【2023年度】住宅用太陽光発電の仕組みとは？発電量に関しても解説します！
【初心者向け！】住宅用太陽発電の仕組みについて基本からわかりやすく徹底解説！
石川県、福井県の太陽光・蓄電池のことならヤマキシにお任せ！
「太陽光発電…最近よく聞くけれど、どんな仕組みだろう？」
「どれくらい発電できるのだろう？」
「既に導入しているけれど、言われてみると詳しい仕組みは理解していなかった。」
本記事は、このような疑問をお持ちのお客様に向けたものです！
太陽光発電とは何か？
太陽光発電とは、太陽の光を利用して電気を作る発電方法です。
具体的には、太陽電池をたくさん集めたソーラーパネルを使用して電気を作ります。
太陽電池とは、電力を蓄える一般的な電池ではなく、太陽光エネルギーを電力に変換する発電機のことです。
つまり、太陽光発電は、太陽からの光エネルギーを利用して電力を生み出す技術です。
この技術は、持続可能な電力供給のために広く使用されています。
太陽光発電の仕組み
画像:https://evdays.tepco.co.jp/entry/2022/02/01/kurashi1
太陽光発電の基本原理は、光電効果という物理現象に基づいています。
光電効果とは、光が物質に当たると、光子と呼ばれる光の粒子が電子を放出する現象です。
太陽光発電では、この光電効果を利用して電力を得ることができます。
ステップ1: 太陽光の取り込み
太陽光パネルは、太陽光を効率的に受け取るためのデバイスです。
一般的な太陽光パネルは、シリコンと呼ばれる半導体材料から作られています。
シリコンは光エネルギーを受け取り、電気エネルギーに変換する特性を持っています。
ステップ2: 光エネルギーの変換
太陽光パネルの表面には、光吸収体と呼ばれる材料があります。
光吸収体は、光エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する役割を果たします。
ステップ3: 電力の回収
光エネルギーが変換されると、光吸収体の間に電気的な力が生じます。
この力によって、電子が動き出し、外部に電流を生み出します。
太陽光発電システムは、この電流を回収し、利用可能な電力に変換します。
ここで重要なのがパワーコンディショナーです。
パワーコンディショナーは、太陽光発電システムで作った直流の電気を、家庭内での使用や売電ができる交流の電気に変換するための機器です。
太陽光発電で作られた電気は直流電流と呼ばれるもので、そのままでは家庭で使うことができません。
ソーラーパネルで発電した電気をエアコンやライトといった住宅の電気として利用できるのは、パワーコンディショナーがあるからなのです。
パネル素材ごとの特徴や変換効率について
先ほど記載したように、太陽光パネルはシリコン素材をもとに作られていることがほとんどです。
一概にシリコンと言っても現在販売されているもので4種類あり、素材ごとに特徴や変換効率が異なります。
変換効率とは、吸収した太陽の光エネルギーをどのくらい電気に換えられたかを表した数値です。
変換効率の数値が大きいほど、性能がいい太陽光パネルとされ、変換効率が20%前後であれば、性能の高い太陽光パネルと言えます。
1.多結晶シリコン
画像:https://www.tokuyama.co.jp/products/electronic_materials/polysilicon.html
小さなシリコン結晶を集めて作られた素材
・価格の幅が広いと同時にさまざまなパネルの形状があるので選択肢が豊富
・パネルのデザインも豊富なので、自宅の屋根にあったものを見つけやすい（建物の外観が損なわれにくい）
・単結晶シリコンよりも低コスト
多結晶シリコンのデメリットは、単結晶シリコンよりも変換効率が少し低いことです。大体15%前後と言われています。
2.単結晶シリコン
画像:https://kirara-sha.com/id1/silicon/
太陽光パネルを構成するセル全体がひとつの結晶になっている素材
・多結晶シリコンよりも変換効率が高い（20%前後）
・安定した発電効率が期待できる
・発電効率が高いので、住宅密集地や小さな屋根でも十分な発電量が期待できる
単結晶シリコンのデメリットは、太陽光パネル素材の中でトップクラスに価格が高いことです。
3.薄膜シリコン
名前の通り薄い膜のような素材
・従来の太陽光パネルよりも軽いので、さまざまな場所に設置できる（壁にも取りつけられる）
・開発に成功すれば、製造に必要なシリコン量は多結晶シリコンの100分の1になり、価格が安くなる可能性がある
薄膜シリコンのデメリットは、変換効率が10%前後と低いことです。ある程度まとまった発電を想定するのであれば、太陽光パネルをたくさん設置する必要があります。
4.化合物系
銅・インジウム・セレンという3つの元素を組み合わせて作った化合物半導体を指す
・結晶シリコン系の太陽光パネルよりも価格が安い
・シリコン系太陽光パネルよりも10%ほど発電量がアップした実証実績がある
・年数が経過しても発電効率が落ちにくい
変換効率は大体15%前後と言われています。変換効率の改良が進められているので、化合物系は今後の変換効率向上が期待できます。
太陽光発電における発電量や経済効果
画像:https://evdays.tepco.co.jp/entry/2022/06/30/kurashi22
〈太陽光発電で発電量を左右する要素〉
・システム容量：使用するソーラーパネルの性能・枚数によって決まる
・日射量：設置場所や角度、季節、天気、地域等によって決まる
・システム上発生するロス：パネルや季節によって異なる
上記のように発電量には波がありますが、太陽光発電協会（JPEA）によると、ソーラーパネルのシステム容量1kWあたりの発電量は年間で約1,000kWhが目安とされています。
システム容量1kWあたりの発電量を年間で1,000kWhとしたときに、5kWの太陽光パネルを設置した場合、年間発電量は5,500kWhです。
一般家庭の年間使用電力量は年間4,300kWhであるため、これを上回る太陽光パネルを設置すれば年間電気代は収支計算上であれば実質0円と言えます！
電力会社と電気の契約をしていると、仮に電気の購入量が0円でも、基本料金が発生する場合がほとんどなので、収支試算上は実質0円だとしても現実的には難しいかもしれません。
ただし、購入する電気代を減らし、実質的に「0円」に近づけることはできます。
皆さんは生涯にかかる電気料金を考えたことがありますか？
電気代高騰の影響も受け、一世帯当たり650万円以上と言われています。
恐ろしくて想像もつかない金額ですが、太陽光パネルを設置することで大幅に軽減することができます。
弊社であれば6kWhの太陽光パネルを約150万円で設置することが可能でございます。
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来週の告知
今週は太陽光発電の仕組みについて解説しましたが、来週は太陽光エネルギーのメリットや太陽光発電の経済効果について解説いたします。
お楽しみに！
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