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| ドイツは太陽電池こそ自然再生エネギーの主力として、２０００年（２００４年改正）に自然エネルギー法(EEG)を制定して、太陽光で発電した電気を割高で電力会社に買い取らせることにした。 ２０４０年には世界の電力の２５％を太陽電池が、太陽電池を含む再生可能エネルギー全体で８２％の需要を賄うと予測している。 その制度のため、２００３年には世界一の日本の半分だった太陽電池の設置量は２００６年には日本の２倍になり、世界を牽引する。 そこで太陽電池について調べてみました。 |
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■太陽電池の歴史 |  |
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| 光から電気が得られる現象は１９世紀から知られていましたが、１９０２年アインシュタインが理論的な説明をしました。（「光電効果」といいノーベル賞をもらっている） １９５４年ベル研究所は宇宙開発に使うため、シリコンの半導体を使って世界初の太陽電池を実現しました。 当時、無限の太陽と砂漠の砂（地球の半分を占める元素Ｓｉ）で無限にエネルギーが得られると大評判になりました。 当時は単結晶シリコンという材質で変換効率(入射光に対する最大出力電力)は６％でした。その２年後にはガリウムひ素の太陽電池ができ、１９５８年宇宙衛星に初めて使われました。 日本ではオイルショックを契機に、サンシャイン計画がスタートして、１９７４年から開発が始まり、翌年に、アモルファスシリコンという新しい素材が開発されて大きな前進を見ました。 製造時に必要な熱エネルギーを見ると、単結晶や多結晶素材では１０００～１５００℃ぐらい必要だったものが、アモルファスシリコン太陽電池は３００℃の熱エネルギーで、しかも簡単な工程で作れるようになったのです。 補助制度の後押しもあり、太陽電池は日本を中心に普及してきました。 ２００６年には太陽電池の９６％はバルク型多結晶シリコン太陽電池、残りの約４％は薄膜シリコン太陽電池（アモルファスシリコン）でした。 |
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■太陽電池の仕組み | |
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太陽電池は、半導体の性質を利用して、光エネルギーを直接的に電力に変換します。 私たちの身の回りの物質には、無数の電子が含まれています。電子は光を受けると、それを吸収したり、反射したりします。 太陽電池の電子が光のエネルギーを吸収します。太陽電池は、この「エネルギーを吸収した電子」を半導体の性質を利用して選別して、外部の電気回路へと押し出します。 取り出された電子は、外部の電気回路の中でエネルギーを発散させてから、太陽電池に戻ってきます。 こうして、光があれば永久に発電が起こります。 太陽電池の種類は、単結晶・多結晶などの結晶系シリコンと、ガリウムヒ素など特別な化合物半導体の基板を使った超高性能で超高価な化合物系のバルク型。 アモルファスシリコンや多結晶シリコンをガラスなどの基盤に非常に薄い膜状に形成した薄膜シリコン系と、化合物半導体の一種で銅とインジウムとセレン、ガリウム等を原料としたＣＩＳ系、ＣＩＧＳ系と、酸化チタンについた色素が、光を吸収して電子を放出することで発電する有機物系などの薄膜型があります。
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■単結晶、多結晶、アモルファスシリコン太陽電池 | |
