太陽電池のしくみ | 京極一樹の数学塾

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『図解ですっきり ラクラクわかる!
太陽電池のしくみ』

s_batteries.jpg著者:    京極一樹
発行所:   アスキー・メディアワークス
発行日:    2011/1/28
ISBN:     4048688146
頁数:    A5版216頁
本体価格:  ¥1,480(税抜)
発行部数:  5000部(2011/1/28現在)

はじめに
「1976年」は日本の太陽電池産業にとっては極めて意義の大きな年でした。この年は、日本で初めて人工衛星に太陽電池が搭載された年であるとともに、世界で初めて電卓に太陽電池が搭載された「ソーラー電卓」が発売された年でもあります。
1990年代になると、日本の太陽電池の性能がぐんぐん向上し、筆者もシャープの太陽電池を人工衛星に搭載するよう米国の衛星メーカーに売り込みを行ったことがあります。多分当時の変換効率は13%程度だったと思います。
昨年2009年に『電池が一番わかる』(技術評論社刊)という書籍を著作しましたが、今回はアスキーメディアワークスから「太陽電池」に絞った書籍の著作を依頼され、この20年間の太陽電池の進化の歴史を振り返ることができました。これは小生にとっては願ってもない機会でした。
最近はシリコン単結晶を使った太陽電池の変換効率が25%に迫り、化合物系太陽電池では36%に迫っています。そして安価で便利な有機系太陽電池や、理論効率60%の量子ドット太陽電池など、新しい種類の太陽電池もどんどん登場してきています。
かつては「最先端技術」であった太陽電池が、1994年からの住宅用太陽光発電システム導入のための補助金制度の開始により、やっと庶民の手に届くものになりました。しかしこの補助金が2005年に打ち切られ、一方ドイツでは世界に先んじて「フィード・イン・タリフ制度」を導入したため、導入量、生産量ともに長らく世界第1位であったポジションをドイツに奪われました。この「2005年」という年も日本にとっては忘れてはならない年でしょう。
本書は、「一般の方々が読みやすい太陽電池の本」「これから太陽光発電システムを導入しようかと考えている方の参考になる本」を目指しました。「バンドギャップ」のようなむずかしい言葉は一切使わないで解説しました。
本書が皆様の太陽電池の理解の一助となれば幸甚です。
2010年11月


第1章 太陽光発電とはどんなものか
1 太陽電池とはどんなもの?
2 太陽エネルギーはどれくらい利用できるのか
3 世界最初の太陽電池の用途は?
4 太陽電池は身の回りでどのように使われているのか
5 自動車と船で太陽電池はどのように使われているのか
6 ソーラーカー世界一は東海チャレンジャー
7 ゆっくりゆっくりソーラーシップは世界一周を目指す
8 夢をはぐくむソーラープレーン
9 住宅・公共施設などではどれくらい発電できるのか
10 海外では大型建築物に使われ始めた太陽光発電
11 太陽光発電所はどれくらいの規模なのか
[コラム] 最新世界ランキング太陽光発電所ベスト50

第2章 太陽電池のしくみ
1 太陽電池発見の歴史
2 太陽電池は半導体の組み合わせでつくられる
3 半導体が電気をつくる…太陽電池のしくみとは?
4 太陽電池の材料はどうしてシリコン、リン、ホウ素なのか
5 太陽電池にシリコン結晶が使われるのはどうしてか
6 太陽電池の変換効率とは何か
7 太陽電池の電力はどのように決定されるのか
8 太陽電池の変換効率が100%にならない理由は?
9 シリコン太陽電池の材料はどのようにつくるのか
10 シリコン単結晶はどうやってつくるのか
11 多結晶シリコンはどうやってつくるのか
12 アモルファス・微結晶シリコンはどうやってつくるのか
13 シリコンが不足しているとはどういうことか

第3章 シリコンを使った太陽電池
1 太陽電池にはどんな種類があるのか
2 それぞれの太陽電池にはどのような特徴があるのか
3 単結晶シリコン太陽電池の特徴とは?
4 最新の高効率単結晶太陽電池の開発動向
5 多結晶シリコン太陽電池の特徴とは?
6 アモルファスシリコン太陽電池の特徴とは?
7 微結晶シリコン電池と多接合型シリコン電池の種類
8 どのメーカーがどんな太陽電池を販売しているのか
9 多接合太陽電池の構造と課題
10 HIT太陽電池とはどんなものか
11 多結晶・微結晶とアモルファスを積層した太陽電池とは?
12 薄い・軽い・割れないFWAVE太陽電池
13 どんな太陽電池がもっとも優れているのか

