太陽光発電太陽エネルギー

太陽光発電

フランスの緯度、約45°で、太陽から潜在的に使用可能なエネルギーは年間1500kwh /m²であると推定されています。

フランスのサンシャインマップを見るフランスのDNI日射.

約10から15%の現在の歩留まりで、150から225kwh /m².anを取得します。


「統合されていない」と呼ばれるソーラーパネル。

太陽光発電の動作原理

太陽電池は半導体材料でできています。 これらは、太陽光がこれらの物質の電子を励起するため、太陽から供給されるエネルギーを電荷に変換し、それにより電気に変換することができます。 これらの材料の吸収曲線は、短波長からシリコンの場合1,1マイクロメートルの限界波長まで始まります。

シリコンは、太陽電池の主要コンポーネントです。

光電セルの物理(CEA Webサイトから取得)


光電セルの動作図。

シリコンは、その周辺層にXNUMXつの電子が存在することを特徴とする電子特性のために太陽電池の製造に選ばれました(メンデレイエフの表の列IV)。 固体シリコンでは、各原子はXNUMXつの隣接原子にリンクされており、周辺層のすべての電子が結合に関与しています。 シリコン原子がV列の原子(リンなど)に置き換えられた場合、電子のXNUMXつは結合に関与しません。 したがって、ネットワークを介して移動できます。 電子による伝導があり、半導体はn型ドープされていると言われています。 逆に、シリコンの原子が列IIIの原子(ボロンなど)に置き換えられた場合、すべての接続を実行するために電子が失われ、電子がこの不足を埋めることができます。 次に、ホールを介した伝導があり、半導体はp型ドープされていると言われます。 ホウ素やリンなどの原子はシリコンのドーパントです。

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n型半導体がp型半導体と接触すると、材料nの過剰電子が材料pに拡散します。 最初にドープされたn領域は正に帯電し、最初にドープされたn領域は負に帯電します。 したがって、ゾーンnとpの間に電界が生成され、ゾーンnの電子をはじく傾向があり、平衡が確立されます。 接合部が作成され、領域nおよびpに金属接点を追加することにより、ダイオードが得られます。
このダイオードが点灯すると、光子は材料に吸収され、各光子は電子と正孔を生成します(電子と正孔のペアについて説明します)。 ダイオードの接合部は電子と正孔を分離し、接点nとpの間に電位差を生じさせ、抵抗がダイオードの接点の間に配置されると電流が流れます(図)。

市場で利用可能な技術。

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現在のモジュールは、使用するシリコンのタイプによって異なります。

  • 単結晶シリコン:光起電力センサーは、プラスチックのエンベロープにカプセル化されたシリコン結晶に基づいています。
  • 多結晶シリコン:太陽光発電センサーは、シリコン多結晶に基づいており、単結晶シリコンよりも製造コストは低くなりますが、歩留まりもわずかに低くなります。 これらの多結晶は、電子品質のシリコンのスクラップを溶かすことによって得られます。
  • アモルファスシリコン:「スプレッド」パネルは、高い通電力を持つアモルファスシリコンでできており、柔軟なストリップで提供され、完全な建築統合を可能にします。

セルビルダー。

太陽電池を製造している60大企業は、世界市場のXNUMX%を共有しています。 これらは、日本企業のシャープと京セラ、アメリカの企業BPソーラーとアストロパワー、ドイツのRWEショットソーラーです。 日本は世界の太陽電池のほぼ半分を生産しています。

太陽電気エネルギーの応用

現在、主な用途は隔離された住居ですが、地震計などの科学機器にも使用されています。

このエネルギーを使用した最初の領域は宇宙領域です。 実際、衛星のほぼすべての電気エネルギーは太陽光発電によって供給されます(一部の衛星には小さなスターリングエンジンが搭載されています)。

メリット

  • 使用中の非汚染電気エネルギーであり、持続可能な開発の原則に沿ったものであり、
  • 再生可能なエネルギー源は、人間のスケールでは無尽蔵であるため、
  • 重要な電気ネットワークのない発展途上国でも、国内の電気ネットワークに接続できない山のような孤立した場所でも使用できます。


隔離された現場供給の例、グアドループのスーフリエール火山の太陽電池パネルを搭載した地震計。

デメリット

  • 太陽光発電のコストは高い技術に由来するため高く、
  • コストはピーク電力に依存し、ピークワットの現在のコストは太陽電池の約3,5ユーロまたは約550ユーロ/m²です。
  • 太陽電池の現在の歩留まりは非常に低く(一般向けで約10%)、したがって低電力しか供給されません。
  • 市場は非常に限られているが、開発中
  • 電力は日中にのみ生成され、最も高い需要は夜に生成され、
  • 電気の貯蔵は、現在の技術では非常に難しいものです(バッテリーの非常に高い経済的コスト)。
  • 寿命:20から25年、シリコンが「結晶化」してセルが使用できなくなってから、
  • 製造中の汚染:いくつかの研究では、セルの製造に使用されるエネルギーは20年間の生産期間中に決して利益をもたらさないと主張しています。
  • 同様に、寿命の終わりに:細胞のリサイクルは環境問題を引き起こします。

詳細:
- 太陽光発電のエネルギー収支
- フランスの太陽フィールドの地図
- 建物に組み込まれた太陽光発電システム(CEA文書)

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