太陽光発電や蓄電池は電気代の節約、売電による収入、停電時の非常用電源として生活に豊かさと安心を与えてくれます。さまざまなメーカーが多くの機種を販売しており、どれを選べば良いのか決めきれない方もいるのではないでしょうか。
太陽光発電のパネルや蓄電池は、種類によって発電効率、寿命、容量などが異なります。そのため、設置環境や用途に合った製品を選ぶことが大切です。
そこで今回は、太陽光発電パネルの主な分類とそれぞれの具体的な種類や、住宅用/産業用太陽光発電パネルとしておすすめの種類、さらに失敗しない太陽光発電パネルの選び方を解説します。
太陽光発電と併用されることの多い蓄電池の種類についても紹介しているため、自宅・自社に太陽光発電システムを導入したいと考えている方は、ぜひ参考にしてください。
1. そもそも太陽光発電とは？
太陽光発電とは、太陽の光エネルギーを利用して電気をつくる発電方法のことです。燃料を必要とせず、発電時に二酸化炭素を排出しない点が大きな特徴で、再生可能エネルギーとして注目されています。
屋根や敷地内に設置した太陽光発電パネルが太陽光を受けることで、パネル内部の半導体が反応し、直流電気が発生します。そしてこの直流電力は、パワーコンディショナと呼ばれる装置によって家庭や事業所で使える交流電力に変換され、日常生活や事業活動に利用されます。
発電した電気はその場で使用するだけでなく、余った分を電力会社に売電したり、蓄電池にためて夜間や停電時に使ったりすることも可能です。近年では、住宅用だけでなく工場や倉庫、商業施設などでの導入も進んでおり、電気代削減やBCP対策の一環としても活用されています。
2. 太陽光発電パネルの主な4つの分類
太陽光発電パネルは、使用されている材料や構造の違いによって、主に下記4つの種類に分類されます。
| シリコン系太陽光発電パネル | 半導体材料であるシリコンを使用した太陽光発電パネルで、最も広く普及しています。 |
| 化合物系太陽光発電パネル | シリコン以外の複数の元素を組み合わせた半導体材料を使用した太陽光発電パネルで、近年では大規模な産業用太陽光発電設備を中心に導入が進んでいます。 |
| 有機系太陽光発電パネル | 有機材料を用いて発電する比較的新しいタイプの太陽光発電パネルで、現在研究開発が進められています。 |
| 量子ドット系太陽光発電パネル | ナノサイズの半導体粒子である量子ドットを利用した次世代型の太陽光発電パネルで、現在研究開発が進められています。 |
それぞれ発電方式や特性が異なるため、設置場所や用途に応じて適した種類を選ぶことが重要です。
3. シリコン系太陽光発電パネルのメリット・デメリットと代表的な種類
シリコン系太陽光発電パネルは、半導体材料としてシリコンを使用した、現在最も普及しているタイプの太陽光パネルです。
発電効率の高さや性能の安定性に優れており、住宅用から産業用まで幅広い用途で採用されています。長年にわたり利用されてきた実績があるため、製品の信頼性や施工ノウハウが確立されている点も特徴です。
一方で、シリコンの精製や製造工程にコストがかかることや、パネルの種類によって性能や価格帯に差がある点には注意が必要です。そのため、設置スペースや予算、求める発電量に応じて、適した種類を選ぶことが重要となります。
シリコン系太陽光発電パネルには、発電効率を重視したタイプやコストを抑えたタイプ、特殊な環境への対応力に優れたタイプなど、いくつかの種類があります。ここからは、代表的なシリコン系太陽光発電パネルの種類について、それぞれの特徴を詳しく紹介します。
3-1. 発電効率が高い「単結晶シリコン」
単結晶シリコンは最も早く開発された太陽光パネルで、安定した発電効率と高出力が特徴です。エネルギーを電力に変換する際の損失が少ないため、太陽光パネルの面積が小さくても多くの発電量を得られます。
比較的高性能な一方で、コストが高い点や高温に弱い点がデメリットです。特に、真夏などの温度が上がる時期は発電効率が低下しやすい面もあります。
3-2. コストが低い「多結晶シリコン」
単結晶シリコンよりも発電効率が低下する分、安価なのが多結晶シリコンの特徴です。
単結晶シリコンは結晶がきちんと整って配列しているのに対し、多結晶シリコンは配列の規則性に難がある素材を使用しています。品質が下がるのと引き換えに、コストが安くなったタイプと言えるでしょう。
