太陽光発電の仕組み。なぜ発電するのか

　

【①太陽電池モジュール】が太陽の光エネルギーを吸収して電気（直流）に変えます。

太陽電池モジュールが発電した電気が【②接続箱】をとおして【③パワーコンディショナー】に送られ、直流から家庭で使用する交流電気に変換されます ④分電盤】を通って家中に電気を送ります。 【⑤売電・買電メーター】を通じて、余剰電気が生まれた際は逆に昼間の電気料金で買い取ってもらい、逆に夜間や雨天時の電力不足時は電力会社より電気を購入します

太陽電池容量 1kWシステム当たりの年間発電量は約1,000kWh(※1)といわれています。一世帯当たりの年間総消費電力量は5,500kWh/年(※2)なので、3kWシステムを設置すれば、計算上は55％程度を太陽光発電でまかなえることになります。

地域や太陽電池の方位、傾斜角度により発電量が変わるため、この計算はあくまでも目安といえます。 晴れた日中には発電効果がもっとも大きくなり、電力会社に売電する量も大きくなりますが、逆に曇りの日はあまり発電できなくなります。その場合には、不足分の電気を電力会社から買って使いますので、電気が使えなくなることはありません。

※1東京地区で太陽電池を水平に対して30度傾け、真南に向けて設置した場合の計算例です。

※2省エネルギーセンターホームページ

【システム上のロス】

太陽電池モジュールがあつくなると発電ロスが発生します。温度上昇による損失は、大体3～5月及び9～11月…15％、6～8月…20％、12～2月…10％程度になります。パワーコンディショナーで直流電気から交流電気に変換する際に2.5％～程度のロスが発生します。

そのほかに、電池の受光面の汚れや配線・回路により7％程度のロスが発生します。

つまり、瞬時発電電力は最適条件(真南設置時・設置角度30°)で設置をした場合でも、最大でも太陽電池容量の70～80％程度となってしまうことを予め理解しておく必要があります。

【方位によるロス】

太陽電池モジュールを設置する屋根の方位は「真南」が最適条件です。屋根への日射量を南100%とした場合、南東、南西では4%、真東、真西でも15%のロスが発生します

※屋根傾斜角30°の場合

【屋根勾配によるロス】

また、太陽電池を設置する屋根の傾斜角については30°前後が理想で、30°を100%とした場合、20°から40°の範囲であればロスは2％以内となります。

太陽電池は半導体の一種シリコンで作られています。シリコンが太陽の光を受けると内部に電子エネルギーが起こり、電流が起きる性質を利用したのが太陽電池です。

太陽電池には、シリコンから作られる物とそれ以外の物質からつくられるものに大きく分かれます。家庭用で普及してる物は、ほとんどがシリコン系になります。

種類			変換効率	特徴	用途
シリコン系	結晶	単結晶 シリコン	14～17.5%	最も古い歴史をもつ。200～300μmの薄いシリコンの単結晶基盤に太陽電池を作る。性能や信頼性に優れる。	宇宙 地上
		多結晶 シリコン	12～16%	多結晶シリコン基盤から作られていて、効率は単結晶よりやや劣るものの、製造技術力で効率UP、低コスト化が可能。	地上
	非結晶	アモルファス	6～10%	薄膜シリコン太陽電池ともよび、結晶系シリコンにくらべて1/100以下の薄さが特徴。製造コストが安い反面、紫外線による劣化、変換効率の低さといった側面ももつ。	民生 地上
	HIT		17%～	単結晶シリコンとアモルファスをあわせたハイブリッド型。	地上
化合物系			8～20%	シリコン以外の物質(銅、ガリウム、カドミウム、インジウム他)を混ぜ合わせてつくる太陽電池。人工衛星から電卓・時計などの太陽電池まで幅広い用途に適用されている。電力用途の大量生産の観点からは、シリコン結晶系に比べ資源量が少なく、有害物質を含む等のデメリットあり。	宇宙 民生 地上