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太陽光発電の仕組み

太陽光発電の仕組み

太陽光発電システムはどのような仕組みになっているのでしょうか?どのような方法で太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変えているのでしょうか?

 

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太陽電池の仕組み

太陽光発電システムは太陽電池モジュール(ソーラーパネル)を使って発電を行います。太陽電池モジュールはどのような仕組みで太陽の光エネルギーを電気エネルギーへ変換できるのでしょうか。

ソーラーパネルには「太陽電池(セル)」と呼ばれるものが取り付けられており、この太陽電池に光が当たることにより電気が生まれるように作られており、シリコンなどの半導体で構成されています。

太陽電池はn型シリコン(半導体)とp型シリコン(半導体)が合わせた仕組みとなっています。2つの半導体の接合部分に光が当たると、n型シリコンにマイナスの電子が、p型シリコンにプラスの電子が生まれ、それぞれの電子が半導体の表面にある電極に移動します。

この結果としてマイナスの電子が押し出されて回路を回りプラスの電極側へ移る過程で電気エネルギーが作りだされることになります。そのため、太陽光の光エネルギー(日射量)が強いほどたくさんの電気エネルギーが生み出されるというわけです。

 

太陽光発電システムの仕組み

太陽電池モジュール(ソーラーパネル)で発電した電気エネルギーを自宅で使用するためには、太陽光発電システムの機器一式を揃える必要があります。

①ソーラーパネルで作られた電気エネルギーは、②接続箱を通してまず③パワーコンディショナーへ送られることになります。パワーコンディショナーは太陽電池で作られた「直流電流」を家庭内で使用できる「交流電流」へ変換します。

パワーコンディショナーで周波数や電圧も調整し、家庭内の各コンセントとつながっている④分電盤(ブレーカー)を通して各部屋に電気が送られます。現在どの程度の発電を行っているか⑤モニターを通して随時チェックすることができます。

そして、余った電気エネルギーは⑥電力計(メーター)を通して電力会社に売電されることになります。太陽光発電システムがない家では電気を購入するための電力計が設置されていますが、太陽光発電システムを導入することにより売電用の電力計も設置することになります。

太陽光発電は無料で無制限の太陽エネルギーを使って発電できるというメリットもありますが、さまざまな機器を敷地内に設置しなければいけなというデメリットもあります。導入の前に機器の設置場所などを検討されるのをおすすめします。

 

 

太陽光発電が注目される

太陽光発電が注目される背景にはどのようなものがあるのでしょうか?今後の普及にはどのような課題があるのでしょうか?

地球温暖化抑制に貢献

太陽光発電の特徴の1つにCO2(二酸化炭素)を排出しないというものがあります。CO2は温室効果ガスの中の1つで、待機中のCO2濃度が増えることによって地球温暖化が進むことになります。

地球の平均気温が上がると、食糧難や疫病の流行、干ばつなどの問題が発生しやすくなります。また、台風や異常気象なども発生しやすくなると考えられており、地球規模でCO2の排出削減が求められています。

平均気温の上昇値 想定される変化

1.5度 台風、異常気象などにより洪水などの被害が増える
2度 水不足が深刻になる
2.5度 穀物の生産量が減少する
3度 広い範囲でサンゴの死滅が増える
3.5度 感染症などの疾病が流行しやすくなる
さらに洪水など気候による被害が増える
4度 干ばつにより海岸湿地の約30%が水没する
約30%の生態系が絶滅のリスクが上がる
石油や石炭などはエネルギーを生産する過程でCO2が発生するので、これらを太陽光発電に置き換えることによりCO2の排出削減に貢献することができます。

 

日本のエネルギー問題

現在、日本は石油や石炭などの化石燃料を海外から輸入していますが、化石燃料にはそれぞれ供給可能量(可採年数)があり、石炭は122年と若干余裕があるものの、石油は42年、天然ガスは60年と枯渇が予想される時期まであまり遠くありません。

また、2030年には世界のエネルギー消費量は現在の1.4倍になると見込まれており、供給可能量(可採年数)がさらに早まると予想されています。このような世界のエネルギー事情の中で、日本のエネルギー源を確保することが課題となっています。

石油42年 石炭122年 天然ガス60年 ウラン100年

しかしながら、2011年3月に発生した東日本大震災により福島第一原発は地震と津波の被害を受け、原子力発電による電気エネルギー供給にも課題をもたらすことになりました。

原発事故により原子力発電施設の安全性や再稼働問題、放射能の危険性や使用済み核燃料の処理問題なども注目されるようになり、原発に頼るエネルギー政策にも意見が分かれるようになりました。

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発電量を決める要素

 

 

太陽電池モジュール(ソーラーパネル)の設置枚数によって発電量は変わります。発電を予定する住居の屋根や野立て予定の土地などにどれほどのソーラーパネルを設置できるかが発電量を決めるカギとなります。

特に気をつけなければいけないのは住居用の太陽光発電を導入する際の屋根の形状です。南面に向いている屋根の面積がどれくらいあるか、また屋根の形状がどのようになっているか確認しておきましょう。

「寄棟」や「方形」などの三角の形状が現れる屋根の形には、三角形のソーラーパネルを選び、南面だけではなく東面と西面の屋根にも太陽電池モジュールを設置するのがおすすめです。

 

 

太陽電池モジュールの変換効率

太陽電池モジュールの性能によっても発電量が大きく変わります。太陽電池にはシリコン系と科学物系の大きく2つに分けられ、現在最も普及しているのはシリコン系の中の多結晶モジュールです。

多結晶モジュールは安価で大量生産しやすいというメリットもありますが、太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が単結晶モジュールに比べて低いというデメリットもあります。

性能目標のロードマップとして、変換効率を2020年までに20%、2030年までに25%、2050年までに40%までに伸ばすという計画がありますが、余剰電力買取制度を踏まえると高い変換効率の太陽電池モジュールを導入するのが経済的にメリットがあります(初期費用が高くなるというデメリットもあります)。

 

 

 

まとめ

 

太陽光発電システムはどのような仕組みになっているのでしょうか?

人類が抱えているエネルギー問題、

現在の暮らしを見つめなおして、

未来の暮らしを考えてみましょう。

それでは、最後まで読んでくださって

どうもありがとうございました!^^

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してくださると幸いです◎




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