太陽光発電は、環境に優しい再生可能エネルギーとして多くの人々から注目されています。
しかし、その実態や最新の技術、さらには他の発電方法との比較や地球環境への影響については、詳しく知らない方も多いでしょう。
この記事では、太陽光発電の基本原理から日本と世界での導入状況、最新技術の動向に至るまで、幅広く解説します。
太陽光発電の基本原理について
はじめに、太陽光発電の原理を簡単に説明します。
電気の基本
みなさんは、電気についてどのくらいご存知でしょうか。身近な存在でありながら、その本質について説明できる人は少ないかもしれません。
電気とは、簡単に言えば「物質の中の電子が動く現象」です。物質を細かく分解すると、最終的には「原子」に行きつきます。この原子の中には、プラスの電気を持った陽子が存在しています。
原子と電子
陽子の周囲を、マイナスの電気を持つ電子が回っています。この陽子と電子が同じ数存在するため、物質は電荷的にバランスが保たれ、安定しています。
しかし、何らかの刺激（熱、摩擦、磁力など）が加わると、このバランスが崩れ、電子が飛び出してしまいます。この瞬間が「電気が発生する」瞬間です。
太陽光発電
太陽光発電は、太陽のエネルギーを利用して電子の流れを作り、電気を発生させる仕組みです。真夏の正午には、1平方メートルあたり約1kWhものエネルギーがあります。この驚くべきエネルギーを活用しない手はありません。
太陽電池
太陽光発電の主役は、太陽光パネルとも呼ばれる太陽電池です。この太陽電池は、n型とp型と呼ばれる2つの種類の半導体を重ね合わせて作られています。ちなみに半導体とは、特定の条件下で電気を通す、または通さない物質のことです。
光がもたらす変化
このn型とp型の半導体が重なる接合面には、マイナスとプラスの電荷があります。ここに太陽の光が当たると、このバランスが崩れ、電荷を帯びた粒子が飛び出します。この電荷の移動が電気を生むのです。
このように、太陽光発電は自然界のエネルギーと科学的な仕組みが絶妙に組み合わさっています。特に、太陽光パネルの最新技術では、この基本的な仕組みをさらに進化させ、効率的な電気生成が可能になっています。
太陽電池の種類と特徴
太陽電池は、素材や構造によっていくつも種類があります。その太陽電池の種類と特徴について解説します。太陽電池を素材によって分類すると、シリコン系、化合物系、有機物系の3つに分けられます。
太陽電池の主流「シリコン系」
シリコン系はさらに、単結晶シリコン、多結晶シリコンという結晶系、薄膜系シリコンという非晶質系とに分かれます。
単結晶シリコン：高効率で信頼性抜群
単結晶シリコンは、変換効率が高く、耐久性にも優れています。このため、信頼性が高く、家庭用の発電システムでよく用いられています。特に日本のような狭い土地でも、小さい面積で十分な発電量が期待できるのが魅力です。
多結晶シリコン：コストパフォーマンスが魅力
多結晶シリコンは、価格が安いため、現在の太陽電池の主流となっています。このシリコンは、大規模な発電施設や投資用のシステムでよく使用されています。
薄膜系シリコン：軽量で設置が容易
薄膜系シリコンは、文字通り薄いことが最大の特徴です。薄いために加工がしやすく、さらに軽量でもあるため、トタン屋根や壁面への設置も可能な素材です。
宇宙での利用が主流「化合物系」
化合物系の太陽電池は、銅やセレンなどから作られており、シリコンを含んでいない点でシリコン系とは異なります。
現在は主に宇宙空間で使用されていますが、コスト面での課題が解決されれば、一般家庭でも普及する可能性があります。
この化合物系には、CIS太陽電池、CIGS太陽電池、CdTe太陽電池といった種類があります。それぞれに特有の特性があり、用途によって選ばれます。
柔軟性とデザイン性が魅力「有機物系」
有機物系の太陽電池は、柔軟性があり、曲げ加工も可能です。また、色素増感系と有機半導体系という2つの主要な種類があり、太陽光パネルの色を変えることも、プリント感覚で作成することも可能です。
ただし、この有機物系の太陽電池は、耐久性が低いというデメリットもあります。そのため、長期間の使用には向いていない可能性があります。
太陽光発電の世界での導入状況について
2021年現在、世界の太陽光発電のインストール容量は、約760GWにも及ぶとされています。 太陽光発電の導入は、欧州、アジア、そして米国などの先進国だけでなく、新興国でも増加しています。
これは、太陽光発電のコストが大幅に削減されたことや、政府のサポート、そして企業の投資促進策などが効果をもたらしているからです。
各国の導入状況
| 国名 | 累積導入容量(GW) |
|---|---|
| 中国 | 253 |
| 日本 | 63.5 |
| アメリカ | 62.5 |
| ドイツ | 48.7 |
| インド | 43.7 |
| スペイン | 10.4 |
