太陽光発電は、環境に優しいエネルギー源として注目されています。しかし、その仕組みがどうなっているのかを正確に理解している人は、意外と少ないでしょう。太陽光発電に興味を持っているのなら、まずはその基本的な仕組みを知ることが大切です。この記事では、太陽光発電のシステムでは太陽光をどのようにして生活を支える電気エネルギーに変換しているのかを解説していきます。
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太陽光発電で電気が生まれる仕組み
太陽光発電では、太陽光で電子が飛び出る、電流が生み出される、という2つの過程を経て電気が作り出されています。それぞれどのような現象なのか、太陽光発電で電気が生まれる仕組みを詳しく解説していきます。
太陽光で電子が飛び出る
太陽光発電が電気を生み出す最初のステップは、光によって電子が飛び出す現象から始まります。「光電効果」と呼ばれ、発電の根幹を支える重要な過程です。太陽光が特定の物質に当たると、電子が飛び出し、電気の流れが生まれます。太陽電池内部では、光が半導体に当たり、中で発生する電子と正孔（電子が抜けた穴）の移動によって電流が発生する仕組みです。
半導体の代表的な材料であるシリコンは、光が当たると電子を放出しやすく、その電子の動きが電気として利用されます。例えば、シリコンをp型とn型という2つの異なる性質に加工し、接合部分で光を受けると、飛び出した電子が一方向に流れるようになります。太陽光発電の仕組みは光電効果に支えられており、光エネルギーを効率よく電気に変える技術の出発点です。
電流が生み出される
太陽光発電では、光電効果で電子が飛び出した後、電子の移動によって電流が生まれます。発電の第2段階です。太陽電池の内部には、電子が過剰なn型半導体と、電子が不足したp型半導体の2種類の半導体が接合されています。太陽光がこの接合面に照射されると、光エネルギーによって電子と正孔が発生し、n型半導体で生じた電子は、p型半導体へと移動する性質を持つようになります。
n型側は正に、p型側は負に帯電し、電位差が生じ、このギャップ（電位差）によって電子が一定方向に流れ出すようになり、電流として外部に取り出せるようになる仕組みです。家庭用の太陽光パネルもこの仕組みを応用しており、日光を受けるだけで電力を供給できます。
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太陽光パネルの構成
太陽光パネルは、セル、モジュール、ストリングといったさまざまな単位の部品によって構成されています。それぞれの特徴や役割、関係性を解説します。
セル
セルは、太陽光パネルの最小単位です。太陽光のエネルギーを直接電気に変換する小さな発電ユニットであり、p型半導体とn型半導体という性質の異なる2種類の半導体を接合して作られています。
セル単体の発電量は限られますが、多数のセルを組み合わせてモジュールやパネルが構成され、家庭や事業所の電力供給に活用されています。電気を生み出す仕組みの基礎を担っており、発電効率や耐久性にも大きく影響するため、セルの品質は非常に重要です。
モジュール
モジュールは、太陽光パネルの基本単位であり、複数のセルを組み合わせて一枚にまとめた太陽光パネルを指します。個々のセルは単体では出力が小さいため、複数枚を直列・並列に接続し、ガラスやフレームで保護した状態で製品化されたものがモジュールとなります。
住宅用では60〜120セルを組み込んだモジュールが一般的で、これがさらに複数枚つながれて発電システムを構成します。モジュールは、セルを保護し、実用的な発電システムを構築するための重要な役割を果たしています。
ストリング
ストリングは、複数のモジュールを直列に接続した太陽光パネルの構成単位です。直列配線によって、個々のモジュールの電圧が足し合わされ、システム全体の電圧を向上できます。
直列で配列されているため、そのうちのモジュールの1つでも不具合があると、ストリング全体の発電量が低下するリスクがあります。また、ストリング内の一部に影がかかっても同じ状況が生まれるため、日陰の影響を考慮した最適な設計が重要です。
アレイ
アレイは、複数のストリングを並列につないで構成された太陽光パネルの集合体です。ストリングはモジュールを直列接続して構成されますが、それだけでは電流量が限られるため、複数のストリングを横に並べて並列配線すると、全体の電流量が増大し、大規模な電力供給が可能となります。
