太陽光発電は、二酸化炭素を排出しないクリーンエネルギーです。地球温暖化対策の効果が期待されているほか、売電収入や電気代節約のメリットもあります。戸建て住宅で太陽光発電の導入を検討している人も多いでしょう。
一方、太陽光で発電する仕組みが分からない人も多いかもしれません。どのようなメカニズムで太陽光から電気を作り出しているのでしょうか。この記事では、太陽光発電の仕組みから住宅用太陽光発電で売電する方法までを解説しています。太陽光発電の仕組みや売電方法について知りたい人は、ぜひ参考にしてください。
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段落 太陽光発電で電気が生まれる仕組み
太陽光で発電する仕組みが分かると、ますます太陽光に関する視野が広がり関心も高まります。自宅にシステムを導入する際の製品比較もしやすくなるでしょう。ここでは、太陽電池の基本原理と太陽電池の構成を解説します。
太陽電池の基本原理
太陽光による発電の仕組みは、「光電効果」を利用して行われています。光電効果とは、物質に光が当たると、その物質に含まれる電子が外に飛び出してしまう現象です。同様に太陽光パネルに光を照射すると、パネル内の電子がエネルギーを得て外に飛び出そうとします。この現象を利用して行うのが太陽電池の基本原理です。
太陽光発電で一般的なシリコン太陽電池を例に説明します。
太陽光を受け止める太陽光パネルは、太陽電池と呼ばれる2種類の半導体の板を張り合わせて作ります。一方の半導体は電子が多い「n型」、他方の半導体は電子が少ない「p型」です。双方の半導体は両端にそれぞれプラス極とマイナス極を形成するため、これによって電子の流れである「電流」が生じます。電流はプラス極からマイナス極へ流れる性質があるからです。
パネルに太陽光が当たり続けると、太陽電池で電気の流れが作り出され、外部の電気回路に送り出されるというメカニズムです。
次に、太陽電池の構成はどのようになっているのか見ていきましょう。
太陽電池の構成
太陽電池は複数の単位が組み合わさって構成されています。発電部分の最小単位は「セル」です。このセルが集まって「モジュール」となり太陽電池の基本単位となります。セルは単体でも発電力を持ちますが、電圧が少ないため複数のセルを直列に接続しなければなりません。複数のセルを集めたモジュールが施工時における最小単位となります。そして太陽光パネル一枚に対する呼び名が、太陽電池モジュールです。
さらにこの太陽電池モジュールを直列につなげたものを「ストリング」と言います。これがブロック単位となりますが、ストリングをさらに並列につなげたものは「アレイ」という単位で呼ばれています。太陽光発電でより大きな電力を得るためにはこのアレイが必要です。
最も小さなものからセル→モジュール→ストリング→アレイの順で得られる電力が大きくなっていきます。以上が太陽電池における構成単位です。
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段落 太陽光パネル以外の機器
太陽光発電において中心的な役割を果たすのは太陽電池（ソーラーパネル）ですが、住宅用太陽光発電設備として導入するうえでは、太陽光パネル以外のさまざまな機器が必要になります。
ここでは、以下に示す5つの機器の特徴を紹介していきます。
● パワーコンディショナー
● 接続箱
● 分電盤
● 架台
● 電力量計
パワーコンディショナー
パワーコンディショナーは、太陽光発電における制御装置の一つです。太陽電池における発電力を最大限に引き出すとともに、発電した電気を直流から交流へ変換する役割も果たしています。
ソーラーパネルで発電した電気は直流です。しかし、直流のままでは家庭内の電化製品に使用することはできないため、パワーコンディショナーによって直流から交流に変換する必要があります。
また、自家消費だけでなく「売電」する際にも直流から交流への変換が必要です。太陽光発電と同じように、電力会社から供給されている電気も交流となっています。なお、パワーコンディショナーには、屋外設置タイプや屋内設置タイプ、停電時に自立運転可能なタイプ、接続箱が内蔵されているものなどいくつかの種類があります。
接続箱
