太陽光発電の原理は?

太陽光発電では、太陽からの光エネルギーを太陽電池を使用して電気的なエネルギーに変えます。そのため、この太陽電池が太陽光発電システムの中で重要な役割を果たしています。

太陽電池には、単結晶シリコン太陽電池・多結晶シリコン太陽電池・CIGS系太陽電池などの種類があります。それぞれ、構造や特徴が違いますので設置する環境や用途により使い分けられています。

代表的な太陽電池である単結晶シリコン太陽電池で、構造と発電する原理を説明します。n型シリコンとp型シリコンを接合し、それぞれのシリコンに電極を付けたものが単結晶シリコン太陽電池の構造です。各シリコンに太陽光があたるとn型シリコンでは正孔が接合面をこえてp型シリコンに移動し、p型シリコンでは電子が接合面をこえてn型シリコンに移動します。この正孔と電子の移動に伴い、電極に負荷を接続すると電流が流れることになります。このように物質に太陽光を照射し起電力が生じる現象のことを光起電力効果と言います。

複数の太陽電池から出ているケーブルをまとめるのが接続箱です。接続箱でまとめられた1本のケーブルを、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナに接続します。パワーコンディショナも各メーカーにより、性能が異なります。一番注目すべき点は、変換効率です。変換効率が良いパワーコンディショナを使用することで、太陽電池が発電した電気を無駄にすることがなくなります。また、運転中に発生する音や大きさなども確認する必要があります。基本的には各メーカーの太陽光発電システム一式を購入することが多く、各メーカーの太陽電池やパワーコンディショナを組み合わせて使用することはありません。そのため、各機器の性能を検討しつつ太陽光発電システムとして総合的に検討することになります。パワーコンディショナで交流に変換されたものを分電盤に接続して、そこから建物内の必要な所に送ります。分電盤には、各種の遮断器やブレーカーなども入っています。

以上のように、太陽光により太陽電池が発電しケーブルを接続箱にまとめパワーコンディショナで直流から交流への変換か行われ、それを分電盤に接続し家屋内の各所に配線し電気を使用というのが太陽光発電システムの一連の流れになります。売電や買電のために、分電盤から電力会社の配電線に接続する必要があります。日常のこれらの動作は自動的に行われますので、家庭内などで人の操作が必要とされることはありません。

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