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| 単結晶シリコン太陽電池 最初に開発された太陽電池は単結晶シリコンのインゴットを厚さ０．３ミリ程にスライスしたウエハを使ったものでした。 現在でも実用化された太陽電池の中では最も変換効率が優れていますが、高価なため多結晶シリコンに代わられています。 多結晶シリコン太陽電池 単結晶シリコンは１５００℃のシリコン溶融炉の中にシリコンの種を入れ、少しづつ引き上げてインゴットを作りますが、多結晶シリコンはインゴットを作るとき、手間暇かけず、型に流し込んで冷まして終わりという簡単な方法で作ります。 単結晶に比べコストは安く、変換効率もまあまあということで現在最も使われています。 上記のシリコン太陽電池の変換効率は０℃で１５％でも、真夏の屋根の上のモジュール内では８０℃にもなり１０％に落ちてしまうという特徴があります。 アモルファスシリコン太陽電池 単結晶、多結晶に比べ無結晶とでも言うべきもので、インゴットをスライスするのではなく、ＳｉＨ4ガスを材料にしてプラズマで基盤に厚さ０．０３ミリほどの不規則な無結晶のシリコン膜を作ります。３００℃程の環境で作ることができます。 単結晶、多結晶に比べ変換効率は落ちますが、シリコンを１／１００しか使わない事と、単結晶、多結晶に比べ低コストで作れる他、高温でも変換効率が落ちないので、近年増えてきています。 近年のアモルファスシリコン太陽電池はアモリファスシリコンセルに微結晶シリコンセルを組み合わせた、タンデム型やトリプル型が主流になっている。 |
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■ハイブリット型（ＨＩＴ型）太陽電池 | |
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| ハイブリット型（ＨＩＴ型）太陽電池 単結晶シリコンとアモルファスシリコンを積層した太陽電池である。 変換効率の高い単結晶シリコンと夏場の高温時に強くて変換効率が落ちないアモルファスシリコンを組み合わせることで、２００８年２月現在、量産レベルで世界一のセル変換効率 １９．７％を実現したのは三洋電機のＨＩＴ太陽電池である。 ２００８年現在、単結晶シリコンの厚さも０．０７ミリにまで薄くすることに成功した。 変換効率を２２％に高める研究も進んでいる。 多結晶を使ってコストダウンしても、高変換効率を維持した機種も市場に投入した。 ２０１０年には６００ＭＷの年間生産量を目指す。 |
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■トリプル型薄膜太陽電池 | |
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 シャープホームページから 従来の薄膜太陽電池はタンデム型薄膜太陽電池と呼び、シャープが商品化しているが、微結晶シリコンセルとアモりファスシリコンセルの２層であった。 開発されたのはトリプル型薄膜太陽電池と呼び、アモルファスシリコン(２層)と微結晶シリコン(１層)の３層構造にすることで、セル変換効率を従来の１１％から１３％、モジュール変換効率を８．６％から１０％に高めた。 将来的に１４％に上がることも可能とみている。 アモルファスシリコンセルを２層に直列にすると、同じ電力を得るのに電圧で稼ぐ割合が増す。電流が低下すると、セルの内部抵抗による熱損失が減るとともに、薄膜太陽電池の欠点である光劣化（一定期間の利用で起こる変換能力の低下）が抑えられるので、さらに効率が上がる。 現在、薄膜型はバルク型に比べて生産規模が小さく、量産メリットが生じていない。 しかし、コストの２０％を占めるシリコンの使用量が１／１００になるため、将来的に大量生産によってバルク型より製造コストが大幅に下がる可能性は高い。 そうなれば、バルク型に匹敵する変換効率を実現したトリプル型の市場競争力は、著しく高まる。 加えて、薄膜型は光の一部を透過するシースルータイプも可能で、屋根の上に載せるだけでなく、発電する窓ガラスも考えられる。 シャープでは工事費、付帯設備を含めた発電コストは２００８年現在４６円/ｋｗｈと言う。 ２００８年６月現在、シャープの出荷量は多結晶シリコン型が1/2、変換効率が１０％に改良された薄膜型が1/2になった。 |
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■ＣＩＳ、ＣＩＧＳ型薄膜太陽電池 | |
