光電池は、光をためておく電池？｜発電と蓄電を分けよう

光電池に光を当てると、つないだモーターが回ります。では、長い時間光を当てておけば、暗い場所に移しても回り続けるのでしょうか。

光電池そのものには、電気をためておく機能はありません。光を受けて電気エネルギーに変える働きと、あとで使うために蓄える働きは別です。名前に「電池」が付いているからといって、充電池と同じ使い方ができるわけではありません。

光電池と蓄電池の役割は別

エネルギーの流れを示す模式図で、配線図ではありません。右の例は充電・制御の仕組みを省略しています。スマートフォンでは上下に並びます。

まず、回路につながっているものを数える

学校の実験で使う光電池と、充電機能が付いたソーラー製品を混ぜて考えないようにしましょう。光電池とモーターだけの回路なのか、それとも充電池などが組み込まれているのか。図の部品を先に確かめます。

光電池とモーターだけなら、光が当たっている間に生み出された電気でモーターを動かします。暗い場所で長く使えるようにするには、別にエネルギーを蓄える仕組みが必要です。

「昼に光を当てたので、夜にも使える」という説明を見たら、途中に何があるかを探してください。太陽電池だけの説明なのか、蓄電池も含む装置全体の説明なのかで、答えが変わります。実物の製品名だけで判断せず、問題の回路図に戻ることが大切です。

同じ光電池、同じモーター、同じつなぎ方で、光の当たり方を比べます。十分な光を当てたときと、弱い光を当てたときでは、回路に流れる電流やモーターの回り方が変わります。

ただし、ここから「光を2倍の時間当てたら、回る速さも2倍」とは言えません。今当たっている光の強さと、これまで当てた時間を入れ替えてはいけません。発電と蓄電を混同すると、光を当てる時間を増やせば、その分だけ力をためられるように考えてしまいます。

また、モーターの回り方だけから、電流が何倍になったかを正確に決めることもできません。「速く回った」という観察と「電流が2倍」という数値の説明は別です。電流の大きさを比べる問題では、電流計などの測定値を使いましょう。

光電池の向きによって働きがどう変わるかを調べるなら、同じ光源を使い、光源との距離や回路のつなぎ方をそろえて比較します。光電池を傾けると同時にライトへ近づけてしまうと、向きだけの影響なのか分からなくなります。

屋外では、雲が太陽を隠すこともあります。前の測定は日なた、次の測定は雲がかかったときなら、角度の違いだけで説明できません。実験図では板の向きが目立ちますが、図に描かれていない周囲の条件にも注意してください。

調べたいこと	変える条件	そろえる主な条件
光の当たる向きの影響	光電池の向き	光源・距離・使う光電池と回路
光を遮る影響	遮るかどうか	光源・向き・距離・使う回路

この表は実験を考えるための整理で、測定結果ではありません。実験では教材の指示に従い、強い光を目へ向けたり、光源に顔を近づけたりしないでください。

光電池とモーターだけをつないで、プロペラを回しました。光を完全に遮ると、プロペラは少し回ってから止まりました。「少し回ったのは、光電池に電気がたまっていたからだ」と言えるでしょうか。

解答：その説明はできません。 光電池には電気をためる機能がありません。回っていたプロペラが、慣性でしばらく動き続けることがあります。

ここでは、充電池や蓄電用のコンデンサーは回路にないものとします。光を遮った直後の一瞬の動きと、電気で回し続けることを分ける問題です。動いている物は、力がなくなった瞬間に必ずぴたりと止まる、と思い込まないようにしましょう。

一方、実物のソーラー製品が暗い場所でも長く動くなら、内部に蓄える仕組みがあるかを調べる必要があります。実験の条件を、そのまますべての製品へ広げないことも大切です。

Aでは光電池をライトに正面から向け、ライトから20cmの位置に置きました。Bでは光電池を斜めにし、ライトから40cmの位置に置きました。Bの方がモーターの回転が遅かったので、「斜めにすると遅くなる」と結論付けました。この比較の問題点を答えてください。

解答例： 光電池の向きだけでなく、ライトとの距離も変わっている。向きの影響を調べるなら、距離などの条件をそろえる必要がある。

20cmと40cmは条件整理のための仮定で、測定値ではありません。この例では、向きと距離の二つが変わっています。「Bの方が遅かった」という結果は読めても、その原因を向きだけに決めることはできません。

光電池の問題では、まず発電する部品と蓄える部品を分け、次に比べる条件をそろえます。回った・止まったという結果を見たら、その直前に光や回路の何を変えたのかまで戻って説明してみましょう。