接続箱は、文字通り太陽電池モジュールとパワーコンディショナーに接続した配線を一つにまとめて収納した箱です。ソーラーパネルで作った直流の電気をパワーコンディショナーに送る役割を担うとともに、太陽電池モジュールから発する複数の配線をコンパクトにまとめるために接続箱が必要となります。
また、接続箱は配線の中継地点となるだけでなく、点検の際に使用するブレーカー、雷の直撃を回避するための避雷針、電気の逆流を防止するための逆流防止ダイオードなども内蔵しています。複数の機器を組み合わせたシステムを構成しているため、破損や腐食しないよう定期的なメンテナンスが必要です。
接続箱は屋外設置タイプと屋内設置タイプの2種類が販売されているほか、上述のように、パワーコンディショナーと一体化したタイプも導入できます。
分電盤
分電盤は、太陽電池で発電した電気を家庭内に還元するための機器です。送電前に回路を分岐して、各フロアや個室、各電化製品へ電気を供給する役割を担っています。また分電盤には、電気の流れを遮断するための装置（ブレーカー）も収められており、電気使用量のチェックや事故防止など安全確保のためにも活用されています。
太陽光発電システムを導入する場合、必ず含まれているのがこの分電盤（ブレーカーを含む）であり、パワーコンディショナーや接続箱と並んで重要な機器の一つです。発電の流れとしては、太陽電池モジュールで発電した電力が接続箱に送られ、パワコンで直流から交流へ変換され、分電盤から各部屋に電気が送られる運びとなります。
架台
架台は、太陽光パネルを固定し支えるための重要な部材です。太陽光発電は屋外で行うため、屋根設置タイプであれ野立てであれ、しっかりと土台を固定しなければ安定的に発電することはできません。架台を取り付けることで、土台が安定し十分な太陽光が取れるようになります。
架台を取り付ける際は、素材の選び方がポイントです。主流はステンレス製とアルミ製ですが、強度と耐久性ではステンレス製に分があります。一方、アルミ製は軽量で強度に関してはステンレス製に及びませんが、柔軟で加工がしやすいメリットがあります。屋根や土地の状況と予算に照らして、適切な素材を選ぶことが大切です。
電力量計
電力量計は、使用した電力を計測するための計器です。俗に電気メーターとも呼ばれ、電力の売買において大事な役割を担っています。電力量計がなければ、買電量や売電量を適切に計算することができません。
一方、電力量計は大きく分けて2つあります。一つは、太陽光発電システムを設置する以前から設置されている「買電」を計測するための電力量計です。もう一つは、太陽光発電を設置する際に導入する「売電」のための電力量計です。さらに、太陽光による発電量を計測するためのメーターが3つ目として導入される場合もあります。
なお、電力に関して公正な料金取引を行うため、電力量計は10年毎に交換することが義務付けられています。費用は電力会社の負担となり、利用者に対しては原則料金は発生しません。
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段落 太陽光発電を売電する仕組み
太陽光発電の売電はどのような仕組みで行われているのでしょうか。適切な方法で売電をするためには、固定価格買取制度（FIT制度）や、FIT期間終了後の対応に関する知識が必要です。それぞれの基礎知識を紹介していきますので、以下を読んでみてください。
固定価格買取制度（FIT制度）
固定価格買取制度は、太陽光・風力・水力などの再生可能エネルギーに関して、一定の期間、国が定めた価格で電力事業者が買い取ることを定めた制度です。FIT制度とも呼ばれていますが、FITはFeed-in Tariff（フィードインタリフ）の略語です。
FIT制度における買取は電力会社の義務となっているため、太陽光発電システムを設置したユーザーは、少量であれ電力が発生した場合は必ず電力会社に買い取ってもらえます。
買取期間や固定価格はエネルギーの種類や設備容量などによって違います。一般的な住宅用で多い設備容量10kW未満の太陽光発電の場合は、家庭生活で必要な電力を使用して余った分の余剰電力が買い取られる仕組みです。
買取期間は10年、固定価格は2023・2024年度が16円/kWh、2025年度は15円/kWhとなっています。