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| 最近実用化が始まったのがＣＩＳ、ＣＩＧＳ型薄膜太陽電池です。 シリコンは全く使わず、Ｃｕ銅、Ｉｎインジウム、Ｇａガルバニウム、Ｓｅセレンの化合物をガラス、金属箔、プラスチックなど相手を選ばぬ基盤に０．００２～０．００３の膜を形成します。 薄い膜でも、１１％の変換効率で、将来さらに高い変換効率が期待でき（実験室では１９．５％）、１ｍ以上の大型パネルを連続的に作ることも可能です。 ２００７年にはホンダ、米ＮａｎｏｓｏｌａｒがＣＩＧＳ型薄膜太陽電池を。昭和シェルがＣＩＳ型薄膜太陽電池の量産出荷を始めた。 ２０１１年には昭和シェルが出荷量１GW/年（１００万ｋＷ)のＣＩＳ薄膜太陽電池工場を立ち上げる。 しかし、気がかりなのはインジウムの資源量が少ないこと。 以前は日本が一番産出していたが、今は中国頼りで、２００３年から３年間で価格は５倍に上昇した。 液晶パネルや有機ELなどのFPD（フラット・パネル・ディスプレイ）向けの電極として、また発光ダイオードの半導体の材料などに多用されている。 今は６０％をリサイクルで間に合わせているが、シリコンの供給不足で多結晶シリコン太陽電池の日本メーカーは注文があるのに減産してしまったように、インジウムの供給不足が心配だ。 |
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■次世代型太陽電池 | |
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| １ 色素増感型太陽電池 シリコン半導体を使わずにヨウ素溶液を介した電気化学的なセル構造を持つのが特徴です。また、材料が安価であることと作製に大掛かりな設備を必要としないことから低コストの太陽電池として多くの期待を集めています。 構造は非常にシンプルで、透明な導電性ガラス板に二酸化チタン粉末を焼き付け色素を吸着させた電極と、同じく導電性ガラス板の対極から構成され、電解質溶液の酸化還元反応を伴うことから「光合成」に例えられたりもします。 注目されるのは変換効率は理論的に３３％ と言われていますが、これは単一の光吸収材（色素）を用いた場合の話で、複数の色素をうまく組み合わせれば更なる性能向上が見込まれます。 液漏れなど解決しなければならない点が有り、これからの研究に期待されるところです。 |
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| ２ 有機薄膜太陽電池 導電性のプラスチックの開発により、安価な太陽電池が研究され始めた。 導電性ポリマーとフラーレンを混ぜて基盤に塗るだけという簡単な方法が欧米で研究が進んでいる。 ２００５年１０月１０日に「Nature Materials」誌で発表された論文においてＵＣＬＡ工学部の Ｙａｎｇ 教授のグループが２つの電極に囲まれたありふれたプラスチック(ポリマー)を使った 新しい太陽電池に関する研究成果を紹介した。 彼らは、いずれは従来型太陽電池のわずか１０～２０%での製造コストが実現すると言っている。 米国唯一の公的認証機関である国立再生可能エネルギー研究所NationalRenewableEnergy Laboratory : NREL）は、太陽エネルギー技術の認証を行う米国唯一の公的認証機関であるが、Ｙａｎｇ 教授のグループの太陽電池が変換効率４．４％であることを検証した。 Ｙａｎｇ 教授のグループは数年以内に１５～２０%の変換効率と１５～２０ 年の寿命を実現させることが目標であると発表している。 |
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■色素増感型太陽電池 | |
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| ２００８年５月、ソニーは次世代型太陽電池の最有力候補といわれる色素増感型太陽電池で変換効率が実用化の目安と言われる１０％を達成したと発表した。 従来のシリコンを使う太陽電池はシリコン材料が半導体との競争で高騰する懸念があり、シリコンを使わない太陽電池の実用化の必要性が高まっている。 事実、長年太陽電池の生産量世界一だったシャープはドイツのメーカーに抜かれた。 シリコンの調達能力に差があったと言われている。 需要があるのにシリコン不足から減産せざるを得ない日本のメーカーもあるそうだ。 そもそも色素増感型太陽電池の歴史は意外に意外に古く、 １８８７年、James Moser 氏らが光励起された色素から半導体への電荷移動（色素増感）現象を報告。 １９７６年、坪村、松村氏らが多孔性 ZnO 電極による色素増感太陽電池を発表、変換効率は２.５％と報告されている。 １９９１年、グレッツェル氏がグレッツェルセル発表、変換効率は７．１２％。 その後今日に到るまで、電極、色素、電解質についての改良が世界中のメーカーや研究所で行なわれ、変換効率、コスト、耐久性、安定性でしのぎを削っている。 ２００８年、グレッツェル氏の持つ特許が切れたため、開発競争に拍車がかかっている。 |