単位面積当たり発電量の減少をカバーできる広い土地での運用に適したタイプで、大量のパネルを並べられる場所でよく採用されます。特に、家庭用太陽光発電設備の黎明期にはよく用いられました。
3-3. 応用性の高さが魅力の「アモルファスシリコン」
アモルファスシリコンは、特定の結晶構造をもたないシリコンを使用した太陽光発電パネルです。薄い膜の形状をしているため、軽量で加工しやすいというメリットがあります。安価に生産できるのも魅力です。
結晶系のパネルと比較すると発電量は少なめとなるため、同等の電力を得るには数をそろえる必要があります。住宅用よりも遊休地などで運用するのに適したパネルと言えるでしょう。
3-4. 複数の種類のシリコンでできた「ヘテロ接合型シリコン」
ヘテロ接合型シリコンは、複数の異なる種類のシリコンを合わせて作成するハイブリッドシリコンで構成するタイプの太陽光発電パネルです。熱に強いため、気温が高くなりやすい夏場でも安定して変換効率を維持できる強みがあります。特に、平均気温が高い地域に設置するのに向いていると言えるでしょう。
構造が複雑な分製造コストは高くなりますが、夏場での安定性など高い性能を必要とする場合には用いられやすい種類です。
4. 化合物系太陽光発電パネルのメリット・デメリットと代表的な種類
化合物系太陽光発電パネルは、シリコン以外の複数の元素を組み合わせた半導体材料を用いた太陽光パネルです。
代表的な材料には、銅・インジウム・ガリウム・セレンなどがあり、薄膜構造で製造されるケースが多いのが特徴です。シリコン系とは異なる特性をもつため、設置環境や用途によっては高い性能を発揮します。
化合物系太陽光発電パネルは、比較的高い発電効率が期待できる一方で、使用する材料や製造方法によってコストや供給面に差が出やすい点には注意が必要です。また、製品ごとに適した設置条件が異なるため、導入時には用途や設置場所との相性を見極めることが重要となります。
化合物系太陽光発電パネルには、価格と性能のバランスに優れたタイプや特定用途に特化した高性能タイプなど、いくつかの種類があります。次に、代表的な化合物系太陽光発電パネルの種類を、それぞれ特徴とともに紹介します。
4-1. 低価格で発電効率が良い「CIS・CIGS」
CISは「Copper Indium Selenium」の略で、銅・インジウム・セレンの複数の元素を組み合わせた太陽光発電パネルを指します。CIGSは、これらの元素にガリウムを追加した太陽光発電パネルです。CIS、CIGSともに高温時でも発電効率の低下が少ないという特徴をもっています。
シリコン系よりも低コストで製造可能なため、今後はCIS、CIGSが主流になるという予想も一部あります。現在は発電効率に課題が残っていますが、開発・普及が進めば住宅用でも多く見かけるようになるかもしれません。
4-2. レアメタルを多用した「GaAs（III-V）」
GaAsはガリウムのヒ化物の組成式で、レアメタルを多用した超高性能タイプの太陽光発電パネルを指します。約40%というトップクラスの発電効率を有し、高温でもロスが少ないことから安定して性能を発揮できるのが特徴です。
レアメタル使用率の高さから製造コストが高く、価格も高価というデメリットがあります。現在は人工衛星などでしか用いられていませんが、コスト低減の研究が進んでいるため今後は住宅用として販売される可能性もあるでしょう。
4-3. 欧米で普及している「CdTe」
CdTeはテルル化カドミウムを多用した太陽光発電パネルです。発電効率とコストパフォーマンスに優れている一方で、カドミウムが有害物質であるという問題を抱えています。
欧米では普及が進んでいますが、安全性や環境対策への配慮から日本国内では現在製造していません。毒性が強いカドミウムの問題が解決すれば今後日本でも取り扱う可能性はあるかもしれませんが、現状は選択肢には入らないでしょう。
5. 有機系太陽光発電パネルのメリット・デメリットと代表的な種類
有機系太陽光発電パネルは、有機材料を用いて発電する比較的新しいタイプの太陽光パネルです。
従来のシリコン系や化合物系とは異なり、軽量で柔軟性に優れた構造を実現できる点が大きな特徴とされています。現在は研究開発や実証実験の段階にある技術も多く、実用化に向けた取り組みが進められています。
一方で、発電効率や耐久性、量産体制といった面では課題も残されており、導入にあたっては用途や目的を慎重に検討する必要があります。ただし、設置場所の自由度が高く、将来的には新たな活用シーンが広がる可能性もあるため、次世代の太陽光発電技術として注目されています。
