太陽光発電・蓄電池

脱炭素や電気代削減、災害対策などの一環として、太陽光発電システムを導入する企業や家庭が増えています。

太陽光発電の導入を検討するために、太陽光発電の仕組みや基礎知識などの情報収集をしている方も多いのではないでしょうか。

この記事では、太陽光発電の仕組みを図解し、基礎知識についても分かりやすく説明しています。
太陽光発電の導入をご検討中の方や、太陽光発電について知りたい方は、ぜひ参考にしてください。

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【目次】

太陽光発電に関する基礎知識

まずは、エネルギーや太陽光、電力など太陽光発電の基礎知識についてご紹介します。

エネルギーとは？

エネルギーとは、仕事をすることのできる能力のことです。
エネルギーには様々な種類があり、太陽光発電で関係する「電気エネルギー」「光エネルギー」をはじめとして、「位置エネルギー」「運動エネルギー」「熱エネルギー」「化学エネルギー」「原子エネルギー」などがあります。ほとんどのエネルギーは、別の形に変換できます。例えば、太陽光パネルを使うと光エネルギーを電気エネルギーに変えることができます。

太陽光とは？

太陽光とは、太陽から地球に降り注ぐ光のことで、日光とも呼ばれます。
太陽が生み出すエネルギーの事を太陽エネルギーと呼び、太陽エネルギーの中には太陽の熱エネルギーや光エネルギーなどが含まれます。
太陽エネルギーは膨大で、1秒あたり約42兆キロカロリーです。 これは、1秒間に世界中で使っているエネルギー（石油や電気など）の2万倍以上という、とてつもない量に相当します。もしこの太陽エネルギーを100％人類が利用できるなら、世界の年間エネルギー消費量を約1時間でまかなうことができるという計算になります。

参考：農林水産省｜太陽エネルギーはスゴイ！【第1章「農」ってなーに？】

電力・電力量とは？

電力は「電気によってどれだけの仕事ができるかの量」です。単位は「W（ワット）」で表わされます。
電圧や電流とは　電力（W）＝電圧（V）×電流（A）という関係性があります。

使われ方の例としては、家電製品などの「消費電力」や、太陽光パネルの出力を指す「発電電力」とがあります。 また、電力量については「Wh」という単位で表します。太陽光発電の発電量を示す際には「kWh」を用いるケースが一般的です。k（キロ）は「1,000倍」のことで、kmやkgの使い方と変わりません。（1kW＝1,000W）太陽光パネル（太陽光モジュール）の最大出力（発電能力）の合計の単位をkW（キロワット）で示します。瞬間的な電力「kW」に時間「h」をかけることで、発電量（電力量）kWh（キロワットアワー）が表されます。1kWの電力で1時間発電すれば、発電量は1kWhです。

太陽光発電とは？

太陽光発電とは、その名のとおり「太陽光」から電気を生み出す発電の仕組みのことです。
太陽光発電は、太陽光パネルに光が当たると電気が発生する現象が利用されています。
二酸化炭素（温室効果ガス）を出さない発電方法として注目されており、日本において政令で定められている再生可能エネルギーの１つでもあります。

太陽光パネルが光を電気に変える仕組み

太陽光発電では、太陽光パネルが光を電力に変える仕組みを利用しています。ここでは、太陽光パネルの仕組みについて解説します。

太陽光パネルとは何か

太陽光発電において、電気を生み出しているのが太陽光パネル（太陽電池モジュール）です。主に、住宅やオフィスの屋根に設置されたり、地上に架台を組んで設置されたりします。

太陽光パネルの仕組みは、シリコン半導体に光が当たると電気が発生する現象を利用しており、太陽の「光エネルギー」を直接「電気エネルギー」に変換して活用します。

太陽光パネルには、電気的な性質が異なるN型半導体（表面）とP型半導体（裏面）が使われています。 N型半導体（表面）とP型半導体（裏面）を重ね合わせて光を当てると、接合面を境にN型側に電子（－）、P型側に正孔（＋）が集まるという性質を活用し、それぞれの電極をつなぐことで電気が流れる仕組みを作り出します。

