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光エネルギ・太陽電池 原理 と 現状. 平成 19 年度 エネルギー変換工学 第４回. 2007S04 亀山 尊寛 2007S12 辻 和弥 監修 木下 祥次. 光. 電磁波. 電波（長波、短波、ＦＭ波など） 光（赤外線、可視光線、紫外線） X 線・ γ 線. ＊可視光の波長は３８０～８００ nm. 光エネルギー. h : プランク定数 E : エネルギー ν : 振動数 c : 光の速さ λ : 波長. 太陽. ・放射線は殆どが大気で遮断。 ・有害な紫外線も成層圏のオゾン層で 90% 以上がカット。
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光エネルギ・太陽電池原理 と 現状 平成19年度 エネルギー変換工学 第４回 2007S04 亀山 尊寛 2007S12辻 和弥 監修 木下 祥次
光 電磁波 電波（長波、短波、ＦＭ波など） 光（赤外線、可視光線、紫外線） X線・γ線 ＊可視光の波長は３８０～８００nm
光エネルギー h : プランク定数 E : エネルギー ν : 振動数 c : 光の速さ λ : 波長
太陽 ・放射線は殆どが大気で遮断。 ・有害な紫外線も成層圏のオゾン層で90%以上がカット。 ・可視光線、赤外光も、大気圏中での反射・散乱・吸収などによって平均４割強が減衰。
光エネルギー 地球上でのすべての出来事は光エネルギーが 熱に変わる過程におこってる。
光エネルギーから電気へ 太陽熱発電・・・・・光→電気 火力発電・・・・・・・光→光合成→化石燃料→熱→電気 水力発電・・・・・・・光→位置エネルギー→電気 波力発電・・・・・・・光→運動エネルギー（風、波）→電気 海洋温度差発電・光→熱（地表と深海の温度差）→電気 太陽光発電・・・・・光→電気
問１ 太陽光が太陽から放たれて地上に到達するまでの時間を求めよ。 1天文単位（太陽から地球までの平均的距離）： 1.49597870691×10＾11 m
問２ 世界の年間消費エネルギーは地球に達する太陽エネルギーを すべてエネルギーとして使えた場合、どれくらいの時間で賄えるか。 世界の年間消費エネルギー(2003年)：4.44318×10＾17[J] 1[kcal]=4.184[J]
問３ 電波 光 マイクロ波 ・ ・ ・ ・ ・ ・ 光触媒 電子レンジ アンテナ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 化学エネルギー 熱エネルギー 電気エネルギー
問 問１：約５００秒 問２：約４４分 問３ ・ ・ ・ 電波 光 マイクロ波 ・ ・ ・ 光触媒 電子レンジ アンテナ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 化学エネルギー 熱エネルギー 電気エネルギー
宇宙太陽発電 太陽 太陽光 レーザ 人工衛星ソーラーパネル 地球 原子力発電１基分の電力に相当
参考文献 ＮＥＤＯ海外レポート ＮＯ.995, 2007.2.21【太陽エネルギー特集】世界の太陽エネルギー利用への取組状況http://www.nedo.go.jp/kankobutsu/report/995/995-01.pdf 資源エネルギー庁 http://www.enecho.meti.go.jp/index.htm エネルギー問題 http://digarc.pd.saga-u.ac.jp/sin-kyozai/kankyou/energy.html#0200 サイバーキャンパス「鷹山」 http://syllabus-pub.yz.yamagata-u.ac.jp/amenity/Splash.asp Wikipediahttp://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%9A%E3%83%BC%E3%82%B8 太陽光発電協会 http://www.jpea.gr.jp/index.html 環境問題を考える http://env01.cool.ne.jp/
太陽電池とは バルク太陽電池 PN接合型 薄膜太陽電池 色素増感型 光起電力効果を利用して 光エネルギーを直接電力に変換する 電力デバイス 膜厚による分類 動作原理による分類
バルク太陽電池 薄膜太陽電池 厚さ:10μm以上 バルク状結晶をスライス加工した厚い板状の半導体を使用 ◎変換効率:30～40％ ×基板やプロセスコストが高い ⇒宇宙用途・集光動作が中心 厚さ:10μm未満 基板に原料を堆積させて作る ◎薄い・量産可能・安価 ×変換効率が悪い ⇒太陽電池としてはこちらの方が実用的
