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太陽光発電の色(青?黒?)と発電の関係性

黒は単結晶、青は多結晶

太陽光発電のキモと言ってもいいのが、太陽電池モジュール(パネル)ですよね。

屋根の上に乗る一番目立つ部分でもあります。

この太陽電池パネルですが、メーカーによってサイズや発電量、重さや特徴まで変わってきます。

そしてその違いの一つにパネルの色があります。

パネルの色は大きく分けて、黒色と青色があります。
単結晶モジュール、多結晶モジュール
太陽電池パネルはシリコンの結晶で構成されていて、黒色のほうは、単結晶(たんけっしょう)と言い、シリコンの並びが整っていて不純物も限りなく除去されているで発電効率の優れた太陽電池になります

青色のほうは、多結晶(たけっしょう)と言い、シリコンの並びが不規則で単結晶太陽電池に比べて発電効率は落ちます

少々古いデータになりますが、日本んお太陽電池の生産量は、2009年には1508MW(メガワット)が生産され、そのうち96%がこのシリコン系の太陽電池で、残りの4%が化合物系の太陽電池になります。

シリコン系の太陽電池は少し前までは、多結晶タイプの太陽電池が主流でしたが、現在では発電量の多い単結晶タイプが主流になっています。

単結晶パネルの特徴

単結晶モジュール

  • 単結晶パネルには、ケイ素(シリコン)純度100%で不純物の混入がなくシリコンの並びも正確なため高温にも強く発電効率が高い
  • パネルの色は真っ黒でデザイン製の高いものが多い
  • これからの主流は単結晶パネル
  • 劣化速度が多結晶パネルに比べて早い
  • 大量生産に向かないのでコストが高い

原子が規則正しく並んでいる物質の事を単結晶と言います。

単結晶シリコンは電子部品などにも使われ、シリコンの純度は99.9999999&と9が11個も並ぶ『イレブンナイン』と呼ばれるほどの純度になります。

単結晶シリコンは引き上げ法(CZ法)や浮遊帯溶融法(FZ法)を用いて、高純度の多結晶シリコンを溶かしてインゴットを作製します。

そのインゴットを数100μm(ミクロン)の厚さに切断して、単結晶シリコンウェハーが得られます。

単結晶シリコンウェハーに、ホウ素やリンを混ぜて、p型、n型半導体を作り、それを組み合わせて電極などをつけて太陽電池が完成します。

多結晶パネルの特徴

多結晶モジュール

  • 多結晶パネルは、単結晶モジュールの作成過程で出たシリコンの微粒子を集め溶かしてパネルにしたものになります。
  • シリコンの並びが不規則で熱に弱く、単結晶パネルに比べて発電効率は落ちる
  • 価格は単結晶パネルよりも安い
  • 劣化速度は単結晶パネルよりも遅い
  • 製造にかかる時間が短い

単結晶とは違い多結晶シリコンは製造が容易で比較的安価で製造できます。

結晶方向がバラバラになっているため表面はまだら模様になっています。

結晶方向が揃っていないので変換効率は少し落ちるものの変換効率は10%以上と高く、大量生産に向いています。
変換効率の計算方法に関してはこちらのページをご覧ください

単結晶と同じく多結晶シリコンも硬くて、板状のウェハーを使います。

ウェハーからpin接合を形成しモジュール化する工程も単結晶シリコンと同じです。

少し前までは、ウェハーの厚さは200μm程度のものが多かったですが、最近は技術が進歩し、多結晶も100μmまで薄くできるようになっています。

薄膜での太陽光発電やアモルファスシリコンなどと呼ばれて普及しています。

単結晶パネル、多結晶パネルの長所短所

参考までに単結晶パネル、多結晶パネルの長所短所を羅列しておきます。

単結晶パネル 多結晶パネル
長所
  • 発電効率が高い
  • 屋根が小さくてもある程度の発電が期待できる
  • 発電効率の低下率が低い(毎年0.5%の劣化)
  • 価格が安い
短所
  • 価格が高め
  • 発電効率の低下率が高い(毎年0.7%の劣化)
  • 発電効率が高い
  • パネルが大きい

