近頃は企業だけでなく、個人の住宅にも太陽光発電設備を付けるのも珍しくなくなってきました。それは、太陽光発電の技術が年々進化し、個人でも手が出しやすい商品が増えているからです。そうは言っても、太陽光発電の技術について詳しく知っている人はあまりいないでしょう。
この記事では、2018年現在での太陽光発電技術にはどのようなものがあるのかご紹介していきます。
太陽光発電の最新技術1.太陽光発電のコンビニ
大手コンビニチェーンのセブンイレブンを展開するセブン＆アイグループでは、以前から事業における再生エネルギーの活用に注力していました。2030年までに店舗での再生エネルギーの利用比率を20％に、CO２排出量を2013年度比で約27％削減するなど、具体的な目標数値を掲げており、セブンイレブンの店舗では省エネや再生エネルギーの活用に向けた技術実証やCO２排出が少ない車両の導入などに取り組んできました。
取り組みの一環として、2018年5月には使用する電力の46％を再生可能エネルギーで賄う店舗を、神奈川県相模原市に開店しました。この店舗では太陽光パネルやソーラーカーポート、蓄電池などを導入し、太陽光発電を活用しています。
さらに、2019年秋には自動車メーカーのトヨタとの共同プロジェクトで、太陽光発電システムや燃料電池発電機、蓄電池を備える店舗を開店する予定となっています。この次世代型店舗は太陽光発電システムの他に、燃料電池発電機、蓄電システム、給電機能付き充電器などを設置予定。燃料電池発電機は定置式で、燃料電池車「MIRAI」に採用されているセルを利用しています。給電機能付き充電器は、電気自動車やハイブリット車に充電を行うことができ、さらに非常時には車両から店舗に電力供給を行うことができるようになっています。
また店舗で使用する水素についても、将来的には再生可能エネルギーで製造したものを活用できるよう検討を進めています。
次世代型店舗の開店に先駆け、セブンイレブンでは2019年春頃に、首都圏の配送に使用するトラックとしてトヨタの燃料電池トラックを導入する計画を立てています。
太陽光発電の最新技術2.ブロックチェーンで電力取引
太陽光発電システムを備えた住宅では、自身で消費しきれなかった電力は蓄電池へ貯めるか、電力会社へ売るという対応をしています。
そこで関西電力では、太陽光発電によって生じた余剰電力を、太陽光発電システムを備えた住宅とそうでない一般住宅との間で直接取引できる実証研究を開始しました。これまでの電力供給システムは大規模集約型でしたが、昨今の太陽光発電や再生可能エネルギーなどの普及により、自立分散型へと変化しています。そのため将来的には電力を生産して消費するプロシューマー（生産者を指すProductorと、消費者を指すConsumerを組み合わせた造語）と電力消費者との間で、直接電力の取引が行われる可能性が期待されています。
また仮想通貨を取り扱う金融業界をはじめとする各業界では、取引データを分散化し、顧客同士で管理し合うブロックチェーン技術の普及が予想されています。そこで電力の直接取引においてもこの技術が活用できるのではないかと注目されています。そのため、関西電力はこの技術を活用した取引実績のある豪州のパワーレッジャー社と共同で実証研究に取り組むことにしました。
この研究の具体的な内容としては、関西電力の実験センターでプロシューマー宅から余剰電力を電力消費者宅へ送電し、スマートメーターを通じて得られた電力や料金について、仮想通貨を用いて取引を行うというものです。期間は2019年３月までとし、今後は一般家庭での検証を行っていく考えです。
太陽光発電の最新技術3.壁面太陽光発電
株式会社カネカの最新技術である壁面型太陽光発電システムが、大成建設の工事現場にある作業所の仮囲いの壁面に設置されました。設置期間は工事終了までで、工事現場での省エネと再生可能エネルギーの活用を目的に導入しました。
この壁面型太陽光発電システムは、ネット・ゼロ・エネルギービル（ZEB）向けに開発されたもので、高い意匠性と開口部から採光が確保できるという点が最大の特徴です。今回の工事現場に設置されたのは、合計出力170Wのシースルー太陽電池と、同190Wの低反射カラー太陽電池で、蓄電池と組み合わせて独立電源システムとなるものです。