太陽光パネルの変換効率

変換効率を現す指標には、「モジュール変換効率」と「セル変換効率」の2つがあり、太陽光パネル（太陽電池モジュール）の1平方メートルあたりの変換効率を表す指標をモジュール変換効率と呼びます。

太陽光発電の変換効率とは、太陽光エネルギーをどれだけ電気エネルギーに変換されるかを示す指標です。変換前（太陽光エネルギー）に対する、変換したあとのエネルギー（電気エネルギー）の割合とも言えます。 変換効率が高ければ高いほど、電気エネルギーを多く生み出せると覚えておきましょう。

　

ちなみに、「セル変換効率」とは、太陽電池モジュールを構成している最小単位の構成部品「セル」1枚あたりの変換効率を表す指標です。

太陽光発電の発電効率や変換効率とは？

太陽光発電の仕組み

続いて、太陽光発電の仕組みと基礎知識について解説します。

太陽光発電のシステム構成

• ※1電力会社の系統の状況により、逆潮流電力（需要者側から電力系統側に送る電力）が制限され、太陽光発電システムからの売電電力量が少なくなる可能性があります。 このような状況が頻繁に発生する場合は、電力系統側での対策が必要な場合がありますので、販売窓口にご相談ください。
• ※2蓄電池で貯めた電気を売電することはできません。

●図は、晴れの日の平常時のイメージです。 ●建築基準法施行令第86条による垂直積雪量の荷重が、太陽光発電システムの製品仕様を超える場合は設置できません。 ●PC/タブレット/スマートフォンは付属していません。また、全てのPC/タブレット/スマートフォンに対して、表示を保証するものではありません。 ●蓄電システムに必要なパワーコンディショナ、リモコン、通信モデム、関連機器･部材は図に記載しておりません。

太陽光発電のシステム構成としては、太陽光パネル、パワーコンディショナ、接続箱、その他部材（ケーブル・架台）があります。
また周辺機器として、出力制御ユニットや、太陽光発電と組合せても使用することが可能な蓄電システムがあります。

太陽光発電の仕組み

屋根に設置された太陽光パネルに太陽光が当たると発電します。 発電した電気を接続箱で一つにまとめます。
この電気は直流の為、家庭やオフィス・工場で使用できる交流にパワーコンディショナを使って変換します。パワーコンディショナから分電盤に接続し、建物内の電気製品に太陽光発電の電気を使用することができます。

太陽光発電でつくられる電気の量

太陽光発電協会のガイドラインでは、太陽光パネル1kWの年間発電量は約1,000kWhとされていますので目安にすると良いでしょう。（設置角度30度・設置方向が真南の場合）

参考：太陽光発電協会｜よくあるご質問「Q.太陽光発電により、家庭で使用する電気を全部まかなえますか？」

ただし、地域や太陽電池の方位や傾斜角度により、発電量が変わりますので、シミュレーションを行うことをおすすめします。京セラが提供しているシミュレーションツールをご紹介しますので、ぜひお試しください。

住宅用発電シミュレーション
　　　産業用発電シミュレーション

自家消費・売電・買電について

自家消費とは、敷地内や屋根に設置された太陽光発電でつくった電気を、分電盤を通して家庭やオフィス・工場などで直接使用することです。

売電とは、電力会社に太陽光発電でできた電気を売ることを言います。 売電には、自家消費して余った電気を売る「余剰売電」と、発電した電気を全て売る「全量売電」があります。 買電とは、電力会社から電気を買うことを言います。

発電したエネルギーの保存と利用（蓄電池の仕組み）

太陽光発電で発電した電気は、自家消費するか売電するしか選択がありませんが、蓄電池を一緒に設置することで発電した電気を保存し、希望するタイミングで利用することができます。ここでは、蓄電池の仕組みについて解説します。

• ■蓄電池の仕組み
  蓄電池とは、電気を充電して、使いたい時に放電する機器のことです。 例えば、太陽光発電でつくった電気や、安い時間帯の電気をたくわえて使うことができます。 蓄電池にためた電気を、あらかじめ設定された電気製品で使うことができるため、停電時の電源確保の役割もあります。太陽光発電と組み合わせることで、長期停電の時もライフラインの電気を確保できる可能性が高まります。
  
  

