発電量も良好で経年劣化にも強いというメリットを持っています。変換効率は13~14%と結晶シリコンにおよびませんが、影がまばらに落ちる状況では単結晶シリコンよりも高い効率を発揮します。

主原料の違いでCIGSやCdTe、III-V族他接合なども存在

「CIGS太陽電池」は銅、インジウム、ガリウム、セレンから作られています。CIS太陽電池より効率的に電力を生み出すことができるなどの優れた特性を持っていますが、人体に悪影響を及ぼすカドミウムが使用されている難点があります。

 

「CdTe太陽電池」はカドミウムとテルルから製造されます。低コストで熱耐性もありますが、カドミウムの有害性から日本では製造されていません。しかし、CdTe太陽電池を主力商品とするアメリカの大手企業が日本進出を始めているので、今後は国内市場に普及していくかもしれません。

 

「Ⅲ-Ⅴ族多接合太陽電池」は40%程度の非常に高い変換効率を持っています。ですが、製造過程でやはりカドミウムを使うこと、製造コストが高いことなどから日本のメーカーでは作られていません。

 

現在では国内製造がされていない形ですが、研究が進み廃棄時にガイドライン指定の有害物質が流出しないことが証明・立証されれば、設置が広まる可能性もあります。前述の通り、変換効率などの面で大きな可能性を持つソーラーパネルと言えるでしょう。

 

有機物系ソーラーパネルの種類

有機物系のソーラーパネルは製造コストが劇的に安いこと、紙のように薄く作れることから、作業性、加工性が非常に良好です。現状では寿命の短さからソーラーパネルとしての普及には至っていませんが、高い性能に大きな期待が寄せられています。

色素増感系

色合いがカラフルなことと、物理的な薄さから玩具には既に使用されています。現在の変換効率は10%程度ですが、結晶シリコン系や化合物系よりも低価格なので、日本政府は更なる技術革新によるソーラーパネルとしての実用化を推奨しています。

 

有機半導体系

塗料のように目的箇所に塗布することによって太陽電池にできると言われています。今後技術革新によってそれが実現すれば、太陽光発電の更なる飛躍に貢献できるでしょう。

 

太陽光発電ソーラーパネルの種類まとめ

太陽電池の材料や製造方法による違いをまとめました。ここで解説したように、ソーラーパネルにはさまざまな種類と特性があり、さらにメーカーによる性能差もあります。そのため、設置業者はそれぞれの特性を熟知して、顧客の多様なニーズにこたえる必要があります。

 

多様なソーラーパネルをニーズに合わせて扱うことができる太陽光発電設備の専門業者をお探しの場合、ぜひ「ユニバーサルエコロジー株式会社」にご相談ください。

 

当社は20年以上の長きにわたって、太陽光発電設備の設計、施工を続けてまいりました。設置完了件数としては既に5,000件を超えており、確かな実績と信頼を築いています。ソーラーパネルのメーカーも国内はもとより、海外メーカーの製品も広く扱っていますので、状況に合わせた柔軟な提案が可能です。太陽光発電設備導入をご検討中であれば、お気軽にユニバーサルエコロジーにお声掛けください。

 

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