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エネルギー

太陽エネルギー

私たちの恒星である太陽は毎日、巨大な量のエネルギーを産出しており、この先少なくとも40億年間そうし続けます。この熱と光のエネルギーは水素が毎秒約7000億トンの率で燃焼した結果です。地球に接するのはこのうちごく微量のエネルギーですが、風、海流を動かし、植物生命の繁殖をうながします。私たちが今日利用している化石燃料でさえも太陽エネルギーに由来するもので、太陽光線を受け、それが植物に蓄積されることに始まり、何百万年にもおよぶ工程を経た産物です。しかし再生可能エネルギー源としての太陽エネルギーは、太陽熱と光線の現時点の発散を利用します。

現在使用可能な太陽エネルギー技術

確立された太陽エネルギー技術は、太陽熱を利用する太陽熱発電技術と、太陽光線を直接電気に変換する太陽光発電の2つに分けられます。

太陽熱発電技術

太陽熱発電技術には次の主な3種類があり、それぞれ簡単にご紹介します。

1.  直膨集熱式平板形集熱器を用いたシステム

一般的に大型でガラスで覆われ、平坦なボックスに暗い色の金属プレートが入っており、それが太陽光線を吸収し、暖められます。水がパイプやチューブを通してプレート上を循環し、熱せられます。このタイプのシステムは家庭用温水供給によく利用されています。

2.  集光型太陽熱集熱器方式

何らかの形のレシーバー上に太陽光線を集中させるため、鏡を使用するものです。集中された太陽光線は熱に変換され、それが発電に使用されます。集光型太陽熱集熱器には次の種類があります。

(a) ディッシュ-エンジン方式

鏡状のディッシュが太陽光線をレシーバーに集中させ、液体を熱します。熱せられた液体は膨張し、ピストンやタービンを可動し、発電機や交流発電機で発電します。

(b)  分散方式

桶状の鏡が太陽光線を中央を通る油の入ったパイプに集中させます。暖められた油が蒸気発電機の中の水を沸騰させ、発電します。

(c) タワー型方式

沢山の鏡面、またはヘリオスタットが太陽光線をタワー状のレシーバーに集中させ、溶融塩を加熱します。溶融塩は蒸気発電機内の水を沸騰させ、発電します。溶融塩は長期にわたり熱を保つので、この方式により曇った日や夜でも発電し続けることができます。

3.   パッシブソーラー暖房方式

注意深く位置づけられた建物と窓の設置場所を利用して、季節ごとに変化して屋内に入る太陽光線と太陽熱の量を調節します。また日中建物建材に吸収され、夜間ゆっくりと発散させる太陽熱エネルギーも利用します。

太陽光発電技術

太陽光発電技術は、光子(光)を電圧(電気)に変換する工程である光電効果を利用します。これは「太陽電池」利用を通じて最も広く応用されています。従来の太陽電池はシリコンのプラスとマイナスの二重層がサンドイッチ状になった構造になっています。シリコン層に光子が当たると電子を開放し、開放された電子が集合して発電します。

太陽電池の効率度は約4%だった50年代から著しく向上しています。商業活用できる今の太陽電池は、実験室の条件のもとでは20%までかそれ以上の効率を持っています。

何百何千もの太陽電池が通常モジュールやソーラーパネルの列に配列されます。このような配列を一日中位置の変化する太陽光線を追う観測装置を付けて、「ソーラーファーム」の中に沢山一緒に設置することもできます。

太陽エネルギーは充電式電池や光分解のようなより環境にやさしい方法を利用して貯蔵できます。太陽光線は光分解で水の分子を水素と酸素に分解するのに使用されます。ガスが再統合される際エネルギーが発生し、それを電気発電機の可動に利用できます。

世界の太陽エネルギー利用

世界で利用される太陽エネルギーは大した量ではありません。例えば1999年、アメリカ合衆国では全電力のうち約0.1%が太陽エネルギーによるものでした。しかし日本やイスラエルなどでは太陽エネルギー利用に多大な努力をつぎ込んでいます。例えば1994年までにイスラエルの83%の家庭が太陽エネルギーを利用していますし、日本では1992年までには450万軒の建物が太陽熱温水システムを利用しています。日本はまた太陽光発電システムにおいて世界をリードしており、2000年の国際市場において40%のシェアを持っています。太陽光発電産業の年間成長率は今までに約25%となっています。

太陽エネルギー技術がもっと広く利用されない大きな理由は経済的なものです。化石燃料と他の再生不可能なエネルギー源は、過去・現在における助成金により通常安価に手に入りますが、同様の助成金は太陽エネルギーにはありません。しかし現在は太陽エネルギーは他の発電方法に比べて高価ですが、化石燃料の供給が低迷し続け、太陽光発電技術がより発達するにつれ、状況は変化するでしょう。

太陽エネルギーの利点と欠点

太陽エネルギーと太陽熱技術は操業中に空気汚染が発生せず、騒音もごく少ないか全くありません。太陽エネルギーは輸送燃料も必要ではないので、電力供給網に連結するのが難しかったり輸送燃料コストがかかる僻地でのエネルギー供給に特に適しています。

平均的家屋の屋根には、一家屋が必要とするエネルギー全部を提供するだけの太陽エネルギー利用に十分な広さがあると判断されています。地域の気候にもよりますが、比較的安価な太陽熱温水システムにより一家庭の殆どの温水必要量が提供でき、長期的にはかなりの節約となります。

太陽エネルギー技術には関連した環境問題もあり、次がその主なものです。

.電力貯蔵のための一部のシステムにおける鉛蓄電池利用。

太陽電池に使用されるかもしれないヒ素、ガリウム、カドミウムなどの重金属のリサイクルが難しい。このような物質からの有毒化学汚染の恐れがあります。

ソーラーファームには現在のところ1メガワットあたり約2万~4万m[2 ]といった広大な土地が必要。

鏡とソーラーパネル製造工程において著しいエネルギー量が消費されます。このエネルギーは通常再生不可能なエネルギー源によるものです。

太陽エネルギーの将来

「電気」窓や太陽電池を埋め込んだ瓦など太陽エネルギー技術において画期的な開発がいくつもなされています。その上、太陽エネルギーは違った方法での動力化が進んでいます。

参考文献

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