太陽光の仕組みを徹底解説!効率的な発電量を得る為の4つのポイント

太陽光

皆さんこんにちは!髙澤です!
ここ最近の夏は毎日暑い日が続きますねぇ~

今年の冬は大雪に泣かされ、お天道様がありがたく感じられたのですが、
こうも毎日が日照り続きだとさすがに恨めしく思います(汗)

さて、最近車での移動中、新築住宅だけではなく、一般住宅への太陽光発電の設置を良く見かけます。
以前までは日照不足の地域だけに「北陸で太陽光やってもメリットが無い」と良く言われたものですが、
みなさんもそんな心配していませんか?

結論、日照不足の北陸でもキチンとメリットを出すことはできます。
分かっているようで意外と知られていない太陽光発電の『仕組み』さえ理解してしまえば、杞憂に過ぎません。

ニュースでも将来的に主力電源が再生可能エネルギー(太陽光や風力発電)にシフトするとの話があったように、
これからは皆さんが携帯やスマホを持っているのと同じように各家に太陽光が取り付けられる時代になります。

今回は聞いたことあるけどイマイチ良く分からない「太陽光」の仕組みについて、
年間40件以上の皆さまに太陽光を導入頂いている私が、簡単に説明します。
きっとお天道様のありがたみを再認識できますよ!

太陽光で電気が作れる仕組み

太陽光で発電の役割を担っているものは、「太陽電池」と呼ばれるものです。太陽電池は電池と書かれていますが、電力を蓄えるもではなく、太陽の光を電力に変換する発電の役割を果たしています。

この太陽電池が皆さんがよく目にするソーラーパネルにたくさん入っています。

太陽電池で一番小さい単位を「セル」と呼び、これを数十枚まとめたものを「モジュール」と言います。
モジュールの大きさは各メーカー毎に異なっており、このモジュールを直列や並列に配列したものを「アレイ」と呼びます。

太陽光発電所では、このアレイを何台も設置して、大規模な太陽光発電を行っています。

太陽から地上に降り注ぐ光エネルギーが、この太陽電池に当たると「光電効果」という現象が起こります。これは光が照射されることで太陽電池を構成している半導体が動き、電流を発生させる仕組みになっています。

細かな話をすると、半導体にはプラスの電気を帯びたp半導体とマイナスの電気を帯びたn半導体があります。この2つの半導体を組み合わせて太陽光発電のセルを作るのですが、その時にそれぞれの半導体間で正孔と電子の移動が起こり発電します。

ポイントになるのが、この発電の際に半導体は全く動くことは無いので摩耗しません。
要は発電することで半導体が消耗するものでは無いので、太陽光発電が何十年も可能になります。

ただ、太陽光発電も光の照射量に応じて発電量は大きく変わります。

日が沈んだ夜間は発電できないのはもちろん、冬場や雨や曇りの日は発電量はゼロではありませんが、晴天時に比べると発電量は落ちてしまいます。

太陽光のパネルの単結晶・多結晶って!?

太陽光を調べていると、必ず単結晶と多結晶の二つの種類のパネルがあることに気付くと思います。この二つでは主に発電効率と価格が違ってきます。詳しく見てみましょう。

まず、太陽電池の材料は大きくシリコン系、化合物系の2つに分類されます。それぞれに特徴はありますが、現在はほとんどの太陽電池がシリコン系で作られています。

太陽光の要になるのが半導体に使用されているこの「シリコン」です。

シリコンはケイ素とも呼ばれ、元々は地殻中に埋蔵されているケイ石という鉱物です。
そして、このケイ石を加工したものが単結晶シリコン・多結晶シリコンになり、太陽電池となります。

単結晶シリコンはケイ石の純度が高く、太陽電池セル全体がひとつの結晶で出来ています。パネル全体が全体的に黒い色で、住宅用としても広く普及しています。単結晶の特徴は、強度が強く、高い発電効率が期待できることです。しかし、多結晶よりも製造コストが高くなり、それに比例して導入コストも高くなっているのが一般的です。

一方、多結晶は一つの太陽電池に、複数の結晶を寄せ集めて作られています。単結晶に比べてパネルの色が青っぽく、こちらは主に産業用のメガソーラーとして普及しています。多結晶の特徴は、単結晶に比べて強度や発電効率は落ちてしまいますが、低コストで製造できるところです。

単結晶 多結晶
強度
発電効率
価格

太陽光に必須のパワーコンディショナーの役割

実は住宅用の太陽光発電の場合、太陽光パネルで発電された電気は、そのまま家庭の電化製品で使用頂くことはできません。

なぜなら太陽光パネルで発電された電気が直流になっているからです。

そこで直流の電流を交流に変換するパワーコンディショナーが必要になります。
パワーコンディショナーで変換された電気は各部屋に送られ、さらに余った電気は電力会社に売電します。

また、パワーコンディショナーには電気の変換以外にも蓄電池の充電や電力会社に売電する為に安定した出力を整える役割もあります。

太陽光パネルと違い目立たない存在ですが、これがなければ太陽光を設置しても使用することはできないため、とても重要な役割を果たしています。

パワーコンディショナーの大きさはエアコン程で屋内タイプの物であればブレーカーの近くに設置される場合が多いです。災害や停電時でも太陽光の出ている時間帯であれば1.5kwまで自立運転で家庭の電化製品を使用する事が可能です。

最大定格出力と変換効率

太陽光パネルも大事ですが、パワーコンディショナーにも注意が必要です。高性能の太陽光パネルを設置したとしても、パワーコンディショナー選びを間違えてしまうと、性能が最大限に発揮できない場合があるので、しっかりとパワーコンディショナーを選びましょう。

パワーコンディショナーを選ぶ際に重要になるのが「最大定格出力」と「変換効率」です。

パワーコンディショナーが出力可能な電力の最大値が最大定格出力です。

例えば太陽光を5kw設置したとしてもパワーコンディショナーが最大で4kwしか発電できなければ、残りの1kwを捨てているようなものです。
太陽光パネルとパワーコンディショナーは共に同等の出力を持つ商品を選ばなければいけません。

また、変換効率ですが、これは太陽光パネルで作った電気を家庭で使える電気に変換できる効率です。

直流電流から交流電流に変換する際には、どうしてもロスが起こります。このロスが多くなれば結局、使える電気や売電できる電気も減ってしまいます。逆に変換効率が高い機種を選んであげれば家庭で使える電気や売電収入も増やせます。

メーカー、機種によっても異なるので、選ぶ際にはしっかりとチェックして下さいね!

まとめ

太陽光発電って言葉は知っているけど、その仕組みまで理解されている方は少ないのではないでしょうか?
結果「良く分からないからヤメておこう」と言う声も多く聞かれますが、個人的には食わず嫌いはホントにもったいないなと思います。

確かに天候によって発電が左右される点は否めませんが、現在のモジュールとパワーコンディショナーの性能を考えると年間発電量での地域差はほとんどなくなってきています。

神話の時代から太陽は神として人々の信仰の対象でした。
文明が発達する中で電気に頼らざる得ない現代の日常において、その供給を太陽に求める・・。
原点回帰と言うか、つくづく因果だなぁ~と思います。

近い将来、各家庭に太陽光がつけられる時に人々がお天道様に手を合わせる。そんな光景が見られるかもしれませんね。

高澤 孝

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はじめまして!高澤です。 トラストホームでは販売&お客様サポートを担当させて頂いています。

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