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| 開発の焦点になっているのは、電解質の構造と色素の材料である。 電解質は当初、ヨウ素の水溶液を密封したが、過酷な条件の下で液漏れの心配を払拭する事が出来ず、非液化にすすんでいる。 今回のソニーの発表も電解質は特殊な微粒子を混ぜたゼリー状の電解質と発表されている。 変換率が良いと発表された色素増感型太陽電池はルテニウム錯体系色素を使っていて、このルテニウムが高価ですから代わりを探さなければなりません。 しかし、安価な有機色素にすると変換効率は２～４％に落ちてしまうのが現在のところです。 また、時間とともに変換効率が落ちていったり、素材が劣化していく事が観察されているので、少なくても２０年くらいの耐用年数が期待されます。 しかし、研究に大掛かりな装置が必要ないため、大手からベンチャー企業まで数百の企業がが開発競争に参加しているので、遠からず高性能の色素増感型太陽電池が開発されると期待されます。 ２００８年６～７月に英国のベンチャー企業G24 Innovations Ltdが世界で最初に色素増感型太陽電池を用いた充電シートの量産、販売を始める。 |
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■二次電池 | |
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| せっかく発電された電気も、貯めておいて使いたいときに取り出せなければ有効に活用できない。 そこで、発電と同じくらい蓄電が重要になってくる。 放電してしまえば寿命が来る一次電池に対して、繰り返し充電、放電ができるものを二次電池と言い、蓄電池や充電池とも呼ばれる。 鉛蓄電池 自動車のバッテリーとして広く利用されているのをはじめ、産業用として商用電源が途絶えた時のバックアップ電源の用途や、電動式フォークリフトやゴルフカートといった電動車用主電源などにも用いられている。 しかし、放電時に硫酸鉛が固い結晶になる「サルフェーション」を起こしやすいため、放電直後に充電しなければならず、過放電にも弱く、横にすると液漏れの心配もあるなど使いにくい面もある。 シール鉛蓄電池 鉛蓄電池の欠陥を補うため、電解液の硫酸をガラス繊維でできた不織布に染み込ませて液漏れを無くした。過充電の際に発生した水素と酸素を内部で処理できるようにして密封した。それでも内部で処理しきれず水素と酸素の圧力が高くなれば、自動的にガスを逃がす制御弁をつけて安全性を高めたので、大型コンピーターの無停電電源や警報装置のバックアップ電源などに使われているが、ニッケル・水素電池やリチウム・イオン電池に代わられつつある。 ニッケル・カドミウム畜電池 鉛蓄電池に比べ過充電、過放電に強く大電流での放電や急速充電でも優れており、発生した酸素を内部で処理するので完全密閉ができるなど使いやすいので、コードレス電動工具、掃除機、コードレス電話などに今も使われている。 しかし、反面自然放電が大きいため、小出力で長期間稼働させ続ける機器には不向きである。また、カドミウムの有害性が広く知られるようになってからニッケル・水素蓄電池への転換が進んでいる。 ニッケル・水素蓄電池 放電時には水素を放出して水をつくり、充電時には電気分解でできた水素を水素吸蔵合金に貯めるので完全密閉状態をつくれる。 水素吸蔵合金として自身の体積の１０００倍もの水素を貯められるランタンニッケル系合金を三洋電機が開発したことから一気に開発が進んだ。 ニッケル・カドミウム電池と同じ電圧で２倍の電気容量をもつため、トヨタ自動車、本田技研工業のハイブリットカーに採用された。 また、使い捨て乾電池に換えて乾電池型のニッケル・水素蓄電池が増える傾向にある。 リチウムイオン二次電池 ３．５ボルトという高い電圧とニッケル水素電池の３倍と高いエネルギー密度が得られるため、携帯電話やパソコンの電源として広く使われている。