太陽光発電の種類を徹底解説！パネルや蓄電池のバリエーションは？
太陽光発電や蓄電池は電気代の節約、売電による収入、停電時の非常用電源として生活に豊かさと安心を与えてくれます。さまざまなメーカーが多くの機種を販売しており、どれを選べばよいのか決めきれない方もいるのではないでしょうか。
太陽光発電のパネルや蓄電池は種類によって発電効率、寿命、容量などが異なります。設置環境や用途に合ったものを選ぶことが大切です。そこでこの記事では、太陽光発電と蓄電池の種類と特徴について紹介します。
太陽光発電のパネルの分類や構造は？
太陽光パネルは太陽光発電を行う上ではなくてはならない設備です。太陽光パネルにはいくつかの種類があり、それぞれ特徴が異なります。種類と特徴がわかれば適切な導入と運用ができるでしょう。ここでは、太陽光パネルの種類と役割について解説します。
太陽光発電のパネルは3種類に分類できる
太陽光発電で設置する太陽光パネルは、主にシリコン系、化合物系、有機系に大別できます。最も普及しているのはシリコン系の太陽光パネルで、他種と比べ形状が多彩で安価に量産できるのが特徴です。
化合物系パネルは生産コストが低く、今後市場拡大が有望視されています。カドミウムとテルルを原料とするパネルがありますが、有害物質が含まれているという理由で日本では製造していません。
有機系のパネルは、現時点ではまだ開発の段階です。完成すれば、薄く軽量で柔軟性の高いパネルになるといわれています。
太陽光発電のパネルの構造や仕組み
太陽光発電のパネルは半導体で形成されており、反射防止膜という膜でコーティングしています。太陽光パネル表面で日光を受けるとエネルギーを作って電気に変換する仕組みなので、効率良く日光を受けられる屋根の上に設置するのが一般的です。
太陽の光をエネルギー源として発電するため、夜は発電できません。天候が悪く日が差さない日も発電量が落ちるため、環境に左右されやすい一面もあります。
太陽光発電パネルの種類とそれぞれの特徴
太陽光パネルはシリコン系、化合物系、有機系の3種類から、それぞれ素材の違いなどによりさらに細分化できます。それぞれ違ったメリットと特徴があるため、設置環境やコストなどを考慮して適したものを選びましょう。ここでは、太陽光パネルの種類とそれぞれの特徴を解説します。
発電効率が高い「単結晶シリコン」
単結晶シリコンは最も早く開発された太陽光パネルで、安定した発電効率と高出力が特徴です。エネルギーを電力に変換する際の損失が少ないので、太陽光パネルの面積が小さくても多くの発電量を得られます。
高性能な分コストが高いこと、高温に弱い点がデメリットです。真夏などの温度が上がる時期は発電効率が低下しやすい面もあります。
コストが低い「多結晶シリコン」
単結晶シリコンよりも発電効率が低下する分、安価なのが多結晶シリコンの特徴です。単結晶シリコンは結晶がきちんと整って配列しているのに対し、多結晶シリコンは配列の規則性に難がある素材を使用しています。品質が下がるのと引き換えにコストが安くなったタイプといえるでしょう。
単位面積当たり発電量の減少をカバーできる広い土地での運用に適したタイプで、大量のパネルを並べられる場所でよく採用されます。家庭用太陽光発電設備黎明期によく用いられました。
応用性の高さが魅力の「アモルファスシリコン」
アモルファスシリコンは、特定の結晶構造を持たないシリコンを使用したタイプです。薄い膜の形状をしているので、軽量で加工しやすいというメリットがあります。安価に生産できるのも魅力です。
結晶系のパネルと比較すると発電量は少なめなので、同等の電力を得るには数をそろえる必要があります。住宅用よりも遊休地などで運用するのに適したパネルといえるでしょう。
複数の種類のシリコンでできている「ヘテロ接合型シリコン」
ヘテロ接合型シリコンは、複数の異なる種類のシリコンを合わせて作成するハイブリッドシリコンで構成するタイプです。熱に強いので気温が高くなりやすい夏場でも安定して変換効率を維持できる強みがあります。特に平均気温が高い地域に設置するのに向いているといえるでしょう。
構造が複雑な分製造コストが高くなりますが、夏場での安定性など高い性能を必要とする場合に用いることがある種類です。
価格が安くて発電効率が良い「CIS・CIGS」
CISは「Copper Indium Selenium」の略で、銅・インジウム・セレンの複数の元素を組み合わせたパネルを指します。CIGSはこれらにGallium（ガリウム）を追加したものです。CIS、CIGSともに高温時でも発電効率の低下が少ない特徴があります。
シリコン系よりも低コストで製造可能なため、今後はCIS、CIGSが主流になるという予想もあるようです。現在は発電効率に課題が残っていますが、普及が進めば住宅用でもよく見られるようになるかもしれません。
レアメタルを多用した「GaAs」
GaAsはガリウムのヒ化物の組成式で、レアメタルを多用した超高性能タイプのパネルを指します。約40%というトップクラスの発電効率を有し、高温でもロスが少ないことから安定して性能を発揮できるのが特徴です。
