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高騰する電気代を前に、家計を守る選択肢として太陽光発電に関心をもつ方も多いはずです。とはいえ、「太陽光パネルの仕組みは難しそう…」「本当に元が取れるの？」などの疑問や不安もよぎりますよね。
そこで、本記事では太陽光パネルで発電する仕組みについて売電などの基礎知識も含めて解説します。本記事を読めば、太陽光パネルに関する仕組みを理解してスムーズに導入できます。自宅に太陽光パネルを設置し、光熱費の削減や売電収入の獲得につなげましょう。
そもそも太陽光発電とは？基礎知識を解説
太陽光発電とは、太陽の光エネルギーを利用して電気をつくりだす方法です。住宅の屋根などに設置された太陽光パネルが、降り注ぐ太陽の光を受け止めて発電します。
太陽光発電によって生み出された電気は家庭の照明や家電製品を動かすために利用でき、使いきれなかった余剰分は電力会社への売電も可能です。また、発電時に二酸化炭素を排出しないクリーンな再生可能エネルギーの代表格としても大きな注目を集めています。
太陽光発電の発電効率と1日の発電量
発電効率とは、太陽の光エネルギーをどれだけ電気エネルギーに変換できるかを示す割合です。現在、一般的に普及している太陽光パネルの発電効率は約20%前後が主流です。
では、実際の1日の発電量はどのくらいになるのでしょうか。例えば、日本の一般的な戸建て住宅に設置される4.5kWの太陽光パネルにおいて1日当たりの平均発電量は約12.3kWhです。上記は、一般的な家庭の1日の消費電力量を十分にまかなえる数値となっています。
もちろん、太陽光発電の発電量は季節や天候、設置場所の日当たりによって変動します。日照時間の長い晴れた日には発電量が増え、曇りや雨の日、冬には減少します。そのため、年間を通してどれだけの経済的メリットがあるかを事前にシミュレーションしておきましょう。
再生可能エネルギーとして太陽光発電が注目される理由
再生可能エネルギーとして太陽光発電が注目される理由には、大きく以下の3つがあげられます。
| 理由 | 主な内容 |
| 環境への貢献 | 発電時にCO2などの温室効果ガスを排出しないクリーンなエネルギーであり、地球温暖化対策に貢献できる |
| 経済的なメリット | 自家消費により電力会社から購入する電気量を削減でき、余った電気は売電して収入を得ることも可能 |
| エネルギーの自給自足と防災対策 | ・蓄電池と組み合わせれば、エネルギーの自給自足に近づける
・地震や台風などの停電時にも電気が使えるため、非常時の安心につながる |
上記の理由から、太陽光発電は単なる節約術だけではなく未来の地球環境や安全な暮らしを守る選択肢として存在感を増しています。
太陽光パネルで発電する仕組みを3つのステップで簡単に解説
太陽光パネルで発電する仕組みを、以下の3ステップにわけて解説します。
- 太陽光がパネルに当たり、半導体の中で電子（電気の粒）・正孔が生まれる
- N型半導体に電子、P型半導体に正孔が集まって電気が生じる
- 家庭で使える電気に変換する
①太陽光がパネルに当たり、半導体で電子（電気の粒）・正孔が生まれる
まず、太陽の光が屋根に設置された太陽光パネルの表面に降り注ぎます。太陽光パネルは小さな太陽電池がたくさん集まってできており、主な材料は半導体と呼ばれる特殊な性質をもつ物質です。
上記の半導体に太陽の光が当たると、内部にある電子を活性化させます。そして、光のエネルギーによって普段は落ち着いている電子が、その場からポンと飛び出す流れです。すると、電子が飛び出した後には穴が残り、正孔が生まれます。
上記の流れが繰り返され、光が当たるたびに半導体の中で電子と正孔のペアが無数に生まれます。
②N型半導体に電子、P型半導体に正孔が集まって電気が生じる
発生した電子と正孔は、そのままではバラバラに動いているだけで電気にはなりません。電気が発生する過程で重要になるのが、太陽電池がもつ二層構造です。実は、太陽電池の半導体は、性質の異なるN型半導体とP型半導体の2種類が重ね合わさってつくられています。
- N型半導体：マイナスの性質をもつ電子が集まりやすい層
- P型半導体：プラスの性質をもつ正孔が集まりやすい層