発火し易いとか、満充電状態で保存すると電池の劣化は急激に進行するなどの欠点も多い。 出光興産は硫化リチウムを主成分とする粉末状の個体電解質を開発、液漏れもなくマイナス４０度から４００度の環境で安定した性能を発揮するリチウムイオン電池を、２００８年１０月に 試作品の出荷を開始する。 リチウムイオンポリマー二次電池 リチウムイオン二次電池の電解質にポリマーを使用したもので、さらにデリケートで事故が起きやすいが、非常に軽量な事と、メモリー効果も極小であり形状も比較的自由に取れるため今後の普及が期待される。 電気アシスト自転車と二次電池 こぐ力を補助するのに電気の力を借りる電気アシスト自転車は２００７年現在推定１２０万台、２００６年一年間だけでも前年６％増の２６万３千台が出荷された。 日本最初の電気アシスト自転車を発売したヤマハ発動機によると、１９９４年のスタート時は重さ６ｋｇの鉛蓄電池を使ったが、ニカド電池、ニツケル水素電池、リチウムイオン電池と世代交代が進み、現在のリチウムイオン電池は重さが１．２ｋｇで１／５になった。 ニッケル水素電池の場合、電気を使いきらないと充電できなかったが、リチウムイオン電池はいつでも家庭用コンセントから簡単に充電できるので、企業がバイクに換えて業務用に導入する例が増えた。 大型リチウムイオン電池は２００７年現在、電気アシスト自転車用が３９％、電動工具用５２％であるが、２０１３年にはハイブリット車用５９％、電動工具用１６％、電気アシスト自転車用１４％、電気自動車用３％になると予想される。 |
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| 次世代二次電池 | |||||
金属リチウム電池 マイナス極に金属リチウムを使う金属リチウム電池は現在考えられる最もエネルギー密度の高い電池ですが、充放電を繰り返すとリチウム表面に突起が形成されてトラブルの原因になるため、リチウムとアルミの合金にするなど研究がされています。 同じリチウムを使ってもリチウムイオン電池が先行したのはこのトラブルが少なかったせいです。 そのエネルギー密度は理論的に最高の高さなので開発に期待が集まっている。 ナトリウム硫黄電池 マイナス極にナトリウム、プラス極に硫黄、電解質にベーターアルミナという地球上に豊富にある材料を使い、高いエネルギー密度を得られるので、都市部での分散型蓄電システム用に開発が進んでいる。 ３５０度で作動するため、耐熱、温度制御をクリアーしなければならない。 亜鉛空気電池 ２００８年７月、トヨタが２０３０年を目標に電気自動車のために空気電池を開発すると発表した。 マイナス極に亜鉛、プラス極に空気中の酸素、電解質に水酸化カリウムを使い、亜鉛のマイナス極を交換することで発電が続けられる。 一回の交換でガソリン車並みの走行距離が得られるという。 |
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■電気二重層キャパシタ（コンデンサー） | |
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| 蓄電方法には、蓄電池の他にコンデンサーによる方法がある。 株式会社岡村研究所の岡村廸夫代表は１９９２年に高性能電気二重層キャパシタ蓄電システム「ECaSS（energycapacitor systems）」を開発しました。 ECaSSは、キャパシタと周辺の電気回路技術で設計されたシステムです。 そして、２０社ほどの企業と技術供与契約を結び、実用化を進めてきました。 丁寧に使わないと壊れたり、トラブルが起きやすい化学蓄電池に比べ、ECaSSは瞬時に大容量を貯めたり、放電したりできるうえに壊れにくいため、今までにないダイナミック使い道が生まれています。 技術供与契約を結んだ２０社の中で、日産ディーゼルはハイブリットトラックに世界で最初にECaSSを採用して平成１４年度省エネ大賞を受賞している。 すなわち、ブレーキエネルギーを電気に変えて蓄電するアイデアは以前からあったが、従来のバッテリーではエネルギーの数％を蓄電出来るに留まっていたが、ECaSSでは数十％を蓄電した電気を使ってモーターによってスタート、加速するため、燃費が１．５倍、ＣＯ2が３３％減、ＮＯｘが４４％減、ＰＭが６６％減を達成しました。 