太陽光発電の仕組み - 15枚の図でわかりやすく解説

• • 太陽光発電の仕組みについて知りたい。
  • どうやって発電した電気を使っているの？

こんな疑問にお答えします。

 

 

本記事を書いている私は、電気の仕事歴10年です。

今回は太陽光発電の仕組みについて解説します。

 

太陽光発電ってよく聞くけど、

どのような仕組みで電気を生み出して利用しているんだろう？

と、思ったりしますよね。

 

15枚の図でわかりやすく解説しているので、

本記事を読めば、太陽光発電の仕組みや構成ついて理解できるようになります。

5分で読めますので、ぜひ最後までご覧ください。

 

 

太陽光発電の仕組み

太陽光発電は下記の４つから構成されています。

 

 

• • ソーラーパネル
  • 蓄電池（バッテリー）
  • チャージコントローラー
  • インバーター

１つずつ解説していきます。

 

 

ソーラーパネル

ソーラーパネルは、太陽の光から電気を発生させる装置です。簡単にいうと発電装置ですね。

 

 

電気を多く発生させるには、ソーラーパネルに多くの太陽光を当てることがポイントです。

そのために最も良いとされる配置は下記の通り。

• • 南向きに設置する
  • 地面から30度に傾ける

 

 

またソーラーパネルは、25℃のときに最も発電するように作られているので、季節は「春」が最も発電します。

「夏」は暑いので、発電できるイメージがありますが、太陽光が当たったソーラーパネルは70℃になります。

なので、約25℃の春が最も発電できます。

 

 

蓄電池（バッテリー）

 

ソーラーパネルで電気を生み出したら、それを蓄電池（バッテリー）に貯めておくことができます。蓄電ですから、電気を蓄える（たくわえる）ということです。

 

この蓄電池があれば、

太陽が出ている朝や昼の間に、電気を蓄電池に貯めておいて、

太陽が出てない夜に、蓄電池に貯めた電気を使う

というように、24時間利用が可能になります。

 

しかし、蓄電池には注意点があります。

ソーラーパネルから直接、蓄電池に接続すると、発煙・発火の危険性があります。

 

 

蓄電池に電気を貯めすぎたりすると、このようなことが起こります。

 

では、どうすればよいか？

それは電気を貯めすぎないように、コントロールすれば良いのです。

そのための装置が次のチャージコントローラーです。

 

 

チャージコントローラー

 

蓄電池に貯める電気の量を調整してくれるのが、チャージコントローラーです。

 

種類は２つあります。

PWMタイプ（Pulse Width Modulation）

メリット：安価で製造できるので安い

デメリット：ソーラーパネルで発電した全ての電気を蓄電池に送れない

MPPTタイプ（Maximum Power Point Tracking）

メリット：ソーラーパネルで発電したほとんどの電気を蓄電池に送れる

デメリット：価格が高い

 

どちらを使用するにせよ、できれば モニター付きのチャージコントローラー が良いです。

モニター付きのチャージコントローラー

 

電圧や電流の状態をリアルタイムで確認できるので、異常があれば気づくことができます。

また、異常が発生したときにエラーコードを表示してくれる モニター付きのチャージコントローラー もあるので、原因の特定が容易になります。

 

 

インバーター

インバーターは「直流の電気」を「交流の電気」に変換してくれる装置です。

どういうことかというと、電気の種類は２つあります。

• • 直流の電気
  • 交流の電気

 

 

ソーラーパネルで発電した電気はチャージコントローラーを経由して蓄電池に貯められます。ここまでは直流の電気です。

しかし、家電製品などは交流の電気で動いているので、「直流の電気」を「交流の電気」に変換する必要があります。

それを実現する装置がインバーターです。

このインバーターを挟むことで、太陽光から発電した電気によって家電製品を動かすことができます。

 

 

以上が、太陽光発電の仕組みです。

では、これらの装置はどのように入手すれば良いでしょうか？

それを次に解説していきます。

 

 

太陽光発電の装置を入手する方法

結論から言うと、Amazonで入手できます。

 

例えば下記のような製品があります。

太陽光発電システムセット

 

４つの装置を１個ずつ買わなくても、全てセットであるので便利です。

他の付属品を購入する必要もないので、初心者にもオススメです。

 

• • 電気代を削減したい
  • 地震や台風などによる停電に備えたい

という方は、ぜひ利用してみてください。

 

 

ところで、テレビや住宅地でみる太陽光発電は、屋根にソーラーパネルが設置されていますよね。

これらの装置が実際の住宅にどのように設置されているかを解説していきます。

 

 

家庭用太陽光発電システムの仕組み

家庭用の太陽光発電システムは下記の３つで構成されています。

 

 

• • ソーラーパネル
  • 蓄電池（バッテリー）
  • パワーコンディショナー

 

あれ？先程と構成が違う？と思うかもしれません。

確かに「チャージコントローラー」と「インバーター」がなくなっていますね。

代わりに「パワーコンディショナー」があります。

 

これは、

パワーコンディショナーは、チャージコントローラーとインバーターが一体になったもの

ということです。

 

 

家庭用の太陽光発電システムは、

蓄電池に貯める電気を調整するチャージコントローラー

「直流の電気」を「交流の電気」に変換するインバーター

この２つが一体となったパワーコンディショナーを使用します。

 

ただし、基本的な構成は上記の通りで良いのですが、厳密にはもう少し装置があります。

次はその解説をします。

 

 

