太陽光発電の原理と仕組みを図解で分かりやすく説明します!

太陽光発電の原理と仕組みを図解で分かりやすく説明します!

太陽光発電の原理と仕組みを図解で分かりやすく説明します!

単体の太陽電池(セル)を数十枚まとめたものを太陽電池モジュールといい、所定の電圧と電流を得るのに
必要な数だけモジュールを直列や並列に接続して配列したものを太陽電池パネル(アレイ)と呼んでいます。

 

太陽電池(セル) 太陽電池モジュール 太陽電池パネル(アレイ)

 


太陽電池モジュールのアップ写真です。強化ガラスの下に四角いセルが並んでいます。
セルとセルは、はんだ付けで接続されています。

 


太陽電池パネルの裏面にエコ丸を書きました。

 

太陽電池パネルの裏面からは2本の線(シロ-とクロ+)が出ています。まさしく電池です。
この1枚の太陽電池パネルがフル発電した場合、2本の線間には約50Vの電圧が発生します。
そして、太陽電池は決められた枚数分、直列に接続され接続箱に配線されます。
電池を直列につなぐ感じです。

 

 

 

標準的な太陽光発電システムの図

太陽光発電 仕組み
標準的な太陽発電システムは、図に示すように太陽電池モジュール、パワーコンディショナ、これらを接続する接続箱、発電量を確認するモニター、更に配電系統側に設置する電力量計などで構成されます。

 

実際の機器はこんな感じです。
太陽光発電の実際の機器

 

 

太陽光発電の発電原理と仕組み

 

みなさんもよく知っている発光ダイオード(LED)は、電流を流すと発光しますよね。
太陽光発電はその逆であり、半導体に光を照射すると電流を発生するという「光電効果」を利用しています。

 

具体的には、N型シリコンとP型シリコンの接合面に太陽光が当たると、マイナスの電荷をもった電子と
プラスの電荷をもった正孔が発生します。電子はn形半導体へ、正孔はp形半導体へ引き寄せられ
光起電力が発生し電流を発生します。

 

太陽電池

 

 

発生する電流の大きさは、光の強度に比例します。
しかし、ここで発生した電流は直流なので、そのまま家電製品などに使用することは出来ません。

 

太陽光パネルで発生した直流電流を普段われわれが使っている交流に変換するために、
パワーコンディショナーという機器が必要になります。

 

 

太陽光システム

 

 

パワーコンディショナーの役割は、太陽電池が発生する直流電力を最大限引き出すように制御するとともに、
交流電力に変換することです。また、電力会社からの配電線に悪影響を及ぼさないために保護装置を内臓
していたり、自立運転機能も備えていて、停電時に1.5KW程度の負荷に電力を供給することも出来ます。

 

パワーコンディショナーで交流に変換された電気は、屋内分電盤を通って家庭内の電気機器へ供給されます。
家庭内の電気機器では使いきれずに、余った電気は余剰分として電力量計を通して、電力会社に売ることが
出来ます。

 

これらの一連のシステムの運転を連系運転といいます。運転はすべて自動で行われ、リアルタイムで発電電力
量、消費電力量、買電量、売電量をモニターで確認することが出来ます。モニターを通して電気の「見える化」
が行われ、省エネへの意識付けも出来ます。

 

 

売電の仕組み

 

売電は電気が高いところから低いところへ流れる性質を利用します。
パワーコンディショナーの出力電圧を107Vに設定すると、商用電源は通常100Vなので
【 実際には101±6V(95〜107V) の範囲にあります】
余剰分の電気は逆に(電力会社線側へ)流れることになります。これを逆潮流といいます。
読んで字のごとく「しおの流れが逆になる」ということです。

 

通常100Vの商用電源の電圧値が、パワコンの出力電圧107Vよりも高くなる場合がまれにあります。
そのときには、太陽光発電システムは、その電圧を自動で検出し太陽光パネルでの発電量に
関わらず出力を絞って抑制します。この動作を電圧抑制といいます。
「抑制がかかって売れない!」というのは、このような状態の事をいいます。
同一バンク内に太陽光の設置者が多いとこのような状態になりやすいです。

 

このときにパワコンの電圧抑制ランプが点灯しますが、商用電源の電圧値が正常に戻って、
パワコンの出力電圧よりも低くなれば発電電力の抑制動作をやめて通常運転に戻ります。

 

 

 

しゃれでこんな動画を作ってみました。ぜひ見てみてくださいW
「小学生でもわかる太陽光発電の仕組み」 エコ丸作

 

 

 

太陽光発電の長所と短所

 

みんなの知りたい太陽光発電の長所と短所エコ丸がぶった切ります。

 

長所(メリット) 短所(デメリット)
経済的メリットがとにかく大きい。
早くて5年遅くても8年程度で回収が出来る。
後は壊れるまで20年以上はコストゼロで発電し続ける。
もちろん電気代を安く出来る。
電気料金の値上げに防衛措置を取ることが出来る。
節電の意識を高めることが出来る。
天災時の非常用電源が確保できる。
電力不足問題に貢献できる。
地球温暖化防止に貢献できる。
発電効率が低く広い面積が必要。
発電が天候に左右される。(コントロールできない)
日射がある昼間しか発電しない。
導入や施工の部分で変な会社に当たってしまう可能性あり。
⇒やたら金額が高い ⇒工事がヘタ など

 

エコ丸の短評
一般的にちゃんとした会社で適切な価格で導入する分には、メリットのほうがはるかに大きい。
今は入れないと損である。
(ただ、皆さん誰もが購入したら必ず得するものではなく、そもそも設置しても、あまり発電しない
地域の方の場合はメリットにはならない可能性があります。)

 

 

 

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太陽光発電は、取り付ける屋根の条件や、設置環境が一軒一軒違うために、絶対的な金額が決まっていません。
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