太陽光発電はどのように発電する？意外と知らない仕組みを徹底解説

「太陽光発電はどのような仕組みで発電しているの？」

「導入前に太陽光発電についてしっかりと理解しておきたい」

太陽光発電の導入を検討しているものの、複雑そうで難しいイメージを持っている方は多いでしょう。太陽光発電の仕組みには様々な専門用語が出てくるため、スムーズに理解するのは難しいかもしれません。

しかし、基礎知識を把握しておかないと、本当にいま導入すべき設備なのか判断しづらくなる可能性があります。そのため、後悔なく導入したいなら、まずは基礎知識からしっかり理解しておくことが大切です。

そこで本記事では、太陽光発電の仕組みを紹介します。太陽光発電を導入する際に必要となる基礎知識を網羅的に紹介しているので、ぜひ参考にしてください。

太陽光発電とは？

太陽光発電とは、屋根や地上に設置された太陽光パネルに当たった太陽光を電力へ変換し、発電する方法のことです。太陽光発電で発電した電気を使うと、電気代を節約できたり、売電収入を得られたりするといったメリットがあります。

ただし、導入費用が高額であったり、発電量が不安定であったりするデメリットも存在します。その他にも様々なメリットやデメリットがあるため、事前に把握した上で導入すべきか判断することが重要です。

なお、次の記事では太陽光発電のメリット・デメリットを詳しく紹介しているので、ぜひ参考にしてください。

太陽光発電の仕組み

続いて、太陽光発電の仕組みについて解説していきます。ここでは、下記の3つの疑問に答えます。

発電の仕組みを知れば、それぞれの設備が果たしている役割が明確に分かるはずです。また、一般的な発電量も理解しておくことで、実際に導入した場合のシミュレーションがしやすくなるでしょう。

どのように発電する？

太陽光発電は、物質に光を当てることで電子が飛び出す現象「光電効果」を利用して、下記の手順で発電されます。

上記のように電子の流れを利用し、発電を行っています。

発電した電気はどのように家に届く？

発電した電気は、下記の手順で家の中へ届けられます。

太陽光発電で良く知られている設備と言えば太陽光パネルですが、実はこのように様々な設備を経て電気が送られています。

一般的な発電量とは？

太陽光発電の年間の発電量は、1kWあたり1,000〜1,200kWh程度です。一般的な太陽光パネルの容量ごとの年間発電量で換算すると、平均的には次の表の通りになります。

太陽光パネルの容量	平均年間発電量
3kW	3,000～3,600kWh程度
5kW	5,000～6,000kWh程度
10kW	10,000～12,000kWh程度

ただし、発電量は天候や太陽光パネルを設置する方角、太陽光パネルの変換効率（※）、発電状況によって大きく変わります。そのため、上記の発電量はあくまでも参考として考えましょう。

ご自身の家に設置した場合の発電量を知りたい場合は、複数の業者からシミュレーションを出してもらうのがおすすめです。

（※）変換効率とは
「太陽光から得たエネルギーをどの程度電気エネルギーに変化できるか」を表す指標のこと。
変換効率が高いほど電気エネルギーを生み出せるため、すなわち発電量を担保できる高性能な太陽光パネルだと言えます。

太陽光発電を構成する要素

太陽光発電は、大きく分けて下記の4つの要素から成り立っています。

それぞれの設備の役割について、具体的に見ていきましょう。

太陽光パネル

太陽光パネルとは、太陽電池を直列につなげてパネル化したもののことです。「太陽電池モジュール」や「ソーラーパネル」とも言います。

太陽光パネルを設置することで、太陽光を電力に変換することが可能になるのです。また、太陽光パネルは下記の4つの要素で構成されています。

要素名	概要
セル	・太陽電池のこと ・セル一つあたりの大きさは一辺約10センチ ・一つのセルで約0.5Wの出力が可能
モジュール	・セル同士をつなぎ、板状にしたもののこと ・金属のフレームや樹脂、強化ガラスなどで保護されている
ストリング	・複数のモジュールをつなぎ、一列にしたもののこと ・電気を効率的に送ることができたり、高い電圧が期待できたりする効果が期待できる
アレイ	・ストリングを並列に置いたもののこと ・太陽光発電所など広範囲で太陽光パネルを利用したい場合に用いられる ・高い電流を得られる効果が期待できる

