太陽光発電イメージ画像

太陽光発電

太陽光発電の仕組み

太陽光発電の仕組み

太陽光発電システムは、太陽光パネル、パワーコンディショナー、これらを接続する接続箱、気温計や日射計などの計測装置、発電量を確認する表示装置(モニター)、電力会社からの配電線に接続する電力量計などで構成されています。太陽光パネルに太陽光が当たることで発電した直流電力を、パワーコンディショナーなどの変換装置で交流電力に変換します。

図:太陽光発電の仕組み

発電した交流電力は売電することが可能です。売電をする場合は系統連系を行う必要があります。"系統"とは、電力の電力網ネットワーク(送電網)を指します。電柱、電線などが構成要素です。"連系"とは、この電力網ネットワークに接続することです。電力網ネットワークは、安全・確実に全国へと電気を配電するため、電圧、周波数が定められています。過電圧、不足電圧、周波数上昇や低下が発生すると、電力網ネットワークに悪影響があります。

太陽光発電システムで売電を行う場合は、このような悪影響が発生しないように、また、具体的に系統連系をおこなう接続場所を定める為に、電力会社との系統連系協議が必要です。

太陽光発電システムの容量とは?

設置できる太陽光発電システムの容量は、一般的な屋根の場合、設置面積(m2)の1/10で概算できます。

(おおよそのシステム容量kW = 設置面積m2 x 1/10)

例えば1,000m2の屋根面積であれば、おおよそ100kWのシステム、100坪の土地であれば33kWのシステムです。メガソーラーを設置する場合は、5,000~6,000坪の広さが必要になります。太陽光発電システムの設置をお考えの前に、どの位の大きさのシステムが構築できるか知りたい場合は、この計算値でおおよその目安を把握されるとよいでしょう。

実際には設置場所の形状により、太陽光パネルの1列当たりの枚数、配置列数(ストリング数)、パネル保守用スペースなどが変わります。同一面積であっても設置場所の形状が違えば、設置可能なシステム容量は異なってきます。正確なシステム容量を知りたい場合は、屋根形状、土地形状を伝え、施行業者さんにお見積もりをご依頼いただくとよいでしょう。

ちなみに正確なシステム容量は、太陽光パネルの容量、もしくはパワーコンディショナーの容量のいずれかの数値が低い方、と定義されます。例えば102kW分の太陽光パネルと、100kWのパワーコンディショナーを設置した場合、この太陽光発電システムの容量は100kWです。

太陽光パネルとは?

太陽光発電システムの構成で中心となっているものが太陽光パネルです。
太陽光パネルが、太陽の光エネルギーを吸収して電気に変換するエネルギー交換器の役割を果たします。詳しく見ていくと、太陽光パネルはセル、モジュール、アレイと構成単位によって呼び名が変わります。

図:太陽光パネル
セル
太陽電池の基本単位です。太陽電池素子そのもののことを指します。
モジュール
太陽電池の最小単位である「セル」を配列し、屋外の環境に左右されないように樹脂や強化ガラスなどで保護をしたうえた上でパッケージしたものです。パネルメーカはこの単位で市販しています。
アレイ
モジュールを複数並べて(直並列)接続し、架台に取り付けた太陽電池群のことを指します。

変換効率とは?

太陽光パネルの変換効率とは、「1m2あたり1kWの光エネルギーを何%の電気に変えることができるか」というものです。変換効率は太陽光パネルによって異なり、現在、市販されている太陽光パネルの変換効率は10~20%程度です。通常、太陽光パネルを設置できる面積は決まっています。屋根の広さ、設置場所の広さなどの制約があるためです。その設置面積にパネルを設置し、その面積に変換効率を掛けると発電量が求められます。

(発電量 = 変換効率 x 設置面積)

太陽光パネルで発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナーにも変換効率があります。現在市販されているパワーコンディショナーの変換効率は94~97%程度です。パワーコンディショナーの変換効率のバラツキは、太陽光パネルに比べてそれほど差はありません。

太陽光パネルの種類

太陽光パネルには、使われる素材や構造によっていろいろな種類があります。 開発中のものを含めると多岐にわたりますが、ここでは現在普及が進んでいるものを中心にご紹介いたします。

  シリコン(結晶)系 化合物系
結晶シリコン 薄膜シリコン CIS
(CIGS)
単結晶 多結晶 多接合  
特徴 シリコン単結晶のセルにより構成
最も歴史がある
シリコン多結晶のセルにより構成
単結晶より結晶化プロセスが安価
アモルファスシリコンと、微結晶を積層した太陽電池 銅・インジウム・セレン等を原料とした薄膜太陽電池
一般的な
モジュール変換効率
~17% ~15% ~10% ~11%
発電特性 標準的な発電特性を示すが、 単結晶の方が発電量が多い 紫外領域が強く
高温
強日射で優位
発電領域が広く発電量が比較的多い
温度特性 温度上昇に伴い、出力性能が下がる
低温特性に優れる
夏場の高温性能が良い 結晶と薄膜の中間的な特性
参考画像

※上記以外にも、異なる性質の材料を組み合わせたハイブリッド型など、いろいろな太陽電池があります。

固定価格買取制度の設備認定について

固定価格買取制度の利用をご検討されている場合、設備認定項目の中にモジュールの変換効率も含まれています。

太陽光パネルのモジュール化後のセルの変換効率が、以下のパネルの種類に応じて、それぞれ定める変換効率以上のものであることについて確認できるものであることと定められています。

シリコン単結晶系:13.5%以上 シリコン薄膜系:7%以上
シリコン多結晶系:13.5%以上 化合物系:8%以上
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POINT!太陽光発電と一口に言っても、価格のほかに変換効率や耐久性、メンテナンスなど比較・検討すべき点がございます。蓄電・節電.comでは、お客様にとって最適な太陽光パネルを国内外のメーカーから厳選してご提案いたします。
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