一部のストリングが故障しても、他のストリングへの影響を最小限に抑える役割も担っており、大規模な電力を安定的に供給するための、重要な構成要素です。
ソーラーパネル
太陽光発電の仕組みで必要なものの1つに「ソーラーパネル」があります。ソーラーパネルとは、太陽光を利用して発電するパネル状の装置のことです。これには「太陽光パネル」や「太陽電池板」、「太陽電池モジュール」といった名称もあり、大規模な産業用から家庭用の小型のものまで、さまざまな種類があります。ソーラーパネルの基本要素は「セル」と呼ばれ、そのサイズは一般的に約10cm四方です。複数のセルが組み合わされることで、ソーラーパネルが形成されます。
複数のセルを並べて板状にしたものは「モジュール」と呼ばれ、屋外使用に耐えるよう樹脂や強化ガラスで覆われているのが一般的です。また、「アレイ」とはモジュールを複数並べて、直列または並列につなげたものを指します。家庭では、屋根に設置されることが多いでしょう。なお、ソーラーパネルには、素材によって3つの種類があります。最も一般的なのがシリコン系で、特に単結晶シリコンが主流です。次に、銅やインジウムを用いた化合物系があります。化合物系は低コストで製造でき、経年劣化も少ないのが特徴です。
もう1つは有機系といわれており、有機半導体を使用します。薄くて軽量、柔軟性があり、色をつけることも可能とされていますが、いまだ実用化されておらず、家庭用として普及されるには時間がかかるでしょう。
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太陽光パネル以外の機器
太陽光発電システムは、太陽光パネル以外にも、発電した電気を安全かつ効率的に利用・売電するために、接続箱、集電盤、パワーコンデョショナー（PCS）、売電電力量計といった機器が必要です。それぞれの特徴と役割を解説します。
パワーコンディショナー
パワーコンディショナー（PCS）は、太陽光発電システムの中核機器です。太陽電池が生み出した直流電力を、家庭の電気製品や電力系統で利用可能な交流電力へと変換する重要な役割を担っています。
変換機能だけでなく、電力会社の送電網（商用系統）との連系や、自立運転時の切替・制御機能、安全装置なども搭載されています。異常電圧や周波数の変動を検知したときは、系統から太陽光発電システムを切り離し、停電などのトラブルを事前に防止する役割も担います。
パワーコンディショナーの存在により、発電した電気を安定して効率的に利用・売電可能になるのです。
分電盤
太陽光発電の仕組みにおいて、分電盤も重要な役割を持っています。分電盤とは、パワーコンディショナーで変換された電気を家庭内のコンセントや売電のための送電線へと供給するための装置のことです。なお、分電盤は電流が規定値を超えた際に回路を自動的に遮断する機能も備えています。この機能により、異常時に機器の損傷を防ぐことが可能です。このように、分電盤は太陽光発電システムの安全で効率的な運用を支える重要なコンポーネントの1つといえます。
接続箱
接続箱は、太陽光発電システムにおいてアレイを構成する複数のモジュール（またはストリング）の電力を集約し、安定した出力を確保するために欠かせない装置です。最大の役割は、発電に必要な電流や電圧を得るために、複数のモジュールを効率よく接続する点にあります。
内部には端子台が設置されており、電線を安全・確実につなぎます。過電流保護用のヒューズや逆流防止ダイオード、雷対策の避雷器なども組み込まれており、設備の安全性を確保するための機能も備えています。
接続箱の存在により、故障の拡大を防ぎ、火災などのリスクを低減するなど、太陽光システム全体の安全性確保が可能です。
集電盤
集電盤は、複数の接続箱から送られてきた直流電力を一箇所に集約し、パワーコンディショナー（PCS）へ効率的に供給するための装置です。電力の集約によって、電圧や電流の管理がしやすくなり、PCSでの変換効率や安定性が向上します。
大規模な発電施設では、発電量が多く配線も複雑になるため、集電盤の存在は欠かせません。安全性やメンテナンス性の向上にも寄与し、システム全体の効率運用を支える要となる機器です。
売電電力量計
