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太陽光発電の変換効率40%達成?効率向上までの変遷とこれから

太陽光発電システムの発電効率は、今後も向上していくのでしょうか?NEDOが掲げる太陽光発電ロードマップを参考にしながら、発電効率向上のための太陽光メーカーの取り組みや、化合物系太陽電池、高効率変換素子などの新技術について紹介していきます。

現在の太陽光発電の発電効率は?

太陽光発電パネルの発電効率は?

将来の太陽光発電システムの発電効率を見る前に、今現在の太陽光発電システムの発電効率について見ていきましょう。

発電効率の肝となる太陽電池モジュールには、素材によってさまざまな種類に分けられています。そして、太陽電池モジュールの素材によって、発電効率が異なります。

結晶シリコン太陽電池

シリコン系太陽電池は、日本国内において最も普及している太陽電池モジュールになります。製造方法により「単結晶」と「多結晶」タイプに分かれます。また、あまり普及はしていませんが「薄膜」タイプも存在しています。

以下は、国内の主要な産業用太陽電池モジュールの発電効率です。

単結晶パネルの発電効率(変換効率)

  • サンパワー(SPR-E20-327-COM):1%
  • パナソニック(293A):0%
  • 長州産業(CS-284C31):4%
  • サンテック(STP270S-20/Wem):6%
  • シャープ(NU-278GB):4%

多結晶パネルの発電効率(変換効率)

  • ジンコソーラー(JKM270PP-60):5%
  • ハンファQセルズ(PLUS-G3 275):16.5%
  • 京セラ(KK270P-3CD3CG):4%
  • レネソーラ(JC260M-24/Bb):0%
  • ハンファソーラーワン(HSL72P6-PB-1):8%

CIS(化合物系)太陽電池

CIS太陽電池は、3種類の元素(銅・インジウム・セレン)を組みあわせて作った「化合物半導体」を利用して発電する太陽電池モジュールです。シリコン系太陽電池よりも低コストなのが特徴で、最近では発電効率も向上してきています。

CIS太陽電池の発電効率ですが、ソーラーフロンティアが2017年末にCIS系薄膜太陽電池セルにおいて「発電効率(変換効率)22.9%」を達成しました。これは世界最高の水準です。

なお、ソーラーフロンティアも、産業用のCIS太陽電池モジュールを販売しています。

NEDOが掲げる太陽光発電ロードマップ

現状の太陽光発電太陽光発電システムの発電効率(変換効率)について、NEDO(国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構)が定めるロードマップ(行程表)についても見ていきましょう。

ちなみに、NEDOとはエネルギーや環境技術の開発を推進する国立研究開発法人で、太陽光発電や風力発電、バイオマス技術、省エネルギー技術などの開発・普及を支援している組織です。

2013年に発表したロードマップ「PV2030+」において、NEDOは太陽光発電システムの発電効率(変換効率)の将来にわたる目標を、以下のように定めています。

2017年のモジュール発電効率目標

  • 結晶シリコン:20%
  • 薄膜シリコン:14%
  • CIS:18%
  • 超高効率(化合物多接合集光型等):35%
  • 色素増感:10%
  • 有機系:10%

2025年のモジュール発電効率目標

  • 結晶シリコン:25%
  • 薄膜シリコン:18%
  • CIS:25%
  • 超高効率(化合物多接合集光型等):40%
  • 色素増感:15%
  • 有機系:15%

上記の太陽電池モジュール発電効率目標を見てみると、2017年から2025年の8年間で、現在の主流となっている「結晶シリコン」の発電効率は5%アップ、「CIS太陽電池」は7%アップということになります。

また、安価で大量生産が可能な「薄膜シリコン」の発電効率も、2018年現在では10%程度しかありませんが、2025年には18%にまで高くなる目標になっています。将来的には、産業用太陽光発電システムに使用するモジュールの選択肢に加わることが期待できます。

