太陽電池に関する疑問

質問

• 単結合から二重結合になると電子が流れ、また三重結合の時も流れるということを知りましたが、なぜ三重結合は不安定なのでしょうか？
• 宇宙での太陽光の波長がフラットの場合の太陽光発電（単色のみに対応しているパネルを用いて）をする時の最適の波長はどこになるのか？
• グレッツェルさんは色素型にはTiO2が最適と見つけましたが、なぜ他の物質ではないのか？

回答No.4

inara1

＞単純な集光型はパネル面積が減り、コストを抑えられると聞きました
集光型では、集光しない場合よりもパネル面積は減りますから、集光型のほうがパネルのコストを抑えられるの確かです。ただし、集光と追尾のためのコストが上乗せされます。集光型に力を入れているのは、化合物半導体を使ったマルチバンドギャップ型（タンデム構造）のパネルが多いのですが、この種のパネルは非常に高価なので、集光してパネル面積を小さくしないとSi太陽電池に太刀打ちできません。普通のSi太陽電池でも集光式にすればパネル面積は減りますから、同じような集光系と追尾システムを使うなら、やはりSiを使ったパネルのほうが、発電量あたりのコストは安くなると思います（同じ受光面積での発電量はSiのほうが劣ります）。集光型でも1000倍とか極端に大きい集光率は、現実にはパネルの発熱の問題があって難しいと思います（入射光エネルギーの半分以上は熱になるので、1000倍も集光したら、虫メガネで紙を焼くような状態になります）。そのため、現実的には100倍程度の集光率が上限だと思います。100倍程度の集光率の集光・追尾系を持つマルチバンドギャップ型太陽電池と、集光・追尾系のないSi太陽電池とを比較して、どちらが発電量あたりのコストが安くなるかですね。

＞分光がとてもコストがかかるということなのでしょうか？
損失が少なく反射率の切れがいいダイクロイックミラーは高価ですが非常に高価ということはないと思います。大面積も必要ないですし。集光レンズは大面積が必要ですが、樹脂製のフレネルレンズにすればそれほど高価ではないでしょう。一番高価なのは、太陽を追尾するシステムでしょう。太陽の動きは毎年同じですからプログラムすれば済みますが、１ｍ角くらいの箱を毎日、東から西に動かす装置は、強風・積雪対策も含めると、頑丈にしなけれならないのでかなり高価になると思います。こういうシステムは家庭用はちょっと無理だと思います。

＞太陽光の波長を考える時は、最小0から最大2500ｎmですか？
AM1.5 という標準スペクトル（1m^2で1kW）を使うのが普通だと思います。このスペクトルはWebで公開されています（http://pvcdrom.pveducation.org/APPEND/AM0AM1_5.xls　のC列のデータ）。数値データなので、効率計算は数値積分が必要ですが、これを使って計算するのが最も現実的です。

有機の太陽電池は有望だと思います。変換効率は良くないですが、安価であれば面積で発電量を稼ぐことができます。シート状にできれば搬送も保管も楽ですし、どこにでも設置できます。今のSi太陽電池パネルや集光型システムのような頑丈な筐体は必要ないでしょうからかなり低コストになると思います。

お礼

なるほど、とても勉強になりました。
有り難うございます。

気になったことがあるので質問します。
タンデムと分光について。
タンデムは層ごとで大半の波長に対応してますが、入射スペクトルは広いままですよね？
ということは、タンデムと分光に同じ光量を照射した場合、ηmaxの式からすると、おおよそ、タンデムは1/2で分光は1になりますよね。
だとすると、発電量も分光の方が2倍ということで、あってますか？

それと、標準スペクトルのλminとλmaxは何になっていると考えればいいのでしょうか？

inara1さん何度も回答、本当に有り難うございます。