【初心者向け】太陽光発電の仕組みとは？発電から売電までの流れを分かりやすく解説

太陽光発電は、太陽の無尽蔵のエネルギーを利用して電力を生み出す、持続可能で環境に優しい技術です。

環境保護と経済的自立を目指し、太陽光発電の設置を検討する家庭や企業が年々増加しています。

太陽光からエネルギーを生み出す太陽光発電。発生したエネルギーが電気となり家庭で使えるようになるには、どのような仕組みでおこなわれているのでしょうか？

本記事では、太陽光発電の基本原理から、その仕組み、利点、そして現代社会におけるその役割についてわかりやすく解説します。

太陽光発電システムでつなぐ家庭と電力会社

太陽光発電システムとは、太陽光から電気を得るシステム全体のことです。あとで詳述しますが、太陽光発電システムは、太陽電池と、家電製品や電力会社との間のさまざまな機器を含みます。

この発電システムから得られた電気は直流電流なので、これをパワーコンディショナーで電力会社と同じ交流電流に変換します。家庭内の電化製品はほとんどが交流電流なので、変換する事で使えるようになるのです。

発電電力が消費電力よりも多かった場合では、電力会社に送電して電気を買い取ってもらいます。逆に、曇りや雨の日などでは電力が足りなくなるので、電力会社から電気を購入して使います。

太陽電池で電気が発生する仕組み

太陽電池の電池は電力を蓄える装置ではなく、太陽光を電力に変換する発電機の事です。太陽光が太陽電池に当たる事で光起電力効果、光電効果といった現象が起きます。

その構造は、2種類の「n型」と「p型」の半導体を重ね合わせたものとなっていて、そこに太陽光が当たる事で、電子（－）と正孔（＋）が発生し、電子（－）はn型半導体に、正孔（＋）はp型半導体側へ流れていきます。

表面と裏面にある電極に電球などの負荷をつなげることで電流が流れるのです。

太陽光発電システム

総称としての太陽光発電システムとは以下のような、太陽電池と、家電製品や電力会社との間のさまざまな機器のことです。

• 接続箱…太陽電池から生成した直流電池をパワーコンディショナーに送る装置。
• パワーコンディショナー…直流電力を交流電力に変換する装置。
• 分電盤…家の配線に電気を分けていく装置。
• 電力量計…売り買いした電力を計るメーターで、電力会社に売った電力を計る売電用と電力会社から買った電力を計算する買電用があります。

つぎに、一般家庭と電力会社をつなぐためのシステムです。

• 系統連系…一般家庭に配置した太陽光発電システムを、電力会社の配電線に接続して電気のやり取りができるようにした状態。
• 逆潮流…系統連系した家庭用太陽光発電の余剰電力が電力会社の配電線に戻るように流れること。

ソーラーパネルの単位

発電効率は、太陽電池が何で作られているかでも異なります。シリコン系・化合物系・有機系とありますが、主流となっているのはシリコン系で、世界の生産量の8割ほどを占めるものとなっています。

そして、この太陽電池（セル）をたくさんつなげたものをソーラーパネルもしくは、モジュールといいます。

逆に表現すると、ソーラーパネルを構成する小さい単位を「セル」といい、セルを板状につなげたモノが「ソーラーパネル（もしくはモジュール）」です。ちなみに、広い土地にたくさんのソーラーパネルを設置するのを「メガソーラー」と呼んでいます。

太陽光発電の設置に向いている場所

太陽光発電の設置に向いている場所を選ぶ際には、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。

これらの要素は、太陽光発電システムの効率と発電量に直接影響を与えるため、慎重に検討することが推奨されます。

また、大量の電気を送るのに十分な送電線が設置されているかどうかも重要なポイントとなります。

太陽光発電システムの仕組み

ソーラーパネルの変換効率

ソーラーパネルの変換効率は、太陽エネルギーを電力に返還した割合を示すものです。ソーラーパネルの変換効率は日照条件や気温、設置角度などによって変化するため、メーカーの仕様書には世界共通の条件のもとで想定された変換効率が記載されています。