2030年までに発電効率(変換効率)40%を目指すシャープ

発電効率40%を目指す

NEDOが目指す目標を実現するために、各メーカーも力を注いでいます。その代表的な事例が、シャープが開発している発電効率(変換効率)の高い太陽光発電モジュールです。

そもそも、結晶シリコン太陽電池はバンドギャップ(電子が存在できない領域全般)の関係で、エネルギー発電効率(変換効率)の上限が29%と言われています。

シャープが開発している「多接合型化合物太陽電池」は、バンドギャップが異なる複数の材料を重ね合わせた太陽電池モジュールで、30%以上という高い発電効率(変換効率)を誇っています。しかし、現在は開発コストが結晶シリコン太陽電池の100倍以上もかかっているため、人工衛星用でしか利用されていません。

また、シャープは現在、2030年までを目標に、化合物4接合型太陽電池と呼ばれる太陽電池モジュールの開発に取り組んでいます。化合物4接合型太陽電池が実用化されれば、発電効率(変換効率)40%も夢ではありません。

太陽光発電の発電効率(変換効率)を高める新技術の数々

太陽光発電の発電効率(変換効率)をアップさせる新技術は、「多接合型化合物太陽電池」だけではありません。ここでは、今後の実用化が期待される新技術について解説していきます。

レンズで1000倍の強さにする「集光型太陽光発電システム」

シャープが開発を進めている「集光型太陽光発電システム」は、太陽光をレンズで集め、1000倍の強さにすることで、1000分の1の大きさの太陽電池でも通常の大きさと変わらない電力を発電することができるようになる新技術です。太陽電池が小さいもので済むようになれば、太陽光発電のコスト削減や、発電量のアップなど様々なメリットが期待できます。

シャープは「集光型太陽光発電システム」の将来的な目標として、2025年に発電効率(変換効率)50%という数字を目指しており、今後ますます期待が寄せられる技術です。

塗るだけで発電?!「ペロブスカイト太陽電池」

「ペロブスカイト太陽電池」は、2009年に日本人の大学教授によって発見されました。板などに「塗る」だけで太陽光発電が可能になる「ペロブスカイト太陽電池」は、とても画期的な新技術なため、将来的にさまざまな応用が期待されています。

たとえば、家の壁や車の塗装に「ペロブスカイト太陽電池」を塗ることで、どこでも簡単に発電することが可能になるかもしれません。そのため、現在の太陽光発電システムよりも大幅なコストダウンも期待されています。

ただし、この「ペロブスカイト太陽電池」は、現在もまだ研究段階のため、実用化されるのは相当先になる見込みです。

まとめ

現在は15~20%程度しかない太陽光発電システムの発電効率ですが、将来的にはさらなる向上が期待されています。その根拠として、NEDO(国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構)が定めるロードマップ「PV2030+」の存在があります。NEDOは、ロードマップ「PV2030+」の中で、2025年までに超高効率の太陽光発電において発電効率(変換効率)40%を目指すことを明確に記載しています。

超高効率の太陽光発電とは、「多接合型化合物太陽電池」や「集光型太陽光発電システム」のことで、共に国内ではシャープが現在も開発中です。「多接合型化合物太陽電池」とは、ハンドギャップ(電子が存在できない領域全般)と呼ばれる発電効率の上昇を妨げる要素を、複数の素材を重ねることでクリアした太陽電池です。また、「集光型太陽光発電システム」は、レンズを利用して太陽光を集め、1000倍の強さにする新技術です。

中でもシャープは、「多接合型化合物太陽電池」の一種である「化合物4接合型太陽電池」の開発に力を入れており、2030年までに発電効率(変換効率)40%を目標としています。また、「集光型太陽光発電システム」に関しても、2025年に発電効率(変換効率)50%を目指して研究が進められています。

この他にも、塗るだけで発電が可能となる「ペロブスカイト太陽電池」など、太陽光発電システムの分野は、今後ますます発展が期待できます。

※記載内容は掲載当時のものであり、変更されている場合がございます。

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