ソーラーパネル : ソーラーパネルはどれくらい効率的ですか？

ソーラーパネルの効率に影響を与える要因

今日のほとんどのソーラーパネルのエネルギー効率は11〜15％で、これは使用可能な電力に変換された太陽エネルギーの割合です。

これはわずかな割合に見えるかもしれませんが、太陽エネルギー技術の進歩は絶えず行われており、最新のパネルはほとんどの住宅およびビジネスニーズのエネルギー要件を十分に満たすことができます。

研究者たちは、今日、太陽光発電技術の性能を向上させるために絶えず取り組んでいます。

科学者たちは、電磁スペクトルでさまざまな波長の光を収集するように調整された多接合セルを使用することにより、40％の記録的なパフォーマンスを達成しました。

屋根が小さく、スペースが限られている場合は、より効率的なソーラーパネルが最適なオプションです。

これらのパネルは効率が高いため少し高価かもしれませんが、それでもエネルギー需要を満たします。

ただし、より多くのスペースがある場合は、効率が低く安価なパネルでエネルギーのニーズを満たすことができ、設置にかかる費用を節約できる可能性があります。

パネルの全体的なコストとキロワット出力を考慮すると、設置に最適なものを決定するのに役立ちます。

太陽電池に当たる太陽のエネルギーのすべてが電気に変換されるわけではありません。

その大部分は失われます。ソーラーパネルの設計におけるさまざまな要因が、セルが集めた太陽光を変換する能力に貢献しています。

次の要素を考慮して設計することで、パフォーマンスを向上させることができます。

周波数

光は、広範囲の波長とエネルギーを持つ光子またはエネルギーパケットで構成されています。

地球の表面に到達する太陽光の周波数は、紫外線から可視光線、赤外線までさまざまです。

光がソーラーパネルの表面に当たると反射するフォトンもあれば、直接通過するフォトンもあります。

吸収された光子の一部は、エネルギーが熱に変換されます。

残りの部分には、電子を原子結合から分離するのに十分なエネルギーがあり、自由電子と電流が発生します。

組換え

負に帯電した電子などの「電荷キャリア」は、半導体を横切って流れ、電流を流すことができます。

「ホール」は、材料内に電子が存在しないことを意味し、正の電荷キャリアとして機能する別のタイプの電荷キャリアです。

電子が正孔と衝突すると、電子は再結合して電流への寄与を打ち消す可能性があります。

光によって生成された電子と正孔が衝突し、再結合し、光子を生成する直接再結合は、ソーラーパネルで電力を生成するプロセスを逆転させます。

これは、効率を制限する主な要因の1つです。間接的な再結合は、電子または正孔が不純物、結晶構造の欠陥、またはそれらが再結合して熱エネルギーを放出することを可能にする界面と接触したときに発生します。

