「ソーラーパネルはどのような仕組みで発電しているの？」と、気になる方もいるのではないでしょうか。ソーラーパネルとは、太陽光エネルギーを電力に変換するための発電機のことです。
大きく分けると住宅用と産業用の2種類があり、それぞれ出力容量や収益性が異なります。ソーラーパネルを導入すれば、節電効果が見込める、電力会社に余剰電力を売却できるなどのメリットが見込めますが、その一方で一部デメリットもあるため注意が必要です。
そこで今回は、ソーラーパネルの基礎概要や仕組み、導入するメリット・デメリットを解説します。併せて、太陽光発電システムの設置費用を安く抑える方法も紹介していきます。
太陽光発電に必要なソーラーパネルの仕組み
ソーラーパネルは、太陽光エネルギーを電力に変換するための発電機です。正確には、太陽電池を複数集め、これをアルミ枠などに収めて大きなパネルにしたものを指します。
ソーラーパネルという名称以外にも、「太陽電池板」や「太陽電池モジュール」と呼ばれることもあります。そもそも太陽光発電とは、ソーラーパネルを介して、太陽光エネルギーを電気エネルギーに直接的に変換する発電方式のことです。
プラスとマイナスの電極に挟まれた半導体に太陽光が当たると、内部の電子が太陽光エネルギーを吸収して動き出します。この状態で電極を導線でつなぎ合わせることで、動いた電子のエネルギーが電流を生み出し、発電が行えるという仕組みです。
→太陽光発電の仕組みをわかりやすく解説！必要となる機器やメリット・デメリットを紹介
住宅用と産業用の違い
ソーラーパネルには住宅用と産業用の2種類があります。両者の主な違いは以下の通りです。
| 住宅用 | 産業用 | |
| 出力容量 | 10kW未満 | 10kW以上 |
| FIT売電期間 | 10年 | 20年 |
| 収益性 | 買取価格高め | 高価買取期間長め |
| 電気の使い道 | 基本は自家発電・余剰買取 | 50kw以上は全量買取 |
大きな違いの1つとして、発電量の大小が挙げられます。発電量は太陽光発電において重要な指標となり、これは「kW（キロワット）」という単位で示されます。
例えば、10kW未満のソーラーパネルを設置する場合、そのパネルは住宅用として分類されます。一方で、一般的な住宅にも関わらず10kW以上のソーラーパネルを設置すれば、それは産業用としての扱いになるのです。
また、住宅用と産業用では、以下のように売電に関する取り扱いも大きく異なります。ソーラーパネルを導入する前に、それぞれの売電価格も押さえておきましょう。
| 電源 | 規模 | 2023年度下半期 | 2024年度 |
| 住宅用 | 10kW未満 | 16円 | 16円 |
| 産業用（地上設置） | 10kW以上50kW未満 | 10円 | 10円 |
| 50kW以上・入札対象外 | 9.5円 | 9.2円 | |
| 産業用（屋根設置） | 10kW以上50kW未満 | 12円 | 12円 |
| 50kW以上 | 12円 | 12円 |
参考：再生可能エネルギーのFIT制度・FIP制度における2023年度以降の買取価格等と2023年度の賦課金単価を設定します｜経済産業省
ソーラーパネルを構成している要素
ソーラーパネルは複数の太陽電池をつなげたものであり、太陽電池の単位によって呼び方が異なります。具体的には、セル＜モジュール＜ストリング＜アレイの順で単位が大きくなります。
セル
セルは、ソーラーパネルを構成する最も基本的な単位です。大きさは約10cm四方とされており、このより小さい単位には分解できません。これらのセルが複数組み合わさることで、ソーラーパネルが形成されます。
モジュール
セルをいくつか組み合わせ、板状に加工したものをモジュールと呼びます。このモジュールは、我々が一般的にソーラーパネルとしてイメージするものです。
使用環境を考慮し、樹脂や強化ガラスなどで外部から保護されています。基本的なモジュールは、1枚で100W程度の電力を出力できます。
ストリング
モジュールを直列に接続した回路をストリングと言います。このストリングは、以下の名称で呼ばれることもあります。
- ブロック
- グループ
