TOP仕組み > なぜ太陽光で発電できる?基本のしくみを徹底紹介

なぜ太陽光で発電できる?基本のしくみを徹底紹介



Q.なぜ太陽光で発電できるの?

A. 太陽光発電システムの核となるのが、光エネルギーを直接、かつ即時に電気エネルギーへと変換する「太陽電池」だ。身近な使用例としては電卓

などが挙げられるが、住宅用の太陽光発電システムも、原理的には変わら

ない。では、順を追って原理を説明していこう。

出典:http://www.tap-kobo.com/

 

少し専門的な話だが、現在、一般的な太陽光発電には異なる2種類の半導体

(N型とP型)が必要となる。この2種類の半導体は、電子を運ぶ媒体(電子

が流れて電気になる)が異なっている。N型半導体は、シリコンに微量の砒素

などを混ぜてつくられ、「キャリア」として内部を動き回ることのできる自由

電子を含んでいる。P型半導体は、ホウ素などを混ぜてつくられN型とは逆に電

子が抜けた穴である「正孔」がキャリアとなる。そして、これらN型とP型の半

導体を組み合わせることによって、太陽光発電パネルが出来上がっている。

なぜこのような半導体の説明をするのかというと、少々語弊はあるかもしれないが

電気を生み出す“モト”として(電子の流れを生みだすために)、N型半導体がマイナ

ス(Negative)、P型半導体がプラス(Positive)の素材を持っていると考えれば分か

りやすいだろう。この2種類を重ね合わせると、接続部分の周りでN型の自由電子がP

型の正孔へと流れ込み、バランスを保ったところで電気的に安定した状態に変化する。

その結果、接続部分はN型、P型半導体ともキャリアがほとんどなくなる。したがって

「空乏層」と呼ばれ、電気を通さない絶縁状態となる。この空乏層の部分に光が当たる

と、P型半導体側で(N型半導体からやってきた自由電子が正孔に入り込んで)安定して

いた電子が、太陽光のエネルギーを吸収して再び動き回る自由電子となり、N型半導体側

へと戻ろうとする。光エネルギーが当たらなくなればまた安定した状態へと戻るが、この

とき接続部分の逆側同士を電極でつなぐと、自由電子は電極を通してP型半導体(の正孔)

へと流れ込むようになる。こうして電子が巡るサイクルがつくられ、電気エネルギーが発

生する。この現象は「光起電力効果」と呼ばれる。

出典:http://www.chuden.co.jp/

 

なお、最近照明としても普及しているLED(発光ダイオード)は素子の構造が太陽電池と

そっくりで、太陽電池が発電するのと逆の原理を利用して光を発する。つまり、P型半導体

とN型半導体に電気を流してやることで、空乏層が安定するのに必要なエネルギーを超えた

分が光として放出されていくわけだ。

 

太陽電池自体は照射された光に応じて電気を発生させるだけの素子なので、光を受けている

間しか発電できない。そのため、住宅向けの太陽光発電システムでは蓄電池や、余剰電力を

電力会社に売るための機能(売電機能)などを搭載している。さらに、太陽電池では直流電

力しか生まないので、住宅で使えるように交流電流に変換する機能などをもった「パワーコ

ンディショナー」も必要になる。これらのシステムを総合して「太陽光発電システム」と呼

んでいる。