電力計算、太陽光パネルの発電効率と寿命

ソーラーパネルは、太陽光を吸収することによる光電効果または光化学効果を通じて、太陽放射を直接的または間接的に電気エネルギーに変換する装置です。ほとんどの太陽光パネルの主素材は「シリコン」です。光子はシリコン材料に吸収されます。光子のエネルギーがシリコン原子に伝達され、電子が遷移して自由電子となり、PN 接合の両側に蓄積して電位差が形成されます。外部回路がオンになると、この電圧の作用により、外部回路に電流が流れ、一定の出力電力が生成されます。このプロセスの本質は、光子エネルギーを電気エネルギーに変換するプロセスです。

ソーラーパネルの電力計算

太陽光交流発電システムは、ソーラーパネル、チャージコントローラー、インバーター、バッテリーで構成されています。太陽光直流発電システムにはインバーターは含まれておりません。太陽光発電システムが負荷に十分な電力を供給できるようにするには、電気機器の電力に応じて各コンポーネントを合理的に選択する必要があります。計算方法を紹介するには、例として 100W の出力電力を 1 日 6 時間使用した場合を示します。

1. まず、1 日あたりの消費電力量 (インバーターの損失を含む) を計算します。インバーターの変換効率が 90% の場合、出力電力が 100W のとき、実際の出力電力は 100W/90 % になります。 =111W;1日5時間使用した場合、出力電力は111W*5時間=555Whとなります。

2. ソーラーパネルの計算：1日の有効日照時間6時間に従い、充電効率と充電プロセス中の損失を考慮すると、ソーラーパネルの出力電力は555Wh/6h/70%=130Wとなります。このうち 70% は、充電プロセス中にソーラーパネルによって使用される実際の電力です。

太陽光パネルの発電効率

単結晶シリコン太陽エネルギーの光電変換効率は最大24%で、これは全種類の太陽電池の中で最も高い光電変換効率です。しかし、単結晶シリコン太陽電池は製造コストが非常に高いため、まだ広く普及していない。多結晶シリコン太陽電池は、単結晶シリコン太陽電池に比べて製造コストが安いが、光電変換効率は非常に低い。また、多結晶シリコン太陽電池の寿命も単結晶シリコン太陽電池に比べて短い。。したがって、コストパフォーマンスを考えると、単結晶シリコン太陽電池の方が若干優れています。

研究者らは、いくつかの化合物半導体材料が太陽光の光電変換膜に適していることを発見した。例えば、CdS、CdTe;III-V族化合物半導体：GaAs、AIPInPなど。これらの半導体を用いた薄膜太陽電池は良好な光電変換効率を示します。複数の勾配エネルギーバンドギャップを持つ半導体材料は、太陽エネルギー吸収のスペクトル範囲を拡大し、それによって光電変換効率を向上させることができます。そのため、薄膜太陽電池の多くの実用化が幅広い展望を示しています。これらの多成分半導体材料の中でも、Cu(In,Ga)Se2 は優れた太陽光吸収材料です。これに基づいて、シリコンに比べて光電変換効率が大幅に高い薄膜太陽電池の設計が可能となり、達成可能な光電変換率は18％となる。

ソーラーパネルの寿命

ソーラーパネルの耐用年数は、セル、強化ガラス、EVA、TPTなどの材質によって決まります。一般に、より優れた材料を使用しているメーカーが製造したパネルの耐用年数は25年に達しますが、環境の影響により、太陽電池 ボードの材質は時間の経過とともに劣化します。通常の状況では、20 年間使用すると出力は 30%、25 年間使用すると 70% に減衰します。