薄いものは何ですか

薄膜ソーラーパネルは、従来のシリコンセルの代わりに太陽電池（PV）材料の薄層を使用して太陽光を電気に変換します。 薄膜モジュールには、リジッド バージョンとフレキシブル バージョンの両方があり、キャンピングカーの屋根などの垂直面や曲面に簡単に取り付けられる粘着パネルもあります。

MarketWatch ガイド チームは、太陽光発電の購入プロセスをナビゲートするのに役立つように、トップの住宅用太陽光発電パネルをレビューしました。 さまざまな種類、コスト、理想的な用途など、薄膜ソーラー パネルについて詳しく学びましょう。

ソーラーパネルを製造するには主に2つの方法があります。 従来の PV モジュールは、回路内で配線された結晶シリコン (c-Si) セルのアレイで構成されています。 一方、薄膜パネルは、目に見えるセルに分割されていない単一層の太陽電池材料を使用します。 層はシリコン太陽電池パネルよりも 300 ～ 350 倍薄いため、薄膜パネルは従来のパネルよりもはるかに軽量になります。

シリコン パネルと同様に、剛性フレームを使用して薄膜材料を取り付けることができます。 または、裏面に粘着剤が付いている柔軟な基板 (プラスチックなど) に貼り付けて、さまざまな種類の表面に貼り付けることもできます。 たとえば、粘着パネルは湾曲した屋根を持つ RV (RV) に簡単に取り付けることができますが、硬質ソーラー パネルを取り付けるのはより困難です。

薄膜パネルは軽量で厚さが薄いため、ポータブルソーラーシステムなど、シリコン太陽電池には適さない用途にも使用できます。 しかし、薄膜パネルは効率が低く、従来のパネルと同じエネルギー出力を達成するにはより広い面積をカバーする必要があります。 ただし、薄膜パネルは結晶シリコン パネルよりも低い温度係数を達成できるため、その出力は温暖な気候の影響を受けにくくなります。

従来のソーラーパネルは、c-Siとして知られる結晶形のシリコンでできています。 薄膜パネルとは異なり、従来のパネルには単結晶 (単結晶) または複数の結晶 (多結晶) のシリコン ウェーハから切り出された太陽電池が含まれています。 薄膜パネルは、小さなシリコンセルではなく、PV 材料の全層で作られています。

薄膜ソーラーパネルは材料に基づいて分類できます。 主なタイプは次の 4 つです。

アモルファス シリコン (a-Si) パネルは、従来の太陽電池と同じ材料を使用します。 しかし、薄膜パネルの場合、シリコンは非結晶性または「アモルファス」構造になります。 これらのパネルは、従来の太陽電池モジュールよりもシリコンの使用量が少なく、その結果、より手頃な価格になります。 アモルファスシリコンパネルは、開発された最初の薄膜PV技術でした。 古い電卓やその他の小型機器で使用されているテクノロジーを見つけることができます。

アモルファス シリコン パネルの一般的なエネルギー変換効率は 6% ～ 8% ですが、最高の結晶シリコン パネルの効率は 23% に近づきます。

長所と短所

+ 軽量で手頃な価格 + 非毒性の材料を使用 + 剛性または柔軟な設計が可能 – エネルギー効率が低い – 設置後の効率の急速な低下 – 結晶シリコンパネルよりも寿命が短い

テルル化カドミウム (CdTe) パネルは、アモルファス シリコン パネルより効率が高く、9% ～ 15% の範囲です。 これらは薄膜太陽電池業界で最も人気のあるパネルであり、世界市場シェアの約半分を占めています。 First Solar は、CdTe パネルの大手メーカーの 1 つであり、このソーラー技術の開発に 15 億ドル以上を投資しています。

CdTe パネルの主な欠点は、非常に有毒な金属であるカドミウムが使用されていることです。 パネルが発電している場合、カドミウムはリスクにはなりません。 しかし、製造中に工場労働者が曝露されると危険となる可能性があり、廃棄が問題となります。

長所と短所

+ アモルファスシリコンパネルより効率が高い+ 製造コストと設置コストが低い+ 他の薄膜パネルより投資回収期間が短い – 有毒金属であるカドミウムを使用 – 結晶シリコンパネルよりも効率が低い – フレキシブル CdTe パネルは見つけるのが難しい

