太陽電池
で与えられる。
太陽電池から効率よく電力を得るには、太陽電池を最大出力点付近で動作させる必要がある。このため大電力用のシステムでは通常、最大電力点追従装置(Maximum Power Point Tracker, MPPT)を用いて、日射量や負荷にかかわらず、太陽電池側からみた負荷を常に最適に保つように運転が行われる。
影の影響
一般に太陽電池は十分な電圧を確保するため直列接続されるが、直列接続される一部の太陽電池において影などにより出力が低下すると、そこで電流量が制限され、全体の発電量が低下することがある。対策としては、バイパスダイオードを搭載し当該太陽電池を電気的に迂回する方法が挙げられる。また、電圧-電流特性にも変化が現れ、ピークが複数現れることによって、山登り法アルゴリズムを利用する多くのMPPTでは最大出力点に到達できないことがある。これを回避するためには、より複雑な電圧-電流特性に適するアルゴリズムを使用する必要がある。また、MPPTを一括で行わずに複数の単位に区切って個別にMPPT制御を行うのも手である。影の影響は太陽電池の種類によっても異なり、アモルファスシリコンがベストで、次点でCdTe型、その次にバイパスダイオード付き単結晶シリコン型、CIGS型と続きバイパスダイオードのないシリコン型太陽電池が最も悪い。一般に薄膜のものほど影に対する耐性に優れる。
光吸収層の材料、および素子の形態などにより、多くの種類に分類される。それぞれ異なる特徴を持ち、用途に応じて使い分けられている。
結晶の粒径が数mm程度の多結晶シリコンを利用した太陽電池。他のシリコン半導体素子の製造過程で生じた端材やオフグレード品のシリコン原料を利用して製造できる。単結晶シリコンに比べると面積あたりの出力(変換効率)は落ちるが、生産に必要なエネルギーは少なく、エネルギー収支やEPT、GEG排出量の面では単結晶シリコンより優れる。コストと性能のバランスの良さから、現在の主流となっている。近年はウエハを薄型化するコスト削減技術の競争が進んでおり、2004年の300μm厚から、2010年には150μm厚に半減すると予想されている。また、ガラス上に非常に薄い多結晶シリコン太陽電池を形成する、CSG(またはSOG)技術の普及も有望視されている。化学気相成長により成膜するため生産過程でSiH4、NH3、H2などのガスを使用する。
1839年、太陽電池の基本原理が発見される(フランスの物理学者アレクサンドル・エドモン・ベクレル)。
1884年、最初の発電に成功する(アメリカの発明家チャールズ・フリッツ)。構造は半導体性のセレンと極めて薄い金の膜とを接合したものである。これにより得られた変換効率はわずか1%ほどであった。この発明は後にセレン光電池として1960年代までカメラの露出計などに広く応用されていたが、シリコン型の普及とともに市場から去っていった(光起電力効果#歴史、露出計も参照)。
1954年、結晶シリコン太陽電池が発明される(ベル研究所のダリル・チャピン、カルビン・フラー、ジェラルド・ピアソン)。電力機器としての太陽電池の先駆けとなった。通信機器に用いる電池が熱帯地方での使用に耐えなかったため、その代わりの電源として開発された。当時は 英: Bell Solar Battery と呼ばれ、太陽光のエネルギーを電力に変換する効率は6%だった。当初は通信用・宇宙用等が主な用途で、一次電池を用いた世界最初の人工衛星スプートニク1号が21日の寿命しかなかったのに対し、太陽電池を用いた最初の人工衛星ヴァンガード1号は6年以上動作し、その有用性を示している。その後無人灯台など徐々に用途を拡大し、日本でも1960年代に量産が開始された。
1974年、石油ショック以降、電源としての本格的な開発が始まる。開発当初は数W分に過ぎなかった生産量は、2010年時点でその数十億倍(23GWp/年)に増えている(太陽光発電の市場動向を参照)。変換効率の向上と太陽電池の多様化も進み、現在では変換効率40%を超える化合物多接合型太陽電池も開発されている(右図)。