パネルごとの経年劣化

太陽電池モジュールの寿命は30年程度だと言われていますが、いきなり発電が停止して使えなくなるわけではありません。

徐々に発電力が低下して劣化していきます。

その劣化の割合は以下になります。

モジュールの材質 モジュールのデザイン 経年劣化割合(年)
単結晶 単結晶パネル 0.7%程度
多結晶 多結晶パネル 0.5%程度
CIS CISパネル 0.3%程度

CISモジュールが一番劣化しにくいと言われています

ただCISモジュールは原料にレアメタルを多く使っているので、製造コストが高くなる傾向にあります。

上記の表を活用して、実際どの程度発電が低下するかのパナソニックのカタログ数値を目安にあげておきます。

なお、パネルの劣化具合に関しては別ページでまとめましたので、そちらのページをご覧ください。
⇒ 太陽光発電が壊れた原因まとめ

カラーバリエーションがない理由

現在の太陽光発電パネルの色は上記で説明したように、黒色と青色の2色しか展開されていません。

この理由は、太陽光の反射防止膜としてパネル表面に酸化膜、窒化膜のバリア層を施していて、このバリアの層の色が現在の太陽光パネルの色となっています。

また、現在太陽光を一番電気に変えられる色(集められる色)は黒というデータがある通り、機能面から見ても黒や黒に近い青が採用されることが多くなっています。

結晶 変換効率
単結晶 ダークブルー(黒に近い紺色) 17.0%
ブルー(青色) 16.5%
ダークグリーン(くすんだ緑色) 15.0%
ゴールド(くすんだ金色) 15.0%
ダークブラウン(濃い茶色) 16.5%
パープル(くすんだ紫色) 15.0%
ダークグレー(濃い灰色) 15.0%
ブライトブルー(光沢のある青色) 13.0%
ブライトグリーン(光沢のある緑色) 12.2%
ブライトパープル(光沢のある紫色) 12.2%
シルバー(光沢のある銀色) 12.0%

参照元:一般財団法人新エネルギー財団

しかし、変換効率を無視して反射防止膜の膜厚や屈折率を変えれば、様々な色でパネルを作ることができます。

ただ、各メーカーからは黒と青以外のパネルの色は販売されていないというのが現状です。

パナソニックの太陽光発電経年劣化具合

《東京都に5.0kWシステムを設置した場合》

  • 250Wモジュール単結晶(NE125×125-72-M(L))20枚
  • パワーコンディショナ(VBPC255A4)1台
  • 真南設置
  • 屋根傾斜30°

初年度発電量・・・5,647kwh

10年後発電量・・・5,251kwh
(5.647kWh×0.93で計算しています。)

ちなみに、太陽光発電の劣化には大きく4つの原因があると言われています。

  1. 水(雨)
  2. 機械的ストレス

なので、全ての環境下で上記の表のような劣化割合な訳ではなく、お住まいの地域で雨が多い地域や日差しが強い地域でしたら劣化スピードは早くなるというわけです。

とは言っても、一番劣化スピードが早い単結晶モジュールでも日本においてはどんなに劣悪な環境におかれても年間1%の劣化には達しない程度だと見ていいでしょう。

急激に発電量が低下するようなら出力保証を適用

ホットスポット一般的には太陽光発電の発電量は緩やかに低下していきます。

しかし、稀に施工による配線トラブルやホットスポットによるパネルの劣化などによって通常の劣化スピードよりも速く発電量が低下していくことがあります

※ホットスポットとは、鳥の糞や落ち葉などが太陽光発電に乗っかり影になった部分の温度が高くなりパネルが劣化すること。

このように不慮の事故で太陽光発電の発電量が規定の数値よりも低下するようだったら、各メーカーが定める出力保証が適用されます。

ちなみに東芝であれば、出力保証は設置から10年間、公称最大出力の90%の90%未満となった場合は無償でモジュールの修理、交換を行ってくれます。

システムの不具合に気付く為にも、カラーモニタを活用して発電状況を把握しておくとよいですね。

ただ、私のお客様でも出力保証が適用されるほど発電量が下がったお宅はありませんでしたので、出力保証に関しては頭の片隅にでも置いておく程度でよいでしょう。

経年劣化におけるメンテナンス

経年劣化におけるメンテナンス
太陽光発電は経年劣化によって正常に稼働していたとしても年々発電量は低下していきます。

ただ適切なメンテナンスを行えば、その経年劣化のスピードを遅くすることができます

主な太陽光発電のメンテナンスでは以下になります。

  • パネルの汚れ、キズ、破損の清掃
  • 架台の汚れ、さび、破損、キズの清掃
  • 接続箱のの腐食、破損、配線の損傷、端子の緩みの確認
  • パワーコンディショナの外箱の腐食、破損、運転時の異音、加熱の有無、通気の確認

