太陽光発電システムに使われている機器とは？電気をつくる仕組みを徹底解説！

太陽光発電を構成する機器

太陽光発電を家庭に導入するには、機器を設置しなくてはなりません。まずは、太陽光発電システムで使われているパーツや装置を見ていきましょう。

【太陽光パネル（モジュール）】
太陽光発電に最も欠かせないのが太陽光パネルです。光エネルギーを電力に変える装置で、「モジュール」ともいいます。これは「セル」という太陽電池を並べて板状にし、必要な電圧と電流を得られる仕組みになっています。

【架台】
太陽光パネルを支える資材や部材の骨組みのことを、「架台」といいます。架台を屋根に取り付ける際、ビスやアンカーなどで屋根に穴を開けるので、施工時に防水処理がしっかりできていないと、設置後の雨漏りの原因となってしまいます。

太陽光発電と聞くと、どうしても太陽光パネルに目が行きがちですが、実は太陽光発電システムを安定して稼働させるには、架台をしっかりと設置することが重要です。

【接続箱】
接続箱は、太陽光から発電した電力を住宅で利用するための装置「パワーコンディショナー」に供給しています。屋内用や屋外用など様々な種類があり、パワーコンディショナーに接続箱の機能を加えたタイプも登場しています。

【パワーコンディショナー（パワコン）】
太陽光で発電した直流電力を、家庭で利用できる交流電力に変える装置を「パワーコンディショナー」といいます。電圧変換装置のひとつで、この装置がないと、いくら太陽光を蓄電しても使うことができません。太陽光発電において、大変重要な役割を担っている装置です。後ほど詳しくご紹介いたします。

【分電盤】
住宅内の各機器へ電気を供給するのに必要なのが、分電盤です。電気を安全に使うため、漏電や配線遮断装置を備えたブレーカーを集約した装置で、太陽光発電においては、住宅用・売電用に配電する役目があります。

太陽光発電は、上記でご紹介した機器によって実現されています。家庭で安全かつ快適に電気を使い、余った分を電力会社に売電するため、各パーツや装置がそれぞれの役割を果たしているのですね。

光を電気に変える仕組み

太陽光発電には様々な機器が使われていることが分かりましたが、どのようにして太陽光を電気に変えているのでしょうか。ここでは、太陽光から電力を生み出す仕組みについてご紹介します。

【太陽光パネルについて】
太陽光発電で一番欠かせないのは太陽光パネルですが、どのようにして発電しているのか、気になりますよね。先にも述べた通り、太陽光パネルには「セル」という太陽電池があり、これらが配置されることで「モジュール」になります。このモジュールが太陽光から電子の流れを生み出し、発電が可能となるのです。

太陽光発電で重要なのは、「電流」と「電圧」です。光電効果を最大限に引き出した電流を最適化することで、安定して発電することができるのです。万が一、雲などで影が差してしまっても、最低限の電力は確保できる仕組みになっているので安心してくださいね。

光から電気を作るために必要なのが「太陽電池」です。太陽電池は、プラスの性質を帯びやすい「P型シリコン半導体」と、マイナスの性質を帯びやすい「N型シリコン半導体」を張り合わせて作られています。
光エネルギーが、P型とN型の2つの半導体の境目に加わると、P型シリコン半導体はプラスの性質、N型シリコン半導体はマイナスの性質を帯びます。こうすることで乾電池と同じ状態を生み出し、電線をつなぐと電気が流れるので、光エネルギーをあて続ければ電気を発生させ続けることができます。

高い発電効率の実現にはシリコン半導体が有効であると判明し、今では太陽光発電市場では最も普及しています。シリコンではない素材で作られた次世代の太陽光パネルも登場し、さらなる発電効率のアップが期待されています。

【太陽光を電力に変える方法】
現在は、家の屋根にソーラーパネルを設置している家庭を見かけることが多くなりました。さらに、広い土地にソーラーパネルをいっぱい設置し、大きな電力を生み出す「メガソーラー」という太陽光発電施設も見られるようになりました。
まず、太陽光は屋根に設置されたパネルに注がれ、直接電力へ変換されます。パネル自体は適当に置かれているわけではなく、複数のブロックに分けられています。これは、その家庭で最も高い発電効率を実現するためです。