ここからは、有機系太陽光発電パネルの代表的な種類について、それぞれの特徴とともに紹介します。
5-1. デザイン性と低コストが期待される「色素増感」
色素増感は、光を吸収する色素を用いて発電する有機系太陽光発電パネルです。比較的シンプルな構造で製造できることから、低コスト化が期待されている点が特徴です。
また、発電層に色素を使用するため、色やデザインの自由度が高く、建材や意匠性を重視する用途への活用が検討されています。現在は主に研究段階にあり、耐久性や長期安定性の向上が課題とされています。
5-2. 次世代の本命と注目される「ペロブスカイト」
ペロブスカイトは、有機金属ハロゲン化物を用いた太陽光発電パネルで、有機系の中でも特に注目を集めています。薄膜で軽量な構造を実現できるほか、発電効率の向上が急速に進んでいる点が特徴です。
曲面や壁面など、従来の太陽光発電パネルでは設置が難しかった場所への応用も期待されています。一方で、耐久性や量産技術の確立が今後の課題とされています。
5-3. 軽量で柔軟性に優れた「有機薄膜」
有機薄膜太陽電池は、有機材料を薄膜状に加工して発電するタイプの太陽光発電パネルです。非常に軽量で柔軟性が高く、持ち運びやすい点が特徴となっており、可搬型電源や特殊な設置環境での活用が想定されています。
ただし、発電効率や耐候性の面では改善の余地があり、現時点では限定的な用途での利用が中心となっています。
6. 住宅用/産業用太陽光発電パネルとしておすすめの種類は？
太陽光発電パネルには、長年にわたり実用化されてきたものから、比較的新しく登場したもの、さらには現在研究開発段階にあるものまで、さまざまな種類が存在します。近年は、新技術を用いた太陽光発電パネルも増えており、発電効率の高さから魅力的に感じる方も多いでしょう。
しかし、住宅やオフィス、工場などに設置する太陽光発電パネルは、短期間で交換する設備ではなく、10年以上にわたって長期的に使用されるケースが一般的です。そのため、発電効率の数値だけでなく、長期間にわたり安定した性能を維持できるかどうかが重要な判断基準となります。
こうした観点から見ると、これまでに多くの導入実績があり、技術的にも成熟しているシリコン系太陽光発電パネルは、住宅用・産業用のいずれにおいてもおすすめの種類と言えます。実績と信頼性を重視した選択は、長期的な満足につながるでしょう。
7. 太陽光発電パネルの選び方
太陽光発電パネルを自宅やオフィス、工場などに設置する際は、種類や発電効率だけでなく、長期的な視点で総合的に判断することが重要です。
太陽光発電は一度導入すると長期間使用する設備であるため、初期費用だけに目を向けず、運用後のコストやサポート体制まで含めて検討する必要があります。
そこで次に、太陽光発電パネルを選ぶ際に押さえておきたい3つのポイントを紹介します。
7-1. 必要コストと投資回収期間
太陽光発電パネルの導入では、パネル本体の価格だけでなく、設置工事費や周辺機器の費用も含めた初期コストを把握することが大切です。
また、発電した電気をどの程度自家消費できるのか、売電収入がどれくらい見込めるのかによって、投資回収にかかる期間は大きく変わります。導入後のランニングコストも考慮し、無理のない回収計画を立てましょう。
7-2. 設置場所と発電量・発電効率のバランス
適切な太陽光発電パネルの種類や必要枚数は、屋根や敷地の広さ、方角、日照条件によって異なります。太陽光発電パネルの性能を最大限に活かすためには、設置場所との相性が非常に重要です。
発電効率の高いパネルほど設置面積を抑えやすい一方で、コストが高くなる傾向もあります。発電量と費用のバランスを踏まえた選択をすることで、失敗リスクを大きく軽減させられるでしょう。
7-3. メーカーによる保証・サポート体制
太陽光発電パネルは長期間使用する設備であるため、メーカーの保証内容やサポート体制も重要な判断基準です。出力保証や製品保証の期間、故障時の対応体制などを事前に確認しておくことで、導入後のトラブルを防ぎやすくなります。
実績のあるメーカーを選ぶことは、安心して長く使い続けるための重要なポイントと言えるでしょう。
8. 太陽光発電と併設も多い蓄電池の種類とそれぞれの特徴
蓄電池は太陽光発電システムと相性が良く、併用することで発電した電力をより有効に活用できるようになります。