上記の二層構造により、電子はN型半導体へ、正孔はP型半導体へと自然に引き寄せられていきます。上記の現象が発生し、電気（直流電流）が生まれる流れです。太陽光パネルにプラスとマイナスの電極が生まれ、電池と同じような状態になります。
③家庭で使える電気に変換する
太陽光パネルが生み出した電気は直流と呼ばれる種類で、乾電池などと同じ性質をもっています。しかし、私たちが普段コンセントから使っているテレビや冷蔵庫などの家電製品は、交流と呼ばれる異なる種類の電気で動いています。
そのため、太陽光パネルで発電した直流電気を家庭で使える交流電気に変換しなければなりません。上記の直流電気を交流電気に変化させる役割を担うのが、パワーコンディショナと呼ばれる機器です。
パワーコンディショナのおかげで、初めて私たちは発電した電気を家の中で使ったり、余った分を電力会社に売ったりできます。上記のステップを経て、太陽の光はようやく私たちの暮らしを支える電力へと姿を変えます。
太陽光発電システムで使われる各機器の役割
以下の太陽光発電システムで使われる各機器の役割について詳しく解説します。
- 太陽光パネル
- パワーコンディショナ
- 接続箱・集電箱
- 分電盤
- 電力量計（スマートメーター）
①太陽光パネル
太陽光発電システムの主役であり、発電所の顔と言えるのが太陽光パネルです。屋根の上などで太陽の光を一身に受け止め、光エネルギーを電気エネルギーに変換する重要な役割を担っています。
前述の通り、パネル内部にある太陽電池と呼ばれる半導体が光を受けて直流の電気を生み出す流れです。太陽光パネルの性能や枚数によって、システム全体の発電量が大きく左右されます。
②パワーコンディショナ
パワーコンディショナは、太陽光パネルが生み出した直流電気を家庭の電化製品で使える交流電気に変換する装置です。パワーコンディショナがなければ、せっかく発電した電気も家庭でまったく使えません。
また、パワーコンディショナには発電量を最大化するための最適化を実施する役割もある点が特徴です。太陽光パネルによる発電は、天候や時間帯によって電圧や電流が刻々と変化します。パワーコンディショナは、常に最も効率よく電気を取り出せるようにシステム全体を監視し、制御する頭脳の役割も果たしています。
③接続箱
複数の太陽光パネルで発電された電気は、1本の太いケーブルにまとめられてパワーコンディショナへと送られます。上記の電気をまとめるハブの役割を果たすのが接続箱です。
屋根の上に設置された何枚ものパネルからは、それぞれ電気のケーブルが伸びています。上記の電気ケーブルを一つひとつパワーコンディショナにつなぐのは非効率なため、一度接続箱に集約します。接続箱により、配線をスッキリさせてメンテナンス性を向上させられる点も特徴です。
④分電盤
分電盤は太陽光パネルで発電された電気や電力会社から供給される電気を受け取り、家庭内の各回路に分配する装置です。家庭には、電力会社から送られてくる電気と太陽光発電システムでつくった電気の2つの流れが存在します。
分電盤は上記の流れを整理し、リビングやキッチン、寝室など家の中の必要な場所へ適切に電気を分配する役割を担います。また、太陽光でつくった電気が余った場合には、売電用のルートへ送り出すのも分電盤の仕事です。分電盤は漏電などの異常があった際に電気を遮断する安全装置の役割も兼ね備えています。
⑤電力量計（スマートメーター）
電力量計とは、太陽光パネルで発電した電力を含む電力量を測定する計器です。電力量計は家の外壁などに取り付けられており、以下2つの数値を計測しています。
- 電力会社から買った電気の量
- 家庭で使いきれずに電力会社へ売った電気の量
従来のメーターは毎月の検針員による確認が必要でした。しかし、現在主流のスマートメーターは通信機能をもち、上記のデータを遠隔で電力会社に送信できます。
太陽光パネルで発電した電気を売電する仕組み
太陽光発電を導入する大きな魅力に、発電した電気を売ってお金にできる点があります。しかし、「具体的にどのような仕組みで電気が売れるのか」を詳しく把握している方は多くありません。以下では、太陽光パネルで発電した電気を売電する仕組みについて詳しく解説します。
余った電気を売るFIT制度（余剰電力買取制度）
