太陽光発電に使用する太陽電池にはいくつかの種類があります。最もポピュラーなのが結晶系太陽電池ですが、各メーカーが技術開発の努力を続けてきたことにより種類が増えてきているのが現状です。その中の一つとして日本のメーカーであるパナソニックが開発したhit太陽電池がありますが、どのような特徴があるのでしょうか。
ヘテロ接合型とも呼ばれるhit太陽電池とは？
hit太陽電池はパナソニックが40年もの研究開発を続けて生み出した太陽電池です。核となっている技術はシリコンヘテロ接合型太陽電池セル技術と呼ばれていて、hit太陽電池もヘテロ接合型太陽電池といわれることもあります。ヘテロとは異なるという意味を持つ言葉です。もともとシリコン系の太陽電池セルでは物性が同じ材料同士を接合していましたが、パナソニックは物性が異なる材料同士を接合することにより新たなシリコン型太陽電池を生み出しました。この技術により様々なメリットがもたらされています。
一般的な結晶系シリコン太陽電池の構造とは？
hit太陽電池の特性について理解するためにはまず一般的な太陽電池の構造を知る必要があります。通常の太陽電池はシリコンなどの半導体素材を二つ以上組み合わせて張り合わせることにより作られています。最もポピュラーな太陽電池として知られているのが結晶系シリコン太陽電池で、p型半導体とn型半導体を張り合わせて作られているのが特徴です。原理的にはどのような素材を用いていてもあまり違いはありません。まず、二種類の半導体が接している接合面に光が当たることによりエネルギー励起が起こって正孔と電子が生まれます。正孔はプラス、電子はマイナスの電化を帯びているため、これらが両極に移動することによって電流が生み出されるという原理により電気が発生しています。結晶系シリコン太陽電池ではp型半導体とn型半導体の境界に空乏層と呼ばれる空間が生まれ、p型半導体とn型半導体の間に内蔵電位と呼ばれる電位差が生じるのが特徴です。接合面に光が当たると内部光電効果によって伝導電子と正孔が生じ、内蔵電位に沿って正孔はp型半導体へ、伝導電子はn型半導体へ移動します。このような原理によって太陽光から電力を作り出しているのが一般的な結晶系シリコン太陽電池の特徴です。
hit太陽電池の構造は結晶系とは少し違う
hit太陽電池の場合にはシリコンを材料として用いている点では結晶系シリコン太陽電池と同じですが、構造に工夫が施されています。n型単結晶シリコン半導体を中心に置いて、両極にそれぞれ二種類の半導体素材を用いているのが構造的な特徴です。n型単結晶シリコンを挟むようにして、片側にはp型アモルファスシリコンとi型アモルファスシリコン、反対側にはi型アモルファスシリコンとn型アモルファスシリコンが張り合わせてあります。アモルファスシリコンを用いている点が特に特徴的な点で、様々なメリットが生み出されています。
hit太陽電池のメリット1.変換効率が高い
hit太陽電池の特徴的な構造が生み出すメリットとしてよく注目されているのが変換効率の高さです。一般的な結晶系シリコン太陽電池では実は太陽光によるエネルギー励起を受けて電荷が発生しても、かなりの部分が電流にならずに消失してしまっています。一方、hit太陽電池の場合には電荷の消失を防ぐための工夫が施されているため、変換効率が高まっているのです。n型単結晶シリコンとアモルファスシリコンの間に不純物を含まないi型アモルファスシリコンを挟むことによって欠陥領域が生じることを防いでいます。この技術開発によって従来の単結晶シリコン型太陽電池では12%〜16%程度だった変換効率が、16%〜19%程度にまで向上しているのがhit太陽電池のメリットです。最新のものでは25%以上もの変換効率も達成されていて、狭い面積しかない太陽電池でもかなりの発電量を稼げるようになっています。変換効率も年々伸びてきているため、さらに効率が向上される可能性もあるでしょう。
hit太陽電池のメリット2.両面発電が可能