つまり、セルが太陽光パネルの最小単位で、モジュール、ストリング、アレイの順に単位が大きくなります。また、モジュールには「結晶シリコンモジュール（※1）」や「薄膜モジュール（※2）」などの形状があります。

一般的によく使われているのは結晶シリコンモジュールです。ストリングにおいては、つないだモジュールが一つでも壊れると、他のモジュールの発電効率に影響が出てしまう特徴があります。

（※1）結晶シリコンモジュール
単結晶シリコンと多結晶シリコンの総称。単結晶シリコンは一つの結晶で形成されており、多結晶シリコンはいくつもの細かい結晶シリコンで作られています。

（※2）薄膜モジュール
その名の通り薄く作られたモジュールのこと。シリコンパネルの約300分の1～500分の1の薄さとも言われており、軽量であることが特徴です。

なお、次の記事では太陽光パネルの発電量や費用相場、種類をさらに詳しく紹介しているので、あわせてご覧ください。

パワーコンディショナ

パワーコンディショナとは、直流を交流に変換する機器のことです。直流は、常に同じ方向に向かって電気が流れ、電流や電圧の変化もない状態です。

直流を交流に変換すると、電気同士が同様の周期で交互に向きを変え、流れていく状態になります。一般的な電化製品や電気製品は交流でしか使えないようになっており、直流のままでは電気製品を利用することはできません。

そこでパワーコンディショナで電力を変換すると、家の中でも電化・電気製品が使えるようになるのです。

分電盤

分電盤とは、送られてきた電気を家の中の電化・電気製品やコンセントへ送る装置のことです。分電盤があることで、パワーコンディショナで変換した電気を家中に分配することができます。

また、分電盤の中にはブレーカーがあり、漏電などを検知すると安全面を考慮して電気を止めてくれる役割もあるのです。なお、分電盤とよく間違われるものとして「配電盤」があります。

配電盤は分電盤へ電気を送る機器のことなので、根本的な役割が異なる点に注意しましょう。

その他

太陽光パネルやパワーコンディショナ、分電盤以外にも、太陽光発電導入時には下記のような設備も併設されることがあります。

設備名	役割
接続箱	太陽光パネルで発電した電気を受け取り、一つにまとめてパワーコンディショナへ流す役割
ケーブル	設備同士をつなぐ役割
架台	太陽光パネルの土台となる役割
出力制御ユニット	出力制御スケジュールをもとに必要に応じて他の装置を制御する役割
蓄電システム	太陽光パネルで発電した電気を溜める役割

蓄電システムで溜めた電気は、停電時などに使い回すことが可能です。

太陽光発電の売電の仕組み

太陽光発電で発電した電気を蓄電池に溜めておくと、自家消費しなかった分の電気は電力会社に売ることができます。これが「売電」です。

売電により収入を得られれば、生活費の足しにしたり、ローンの返済に充てたりすることができます。なお、売電には『FIT』『卒FIT』『FIP』の3つの制度があり、それぞれ売電価格が異なります。

また、一般的な年間の売電収入は、5kWの容量の太陽光発電で80,000〜96,000円程度です。ただし、太陽光パネルの容量や環境によって売電できる電気量が異なるため、あくまでも参考としましょう。

さらに詳しく売電制度や売電価格、売電方法を知りたい方は、以下の記事を参考にしてください。

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まとめ

本記事では、太陽光発電の仕組みについて詳しく解説しました。太陽光発電は、太陽光パネルやパワーコンディショナ、分電盤など様々な要素によって成り立っています。

電子の流れを利用して太陽光のみで発電できるようにした、画期的な方法と言えるでしょう。太陽光発電を導入する前に、仕組みや構成などの基本的な知識やメリット・デメリットをしっかり理解しておくのが賢明です。

この記事を参考に、太陽光発電をうまく活用する方法やご自身にとっての導入のメリットを見つけてみてください。