太陽光発電で生み出した電気は、まず家庭の電力として使われます。そして、日中の発電量が消費量を上回って電気が余った場合、余剰分を電力会社が買い取ってくれる制度があります。上記の制度がFIT制度（固定価格買取制度）です。
FIT制度の特徴は国が定めた固定の価格で一定期間（住宅用の場合は10年間）、電力会社が買い取ることを約束してくれている点にあります。市場の価格変動に左右されず安定した価格で売電できるため、太陽光発電を導入する際の初期費用の回収計画が立てやすいメリットがあります。
FIT制度がある理由は、国が再生可能エネルギーの普及を促進しているためです。私たち国民が太陽光発電を導入しやすくし、国全体のクリーンエネルギー化を進める狙いがあります。
FIT制度における買取期間終了後の選択肢
FIT制度では、住宅用の場合は10年間まで電気の固定価格での買い取りを約束しています。しかし、「10年間の買取期間が終わったら、余った電気はどうなる？」と疑問をもたれる方も多いでしょう。なお、FIT制度の適用期間が満了する状態を通称「卒FIT」と呼びます。
卒FIT後も、発電した電気が無駄になるわけではありません。卒FIT後の太陽光発電で生まれた電力の活用方法は、主に以下の選択肢があります。
| 卒FIT後の選択肢 | 概要と特徴 |
| 自由契約で売電を続ける | ・電力会社と新たに契約を結び、余剰電力の売電を継続する
・大手電力会社や新電力が提供する卒FIT向けプランを利用する ・買取価格はFIT期間中より下がるが、引き続き売電収入を得られる |
| 自家消費で電気の自給自足を目指す | ・売電せず、発電した電気を最大限自宅で使いきる
・電気料金が上昇傾向にあるため、電力会社からの買電量を減らすと経済的メリットが大きくなる場合がある ・蓄電池の活用が効果的 |
自家消費する場合、家庭用蓄電池を導入して昼間に発電して余った電気を貯めておき、夜間や朝方に使うのが最も効果的です。また、電気でお湯を沸かすエコキュートがある場合は、稼働時間を日中に設定して自家消費率を高められます。
【種類別】太陽光パネルの仕組みと特徴の違い
太陽光パネルの仕組みと特徴の違いについて、以下の種類別に解説します。
- 主流のシリコン系パネル
- 特定の用途に強い化合物系パネル
主流のシリコン系パネル
現在、住宅用として最も広く普及しているのがシリコンを原料とする太陽光パネルです。シリコンは地球上で豊富に存在する元素のため、比較的安価に製造できるのが大きな強みです。品質も安定していて多くのメーカーが長年の実績をもっており、信頼性が高い選択肢と言えます。
シリコン系パネルは、結晶の構造によって主に以下の3タイプにわけられます。
| 種類 | 特徴 | 最適な用途 | コスト |
| 単結晶シリコン | 高純度のシリコンで発電効率が最も高い | ・狭い面積でしっかり発電したい場合
・見た目の美しさを重視する場合 |
比較的高価 |
| 多結晶シリコン | 複数のシリコン結晶から製造されるシリコンで、コストパフォーマンスに優れる | ・広い屋根がある場合
・初期費用を抑えたい場合 |
安価 |
| アモルファスシリコン | 結晶構造をもたないシリコンで、高温時の出力低下が少ないが発電効率は低い | 広い設置面積が必要なため、用途が限られる | 大幅に抑えられる |
上記のように、シリコン系パネルは効率や価格のバランスが異なる複数の選択肢があり、太陽光パネル市場の主流として君臨しています。
特定の用途に強い化合物系パネル
シリコン以外の複数の元素を組み合わせてつくられるのが、化合物系パネルです。代表的なものにCIS/CIGS系があり、銅・インジウム・セレンなどを主成分とするパネルです。
シリコン系に比べて、曇りの日など光が弱い状況でも発電量が落ちにくい優れた特性をもっています。また、影の影響を受けにくくデザイン性が高い黒色のものが多いため、複雑な形状の屋根やデザイン性を重視する住宅で採用されます。
他にも、人工衛星など宇宙空間で使われるような極めて高い効率をもつ特殊な化合物系パネルも存在します。しかし、上記のような特殊な化合物系パネルはコストが高いため一般住宅で使われるケースは稀です。
太陽光パネルを設置するメリット
太陽光パネルを設置するメリットとして、大きく以下の3つがあげられます。
- 電気代を削減できる
- 売電収入を得られる
- 環境問題の改善に貢献できる
