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太陽光発電の仕組みとは?設置するメリット・デメリットを解説

2022.05.26

コラム

太陽光発電とは、太陽の光エネルギーで電気を作る太陽電池を利用したシステムです。

今では、たくさんの住宅や企業に導入され普及が進みました。

これからもZEH(ネットエネルギーハウス)の普及が進むにつれ、太陽光発電もまだまだ伸びそうです。

 

しかし、太陽光発電とはどのような仕組みになっているのかまで理解している人は少ないのではないでしょうか?

本記事では、住宅用太陽光発電の仕組みをまとめましたので、参考にしてみてください。

太陽光で電気ができる仕組み

太陽光発電の仕組みを説明します。

太陽電池はP型シリコンとN型シリコンの2種類の半導体を張り合わせてできています。

P型シリコン半導体はプラス、N型シリコンはマイナスを帯びやすい特徴があります。

P型シリコンとN型シリコンの境目に光エネルギーが加わると、P型シリコンはプラスになり、N型シリコンはマイナスになり、乾電池と同じような電気の流れができるのです。

画像引用:​​中部電力HP

太陽光発電の構成

太陽光発電の構成について、説明します。

太陽光発電に必要なシステムは以下のものがあります。

  • 太陽電池モジュール
  • 接続箱
  • パワーコンディショナ
  • 分電盤
  • 蓄電池
  • 電力量メーター

画像引用:太陽光発電協会

太陽電池モジュール

太陽電池モジュールとは、太陽の光を電気に変換する装置で一般的に太陽光パネルやソーラーパネルといわれているものです。

また、モジュールを細かくしたものがセルといわれ、セルが最小単位になります。

屋根に設置してある太陽光パネルは、セルという細かい板が並んでできているのです。

接続箱・パワーコンディショナ

接続箱とは太陽電池モジュールで発電した電気をまとめ、パワーコンディショナに送る装置になります。

一方、パワーコンディショナは太陽電池モジュールで発電した電気を家庭で使用できるように変換する装置です。

電気は直流と交流の2種類

直流とは、常に一定方向に電気が流れる方式であり、乾電池やバッテリーなどは直流を使用します。

交流とは、プラスとマイナスが周期的に入れ替わることで、電気の流れも変わっていく方式であり、家庭のコンセントや発電機は交流になります。

 

太陽電池モジュールで作られた電気は直流になるので、交流に変換する必要があります。

その変換をする役目をパワーコンディショナが担っているのです。

分電盤・蓄電池

分電盤とはパワーコンディショナで交流に変換された電気を各部屋・蓄電池に分ける装置です。

蓄電池は、電気を貯める装置です。

太陽光発電で作られた電気や、電力会社からの電気を貯めることができます。

 

電気を貯めることで、停電時や災害時にも貯めた電気を使用することができます

また、太陽光発電で貯めた電気を夜に使用することで自家消費を増やすことに繋がり、夜に貯めた電気を昼に使うことでピーク電力の消費になります。

電力量メーター

電力量メーターは電気会社から買った電力と太陽光発電によって作られた電力を売った量を計測するメーターです。

どのくらい発電できるのか?

太陽光発電の構成はわかったけど、実際どのくらい発電できるのか気になるところですね。

ユーザーの方も気になる点なのでチェックしておくとよいでしょう。

発電量はワット数(W)で決まる

発電量は太陽電池モジュールの容量で決まり、その容量はワット(W)で表します。

住宅の屋根の大きさや形によって設置できる量はさまざまですが、住宅用太陽光発電の平均の容量は4.5kwといわれています。

4.5kwの発電量は?

