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太陽光発電ソーラーシステムは住宅屋根の上を始め、時計や電卓などの電源、さらには発電を目的とした大規模な太陽光発電システムなどもあり、私たちの身の回りにある様々な製品に活用されています。しかし、太陽光発電の仕組みそのものについては良くわからない人が多いのではないでしょうか。現在の太陽光発電ソーラーシステムは基本的に半導体でできています。半導体の原子は、太陽光があたると「+」と「-」に別れる性質があるからです。この「+」と「-」の発生が、太陽光発電によって電気をつくりだすための第1段階となります。
しかし、半導体の中で「+」と「-」がただ発生しただけでは、まだ太陽光発電はできません。太陽光電池となるためには乾電池のように「+」と「-」を両極に分ける必要があります。このため、太陽光発電ソーラーシステムに組み込まれている半導体は、あらかじめ「+」が集まる「P型半導体」と、「-」が集まる「N型半導体」の二種類に分けられて製作されているのです。
つまり、太陽光発電ソーラーシステムにおいて、「+」は「P型半導体」に、「-」は「N型半導体」に集まる仕組みになっています。そして、「+」と「-」が両極にはっきりと分けられ、太陽光発電システムとして機能する準備が整います。つまり、「+」と「-」が、それぞれ別々の半導体に集まることになるのです。
太陽光発電ソーラーシステムにおいては、乾電池と同じように「+」と「-」の間には電圧が発生します。「+」の電極となった「P型半導体」、「-」の電極となった「N型半導体」に電線をつなげば、太陽光発電した電気を取り出すことができるのです。しかし、このままでは、まだ家庭用の電化製品地は使用できないため、直流を交流に返還しています。
私たちが普段気にすることもない太陽光発電ソーラーシステムの源泉ともいえる太陽光のエネルギーは、ワット数にして約180PWですが、実際に利用可能な量は理論上約1PWといわれています。これは、なんと現在、世界のエネルギー消費量の約50倍にもなります。例えば、ゴビ砂漠の半分程度の面積に太陽光発電ソーラーシステムを敷き詰めれば、全世界のエネルギー需要量に対応できる発電量が得られることになります。太陽光は、まさに自然が私たちに与えてくれた無尽蔵のエネルギー源といえます。
しかし、太陽光発電ソーラーシステムは、地球上のどこに設置しても同じような条件でエネルギーが得られるわけではありません。太陽光発電ソーラーシステムは、太陽光をエネルギーとしていることから、設置場所における年間の日射量は緯度や気候によって異なります。太陽光発電ソーラーシステムの発電量は、平均すると日本では約1200kWh/m2程度でしかありませんが、赤道付近では最大約2600kWh/m2にもなります。
太陽光発電ソーラーシステムの生産に必要な材料も豊富であり、システムに使用されているセルの主要原料であるシリコンの資源量は事実上無限ですが、これを精製した高純度シリコンの生産が太陽光発電の需要に追いつかない状況であり、現在、シリコン原料メーカーの増産が続いています。
しかし、現在では、太陽光発電ソーラーシステムの技術の進化によって薄膜化を図ることができ、シリコンの量が少なくてすむようになりつつありますが、発電効率の向上が課題として残っています。また、太陽光発電ソーラーシステムのシリコンには、極めて高い純度のものは必要としません。このため、高純度原料製造工程で発生した純度の低いシリコンやリサイクルシリコンなどが原料として使用されていましたが、現在では、太陽光発電ソーラーシステム専用の原料が生産されるようになっています。一方、シリコンを利用しない太陽光発電システムの開発も進められており、発電効率を含め、技術はどんどん進化していっています。
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