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太陽光発電とは?仕組みや特徴、メリット・デメリットなど徹底解説!

太陽光発電とは?仕組みや特徴、メリット・デメリットなど徹底解説!

太陽光発電は、再生可能エネルギーのなかでも普及率が高い発電方法であり、一般家庭でも比較的取り入れやすいため気になっている人も多いでしょう。しかしそもそも太陽光発電とはどういったものであり、どのような仕組みで発電されるのかまではあまり知られていません。

そこでこちらの記事では、太陽光発電システムの基本的な仕組みや発電方法から、太陽光発電のメリット・デメリットまで詳しく解説します。

FIT制度に関することや卒FIT後の対策についても解説するので、これから太陽光発電の導入を検討している人やすでに太陽光発電をおこなっている人は、ぜひ参考にしてください。

太陽光発電とは?太陽光発電システムの仕組みなどについても解説!

太陽光発電とは?太陽光発電システムの仕組みなどについても解説!

太陽光発電とはどのようなものかをおおまかに理解できるように、太陽光電池の種類や太陽光発電システムの仕組みなどについて解説します。

まずは太陽光発電の基本的なシステムについて、簡単に理解しておきましょう。

太陽光発電とは?わかりやすく簡単に解説!

太陽光発電とは、太陽光電池を用いて太陽光を活用する発電方法のことです。

太陽光電池とは光エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機のようなもので、シリコン系太陽光電池・化合物系太陽光電池などいくつかの種類があります。

基本的に設置する場所の制限がないというのが太陽光発電の特徴であり、一般の住宅でも屋根や駐車場などに設置することができるのです。また災害時の非常用電源としても用いることができ、活用の幅の広い発電方法といえるでしょう。

日本で使用される再生可能エネルギーのなかでも太陽光発電が占める割合は大きく、全発電電力量の8.5%を占めています(認定NPO法人 環境エネルギー政策研究所「2020年の自然エネルギー電力の割合」参照)。

太陽光発電システムの仕組み

太陽光発電システムの使用する設備・機器や発電の仕組みについて説明します。

基本的な発電の仕組みと、どのような機器を使用するのかということを簡単に理解しておきましょう。

太陽光発電システムの機器の構成について

太陽光発電システムに使用する機器として主なものは、以下のとおりです。

・ソーラーパネル
・パワーコンディショナ
・接続箱
・電力量計
・畜電池

各機器の機能を簡単に説明すると、まずソーラーパネルが太陽光を受けることで太陽光発電モジュールのなかの半導体が発電します。次にソーラーパネルによって作られた電気は接続箱に集められ、パワーコンディショナに送って家庭用の交流電流に変換されます。

そして変換された電気は畜電池に溜められ、売電メーターによって売電可能な家庭で余った電力量を計っているのです。

以上のような流れで、各機器がそれぞれ使われています。

太陽光で発電する仕組みをわかりやすく解説!

太陽光発電では半導体の特性を利用することで、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換するというのが基本的な仕組みであると説明しました。

太陽光パネルはプラスの電気を帯びやすいP型半導体と、マイナスの電気を帯びやすいN型半導体という2種類の半導体を重ね合わせて作られています。

そしてパネルに太陽光があたると2つの半導体はそれぞれプラス・マイナスの電気を帯び、乾電池と同じくプラスとマイナスの両極ができるのです。ここに電線をつなぐことで電流が流れるため発電が可能であり、このような方法で発電するのが太陽光発電の仕組みとなっています。

ソーラーパネルの仕組み|構造や素材の種類、太陽光で発電する原理など徹底解説!
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太陽光発電の発電効率や発電量

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太陽光発電の発電効率、発電量について説明します。

他の再生可能エネルギーとも比較しながら解説するので、太陽光発電が再生可能エネルギーのなかでどのような位置づけであるかもわかるでしょう。

太陽光発電の発電効率

発電効率はエネルギー変換効率によって表されます。エネルギー変換効率とは、発電に使われたエネルギーのうちどれだけ電気に変換されたかという割合のこと。

太陽光発電のエネルギー変換効率は約10%であり、再生可能エネルギーのなかでは比較的低いという特徴があります。

たとえば風力発電のエネルギー変換効率は約25%で、バイオマス発電は20~25%程度。そして発電効率がよい水力発電の場合、エネルギー変換効率は約80%にもなります。

太陽光発電の発電量

太陽光発電の年間発電量は1kWにつき1000kWh程度ですが、発電量はさまざまな要因よって左右されるため一概にはいえません。たとえば太陽光が当たる時間が短い季節や高温でソーラーパネルの出力が低下するとなる真夏などは、発電量が減少します。

他にもソーラーパネルをたくさん設置できる広い場所の方が発電量が増えるし、性能が高い製品を使用すれば発電効率も良いためやはり発電量は増えます。

太陽光発電の種類|違いについても解説!

太陽光発電の種類|違いについても解説!

太陽光発電には、住宅用と産業用の2種類があります。それぞれ特徴や用途が異なるので、違いについて説明します。

住宅用太陽光発電とは?

住宅用太陽光発電は、基本的に住宅の屋根に設置することを前提に作られています。そのためパネルメーカーから屋根のタイプに合わせた架台を購入し、設置することになります。

発電量は一般的に10KW未満のシステムであり、パワーコンディショナは2KW~5KW程度

そして売電方法には「余剰電力買取制度」が適用されますが、これは太陽光発電で作られた電気のうち住宅で消費された電気の余った分だけ、電力会社が買い取るという仕組みの制度です。

産業用太陽光発電とは?