温度

通常、ソーラーパネルは低温で最高の性能を発揮します。

温度が上昇すると、半導体の特性が変化し、電流はわずかに増加しますが、電圧は大幅に低下します。

温度が上昇すると、セルやその他のモジュールの材料が損傷し、動作寿命が短くなる可能性があります。

セルに当たる太陽光の大部分が熱に変換されるため、適切な熱抵抗により性能と寿命が向上します。

反射

ソーラーパネルの性能は、その表面から反射される光の量を減らすことによって改善することができます。

たとえば、未処理のシリコンは、入射光の30％以上を反射します。

反射防止コーティングとテクスチャー加工された表面は、反射を減らすのに役立ちます。

高効率セルの色は濃い青または黒になります。

ソーラーシェーディング

ソーラーパネルは日よけに対して非常に脆弱です。

完全または部分的なシェーディングは、エネルギー供給能力に大きな影響を及ぼし、効率の低下と電力損失につながる可能性があります。

ソーラーパネルのセルは通常、直列に接続されて、より高い電圧を生成し、したがって適切な量の電気を生成します。

ただし、シェーディングが発生すると、この構造にはいくつかの制限があります。

単一の太陽電池が遮光されている場合、シリーズ全体の電流は、最小の電流を生成するユニットによって決定されます。

セルがシェーディングされると、シリーズ全体が効果的にシェーディングされます。バイパスダイオードは、電力損失を防ぐために設置で一般的に使用されます。

太陽電池はバイパスダイオードと並列に配線されています。

太陽電池が日陰になると、バイパスダイオードが電流経路を提供し、太陽電池の統合シーケンスがより低い電圧で電気を生成できるようにします。

ソーラーパネルの効率の決定

研究者は、太陽電池の効率を測定して、太陽電池が生成するエネルギー量を予測します。

電流と電圧の積は電気です。ソーラーパネルの電気的特性は、電流と電圧の関係を使用して測定されます。

セルまたはモジュールの2つの端子間に特定の「負荷」抵抗が接続されると、生成される電流と電圧が調整されます（2点間の導体を流れる電流は、2点間の電位差に正比例します）。

効率は、セルの温度を一定に保ちながら、セルを安定した基本量の光にさらし、さまざまな負荷抵抗に対して生成される電流と電圧を定量化することによって評価されます。

ソーラーパネルの性能の計算

あなたの家のための太陽光発電に関しては、あなたは投資の最大の利益を得たいと思うでしょう。

しかし、どのソーラーパネルが最もエネルギーを生成しますか？

答えは、パネルのサイズ、パネルが太陽光を電力に変換する効率、パネルが受け取る太陽光の量、太陽に対するパネルの配置、およびさまざまな要因など、さまざまな要因によって決定されます。他の変数。

パネルの標準試験条件

ソーラーパネルの発電量の標準的な測定値は、標準テスト条件（STC）と呼ばれる通常の条件下でパネルをテストすることによって決定されます。

STCは、露光量、向き、パネル温度などの一般的な条件に基づいて、ソーラーパネルの発電量を計算します。

STCによると、250ワットのパネルは、25°Cで動作しているときにパネルの太陽光が1平方メートルあたり1000ワットの場合、250ワットの電力を生成します。

STCの下では、太陽光発電会社は、市場に出回っている出力を満たすかそれを超える太陽電池を製造する必要があります。

ソーラーパネルが生成するエネルギー量に影響を与えるもう1つの要因は、その効率です。

たとえば、効率が20％のパネルは、それに当たるすべての光の20％を電気に変換します。

より多くの太陽光は、より高い性能評価のパネルによってエネルギーに変換されます。

ソーラーパネルの大部分は、15％から18％の範囲の効率評価を持っています。

ただし、実際の条件はSTCとは異なるため、標準のパネルが市販の最適な出力を生成することはめったにありません。

たとえば、ソーラーパネルの温度が25°Cで一定になることはめったにありません。

ソーラーパネルの大部分は、周囲の空気よりも20°C高温です。言い換えれば、外気温が20°Cの場合、ソーラーパネルの温度は約40°Cになる可能性があります。

温度はソーラーパネルの効率に影響を与えます。

公称動作セル温度（NOCT）と最大電力温度係数（Pmax）の温度係数は、ソーラーパネルから得られるエネルギー量を決定する際に考慮すべき2つの重要な数値です。

NOCTは、20°Cの温度で800W / m2の太陽活動（中程度の太陽に相当するエネルギー）にさらされたときにパネルが到達する温度です。

Pmaxの温度係数は、25°CのSTC温度を超える摂氏ごとにソーラーパネルによって失われるエネルギーのパーセンテージです。

ソーラーパネルのパフォーマンスレベル（理想的な効率ではなく）を評価するには、25°CのSTC温度からソーラーパネルの温度を引き、その数値にPmaxの温度係数を掛けます。