10kW以上の産業用太陽光発電の場合は、全量買取となり、買取期間は20年です。買取価格や適用要件は区分に応じて細かく決められています。
なお、電力会社が買い取った固定価格は、「再エネ賦課金」という形で電気料金に反映され、利用者が負担することになります。
FIT期間終了後の対応
前述のように、固定価格買取制度（FIT制度）には10年という買取期間があります。10年のFIT期間が終了すると「卒FIT」となり、これ以降は買取義務がなくなり、太陽光発電による売電収入が大幅に減ってしまう可能性があります。対策としては、以下の3つが有効です。
● 電力会社を変更せずに継続売電する
● 買電先の電力会社を変更して売電する
● 全量自家消費する
それぞれの要点を解説していきますので、自分に合った方法を見つけましょう。
電力会社を変更せずに継続売電する
FIT制度の固定価格買取期間が終了しても、そのまま同じ電力会社と契約を更新して売電を続けることが可能です。多くの場合、本人が何もしなければ売電契約は自動継続となり、更新手続きを行ったり対応に手間をとられたりすることもありません。卒FIT後の対応としては最も簡単な方法となります。
ただし、卒FIT後の買取価格は国が定めたものではなく、当該事業者が定めた価格となるため、一般的には売電収入が低下します。例えば、東京電力における卒FIT後の買取価格は8.50円/kWhとなっており、FIT制度における固定価格の16円（2024年度）と比較するとほぼ半値となります。
卒FIT後の面倒な手続きや手間を削減したい場合は、電力会社を変更せずに継続売電するのも一つの方法です。しかし、買取価格の低下を避けたいと思う人は電力会社の変更を検討する必要があります。
売電先の電力会社を変更して売電する
FIT期間終了後に、売電先の電力会社を変更するのも一つの方法です。売電先と一口に言ってもさまざまな事業者があり、買取価格はどこも同じではありません。各社の買取相場を比較の上、有利な条件を提示できる会社を見つけて乗り換えをすれば、売電収入をアップしたり維持したりできる可能性があります。
その中でも特に新電力へのアプローチは有効でしょう。新電力とは、2016年にスタートした電力小売の全面自由化により参入した電気事業者です。新電力はライバルが多く競争原理も働いているため、他社との差別化を図るべく取り組んでいます。独自の価格設定やサービスを提供しているケースが少なくありません。
全量自家消費する
太陽光で作った電気を売らずに、全量自家消費するという方法もあります。太陽光発電をすべて自宅で使用するということですが、現状ではこの方法が一番お得になる可能性が高いです。なぜなら、卒FIT後の買取価格は大幅にダウンするのが一般的であり、購入する電気料金より安くなっているからです。
電気料金は、世界的な燃料価格の高騰を背景として上昇を続けています。日増しに電気料金の負担は重くなっており、売電収入を得るより、全量自家消費して電気料金を節約する方がメリットになるケースも増えています。
太陽光発電の電気を自家消費するには、いくつか方法があります。ご家庭のニーズによって適した方法はさまざまですが、蓄電池の導入、エコキュート（ヒートポンプ式給湯器）の導入、電気自動車（EV）やプラグインハイブリッド車（PHEV）のバッテリーを蓄電池として利用するV2H（ビークル・トゥ・ホーム）の導入などがあります。
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太陽光発電は環境配慮と費用対効果で考えよう
自宅に太陽光発電設備を導入すると、二酸化炭素を排出しない環境に配慮した電気を使えます。同時に、経済的な視点としては長期的な視野で費用対効果について考える必要があります。
先述したとおり、FIT価格は毎年のように下がっており、売電収入のみで「元を取る」というのが難しくなりました。10年後の卒FITを考えると、蓄電池やエコキュートを導入して全量自家消費する方がお得になる可能性が高いでしょう。
太陽光発電の賢い運用をお考えの方には、全量自家消費をおすすめします。
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