ソーラーパネルの発電量はストリングの構成によって変わるため、ソーラーパネルを製造する際の重要ポイントの1つとされています。
アレイ
アレイは、ストリングを複数枚組み合わせたものです。住宅用の場合、屋根に設置したソーラーパネル全体を指します。アレイの容量が大きいほど、ソーラーパネル全体の発電能力も高くなります。
ソーラーパネルの代表的な4種類の素材
ソーラーパネルに使われている素材は多岐にわたります。代表的なものとして、以下4種類の素材を紹介します。
- シリコン系
- 化合物系
- 有機系
- 量子ドット
各素材の特徴を1つずつ見ていきましょう。
シリコン系
シリコン系は、ソーラーパネルの素材のなかで最も一般的なものです。一言でシリコン系と言っても、以下のようにさまざまなタイプがあります。
- 単結晶タイプ
- 多結晶タイプ
- アモルファスシリコン
- HIT（ヘテロ接合型）
構造としては、プラスの電荷を帯びやすいP型シリコン半導体と、マイナスの電荷を帯びやすいN型シリコン半導体を張り合わせています。これら2つの半導体の接合面に光エネルギーが当たることで、プラスとマイナスの電力が生じて乾電池のような状態を作ります。
化合物系
シリコン系に次いで市場に流通しているのが化合物系です。この化合物系は、銅（Cu）、インジウム（In）、ガリウム（Ga）、セレン（Se）などの物質を合成して作ったものです。
高温や悪天候下でも変換効率が低下しづらいという利点を持ちます。また、ほかの素材に比べてコストが低いため、今後主流になる可能性があるとも言われています。
そのほか、化合物系は長期間にわたる劣化が少なく、光の吸収率もシリコン系より優れています。しかし、変換効率においてはシリコン系に及ばないのが現状です。
有機系
有機系のソーラーパネルは、シリコン系などの無機物とは異なり、有機物から作られています。現在、実用化に向けて研究が進められています。有機系の主な特徴は以下の通りです。
- ソーラーパネルの色をデザインできる
- 有機半導体が原料
- ロール状に設置可能
ソーラーパネルの耐久性の低さや、変換効率の悪さが現在の課題となっています。しかし、色のカスタマイズ性や柔軟性などの特性から、今後新たな価値を付加できると期待されています。
量子ドット
量子ドット系は、今後の発展に大いに期待されている素材の1つです。量子ドット技術の活用は急速に進められており、変換効率やコストが少しずつ改善されています。
現在のシリコン系の変換効率が最大で29%であるのに対し、量子ドット系は2020年代に30%超、2030年代には60%超の変換効率の実現が期待されています。そのため、将来的には量子ドットが主流になっている可能性も考えられるでしょう。
ソーラーパネルの発電効率と単位
ソーラーパネルの発電量を決める主な要因として、「発電効率」と「発電量の単位」が挙げられます。本項では、これら2つの要因について詳しく解説していきます。
発電効率
変換効率は、ソーラーパネルが太陽光を受けた際に、太陽の光エネルギーをどれだけ電気エネルギーに変換できるのかを表します。一般的に、変換効率が高いソーラーパネルは性能も優れているとされており、同じ条件下で発電する場合、より多くの電気を生成することが可能です。
とはいえ、発電効率が高いソーラーパネルはコストも高くなる傾向があります。予算と相談した上で選択することが大切です。なお、変換効率を示す指標には、主に以下2つのタイプが存在します。
| 種類 | 特徴 |
| モジュール変換効率 | ソーラーパネルの性能を表す一般的な指標 |
| セル変換効率 | ソーラーパネルの最小単位であるセル当たりの変換効率を示す指標 |
実際にソーラーパネルを選ぶ際は、「モジュール変換効率」の値に注目するようにしましょう。「（モジュール公称最大出力（W）×100）÷（モジュール面積（㎡）×1000（W/㎡））」の計算式を用いれば、1㎡あたりの変換効率を算出できます。
一方で、「セル変換効率」の場合は「出力電気エネルギー÷太陽光エネルギー×100」の計算式で算出可能です。
発電量の単位
発電量の単位は、「kW（キロワット）」と「kWh（キロワットアワー）」の2つが主となります。どちらも電力量を示す単位ですが、それぞれ異なる意味を持ちます。
