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太陽電池・太陽光発電とは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

太陽電池・太陽光発電とは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

再生可能エネルギー 注目の太陽光発電。
温室効果ガスを排出せず、枯渇しないエネルギーとして注目されていますよね、今回はこの
太陽光発電についてその一部を説明します。

 

太陽電池・歴史

太陽電池とは、太陽光を電気に変換する素子・装置、その発明・歴史から

1839 アレクサンドル・エドモン・ベクレル(フランス)
液体(電解液)の中に浸した金属電極に光を当てると電流が発生するという現象発見「光起電力効果
物質に光を照射することで電力が発生する現象
1876 アダムスとデイ(イギリス)
固体物質「セレン」と「金属」の点接続による光起電力効果発見
1883 フリッツ(アメリカ)
点接触型でなく面接触型(プレーナ型)発明「セレン光電池」(現太陽電池の原型)誕生
1954 ベル研究所(アメリカ)
シリコン(pn接合)型太陽電池の開発
1955 日本電気
日本初の太陽電池「単結晶シリコン太陽電池」開発
1958 人工衛星バンガードⅠ号(アメリカ)の電源に太陽電池が初搭載

日本では、無線中継局の電源、灯台などの電源として実用化

1959 シャープ 太陽電池の研究開発開始
1975 三洋電機、京セラ 太陽電池の研究開発開始
1980 新エネルギー・産業技術総合開発機構 NEDO の設立
NEDO:New Energy and Industrial Technology Development Organization.
太陽電池の研究開発は、アメリカが先駆けていましたが、 、
この間、日本企業各社が半導体産業ともに力をつけ成長し、太陽電池の研究開発は日本がリードするようになる。
2001 日本の太陽電池導入量が世界一に
2007
2010
後にドイツ、中国企業が世界の首位に

 

発電

「太陽電池」その名に”電池“が付随していますが、電気を蓄える機能はありません
太陽の光エネルギーを直接電気に変換する「発電機」を意味する、部品・装置です。

太陽から地上に降り注ぐ電磁波(光エネルギー)が、「太陽電池」に照射されると、
「光起電力効果」・「光電効果」と呼ばれる現象が発生し、電気が発生されます。

 

光起電力効果

光起電力効果:Photovoltaic effectとは、物質に光を照射することで電力が発生する現象。(光電効果の一種)

光照射によって異なる金属間電子移動に伴う発電現象。

 

セレン光電池

「セレン(Se)」は、自然界に豊富にあり(日本でも多く産出されている)
半導体性をもつ鉱物。

「鉄」と「セレン」の境界面に光を照射
➡ 鉄が陽極、セレンが陰極になり、起電力が生じ、その光起電力効果を利用した光電池。

参考 : セレン光電池は、露出計や旧型カメラの露出(受光部)にも多く利用されていました。

 

半導体

現在では、性質の異なる”半導体”を合わせた極間での構成が主流です。

太陽電池は、発電効果性の違いによって「半導体」の成分(主にシリコン系、化合物系、有機系)があります。(現状ではシリコン系が総合的に主流)

 

基本構造

「n型半導体」と「p型半導体」2種の半導体を接合(張合せ)し、太陽光(電磁波)が当たると、n型半導体に「電子(-)」、p型半導体に「正孔(+)」が集まり、電子(-)が正孔(+)へと導線を伝わって移動

 ➡ この電子の流れに準じた形で電流が流れ ”発電”(太陽光発電の仕組み)

 

太陽電池とLED

太陽電池とLED、その基本構造はほぼ同様です。
しかし、作用によって動作が真逆になります。

  • 「太陽電池」:光を電気エネルギーに変換する部品・装置
  • 「LED」:太陽電池の真逆、電気を光に変換する部品・装置

実験

上記の特性 「光から電気」、「電気から光」の実験です。

  • 超高輝度赤色LEDを並列に接続
  • 片方のLEDに光を照射 「発電:光から電気」
  • 対のLEDが点灯 「発光:電気から光」
補足

発電機とモーターの関係に類似しています。(こちらも作用によって動作が真逆)

発電機:回転エネルギーから電気に変換  モーター:電気から回転エネルギーに変換

 

その他

フォトダイオード・フォトトランジスタ

太陽電池と同じ仲間の受光素子で、こちらは光の強弱を測る(光センサー)として利用されています。

 

まとめ

  • 太陽電池・太陽光発電とは、光エネルギーからの電気を得る発電
  • 主にP型シリコン半導体とN型シリコン半導体を張り合わせた構造
    光照射にてP型に+、N型に-が集結、導通にて電子移動(電流が流れ)発電
  • 太陽電池とダイオードは、ほぼ同じ構造(作用によって動作が真逆)
  • 半導体の成分(シリコン系、化合物系、有機系)など、発電効率等によって異なる

枯渇なき再生可能エネルギーとして注目され、今後もさらなる発電効率でも注目とされ期待されている 太陽電池・太陽光発電です。