新しいシリーズです。
この前、太陽光発電の動作チェックをした際にサーモビュアーという測定器を使いましたが、そこで得られるデータをより理解するために、まず太陽電池の動作説明のようなものから始めたいと思います。
目標はサーモビュアーで見られるセルのホットスポットと言われる現象を理解することです。
このためには太陽電池のセル、モジュール、ストリングの動作や関係を理解する必要があります。
できるだけ面倒な話は避けるつもりですが、難解であればご容赦ください。
まずセルの話からです。
よく教科書に載っている話ですが、太陽電池は半導体でできていて、そのpn接合が発電現象を持つことを利用しています。P層はプラスの性質を持つ層、n層はマイナスの性質を持つ層で、発電した電気はp層から流れだし、n層に帰っていきます。今の太陽電池は、p層が基板となって表面にn層がくるものが多いので、その構造で発電している様子を表すと下図のようになります。
さて、上の図は発電している状態ですが、下のように開放状態の時は電流が全く流れないのでエネルギーは消費されません。
また、下図のように短絡状態であっても、電流は流れても電圧はゼロなのでエネルギーは消費されません。
ここで上の3つの状態を比べた場合、発電状態の太陽電池は開放状態や短絡状態の太陽電池よりも温度が低くなります。
発電した電力を外部に供給している太陽電池は、外にエネルギーを出している分、温度が低くなります。
開放状態のものも、短絡状態のものも光を受けて発電はしますが、その電力を外で使うところがないので、結局、エネルギーは太陽電池の中で熱エネルギーに代わるので、温度は高くなってしまいます。
要するに、開放状態や短絡状態のものは、太陽の光を受けた分だけ太陽電池の温度が上昇するのに対し、発電して電気を外に供給しているものはその分だけ温度が低くなるわけです。
状況にもよりますが、太陽電池が太陽光を受けていると、温度は周辺より20-30度上がります。一方、太陽電池の効率は１０数％ですから、発電分のエネルギーを外に出している場合、３－４度ぐらい温度は下がります。この程度の温度差が生じても、熱的には大したことはありません。
しかし、これは太陽電池セルが一つだけで動作している時の話です。セルがいくつも組み合わさって、モジュールやストリングになると厄介なことになってきます。
次回からはその説明に入っていきます。
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