コマツはバッテリーフォークリフトでブレーキエネルギーの９０％を電気に変えてECaSSに蓄電することに成功した。 リコーは待機電力の一部をECaSSに蓄電し、印刷時に大容量を放電することでコピーの主電源をＯＮしてからのウォーミングアップタイムを1/10に、消費電力を1/2にして平成１４年度省エネ大賞を受賞している。 また、本田技研は燃料電池と併用した乗用車「ホンダFCX」を製品化しています。 日本電子はECaSSをさらにエネルギー密度が５倍程度まで上がるうえにコストが下がる可能性がある「ナノゲート・キャパシタ」を開発して、２００４年日経BP技術賞の大賞をもらっています。 富士重工は２００５年８月、リチウムイオン二次電地と電気二重層キャパシタの両方の特徴を持つリチウムイオンキャパシタを開発したと発表した。 富士重工から技術供与を受けて、ＪＭエナジー（ＪＳＲの子会社）は従来の電気二重層キャパシタの約４倍のエネルギー密度を有し、電圧も３．８Vと従来の電気二重層キャパシタの２．５Vを大きく上回り、耐久性、安全性にも優れているイオンリチウムキャパシタを２００８年末までに量産する。 太陽電池と組み合わせれば大きな効果が得られる。 すなわち、バッテリーはある程度の電圧と時間がないと貯められないので、曇りの日や夕方に発電した電気が無駄になりますが、 キャパシタと電子回路を併用したシステムなら全部貯めることができます。 夜間割引を利用して安く蓄電し、昼間使うと言う手も有る。 |
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■太陽電池の未来 | |
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発電コスト（エネルギー白書 ２００７年度版）
水力はダム建設の停止が世界の潮流になっているので増やしにくい。 ２００８年７月現在原油は１４０ドル/バレルになっているが、石油による発電は全体の９％なので、現在のところ原油の高騰分ほど電気料は上がっていないが電力会社は大幅な値上げを予告している。ＬＮＧも石炭もウランも価格は上昇し続ける傾向。 風力も今後、劇的に建設費が下がることは見込めないどころか、建設資材の高騰が予想できる。 ＣＯ2を出さず、一番発電コストが安いと言われる原子力発電には未知のコストが隠れている。 ひとつは使用済み核燃料の処理費用で今後８０年間で１５兆円と見ていますが、実際に再処理の技術が確立して実行されているわけではなく、技術を開発しながら進めていくので、使用済み原子炉の解体費用と同じく、まったく見込み違いの費用が発生するリスクがあります。 例えば日本原燃は、１９８９年に六ヶ所再処理工場の事業許可申請が出されたときの建設費見積もり額７６００億円を１９９９年には２兆１４００億円に変更した。 その使用済み原子炉の解体費用ですが。 １００万ｋＷの原子炉で５５０億円と言われてきましたが、初めての解体となる東海原発（１６．６万ｋＷ）は９３０億円の見積もりが出されている上、実際の解体が進めば更に増える可能性があります。 ２００７年９月末から始まった英イングランド北西部セラフィールドにあるコールダーホール原発（６万ｋＷ）の解体作業は費用が予想を大幅に超えるため中断したままです。 さらに、運転中溜まっていく放射性廃棄物を安全に処理するのにいくらかかるかも未知です。 ドイツは太陽電池こそ自然再生エネギーの主力として、２０００年（２００４年改正）に自然エネルギー法(EEG)を制定して、太陽光で発電した電気を割高で電力会社に買い取らせることにした。 ２０４０年には世界の電力の２５％を太陽電池が、太陽電池を含む再生可能エネルギー全体で８２％の需要を賄うと予測している。 その制度のため、２００３年には世界一の日本の半分だった太陽電池の設置量は２００６年には日本の２倍になり、世界を牽引する。 日本政府は２００５年に住宅用太陽電池の補助を打ち切った。 ドイツの買取制度はスペインやイタリアなど周辺のおよそ２０ カ国に広がって、日本の太陽電池導入量は、現在はドイツ、スペイン、米国に次ぐ４位まで下がっている模様だ。 有効な政策の援護を受けられない日本の企業は空しく孤軍奮闘するばかりだ。 ２００７年ドイツのQセル社と中国のサンテック社がともにシャープを抜いて世界1、２位となった。 日本のメーカーはしかたがないので生産量の８０％を輸出している。 