光起電力素子。スキーム、説明

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光起電素子。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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光または太陽エネルギーを電気に直接変換するための装置は、光電池と呼ばれます（英語ではPhotovoltaics、ギリシャ語の写真-光と起電力の単位名-ボルトに由来します）。太陽光の電気への変換はシリコンなどの半導体材料で作られた太陽電池で行われ、太陽光にさらされると電流が発生します。

太陽電池

太陽電池をモジュールに接続し、さらにそれらを相互に接続することにより、大規模な太陽光発電所を構築することができます。これまでのそのような発電所の中で最大のものは、米国カリフォルニア州にある 5 メガワットのカリスプレイン設備です。太陽光発電設備の効率は現在約 10% ですが、個々の太陽電池セルでは 20% 以上の効率に達する可能性があります。

ストーリー

太陽電池の歴史は、フランスの物理学者エドモン・ベクレルが光起電力効果を発見した 1839 年に遡ります。これに続いて、次のようなさらなる発見が行われました。

1958 年、小型 (1 ワット未満) 太陽電池がアメリカのアバンガルド宇宙衛星の無線送信機に電力を供給しました。一般に、宇宙研究は太陽電池の開発において重要な役割を果たしてきました。
1973年から74年の石油危機の最中。いくつかの国が一度に太陽光発電プログラムを開始し、米国だけでも 3100 を超える太陽光発電システムの設置とテストが行われています。それらの多くは今も稼働しています。

太陽光発電市場

太陽電池市場の現状は、年間約 20% というかなり安定した成長を特徴としていますが、光電池の生産量は依然として非常に少ないです。 1998 年の世界中のモジュール生産量は約 125 MW でしたが、価格は 50 年の 1 ドル/ワットから 1976 年には 5 ドル/ワットに下がりました。しかし、1 キロワット時の発電量の太陽光発電システムは依然として従来の電力より 1999 ～ 3 倍高価です (特定の場所とシステムの種類によって異なります)。したがって、太陽電池市場は依然として世界経済の中で小さなニッチを占めています。しかし、電力網から離れた自律システムなど、太陽電池が競争力のある市場セグメントでは着実に成長を続けています。

世界の多くの地域で、明らかな進歩が見られます。日本政府は年間 250 億 40 万ドルを投資して、生産能力を 1997 MW (190 年) から 2000 MW (10 年) に拡大しています。ヨーロッパ諸国は、エネルギー自給と環境への配慮の必要性を原動力として、独自のプログラムを推進しています。これらのプログラムは、気候変動などの環境問題と組み合わせることで、この業界の発展を大幅に加速する可能性があります。シェル・ソーラーは、年間出力25MWのドイツ最大の太陽電池工場を建設しており、年間出力は50MWまで増加する予定である。工場建設費はXNUMX万ドイツマルク。

利点

高い信頼性

太陽電池は宇宙で使用するために設計されており、宇宙では修理が高すぎるか不可能です。これまで、太陽電池は故障することなく動作し、メンテナンスをほとんど必要としないため、地球周回軌道上のほぼすべての衛星の電力源となっています。

低ランニングコスト

太陽電池は無料の燃料、つまり太陽エネルギーで動作します。可動部品がないため、メンテナンスはほとんど必要ありません。費用対効果の高い太陽光発電システムは、山間の通信局、海上の航行ブイ、および送電線から遠く離れたその他の消費者にとって理想的な電力源です。

環境にやさしい

太陽光発電システムは燃料を燃やさず、可動部品がないため、静かでクリーンです。この機能は、光と電力を得る手段がディーゼル発電機と灯油ランプしかない場合に非常に役立ちます。

モジュール性

太陽光発電システムはあらゆるサイズに対応できます。このようなシステムの所有者は、電力の必要性が変化した場合、電力を増減できます。エネルギー消費量と経済的可能性が増加するにつれて、住宅所有者は数年ごとにモジュールを追加する場合があります。農家は移動式ポンプシステムを使用して家畜に飲料水を提供できます。

低建設費

太陽光発電システムは通常、消費者の近くに設置されるため、電力線に接続する場合のように電力線を長距離にわたって引く必要がありません。また、降圧トランスも不要です。配線が少ないほどコストが削減され、設置期間も短縮されます。

太陽光発電システムによって生成された電気のコスト

いくつかの電球とテレビに電力を供給する多くの小型太陽光発電システムは、送電線を延長したり、使い捨て電池を交換して廃棄したり、ディーゼル発電機を稼働させたりする代替手段よりもはるかに安価です。住宅用建物に電力を供給できる大規模施設で生成される電気のコストは、XNUMX kWh のコストで表されます。それは、システムの初期コスト、ローン条件 (初期コストの返済)、システムの運用コスト、予想される耐用年数、および全体的な効率によって異なります。

一般的なローン金利と平均寿命を考慮すると、1998 年の米国の太陽光発電のコストは 20 kWh あたり 50 ～ XNUMX セントでした。

太陽光発電システムエリア

最も一般的なモジュール (結晶シリコン) は、平方メートルあたり 100 ～ 120 ワット (W/m2) を生成します。したがって、100 平方メートルのモジュールは、160 ワットの電球 XNUMX 個に電力を供給するのに十分な電力を生成します。産業規模で言えば、一辺が約 XNUMX km の正方形の土地を占める太陽光発電所は、米国全土に電力を供給できます。ただし、最善の解決策は、太陽光発電モジュールを建物の屋根に設置するか、ファサードの壁に組み込むことです。

これは建築資材を節約できるため、より安価なオプションです。

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