蓄電池の充電・放電の仕組みなどを詳しく調べたい場合は、こちらの記事もご覧ください。

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太陽光発電の発電効率と影響要素

この章では、太陽光発電の発電効率とは何か、また発電効率を左右する主な要素について解説いたします。

太陽光発電の発電効率とは？

前述で、太陽光パネルの変換効率について触れましたが、「発電効率」とは何を指すのでしょうか。
発電効率とは、発電するための熱や光などのエネルギーが、どれだけ電気エネルギーとなるかの割合のことです。

太陽光発電においては、太陽光パネルだけでなくパワーコンディショナや接続箱などを含む太陽光発電設備として、発電（電気エネルギーを作る）する際に、どれだけの太陽光エネルギーがロスされるかを示す指標とも言えます。
発電効率が高いほど、発電ロスが少なくなります。太陽光発電の一般的な発電効率は約20%です。

発電性能を左右する主な要素

• ■地域や設置条件の影響
  太陽光パネルの設置条件は、変換効率を左右するため、年間発電量に関わります。設置条件として意識するべきポイントは、次の5つです。

① 日射量
② 太陽光パネルの方位/向き
③ 角度
④ 温度
⑤ パネル表面の汚れの有無

日射量とは、太陽の放射エネルギー量です。「日照時間」が太陽が出ている時間を表しているのに対し、日射量はエネルギー量（Ｗ/㎡）を表します。日射量は地域によって異なりますので、居住地域を選ぶ場合は参考にしてみてください。
一般的には西日本から東日本の太平洋側・内陸部が、日射量の多い地域です。西日本では宮崎県や高知県、東日本では山梨県や静岡県、群馬県が日射量が多いエリアとして知られています。反対に、北海道や東北、日本海側は相対的に日射量が少ないエリアです。

太陽光パネルの方位/向きも、発電量に影響します。通常は真南が最も効率的です。南へ設置できない場合は「南東」「南西」に設置し、それも難しい場合は「東」「西」へ設置します。北側への設置は推奨されません。 太陽光パネルの角度については30度程度が理想とされています。これはパネルが真正面から太陽光を受けられる角度のためです。

太陽光パネルの温度も発電量に影響します。太陽光発電は高温に弱く、気温が上がる度に発電効率が低下します。パネルの表面温度が25℃超で発電効率が下がりはじめ、そこから1℃上昇するごとに発電量は0.4〜0.5%程度低下することが一般的です。そのため、実は夏よりも春や秋の方が発電効率は高いのです。参考として覚えておきましょう。
最後に、パネル表面の汚れの有無は発電量に大きく影響します。定期的にメンテナンスをして表面をきれいに保ちましょう。

• ■パネルの品質と効率
  太陽光パネルの設置条件も重要ですが、太陽光パネルそのものの品質もポイントです。パネルの変換効率が高ければ、それだけ効率的に発電できます。また、経年劣化しづらく品質が長持ちするパネルの方が、長く発電量を確保できるためオススメです。京セラの太陽光パネルの長期信頼性については、こちらの記事をご覧ください。

太陽光パネルの寿命予測技術を開発

太陽光発電のメリットとデメリット

ここからは太陽光発電のメリットとデメリットについて解説します。

太陽光発電のメリットとデメリットを徹底解説！

太陽光発電のメリット

太陽光発電のメリットとしては、次のような要素が挙げられます。

① 発電時に二酸化炭素の排出がない
② 自家消費で電気代を節約できる
③ 売電収入を得られる
④ 災害・停電時の非常用電源になる

大局的な目線で見ると、火力発電と比べて環境に優しいことは太陽光発電の大きなメリットです。 発電時に温室効果ガス（二酸化炭素・CO2）を排出しないことから、地球温暖化を防ぐ発電方法として注目されています。

短期的な利益に直結するメリットとしては、太陽光で発電した電気を自家消費すれば日々の電気代を削減できます。発電した全ての電気または余剰電力を売電することで収入が得られることもメリットといえるでしょう。
また、自立運転機能を利用することで、太陽の光があれば発電した電力を災害・停電時の非常用電源として機能することも特長です。自立運転機能や停電時の活用方法について詳しく調べたい方はこちらの記事もご覧ください。