住宅用太陽光発電の年間の発電量は場所や日照時間によって異なりますが、1kw=1000kWh〜1200kWhが平均値になります。

4.5kWの場合は4500kWh〜5400kWh程になります。

 

環境省のデータでは、家庭の年間の電力消費量は一世帯当たり4300kWhとでています。

そのことから、4.5kWhの容量を設置すれば、年間の電力を賄える可能性が高いといえます。

引用:環境省HP

太陽光発電のメリット

太陽光発電のメリットについて記載します。

太陽光発電をお考えの方が気になるポイントですので、抑えておく必要があります。

太陽光のメリットは以下のものがあげられます。

  • 電気代の節約
  • 停電・災害時に備えられる。
  • 環境に優しい
  • 売電による収入

下記で詳しく説明しますので参考にしてください。

電気代の節約

太陽光発電のメリットといえば、電気代の節約です。

近年、石炭や液化天然ガスの輸入価格の高騰が原因で、電気代も値上がりしました。

また、脱炭素社会実現による火力発電の減少が進み、今後も電気代は値上げすると予測されています

これからの時代は、電気を自分で作るという時代になってきているのです。

停電・災害時に備えられる

太陽光を設置していれば、停電時でも災害時でも太陽の光がある限り電気を使用することができます。

特に災害時で、電気が使用できず情報が入らないことや、冷暖房を使用できないことは非常に困ることです。

太陽光発電を設置することで、そのような事態になっても安心して自宅で避難生活ができます

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また、蓄電池と併用して使用すれば、発電した電気を貯めることができるので、太陽の出ていない夜や曇りの日でも安心です。

環境に優しい

今の日本の電気は火力発電に頼っている状況です。

しかし、火力発電に必要な石炭や液化天然ガスはCO2を排出し、地球温暖化の問題を引き起こしています。

太陽光発電は太陽の光を利用し電気を作りますので、CO2の排出はありません

よって、太陽光発電を設置することで、地球を守っていることになるのです。

尽きることない再生可能エネルギー

石炭や石油などは化石燃料といわれ、CO2を排出するだけでなく、いつか無くなってしまいます。

その一方、太陽光発電は太陽が存在する限り、無くなることはありません。

今、世界では化石燃料から太陽光発電のような「再生可能エネルギー」にシフトチェンジしているのです。

売電による収入

太陽光発電によって発電した電気を電力会社に売却することも可能です。

発電した電気は一定の期間定額で買い取ってくれます。

売却価格は年々減少している傾向にありますが、売却することによって少しでも収入を得られることも太陽光発電のメリットになります。

太陽光発電のデメリット

設置費用が高い

太陽光発電の大きなデメリットは設置費用が高いことです。

経済産業省のデータからすると、2021年では設置費用は1kWあたり平均28万円となっています。

住宅の平均の積載量が4.5kWなので約126万円はかかる見込みです。

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太陽光発電単体での国からの補助金は2014年に終了しています。

しかし、地方自治体によっては太陽光発電の補助金制度を導入している地域もあるので、ぜひ活用したいものです。

天候や地域によって発電量が変わる

太陽光発電の発電量は天候に影響されやすいデメリットがあります。

太陽の日射量は地域と季節によって異なってきます。

地域によっては冬はほとんど曇りだったりする場所もあるので、発電量が平均より下回ることもあることでしょう。

取り付けができない場合も

住宅の太陽光発電は主に屋根上に取り付けられます。

そのため、住宅に負荷がかかり、古い住宅では重さに耐えられないこともあります。

既存住宅に太陽光発電を設置を検討する際は、事前の調査が必要です。

近隣トラブルに注意が必要

雪の多い地域では太陽光発電の上に雪が積もり、その落雪によって近隣とトラブルになることもあるので事前の調査や対策が必要です。

また、太陽光パネルの反射もトラブルになる原因になるので設置する場所や近隣への影響のシミュレーションが重要になります。

まとめ

太陽光発電はまだまだ需要が高まる可能性があります。

日本の電気代は、まだまだ上昇するとの予測もありますし、国が推進することでZEHの普及もこれから高くなります。

ZEHには太陽光発電が必要不可欠なので、太陽光発電は再度注目されることでしょう。

 

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