ソーラーパネルは、太陽の光を電気に変換する装置です。
ソーラーパネルを設置した家庭や事業所は、自分たちで発電した電気を使うことができます。また、余った電気は電力会社に売ることも可能です。
この記事では、ソーラーパネルの発電・売電の仕組みを簡単にわかりやすく解説します。
ソーラーパネルの基本
ソーラーパネルは、太陽電池と呼ばれる半導体素子で構成されています。
太陽電池は、光が当たると電子が動き出す現象を利用しています。
この現象を光起電力効果と言います。
太陽電池には、主にシリコンやペロブスカイトなどの材料が使われています。
太陽電池は、単体では小さな電圧しか発生しませんが、多数の太陽電池を直列や並列につなげることで、必要な電圧や電流を得ることができます。
このようにしてつなげられた太陽電池の集合体がソーラーパネルです。
ソーラーパネルは、屋根や壁、地面などに設置され、太陽の光を受けて発電します。
ソーラーパネルから得られた電気は、直流から交流に変換するインバーターを通して、家庭やビルの電力網に送られます。
また、蓄電池や発電機と組み合わせることで、停電時や夜間などにも電気を供給することができます。
ソーラーパネルは、再生可能エネルギーの一種であり、化石燃料に比べて二酸化炭素の排出量が少なく、環境に優しい発電方法です。
ソーラーパネルが発電する仕組み
ソーラーパネルとは、太陽光を直接電気エネルギーに変換する装置です。
ソーラーパネルの基本原理は、光の吸収と電子の励起、P-N接合の役割、電流の生成の3つのステップに分けられます。
太陽光を半導体材料で吸収して電子を励起させます。
そしてP-N接合で形成された電界で正孔と電子を分離し、外部回路で正孔と電子を流すことで電気エネルギーに変換します。
このようにして、ソーラーパネルは再生可能なエネルギー源である太陽光から発電を行うことができます。
光の吸収と電子の励起
光の吸収と電子の励起とは、太陽光がソーラーパネルの表面に当たると、半導体材料（主にシリコン）の原子に含まれる電子が光のエネルギーを受け取って高いエネルギー準位に移動する現象です。
このとき、電子が移動した後に残った正に帯電した空間（正孔）と、移動した負に帯電した電子が引き合う力（クーロン力）が発生します。
P-N接合の役割
P-N接合の役割とは、半導体材料をP型（正孔が多い）とN型（電子が多い）に分けて接合することで、P型とN型の境界部分に電界を形成することです。
この電界は、光の吸収と電子の励起で発生した正孔と電子を引き離す方向に働きます。
つまり、P型側には正孔が集まり、N型側には電子が集まります。
電流の生成
電流の生成とは、P型側とN型側を外部回路でつなぐことで、正孔と電子が流れることです。
この流れる正孔と電子が電気エネルギーを運ぶことで、ソーラーパネルから電流が発生します。
発電された電気を売電する仕組み
ソーラーパネルで発電した電気を売電するには、いくつかの手続きと条件が必要です。ここでは、売電するための仕組みと流れを説明します。
・フィードインタリフ（FIT）制度
・接続契約と発電設備の認定
・電力の送電と計測
・支払いと報酬
ソーラーパネルで発電した電気を売るためには、フィードインタリフ（FIT）制度を利用することができます。この制度では、接続契約や発電設備の認定などの手続きが必要です。また、売電すると支払いがありますが、税金もかかる可能性があります。また、ソーラーパネルで発電した電気を売電することは、再生可能エネルギーの普及に貢献するだけでなく、経済的なメリットも得ることができます。
フィードインタリフ（FIT）制度
フィードインタリフ（FIT）制度とは、再生可能エネルギーで発電した電気を一定期間一定価格で電力会社に買い取ってもらう制度です。
この制度の目的は、再生可能エネルギーの普及と発展を促進することです。
ソーラーパネルで発電した電気を売電する場合は、この制度を利用することができます。
ただし、売電するためには以下の条件を満たす必要があります。
・ソーラーパネルの設置容量が10kW以上であること
・電力会社との接続契約を結ぶこと
・発電設備が経済産業省の認定を受けていること
・電力会社に申請して買取価格と買取期間を確定すること
接続契約と発電設備の認定
接続契約とは、ソーラーパネルで発電した電気を送電網に接続するための契約です。
この契約では、接続条件や安全対策などが定められます。
接続契約を結ぶ前には、発電設備の認定を受ける必要があります。
発電設備の認定とは、ソーラーパネルやインバーターなどの機器が安全基準や性能基準に適合しているかどうかを確認する手続きです。