レアメタル使用率の高さから製造コストが高く、価格も高価というデメリットがあります。現在は人工衛星などでしか用いられていませんが、コスト低減の研究が進んでいるので住宅用で販売される可能性もあるでしょう。
欧米で普及している「CdTe」
CdTeはテルル化カドミウムを意味しています。CdTeタイプの太陽光パネルは発電効率が良くコストパフォーマンスに優れていますが、カドミウムが有害物質であるという問題を抱えています。
欧米で普及が進んでいますが、安全性や環境対策への配慮から日本国内では現在製造していません。毒性が強いカドミウムの問題が解決すれば今後日本でも取り扱う可能性はあるかもしれませんが、現状は選択肢には入らないでしょう。
太陽光発電と併設も多い蓄電池の種類とそれぞれの特徴
蓄電池は太陽光発電システムと相性が良く、併用することで電力をより有効活用できるようになります。蓄電池に搭載されている電池は主に4種類です。向き不向きや使用可能サイクルに違いがあるので、用途に合っているか検討して選びましょう。
長寿命が魅力の「鉛蓄電池」
鉛蓄電池は1859年に開発されてから150年以上使われている蓄電池です。容量当たりの価格が安い、蓄電池の中でも寿命が長いなどコストパフォーマンスの良さが魅力といえるでしょう。動作の安定性も良好で信頼性が高いので、現在もさまざまな分野で採用されています。
過放電に弱く、電力が空になった状態で放置すると劣化が早まることには注意しましょう。寒冷地では破損するケースがあることや、大きくて重量があることから取り回しが悪いことも考慮する必要があります。
充電や放電速度に優れた「ニッケル水素電池」
ニッケル水素電池は、かつて広く使われていたニカド電池の欠点をカバーする性能を備えている電池です。頑丈で放電性能が安定しているニカド電池のメリットをそのままに、安全性が向上しました。使用できる温度域や、充電・放電の速度とパワーも向上して、さらに活躍の場を広げています。
しかし、ニカド電池のメモリー効果が発生する欠点は克服できておらず、電力を使い切らないで充電すると最大容量が低下することが難点です。
小型で軽量の「リチウムイオン電池」
リチウムイオン電池はスマートフォンやノートパソコンなどでよく使われている蓄電池です。ニカドやニッケルの欠点だったメモリー効果が起こらず、それらに比べさらに多くの電気を蓄えられるようになっており、蓄電池の主流になっています。小型軽量化されているので持ち運びがしやすいのも大きなメリットです。
高温環境下では劣化が進行しやすい特性があるので、長く使い続けるためには使用する環境に気を付ける必要があります。
産業用蓄電池として活躍している「NAS電池」
NAS電池は主に工場などの大規模な施設で用いられる産業用蓄電池です。メガワットクラスの電力をためられる容量の大きさが特徴で、鉛電池と同等の寿命の長さがあります。従来の蓄電池よりも小型化されているので、取り回しも良好です。
しかし、危険物指定されている物質を使用していることや、動作温度が限られていることから、安全性に配慮してしっかりと管理する必要があります。
蓄電池の設置方法や接続方法の種類
蓄電池には素材の違いだけでなく設置方法や接続方法にも種類があります。種類によって機能性に大きな違いがあるので、機種を選ぶ際は種類ごとの特徴を把握して慎重に決めましょう。ここでは、主な設置方法や接続方法の種類を解説します。
設置方法の種類
設置方法は定置型とポータブル型の2種類に大別できます。定置型はスペースを確保して据え置きするタイプです。屋内と屋外に置くタイプがあり、設置する際は業者による工事が必要になります。
ポータブル型は家庭用電源から充電できる小型の機種です。工事が不要で気軽に導入できますが、容量が少なく長時間の運用には向いていません。
接続方法の種類
定置型の場合、接続方法の種類は特定負荷型と全負荷型があります。特定負荷型は分電盤の内部で回路の接続先を選択し、住宅内の指定したエリアのみに電力を供給するタイプです。冷蔵庫やテレビなどの必需品に必要最低限の電力を供給するのに適しているでしょう。
全負荷型は住宅全体に電力を供給します。停電時でも平時とほぼ同様に電化製品を使用でき、ほとんどの機種が200Vエアコンに対応可能です。
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まとめ
現在の住宅用太陽光発電のパネルは、発電効率の良いシリコン系と暑い時期に発電効率の低下が少ないCISなどの化合物系に分けられます。蓄電池は小型で軽量、寿命の長いリチウムイオン電池が主流です。
太陽光発電のパネルや蓄電池にはさまざまな種類があり、それぞれが異なった特徴を持っています。種類ごとの特徴を確認し、設置環境などに適した機種を選びましょう。太陽光発電システムのことなら、豊富な実績と充実サポートのリベラルソリューションにお任せください。