家庭用太陽光発電の仕組みと原理を分かりやすく解説
近年導入する住宅が増えている太陽光発電。
何故太陽光だけで電力を発電できるの？太陽光発電による収益の仕組みは？
気になる太陽光発電の仕組みと原理を太陽光コンシェルが分かりやすく解説していきます。
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発電するまでの原理
太陽光発電とは太陽光を電気に変える発電方法です。発電するまでの原理は以下の通りです。
- ①太陽光を受ける
- ②電子正孔が発生し移動し始める。接合部分に触れるとｐ型半導体がプラスになり、ｎ型半導体がマイナスになる
- ③乾電池のような仕組みで電気が流れる
太陽電池の構造
- ・太陽電池は 2つのシリコン半導体を重ねることによってできています。そして2つのシリコンを包むように電極が重なっています。
- ・半導体の接合部分に太陽光が当たると発生するのが電子と正孔です。
- ①太陽光を受ける
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②光電効果が起きる
光電効果とは 〇太陽光を浴びた2つのシリコンの接合部分に電子と正孔が発生します。
発生した電子と正孔が光エネルギーを吸収し移動を始めます。
〇電子と正孔が接合部分に触れるとｐ型半導体はプラスになり、ｎ型半導体はマイナスになります。 -
③発電する
この状態で側面に重なった電極を導線で繋ぎます。するとプラスとマイナスが働き、乾電池のような仕組みで電気が流れます。
発電できる電力量
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1枚のセルが発電できる電力
太陽電池の機能を持つ板をセルと呼びます。セル1枚の面積が約10ｃｍ×10ｃｍです。
そしてセル1枚が発電する電力が0.5V、3Aです。
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1枚の太陽電池モジュール（ソーラーパネル）が発電できる電気量
沢山のセルが繋がっているものを太陽電池モジュールと呼びます。太陽電池モジュールは専用の材料で保護されており、1枚の面積が約1580ｃｍ×812ｃｍです。そして太陽電池モジュール1枚が発電する電力量は約200ｗ～約300ｗ程です。
太陽光発電を一般住宅に設置する場合
一般家庭で必要となる電力量
地域により異なりますが、年間発電量1000ｗ＝システム容量1ｋｗとなります。
一般住宅で使用する設置容量は3ｋｗ～5ｋｗであることが多いです。ご家庭に設置する際は以下の表を参考にしてみてください。
| 太陽電池モジュールの枚数と発電量 | ||
|---|---|---|
| 200Wの太陽電池モジュール | 20枚 | 4000w = 4kw |
| 300Wの太陽電池モジュール | 15枚 | 4500w = 4.5kw |
住宅用太陽光発電とは
太陽光発電はシステム容量によって扱われ方に違いがあります。
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システム内容量：10ｋｗ未満・・・住宅用太陽光発電
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システム内容量：10ｋｗ以上・・・産業用太陽光発電
発電した電力を家庭で使用する
太陽光発電は、太陽電池モジュールだけでは実際に家庭で電力を使用することはできません。
太陽光発電で発電する上で必ず必要となるのが太陽電池モジュール・パワーコンディショナー・分電盤です。
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太陽電池モジュール（ソーラーパネル）
太陽電池の機能を持つセルが沢山繋がった機械です。太陽光エネルギーを受けて電力を発電します。
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パワーコンディショナー
パワーコンディショナーとは太陽電池モジュールで作られた直流電流を交流電流に変換する機械のことです。
パワーコンディショナーの変換効率が良いと、変換する際の電力のロスを減らすことができます。
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分電盤
太陽光発電では専用の分電盤が必要となります。
分電盤とはパワーコンディショナーで変換された電流を受け取り、各部屋のコンセントや電力会社に送る機械のことです。
設置場所
太陽光発電を一般住宅で設置する上で、最も発電効率が良いのが住宅の屋根です。皆さんも、屋根に太陽電池モジュールが設置されている光景を一度は目にしたことがあると思います。
屋根以外にも設置することができるため、お勧めの設置場所をご紹介します。
太陽光発電設置場所の例
太陽光発電は住宅の屋根の他にも、様々な場所に設置することができます。
- 〇住宅の屋根
- 〇倉庫の屋根
- 〇ベランダ
- 〇駐車場
- 〇庭
- 〇畑
- 〇外壁
屋根以外に設置するデメリット
太陽光発電の屋根以外の設置を検討されている方は、デメリットも確認してから設置することが大切です。
- 影などにより太陽光が当たりにくく、発電量が低下する。
- 盗難のリスクがある。
- 強風により飛んできた物が当たり、故障する可能性が高くなる。
太陽光発電の費用と収入に関する仕組み
太陽光発電のお金に関する仕組みも気になるところですよね。初めにかかる初期費用はかかりますが、後にしっかり回収できる仕組みになっています。
費用に関する仕組み① 初期費用
太陽光発電を設置するにあたって最低限必要な費用の相場は150万円前後になります。
揃える必要のある機械は以下の機械になります。
- 太陽電池モジュール
- パワーコンディショナー
- 蓄電池
- モニター
費用に関する仕組み② 電気代の節約
太陽光発電の設置により日中に電気代を大幅に節約することができます。オール電化や蓄電池の組み合わせが効率的に電気代を抑えることができるためお勧めです。蓄電池を設置した場合は夜間の電気代も節約することが可能になります。
費用に関する仕組み③ メンテナンス費用
太陽光発電を維持していく上で必ず必要になるのが定期的にかかるメンテナンス費用です。
メンテナンス費用は年間15万円程が相場になります。またメーカーの保証期間は10～15年程が一般的です。
費用に関する仕組み④ 売電収入
生活の中で使いきれずに余った電力も活用したいですよね。太陽光発電で発電した電力が余ってしまった場合でも、電力会社に売電すれば売電収入を得ることができます。こちらも太陽光発電のメリットのひとつです。
売電価格
固定価格買取制度（FIT制度）によって10年間売電価格が固定されることが約束されています。11年目以降もそのままの売電価格で契約を継続できる場合も多いです。
11年目から電力会社を変えるのであれば、売電価格が年々変化しているためしっかり調べてから決めましょう。
費用に関する仕組み⑤ 太陽光発電で使う機械の寿命
太陽光発電で使う機械はかなり長く使用できる作りになっています。初期費用のもとを十分に取ることのできる寿命と言えるでしょう。
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太陽光モジュール（ソーラーパネル）・・・20～30年程使用できます。
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パワーコンディショナー・・・10～15年程使用できます。
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分電盤・・・13年程使用できます。
太陽光発電による省エネが注目されている
ご家庭の条件によって様々ではありますが、一般住宅での太陽光発電設置により年間最大約69％もの光熱費の削減が実現できていることがわかっています。
太陽光以外のエネルギーを使わない
太陽光発電は、太陽光を電力に変える仕組みとなっています。そのためかなり効率的な発電が実現できています。
省エネ住宅をサポートする「ZEH」
ZEHとはエネルギー収支が年間でプラスマイナスゼロである住宅のことです。生活の中で使うエネルギーを自ら生産する太陽光発電を使えば、ZEHの対象になることができる可能性は高いです。条件を満たしZEHの対象になることができれば、補助金を貰うこともできます。
まとめ
仕組みと原理を知ることによって太陽光発電の良さをより感じていただけたと思います。太陽光を電力に変えることのできる太陽光発電は今後の私たちの生活にプラスに働くと、今注目されています。
検討されている皆さんも太陽光発電を導入してみてはいかがでしょうか。
