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太陽光発電の仕組み



近年、化石燃料の枯渇や原子力の環境問題などにより、太陽光発電システムが注目されています。太陽光発電は太陽の光だけを利用して発電するため、石油や石炭といった化石燃料は必要とせず、温暖化の原因となる二酸化炭素(CO2)も出しません。さらに、原子力発電のように放射能の問題などもない大変クリーンなエネルギーです。最近では、自宅の屋根にソーラーパネルを取り付け、自家発電する世帯も増えています。ここでは、「太陽光発電の仕組み」について紹介します。

光のエネルギーを吸収して、電気へ変える太陽光発電

光のエネルギーを吸収して、電気へ変える太陽光発電

太陽光発電は、太陽の光から電力を作りだしますが、そもそも、なぜこのようなことが可能なのでしょうか。それは、太陽光自体にエネルギーを持っているためです。例えば、太陽の光が当たった場所は、温度が上がります。これは、当たった場所に太陽光が吸収され、熱エネルギーに変わったからです。太陽電池の場合は、この太陽光のエネルギーが熱エネルギーではなく、電気エネルギーへと変換します。

太陽光発電に不可欠な半導体

太陽光発電の原理としては、光電効果と呼ばれる金属などの物質に光(光子)を当てると電子が飛び出す現象が応用されています。しかし、単に金属に光を当てただけでは、電子が散乱してしまい、電流として取り出すことができません。そこで、物質の内部で光電効果を引き出すために、シリコンなどの半導体を使います。具体的には、2種類の半導体が重なった構造になっており、この半導体に光が当たると発電します。

N型半導体とP型半導体

太陽光発電に利用される2つの半導体は、「N型半導体」と「P型半導体」と呼ばれ、このN型半導体とP型半導体には、電池と同じくプラスとマイナスの電位差が生じています。光があたっていない状態にこの半導体に導線をつないでも電力は流れません。しかし、この半導体に太陽光が当たった場合、P型半導体のマイナス電子が、N型半導体のプラスのホールに移動します。このとき、N型半導体の自由電子が不安定な状態になり、この電子が導線を通ってP型半導体に向かって移動するため、電流が流れます。

なぜ半導体にはシリコンを使うのか?

太陽光発電にはシリコンが使われるのが一般的です。なぜ太陽光発電の半導体には、シリコンを使うのでしょうか。その理由のひとつとしては、発電の効率が挙げられます。太陽光の中で最も強度が高い波長は、500ナノメートルとなっており、この500ナノメートルで光電効果を起こす物質がシリコンなのです。この結果、太陽光発電には発電効率を最大化できるシリコンが使用されています。