シースルー太陽電池は、半透明でガラス窓のようになっています。そのため、発電しながらも作業現場の採光性と視認性を確保でき、安全に作業を行うことができます。１枚あたりの開口率は10％で、出力は85Wです。
低反射カラー太陽電池は、太陽光の反射を抑えるという特徴を持つため、都市部での光反射問題に対応することができます。カラーバリエーションを取り揃えているので、建築物に合わせたカラーを選べばデザイン性を高めることができ、1枚あたりの出力は17～21Wです。今回の大成建設の現場では、コーポレートカラーをイメージした５色の太陽電池を設置しています。
太陽光発電の最新技術4.超薄型有機太陽電池
理化学研究所と東レの共同研究グループによって、耐熱性と高いエネルギー変換効率を持つ超薄型有機太陽電池が開発されました。これは衣服に張り付けられる電源の実現などに貢献ができる成果です。
開発された有機太陽電池は、厚みが３マイクロメートルで、まさに超薄型です。しかし、最大エネルギー変換効率は10％を保持しており、さらに100℃の加熱でも劣化がとても少なく済みます。
こうした特性を持っているため、布地への貼り付けも成功しました。アパレル製作時に布地の接着などで用いられる「ホットメルト手法」によって貼り付けました。布地貼り付け後も、太陽電池の特性の変化や劣化はほとんどありません。
また、この有機太陽電池を５センチメートル角の超薄型基板に110個形成した大面積モジュールに、１平方センチメートル当たり出力100ミリワットの擬似太陽光を照射するという実験を行ったところ、最大電力36ミリワットを達成しました。
このような成果を受けて研究グループは、衣服貼り付け型の太陽電池を実現できるだけでなく、加熱にも強い耐性を持っている点から、車内などの高温多湿環境下でも安定して駆動する、軽量な電源の実現に貢献ができるとしています。
太陽光発電の最新技術5.ペロブスカイト太陽電池の寿命が向上
東京大学の研究グループは2018年４月、次世代の太陽電池として期待されているペロブスカイト太陽電池向けの新しい正孔輸送材料を開発しました。これにより、ペロブスカイト太陽電池の課題であった、寿命や安定性を大きく向上させ、さらには製造工程を改良させることができるとのことです。
ペロブスカイト太陽電池は現在主流のシリコン系の太陽電池と比べると、高い変換効率と低い製造コストが期待されるため注目されています。電流を取り出す過程で必要となるもののひとつが正孔輸送材料です。正孔輸送材料として用いる材料の選択が、太陽電池の寿命に大きな影響を与えることがわかっているため、世界中で活発に開発が行われています。
これまで正孔輸送材料として広く利用されていた、水溶性導電性高分子材料の「PEDOT：PSS」は高い性能を持っていました。しかしその高い性能は、強酸性という性質によるものでした。強酸性という性質は吸水性も伴っており、活性層や電極などの素子を損なってしまい、結果的に太陽電池の寿命低下を引き起こしてしまうという課題も持っていました。
新しく開発された正孔輸送材料は酸性ではなく、中性の「BSPSO（ジソジュ－ムベンゾジピロールスルフォネート）」というものです。正孔移動度が高く、有機溶媒に溶けやすいのが特徴です。また「PEDOT：PSS」は空気中保存下で急激に性能が下がったのに対し、BSPSOの場合は空気中でも安定しており、35℃の連続光照射下でも初期性能の90％を長時間維持することができました。
そして市販の安価な有機物から最短２段階で合成でき、安易に精製できるという作りやすさも特徴なので、これからの太陽電池の低コスト化への貢献が期待されます。
太陽光発電の最新技術6.単結晶シリコンの変換効率25.09％
2018年３月、シャープは６インチサイズの単結晶シリコン太陽電池セルで、変換効率25.09％を達成したと発表しました。この数字は世界最高値だとのことです。
開発された太陽電池セルは、同社のブラックソーラーという製品の構造と、単結晶シリコンに用いられるヘテロ接合という技術を融合した「ヘテロ接合バックコンタクト構造」を持っています。
