太陽電池モジュールとは？（太陽光パネルとの違い）

太陽電池モジュールは、太陽電池の最小単位となるセルを複数枚組み合わせたもので、一般的には太陽光パネル1枚のことを指します。「太陽電池モジュール」や 「太陽光パネル」と呼び方は異なりますが、実際には同じものを指すケースが多いです。

太陽電池の構成単位や全体を表す言葉としては、小さいものから順に「セル」「モジュール」「ストリング」「アレイ」があります。それぞれ複数枚が組み合わさり、さらに上の構成単位や全体を形作っています。

セル・モジュール・ストリング・アレイについて、以下で詳しく見ていきましょう。

セル

「セル」は太陽電池を構成する最小単位で、サイズは10～15cm角程度です。

現在主流の結晶シリコン太陽電池の場合、薄いシリコン板ウエハ（厚み ： 150～200um程度）にpn接続（p型半導体とn型半導体の接触面）を形成し、そこに電極を付けてセルがつくられています。

モジュール

「モジュール」は、セルを必要枚数（数十枚等）だけ縦横に配列したもので、直列に接続され、強化ガラスで覆ってパッケージ化されています。

一般的に、1枚の 「ソーラーパネル」「太陽光パネル」のことを指して「モジュール」という言葉が使われます。モジュールのサイズや形状はメーカーごとにさまざまで、設置できる枚数は選択するモジュールごとに異なります。

ストリング

「ストリング」 は、電圧を高めるために、複数枚のモジュールを直列に接続したものです。必要な電圧が得られるように、枚数分だけ直列に接続されています。

モジュールを組み合わせてストリングを組む際には、原則として以下のような点が意識されます。

• ●できるだけ多い枚数のモジュールをまとめる（電圧を大きくする）
• ●ストリングに含まれるモジュールの枚数を揃える（電圧を揃える）

また、時間帯によって影等の影響を受けるモジュールの枚数が少なくなるよう、縦横の組み方を考慮して組み合わされることもあります。

アレイ

「アレイ」 は、複数枚のストリングを並列に接続して架台等に設置したもので、太陽電池全体のことを指します。設置環境によってはアレイを複数台設置して発電します。

アレイの容量（kW）が大きくなるほど、太陽電池としての発電能力が高いということになります。

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太陽電池についての基本知識

太陽電池の構成単位以外にも、いくつか押さえておきたい基本知識があります。太陽電池の種類、発電の仕組み、変換効率の計算方法について以下で見ていきましょう。

太陽電池の種類

太陽電池の種類は、シリコン系・化合物系・有機系の3種類があり、以下のように分類されます。それぞれの種類について、以下で簡単に見ていきましょう。

• ※出典：産総研 「太陽電池の分類」

シリコン系

シリコン系の結晶シリコン太陽電池には、最も古くからある「単結晶シリコン太陽電池」、現在主流の 「多結晶シリコン太陽電池」の主に2種類があります。

多結晶シリコン太陽電池は、単結晶のものより変換効率が多少落ちますが、安価で製造できるため広く利用されています。また、結晶シリコン太陽電池の他、薄くて柔軟性に優れたアモルファスシリコン太陽電池も存在します。

化合物系

化合物系太陽電池は、シリコンの代わりに複数の無機化合物を用いています。化合物系としては、例えば「CIGS太陽電池」があり、厚みが薄く、材料や製造法が豊富に選べることが特徴です。CIGS太陽電池は、主に衛星等の高付加価値用途で使用されています。

有機系

有機系太陽電池は有機物を用いた太陽電池で、コスト面でメリットがあり、現在開発が進められています。例えば、ペロブスカイト型太陽電池は有機系太陽電池のひとつで、薄型・柔軟でさまざまな場所に設置できることから、実用化が期待されています。

ペロブスカイト太陽電池についてより詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

関連記事：ペロブスカイト太陽電池とは？メリット・課題や企業実用化の事例を紹介

太陽電池を使った発電の仕組み

太陽電池は、「p型半導体」「n型半導体」と呼ばれる2つの半導体を張り合わせた構造をしています。

2つの半導体の接合部に光が当たると、n型半導体に 「－」 の電気を帯びた電子が、p型半導体に 「＋」 の電気を帯びた正孔が集まり、外部回路に電気の流れをつくる「電池」の状態となります。光が当たり続ける限り、回路に電気が流れ続けることになります。

太陽電池では、このように照射された太陽光の光エネルギーから電気エネルギーを作り出して発電しています。

太陽光発電の仕組みについてより詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

関連記事：太陽光発電の仕組みは？基礎知識や導入メリットをわかりやすく解説

太陽電池の変換効率を計算する方法

太陽光発電の変換効率は、太陽光パネル等で光エネルギーを電気エネルギーにどれだけ変換できるかの割合です。セル単位での「セル変換効率」、モジュール単位での「モジュール変換効率」の2種類があり、以下の式で計算します。

セル変換効率、モジュール変換効率についてより詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

関連記事：太陽光発電の発電効率・変換効率とは？計算方法や効率低下の原因・上げる方法を紹介

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セルやモジュールの違いを知って太陽電池への理解を深めよう

太陽電池のモジュールは、最小単位となるセルを複数枚組み合わせたもので、一般的には太陽光パネル1枚のことを指します。

太陽電池にはセル、モジュール、ストリングといった構成単位があり、ストリングを複数組み合わせた太陽電池全体をアレイと呼びます。ぜひセル、モジュール、ストリング、アレイ等の用語の違いを知って、太陽電池の導入・運用に役立てていきましょう。

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監修者 近藤 元博（こんどう もとひろ）

愛知工業大学 総合技術研究所 教授

1987年トヨタ自動車に入社。分散型エネルギーシステム、高効率エネルギーシステム並びに新エネルギーシステムの開発、導入を推進。「リサイクル技術開発本多賞」「化学工学会技術賞」他エネルギーシステム、資源循環に関する表彰受賞。2020年から現職。産学連携、地域連携を通じて資源問題、エネルギー問題に取組中。経済産業省総合資源エネルギー調査会　資源・燃料分科会　脱炭素燃料政策小委員会　委員他