太陽光発電システムの仕組みの中で、ソーラーパネルの変換効率には大きな意味合いがあります。ソーラーパネルの変換効率とは、1平方メートルあたりの変換効率を数値化したものです。

変換効率が高いソーラーパネルほど、多くの電力を作ることができます。
そのため、載せる枚数が同じでも、変換効率の高いソーラーパネルを搭載するほうか得られる電力量は大きくなります。

太陽光パネルの年間発電量

太陽光パネルの年間発電量の目安は、一般的には1kWあたり1,000kWh〜1,200 kWh程度とされています。

ただし、実際にはメーカーによって年間発電量は変わります。依頼する業者が選ぶメーカーは異なるため、複数の業者を比較するのがおすすめです。

また、太陽光パネルを設置するエリアや方角、設置角度などの条件によっても発電量は変化します。

日射量など発電に影響する条件に詳しい、専門知識が豊富な業者にシミュレーションを依頼すれば、より正確な年間発電量を把握できるでしょう。

太陽光発電で作った電力の使い道

太陽光発電で作った電気は、すべて自家消費する「全量自家消費」と、自家消費して余った電気を売電する「余剰売電」の2つの方法があります。

全量自家消費は、太陽光で得られた電気を全部自家消費して売電をしない方法です。クリーンなエネルギーを活用するため、CO2削減や電気代を削減できるとして注目されています。近年、FIT制度に自家消費を条件として盛り込むなど、国も自家消費を推進しています。

余剰売電は、自家消費して余った電気を電力会社に売電する方法です。太陽光発電で作った電気は、国が定める固定価格買取制度（FIT制度）によって電力会社に買い取ってもらうことができます。

FITで売電する条件として、10kW未満の住宅用と10～50kW未満の産業用には、3割以上の自家消費が求められています。この条件を満たしたうえで自家消費支出計画を提出し、FITの認定を受けることができれば余剰売電ができます。

太陽光発電で売電する仕組みについて

前述のとおり、太陽光発電で作った電気は、国が定める固定価格買取制度（FIT制度）によって電力会社への売電が可能です。自家消費しても余った電気は、蓄電池がない場合は貯めておくことができません。

普段は電力会社から買電をして電力を送ってもらうための送電線ですが、売電の場合は送電線を使って電力会社に余剰電力を送ります。その結果、電力会社に送った電力量に応じた額が支払われる仕組みです。

産業用のほうが住宅用よりも売電価格は少し下がりますが、固定期間は産業用が20年と、住宅用10年の2倍長くなるのが特徴です。

売電期間終了後の売電価格について

FITによる固定買取期間が終わると、それまでの売電価格は適用されなくなります。卒FIT後に何もしないでいると、自動契約更新で売電を続けることは可能です。

ただし、10kW未満の売電価格は2019年24～26円でしたが、2024年は16円と大きく下がっています。

自動更新になっていないケースでは、電力会社との契約がなければ、一時的な処置として余剰電力が大手の電力会社に無償で送電されます。売電している電力会社の電力買取期間満了の通知を見て、自動更新についてチェックすることが必要です。

売電期間終了後に余った電気はどうする？

卒FIT後には、売電する電力会社を変えて余剰電力を売電する、または自家消費する、という選択肢があります。

• 電力会社を変更して売電する

卒FIT後には、それまで売電していた電力会社から、選び直してほかの電力会社に変える選択肢もあります。多くの電力会社の売電価格や条件などを比較して、その中からより高い売電価格で契約できるものを選ぶ方法です。

卒FIT後も、太陽光発電で作った電気を継続して売電し収入を得たい人におすすめします。

ただし、地域ごとに売電できる電力会社が異なる、それまで受けてきたサービスがなくなるなどの可能性もあるため、専門家に相談しながら確認することが大切です。

• 自家消費する

近年高騰する電気代や低下する売電価格を考慮し、卒FIT後には自家消費に切り替えて太陽光発電をお得に運用するという選択肢もあります。

太陽光発電で作った電気を自家消費すれば、電力会社からの買電を減らすことが可能です。高い電気代が心配になる昨今、蓄電池やオール電化などを併せて活用すれば、さらに効率が良くなるでしょう。