hit太陽電池は両面発電が可能な構造を持っているのもメリットです。従来の太陽電池の場合には片面発電しかできない構造になっているため、表面からの太陽光はエネルギーにすることができますが、裏面からの光は使えないので通常は遮断されています。しかし、太陽光は常に一定の方角から照射されているわけではありません。1日の間に光が照射される角度が大きく変化します。
また、季節によっても大きな変化があるため、最適な角度で太陽電池を設置するのが難しいというのが実情です。いかにして表面に太陽光が当たる時間を増やせるようにするかを考えて設置する場所や角度を調整する必要がありますが、それでも時間帯や季節による発電量の大きな増減が起こってしまいます。しかし、hit太陽電池の場合には裏面からの光照射でも発電することができます。これはhit太陽電池は薄型化しやすい特性を持っているからで、裏側からの光も効率的に変換できるようになっています。両面発電ができると、太陽光の照射する角度が変わってしまって表面にはほとんど光が当たらない場合でも、裏面からの光でも発電が可能です。結果としてトータルで発電量を増やせるようになっています。
その特性を生かすためのフレーム開発も行われていて、表からも裏からも効率的に発電できる製品が増えてきました。反射光も利用して発電できるのも魅力で、必ずしも南側に設置するのが最適とは限らず、東西向きに設置した方が良い場合もあります。設置に際してある程度のノウハウが求められるので設置業者を選ぶ必要がありますが、設置の仕方次第では従来の太陽電池に比べて10%〜30%程度の発電量の向上を期待できるのが魅力です。南側の日当たりが良くないから設置できないと思っていたようなケースでも高い発電量を確保できる場合もあるので検討してみると良いでしょう。
hit太陽電池のメリット3.高温時の出力低下がない
hit太陽電池は温度の影響を受けにくい性質を持っているのもメリットです。一般的な結晶系シリコン太陽電池の場合には温度上昇によって発電効率が低下してしまう性質があります。太陽電池モジュールはパネルの温度の上昇の影響を受けやすく、夏場になると変換効率が低下してしまい、太陽光が強いにもかかわらず発電量があまり上がらないという問題があるのです。これは単結晶シリコンが熱による影響を受けやすいのが原因として知られていました。パナソニックの生み出した技術ではこのデメリットが改善されています。hit太陽電池に用いられているアモルファスシリコンは単結晶シリコンに比べると熱安定性が高く、かなり高温になっても変換効率がほとんど落ちません。夏場で直射日光に当たる場所に設置されている場合には太陽電池の表面温度は70℃以上に到達することもあります。その際には結晶系シリコン太陽電池では20%程度も出力が低下してしまいますが、hit太陽電池の場合には13.5％に出力低下を留めることが可能です。平均するとモジュール温度が1℃変化するにつれて0.3%程度しか出力が変化しないというデータがあり、温度変化が著しい場所での使用にも向いています。ただし、低温の環境ではやや単結晶シリコンの発電量が高くなる傾向もあるので、寒冷地では年間を通しての発電効率の高さを比較してから設置を考える必要があるでしょう。
hit太陽電池のメリット4.コンパクト
hit太陽電池は薄型化が可能で変換効率が高い性質を持っているため、コンパクトにできるのもメリットです。太陽光発電パネルを設置するときには十分に面積を確保しないとあまり発電量を増やすことができません。しかし、家庭で設置しようと考えたときには屋根の上やベランダなどを可能な限り使用しても、日照時間が十分にあって大きな発電量を見込める部分が少なく、発電に使える面積の確保が難しくなりがちです。結晶系シリコン太陽電池に比べてhit太陽電池は変換効率が高く、少ない面積でも大きな電力を生み出せます。そのため、設置できる面積が十分にあるときには大きな発電量を確保することができ、あまり面積を確保できない場合にもメリットが十分にある形でパネルを設置することが可能です。
hit太陽電池のデメリット1.導入コストがかかる
