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家庭用太陽光システムの仕組み

公開日:2021/04/15


近年では新築戸建て住宅の屋根にソーラーパネルを設置して、太陽光発電を行う家庭が増えてきました。太陽光発電システムは日光を電気に変えて、家庭用の電源に整流して送り出すという働きがあります。新築住宅などに家庭用太陽光発電を設置することを検討している方は、日光を電気に変える仕組みについて知っておくことが大切です。

家庭用太陽光発電システムの装置と仕組みとは

太陽光発電システムはいくつかのモジュールを組み合わせたもので、各装置が正常に稼働することで太陽の光から家庭で使用する電気(60または50Hz交流100V)が生み出されます。家庭用太陽光発電システムは多くの機種が販売されていますが、システムを構成する基本的な装置は同じです。

また、 家庭用太陽光発電の大まかな仕組みとは、屋根の上に設置されたソーラーパネルが発電を行うものだととらえておきましょう。ソーラーパネルは太陽の光を吸収して、直流電流に変換するという働きがあるためです。ただし、パネルが発電して得られた電気は直流なので、この状態では家電製品を動かしたり電力会社に買い取ってもらったりできません。

そのため、ソーラーパネルによって生み出された直流電流を家庭用電源(交流)に変換するために、パワーコンディショナーと呼ばれる装置を使用します。パワーコンディショナーによってコンセントの電源と同じ交流100Vに変換され、家庭内で消費したり余剰電力を送電線に流して電力会社に買い取ってもらったりできるのです。

一部のハウスメーカーでは、ソーラーパネルが発電して得られた電気を、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車に充電するために使用できるモジュールを販売しています。 太陽光発電システムはソーラーパネルとパワーコンディショナーの2つの装置によって構成されますが、そのほかに発電量モニター・分電盤・電力ケーブルなども必要です。

ソーラーパネルが光から電気を生み出す仕組みとは

家庭用太陽光発電システムと聞いて多くの方が最初に思い浮かべるのは、屋根の上に設置されたソーラーパネルでしょう。ソーラーパネルは太陽電池とも呼ばれ、光のエネルギーを電気に変換するための装置です。ちなみにソーラーパネルは太陽電池と呼ばれていますが、発電をするだけで電気を蓄えることはできません。

パネルの大きさや出力は電卓用の小型サイズから発電所用までさまざまで、多くの用途で用いられています。 一般的には、シリコンなどの半導体に光が照射されると、原子を構成している電子が叩き出される性質(光電効果)があります。

光によって叩き出された電子であるダイオードを使って一方向に流すことで直流電流を得られ、ソーラーパネルはこの原理を応用しているのです。 ソーラーパネルの構造は、ガラス板に異なる2種類の半導体がコーティングされた2層構造になっています。片方の半導体(n型)は電子を放出しやすく、もう片方の半導体(p型)は電子を吸収しやすいという性質を持ちます。

光が照射されるとn型半導体から電子が叩き出され、p型半導体が叩き出された電子をキャッチして外部の回路に流します。光によって放出された電子が一方向に流れる直流回路が成立し、直流電源を得ることができるという仕組みです。

家庭用太陽光発電に使用されるソーラーパネルにはいくつかのタイプがあり、使用されている半導体が異なるという特徴があります。一般的に使用されているソーラーパネルには、単結晶シリコン・多結晶シリコン・アモルファスシリコンなどのシリコン系が多いようです。

パワーコンディショナーの働きと選び方とは

ソーラーパネルは太陽の光から直流電流に変換しますが、そのままでは家電製品を動かせません。家庭用太陽光発電システムでは、発電して得られた直流の電気を交流に整流するためのパワーコンディショナーが必須です。

パワーコンディショナーの基本的な働きは「直流電流を交流に変換する」「電圧を家庭用電源(100V)に調整する」「余剰電力が発生した場合に電線に流す」の3つです。

インバーター回路によって直流を交流に変換しますが、この時に電力ロスが生じてしまいます。ソーラーパネルが発電した電気を効率良く使用するには、ロスの少ない(変換効率が高い)パワーコンディショナーを選びましょう。 家庭で消費しきれなかった電気は送電線に流しますが、そのためには送電線よりもわずかに電圧を高くしなければいけません。

ただし、送電線の電圧は一定の範囲内(100V供給であれば最高で107V以下)に調整しなければならないため、精密にコントロールすることが求められるのです。

また、一部のパワーコンディショナーは自立運転機能を備えています。これは、災害発生時などに電力会社からの電力供給が完全にストップした場合でも、ソーラーパネルが発電している間は家庭用電源を供給する機能です。自立運転機能付きのパワーコンディショナーを選べば、大規模な災害が発生して長期間停電した場合でも日中に電気を使えるでしょう。

 

家庭用太陽光発電システムで重要な役割を果たすのは、ソーラーパネルとパワーコンディショナーの2つです。新築住宅などに家庭用太陽光発電システムを搭載することをお考えの方は、太陽の光から家庭で使用する電気を生み出す仕組みを理解した上で装置を選定するようにしましょう。

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