ただし、家庭ごとのライフスタイルによって自家消費の節約効果には差が出ます。

損得を決める発電量を増やすには？

発電効率の良い太陽光パネルを選ぶ

パネルの発電効率は、高いほど太陽光を電気に変える能力が高くなるため、太陽光発電システムにおいては重要なポイントです。

例えば、単結晶パネルの発電効率は20％程度、多結晶パネルの場合は15～17％程度とされています。

発電効率が高いパネルほど高価格ですが、長期間運用する太陽光発電ではより多くの電気を作ることができるため、結果的には電気代の削減効果は大きくなります。

設置する場所の条件も考慮しながら、最適なパネルを選ぶのがおすすめです。

パネルの角度や方向を最適にする

発電する電力量を増やすには、設置するパネルの角度や方向を、住宅のエリアや条件に合わせて最適化することが重要ポイントです。一般的には、日照条件の良い南向きに設置するのが最適とされています。

屋根の傾斜角度も大切で、30～40度の角度が推奨されています。

パネルの角度などを最適にするには、経験が豊富な業者に依頼するのがおすすめです。地域ごとに日照時間や住宅の環境は異なるため、専門的なアドバイスがないと発電量を最大にするのは難しいでしょう。

定期的にメンテナンスをする

太陽光パネルは、運用中に表面が汚れると発電効率が低下しやすくなります。定期的にパネル表面のチェックが必要です。

とはいえ、目視で枝や葉などがパネルに落ちていないかを確認する程度で大丈夫です。定期的なメンテナンスを業者に依頼しておけば、より安心して運用できるでしょう。

エネルギー管理システムを活用する

エネルギー管理システム（HEMS）を導入すると、家庭での電力使用状況をリアルタイムで監視できます。これにより、電力の使いかたを最適化することが可能です。

無駄のない効率的な電力使用が実現すれば、太陽光発電から得られた電気は、より有効に活用できるでしょう。

2024年に太陽光発電が増えている理由

理由①初期費用が安くなった

太陽光発電の設置費用は、年々安くなっています。2012年にFITが始まったときの設置費用は1kWあたり46.5万円でしたが、2024年には1kWあたり28.4万円と大きく下がっています。

技術が飛躍的に進んだことにより、初期費用の価格が低下して設置しやすくなってきました。

理由②メーカーの技術が進み信頼性が高い

太陽光発電の各メーカーは、たゆまぬ努力で研究を続けて機器の性能や変換効率を高めてきました。デジタル化の推進や耐久性の高さなどから、年々価格は低下しています。

こうした技術の進歩により、太陽光発電システムは多くのユーザーから高い信頼性を獲得しています。

理由③補助金を活用できる

太陽光発電は、蓄電池と併せて設置すると国や自治体からの補助金を利用できます。補助金を受け取ると、初期費用を抑えることができるので、設置しやすくなるのが大きなメリットです。

補助金ごとの条件を確認して、申請期限までに余裕をもって申し込むことが必要です。

理由④災害対策になる

自然災害や事故などによる停電時には、太陽光発電があれば家電が使えるので安心です。太陽光発電システムは、非常時になると普段の運転から自動、または手動で自立運転に切り替わります。

太陽光で電気を作って供給してくれるので、災害時に電力会社からの電力がなくても生活することが可能です。

太陽光発電で作った電気は貯めておけないため、太陽が出ない時間帯には使うことができません。この太陽光発電の短所を補うには、蓄電池を併用することで停電時や夜間にも電気が使えるようになります。

