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１．太陽光発電の仕組み

　太陽光発電は太陽電池によって電気を起こすものです。太陽電池は、太陽の光エネルギーを吸収して電気に変換しますが、乾電池のように電気を蓄電するものではなく、発電する機能しかありません。
　太陽電池のうち、現在最も使われているシリコン系太陽電池の原理は図1のようになっています。

　シリコン型太陽電池では、発電のためにｎ型シリコンとｐ型シリコンという性質の異なる２つのシリコン半導体を重ね合わせて使っています。太陽光を受けた太陽電池には、プラス（正孔）の粒子とマイナス（電子）の粒子とが発生します。そして、プラスはp型シリコンの方へ、マイナスはn型シリコンの方へ移動するので、２つの半導体の電極をつなぐと電流が流れるのです。

２．太陽電池の種類

　太陽電池にはいろいろな種類がありますが、材質や形態などによって区分の方法も異なります。ここでは代表的な種類について、材質による区分を主眼に、それぞれの特徴を紹介します。

　太陽電池にはこれらの種類以外にも研究・開発が進められており、複数の種類を組み合わせて太陽光エネルギーを効率的に利用できるようにしたものもあります。

３．太陽電池の生産動向

　日本の太陽電池の生産は、世界市場の半分近くを占めています。次いで多いのがドイツを中心としたヨーロッパで、さらに最近では中国などでの生産量も増えてきています。

　また、日本における太陽電池の代表的な種類別生産量の推移を示したものが図３です。急速な生産拡大が顕著です。またこの図に示したもの以外にも、最近は新しいタイプの太陽電池が開発、生産されてきています。

４．太陽光発電システムの構造と利用形態

　1つの太陽電池素子の出力電圧は0.5～1.0V程度とされています。通常、この太陽電池素子をセルと呼びます。必要な電圧を得るためには複数のセルを直列接続して利用なければなりません。セルの必要枚数をまとめ、樹脂や強化ガラス、金属枠で保護したものをモジュールと呼んでいます。扱いやすくなったり強度が得られたりするほか、汚れや紫外線、湿度などから保護されます。工事に当たって取り扱われる最小単位です。さらに、モジュールを何枚も並べて接続したものはアレイと呼ばれています。アレイにすることによって大きな電気を得ることができます。
　太陽光発電は、系統連系と独立蓄電との2種類の利用形態に分けられます。
　系統連系とは、太陽光発電システムを電力会社の送電線につなげ、太陽発電から得られた電気と電力会社からの電気との両方を利用できるようにすることをいいます。太陽電池によって発電した直流を、パワーコンディショナに通して送電線と同じ交流に変換し、送電線に流したり家庭や施設で直接使ったりできるようにするのです。主に住宅や公共施設、事業者などで利用されています。

　また独立蓄電とは、電力会社の送電線から完全に分離したもので、発電した電気を蓄電して、夜間や降雨時など発電量が期待できないときにも利用できるようにしたものです。パーキングメーターや街路灯などをはじめ、移動式や非常用の電源システムに利用されています。また、送電線網から離れた場所に設置する場合も有効とされています。

５．太陽光発電普及のための動き

　日本は世界で最も多く太陽電池を生産していますが、太陽光発電システムの導入についてはドイツに次いで2位となっています。

　ドイツでは2000年に再生可能エネルギー法（ＥＥＧ）がスタートし、2004年の改正ＥＥＧによって、発電された電力は次の20年の間、固定価格で全量を電力会社に売却できるようになりました。しかもこの固定価格は、初期に導入した場合よりも遅くに導入した場合の方が低く設定されているため、2004年以降、太陽光発電を早目に導入しようとする例が相次ぎ、導入量が急増しました。
　一方、日本では2003年4月から「電気事業者による新エネルギー等の利用に関する特別措置法（RPS法）」が全面施行されました。ＲＰＳ法とは電力の小売を行う事業者（一般電気事業者、特定電気事業者、特定規模電気事業者）に対し、その販売する電力量に応じて、新エネルギー等電気（新エネルギー等により発電された電気）を一定割合利用することを義務付ける法律です。各電気事業者の毎年度の利用義務量は、経済産業大臣が4年毎に8年先まで定める「電気事業者による新エネルギー等電気の利用の目標」をベースに決定され、2007年3月には、利用義務量の全国合計値は2014年度で165.0億kWhとすることが決められました。この新エネルギー等電気には太陽光のほか、風力や地熱、小規模水力、バイオマスが含まれていますが、太陽光発電は他の電源より技術革新の余地が大きいなどの理由から、その普及に向けて太陽光発電のみを優遇する措置がとられています。

６．太陽光発電をめぐる課題

　太陽光発電は、太陽光の持つエネルギーを直接電気に変換するものであるため、原料の供給に不安がなく、また発電に伴う排出物等がなくクリーンであるため、今後のエネルギー問題を考えると導入が増加することの意義は高いといえます。
　ただ、現時点ではその普及を妨げる課題も、以下に示すように少なくありません。太陽電池メーカーをはじめ関連産業界ではさまざまな技術開発を進めており、課題の克服に努めているところで、今後の研究・開発成果が期待されています。

・エネルギー変換効率の向上

太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換できる割合（エネルギー変換効率）は、現在10％台ですが、これを少しでも向上させることが求められています。

・シリコン原料の安定確保

太陽電池の原料のひとつであるシリコンは半導体用にも使われ、競合状態にあります。シリコン原料の安定的な需給バランスの確保が求められます。

・太陽電池製造技術の向上

太陽電池の構造や素材の改善・開発、シリコンウエハーの薄型化、耐久性の向上などに向けて、製造技術の一層の開発が求められます。

・導入インセンティブの増進

電力メーカーはもとより一般家庭や公共・産業界が、太陽光発電の導入意欲を高めるための政策的な支援策等が求められます。

・コストダウン

太陽光発電システムを導入するときのコストは、現在1kW当たり60～70万円です。さらなる低コスト化が求められます。

引用・参考資料など

１）太陽光発電協会

「もっと知りたい太陽光発電」

２）（独）新エネルギー・産業技術総合開発機構

「よくわかる！　技術解説／太陽光発電って何だろう」

３）資源エネルギー庁

「ＲＰＳ法ホームページ」