hit太陽電池には様々なメリットがありますが、デメリットもないわけではありません。導入コストが高いのはhit太陽電池の最も大きなデメリットです。アモルファスシリコンは単結晶シリコンに比べて製造にコストがかかりやすく、どうしても太陽光モジュールの単価が高くなってしまいます。構造的にもp型シリコンとn型シリコンを張り合わせるだけで済む従来の単結晶シリコン型のものに比べると複雑です。i型アモルファスシリコンの層をp型アモルファスシリコン、n型アモルファスシリコンと中心にあるn型半導体の間に形成させるのには高い技術力が必要であり、製造工程が複雑になって製造コストが上昇してしまっています。しかし、技術開発によって着実にhit太陽電池の単価も下がってきました。同じサイズの太陽電池を使ったと仮定すると1.5倍以上も変換効率を上げられるようになってきているため、できるだけ発電量を増やしたいという場合には適しています。長期的に見ると初期投資として必要になったコストも十分に取り返せると考えられるでしょう。導入時に十分な予算を確保できる場合にはそれほど大きなデメリットにならないとも考えられるのです。
hit太陽電池のデメリットを改善する方法とは？
高コストというhit太陽電池のデメリットを改善するには、目的や計画を明確にしてから導入することが大切です。太陽光発電を導入してどれだけの電力を生み出したいのかをまず考えましょう。可能な限り広く太陽光発電パネルを設置して、余剰分は積極的に売電したいと考えることもできますが、初期コストが大きくなってしまうことは否めません。発電効率が高そうな場所だけを選んで設置することにより効率良く電力を確保できるようにするという考え方もあります。このように考えると設置するパネルの量は最小限に抑えられるので、初期コストもかなり軽減することが可能です。また、一定の電力をほぼ毎日供給できるようにするために必要な量の太陽光発電パネルを設置するという方針も立てられるでしょう。目的を明確にすれば最適な量のhit太陽電池を設置できるため、コストパフォーマンスを最大限にすることが可能です。
計画という面では初期にかかる導入コストを回収出来るかシミュレーションすることが大切です。太陽光発電を導入するときには長期的に見て光熱費でのメリットを生み出しつつ、自家発電で災害時などにも使えるようにするという考えを持っているでしょう。特に売電については導入した年度によって固定価格買取制度で定められている売電価格に違いがあります。導入時点での売電価格と、今までの平均的な電力使用量、設置により想定される発電量から、どの程度の余剰電力が生まれ、それにより年間あたりの利益を算出することが可能となります。発電量については業者に相談すれば設置場所や面積に応じて試算してもらえます。丁寧な対応をしてくれる業者なら明確な形でシミュレーション結果を提示してくれるので、まずは業者に相談してみた方が良いでしょう。その結果から判断して最終的には利益をもたらせるようにコストパフォーマンスの高い設置の仕方を選ぶのが賢明です。
hit太陽電池の導入コストが高いのは必ずしもデメリットになるわけではなく、変換効率の高さとのバランスを考えれば有効活用できます。
まとめ
hit太陽電池は高効率的に太陽光を電力に変換でき、高熱条件でもかなり安定した発電ができる高機能な太陽電池モジュールです。構造に工夫を施すことによって日本の企業であるパナソニックが生み出した最新の技術の恩恵で利用できるようになりました。家庭用太陽光発電でも使用することが可能で、設置場所があまりないけれど発電量を増やしたいというときに向いています。両面発電もできるので設置場所にも工夫のしがいがあり、あまり日が当たらないから太陽光発電には向かないのではないかと思っていたケースでも十分な発電ができることもあるでしょう。太陽光発電でできるだけ多く発電したいと考えたらhit太陽電池を使うのが合理的です。導入コストが高くなるのは確かですが、目的を明確にし、資金回収のための計画も十分に行っておけば大きなメリットを生み出せるでしょう。hit太陽電池を使うメリットがどれだけあるかで悩んだら、設置業者に依頼してシミュレーションをしてもらうのが大切です。
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