発電設備の認定は、経済産業省や指定検査機関に申請して行います。
電力の送電と計測
接続契約と発電設備の認定が完了したら、ソーラーパネルで発電した電気を送電網に接続します。
送電網に接続するには、電力会社や電気工事業者と協力して配線やメーターの設置などを行います。
メーターは、発電量や売電量を計測するための機器です。
メーターには以下の種類があります。
・逆潮流メーター：自家消費分と売電分を一つのメーターで計測するタイプ
・二重計測メーター：自家消費分と売電分を別々のメーターで計測するタイプ
支払いと報酬
ソーラーパネルで発電した電気を売電すると、電力会社から支払いがあります。
支払いの方法は、フィードインタリフ（FIT）制度の場合、売電量に応じて一定価格で買い取られます。
支払いのタイミングは、月ごとや年ごとなど電力会社によって異なります。支払いの際には、消費税や所得税などの税金がかかる場合があります。詳しくは、税務署や税理士に相談してください。
発電の仕組みから見る発電量を最大化する5つのポイント
太陽光発電は、太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換する発電方法です。太陽光発電の発電量は、ソーラーシステムの性能や設置条件によって大きく変わります。発電量を最大化するためには、以下の5つのポイントに注意する必要があります。
①高効率なソーラーセルの選択
②角度と方向を適切に設置
③パネルの清掃とメンテナンス
④システムの最適化とモニタリング
⑤環境条件を考慮した運用
太陽光発電は、再生可能エネルギーの一つとして注目されています。しかし、太陽光発電の発電量は、様々な要因によって変動します。発電量を最大化するためには、ソーラーシステムの性能や設置条件、運用方法などに注意する必要があります。
高効率なソーラーセルの選択
ソーラーセルとは、太陽光を受けて直接電流を発生させる素子です。
ソーラーセルの種類には、単結晶、多結晶、アモルファスなどがあります。
それぞれに特徴やメリット・デメリットがありますが、一般的には単結晶が最も高効率で、アモルファスが最も低効率です。
高効率なソーラーセルを選ぶことで、同じ面積のパネルでもより多くの電力を得ることができます。
角度と方向を適切に設置
ソーラーパネルは、太陽光を直接受けることで最も高い発電量を得ることができます。
そのため、パネルの角度と方向は重要な要素です。
一般的には、パネルの角度は地域や季節に応じて変えることが望ましいですが、固定式の場合は、日射量の多い春分・秋分時期に合わせて設定することが推奨されます。
また、パネルの方向は南向きが最も効果的ですが、東西方向にも設置することで朝夕の発電量を増やすこともできます。
パネルの清掃とメンテナンス
ソーラーパネルは、長期間屋外に設置されるため、汚れや傷などが付着する可能性があります。
汚れや傷は、パネルの表面積や透過率を低下させることで発電量に影響します。
そのため、定期的にパネルの清掃やメンテナンスを行うことが必要です。
清掃は水洗いやブラシなどで行いますが、傷つけないように注意してください。
基本的にメンテナンスは、専門業者に依頼することが望ましいです。
システムの最適化とモニタリング
ソーラーシステムは、ソーラーパネルだけではなくインバーターや配線、接続箱などから構成されます。これらの部品はそれぞれに性能や寿命があります。
システム全体の発電量を最大化するためには、各部品の相互作用や劣化状況を考慮して最適化する必要があります。
また、システムの動作状況や故障の有無を常に監視することも重要です。
モニタリングは、専用の機器やアプリなどを利用することで行うことができます。
環境条件を考慮した運用
ソーラーシステムの発電量は、気温や雲量、日照時間などの環境条件にも影響されます。
気温が高すぎると、ソーラーセルの発電効率が低下します。
雲量が多いと、太陽光の強度が減少します。
日照時間が短いと、発電時間が減少します。
これらの環境条件は、地域や季節によって変化します。
そのため、システムの運用は環境条件に応じて柔軟に対応することが必要です。
ソーラーパネルを設置するならおすすめの業者
ソーラーパネルを設置する際、以下のポイントを満たす業者を選びましょう。
・家の条件やニーズに合ったソーラーパネルを一緒に選んでくれる
・相談や見積もりを無料で行ってくれる業者
・設置工事やアフターサービスまで行ってくれる業者
・定期的な点検やメンテナンスも信頼できる業者
これらの業者を選ぶことで、快適で安心なソーラーパネルを導入することができます。