| 発電量の単位 | 意味 |
| kW | 電力（出力）を表す単位 |
| kWh | 1時間に発電される電力量を示す単位 |
基本的に「kW」の数値が大きくなればなるほど、短時間でたくさんの電力を生成できるようになります。一方で「kWh」は1時間当たりの発電量を示す単位であり、「電力（kW）×時間（h）」の計算式で発電量を算出できます。
ソーラーパネルで発電するメリット・デメリット
ソーラーパネルを用いた発電には多くのメリットがある一方で、デメリットも一部存在します。以下、ソーラーパネルで発電するメリット・デメリットをそれぞれ見ていきましょう。
ソーラーパネルのメリット
ソーラーパネルのメリットは、毎月の電気代を節約できる点です。ソーラーパネルを設置することで、自ら電力を生成できるようになるため、結果として電力会社から購入する電力量が減少します。
さらにFITという固定価格買取制度のおかげで、発電した余剰電力を10年間買い取ってもらえるため、売電からの収益にも期待できます。近年、電気代の高騰が続いているなか、ソーラーパネルの導入はその対策としても効果的です。
加えて、蓄電池と組み合わせることで、発電・消費・蓄電の全てを担うことが可能です。これにより、地震や台風などの非常時における停電対策としても役立ちます。
【メリット】
- 毎月の電気代を節約できる
- ポータブル電源（蓄電池）との併用で非常用電源になる
- 電力会社に余った電力を売却できる
ソーラーパネルのデメリット
ソーラーパネルの導入には明確なデメリットも存在します。その1つは、導入時に費用が発生することです。メーカーや製品にもよりますが、一般的に数十万円から数百万円の初期費用が必要です。
長期的な運用を考えると、ソーラーパネルのメンテナンス費用も発生します。日常の節電効果や売電収益をもとに、「導入のコストを回収できるか」「利益が見込めるかどうか」を計算した上で導入を進めるようにしましょう。
【デメリット】
- 導入コストがある程度必要
- 天候によって発電量が左右される
- 継続的なメンテナンスが必要
太陽光発電システムの設置費用を安く抑える方法
太陽光発電システムの設置費用を安く抑えたいなら、ポータブル電源とソーラーパネルの組み合わせが選択肢に入ります。
大型のソーラーパネルと蓄電池を設置する場合、発電設備そのものに高額な費用がかかり、それだけでなく設置費用として一定のコストが発生します。そのため「できるだけ費用を抑えたい」という方には、あまり向いていないと言えるでしょう。
その点、ポータブル電源を用いた太陽光発電では、導入費用を大幅に抑えることが可能です。加えて、設置工事をする必要もなく、コンパクトで持ち運びが容易なので、アウトドアや非常時にも役立ちます。
【ポータブル電源を用いた太陽光発電のメリット】
- 初期費用を抑えられる
- 設置工事がない
- 持ち運んでアウトドアなどに使用できる
EcoFlowのポータブル電源とソーラーパネルのセット商品を導入すれば、日常的に太陽光発電システムを利用できます。導入費用は比較的安く、携帯性も高いため、「初めて太陽光発電システムを設置する」「アウトドアや緊急時に使いたい」という方にも向いています。
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まとめ
本記事では、ソーラーパネルの基礎概要や仕組み、導入するメリット・デメリットを解説しました。
ソーラーパネルは太陽の光を電気に変換する発電機であり、その性能や素材は多岐にわたります。毎月の電気代を節約できる、蓄電池と併用すれば非常用電源になるなど、複数のメリットが見込めることから、近年では導入する家庭が増加傾向にあります。
ただし、蓄電池を同時に導入する場合、初期費用が高くなりやすいことが難点です。「費用を安く抑えたい」という方には、ポータブル電源を用いた太陽光発電システムの構築が向いています。
ポータブル電源とソーラーパネルのセット商品として、EcoFlow製品の導入を検討してみてください。利用用途に応じて、2種類のタイプからセット商品を選択可能です。