第4章 シリコンを使わない太陽電池
1 化合物系太陽電池にはどんなものがあるか
2 化合物系太陽電池はどうして電気を起こせるのか
3 もっとも変換効率が高いのはGaAs/InGaAs太陽電池
4 高価な太陽電池を有効利用する集光型太陽電池
5 民生用にも使われている高効率のCIS/CIGS系太陽電池
6 コスト効率が最高レベルのカドミウムテルル太陽電池
7 印刷できるものもある有機系太陽電池
8 有機薄膜太陽電池は蒸着や塗布で製造できる
9 色素増感太陽電池は変換効率11%を達成済み
10 21世紀の太陽電池量子ドット太陽電池
[コラム] 変換効率50%の太陽電池搭載のスーパーカー

第5章 太陽電池市場の現状と日本の政策
1 太陽電池の種類ごとの市場はどうなっているのか
2 グリッドパリティとは何か
3 太陽光発電コストはどれくらい高いのか
4 太陽光発電の規模はどれくらい拡大したのか
5 太陽光発電設備の国別の市場規模と累積導入量
6 太陽光発電設備生産の世界一のメーカーはどこか
7 フィード・イン・タリフ制度が開いた太陽光発電
8 FIT vs RPS:日本とドイツの電力の現状は?
9 日本の3つの助成制度:助成金・RPS制度・余剰電力買取制度
10 2012年から導入される全量買取制度
11 太陽光発電についての政策はどんなものだったのか
12 環境省の施策はどんなものか
13 NEDOの施策はどんなものか
14 「PV2030」は2030年までに累積導入量100GWを目指す
15 「PV2030+」は「PV2030」の改定版
16 太陽光発電の住宅への普及率は約1.5%
17 太陽光発電所の建設を始める全国10の電力会社
[コラム] 太陽電池(セル/モジュール)の生産と導入のバランス

第6章 太陽光発電システムの構成
1 太陽光発電システムはどのように構成されているのか
2 太陽光発電システムはどのように設置するのか
3 県ごとの日照時間と太陽光発電設備の規模
4 太陽電池モジュールにはどんな製品があるのか
表1 住宅用太陽電池モジュール一覧表
表2 公共・産業用太陽電池モジュール一覧表
5 パワーコンディショナーの比較のポイント
6 太陽光発電システムから得られる電力はどれくらいか
7 太陽光発電システムの価格の見方
8 太陽光発電システムの保証と補償はどういうものか
9 太陽光発電システムの定格出力と発電量の関係は?
10 太陽光発電システムの価格はまずは発電量で比較する
表1 代表的な住宅用太陽電池システムの発電量
[コラム] 高出力モジュールと日影の関係

第7章 太陽光発電のシミュレーション
1 住宅用電力買取制度の詳細
2 太陽光発電のための補助金・助成金・減税制度とは?
3 太陽光発電設備導入のための融資制度とは?
4 太陽光発電システム購入には毎月いくら必要なのか
表1 太陽光発電システム購入資金の返済表(年利2%)
表2 太陽光発電システム購入資金の返済表(年利1%)
表3 太陽光発電システム購入資金の返済表(年利3%)
5 日本の電気料金のしくみはどうなっているのか
6 住宅用の電気料金の単価はいくらなのか
7 住宅用太陽光発電における電力料金の選び方
8 太陽光発電システム代金は売電金額で返済できるのか
9 実際の売電収益と買電費用のバランスはどうなる?
10 従量電灯と時間帯電灯ではどちらが得か
図1 消費電力300kWhの場合の実質利益
図2 消費電力600kWhの場合の実質利益
図3 消費電力900kWhの場合の実質利益
11 太陽光発電システムの導入資金は何年で回収できるのか
表1 消費電力300kWh/年の場合の実質利益の計算
表2 消費電力300kWh/年の場合の実質収支の計算

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