例えば、あるパネルに影が差す、故障や不具合が起きるといったトラブルが発生した際、ブロックが1つだけだと対応しきれませんよね。そのため、複数のブロックに分けることで、何か問題が起きても、できる限り太陽光発電への影響を少なくしているのです。

発電した電力は、いくつもの配線ケーブルを通って接続箱に集まってきます。そして、パワーコンディショナーによって直流電気から交流電気に変換され、家庭内や電線に送電されています。

変換された交流電気は配電盤を通じて、家庭内や売電用、買電用に振り分けられます。このような流れを経て、太陽光は私たちのもとへ電力として届けられるのです。

太陽光発電に必要なパワーコンディショナーとは？

パワーコンディショナーとは、簡単に言うと「発電された電気を家庭用に変換する機器」です。太陽光発電システムをはじめ、家庭用燃料電池（エネファームやエコウィル）などでも利用されています。

【直流を交流に変換する】
そもそも、家庭内で使用される電気の形は「交流」なのですが、太陽光発電や家庭用燃料電池で得られる電気の形は「直流」です。直流のままだと、家庭内で利用するには向きません。パワーコンディショナーが交流へと変換することで、家庭内での利用をはじめ、蓄電池への充電や売電などに適した形になります。

【パワーコンディショナーの大きさと形】
パワーコンディショナーは通常、家庭用のエアコン程度の大きさです。形もエアコンのような四角形をしています。

【最大定格出力がポイント】
パワーコンディショナーの仕様表の中には「最大定格出力」という項目が存在します。この最大定格出力とは、パワーコンディショナーが出力できる電力の最大値のこと。太陽光パネルでどんなに大量の電気を作っても、パワーコンディショナーが出力できなければ意味がありません。

つまり、太陽光パネルとパワーコンディショナーの組み合わせも重要だということです。

パワーコンディショナーは発電量にどう影響する？

太陽光発電システムにおいてパワーコンディショナーは、太陽光パネルと同じくらい重要な装置です。そんなパワーコンディショナーですが、「機器の良し悪しで”発電量”に影響するのか？」と気になっている方も多いと思います。発電システムの重要な発電量とパワーコンディショナーの関係を解説します。

【変換効率】
各メーカーから販売されているパワーコンディショナーには、性能の中に「変換効率」というものが存在します。変換効率とは、直流から交流に変換するときにどのくらい効率良く変換できるかを示したものです。

どんなに高性能なパワーコンディショナーでも、全く無駄のない100%の変換効率は難しいですが、一般的なパワーコンディショナーでは95％以上を実現しています。

従って、機器の違いでそこまで大きく差が出るわけではありません。ただ、太陽光発電システムは長期間にわたり使用するものですので、変換効率が高い方がお得ではあります。

設置場所には注意が必要

実は、パワーコンディショナーの設置場所はある程度自由に決めることができます。ただ、パワーコンディショナーの大きさや重要性を考えると、「邪魔にならないから、ここでいいか」と安易に決めるのはおすすめしません。設置場所についてもじっくり検討した方が良いでしょう。パワーコンディショナーの設置場所についての注意点をご紹介します。

【理想はブレーカーの近く】
パワーコンディショナーとブレーカーは、とても深い関係があります。というのも、太陽光パネルから発電された電気は、パワーコンディショナーで変換された後、分電盤であるブレーカーを通り、各部屋へとつながるためです。つまり、基本的にはブレーカーとの距離が近い方がロスも少なく安定するということなのです。

【スペースの問題】
ブレーカーの設置場所の近くにパワーコンディショナーを置けるスペースがなければ設置できません。無理に設置しても、その分のスペースを奪われるわけですから、「思ったより邪魔だった」なんてことになりかねないでしょう。