太陽が出ている時間帯に蓄電池に電気を貯めておけば、夜間の照明など必要な家電に活用できて便利です。

理由⑤太陽光発電はオール電化やV2H、EV、エコキュートと相性が良い

オール電化の住宅の場合、夜間料金が安く日中は割高なプランを契約するケースが一般的です。日中に家電を使うと電気代が高くなるため、太陽光発電で作った電気を使えば電力会社からの買電をしなくて済みます。

エコキュートは、安い夜間料金の時間帯に利用して、日中は太陽光発電の電気を使うことで電気代を節約できます。

また、太陽光発電を電気自動車（EV）や、電気自動車の充放電設備（V2H）と連携すると、相乗効果でより高い節電効果が期待できます。太陽光発電とEVは、どちらもクリーンなエネルギーを活用するため、推進されているものです。

さらに、V2Hがあると非常時には太陽光発電からの電気を住宅に送ることもできます。

理由➅CO2削減への意欲が高まっている

太陽光発電の設置が増加している理由は、主に二酸化炭素（CO2）の排出削減への国際社会の意欲の高まりと深く関連しています。

世界的に気候変動への対策が求められる中、その選択肢の一つが太陽光発電です。

太陽光発電は、風力、水力と並んで最も普及している再生可能エネルギーの一つであり、太陽からの放射エネルギーを直接電気に変換します。

このプロセスは、化石燃料を燃やす際に比べてCO2を排出しないため、地球温暖化の抑制に有効です。

理由⑦自治体ごとに太陽光発電の設置義務化が進められている

2021年、国は公共施設の太陽光発電に太陽光発電を設置することを義務付けました。公共施設の太陽光発電義務化は、2030年までに100％にすることを目指しています。

2023年12月には東京都は2025年4月以降に都内で新しく建てられる住宅への太陽光発電の設置を義務付けると発表しました。

これは、再生可能エネルギーの活用や普及を目指す国の動きに沿ったもので、全国的にも大きな話題を呼んでいます。

京都府の場合は、2021年4月の条例改正で「延べ床面積300平方メートル以上2,000平方メートル未満」の住宅に対して太陽光発電設置を義務付けました。

これは、2022年4月から施行されています。自治体ごとにこのような動きは活発になっていて、例えば神奈川県川崎市では太陽光発電義務化についての検討を始めています。

理由⑧住宅ローンに太陽光発電を低金利で組み込める

一定の条件をクリアすれば、住宅ローンに太陽光発電を組み込むことができます。

住宅ローンと併用するほうが、金利が安くなるためお得です。条件としては、住宅を新たに建築する際に同時に太陽光発電も設置することとされています。

ソーラーローンを利用することもできますが、新築住宅なら住宅ローンに組み込むほうが金利は安くなります。

ソーラーローンを扱うのは銀行だけでなく、施工業者が信販会社とローンを提携しているケースがあります。

理由⑨初期費用0円サービスが増えている

初期費用が0円になるサービス（PPA）は、施設の屋根をサービス提供者が借りて無料で太陽光発電設備を設置するものです。

施設は太陽光発電で作った電気を使うことができるため、CO2削減につながります。

近年では、初期費用がなくても再生可能エネルギーを活用できる環境に優しいサービスとして注目されています。

知っておきたい太陽光発電のメリット・デメリットとは？

太陽光発電のメリット

太陽光で作った電気を活用できる

最大のメリットは、一般家庭で電気を作って使える事です。電力の需要が最も高い時間帯の買電を削減できるといったエコな面や、使いきれなかった電力を電力会社に売る事も可能です。

蓄電式タイプであれば余った電気を貯めておき、必要な時に使う事も可能となります。

CO2削減に貢献し環境に優しい

また、太陽光発電ではなんらかの燃料を必要とするわけではないので、排気ガスやCO2、燃えカス、使用済み燃料といった環境に良くないものが発生する心配がなく、さらに使用されている部品や機器などもリサイクルが可能です。

しかも、火力発電のようにエンジンやタービンといった稼働部分が無いので、面倒なメンテナンスもほとんど必要がなく、故障といったトラブルが少ないといった特徴もあります。環境に優しいクリーンで安全なエネルギーなのです。