韓国では個人住宅の場合はほぼ５年で設備投資費用が回収できるとの話も出ている。 また、産業用はドイツとほぼ同様の支援策がとられていて大規模な設備投資も行われるようになった。 太陽電池の世界市場規模を発電能力ベースで見ると、２００６年の約２・５ＧＷ（２５０万ｋＷ）が２００７年には約３・７ＧＷに拡大しました。２０１０年には１０ＧＷ以上に拡大すると予想されています。また今後２０年間は年率４０％で成長するという見方もあります。 太陽電池は過去の経験値から生産量が２倍になるとコストが２０％下がります。 ２００７年現在４６円/ｋＷｈですが、現在の生産量の増加が続けば２０１２年には現在の家庭用電気代２３円/ｋＷｈに並び、２０２０年には１０円以下になることが予測できます。 開発の盛り上がりから画期的な発明で更に速いスピードでコストが下がることは十分考えられます。 地球に降り注ぐ太陽のエネルギーは１時間で、人類の使用する全エネルギー１年分に匹敵します。 ゴビ砂漠の面積の半分に既に市販されている太陽電池を敷き詰めるだけで、世界で一年間に消費される一次エネルギー量に匹敵する電力が得られるそうです。 日本の太陽電池の利用率は晴天率から計算して１２％ですが、砂漠なら大変高い利用率が見込めます。 ヨーロッパ一貧しい国だったスイスは、水力発電による売電が豊かな国になるきっかけだったようにったように、砂漠だらけの貧しい国が売電で豊かな国になるのも夢ではありません。 ２００８年１０月、国際エネルギー機関（ＩＥＡ）の「砂漠からのエネルギーに関する作業部会」は砂漠に大規模太陽光発電所を設置し、周辺国に電力を供給する構想を実現するために動き始まった。 作業部会は日本、米国、ドイツなど１０カ国からなり、今秋までに技術課題、経済効果などの検討を終え、発電、送電設備などの仕様や設計を具体的に検討する。 有力な案の一つはトルコ、ネフド砂漠、エジプト、チュニジア、モロッコ等のサハラ砂漠からスペインにかけて１００ＭＷ（１０００ＫＷ）（一般家庭３万３千世帯分）以上の大規模太陽光発電所を多数建設してヨーロッパ各国に供給する案。 建設費は１００ＭＷあたり４億ユーロで原子力発電所の５倍くらい高いが、燃料も危険もないことを考えれば十分経済的。 送電によって５％が失われると言われているが、住友電気工業ではビスマス系高温超伝導物質を使って、従来の銅線の１５０～２００倍の電流を流せる線材の実用品を開発した。 砂漠発電プロジェクトで使えば送電ロスを半分にできそう。 太陽電池の進歩も目覚ましく、現在、実用品で最高の変換効率は三洋電機の「ＨＩＴ太陽電池」で作業部会が想定していた変換効率１５％を上回る２２．３％を実現している。しかも結晶シリコン型太陽電池の弱点だった高温域で変換効率が落ちるという現象がほとんど無い。 作業部会では、ゴビ砂漠で発電してアジア一帯に、アラビア半島で発電して中東一帯に送電する案なども検討する。 メガフロートを海に建設して発電する案もある。 発電コストが安くなれば、最高のクリーンエネルギーである太陽電池に期待がもてる。 |
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| 電力中央研究所は２００８年１２月住宅用で使う電力貯蔵電池の実用研究において、従来のリチウムイオン電池で危険性が指摘されていた電解質を液体から熱に強いことで知られるポリエーテル系の高分子に替えることで大型化しても安全性を保てる新型電池の実用化にめどがついたと発表した。 これは全固体電池とも呼ばれ、原理は従来のリチウムイオン電池と同じだが耐久性の高い固体材料だけで作る電池で、電気自動車むけに各社が開発を競っている。 |
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■太陽電池設置の参考に | |
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太陽電池メーカー
太陽光発電の導入を検討するにあたり役立つ総合サイト 省エネドットコム 太陽電池の導入を検討するにあたり、まず匿名でカタログや見積もりを取ったみたい人は 太陽光発電システム見積工場 |
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■さらに高性能太陽電池を目指して | |