【運転音】
パワーコンディショナーも機械ですから、それなりに音は出ます。ONとOFFのスイッチ音の他、冷却ファンが出す高周波の運転音などです。ただ、運転音が大きなものでも40db程度と閑静な住宅街レベルの音なので、そこまで気になる音量ではありません。少しの音でも気になるという方は、設置場所を考えましょう。

【屋外設置の選択肢】
パワーコンディショナーの設置場所は、何も屋内に限りません。今やほとんどのメーカーで、屋外設置型のパワーコンディショナーを取り扱っています。もちろん、屋内に比べて厳しい環境ですから、壊れやすいというリスクは否めません。ただ、屋外用は屋外用で丈夫に設計されていますし、通常修理保証が10年ほどあることが多いですので安心して使えます。

屋外用の方が少し費用はかさばりますが、屋内に適した場所がなければ、屋外設置も検討してみてください。

太陽光発電を取り入れても電力会社は必要

「太陽光発電を利用したら、電力会社はいらないのではないか？」「電気の自給自足が可能になる時代が来るのではないか？」そのように考える人もいるのではないでしょうか。

ただ、どんなに電気を蓄えても使い切れなかったり、使い切れなかった分蓄電ができたりしなければ結局無駄が増えてしまいます。このような無駄をなくすためにあるのが、売電や買電です。現在、太陽光での発電を行っている家庭では、昼間に蓄電した電気を日常生活の中で使い、余った電気を電力会社に売るという「売電」「買電」ができます。

太陽光発電を導入する際、電力会社と契約を結ぶことで電力会社と電気の売買ができるようになるのです。これを電力会社との「系統連系」といいます。申請手続きが必要ですが、業者が代行してくれることがほとんどなので、設置する側の人の手間は少ないといえます。


【系統連系とは？】
では、「系統連系」とはどういう仕組みなのでしょうか。電力会社が管理している配電線網を「系統」といい、電気の共有には欠かすことができません。この系統に太陽光発電システムを接続し、電気のやり取りを行うことを「系統連系」、やり取りを可能にした設備を「系統連系システム」と呼びます。

昼間は、太陽光で発電した電気を使って、余った分は電力会社へ。逆に、天気が悪い日など、必要な分の太陽光を得られなければ、従来通りに電力会社から電気を購入します。雨や曇りの日の分も太陽光エネルギーを蓄えることができたら、電気の自給自足も可能になるのかもしれませんが、現時点では、まだ電力会社の力を借りなくてはならないのですね。

太陽光発電は環境に優しい

太陽光発電と聞くと、「環境に優しい」イメージを持っている人もいるのではないでしょうか。従来の火力発電や天然ガス発電では、化石燃料を使用して電気が発電されるので、二酸化炭素などの温室効果ガスを排出しています。しかし、太陽光発電は発電時に燃料を使わない仕組みなので、温室効果ガスを発生することがほとんどありません。

このような理由から、温室効果ガスの排出量の大幅な削減を見込むことができ、太陽光発電は環境に優しい発電方法だといえます。二酸化炭素削減の実現を目指す政府も、次世代エネルギーとして太陽光発電を推進していますよね。

また、他の発電方式と違い、太陽光発電では原料の採鉱や精製が不要です。そのため、採掘や廃棄に至るまでのことを考えても、とても少ない二酸化炭素排出量で電力の供給が可能となります。火力発電をはじめとする従来の発電方式に比べたらまだまだですが、徐々に普及してきています。

まとめ

太陽光を電力に変えるためには多くの機器が使われており、いろいろな過程を経て、私たちが利用できるようになるのですね。より効率的な太陽光発電システムを実現するため、太陽光パネルも改良が重ねられているようです。温暖化対策もでき、安全性の高いエネルギーといわれる太陽光発電が実用的になれば、より地球に優しい生活が送れるようになるのではないでしょうか。太陽光発電のこれからに期待大ですね！太陽光発電の導入を考えている人は、業者の方に相談しながら、ご家庭にベストな機器を選ぶようにしてください。