売電電力量計は、発電した電力のうち、電力会社に売却した電力量を正確に計測するためのメーターです。電力会社からの売電収入を確定するために不可欠であり、経済的なメリットを把握する上で重要な役割を果たします。近年では、通信機能を備えたスマートメーターへの切り替えが進んでおり、遠隔での検針や電力需給の最適化に貢献しています。
東京電力管内ではスマートメーターへの移行が完了し、より効率的な電力管理が可能になっています。自動で使用量や売電量が送信され、検針の手間も不要となるため、売電電力量計は、太陽光発電の経済的メリットを支える大切な存在です。
なお、売電電力量計のコストは電力会社が負担しますので、オーナーが費用を負担する必要はありません。
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太陽光発電の仕組みをわかりやすく解説！
ここでは、太陽光がどのように電気エネルギーに変換されるのか、そのプロセスを詳しく紹介していきます。これにより、太陽光発電システムについて、さらに理解が深まるでしょう。
太陽光を電気に変える
ソーラーパネルの中に含まれているのは、数多くの太陽電池です。太陽電池は「n型半導体」と「p型半導体」と呼ばれる2種類の半導体を組み合わせて作られています。そして、これらの半導体は、電気が流れる導線でつながれているのです。太陽光がソーラーパネルに当たると、n型半導体にはマイナス電子が、p型半導体にはプラス電子が集まります。これらの電子が2つの半導体をつなぐ導線を通じて流れる現象を利用して電気を取り出すのが、太陽光発電の基本的なメカニズムです。
作られた電気を変換して家庭で使えるようにする
太陽光発電で生成された電気を、直接家庭で使用することはできません。家庭で使うためには、まずパワーコンディショナーを通して直流から交流への変換が必要です。変換された電気は、家庭内で消費されるか、あるいは電力会社に売電されます。パワーコンディショナーで直流電力を交流に変換する効率を「変換効率」といい、一般的には95%前後の製品が多いでしょう。製品によっては、変換効率が96%や97%など高いものもありますが、単にこの数字だけでは効率の判断はできません。重要なのは、太陽光パネルの性能を最大限に生かすことができるかどうかという点です。
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太陽光発電の特徴
太陽光発電には、いくつかの特徴があります。ここでは、太陽光発電の特徴を紹介し、それがどのように生活や環境に影響を与えるのかを解説していきます。
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故障しにくく長期間利用できる
ソーラーパネルは故障が少なく、長期間安定して使用できる装置とされています。なぜなら、太陽光発電ではエンジンやタービンなどの部品が不要なため、故障のリスクが低く済むためです。特に、太陽電池モジュールは劣化しにくく、30年以上の使用が可能とされています。また、最新のソーラーパネルは、防汚や防塵機能を有し、埃や汚れが付きにくい設計です。定期的な点検は必要ですが、日々のメンテナンスは基本的に不要でしょう。
なお、太陽光発電システムの点検は、一般的に「4年に1度以上」が推奨されています。長期間メンテナンスを行わないと故障の原因となる可能性があるため、定期的な点検は欠かせません。
CO2を排出しないクリーンなエネルギー
太陽光発電の仕組みは、地球温暖化のおもな原因であるCO2などの温室効果ガスの発生を伴わないため、地球環境の保護や脱炭素への貢献に非常に有効です。太陽光発電は、設備が劣化したり故障したりしない限り、持続的にエネルギーを生成する「再生可能エネルギー」とされています。これは、有限なエネルギー源を使用する火力発電のようなシステムではなく、継続的かつ持続可能なエネルギー供給が可能です。地球温暖化防止を目的として、太陽光発電を含む再生可能エネルギーは、今後ますます重要な発電方法となっていくことでしょう。
蓄電池と併用すれば電気を蓄えられる
