太陽光発電の仕組みと原理

太陽光発電の標準的な仕組み(システム)と機器についての解説

太陽光発電を利用するためには、数種類の機器の設置が必要となります。太陽光発電の標準的な仕組みとしては、ソーラーパネル(太陽電池モジュールまたは太陽電池パネル)、接続箱、パワーコンディショナー、分電盤、発電量を確認するモニター、買電、売電に対する電力メーターによって構成されます。

太陽光発電の機器の説明と電力を得るための仕組み

まず、一般的な住宅用太陽光発電システムに必要な機器とそれぞれの働き、仕組みについてご案内します。以下は太陽光発電システムの標準設備例です。

屋根の上で光を集めて電気を作るための機器

ソーラーパネル 接続箱 パワーコンディショナー

ソーラーパネルで太陽光から電気を作ります、この時点の電力は直流電流となりますので、家庭で使用できるようにパワーコンディショナー交流電力に変換します。複数面などに取り付ける際など、ソーラーパネルの配線が2つ以上になる場合は接続箱配線をまとめてパワーコンディショナーに接続します。(パワーコンディショナに同等の機能がついている場合もあります。)

作られた電力を家庭内で使用したり、売電するための機器

分電盤 電力量を知るためのモニター 電力量計。買電、売電のためのメーター

パワーコンディショナで交流電力に変換された電気は屋内に設置する分電盤を通り家庭内の家電やその他の電気機器へ供給されます。これは電力会社から買電した電力を家庭内に供給しているのもと同様のものです。

発電量、消費電力量および買電量、売電量などを確認するにはモニターが必要になります。モニターは発電には直接関連しないため必須機器ではないものの、節電意識の向上や太陽光発電システムの不具合の早期発見のためにも、設置を選ばれる方がほとんどです。

電力会社から電気を購入している家庭には必ずついているメーターですが、太陽光発電からの売電をする場合は買電/売電両方が把握できるものに交換されます。

太陽光発電の原理

ここでは一番普及が進んでいるシリコン結晶型の発電原理について、簡単にご案内していきます。

太陽電池は半導体を利用して光のエネルギーを電力に変換します。ソーラーパネルは太陽光があたると光のエネルギーを受け取り、吸収してエネルギーを外部回路に押し出します。この押し出されたエネルギーが電力となります。

エネルギーとは電子を指しますが、光があたりそのままでは熱に変わってしまい周囲に伝導してしまうため電力に変えることはできません。熱に変わる前に電子(エネルギー)を取り込み電力に変える役目を果たすのが半導体なのです。

半導体にはn型半導体とp型半導体の2種類があり、太陽電池はこのn型とp型の半導体を重ねた構造をしています。n型がマイナス、p型がプラスなので、重ね合わせ接合された部分に電子が入ると反発しあい電子がはじき出されます。これが電力(押し出されたエネルギー)になり外部回路に流れるのです。

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