| オーストラリア | 10.1 |
| ベルギー | 5.9 |
| 韓国 | 5.8 |
| イタリア | 5.8 |
※ただし、太陽光発電の累積導入容量は、各国の政策や市場の変化、技術革新やエネルギー需要の増減によって変動しています。
世界で最も太陽光発電が導入されているのは、中国です。累積インストール容量は253GWに達し、その次に日本とアメリカが続きます。
日本は、太陽光発電が急速に普及した国の1つで、累積導入容量は63.5GWに達しています。日本の太陽光発電市場は、政府の政策やFIT制度などを背景に堅調な伸びを続けています。
アメリカも太陽光発電の導入が拡大しており、2020年時点で太陽光発電の累積導入容量は62.5GWになっています。また、太陽光発電はアメリカのエネルギー政策において、新たなエネルギー源として位置付けられているため、今後も拡大が期待されています。
欧州では、ドイツが最大の太陽光発電市場で、累積導入容量は48.7GWに達します。一方、フランスやスペイン、イタリアなどでも太陽光発電の導入が増加しており、再生可能エネルギー化が進んでいます。
アジアでは、中国や日本に加えて、インド、オーストラリア、韓国などでも太陽光発電が導入されています。インドの太陽光発電市場は拡大傾向にあり、累積導入容量は43.7GWに達しています。
世界中で太陽光発電の導入が進んでおり、その市場も急速に拡大しています。個々の国が政策や取り組みを進める中で、太陽光発電は非常に重要な再生可能エネルギーの一つとして位置付けられ、今後もその導入が進むことが期待されます。
太陽光発電の日本での導入状況について
太陽光発電は、日本でも広く導入されており、国内の太陽光発電のインストール容量は現在、約63.5GWにも達しています。
そのうち約27％は個人住宅の屋根に設置されており、大手電力会社、民間企業、農業団体、自治体、ドミナント（発電所の所有者）となる一般投資家など、様々な団体が太陽光発電事業に参入しています。
政策
日本政府は、再生可能エネルギー政策「FIT(固定価格買取制度)」を導入しており、導入促進に力を入れています。
FITは、太陽光発電、風力発電、バイオマス、地熱などの自然エネルギーを発電する電力会社に、政府が一定期間電力を買い取る買い取り価格を設定するものです。
FITによって、家庭や業務などの小規模な発電所を除き、ほとんどの施設が接続契約を結べるようになり、これが日本で太陽光発電の急速な導入拡大につながりました。
市場
日本の太陽光発電市場は、政府のFIT制度を背景に堅調な伸びを続けています。
2020年末時点では、太陽光発電のパネル値段が安価になっていることや、買い取り価格が下落したことなどにより、業務用太陽光発電の新規施工件数が急増しています。また、建設費用が従来よりも安価になっている太陽光発電の魅力はさらに高まっています。
今後の見通し
日本政府は、温暖化対策の一環として、再エネの普及を推進しており、目標とする再エネ利用量比率の達成に向けた施策に注力しています。
その中でも、太陽光や風力発電の導入拡大が中心的な役割を担っており、今後も積極的に推進されることが期待されます。また、個人向けの屋根設置型太陽光発電にも需要があり、今後も需要が高まり続けることが予想されます。
太陽光発電の新技術
太陽光発電技術の進化に伴い、新たな技術が次々と開発されています。近年では、発電エネルギーを蓄えるポリマー材、透明な太陽光発電技術など、新しい斬新な技術も登場しています。ホットな新技術をいくつかご紹介します。
超薄型の有機太陽電池
この技術は、厚さわずか0.003mmの超薄型有機太陽電池が開発されたことにより、有機太陽電池の可能性が広がりました。従来の有機太陽電池は、厚さが数百nmから数μm程度でしたが、この技術により、極めて薄く柔軟な有機太陽電池が実現されました。この技術は、スマートフォンやウェアラブルデバイスなどの小型デバイスに適用されることが期待されています。
ペロブスカイト型太陽電池
ペロブスカイト型太陽電池は、高いエネルギー変換効率を持つ次世代型太陽電池です。ペロブスカイトとは、鉛やヨウ素などの元素からなる結晶構造のことで、このペロブスカイトを利用して太陽光を電気エネルギーに変換する仕組みです。最近の研究では、エネルギー変換効率が15.1%に達するなど、国内外で注目を集めています。
柔軟な太陽電池
柔軟な有機系太陽電池は、湾曲した外壁や窓ガラスにも適用できるため、建築や自動車産業などでの利用が期待されています。従来のシリコン系太陽電池は硬くて脆いため、曲面に設置することができませんでしたが、この技術により、柔軟性が向上しました。
次世代型ソーラーパネル
次世代型ソーラーパネルは、従来のシリコン系太陽電池よりも軽量で折り曲げ可能な特徴を持ちます。これにより、屋根や窓ガラスなどに設置する際の柔軟性が向上しました。また、高い透明度を持つ材料を使用することで、建築物の外観を損なうことなく設置することができます。
