物理学と技術 | 技術 エネルギー技術 ソーラー技術 風力エネルギー 太陽の放射エネルギー は、有害な排棄物を出さずに、 有用な電気エネルギー に直接変換することができる。 現在、ソーラー技術の開発には、多くの研究投資がつぎ込まれている。 太陽は巨大な原子炉になぞらえることが イプの太陽電池では、受けた光の 8 ∼ 16％ できる。太陽の内部では核融合が起きてお が電気に変わる。 こと再生可能エネルギー技術に関しては、新しい方式ほど優れているとはいえない。 帆船や風車は風力のエネルギー をずっと利用してきた歴史がある。もし風が止んだら どうなるのだろうか。その懸念が普及を遅らせている。 ネルギー の 1つである。 プロペラの原理 り、莫大なエネルギー が放出され、それが 一方、太陽熱を利用する装置は、太陽エ 地球に放射の形で届いている。ソーラー技 ネルギーでお湯を沸かし、断熱型のタンク 現代の風力発電に使われ から回り始めるのだ。 風力エネルギー の 術はこのエネルギーを利用し、人に役立つ （いわば太陽バッテリー）に貯める。このほ ている風力タービンと伝統的 ような形に変換することをめざしている。こ かの利用技術にはソーラー ケミカル・シス な風車とはどう違うのだろう れは的外れな目標ではない。もし地球に到 テム、ソーラーチムニー、フォトケミカル装 か。一見して2つの大きな違 達する太陽エネルギー が全部利用できたな 置がある。ソーラー技術が特に優れている いに気づく。風力タービンは、 時 間 によって変 動 非常に背が高くて翼が 3 枚以 太陽エネルギー の循環 シリコン半導体 （ n 型） 受光側電極 ソーラー パネルを使用している家庭の Hドイツのハルツ山脈やスペインの中央スペイン高原など、 さえぎるものの少ない山岳地帯では内陸よりもはるかに強い風が吹く。 多くは、発電した電力を公共電力網に供給 している。一方、家電製品はいつもどおり H 太陽光発電所は数百万個の太陽電池で構成され、 電力会社からの電気を使う。この方法は電 これらを相互接続して、いくつかにまとめ、太陽に向け る。大規模なものは太陽を自動追尾して角度を変え、 変換効率を最大にする。 力会社から買うコストを太陽光発電の売値 が上回れば利益がある。一方、自給型の 独立システムでは、太陽による電力が直 接バッテリーに貯められる。 H 太陽光の光子が太陽電池に当たると、光子が in focus シリコン半導体 （ p 型） 半導体の 接合部 電池内の電子を励起する。2 層の半導体層を隔 てる金属膜を通って電流が流れ、内部に電場を 作る。この太陽電池に器具をつなげば電気回路 が動作する。 年から10 年で元が取れることが多い。 今後の研究開発 用 するに 強くなるからだ。 私たちが風と感じるものは、地球を取り巻 一方、風力タービンの翼の形状は飛行機 く気体層、つまり空気の流れだ。空気は高 のプロペラと似ているので、それと比較する 気圧から低気圧に流れるのが基本だ。この と説明しやすい。飛行機のプロペラは機体 気圧の傾きは気温の差が原因で生じる。気 を前進させるためのものであり、エンジンの 温の差は、場所によって地表に届く太陽の 運動エネルギーを効率よく推力に変える構 高め（集 光 電 池 ）、 ない。人間が利用してきた最も古い形のエ ばそうとするが、プロペラは飛んでいけない ソーラー 装 置 は 出 が 中 心 になる。あ わせて、半 導 体 を ネルギー がまかなえるのだ。 物が出ないことだ。 多 層 にすることで しかし大きな欠点もある。太陽電池の寿 太陽電池が光のス 命はせいぜい 20 年から30 年である。その ペクトルをもっと広 うえ製造コストが高いので、政府の補助金 域で利 用できるよ ソーラー技術にはいろいろなシステムが 度が増すにつれて風の強さが 造をしている。風力タービンは単にこの働 のは、運転コストがほとんどかからず、廃棄 太陽電池の変換効率は 8 ∼ 16％ 力 エネルギー きを逆にしたものだ。風がプロペラを吹き飛 らば、現在世界が消費する2500 倍ものエ 含まれる。例えば太陽電池は発光ダイオー 次第ということになる。多くの国では太陽エ うにすることが期待 ドと同じ原理を用いている。ただ入力と出力 ネルギーを利用すると奨励金などの特典を される。シリコンの 海上風力発電所 力 電 力 の 大きさで 分類される。 数十ワッ 過去 15 年間にドイツで稼働した風力タービンは 1 万 8000 基を数える。その大部分 ト （ パーキングメー は北ドイツ平原に建てられた。しかし、残念ながら内陸の適地はすでにほとんど使われ ターなど ）、数キロ てしまった。これ以上設置するとすれば、北海かバルト海の海上しかない。ここなら風 ワット（家庭用発電 は大 変 強 いし、年 中 吹 システムなど）のよ いているのでもっと効率 うに分類する。 が逆になり、光を取り込んで電気に変える。 受けられるため、太陽電池に対する投資は 5 塗膜を極限まで薄くすれば製造コストも飛 使うのはシリコン半導体だ。普及しているタ 躍的に低減されるだろう。 風車が野生生物の保 護に及ぼす影響の問題 ら、同 程 度 の出 力 の 石 炭火力発電所や原子力 発電所が環境に及ぼす in focus 影響と天秤にかけるべき p.371（省エネルギー建築）参照 H 昔から使われているギリシャ・ミコノス島の風車。風 車は生み出した機械的エネルギーを直接使うが、風力 タービンは電力に変換するところが異なる。 的に風の恵みを受けられ るのは間違いない。 は残るが、それをいうな H ワールド・ソーラー・チャレンジでは、ソーラーカーがオーストラリア大陸縦断を競う。 写真はフランスチームのヘリオス号。出場するレースカーは、太陽光だけで ダーウィンとアデレード間の 3000kmを走破しなければならない。 する。このため風 をうまく利 エネルギーとは太陽エネルギー にほかなら ソーラー装置の出力 風の強さは、場所と 単 純で、一 般 的にいって高 今後は鏡やレンズで太陽電池の集光性を 効率を上げる工夫 有効利用 下しかない。背が高い理由は 放射量が異なるために起こる。つまり風力 basics 350 Hドイツのボルクム西 2 号が 2009 年に完成すると、 世界最大級の海上風力発電所になる。 は、風が弱い間の出力不足を補うバックアッ プ・エネルギーと、効率的にエネルギーを貯 蔵する技術が必要だ。 貯 蔵 法としては、バッテリー のほかに、 摩擦のほとんどない大きなフライホイー ル やポンプを使う方法がある。後者の場合、 発電された電気の一部でポンプを動かし、 だ。 米 国 や カナダ で も 低地のダムの水や海水を揚水して高地のタ すでに同様の開発に着 ンクやダムに貯めておく。そして風が弱いと 手している。 きには、貯めておいた水を落として水力ター ビンを回して発電する。 p.117（風・嵐・異常気象）参照 351
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