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Jun 08, 2023

ソーラーパネル技術の最近の進歩

太陽光発電は 3 つの世代に分類され、材料特性に基づいてさまざまなサブタイプに分類されます。 第 1 世代と第 2 世代のセルには、高品質に関する問題があります。

太陽光発電は 3 つの世代に分類され、材料特性に基づいてさまざまなサブタイプに分類されます。 第 1 世代と第 2 世代のセルには、生産コストが高く、効率が低いという問題があります。

博士。 ラジ・シャーさん、 サロワ・シディクさんムリナレニ・ダス | ケーラー・インスツルメンツ

産業革命の始まり以来、化石燃料の二酸化炭素の排出により温室効果ガスが急速に増加しています。 2020年、中国、インド、米国、日本、その他の新興国は依然として世界最大の二酸化炭素排出国であった。 これらを合わせると、人口の 49.5%、世界の国内総生産の 61.8%、世界の化石燃料総消費量の 65.2% (BP, 2021(3))、および世界の化石二酸化炭素総排出量の 66.7% を占めます [1]。 気候変動に対する意識が高まるにつれ、よりクリーンで持続可能なエネルギー源への移行の重要性が高まっています。 太陽光発電は、経済的、環境的、社会的利点を兼ね備えていることに加えて、温室効果ガスや有害な副産物を排出しないため、より需要が高まっています。 太陽光発電は、その豊富さ、地域的な変動性、継続的なエネルギー供給、二酸化炭素排出量の削減、発電コストの低さなどの理由から、利用可能な多くの再生可能エネルギーの選択肢よりもはるかに実行可能であるように見えます[1]。 したがって、太陽光発電産業の市場は増加しています。

長年にわたり、太陽エネルギー技術は進歩してきました。 この改良と広範な適応により、太陽光発電はより安く、より効率的になることを意味します。 米国の全エネルギー生産量の約 4% が太陽光発電によるもので、これは 10 年前のほぼ 80 倍です。 新規発電容量全体の54％を占める。 その結果、太陽光発電業界は、2030 年までに全エネルギー生成量の 30% を達成するという目標を設定しました [2]。 現在、米国は世界で第 2 位の太陽光発電生産国であり、設置容量は 108.7 GWdc (2021 年) です。 2008 年以来、太陽光発電容量の生産量は 0.34 GWdc から 62.4 GWdc に増加し、10 年未満で 75 倍の増加を示しています [3]。 米国は太陽光発電の主要生産国として台頭しており、この記事では、最近の統計に基づいて将来の太陽光発電市場の展望について説明します。この記事では、太陽光発電の重要性の高まりと、2050 年までの実質ゼロ排出の達成にも光を当てます。米国は、階層分析プロセスと回帰分析を使用して、太陽光発電の可能性に基づいて 5 つの層に分類されています [3]。 図 1 は、2019 年の米国のエネルギー ミックスを示しており、化石燃料が依然として優勢であることがわかります。 しかし、予測によると、2050 年には太陽光発電が再生可能エネルギーの 48% を占めるようになり、現在の 9% が占めるようになる [3]。

図 1: 米国の一次エネルギー源 (2019 年) [3]。

太陽光発電は進行中のエネルギー転換に大きく貢献していますが、より高い効率を達成し、太陽電池の光損失、量子損失、電気損失を削減するには多くの改善が必要です。 あらゆる種類の損失を削減するには、セル製造と太陽電池モジュール製造の異なる、多くの場合高度な方法が必要です。 太陽光発電は 3 つの世代に分類され、材料特性に基づいてさまざまなサブタイプに分類されます。 第 1 世代と第 2 世代のセルには、生産コストが高く、効率が低いという問題があります。 たとえば、第 1 世代の単結晶太陽電池は、多結晶太陽電池よりも比較的高価です。 また、アモルファス シリコン PV セルの大きな欠点は、実験室で達成される最大効率が約 12% であることです。 この値は商業規模では 4 ～ 6% と大幅に低下します [4]。 色素増感太陽電池を含む第 3 世代の電池には多くの注目が集まっており、効率の傾向を見ると、今後数年間で効率が向上することが示されています。

色素増感太陽電池 (DSSC): DSSC は薄膜太陽電池のサブクラスであり、製造プロセスがそれほど複雑ではないため、シリコン太陽電池の優れた代替品であり、都市やその他の商業用途を妨げません。 光を効率的に収集し、再結合反応を低減し、電荷輸送能力を向上させ、色素のピックアップを増加させることができます。 DSSC の概略図を以下の図 2 に示します。