◎現在の主流 ◎原材料が多種 ◎変換効率が高い ◎半導体のオフグレード品 から作製可 PN接合型 ×シリコン不足 ×材料が高い ◎製造が簡単 ◎材料が安価 ◎着色・軽量可 ◎Si系に比べコストが 1割～数割程度（将来） ×変換効率が低い ×寿命が短い 色素増感型
動作原理： PN接合型
動作原理: 色素増感型
太陽電池の等価回路 抵抗を無視した太陽電池の暗電流 抵抗成分を含めた太陽電池の 光照射時の電流-電圧特性 Io:逆方向飽和電流 ｑ:電気素量 V:電圧Ｒs：直列抵抗 n:理想ダイオード因子 Rsh:並列抵抗 k:ボルツマン定数 T:温度
太陽電池の電圧-電流特性 曲線因子 変換効率 Imax：最大出力点における電流 Vmax：最大出力点における電圧 Voc：開放電圧 Isc：短絡電流 Pmax:最大出力点
なぜ太陽電池が新エネルギー源として注目されるかなぜ太陽電池が新エネルギー源として注目されるか
太陽から供給されるエネルギー量1.2×105[TW/sec]太陽から供給されるエネルギー量1.2×105[TW/sec] 出典：パリティ 10月号
製造時に発生するCO2排出原単位 190 年産100MW生産の場合・・・ ①結晶Si： 12 ②アモルファスSi： 6 ③CdTe： 8 石油による火力発電： ※単位はg-C/kwh ※2004年のデータ
太陽電池のメリット 光エネルギーが資源として無尽蔵 エネルギーの自給率を向上させる 建築物の屋根や壁面を利用して、専用の土地を用意せずに設置できる。 需要地に近接して設置できるため、送電コストが低くできる。 非常用電源として利用できる。 可搬式または移動体用の電源としても利用できる。
太陽電池のデメリット • エネルギーの変換効率が悪い =発電コストが高い • 設置には大面積が必要となる • 発電量が天候に左右される • 夜間は発電できない
最大の研究課題 安価な物質から高い変換効率を達成すること 安価(簡単)な製造プロセスであること 太陽電池による電気エネルギーを 大幅に安くする
安価な物質から太陽電池を作る たくさんある材料を使って作ろう 色素増感型太陽電池 有機薄膜型太陽電池 ・・・etc 現在の主流：シリコン（Si） 半導体産業の盛り上がりで高騰＆品薄
高い変換効率を得る 多接合型太陽電池 特徴 ◎太陽光のエネルギーをより 無駄なく利用する ◎材料の組み合わせによって 温度特性や必要な資源量を削 減するなどの効果も得られる
太陽光発電開発ロードマップbyNEDO 2005年 全発電電力のうち 太陽光発電の占める割合：0.0036％ 年間生産 2020年 1000万KW 2030年 1億KW 2050年 10億KW
ここ最近日本の太陽電池産業は不振？？太陽電池の世界シェアここ最近日本の太陽電池産業は不振？？太陽電池の世界シェア 出典:10月18日付 日刊工業新聞
『曲げられる太陽電池増産』(アモルファスシリコン太陽電池) 富士電機システムズ『曲げられる太陽電池増産』(アモルファスシリコン太陽電池) 富士電機システムズ ３７０億円投じ熊本に新工場 長所 折り曲げ可能 →設置場所の拡大 厚さ１mm １m2あたり1kg 短所 発電効率が低い 2007年10月4日 日経新聞
市民ファンド in 長野県飯田市 しかし 設備費・維持費 敷地・管理・・・etc ボランティア精神だけでは 限界が・・・ 『環境保護に貢献したい!』 『南信州おひさまファンド』!! NPO法人 おひさま進歩エネルギー
太陽光発電事業 出資対象の営業 おひさま進歩エネルギー【営業者】 一口10万円 A号 出資者 初期投資 維持運営費 太陽光発電事業 元本＋損益分配 一口50万円 ESCO事業 B号 出資者 事業収入 元本＋損益分配
太陽光レーザーが拓くマグネシウム社会 リサイクル施設へ 酸化マグネシウム 酸化マグネシウム 酸化マグネシウム 回収 マグネシウムエンジン や燃料電池による 発電 太陽光励起レーザーの 2万℃の超高温で 酸化マグネシウムを マグネシウムに転換 レーザー光線 消費地へ マグネシウム 消費地へ マグネシウムリサイクル施設 マグネシウム 淡水化・ マグネシウムの精錬プラント 淡水 砂漠で農作物を生産 海水からの マグネシウム 海水中の総マグネシウム資源量：1800兆トン（石油：５万年分）
まとめ ◎世界的に太陽電池に対する期待が高まっている ◎太陽電池の流通を促進させるためには 製造コストの低価格化が必要不可欠 ◎太陽電池設置には面積を要するため 町や都市全体の協力体制が必要 ◎クリーンエネルギーに対して 太陽電池以外にもさまざまな方向から アプローチがかかっている
参考文献 • パリティ １０月号 • 日経サイエンス １０月号 • 日刊工業新聞 １０月１８日付 • 電気新聞１０月１７日付 • 日経新聞 １０月４日、22日 • Wikipedia http://ja.wikipedia.org/wiki • おひさま進歩エネルギー http://www.ohisama-fund.jp/index.html