光触媒を利用した太陽光発電
光触媒を利用した太陽光発電は、光エネルギーを触媒反応によって直接水素などの燃料に変換する技術です。この技術は、エネルギー効率の向上と環境負荷の低減が期待されています。触媒反応によって発生する熱エネルギーも利用することで、より高いエネルギー効率を実現しています。
太陽光発電と他の発電方法との比較
太陽光発電は、太陽の光を直接電気エネルギーに変換する方法です。この発電方法は、石油、石炭、ガスなどの化石燃料を必要としないため、CO2排出量が非常に少ないという大きなメリットがあります。しかし、どうしても太陽が出ていないと発電できないというデメリットもあります。それでは、他の主な発電方法と比較してみましょう。
火力発電
火力発電は、石油や石炭を燃焼させて発電します。安定したエネルギー供給が可能ですが、CO2排出が多く環境に悪影響を与えます。
水力発電
水力発電は、水の流れを利用して発電します。環境に優しいですが、ダム建設による自然環境の破壊が問題とされています。
風力発電
風力発電は、風の力を利用して発電します。CO2排出が少ないなど環境に優しい一方で、風が吹いていないと発電できません。
原子力発電
原子力発電は、非常に高いエネルギー効率を持っていますが、放射性廃棄物の処理と事故リスクが大きな問題です。
太陽光発電は、これらの発電方法と比べても、環境への影響が少なく持続可能なエネルギー供給が可能です。ただし、夜間や曇天時には発電量が減少するため、他の発電方法と組み合わせることが多いです。
それぞれの発電方法には一長一短がありますが、太陽光発電は今後ますます注目される発電方法となるでしょう。
太陽光発電の課題とは？
太陽光発電は、二酸化炭素の削減や再生可能エネルギーの普及によって、世界中で注目されているエネルギー源の1つです。しかし、太陽光発電にはいくつかの課題も残されています。以下に、太陽光発電が抱える課題をいくつか挙げてみます。
安定供給の課題
太陽光発電は、天候条件によって発電量が大きく変化するため、安定した電力供給が難しいという課題があります。特に、天候の不安定な地域では、揺れ動く発電量をうまく調整するための新たな技術開発が求められます。
施設による景観問題
太陽光発電による施設建設により、景観が損なわれるという問題もあります。大規模な太陽光発電施設の建設には、大面積の土地が必要であるため、美しい景観が崩れる場合があります。こうした問題に対しては、よりエリアに合った美しいデザインの太陽光パネルの開発や、周辺環境への配慮が必要です。
コストの課題
太陽光発電にかかるコストは、発電容量が大きい場合に高くなるため、設備投資費用が大きくなることが問題となっています。また、太陽光発電パネルは長年使用していると、発電効率が低下する場合があるため、定期的なメンテナンスが必要となります。こうした課題に対しては、コスト削減のための技術革新や維持管理技術の向上が求められます。
資源の限定性
太陽光発電には、太陽光がなければ発電できないという限定性があります。また、太陽光発電には多量の希少金属が必要であり、資源の限定性も問題となっています。そこで、希少金属を使わずに発電できる新しい太陽光パネルの開発が求められています。
リサイクルと廃棄物
太陽光パネルは一定期間使用した後に廃棄物となります。廃棄物処理方法やリサイクル技術の開発が求められています。
以上が、太陽光発電が抱える課題の一部です。これらの課題を克服し、より持続可能で効果的なエネルギーの提供が実現することが期待されています。
まとめ：まだまだ進化し続ける可能性を秘めた太陽光発電
この記事では、太陽光発電の多角的な側面を詳細に解説しました。
基本原理から日本と世界での導入状況、そして最新の技術動向までを網羅しています。特に、最新技術のセクションでは、塗るだけで発電する太陽電池や透明な太陽電池など、今後の展望が広がる技術を紹介しました。また、他の発電方法との比較や、太陽光発電が抱える課題、さらには地球環境への影響についても詳しく触れました。
これらの情報を踏まえ、太陽光発電の持つ無限の可能性と、それに伴う課題を理解することができるでしょう。今後も新技術の研究開発が進む中、太陽光発電の更なる進化に注目が集まっています。
15,000件を超える実績を持つ弊社とくとくファームでは、中古太陽光発電所の売買仲介サービスを提供しています。専任のスタッフが査定を行ったのち、現地調査で設備状態を確認し、売却アップへ向けたさまざまな施策をご提案します。また、自社HPによる物件情報サービスには、全国各地から買い手が集まっています。
かんたん査定では、わずか30秒で簡易査定結果をご確認いただけます。より詳しい査定結果を確認したい時は、しっかり査定サービスやお電話によるご相談をぜひご利用ください。
