太陽光発電が日本で広く知られるようになったのは、1990年代後半のこと。現在では再生可能エネルギー普及への取り組みとして、欠かせない存在となっています。
では、太陽光発電とは具体的にどんな仕組みなのか、ここでまとめてみましょう！

太陽光発電の仕組み

太陽光発電とは、半導体に光を当てると電気が発生する”光電効果”を利用した発電システムのことです。その半導体で作られた10～15cm角のタイルのような板が、発電装置のいちばん小さな単位となる「太陽電池セル」。セルは、一般的にはシリコンなどの半導体が使われ、導電性が異なる2種類を貼り合わせて構成されています。太陽の光を受けるとそれぞれの導電性が変化し、プラス側からマイナス側へ、もしくはその逆へと電子が移動。セルのオモテ面とウラ面に配置した電極をつなぐことで、電気が流れます。

このセルをつなぎ合わせて一定の発電量を得られるようにしたのが「太陽電池モジュール」とよばれる、濃いブルーや黒っぽい色をしたパネル状のもの。住宅街を歩いていると、屋根に載っているのを見かける機会もあるかと思います。モジュール1枚のサイズはメーカーによって異なり、縦1.7メートル、幅1メートル程の長方形で、重さは10～20kg、強化ガラスをベースに作られています。地上で見ると、意外と大きく感じるかもしれません。モジュールのサイズや変換効率等によって発電量も変わります。

その太陽電池モジュールを複数枚つなげた状態を「アレイ」* と呼び、家庭用としては屋根に載せるのが一般的です。モジュールの種類・枚数や設置方位・角度などは、実際に設置する場所の年間日照時間や緯度、風向きなど、さまざまな条件を元に発電量を算出し、最適な方法を採用します。ちなみに、モジュールを設置する際には、「架台」と呼ばれる専用の金属製構造体を使って固定します。角度なども主にこの架台で調節することが可能です。

*「雪国飯山ソーラー発電所」は降雪を考慮し、屋根の上ではなく、軒下の壁2方面に太陽電池モジュール8枚で構成された「アレイ」をそれぞれ設置しています。詳細はこちらの記事から。

さて、太陽電池モジュールで発電されるのは、直流電力です。そのままだと一般家庭では使えないため、電力会社と同じ状態である交流電力に変換する必要があります。そこで登場するのが「パワーコンディショナ」です。パワーコンデショナで変換された電力は、電力会社の配電線とも接続された分電盤へとつながり、それぞれの部屋で電気が使える状態となるわけです。

発電した電力をさらに有効活用できる蓄電システム

ところで、セルもモジュールも”太陽電池”と呼ばれていますが、それ自体に電気をためておく機能は残念ながらありません。太陽光によってできた電力は、そのまま使うか、余剰電力として電力会社に売電するか、という考え方がこれまでの主流でした。

瞬間的に使い切るしかなかった電気を、ダムのように一時的にためておけるようにしたものが、今注目の「蓄電システム」* です。使いきれなかった電力を蓄電池にためることで、太陽光発電が行われない時間帯にその電力を使ったり、停電など非常時にも利用できるのがメリット。
近年は、蓄電池側と太陽光発電システム側のパワーコンディショナが1台にまとめられた「ハイブリッドパワーコンデショナ」も登場し、より効率的に電力をためて使えるシステムもあります。また、電気自動車を蓄電池のかわりとしても活用する「V2H（Vehicle to Home）」という方法も、今後、普及が進んでいくとみられています。

* 蓄電システムを取り入れた「雪国飯山ソーラー発電所」の様子はこちらの記事から。また、ハイブリッド蓄電システム（SAVeR-H / デルタ電子）の詳細はこちらから。

知っておきたい電力の単位

そういえば、学生時代に習った…、という方もきっと多いと思いますので、ここでおさらいを！

→ W（ワット）
電力。単位時間あたりに実際に消費される電気エネルギーの大きさ。太陽電池モジュール1枚あたりの発電量についても、W単位が使われます。

→ Wh（ワットアワー）
電力量。実際に使った電気エネルギーの量のことで、消費電力（W）と時間（h）を掛けて算出します。電力会社の使用量は、kWh単位（1kWh＝1000Wh）で表示されています。

→ V（ボルト）
電圧。一般家庭の電圧は通常100V。電気自動車の充電には、200V電源を必要とする場合があります。

→ A（アンペア）
電流。電気の流れる量のこと。

まとめ

太陽の光を受けて電流を生み出す「太陽電池モジュール」と、その電力を交流に変換する「パワーコンディショナ」が配電線でつながることで、家庭内に電気を供給。この一連の流れが「太陽光発電システム」となります。
また、「蓄電システム」も併用したりなど、太陽光発電システムでできた電力の自家消費を高めることでより環境にやさしく、さらに非常時にも心強い味方に。2050年、カーボンニュートラルに向けて動き始めるひとつのソリューションとして、これからの発展に資することに期待します！

参考：一般社団法人 太陽光発電協会