太陽光発電という言葉は誰しも耳にしたことがあるでしょう。今や、太陽光発電は産業用としてだけでなく、一般の家庭にも取り入れられ、地球環境に優しいエネルギーとして注目されています。しかし、太陽光発電がどのような仕組みで成り立っているのか知っている方はまだまだ少ないのではないでしょうか。今回は、そんな太陽光発電の仕組みを解説していきましょう。
太陽光から電気が生まれる仕組みとは
太陽光発電パネルの中は電気を作っているような大きな機械が入っているようには見えません。では、太陽の光だけで、どのように電気エネルギーが発生しているのでしょうか。
光を電気に変換する光電効果
太陽光発電は光電効果という現象を利用した原理で発電を行っています。金属の中には電子が存在し、電子は原子核に付随しています。金属に強烈なエネルギーを一定の振動数で当てると、原子核から電子を引き離すことができます。
光の中にある光子はこれに当たり、光子エネルギーにより引き離された電子は、外部に飛び出していきます。この電子が飛び出す現象を光電効果と言うのです。
光電効果の仕組み
半導体に光が当たると日射量と比例して発電
しかし、通常は光電効果で発生する電子はほんの少しであり、すぐに飛んでいってしまうため、通常は活用することができません。そのため、電子を飛ばさず、電気にするために2つの半導体を使用します。半導体に光が当たると、弱い光でも光電効果を起こすことができる上、電子は外部に逃げずに一定の方向に流れます。このとき、電子が移動すると同時に、電流が発生し、2つの半導体が乾電池の役割を果たすのです。これが、太陽光発電で光を電気に変える仕組みです。
このような仕組みですから、太陽光パネルに当たる日射量が多ければ多いほど、発電電力が大きくなります。逆に、曇りの日は日射量がほとんど無くなってしまうため、発電量が落ちてしまいます。日射量と比例して発電量が決まっているのです。
紫外線を可視光に変換して発電能力をアップ
さきほど「光」を当てることで光電効果が起きるという説明をしましたが、実際には、太陽光発電はこれまで、太陽光のうち可視光、つまり見えている光の一部だけを電気として変換することしかできませんでした。また、太陽光エネルギーの内の一つである紫外線は、太陽光発電の寿命を縮める大きな要因となっていたため、紫外線を発電に寄与させないよう、UV吸収剤を使用していました。ところが、現在では、太陽から発せられる紫外線を発電に有効活用するために、吸収した紫外線を可視光に変換させる吸収シートを導入し、入射する可視光を増やすことで、発電出力をアップさせることができています。このように、太陽光発電の技術は日進月歩で変化していっているのです。
家庭で太陽光の電気を送電・売電するまでの仕組み
ここまで太陽光発電の仕組みについてお話してきました。太陽光発電を設置しようと考える方の設置目的は、いくつか考えられますが、太陽光発電で作った電気を電力会社に売ることで収入を得るということが目的に入っている方も多いことでしょう。さて、ここからは、売電を考えている方に向け、どのように電気の送電・売電が行われているか、解説していきます。
接続箱の役割
太陽光パネルで発電された電気は、一度、一か所に集約させる必要があります。この役割を果たすのが接続箱です。何枚もの太陽電池の回線をこの接続箱の開閉器に繋げ、電力の逆流を防ぐダイオードを通して電気を集めます。
接続箱の中には、回線毎のスイッチがあり、メンテナンスを行う場合など、スイッチをオフにすることが可能です。住宅用接続箱は通常、雨などに影響されにくく、点検のしやすい屋根の下に設置され、産業用接続箱は、建物から離れた場所に野立てすることが多くあります。このため、産業用接続箱は、直射日光に強い造りになっています。
パワーコンディショナーの役割
太陽電池から接続箱を経て送られてきた直流の電力を、そのまま家庭用電化製品に使うことは出来ません。それを解決するために、パワーコンディショナーが、直流電力を交流電力に変換して一般の家庭で電力を安定的に使用出来るようにするという、大切な役割を果たしています。また、朝や曇りの日など太陽光が安定せず出力が低い場合は発電量が最大でも5%ほど下がってしまします。
そのような場合でも、パワーコンディショナーの中にはチョッパ回路を使用した広い運転可能範囲によって効率よく電力を配分する事ができるものもあります。太陽光発電した電気を効率よく使えますが、逆に変換効率が低いと、無駄になる電気が増えてしまいますし、パワーコンディショナーの技術開発も積極的に各メーカーによって行われています。ですので、なるべく新しいパワーコンディショナーほど変換効率がよく配電性能が高くなっているようです。
分電盤の役割
続いて、パワーコンディショナーから送られてきた交流電力を各部屋に送ったり、電力会社に売電するためのルートとしての役割を担うのが、分電盤です。今現在、住んでいる家に太陽光発電を設置する場合、新しく太陽光発電システムに対応した物を選ぶ必要があります。
売電用電力計の役割
最後に、売電用電力計「メーター」が、蓄えた電力を計測をし、電気を電力会社に売電する役割をしています。太陽光発電を利用して売電を行うためには、この売電用電力計を必ず設置しなければなりません。太陽光発電を利用せず、売電用電力計を設置する場合には、電力会社が検定した物を設置する必要があります。
売電用電力計を選ぶポイントは、逆回転防止機能がある物を選ぶことです。電力会社と家庭などで発電した電力が、双方に流れ出るのを防ぐためにも逆回転防止機能が付属している物を選びましょう。
まとめ
太陽光発電のエネルギー発生から売電までの仕組みについて、理解して頂けましたか？光電効果によって発生した電気を送電・売電するために、ご紹介した機器が、それぞれの重要な役割を果たしているのです。事前に太陽光発電の知識を得ておくことで、スムーズに太陽光発電を検討・導入することが出来るでしょう。