家庭用太陽光発電システムのその他の装置

上記で解説した基本的な装置以外にも、下記の３つの装置があります。

 

 

• • 接続箱
  • 分電盤（ぶんでんばん）
  • 電力メーター

 

１つずつ解説していきます。

 

 

接続箱

接続箱は、ソーラーパネルで発電した電気を１つにまとめて、パワーコンディショナーに送る装置です。

 

 

ソーラーパネルを屋根に設置するとき、１枚のソーラーパネルではなく複数のソーラーパネルを設置します。

これらのソーラーパネルは直接パワーコンディショナーに接続するのではなく、接続箱を経由してパワーコンディショナーに接続します。

接続箱には、それぞれのソーラーパネルに対して開閉器（スイッチのようなもの）があります。

 

なぜこのようにするかというと、メンテナンスが簡単になるからです。

 

ソーラーパネルは屋根に設置するので、雷などで故障する可能性があります。

例えば、ソーラーパネル③が故障したとすると、ソーラーパネル③に接続している開閉器（スイッチ）だけ「切」にすれば、ソーラーパネル③だけパワーコンディショナーと切り離されます。

この状態で、ソーラーパネル③だけ交換すれば、ソーラーパネル①やソーラーパネル②の発電に影響することはありません。

 

また、開閉器（スイッチ）が必要な理由はもう１つあります。

 

雷がソーラーパネルに落ちたとき、パワーコンディショナーまでダメージを与える可能性があります。

雷が伝わってくるんですね。

しかし、この開閉器（スイッチ）には雷対策がされており、雷のような大きな電気が流れると自動的にスイッチを切ってくれます。

そのため、パワーコンディショナーは故障せずに済むのです。

 

よって接続箱は、

• • メンテナンスを簡単にする
  • 雷対策をする

という理由で太陽光発電システムに必要です。

 

 

風力発電機が直流であれば、理論的には接続箱につなげられると思いますが、個人的にはオススメしません。

 

接続箱は

接続箱　→　ソーラーパネル

の方向に電気が流れないようになっています。

 

しかし、風力発電機によって大きな電気が発生すると、ソーラーパネルの方向に電気が流れてしまい、ソーラーパネルが故障するリスクがあります。

なので、あまり変わったことはしない方が無難だと思います。

 

 

分電盤

分電盤は、パワーコンディショナーから供給される電気を、それぞれの家電製品などに分配する装置です。

簡単に言うと、接続箱の逆ですね。

 

 

上図の開閉器は、ブレーカーと言った方が馴染みがあると思います。

電気を使い過ぎてブレーカーが落ちた・・・、なんて経験はありませんか？

この開閉器は、そのブレーカーのことです。ブレーカーは開閉器の１つなんですね。

 

分電盤に雷が落ちてくるわけではないのに、なぜ開閉器（ブレーカー）が必要なの？と思うかもしれませんが、

それは安全のためです。

 

家電製品などに何らかの異常があったとき、必要以上に大きな電気が流れ続け、発煙・発火につながります。

しかし、開閉器（ブレーカー）があると、大きな電気が流れたとき開閉器（ブレーカー）のスイッチが切れ、電気の流れを止めます。

 

接続箱のときは、雷によって大きな電気が流れる可能性がありましたが、

分電盤は、家電製品の異常によって、大きな電気が流れる可能性があるのです。

それを止めるため、開閉器（ブレーカー）が必要になります。

 

よって、分電盤は、

• • 電気を分配する
  • 大きな電流が流れるのを止める

という役割で太陽光発電システムに必要です。

 

 

電力メーター

電力メーターは、電気の量を測定する装置で２種類あります。

 

• • 買電メーター
  • 売電メーター

買電メーターは、電力会社から送られてきた電気の量を測定する装置です。

電力会社から買っているから「買」なんですね。

電力会社から送られてきた電気なので、太陽光発電システムを導入してなくても、家庭には必ず設置されています。

 

売電メーターは、電力会社へ送った電気の量を測定する装置です。

電力会社へ売っているから「売」になっています。

電力会社へ送った電気の量なので、太陽光発電システムを導入したら、家庭に設置する必要があります。

 

 

ちなみに、両方とも読み方は「ばいでんメーター」と読みます。

区別するために「買電」を「かいでん」と呼んだりすることもあります。

 

また、この電力メーターで重要なのは、どちらの所有物なのかです。

買電メーター：電力会社

売電メーター：電力会社 or 使用者

 

電力会社の所有物であれば、設置は無料で、メンテナンスも電力会社がやってくれます。

なので、電力会社の所有物の方が良いのですが、売電メーターは使用者の場合があります。

○○電力なら電力会社の所有物

▲▲電力なら使用者の所有物

というように、電力会社によって、どちらの所有物になるかはバラバラです。

 

しかし近年、この問題は解決されています。

買電メーターと売電メーターが一体となったスマートメーターを使用するようになってきました。

 

 

このスマートメーター１つで「電力会社から送られてきた電気の量」と「電力会社へ送った電気の量」を測定することができます。

そして所有物は「電力会社」です。

なので、スマートメーターの設置は無料で、メンテナンスもやってくれます。

 

よって、電力メーターを設置するときは、スマートメーターを選ぶと良いです。

 

 

太陽光発電の仕組みのまとめ

太陽光発電の仕組みや原理について解説しました。

太陽光発電の構成や装置について理解することはできたでしょうか？

本記事が少しでもお役に立てば幸いです。