太陽光発電は稼働する部分がなく、他の再生エネルギーの中では最も手がかからないと言われていますが、それでもメンテナンスは必要になります。

住宅用では4年に一度、産業用では1年に一度の点検をおすすめしています。(50kW以上の産業用太陽光発電システムの場合には1年に2度の点検は義務になります)

メンテナンスによって、太陽光発電の経年劣化は緩やかになりますので、是非ともメンテナンスも念頭に置いて設置検討してください。

単結晶、多結晶どっちがいいの?

現在(2016年6月)の主流は単結晶モジュールになります。

単結晶パネルは、1枚1枚の発電効率が高く面積の小さい屋根でも十分な電気を作ってくれますし、屋根の大きい家であれば多くの売電収入が期待できます。

2014年までは、システム数によって国からの補助金が出されていたので広い屋根をお持ちのお宅であれば多結晶パネルを設置して価格を抑えて多くの補助金をもらう作戦も使えました。

しかし現在は残念ながら国からの補助金は停止されてしまっていますので、この作戦は使えません(県や市によって補助金が出ることはあります)。

こうゆう流れもありまして、私は単結晶パネルをおすすめしています

CISモジュールも真っ黒

太陽電池パネルはシリコンの結晶で構成されているものが主流ですが、ソーラーフロンティアでは銅(Copper)、インジウム(Indium)、セレン(Selenium)から構成されたCISと言われる化合物タイプの太陽電池パネルを提供しています。

CISパネルについては別ページで詳しくまとめましたので、そちらのページをご覧ください。
⇒ 太陽電池モジュール(パネル)に雪が積もっても発電しますか?

このCISパネルも黒色になります。
CISモジュール
まだまだCISパネルは日本でのシェアはそんなに多くはありませんが、提供するソーラーフロンティアの親会社は昭和シェルであり、2014年4月には変換効率世界最大の20.9%を記録する太陽電池の生産に成功しました。

単結晶パネルよりも、電極による模様が目立たなくて、さらに真っ黒なパネルと言ったイメージです。

黒色のパネル(単結晶)をおすすめします。

セル、モジュール、アレイ

セルとモジュール
一口に太陽光発電パネルと言っても、太陽光発電パネルは単位によってその呼び名が変わります。

太陽光発電パネルの呼び名は大きく3種類あります。

  • セル
  • モジュール
  • アレイ

まず太陽光発電パネルにおいて一番小さな単位としてセルというものがあります。

セルはシリコンの結晶のかたまりを電極で付けたものになります。

そして、セルと強化ガラス・樹脂・アルミ枠・で一枚のパネルにしたものをモジュールと言います。

アレイ
このモジュールを各メーカーで定められている最低枚数で架台などによってパッケージ化されたシステムのことをアレイと呼びます。

なぜ、このように細かくパネルが構成されているかと言いますと、影や落下物(落ち葉や雪など)などによって太陽電池に光が届かなくなってしまった時にシステム全体への影響を最小限に抑える為です。

屋根に影

年間を通して太陽光パネルに落下物があり続ける事は考えにくいですが、それでも太陽光発電の寿命は30年程度だと言われているので、そのような長期間で考えて少しでも発電ロスを抑える意味で細かくパネルが構成されています。

単結晶パネルと多結晶パネルの比較まとめ

私もお客様には単結晶パネルをおすすめしてきましたが、私が太陽光発電を営業していた2011年当時は三菱がまだ単結晶パネルを扱っていなくて、沿岸地方にお住いの方で保証が付くのが三菱以外ないからしょうがなく三菱の多結晶パネルを設置するという方がいらっしゃいました。

現在では、三菱も単結晶パネルを扱っていますし、好んで多結晶パネルを設置する方はいらっしゃらないように思います。

まぁ、多結晶パネルは青いので、黒いパネルよりも屋根で映えるということで多結晶パネルを選ぶ方がたまにいらっしゃいましたが、かなり珍しいお客様でした。

経済的な観点で言えば、間違いなく単結晶パネルをおすすめします。
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