蓄電池とは、充電して繰り返し使用できる二次電池のことで、太陽光発電の仕組みにおいて重要な役割を果たします。これは、太陽光発電で生成された電力を、蓄電池に保存できることが理由です。この組み合わせにより、発電量が多い時には余った電力を蓄えて、発電が困難な時にも電力を利用することができます。たとえば、太陽の光が得られない梅雨の時期や夜間でも、晴れの日や日中に太陽光で発電した電気を利用できるため、電力の有効活用が可能です。災害時の停電対策としても、太陽光発電と蓄電池の組み合わせは非常に有効で、導入が促進されています。
なお、住宅用太陽光発電設備では、停電時に自立運転専用コンセントへの電力供給を行うことが可能です。これにより、晴れの日や日中にソーラーパネルで発電して蓄えた電気を、自宅の電気製品で使用できます。
売電により収入が得られる
太陽光発電の魅力の一つは、発電した電気のうち使いきれなかった分を電力会社に売って収入を得られる点です。国が導入した固定価格買取制度（FIT制度）においては、住宅用太陽光発電によって生み出された電力のうち、家庭内で消費しきれなかった余剰電力を一定期間、電力会社が固定された価格で買い取ってくれます。
具体的には、日中に太陽光パネルで発電した電力は、まず家庭内の電気機器で利用されます。その上で、使い切れずに余った電力が自動的に電力系統へと送られ、売電電力量計によってその量が計測されます。この余剰売電によって、毎月、電力会社から電気料金とは別に収入を得られる仕組みです。
毎月の電気代の節約だけでなく、安定した副収入が見込めるなど、経済的なメリットをもたらします。
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太陽光発電で売電する仕組みとは？
太陽光発電の売電の仕組みには、固定価格買取制度（FIT制度）と再エネ賦課金が密接に関係しています。FIT制度によって保証された買取価格によって成立しており、買取に必要な費用の一部は、再エネ賦課金として、電気利用者が負担する仕組みです。
固定価格買取制度
固定価格買取制度（FIT制度）は、太陽光発電をはじめとする再生可能エネルギーの普及を推進するために創設された国の政策です。再生可能エネルギー事業者の経済的な負担を軽減し、長期的な投資の促進による、持続可能な社会の実現に貢献しています。2012年に導入され、発電事業者は電力会社に対して一定価格で余剰電力の売却が可能です。
特徴として、国が定めた価格と期間での買取が保証されるため、収入が安定し、設備導入にかかる初期投資の回収計画が立てやすい点が挙げられます。住宅用太陽光発電では、家庭で使いきれなかった余剰電力を売電する形で、月々の光熱費削減に加えて副収入も得られる点がメリットです。
買取価格は導入年度によって異なり、年々下がる傾向にあるため、早期導入が有利とされています。制度導入当初は高単価での買取が可能だったため、多くの家庭や事業者が太陽光発電システムを導入するきっかけとなりました。
再エネ賦課金
再エネ賦課金は、再生可能エネルギーの普及を国民全体で支えるために、電気の使用量に応じて徴収される料金です。FIT制度によって電力会社が買い取った再生可能エネルギーのうち、市場価格よりも高い部分を、電気利用者全体で公平に負担するという仕組みです。発電コストが高い再生可能エネルギーの導入を促進し、長期的に化石燃料への依存度を低減させ、地球温暖化対策に貢献するのを目的に導入されています。
再エネ賦課金はすべての電力契約者に課されており、毎月の電気使用量に応じて請求されます。一般家庭も間接的に再生可能エネルギーの普及を支えており、国全体で再生可能エネルギー普及と脱炭素社会の実現に貢献できる制度です。
買取価格の推移
固定価格買取制度（FIT制度）における太陽光発電の買取価格は、制度開始以降、毎年少しずつ引き下げられています。太陽光設備の普及と発電コストの低下にともない、国が適正な水準へと価格を調整しているためです。
住宅用（10kW未満）の買取価格は、2022年には1kWhあたり17円でしたが、2023年には16円、2024年も同水準を維持し、2025年は9月まで15円と、段階的に下がっています。さらに2026年度からは、初めの4年間が24円、その後6年間は8.3円という、期間によって価格が変動する新たな設定が導入されます。
■ 売電価格の推移
● 2022年：17円/kWh
● 2023年：16円/kWh
● 2024年：16円/kWh
● 2025年：15円/kWh（9月30日まで）
● 2026年：最初の4年間：24円/kWh