この見積もりは負のパーセンテージになり、最初のパフォーマンス評価から差し引くことができます。

標準対プレミアムソーラーパネル

ソーラーパネルを設置する場所を決定するときは、効率の評価を念頭に置いてください。できれば、高効率のソーラーパネルを入手して、日当たりの良い場所に設置できることが望ましいでしょう。

それでも、パネルは日当たりの良い場所に設置してください。

パネルは最大の露出を受けるため、平均的または比較的低効率の評価でパネルを設置することで逃げることができるかもしれません。

十分な日光が当たらない場所にパネルを設置するとします。

その場合、特に屋根のスペースが限られている場合は、得られる電力量を最適化するために、より高いパフォーマンス評価のパネルに投資することをお勧めします。

ソーラーパネルの劣化率は、その性能に影響を与えるもう1つの要因です。ソーラーパネルは、時間の経過とともに発電量が少なくなります。

劣化率は、エネルギーを生成する能力を失う率です。

劣化、時間、およびソーラーパネルの効率

ソーラーパネルをより効率的にすることに貢献した多くの進歩がありました。

これらの進歩は飛躍的に発展し、クリーンな太陽エネルギーが以前よりもはるかに多くの人々にとって実行可能な選択肢になりました。

ソーラーパネルメーカーごとにパネルの製造方法が異なるため、パネルごとに劣化率が異なります。

調査によると、ソーラーパネルの性能は約0.8％低下します。

言い換えれば、1年後、ソーラーパネルは新品時の99.2％の電力を生成します。 10年後、それはそれが新しいときそれがした電力の92％を生成するでしょう。等々。洗練されたソーラーパネルは、おそらくはるかに遅い速度で劣化します。 0.3％という低い劣化率を主張する人さえいます。

ソーラーパネルを配置する環境も、エネルギー出力に影響を与えます。

パネルが集める太陽光が多ければ多いほど、パネルはより多くの電力を生成できます。

ソーラーパネルが背の高い木やその他の構造物で覆われた場所に配置されている場合、ソーラーパネルは可能な限り多くの電力を生成しません。

調査によると、20〜30％のシェーディングにより、発電量が30〜40％減少する可能性があります。

同様に、ソーラーパネルが汚れていたり、ほこりっぽい場合、または雪、葉、その他の破片で覆われている場合、ソーラーパネルはきれいなときほど多くの電力を生成しません。

インバーターは、発電に影響を与えるもう1つの重要なソーラーパネルコンポーネントです。

インバーターは、直流（DC）電気を交流（AC）（家庭で使用するタイプ）に変換します。

インバーターの効率によって、AC電気に変換されるDCエネルギーの量が決まります。

最も効率的なタイプはトランスレスインバータです。

ただし、アレイ全体ではなく多数のソーラーパネルに接続する新しいマイクロインバーターとパワーオプティマイザーは、パネルごとに電力を増やすのに役立ち、より大きなマルチパネルアレイに適したオプションになります。

発電は、パネルがシステム内でどの程度適切に配置されているかによっても影響を受けます。さまざまな電圧パネルが相互接続されている場合、アレイ全体が最も低い電圧のパネルを使用するため、システムの効率が低下します。

