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ソーラーパネル

最終更新：2011年08月24日 14:00

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ソーラーパネル

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【概要】

ソーラーパネル（solar panel）は、太陽電池をいくつも並べて相互接続し、
パネル状にしたもの。太陽電池パネル（photovoltaic panel）、
太陽電池モジュール（photovoltaic module）とも。

ソーラーパネルはさらに大きな太陽光発電システムの部品として使われ、
商用や住宅用に電力を供給する。

1枚のソーラーパネルが発電できる電力は限られており、通常は複数枚並べて設置する。
これを太陽電池アレイと呼ぶ。太陽光発電には、ソーラーパネル群、インバータ、二次電池、
それらをつなぐ配線などが必要である。

太陽光発電システムは電力網と接続することもあるし、
接続せずに単独で使用することもある。
また、人工衛星や宇宙ステーションでもよく使われている。

ソーラーパネルは太陽からの光エネルギー（光子）を使い、
光起電力効果を応用して電気を発生させる。

モジュールの構造を保持するのは上層の場合（表板構造）や下層の場合（基板構造）がある。
よく使われるのはウェハーベースの結晶シリコンを使った太陽電池とテルル化カドミウム
またはシリコンを使った薄膜型の太陽電池である。

結晶シリコンは半導体製造の原料でもある。

太陽電池を実用的なものとするには、まず複数の太陽電池を電気的に相互接続し、
システムの他の部分と接続しなければならない。また、製造・輸送・設置・利用の各段階で
壊れないよう保護する必要がある。特に、雹（ひょう）や雨、積雪の重みが問題となる。
特にウェハーベースの太陽電池は脆いので注意が必要である。

湿気が内部に入り込むと金属の配線や接続部分が腐食する危険性があり、
薄膜型の太陽電池や透明導電性薄膜層も湿気に弱いため、注意しないと性能低下や寿命短縮に繋がる。

ソーラーパネルは硬いものがほとんどだが、薄膜型の太陽電池を使ったものは柔軟性のあるものもある。
必要な電圧を確保するため、直列に太陽電池を接続し、電流を確保するためにそれらをさらに並列に接続する。
一部または全部が影に入ったり、夜になると電流の逆流が起きることがある。
それを防ぐため、別途ダイオードを使うこともある。

単結晶シリコンの太陽電池のpn接合は光が当たっていないときに逆電流を生じさせる特性があるが、
これは不要である。逆電流は単に電力を無駄に消費するだけでなく、
太陽電池が熱を持つという問題もある。太陽電池は高温になるほど効率が低下するため
ソーラーパネルはなるべく熱を持たないのが望ましい。

冷却を考慮した設計のソーラーパネルはほとんどないが、
設置する際に背面から放熱できるようにするなどの工夫をすることが望ましい。

最近のソーラーパネルには、レンズまたは鏡を使って太陽光をより小さな太陽電池に集める集光装置を
採用したデザインのものもある。
単位面積当たりの単価が高い太陽電池（ヒ化ガリウムを使ったものなど）を使って
比較的安価なソーラーパネルを作ることができる。

ソーラーパネルの構成によっては様々な波長の光で発電できるが、
一般に太陽光のあらゆる波長をカバーすることはできない（特に紫外線、赤外線、間接光など）。
つまり太陽光エネルギーの大部分を捨てていることになる。
ソーラーパネルは適切な単色光を照射したとき最も効率がよい。

そこで、太陽光を複数の波長に分け、それぞれのビームをその波長が得意な太陽電池に当てるという
仕組みのソーラーパネルが提案されている。

また、赤外線を中心として発電できる太陽電池を使ったTPV（熱起電力）発電も提案されている。
ソーラーパネルの効率を表す太陽光変換効率は、市販されているもので5%から18%となっており、
一般にパネルを構成する太陽電池単独の効率より低い。

【機能】

結晶シリコンモジュール

結晶シリコンを使った太陽電池を採用したモジュールで、今のところ最もよく見られる。
単結晶モジュールと多結晶モジュールに分けられる。

薄膜モジュール

薄膜型太陽電池を採用したモジュール。
低コストで高効率である。

ガラス基板薄膜モジュール

硬い薄膜モジュールで、太陽電池とモジュールが同じ生産ラインで製造される。
太陽電池をガラスの基板または表板上に形成し、配線もその場で行う。
基板や表板は多層構造になっている。太陽電池としては、CdTe、アモルファスシリコン (a-Si)、
a-Siとuc-Si（単結晶シリコン）の多接合型、CIS系などがよく使われている。
アモルファスシリコンの太陽光変換効率は6%から12%である。

フレキシブル基板薄膜モジュール

柔らかい薄膜モジュールで、こちらも太陽電池とモジュールが同じ生産ラインで製造される。
主にポリエチレンテレフタラート (PET) の基板上に太陽電池を形成する。
他にも、ポリエステル、ポリイミドのフィルムが使われる。
これらは絶縁体なので配線もガラスと同様容易である。
基板に電気伝導体を使う場合は、別の技法を必要とする。
主にアモルファスシリコンを使った薄膜型の太陽電池を無色透明のフッ素樹脂上に形成して
そちらを表面とし、裏面を別の樹脂フィルムで補強する。
IntertechPiraによると、フレキシブル基板を含む薄膜型太陽電池市場は2019年まで年率35%で成長すると予測されている[6]。