5年目～10年目：8.3円/kWh
価格の推移が示しているのは、国がFIT制度を通して初期投資回収を支援しつつ、市場環境に応じて売電収益の在り方をつねに見直していることです。今後、太陽光発電を検討する際は、買取価格の動向と制度変更の内容を把握するのが重要です。
自家消費を増やすことがお得
現在の太陽光発電システムの運用では、売電よりも自家消費を増やすほうが経済的なメリットが大きくなります。売電価格が年々下がり続けている一方で、家庭で使う電気の料金は燃料価格の高騰などで上昇傾向にあります。買取価格低下の要因は、太陽光発電の導入コスト低下を背景とした国の政策によるものです。
2025年度の売電価格は15円/kWhですが、家庭用電気料金の目安単価は約31円/kWhとなっており、電力会社から購入するよりも、自宅で発電した電気を自家消費するほうが倍以上の価値があります。
具体的には、日中の発電時間に電気を多く使ったり、蓄電池を導入して夜間にも自家発電を活用したりする工夫が、光熱費の節約につながります。太陽光発電の導入目的が売電収入から電気代の削減へとシフトしている今、自家消費を意識した使い方が賢い選択です。
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太陽光発電でどれくらいの電気を発電できる？
太陽光発電システムの発電量は、設置場所や立地条件、それに季節、ソーラーパネルのタイプや性能、さらに使用年数によっても異なります。ソーラーパネルによる年間の発電量は、平均して最大発電量の約13%になると言われています。この割合は「設備利用率」と呼ばれ、実際の発電量が理論上の最大出力の何％になっているかを示します。たとえば、1kWのソーラーパネルの場合、年間発電量は「1kW×24時間×365日×13%＝約1138kWh」です。
家庭用の太陽光発電では、屋根の上に設置できるソーラーパネルの量や家庭内の電力使用量、および設置費用などによって発電能力が決まります。なお、家庭用のソーラーパネルシステムは、一般に10kW未満とされており、10kW以上のものは産業用の分類です。一般的な家庭の年間電力消費量は、平均で約3600kWhとされています。そのため、4kWのソーラーパネルを設置すれば、「1138kWh×4＝4552kWh」となり、自家消費をまかなって余剰電力を売電できる可能性が高まるでしょう。
以上からわかるように、太陽光発電を導入する際は、ソーラーパネルの導入コスト、発電量、自家消費量、売電価格、電気料金などを総合的に考慮し、自宅に適したソーラーパネルのサイズを決定することが重要です。
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太陽光発電ならエコ発電本舗がおすすめ
太陽光発電の導入を検討する際には、メリットとデメリットの両面を理解し、つねに変化する制度や市場動向をふまえて判断する必要があります。設置にあたってはパネルの価格や施工スキルなども見逃せない重要ポイントです。だからこそ、豊富な実績と専門知識を持つ信頼できる業者を選ぶのが成功のカギとなります。
エコ発電本舗は太陽光発電のプロフェッショナルです。業界最安水準の価格に加え、高品質な工事、安心の長期保証、さらに最新情報の発信にも力を入れています。初めての方も、納得して導入できる体制が整っているので、太陽光発電の導入は、ぜひエコ発電本舗にご相談ください。
詳細はエコ発電本舗のウェブサイト（https://www.taiyoko-kakaku.jp/）で確認できます。興味のある方は、ウェブサイトを訪ねてみてはいかがでしょうか。
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太陽光発電でエコな暮らしを実現させよう！
太陽光発電は、環境に優しい再生可能なエネルギー源として、私たちの暮らしをよりエコなものに変える力を持っています。今回は、太陽光発電の仕組みや特徴、さらには経済的な利点について解説してきました。CO2などの温室効果ガスの削減や再生可能エネルギーへの移行、そして長期的な電力コストの節約は、太陽光発電導入の大きな動機となるでしょう。太陽光発電で、エコな暮らしを実現させましょう。
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