電気代を削減できる
太陽光パネルを設置する最も直接的でわかりやすいメリットは、毎月の電気代を大幅に削減できる点です。理由は至ってシンプルで、電力会社から電気を買う代わりに自宅の屋根でつくった電気を自分で使えるようになるためです。特に、日中の電力使用量が多い家庭ほど電気代の削減効果は大きくなります。
例えば、晴れた日の昼間にはエアコン・テレビ・電子レンジなどの電化製品を太陽光発電の電気だけでまかなえるケースも少なくありません。昨今、電気料金は上昇傾向にありますが太陽光発電は社会情勢に左右されない自家製のエネルギー源となります。電気代の請求書を見るたびに感じていたストレスから解放されるのは、家計にとって大きな安心感につながります。
売電収入を得られる
売電収入を得られる点も、太陽光パネルを設置するメリットです。前述のFIT制度を活用すれば、日中に使いきれなかった余剰分の電気を電力会社に買い取ってもらえます。
売電収入は太陽光パネルの導入にかかった初期費用の回収を助けるだけなく、家計のプラスアルファの収入源となります。特に、共働きなどで日中の電気使用量が少ない家庭ではより多くの電気を売電に回せるため、メリットを実感しやすいです。
環境問題の改善に貢献できる
経済的なメリットと並んで重要なのが、環境問題の改善に貢献できる点です。太陽光発電は自然エネルギーである太陽の光を利用するため、再生可能エネルギーの代表格とされています。太陽光発電は仕組み上、地球温暖化の原因となる二酸化炭素や他の有害物質を一切排出しません。
自宅の屋根に太陽光パネルを設置する行動が、将来にわたってクリーンな地球環境を守ることに直結します。マイホームをもつ大きな決断と同様にエネルギーを自ら選ぶ選択は、持続可能な社会への貢献意識を満たしてくれる価値あるものです。
太陽光パネルを設置するデメリット
一方で、太陽光パネルの設置には以下のようなデメリットも存在します。
- 初期費用が高い
- 天候に依存する
- 定期的なメンテナンスが必要
上記のデメリットに対しては、事前に対策を講じておきましょう。
初期費用が高い
太陽光発電の導入を検討するうえで、多くの方がハードルと感じるのが高額な初期費用です。太陽光パネル本体に加えてパワーコンディショナや架台など、システム一式を揃えるためには数百万円単位のまとまった資金が必要です。もちろん、設置するパネルの枚数や種類によって費用は変動しますが、決して気軽に決断できる金額ではありません。
近年は技術の進歩で導入費用は少しずつ下がる傾向にありますが、住宅設備としては大きな投資である事実に変わりはありません。ただし、多くの自治体で補助金制度が用意されていたり、低金利のソーラーローンを利用できたりと負担を軽減するための選択肢も増えています。太陽光パネルを設置する際は費用対効果を長期的な視点でシミュレーションし、資金計画をしっかりと立てましょう。
天候に依存する
天候に依存する点も、太陽光パネルによる発電のデメリットです。太陽光発電は太陽の光をエネルギー源としているため、天候によって発電量が大きく左右されます。
当然ながら、日照時間が長くよく晴れた日にはたくさんの電気を生み出せます。しかし、曇りや雨の日には発電量が大幅に減少し、太陽が出ていない夜間はまったく発電できません。
そのため、「太陽光パネルを設置すれば、電気を完全に自給自足できる」と考えるのは早計です。天候が悪い日が続けば、通常通り電力会社から電気を購入する必要があります。特に、梅雨の時期や日照時間の短い冬場は期待していたほどの節電効果が得られない可能性も考慮する必要があります。
定期的なメンテナンスが必要
定期的なメンテナンスが必要な点も、太陽光パネルを設置するデメリットです。太陽光パネルの性能を長期間にわたって安全に維持するためには、定期的なメンテナンスが必要不可欠です。
太陽光パネルの表面についたホコリや鳥のフンなどの汚れは、基本的に雨で洗い流されます。しかし、こびりついた頑固な汚れや落ち葉などが溜まると発電効率の低下につながるため、目視での確認は欠かせません。
さらに、専門業者による定期点検も必要です。パネル本体の損傷やケーブルの劣化などを数年に一度チェックしてもらい、故障や思わぬトラブルを未然に防ぐ必要があります。上記のメンテナンスには当然コストが発生するため、初期費用だけでなく将来的な維持費も予算に含めておく必要があります。