産業用太陽光発電は住宅用のように設置場所が限定されないため、空き地やビルの屋上に沿岸部など、さまざまな場所で使用されます。そのため使用場所に合わせて特注で製作されることが多く、住宅用の太陽光パネルよりも割高になることが多いです。

産業用では10KW以上のシステムが基本なので、パワーコンディショナも10KWのものを使用するのが基本となります。

そして買い取り制度には「全量買取制度」が適用され、20年の固定期間で太陽光発電で作られた電気の全量を売ることが義務付けられています。

太陽光発電の特徴|メリットやデメリットも紹介!

太陽光発電の特徴|メリットやデメリットも紹介!

太陽光発電は自然エネルギーを活用するため資源が枯渇する心配がなく、また温室効果ガスを排出しないクリーンな発電方法であるとった特徴があります。太陽光発電には多くのメリットがありますが、その反面デメリットも少なくありません。

ここでは太陽光発電のメリットを12つ、デメリットを13紹介します。

太陽光発電の12つのメリット

太陽光発電のメリットとして、以下の12つが挙げられます。

・電気代を削減できる
・CO2などの温室効果ガスを排出しない|再生可能エネルギー
・エネルギーを安定的に確保できる
・耐用年数が長い|長寿命
・災害・停電時でも電気が使える
・再エネ賦課金を削減できる
・売電収入を得られる
・オール電化住宅だと非常にお得
・ZEHにつながる
・断熱効果がある|夏は涼しく冬は暖かい
・電気代高騰に影響しない
・初期費用無料で設置できる方法もある

まず自然エネルギーが原料なので、電気代を削減して売電もできるというのが代表的なメリットでしょう。また再生可能エネルギーであるため環境にやさしく、安定供給も可能です。

そのほか断熱効果や初期費用無料で設置可能といった様々なメリットがあります。

太陽光発電の13つのデメリット

太陽光発電にはデメリットもあるので、ここでは以下の13つのメリットについても簡単に解説します。

・天候によって発電量が左右される
・設置費用が高い
・ランニングコストがかかる|メンテナンスが必要
・他の再エネと比較して発電効率が悪い
・設置スペースが必要
・そもそも設置するメリットがない家もある
・施工不良で屋根の劣化や雨漏りのリスクもある
・反射光によって近隣とのトラブルになる可能性がある
・地域によって出力制御が必要になるケースもある
・詐欺にあう可能性もある
・昔と比べて売電価格が下がっている
・業者が倒産するケースもある
・固定資産税がかかる場合もある

太陽光がエネルギー源であるため、天候に発電量が左右されるというのがよくいわれるデメリットです。また設置スペースやランニングコストの問題もあります。

さらに売電価格の低下や業者の倒産といった気が付きにくいデメリットもあるので、導入に際してはこれらのデメリットもしっかり理解しておきましょう。

FIT(固定価格買取)制度とは?

FIT(固定価格買取)制度とは?

FIT(Feed-in-tariff)とは固定価格買取制度のことであり、再生可能エネルギーでつくられた電気を電力会社に買い取ってもらえる制度です。太陽光などの再生可能エネルギーはコストがかかるため、エネルギーの生産者にはリスクがともないます。

そこでFIT制度によって生産したエネルギーの買い取りを保証することで、電力の生産者も安心してコストを負担することができるという仕組みになっているのです。

FIT制度もっと詳しく知りたい場合は、下記の記事も参考にしてください。

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太陽光発電による電気の買取価格

太陽光発電による電気の買取価格

太陽光発電のFIT制度における2021年度の電気の買取価格は、10kW未満の住宅用太陽光発電の場合で19円です(経済産業省「FIT制度における2021年度の買取価格2021年3月24日」参照)。この値段は前年度である2020年度の21円と比べ、2円下がっています

ちなみに固定価格買取制度がはじまった2012年の値段は42円であり、それ以降電気の買取価格は右肩下がりで推移してきました。したがって売電の値段は今後もさらに下がっていくことが予想されています。

卒FIT後はどうなる?

卒FIT後はどうなる?

卒FITとは、10年の買取期間が過ぎてFITの適用期間が終了することです。

FITを利用した場合の電気の値段は、基本的に一般的な市場価格よりも高く設定されているため、卒FIT後は売電収入が大きく減少してしまうという問題があります。

卒FIT後の対応としてはいくつか考えられますが、たとえば家庭用蓄電池や電気自動車に電気を溜めて自家消費するという対策が有効です。またその他にも、売電する会社を自分で新たに選ぶというのも良い対策になります。

新電力会社のなかには大手電力会社よりも高く電気を買い取ってくれる会社もあるため、そのような新電力会社と契約することで卒FIT後も同程度の売電収入を得ることも可能なのです。

まとめ

太陽光発電は資源が枯渇せず温室効果ガスも排出しないクリーンな発電方法であるのが特徴です。家庭に導入することで電気代を削減できるため、オール電化住宅などではとてもお得に活用できます。

一方、天候に発電量が左右されるといったことやランニングコストがかかるというデメリットもあるので、導入の際は注意しなければなりません。

太陽光発電を家庭に導入するときは、コストや値段も考慮したうえで、どれだけ節電効果があるのかを自分なりに検証してみましょう。

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