バックコンタクト構造は太陽電池の裏側に電極を配置することで、受光面積を広げ、発電量を高めるというメリットがあります。ヘテロ接合技術とは、物性の異なる半導体材料を接合する技術を指し、これによって様々な素材を接合し変換効率を高めることができるのです。
これらの最新技術を組み合わせ、世界最高の変換効率25.09％を達成することができました。
太陽光発電の最新技術7.狭小住宅でもOKなモジュール
太陽光発電協会（JEPA）主催の「PVJapan2018」で、三菱電機は同社のスマートハウスソリューション「ENEDIA（エネディア）」をはじめとする、最新の住宅用、業務用太陽電池モジュールを紹介しました。
ENEDIAは様々な家電や設備機器、電気自動車の電力をコントロールするHEMSです。電力を作るために、太陽電池モジュールの性能に加え、発電した電流を家庭で使える電流に変換するパワーコンディショナーの性能を高め、より多くの電気を生み出せるようになっています。その他バッテリーに蓄電したり、効果的に電力を使用するといったことも可能です。
既築住宅向けとしては、これまでの製品よりも３W高めた新機種を展示。これは狭小住宅などの狭い屋根や電気自動車へ設置する場合でも、出力をアップすることで発電量を高めることができます。300Wタイプの製品もあり、施設や工場などの太陽光発電による自家消費ニーズに応えることができます。
太陽光発電の最新技術8.AIが太陽光発電を運用
近年パナソニックでは、様々な家電や住宅設備機器をインターネット回線を通じて繋げる、IoTのニーズが高まっていることに対応し、AI機能を搭載したHEMSの開発を進めています。
中でも太陽光発電と連動した「AIソーラーチャージ」という機能では、天気予報を取得して余剰電力を計算、さらに住宅での最適な電気の使い方をAIが判断します。例えば、明日が天気ならば余剰電力でエコキュートの沸き上げが可能と判断し、深夜電力と昼間の余剰電力を活用して自動運転を行います。このように、価格の安い深夜電力と、太陽光発電の併用でエコキュートを賢く利用して、家庭での買電力の削減に貢献してくれます。万が一天気予報が外れて予想よりも余剰電力が減ってしまった場合でも、蓄電池が自動でサポートするので安心です。
他にも、気象警報とも連動して荒天時には電動窓シャッターを閉めるといった機能も搭載しています。
太陽光発電の最新技術9.変換効率が良くなるPERC
PERCとは「Passivated Emitter and Rear Cell」の略称で、太陽電池のセルの裏面にパッシベーション層（不活性化層）を形成し、発電ロスを抑制する技術のことです。単結晶シリコン太陽電池モジュールは、キャリア（電子と正孔）が再結合して消滅するまでのライフタイムが長く、そのことが変換効率向上の主な要因だと言われています。結晶構造の違いから、多結晶シリコン太陽電池モジュールよりも単結晶のものと組み合わせた方が、変換効率が高くなり、発電効率の向上がより大きくなることがわかっています。
まとめ
以前は企業や工場など、広い土地がないと太陽光発電を行うのは難しいと言われてきました。しかし太陽光発電の技術は日々進化を続け、一般家庭の屋根でも十分な発電が行えるまでになりました。
環境やコストの面からも、スマートハウスの需要は高まっています。自分で使う電力は自分で発電して、余ったなら売電して他の生活費にまわすというサイクルにしている人も珍しくありません。オール電化の住宅も増え、ガスに頼らない電気だけの暮らしをしている人も多く見受けられます。オール電化の住宅は、停電すると暮らしていけないという心配もありますが、太陽光発電を取り入れていればその心配も軽減します。災害や停電によって、電線から電力が供給されない場合でも、太陽光によって発電した電力が家庭内で使用できるためです。
現在はまだ実用化ができていないような最新技術も多くあります。今回ご紹介した技術も、近い将来実用化され、人々の暮らしをより豊かで環境に優しいものに変えてくれるかもしれません。
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