太陽光発電の仕組み

太陽光発電の仕組み

太陽光発電は、どのような仕組みになっているのだろうか。
住宅用の太陽光発電システムを見てみよう。
まず、屋根などに設置した太陽電池が、太陽光エネルギーを受けて発電する。このときの電力は直流電力なので、そのままでは使えない。そのため、設置された接続箱を通してパワーコンディショナーが電力を交流電力へ変換し、それが分電盤を通じて住宅に供給される。

現在一般に市販されている太陽光発電システムの場合、これらの機器は電力会社の配電線とつながっている。そのため発電電力が消費電力を上回った場合、電力会社へ余剰分を送電し、電気を買い取ってもらうことが可能だ。逆に発電量が足りない日や夜間などは、電力会社からの電気を使用することができる。

ではそもそも、太陽電池はどうやって電気を作っているのだろうか?もっとも一般的な結晶系シリコン電池の場合を見てみよう。
電流は、電子の移動によって起きる流れのことだ。

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電子はマイナスの性質を持っているが、この電子に電圧をかけると、プラスの方向に移動する。これを電流という。このとき、電流の担い手のことを『キャリア』という。金属の場合キャリアは電子だけだが、半導体のキャリアには『電子』と『正孔』の二つが存在する。電子がマイナスの性質を持っているのに対し、正孔は相対的にプラスの性質を持っている。



相対的に、というのは、正孔自身はプラスでもマイナスでもないが、周りと比べた時にプラスと考えた方がわかりやすい動きをするからだ。正孔というのは、電子が抜けた間にできた隙間のこと。電車に乗っているときの、椅子の空席と考えればわかりやすい。座っている人が電子で、空席が正孔だ。五人がけの椅子に、右端に3人、左端に一人の人間が座っていたとする。左端の人間が一つずれれば、右の4つのみが埋まる。この時移動したのは人間なのに、空間に注目すれば空席だけが移動したように見える。正孔も同じことで、マイナスの性質を持つ電子が移動するため、残った正孔がプラスに動いているように思えるのだ。

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正孔がキャリアとなっている半導体を『p型半導体』、電子がキャリアとなっている半導体を『n型半導体』という。結晶系シリコン電池は、この二つの半導体を組み合わせてできている。
半導体に太陽光が当たると、二つの半導体の境目に電子と正孔が生まれる。マイナスの性質を持つ電子はn型半導体の方向へ移動し、プラスの性質を持つ正孔はp型の方へ移動する。この移動の流れによって、電流が発生し、電気が作られるのだ。