二セレン化銅インジウムガリウム (CIGS) パネルは、層状に配置されたさまざまな半導体材料を使用します。 CIGS パネルの一般的な効率は 12% ～ 14% で、CdTe パネルの性能に匹敵します。 CIGS テクノロジーは、スチール、アルミニウム、ガラス、プラスチックなどの複数の材料とも互換性があります。

CIGS 薄膜パネルの主な欠点は、生産コストが高いことであり、その結果回収期間が長くなります。 一部の CIGS パネルもカドミウムを使用しており、CdTe パネルと同じ環境問題を引き起こします。 しかし、メーカーはカドミウムをより安全な材料である酸化亜鉛に置き換えています。

長所と短所

+ アモルファスシリコンパネルより効率が高い+ 複数の材料と表面に対応+ 硬質および柔軟なパネルが利用可能 – 他の薄膜パネルより高価 – 多くの CIGS モジュールにはカドミウムが含まれている – 他の薄膜パネルよりも回収期間が長い

有機太陽光発電 (OPV) パネルは、太陽光発電特性を持つポリマーやその他の有機材料を使用してエネルギーを生成します。 OPV パネルの効率は約 11% で、a-Si パネルの効率よりも高くなります。 ただし、OPV パネルは CdTe および CIGS パネルよりも効率定格が低いのが特徴です。

有機材料は豊富で安価であるため、OPV パネルは非常に手頃な価格です。 しかし、有機太陽電池材料は、他の薄膜技術で使用される無機化合物よりも耐久性が劣ります。

長所と短所

+ 低コストの製造プロセス + 吸収体の多様性により多くの色が利用可能 + 有機 PV 材料は豊富で安全 – ほとんどの PV 技術よりも効率が低い – 無機太陽電池よりも寿命が短い

従来のソーラーパネルと薄膜ソーラーパネルを比較する場合、最適な選択肢は意図する用途によって異なります。 結晶シリコン パネルは、薄膜パネルに比べて 2 ～ 3 倍効率的に太陽光を電力に変換できるため、家庭や企業に最適なシリコン パネルとなります。 ただし、従来のパネルは硬くてかさばるフレームを備えており、重量が最大 40 ～ 50 ポンドになることがあります。

薄膜モジュールは軽量設計のため、車両や垂直面に適した選択肢です。 また、裏面に粘着剤が付いている柔軟な薄膜パネルもあり、従来のパネルが使用できない曲面にも使用できます。

薄膜ソーラーパネルのコストは通常​​、1 ワットあたり約 1 ～ 1.50 ドルです。 比較すると、従来のパネルを備えた太陽光発電システムのコストは 1 ワットあたり約 2.85 ドルです。

薄膜ソーラーパネルは効率が低いため、屋上設置では一般的に使用されません。 その理由の内訳は次のとおりです。

薄膜パネルは、ポータブルで小規模な用途、または垂直および曲面 (RV など) に適しています。 フレキシブル薄膜パネルは 100 ドル未満で個別に購入できます。 一部の太陽光発電キットには、太陽エネルギーを使用可能な電力に変換するための交流 (AC) および直流 (DC) コンセントを備えたバッテリーも含まれています。 ポータブル発電所の価格は、ワット数とバッテリー容量に応じて、1,000 ドル未満から 5,000 ドルまであります。

家庭や企業で大量の電力を生成するには、従来の PV モジュールを使用することをお勧めします。 設置するパネルの種類に関係なく、システム全体のコストを削減するために連邦太陽光税控除を申請できます。

薄膜パネルの取り付けの複雑さは、システム構成によって異なります。 一部の薄膜パネルは剛性フレームを備えており、屋上または地上設置システムで使用できます。 ただし、優良な太陽光発電会社は、この場合、平方フィートあたり 2 ～ 3 倍の電力を生成する従来のソーラー パネルを推奨する場合があります。

