太陽光発電の仕組みとは?メリットや必要な設備などをわかりやすく解説

環境にやさしいとして注目が集まっている再生可能エネルギー。太陽光発電は、その代表ともいえ、近年は産業用のみならず一般家庭でも普及してきています。

とはいえ「そもそも太陽光発電とはどのような仕組みなのか」「どのようなメリットがあるのか」など、疑問をお持ちの方も多いでしょう。

今回は、設置を検討中の方向けに、太陽光発電の仕組みやメリット、必要な設備などを解説していきます。太陽光発電の基本的な仕組みを理解して導入などについても検討していきましょう。

太陽光発電とは?基本的な仕組みと機械の仕組みについて

太陽の光だけを使って発電する太陽光発電。どのようにエネルギーを生み出しているのでしょうか。まずは原理や機械の仕組みについて知っておくと利用にも役立ちますよ。

太陽光を電気に変える仕組み

太陽光発電とは、光エネルギーから電気をつくる方法です。具体的には、「光電効果」という現象が利用されています。

金属などの物質に光を照射することで、その光が吸収されて、金属の表面から電子が放出されます。光電効果とは、この電子が飛び出す現象のことを指します。

つまり太陽光発電の仕組みは、日光が太陽電池に当たることで、内部の半導体の電子が動き、電気が流れるというものです。

機械の構造・仕組みについて

太陽光発電といえばソーラーパネルを思い浮かべる方が多いでしょう。そのソーラーパネルには、太陽光エネルギーを電力に変換する発電機の役割である、太陽電池がたくさん集められています。

太陽電池は、二種類の半導体(p型半導体とn型半導体)が張り合わされてできています。その最小単位を「セル」、セルを板状に繋げたものを「モジュール」または「パネル」と呼びます。

太陽光が太陽電池に当たると、p型半導体にはプラスの電気を帯びた正孔が、n型半導体にはマイナスの電気を帯びた電子が集まります。こうしてプラス極とマイナス極がつくられ、電子を流そうとする力がはたらきます。これが、太陽光発電の機械の仕組みです。

太陽光発電のメリットとは?3つの嬉しいポイントを解説

太陽光発電の仕組みは分かりましたが、ではそのメリットとは何なのでしょう。太陽光発電を取り入れるべき3つの理由について解説します。

二酸化炭素が発生しない

太陽光発電は、環境にやさしい、エコな発電方法です。燃料を必要としないため、発電時に二酸化炭素を排出しません。

また他の再生可能エネルギー(波力、バイオマス火力など)と比べても、太陽光発電による二酸化炭素の排出量は少ないことが分かっています。

太陽光発電協会によると、1年間の太陽光発電による二酸化炭素削減効果は399.5kg/kWh、石油の削減量は227Lとされています。

太陽光発電を取り入れることにより、環境に貢献できるのは大きなメリットですね。

故障のリスク・点検が少ない

太陽光発電にはタービンやエンジンなど、他の発電方法で必要になるものが必要ありません。そのため、故障のリスクはとても低いと言われており、ソーラーパネルの故障率は年間で約0.5%とされています。

現在の太陽光パネルは、約20年から30年という長い間使用し続けられます。太陽光発電は、長期間安心して利用できるということです。

また、太陽光発電は仕組みが簡単であるため、管理しやすいのも特徴です。点検も4年に1回ほどでよいとされています。

【参考:NTTファシリティーズ「太陽光発電システムの故障検出技術」

災害・停電に備えられる

太陽光発電は、日光さえあれば電力を作れる発電方法です。そのため、災害などが起こっても、エネルギー枯渇の心配がありません。

また停電時に電力の供給が止まってしまっても、太陽光発電があれば電気を使い続けることができます。自宅でも、冷暖房や食品の保存、スマートフォンの電池の心配をすることなく避難生活を送れるのです。

また、太陽光発電によって生み出した電力を貯めておくこともできます。ちなみにこの場合は、蓄電池を別途備えておく必要があります。

太陽光発電があれば、万が一の災害や停電が起きても、安心して生活できるのです。

太陽光発電に必要な設備とは?2つの機器について解説

実際に太陽光発電を設置するに当たっては、何が必要になるのでしょうか。太陽光発電に必要なメインの2つの機器について、予算なども検討しながらチェックするといいですよ。

ソーラーパネル

太陽光発電にあたって最も重要な設備がソーラーパネル。

太陽光発電の仕組みについて解説した際に触れましたが、太陽電池を集めたものをソーラーパネルといいます。

ソーラーパネルには、

・ガラスパッケージ構造

・スーパーストレート構造

・サブストレート構造

などの種類があります。

なお、現在住宅で使用されているものの多くが、スーパーストレート構造です。それぞれ性質が異なるので、予算や目的に合わせて選択しましょう。

パワーコンディショナ

太陽光電池からできた電気は直流であるため、実際に使用するには交流に変換しなければなりません。そのために必要なのが、パワーコンディショナです。

パワーコンディショナの主な役割は、電力を安定的に使用できるようにすることです。

主に、「トランスレス方式」と「高周波絶縁トランス方式」の2種類があります。これについても、比較・検討して選びましょう。

まとめ

再生可能エネルギーの中でも特に注目を集めている太陽光発電。今回はその仕組みについて解説しました。太陽光発電は、光電効果という原理を利用することで、光エネルギーから電気をつくります。環境に優しく、災害時にも安心というメリットは、今後の社会の中で特に大きな役割をはたすと言えるでしょう。

更に、点検回数が少なく故障のリスクが少ないのもポイントです。また、太陽光発電に必要なソーラーパネルやパワーコンディショナには、いくつか種類があります。予算に合わせて、機能や性質をチェックしましょう。この記事を参考に、ぜひ太陽光発電の導入を検討してみてください。

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