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| ２００９年１０月にオーストラリアで開催されたソーラーカーのレースで、東海大学のチームが優勝した事は記憶に新しい。 参加２５台のうち８台が完走、東海大学チームが平均時速１００．５４km/時で優勝、２、３位チームが９０km/時超，４、５位が８０km/時以下と大きく差が開いた。 勝利の原因は太陽電池の効率にあるという。 東海大チームに太陽電池を提供したのはシャープで、３接合化合物型太陽電池である。宇宙用のモジュールを地上用に改良しており，変換効率は３０％程度になる 現在家庭用の太陽電池のモジュールの変換効率が最高でも２０％を超えていないことから見ても、かなりの高性能である。 太陽電池は激しい開発競争の時代に入った。 ２００９年５月、三菱電機がセルの変換効率２３％の世界最高のＨＩＴ（結晶Si基板上に薄膜アモルファスSiを形成したハイブリッド型）太陽電池を開発したが、セルを組み合わせたモジュールの変換効率は２０％に届かない。 日本の独壇場だった太陽電池の生産は、ドイツ、アメリカ、中国、韓国、インドなどに追い上げられ、トップの座を明け渡したばかりか、日本の各メーカーも世界のベストテンから次々と脱落している。 さらなる高性能タイプを開発して、競争に打ち勝つ事が求められている。 |
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| PV EXPO ２０１０ 第３回国際太陽電池展 昭和シェルソーラーは、展示会「PV EXPO２０１０ 第３回国際太陽電池展」で同社として第２世代となるCIGS系太陽電池パネルを出展した。 「第２世代のパネルには，最近達成した３０cm角のセルでの変換効率１６％の技術を用いる。製品となるパネルでは、２０１１年の段階でモジュール変換効率１２．２％になる。光学設計の改良によって２０１４年には同１３．０％にできる見込み」という。 さらに将来は同社にとっての第４世代の技術で，「開口部のセル変換効率が１７．０％、パネルではモジュール変換効率１４．０％を実現できる」という。 |
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■グリッドパリティ | |
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| １００年に１度の世界的な不況のせいで、太陽電池を取り巻く環境が変わってきた。 ２００８年秋、リーマン・ショックと同時期にスペイン政府が太陽電池のフィードイン・タリフ制度の受付許可容量を大幅に引き下げると、世界最大のスペイン市場の縮小とともに世界の太陽電池需要は急減した。 需要減によりシリコンの相場も下落、多結晶シリコン型の太陽電池が値下がりした。 米ファースト・ソーラー社は、日欧のメーカーが有害性から使用しない安価なカドミウム化合物を使った薄型化合物系太陽電池で価格破壊を起こし、急成長して世界第２位に躍り出た。 ファースト・ソーラー社の発表では発電能力１Ｗ当たり１ドル以下で製造できるとしており、すでに電力会社と数十億ドルの契約をしているという。 この１Ｗ１ドルが一つの目安とされ、他社の太陽電池にも値下げ圧力がかかっている。 日本の市場には、補助金や売電制度を当て込んで、韓国、中国からの売り込みが活発になっており、日本メーカーへの値下げ圧力となっている。日本メーカーの中にはすでに３０％の値下げがされているという声もある。 昭和シェル石油のように、有害なカドミウム化合物を使わなくても１Ｗ１ドルを実現する薄型化合物系太陽電池を開発すると宣言したり、価格ではなく高い変換効率を売り物にするところもある。 太陽電池の価格低下が目に見えて進んできた事で、２０１０年にも「グリッド・パリティ」が実現すると言う。 グリッド・パリティとは，太陽光や風力などの新規のエネルギー源の発電コストが既存の商用電力（グリッド）の料金に等しくなる（パリティ）ことを指す。 そうなると、太陽電池の普及が一気に進み、更にコストタウンと普及のスパイラルが起きるというものだ。 ＣＯ2を出す火力発電も、危険な原子力発電も廃止の方向で見直され、一機に新規のエネルギー源の時代になる可能性がある。 |
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