粘着性の薄膜パネルとポータブルソーラーキットは、自分でセットアップするのがはるかに簡単です。 これらのパネルは電圧とワット数が低いのが特徴で、ほとんどのシステムは DIY 設置用に設計されています。 ただし、高い表面に接着剤付きソーラーパネルを使用する予定がある場合は、専門家の設置を検討する必要があります。

すべての種類のソーラーパネルにはメンテナンスが必要です。 薄膜ソーラーパネルを定期的に掃除すると、表面に届く太陽光の量を妨げる可能性があるほこりが蓄積するのを防ぐことができます。 柔らかいブラシや布を使用し、傷の原因となる可能性のあるクリーニングツールは使用しないでください。 また、PV 材料やその他のコンポーネントを損傷する可能性のある化学洗浄剤も避けてください。

従来のソーラーパネルの設置に関する推奨事項は、薄膜太陽電池にも適用されます。 薄膜パネルを日陰のない場所に設置し、パネルを妨げる可能性のある木やその他の要素に注意すると、より多くの電力を生成できます。

薄膜パネルは、ポータブルで軽量な太陽エネルギー システムに最適です。 たとえば、薄膜パネルは、重量をあまり増やさずに車両 (キャンピングカーなど) で発電するための優れたオプションです。

一部の薄膜パネルは粘着性があり、垂直面や曲面に簡単に設置できます。 薄膜パネルは、さまざまな材料との互換性により、窓や屋根板などの建築要素と統合することもできます。 この概念は、建物統合型太陽光発電 (BIPV) として知られています。

薄膜パネルは、数キロワットの容量を持つ屋上または地上設置型太陽光発電システムには通常推奨されません。 薄膜パネルは、従来のパネルと同じ電力出力を生成するためにより広い面積をカバーする必要があり、耐久性が劣ります。 これらの理由から、従来のシリコン パネルは家庭への設置に最適です。

薄膜パネルは、軽量で厚みが薄いため、車両やその他のポータブル用途に最適です。 一部の薄膜パネルは柔軟性があり、裏面に粘着剤が付いており、RV の屋根などの垂直面や曲面に貼り付けることができます。 薄膜太陽電池は、従来のシリコンパネルよりも軽く、薄く、安価です。

ただし、薄膜パネルの効率ははるかに低くなります。 このため、薄膜パネルは一般に住宅の電力供給に最適な選択肢ではありません。

薄膜ソーラーパネルのコストは通常​​、1 ワットあたり約 1 ～ 1.50 ドルで、シリコン代替パネルよりも安価です。 ほとんどの薄膜太陽電池技術は低コストですが、CIGS パネルなどの一部の材料はより高価になります。 設置費用も用途によって異なります。 たとえば、粘着性の薄膜パネルは、ラック システムを備えた硬質パネルよりも設置がはるかに簡単です。

薄膜太陽光発電材料は数多くありますが、最も一般的なものは次のとおりです。

国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) も、高効率の有望な材料であるガリウムヒ素 (GaAs) を研究しています。 しかし、この太陽電池技術はコストが高いため、商業利用には障害となっていました。

薄膜太陽電池と従来の太陽電池はどちらも光起電力効果を利用しています。 太陽光やその他の光源にさらされると、光起電力材料内の電子がエネルギーを獲得して動き始めます。 これにより、発電に利用できる電圧と電流の出力が生成されます。 従来の太陽光発電システムは、複数のパネルを配線することで出力を結合し、住宅を稼働させるのに十分な電力を生成します。

レオナルド・デヴィッド電気機械エンジニア、MBA、エネルギー コンサルタント、テクニカル ライターです。 エネルギー効率と太陽光発電に関するコンサルティングの経験は、銀行、繊維製造、プラスチック加工、製薬、教育、食品加工、不動産、小売などの分野をカバーしています。 2015 年からはエネルギーとエンジニアリングのトピックに関する記事も執筆しています。

トリ・アディソンは、デジタル マーケティング業界で 5 年以上働いている編集者です。 彼女の経験には、非営利、政府、学術部門におけるコミュニケーションとマーケティングの仕事が含まれます。 本業はジャーナリストで、ニューヨークのハドソンバレーで政治やニュースをカバーするキャリアをスタートさせました。 彼女の仕事には、地方および州の予算、連邦財政規制、医療法に関する報道が含まれていました。