太陽光パネルにおけるリースと購入の仕組みの違い
以下では、太陽光パネルにおけるリースと購入の仕組みの違いについて詳しく解説します。
所有権が自分にある購入
まず、最も一般的なのが太陽光パネルを自己資金やローンで購入する方法です。購入のメリットは、太陽光パネルの所有権が自分自身にある点です。
太陽光パネルが自分の資産となり、設置後の売電による収入はすべて自分のものになります。FIT制度の10年間で得られる売電収入は、太陽光パネルの導入にかかった初期費用の回収を大きく後押ししてくれます。
また、FIT期間終了後も蓄電池を導入して自家消費率を高めたり、電力会社に売電したりなどが可能です。発電した電気の活用方法を自由に選択できるのも、購入ならではの強みです。
一方で、デメリットとしては高額な初期費用や設置後のメンテナンス費用がかかる点で、万が一の故障時の修理費用も自己負担となります。購入は、長期的な視点で最大限の経済的リターンを追求したい方や太陽光発電システムを自分の資産として所有したい方に適した仕組みです。
初期費用0円で始められるリース・PPAモデル
太陽光パネルの設置には、初期費用を0円で始められるリースやPPAモデルなどの方法も利用できます。リースは、月々定額のリース料金を事業者に支払い、太陽光パネルをレンタルする仕組みです。リースしている太陽光パネルで発電した電気は基本的には自宅で自由に使え、売電収入も得られます。
一方のPPAモデルは事業者が無償で屋根に太陽光パネルを設置し、発電した電気を家の所有者が同事業者から購入する仕組みです。システムの所有権は事業者側にあるため、期間中のメンテナンスや修理も事業者が責任をもって行ってくれます。ただし、PPAモデルのデメリットとしては、売電収入を得られないケースがほとんどである点です。
また、リース・PPAモデルともに契約期間中は月々の料金が発生し、原則として途中解約はできません。リース・PPAモデルは、とにかく初期投資を抑えたい方やメンテナンスの手間をかけずに電気代の削減効果を得たい方に最適です。
太陽光パネルの設置業者選びは「そらトク」がおすすめ
太陽光発電は、長期的な電気代削減や停電対策につながる魅力的な投資です。しかし、「どの業者を選べば良いのか」「適正価格がわからない」などの不安もつきものです。太陽光パネルの設置を成功させる鍵は、信頼できる優良な業者を見つける点にあります。
そこでおすすめしたいのが、お客様の希望条件に合う優良な設置業者を自動でマッチングする無料サービス「そらトク」です。そらトクはサービス利用料や契約料は一切かからず、最短30秒の簡単な入力だけで最適な業者を見つけられます。
また、悪徳業者に出会う心配がない点もそらトクのメリットです。そらトクが紹介する業者はすべて、以下の厳しい審査基準をクリアした優良業者のみとなっています。
- 建設業許可（電気工事・屋根工事など）の保有
- PL保険や賠償責任保険への加入
- 直近3年で10件以上の施工実績
- 10年の出力保証および5年の工事保証の提示
- 第二種電気工事士以上の有資格者の在籍
さらに、太陽光に精通した専門スタッフによる徹底サポートも強みです。設置前の不安から運用後のトラブルまで経験豊富なスタッフが的確にアドバイスするため、長期的な安心感が得られます。
太陽光パネルの導入は自宅の資産価値を高め、将来のリスクに備える賢い選択です。安心・簡単・お得に太陽光パネルを導入したい方は、ぜひそらトクをご活用ください。
太陽光パネルの発電の仕組みを理解してスムーズに導入しよう
本記事では、太陽光パネルが光を電気に変える基本的な仕組みからシステムを構成する各機器の役割までを解説しました。太陽光発電は、自家消費による電気代の大幅な削減とFIT制度を活用した売電収入の経済的メリットが大きな魅力です。さらに、CO2を排出しないクリーンなエネルギーとして環境問題の改善に貢献できる点も見逃せません。
一方で、高額な初期費用や天候に発電量が左右される点、定期的なメンテナンスが必要などのデメリットも存在します。近年では自己資金で購入する方法に加え、初期費用0円で始められるリースやPPAモデルも登場しています。太陽光パネルの発電の仕組みやメリット・デメリットを総合的に理解した上で、設置を検討しましょう。