蓄電池に搭載されている電池は、主に「鉛蓄電池」「ニッケル水素電池」「リチウムイオン電池」「NAS電池」の4種類です。向き不向きや使用可能サイクルに違いがあるため、用途に合っているかよく検討して選びましょう。
8-1. 長寿命が魅力の「鉛蓄電池」
鉛蓄電池は、1859年に開発されてから150年以上使われている蓄電池です。「容量あたりの価格が安い」「蓄電池の中でも寿命が長い」など、コストパフォーマンスの良さが魅力と言えるでしょう。動作の安定性も良好で信頼性が高いため、現在もさまざまな分野で採用されています。
しかし、鉛蓄電池は過放電に弱く、電力が空になった状態で放置すると劣化が早まることには注意しましょう。特に寒冷地では破損するケースがあることや、サイズが大きく重量もあることから取り回しが悪いことにも考慮する必要があります。
8-2. 充電や放電速度に優れた「ニッケル水素電池」
ニッケル水素電池は、かつて広く使われていたニカド電池の欠点をカバーする性能を備えている電池です。頑丈で放電性能が安定しているニカド電池のメリットをそのままに、安全性が向上しました。使用できる温度域や、充電・放電の速度とパワーも向上して、さらに活躍の場を広げています。
しかし、ニカド電池のメモリー効果が発生する欠点は克服できておらず、電力を使い切らないで充電すると最大容量が低下することが難点です。
8-3. 小型で軽量の「リチウムイオン電池」
リチウムイオン電池は、スマートフォンやノートパソコンなどでよく使われている蓄電池です。ニカドやニッケルの欠点だったメモリー効果が起こらず、それらに比べさらに多くの電気を蓄えられるようになっており、蓄電池の主流になっています。小型軽量化されているため、持ち運びがしやすいのも大きなメリットです。
しかし、高温環境下では劣化が進行しやすい特性があるため、長く使い続けるためには使用する環境に気を付ける必要があります。
8-4. 産業用蓄電池として活躍している「NAS電池」
NAS電池は主に工場などの大規模な施設で用いられる産業用蓄電池です。メガワットクラスの電力をためられる容量の大きさが特徴で、鉛電池と同等の寿命の長さがあります。従来の蓄電池よりも小型化されているため、取り回しも良好です。
しかし、危険物に指定されている物質を使用していることや、動作温度が限られていることから、安全性に配慮してしっかりと管理する必要があります。
9. 蓄電池の設置方法や接続方法の種類
太陽光発電パネルと併用する家庭用蓄電池には、素材の違いだけでなく設置方法や接続方法にも種類があります。種類によって機能性に大きな違いがあるため、機種を選ぶ際は種類ごとの特徴を把握して慎重に決めましょう。
ここからは、家庭用蓄電池の主な設置方法や接続方法の種類を解説します。
9-1. 設置方法の種類
まず、蓄電池の設置方法は「定置型」と「ポータブル型」の2種類に大別できることを覚えておきましょう。
定置型は、スペースを確保して据え置きするタイプです。屋内と屋外に置くタイプがあり、設置する際は業者による工事が必要となります。
一方のポータブル型は、家庭用電源から充電できる小型の機種です。工事が不要で気軽に導入できますが、容量が少ないため長時間の運用には向いていません。
9-2. 接続方法の種類
定置型の場合、接続方法には「特定負荷型」と「全負荷型」の2種類があります。
特定負荷型は、分電盤の内部で回路の接続先を選択し、住宅内の指定したエリアのみに電力を供給するタイプです。冷蔵庫やテレビなどの必需品に必要最低限の電力を供給するのに適しているでしょう。
一方の全負荷型は、住宅全体に電力を供給します。停電時でも平時とほぼ同様に電化製品を使用でき、ほとんどの機種が200Vエアコンに対応可能です。
10. 太陽光発電システムを選ぶならリベラルソリューションで！
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まとめ
現在国内で実用化されている太陽光発電パネルは、発電効率の良いシリコン系と暑い時期に発電効率の低下が少ないCISなどの化合物系に分けられます。蓄電池は小型で軽量、寿命の長いリチウムイオン電池が主流です。
太陽光発電パネルや蓄電池にはさまざまな種類があり、それぞれが異なった特徴をもっているため、種類ごとの特徴を確認し、設置環境などに適した機種を選ぶことが大切です。太陽光発電システムのことなら、豊富な実績と充実したサポートのリベラルソリューションにお任せください。
