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太陽光発電の仕組み・基礎知識

太陽光発電が発電する仕組み

公開日:2016年12月5日
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?

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。売ったり買ったり大変そうに思えますが、これらは自動的におこなわれるので、こまごまとした操作というのは必要ないのです。

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


太陽の光から発電する為、基本的には日射量が多い土地が向いています。メガソーラーでは広い土地が求められるので、標高の高いところや降雪地帯などしか設置できない場合もあります。その場合では、設置する角度を変えるなどの工夫を凝らしています。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。

太陽光発電のメリット


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。

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。

他にも、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


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、10年はかかるといわれています。

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。

また、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。

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。なぜメンテナンスフリーといわれているのかというと、一般的な太陽光発電システムは可動部がないため動作不良に強く、パワーコンディショナーについても完全に壊れるまで手を入れる必要がないからです。

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。

太陽光発電システムは、一般家庭でも手軽に設置できる発電システムです。設置するべきものをおさらいすると、屋根の上にパネルを、作った電気を使えるようにする接続箱・パワーコンディショナー・分電盤、そして電力会社との電気のやり取りを可能とする売電用と買電用の電力量計を設置して、家庭での電気生産を可能とします。