ソーラーパネルからどれだけのエネルギーを生成するかを決定する際に考慮すべき多くの要因があります。

成功を確実にするための最良の方法は、高効率のパネルを製造することで知られている認定会社から購入し、最も多くの日光を受けるようにパネルを配置することです。

ソーラーパネルの種類と効率

ソーラーパネルの効率を構成するさまざまな要素がありますが、以下にそれらを詳しく説明します。

単結晶シリコンパネル

単結晶または単一のシリコンパネルは、間違いなく、今日利用可能な最も効果的なタイプの太陽光発電ソーラーパネルです。

これらの正方形のパネルは、屋根に取り付けられる太陽光発電システムに適しています。

設計に使用されるシリコン含有量が高いため、他のタイプのパネルよりもコストがかかります。

より多くの太陽エネルギーが電気に変換されるため、ほとんどの屋根構成では、同じエネルギー要件を達成するために必要なパネルが少なくて済みます。

多結晶シリコンパネル

多結晶または多層のシリコンパネルはシリコンの使用量が少ないため、多くの場合、より効率的な対応するパネルよりも安価です。

効率の低下を抑える設計を採用しているため、屋根に取り付けられたシステムで使用できます。

それらはより安価であるため、より大きなプロジェクトや設置に適しています。

多結晶シリコンパネルは、より耐熱性もあります。

統合された太陽光発電パネルの構築

建物の外観は非常に重要です。

たとえば、歴史的建造物の所有者や独特の美的デザインを持つ建物の所有者は、太陽光発電システムを設置することによって建物の独自性を歪めることに気が進まない場合があります。

建物に統合された太陽光発電は、ソーラーパネルが引き起こす可能性のある美的変化に対抗するのに役立ちます。

それらは従来の屋根の外観を保持しているかもしれませんが、これらのパネルは他のものよりも高価で効率が悪いです。

薄膜太陽電池技術

薄膜電池は、金属屋根やガラス窓などの既存の材料に接着された薄いPV電池膜の1つまたは複数の層を含む新しい太陽電池技術です。

これらの太陽光発電フィルムは非常に薄いため、他のソーラーパネルよりも軽量で柔軟性があります。

薄膜技術は非常に用途が広いですが、欠点がないわけではありません。

薄膜システムは、従来のソーラーシステムよりも効率が低く、劣化が早いですが、技術が進歩するにつれて改善しようとしています。

ソーラーパネルの効率に影響を与える他の要因

これらの要因は、パネル自体の効率には影響しませんが、太陽光発電システムが家庭で使用するための電力をどれだけうまく生成するかに影響します。

ソーラープラン

重要な点で、ソーラープランは効率を決定するのに役立ちます。

ソーラープランは、ソーラーパネルの性能を上げたり下げたりするのではなく、ソーラーパネルの費用対効果を評価するのに役立ちます。

あなたはあなたとあなたの特定の状況のための最良の取引を見つけたいと思うでしょう。

太陽エネルギーシステムの設計

設計は、太陽電池パネルの効率を決定する上で重要な考慮事項です。

ソーラーパネルが適切に設置されていないと、要件を満たすのに十分なエネルギーを生成できない可能性があります。

自宅の改善

あなたの家をよりエネルギー効率の良いものにすることはあなたのソーラーパネルがあなたが必要とする電力をあなたに提供するのを助けるもう一つの救済策です。

たとえば、電気温水器を使用している場合、かなりの量の電気が私たちの水を加熱するために使用されます。

ヒートポンプ式の電気温水器に切り替えると、場合によっては電気を節約できます。

電気は、食器洗い機、洗濯機、衣類乾燥機、エアコンなどの電化製品にも使用されています。

これらのアプライアンスはすべて定期的にアップグレードする必要があります。

これは、毎年交換する必要があることを意味するものではありませんが、余裕があれば、先に進んで交換してください。

電化製品をアップグレードする以外に、ソーラーパネルを最大限に活用するために家の周りで他の多くの改善を行うことができます。

ソーラーパネルからの電気をより効率的に機能させるために、あなたの家をよりエネルギー効率の良いものにする方法を見つけてください。

平均日光曝露

一部の家は他の家よりもかなり多くの日光にさらされます。

これは庭に大きな木があるためかもしれません。それは、家が太陽を遮る背の高い構造物の隣にあるためである可能性があります。

天気の問題かもしれません。太陽があまり当たらない場所もあります。

それはあなたの家の向きやあなたの屋根の形でさえありえます。

いずれにせよ、日光への露出が変化すると、ソーラーパネルの出力も変化します。

同じ地域でも、これらの変化は家ごとにかなり異なる可能性があります。