太陽光発電で停電時に備える方法と停電時の操作方法とは？

太陽光発電のデメリット

一方デメリットとしては、次の3つが挙げられます。

① 発電量が天候に左右される
② 設置場所を確保しなければならない
③ 初期費用が必要（自己所有の場合）

太陽光発電はクリーンなエネルギーである一方、発電量は天候に大きく左右されます。電力の安定供給という観点からみると、火力発電にはかないません。
また、設置場所を確保せねばならず、自己所有の場合は初期投資が必要になることはデメリットです。

京セラは太陽光パネルのメーカーとして、住宅向け・法人向けそれぞれに初期費用・メンテナンス費用0円のPPAサービスを提供しています。お気軽にお問い合わせください。

太陽光発電の普及状況と未来

この章では、太陽光発電の普及状況と今後の展望について解説します。

太陽光発電の普及率

太陽光発電が各国の総発電量に占める比率、発電量は、次の表のとおりです。

国名	総発電量に占める太陽光発電の割合	発電量（億kWh）
日本	8.3%	861
ドイツ	8.5%	500
イギリス	4.0%	124
中国	4.0%	3,392
フランス	2.7%	151
スペイン	8.0%	216
インド	4.4%	719
アメリカ	3.4%	1,462

参考：資源エネルギー庁｜今後の再生可能エネルギー政策について（7.14 MB）

太陽光発電の発電量で見ると、中国とアメリカが抜きん出ていることが分かります。一方、太陽光発電の割合を見ると、日本・ドイツ・スペインが8.0%以上と高比率です。 太陽光発電の占めるウェイトは、現状ではそれほど重くありません。しかし、太陽光パネルなどの発電機器は技術進歩が著しいこともポイントです。次世代型太陽電池の開発も進んでいますから、今後は太陽光発電の占める割合は増加していくと考えられます。

• ■日本での普及率
  日本の国土面積あたりの太陽光導入容量は、主要国の中でも最大級です。日本は、国土で平地が少ないことが特徴ですが、平地面積あたりの太陽光設備容量は2位のドイツと比べて2倍にもなります。
  
  日本の平地面積は約13万k㎡・太陽光設備容量66GW、ドイツの平地面積約24万k㎡・太陽光設備容量59GWなので、日本は514kW/km2、ドイツは243kW/㎢です。このように、日本は国土の特性をふまえると太陽光発電の導入に積極的と考えられます。
  また、住宅用太陽光発電（10kW未満）の単年度導入件数は減少傾向にあるものの、戸建住宅総数に対する太陽光発電普及率は約9%です。新築住宅においては太陽光発電を導入するケースが多く、ZEH住宅などでの太陽光パネル設置が増えています。さらには、自治体が新築住宅を販売する企業に対して、太陽光設置の義務化を進めるケースもあります。

太陽光発電の普及率はどれくらい進んだ？太陽光発電の現在とは？

太陽光発電の未来

日本やイギリス、アメリカ、中国、EUなど世界125カ国・1地域が、2050年までにカーボンニュートラルを実現することを表明していることをご存知でしょうか。太陽光発電は脱炭素の発電方法として、世界中で導入が進んでいます。今後はカーボンニュートラルを達成する手段として、太陽光発電の普及が進んでいくでしょう。

カーボンニュートラルの取り組みと太陽光発電の活用について

太陽光発電の導入事例

実際に太陽光発電を導入しているお客様の事例をご紹介します。現在検討中の方はぜひ参考してみてください。

導入事例

ユーザーズボイス・お客様の声

住宅向け太陽光発電の導入事例

住宅向け太陽光発電の導入事例です。

法人向け太陽光発電の導入事例

オフィスや工場などに太陽光発電が導入された事例です。

大規模太陽光発電所

発電施設として太陽光発電が導入された事例です

独立電源システム

「独立電源システム」の導入事例です。
一般のご家庭や学校、病院などの公共施設、オフィスやショッピングセンターなどの商業施設で使われる太陽光発電が「系統連系システム」と呼ばれるのに対し、「独立電源システム」は、防災用の電源や電力線を引くことが難しい場合など、さまざまな用途で活用されています。

太陽光発電のご相談は京セラへ

太陽光発電の導入をご検討の場合は、お気軽に京セラまでご相談ください。
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（更新日：2024年6月27日）

　

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