太陽光発電の仕組みをわかりやすく解説【図解】 | 太陽光 | 再生可能エネルギー | 株式会社グッド・エナジー

太陽光発電は、太陽電池を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換します。本記事では、太陽光発電の仕組みや各機器の役割、太陽光発電の主なメリットを解説しています。

• 太陽光発電の仕組みを学びたい
• 太陽光発電で使われる機器を知りたい
• 太陽光発電を導入するメリットを知りたい

本記事を読むことで、太陽光発電の仕組みや導入するメリットを理解できます。上記に当てはまる方は、ぜひ最後までご覧ください。

【図解】太陽光発電の仕組み

太陽光発電は、「n型半導体」と「p型半導体」と呼ばれる2つの半導体を利用して発電を行います。p型半導体は、正の電荷を持つ「正孔」が存在します。一方、p型半導体は、負の電荷を持つ「自由電子」が存在します。

2つの半導体を接合（pn接合）することで、正孔と自由電子は結合して消滅します。この状態で太陽の光があたると、2つの半導体に電位差が生じ電極を導線で結ぶと電流が流れます。

p型半導体とn型半導体について

Si（荷電子：４）の半導体に特定の元素を添加することで、p型半導体とn型半導体を製造することが可能です。Ｐ（荷電子：5）を添加した場合、自由電子が1つ多い状態になります。自由電子を増やして電気伝導性を高めた半導体をn型半導体と呼びます。

Ｂ（荷電子：３）を添加した場合、自由電子の数が少ない状態になります。電子の不足分を正孔と呼び、相対的に正の電荷を帯びています。電子を減らして電気伝導性を高めた半導体をp型半導体と呼びます。

上記のように、Siに特定の元素を添加して、半導体の特性を変えることをドープと呼びます。

太陽光発電システムを構成する機器

太陽光発電の大まかな流れは、以下のようになっています。

• 太陽光発電で直流の電気を生成する
• 電流は接続箱を通りパワーコンディショナーを通過する
• パワーコンディショナーで直流の電流を交流に変換を行う
• 分電盤を通過し、必要な箇所へ電気を届ける
• 余剰電力は逆潮流を利用して電力会社に売電することができる

家庭などで使用する電力は交流のため、パワコンで変換を行う必要があります。逆潮流とは、発電した余剰電力を系統（送電網・配電網）へ逆流させることです。

続いて、太陽光発電に必要な機器をそれぞれ解説します。

太陽光パネル

太陽光パネルは、セル・モジュール・ストリング・アレイと呼ばれる4つの単位で構成されています。最小の単位はセルで、大きさは「セル＜モジュール＜ストリング＜アレイ」の順番です。セルを複数結合したものをモジュールと呼び、通称「太陽光パネル」と呼ばれています。

パネルを直列で複数組み合わせたものをストリングと呼び、ストリングを複数組み合わせたものをアレイと呼びます。

設備容量の計算方法は、「モジュール（太陽光パネル）×枚数」で求めることが可能です。例えば、1枚当たり100Ｗのモジュールを10枚組み合わせたアレイの場合、発電容量は「100W×10枚＝1,000W（1kW）」となります。

パワーコンディショナー

パワーコンディショナーは、通称「パワコン」や「PCS」と呼ばれる機器で、太陽光発電で発電した直流の電気を交流に変換します。電力会社から家庭に送電される電気は交流のため、パワコンを用いて発電した電気を変換しなければなりません。

ただ、電流を100％交流に変換することは難しく、変換時にエネルギーロスが生じています。発電効率を最大限にするためには、変換効率が高いパワコンを使用することが重要です。また、パワコンの保証期間は5～10年付いているのが一般的です。

分電盤

分電盤は、太陽光発電に関わらず電気を利用するすべての建物に必要です。建物の電気設備が正常に機能するために不可欠であり、通称「ブレーカー」と呼ばれています。分電盤の役割は、漏電や過負荷といった電気の異常を検知し、火災や電気設備の損傷を防ぐことです。

太陽光発電の場合、分電盤は、家庭や施設内の必要な場所に電気を効率良く分配する役割があります。また、逆潮流を利用して余った電力を電力会社に売電するための役割もあります。分電盤は、太陽光発電に限らず、電気を使用する施設で不可欠な機器です。

太陽光発電の特徴

太陽光発電は、「再エネの中では導入コストが低い」「電気代高騰の問題を解決できる」など、多くのメリットがあります。他にも、主な特徴やメリットは下記の通りです。

• 資源エネルギーが枯渇しない
• CO2削減に貢献できる
• 遊休地や施設の屋上を有効活用できる
• 固定価格買取制度（FIT）を活用できる

以下の記事では、産業用太陽光発電のメリット、デメリットを詳しく解説しているので、合わせてご覧ください。

太陽光発電の発電量はどれくらい？

太陽光パネルの発電量は、1kWあたり約2.7kWhと言われています。

単位「kW」は、太陽光発電がどれくらい発電するかの容量を表す単位です。kWと似ている単位で「kWh」があり、kWhは1時間当たりの発電量を指しています。発電量の計算方法は「発電量（kWh）＝電力（kW）×時間（h）」となります。

ただ、地域の日射量や太陽光発電設備の方位、角度、季節によって発電量は変動します。発電効率を高めるために、日射量が多い地域を選ぶことや最適な機器の導入、定期的なメンテナンスを行うことが重要です。

参考：太陽光発電の1日の発電量は？（東京電力エナジーパートナー）

太陽光発電で余った電気はどうなる？

太陽光発電で発電した余剰電力は、電力会社に売電することが可能です。蓄電池を併用している場合は、夜間や災害時の非常事態に備えて電力を蓄電することも可能です。

BCP対策に貢献できることから、太陽光発電と蓄電池を併設する企業が増えています。三菱総合研究所の調査によると、2021年時点で、日本国内の定置用蓄電池の導入量は約6,000MWhまで拡大しています。

出典：定置用蓄電システムの普及拡大策の検討に向けた調査（三菱総合研究所）

売電する方法

余剰電力は固定価格買取制度（FIT制度）を利用して売電することが可能です。FIT制度は、一定期間、国が定めた金額で電力会社に売電することが可能です。買取期間は、住宅用（10kW未満）の場合は10年間で、産業用（10kW以上）の場合は20年間です。

また、高圧（50kW以上）の太陽光発電では、FIP制度を利用できます。FIP制度は、再エネ賦課金の問題解決や再生エネルギーの更なる普及を目的に、2022年4月から始まった制度です。

売電価格にプレミアム（供給促進補助金）を上乗せて売電できることが特徴です。

まとめ：太陽光発電のお悩みはグッド・エナジーにご相談ください

太陽光発電の仕組みや太陽光発電の主要機器、太陽光発電を導入するメリットについて解説しました。太陽光発電は、他の再生エネルギーと比較して導入コストが低いことから注目が高まっています。また、電気代の削減や企業イメージの向上にも貢献できるため、導入を検討する企業が増えています。

グッド・エナジーは、太陽光発電の買取や施工、販売を行っている企業です。当社が運営する「そらサーチ」では、全国各地の中古太陽光発電の物件を掲載しています。太陽光発電の買取や導入でお悩みがある方は、お問合せフォームよりご相談ください。