太陽光発電のしくみ

太陽光発電システムの概要

システム概要図
太陽光発電の基本的なシステムは、太陽電池モジュールが太陽光エネルギーを受けて発電した直流電力を接続箱でまとめ、パワーコンディショナにより交流電力に変換し、建物内の負荷設備へ電気を供給するまでの流れで構成されています。また、畜電池を組み込むことにより停電時に安定した電力供給を行うことができるとともに、より確実なピークカットシステムを構築することができます。

環境啓発やエネルギー管理を目的とした発電電力量や日射量などのデータ化やそれらを表示をする場合は、データ収集装置や日射計、気温計、表示装置などが追加されます。

太陽電池モジュール

太陽エネルギーを電気エネルギーに変換させるパネル。使われる素材や構造の違いにより様々な種類があります。
種類 特徴 モジュール
変換効率
メーカー
シリコン系 結晶系 単結晶 歴史が一番古い太陽電池で、半導体と同じ単結晶のシリコン基板を使用しており高価格となりがちですが、性能と信頼性に優れていおり現在の太陽電池の主流となっています。ただ、近年は、多結晶や薄膜シリコンに移行が進んできています。 〜17% シャープ
サンテック
パナソニック電工
東芝
多結晶 単結晶の結晶を集めて一つのシリコン基板にした多結晶基板を使用。基本的には単結晶に比べて性能が若干劣り安価なのが特徴ですが、近年では性能も価格もほとんど差が無くなってきています。 〜15% 三菱電機
シャープ
サンテック
京セラ
薄膜系 アモルファス ガラスにアモルファスシリコンを薄膜状に蒸着させた太陽電池で、変換効率は低下しますが大判サイズの太陽電池を量産できるというメリットを持ちます。薄膜のためシリコン原料使用量も少量となります。 〜6% カネカ
富士電機
多接合型 吸収波長域の違うシリコン層を重ね合わせた構造で、シリコン使用量も少なく大判で量産が可能。異なる特性のシリコン層を重ねているため、吸収波長域も広く、アモルファス太陽電池より高効率となっています。 〜12% カネカ
シャープ
三菱重工
化合物系 CIS系 シリコンの代わりに、Cu、In、Ga、Al、Seなどから成るカルコパイライト系と呼ばれる化合物を用いています。使用材料や製造法の違いにより低価格から高性能までの製品の製造が可能です。 〜12% ソーラーフロンティア
ホンダソルテック
高効率化合物半導体 GaAs(ガリウムヒ素)を使用した太陽電池で、超高効率な製品ですが、価格も高価なため、人工衛星用や集光用など特殊な用途の使用に限られています。 〜40% シャープ

接続箱・パワーコンディショナ等機関機器

接続箱
接続箱は太陽電池モジュールからの配線をまとめて、パワーコンディショナへ送る役割をしています。モジュール間での電流の逆流を防ぐ機能もあります。
雷害対策
太陽電池モジュールは、遮蔽物のない屋外に設置されるため、雷による過大な電流・電圧の影響を受けやすく耐雷対策を行う必要があります。

基本的なシステムの考え方は、突針などの受雷部によって機器や配線などを直撃雷から保護し、また雷撃を受雷部で保護した場合は直撃雷の電流が流れ込まないように外部雷保護システムを確保したうえで、誘導雷電流対策として各機器にSPD(避雷素子)を設置する方法です。
パワーコンディショナ
太陽電池モジュールで発電された直流電力を交流電力に変換し、交流系統に接続された負荷設備に電力を供給したり、余った電力を系統に逆潮流させる機能があります。また、異常が発生した際は自動的に系統から切り離し系統連系を保護する役割もあります。
畜電池
システムに畜電池を付加することにより停電時に電力を確保したり、ピークカットによる電気代を抑えることができるなど、システムの活用の幅が広がります。鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池など、用途に応じて設置します。 現在は、比較的安価で使用実績が多い鉛蓄電池が多く使われていますが、長寿命、低コスト化により今後はリチウムイオン畜電池が増えていくものと思われます。

電力モニタ等付帯設備

データ収集装置
発電量や気温、日射量などのデータを記録するとともに、表示装置に表示信号を出力します。またシステムの運転状態を常に監視しており、システムの異常を感知し、通知する機能もあります。
表示装置
データ収集装置からの信号を受けとり現在の発電量などを画面に表示します。また環境啓発画面や掲示板などに切り替えることも可能です。
日射計・気温計
日射量、気温を計測するためのセンサーで、測定値はデータ収集装置内で演算され、各種データの整合性などの検証に使われます。
積算電力量計
電力会社との電力のやり取りを測定するためのメーターであり、電力会社からの買電量を測定する買電用電力量計と電力会社への売電量を測定する売電用電力量計があります。