停電時にも電気が使える

停電などの非常事態に電気に困らないことや、設置場所を限定しないので比較的自由に設置できること、停電時の補償・自然災害時の補償・補償期間の延長などの豊富なオプションが各種メーカーで用意されていたりと、一般家庭でも導入しやすいメリットが挙げられます。

太陽光発電のデメリット

初期費用がかかる

最大のデメリットは、導入に際してお金がかかるということです。ソーラーパネルそのものの価格が高く、規模が小さいものでも数十万となり、一般的なものでは百万を軽く超えます。導入費用の元をとるのには、7～10年はかかるといわれています。

太陽光発電で節約できるのは、製品の購入費や工事費といった初期費用です。

住宅用太陽光発電はオーダーメイドのようなもので、定価が決められるものではありません。適正価格で購入できるように、複数の業者を比較検討した上で契約しましょう。

発電量が天候に左右されやすい

太陽光発電は太陽光を受ける事で電力を生み出しますので、夜間や天候による日照不足といった、太陽光が十分に得られない状況では発電する事ができません。その為、必ず毎日一定量の電気を作り出すことができるとはいえないのです。

太陽光発電システムのシミュレーションでは、あなたの家屋で最も発電量を稼げるポイントを見つけることが大切です。

地域に根ざした優良な販売店なら、エリアの特性をよく知っており、あなたにとって最も得になる角度を知っています。

重量や設置期間への配慮が必要になる

重みがあるので屋根に対して負担がかかってしまう、申し込みから実際に使えるように設置されるまで時間がかかるといったデメリットもあります。

ですが、太陽光発電を設置する前には、基本的に現地調査を行います。また、耐震診断を依頼するという手もあります。診断の結果、補強が必要であれば、耐震補強工事を行うという選択肢もあります。

こういった工事を行うかも含め、まずは一度設置業者に見積もりを依頼したほうがいいでしょう。

太陽光発電は本当にメンテナンスフリーなのか？

太陽光発電はメンテナンスフリーと言われていますが、効率的な発電をおこなうにはメンテナンスは必要です。

ただ、ソーラーパネルは屋外に設置されていますから、いくら汚れにくい素材で作られているとはいえ、完全に汚れを避ける事はできません。長い期間にわたって掃除がなされないと、その汚れが障害となって発電効率が低下してしまいます。

パワーコンディショナーについても、多少の不調でも使用することはできますが、発電効率は落ちてしまいます。

こうしたことから、メンテナンスフリーではあるものの、定期的なチェックや必要なメンテナンスを施すようにした方が、より高い発電効率をキープする事ができるといえます。

システム異常の見つけ方

ソーラーパネルのチェックは1ヶ月に1回がおすすめです。

発電量が大きく下がってきたら、パネルの外観に何か問題が発生している可能性が大きいです。物理的なダメージでも不調が現れるのにタイムラグが発生する場合もあるので、定期的に見ておいた方がいいでしょう。

また、台風などのひどい天候だった場合も、落ち着いた頃に見ておいた方が安心です。もしかしたら、強風で何かが飛んできてダメージを受けているかもしれません。

また、特に外観に異常がなくても内部で動作不良が起こっている場合には発電量から推測することになります。

大体どれくらいの発電量があるのか継続的に記録していた方が変化に気が付きやすく、適切なメンテナンス依頼ができます。

メンテナンスは業者に任せる

太陽光発電のメンテナンスは専門業者に任せます。屋根の上にあるモジュールを一般人がいじるのは大変危険ですし、専門家でしかわからない事もあります。

また、下手に触ることでますますひどくなってしまうだけではなく、通電しているため命に関わる事故が起こる可能性も大きいです。ケースによっては保証対象となる事もありますので、まずは専門家に相談してください。

まとめ

太陽光発電は、発電や売電、買電などの仕組みを知ることでお得に導入できる設備です。発電効率やパネルの設置方法など、より多くの発電量を得るには専門的な知識も必要になります。

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