太陽電池: 現在、最高の技術と最高のパフォーマンスを提供する太陽電池モジュールはどれですか?

太陽電池の技術開発は急速に進歩し続けています。 昨日は超近代的で革新的だったものが、明日には時代遅れになることはよくあります。 技術の進歩によりシステムの安定性と効率性はますます高まっており、これが太陽光発電の電力需要の増加につながっています。 この傾向は、気候保護法とドイツが 2045 年までに目指す気候中立性によってさらに促進される可能性があり、そのため、今後数年間で再生可能エネルギーの大幅な成長が期待されます。

さまざまな種類の太陽電池モジュールは、太陽光発電技術の効率において重要な役割を果たします。 この国では、太陽光発電システムで主に使用されているモジュール タイプが特に 4 つあります。 それぞれのメリット・デメリットや見方を紹介します。

太陽電池モジュール：どんな種類があるの？

PV モジュールの種類は、技術設計における大きな違いによって特徴付けられます。 つまり、パフォーマンス、使用期間、コストの点でまったく異なる結果が得られます。 以下で詳しく見ていきたいと思います。

• ガラス-ガラス/二重ガラスモジュール
• 多結晶モジュール
• 単結晶モジュール
• 薄膜モジュール
• CIS/CIGSモジュール

両面セル技術を備えたガラスモジュールを使用すると、モジュールの前面と背面の両方で光が取り込まれます。 光の使用量を増やすと、モジュールの効率が向上します。

に適し：

• 両面、両面または両面太陽電池 - 太陽電池モジュールに関する興味深い情報
• BSC – 両面太陽電池: 両面または両面太陽電池の歴史
• ソーラーモジュール: 効率を高め、発光効率を高めるための両面受光/両面モジュール – アドバイス、計画、ソリューション

多結晶 PV モジュールは、関連する単結晶モジュールと同様、シリコンで作られています。 これを溶かした後、細長い四角い型に流し込み、ゆっくりと冷却します。 得られた結晶構造は、さらなる製造ステップで分割され、多結晶太陽電池を形成するディスクに分解されます。 視覚的には、印象的な青色が特徴です。

このプロセスには比較的安価であるという利点があり、そのため、多結晶 PV モジュールは長い間最も広く使用されている太陽電池の 1 つでした。 このテクノロジーは長期間にわたって運用が試行され、テストされているため、非常に信頼性が高くなります。 このシステムは故障しにくいだけでなく、耐用年数も長いです。 しかし、製造工程上、個々の結晶の境界層にブレが発生するという欠点があります。 これは、これらの太陽電池の効率が 12 ～ 16% の中間範囲にすぎないことを意味します。 これにより、必要なスペースが増加し、効率が低下します。

多結晶モジュールと単結晶モジュールに共通する 2 つのさらなる欠点は、比較的重量が重いことと、拡散照明条件や高温での性能の低下です。

単結晶モジュールもシリコンでできています。 多結晶構造とは対照的に、シリコンは 2 回目に溶解され、柱状の単結晶 (したがって「モノ」) が作成されます。 多結晶モジュールで観察される摩擦損失の影響を受けません。 これにより、ダークブルーからブラックのきらめく太陽電池の効率が最大 20% 向上します。

単結晶モジュールは、故障の影響を受けにくいこと、およびその実装が数十年にわたって試行されテストされてきたことに加えて、必要なスペースが小さいことも特徴です。 ただし、これらのモジュールの製造コストは比較的高くなります。 これに加えて、比較的重量が重く、照明条件が悪い場合や高温では効率が低下します。

要約すると、両方の結晶モジュール形式が効果的に機能します。 ただし、効率が高いためスペースが限られている場合は、単結晶ソーラーモジュールの方が良い選択肢ですが、比較的重いです。 効率が高いため、価格が高いにもかかわらず、多結晶太陽電池よりも優れていることがよくあります。

しかし、多結晶モジュールは価格が最大 3 分の 1 (kWp あたり) 低いため、特にスペースの制限がない大型の PV システムにおいて、引き続き高い人気を誇っています。

名前が示すように、薄膜モジュールはその深さが非常に浅いことが特徴です。 薄膜モジュールは従来、アモルファスシリコンで作られた半導体を使用して製造されていました。 このシステムでは、通常はガラスで作られたキャリア材料が薄い層で蒸発します。 この工法は、薄膜太陽電池がシリコンウェーハで作られた 2 つの太陽電池モジュールよりも約 100 倍薄いことを意味します。

マイクロエレクトロニクス、太陽光発電、およびマイクロシステム技術では、ウェーハは厚さ約 1 ミリメートルの円形または正方形のディスクです。 これらは、単結晶または多結晶（半導体）ブランク、いわゆるインゴットから作られ、通常、集積回路（IC、「チップ」）、マイクロメカニカル部品、または光電コーティングなどの電子部品の基板（ベースプレート）として機能します。 マイクロエレクトロニクス部品を製造する場合、通常、複数のウェーハが 1 つのバッチにまとめられ、次々にまたは並行して処理されます。

これは、薄膜モジュールの最大の利点の 1 つでもあります。薄膜モジュールは軽量であるため、非常に柔軟かつ多用途に使用できるからです。 そのため、これらのモジュールは大規模な太陽光発電システムだけでなく、時計やその他の小型電気製品の発電にも長い間使用されてきました。 さらに、薄膜モジュールは製造が容易で、原材料の必要量が低いため製造コストが低く、その普及がさらに促進されました。 また、それらの性能曲線は、上記の 2 つの結晶モジュールほど、不利な照明条件でも平坦になりません。

ただし、幅の狭いモジュールには、他の太陽電池に比べて効率が大幅に低いという欠点があります。 これは最大 7% であるため、太陽光発電システムで使用するにはかなりのスペースが必要になります。 より高い効率を達成するために、メーカーは現在、テルル化カドミウム (CdTe) を使用した薄膜モジュールの製造に切り替えています。 この設計原理には、最大 8% というわずかに高い効率という利点があります。 もやや霧が多く、拡散光がある場所での使用に特に適しています。 しかし、ユーザーは価格の上昇と、モジュールに含まれるカドミウムのより高価なリサイクルのための解体時の追加費用を受け入れなければなりません。 コストの増加にもかかわらず、このより効果的なモジュール設計の使用が現在増加しています。

さらに、多くの企業が現在、銅-亜鉛-錫硫化物および硫黄（CZTS）を使用して製造された薄膜モジュールを研究しています。 この半導体材料は、その構築に希少で有毒な元素を使用する必要がないという点で、従来の薄膜太陽電池に比べて利点があります。 ただし、この技術が量産できるようになるまでには、おそらくしばらく時間がかかるでしょう。

これらのモジュールは特殊な形式の薄膜太陽電池であり、現在この分野では CdTe 型に次いで 2 番目に一般的なタイプです。 これらは、二セレン化銅インジウム (CIS) または二セレン化銅インジウム ガリウム (CIGS) の化合物をベースにしており、シリコンベースの薄膜モジュールよりも電気伝導性が大幅に優れています。 効率は 12 ～ 15% で、これは薄膜太陽電池の中で最も高い効率に相当します。 また、拡散光や高温での損失がほとんどなく、軽量で故障しにくくなっています。

これらの利点は、高価な製造とモジュールに含まれるセレンの複雑なリサイクルによって相殺されます。 さらに、これらのモジュールは比較的新しい存在であるため、システムの耐久性に関する長期的な経験はありません。 しかし、これらの太陽電池の生産が何年も停滞しているのは、主に価格が高いためです。

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