太陽光発電の義務化のニュースや光熱費の高騰などに備えて建替え予定の我が家の為にも調べてみました。
太陽光発電の仕組み
太陽光に含まれる光エネルギーを半導体と呼ばれる物質にあてることによって電気が流れる仕組み（光起電力効果）になっています。
この半導体を太陽電池と呼びますが、太陽電池には電気をためる機能はありません。
太陽電池によって作られた電気は、接続箱（接続ユニット）、パワーコンディショナー、分電盤を通って、家の照明設備や各コンセント、また電力会社の送配電設備へ流れていきます。
太陽光発電システムに必要な機器
■ソーラーパネル
太陽光発電といえば一番最初に連想されるるのがソーラーパネルです。
ソーラーパネルは先ほど説明した太陽電池をあつめた機器です。
太陽電池そのものをセルと呼び、セルを並べ樹脂や強化ガラスでパッケージ化したものをソーラーパネル（太陽電池パネルやモジュールといいます。）、ソーラーパネルを並べ接続したものをアレイと呼びます。
ソーラーパネルの構造には種類があり、スーパーストレート構造、サブストレート構造、ガラスパッケージ構造等が存在します。
スーパーストレート構造
太陽電池をインターコネクタという回路でつなげ合わせたものを充填剤で固めます。
その後、受光面のフロントカバーとバックカバーで挟み、両サイドをフレームで固定することで出来上がります。
フロントカバーには強化ガラスが使われており、防水性など耐環境体制に優れているため、ほかの構造に比べ寿命が長いのが特徴です。
住宅用に使用されているソーラーパネルのほとんどがこの構造です。
サブストレート構造
インターコネクタでつながった太陽電池を基盤の上にのせ、その上を透明樹脂で固めた構造になっています。
充填剤とカバーの役割を封止材という透明樹脂のみで補っているため、非常に軽量です。
しかし封止材が直接太陽光を受けるため、劣化しやすく、耐環境面ではスーパーストレート構造に劣ります。
ガラスパッケージ構造
インターコネクタでつないだ太陽電池を透明な充填剤で固め、両面をガラスで覆っている構造です。
ガラスで覆っているため、シースルー化することが可能です。
■接続箱（接続ユニット）
接続箱は各ソーラーパネルで発生した電力を集め、次のパワーコンディショナーに送る装置です。
屋外に設置されることが多く、比較的濡れにくく、メンテナンスがしやすい屋根ヒサシ下の外壁に取り付けます。
屋内に設置できる接続箱も存在しますがあまり普及はしていません。
理由はソーラーパネルとつながっている線を通すため、大きな穴を外壁に空ける必要があるからです。
また、ソーラーパネルの枚数を自由に調整した際に起こる電圧の差を調整してくれる昇圧機能がついているモデルもあります。
■パワーコンディショナー
パワーコンディショナーは発電した電力を安定した電圧、周波数で交流出力をする装置です。
ソーラーパネルで発電した電力を最大限に利用するためには、適した性能のパワーコンディショナーが必要不可欠です。
主に流通しているパワーコンディショナーにはトランスレス方式と高周波絶縁トランス方式があります。
トランスレス方式
変圧器を使用せず、コンバーターと呼ばれる装置によって電力を交流出力します。
電力ロスが少なく、回路がシンプルなため価格が安いのがメリットです。
高周波絶縁トランス方式
設計がコンパクトな点や、絶縁が必ず行われることなどのメリットはありますが、価格の高さや変換効率の悪さからトランスレス方式に比べると普及していません。
ただし、特別な電力での売電をする場合は高周波絶縁トランス方式のパワーコンディショナーが必要になります。
■分電盤（ブレーカー）
分電盤は送られてきた電気を家庭内のコンセントなど様々な場所に電気を振り分ける機器です。
分電盤の中にはブレーカーがついており、一か所での容量以上の電力使用や漏電が起きている場合に電気が供給されないようにする機器でもあります。
通常の住宅にも必ずついている分電盤ですが、太陽光発電システムを導入する際には交換もしくは増設が必要になります。
太陽光発電システムに使用する分電盤にはパワーコンディショナーと接続するための回路や、余剰電力を電力会社に送電するための逆潮流機能がついています。
■蓄電池
電気を蓄えられる機器として有名な蓄電池。
最近ではAIを搭載したモデルや電気自動車そのものを蓄電池として使えるものまで出てきています。
通常の蓄電池も技術の発展により、年々コストが低下しています。
現在主に上げられる蓄電池は4種類あります。
鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、NAS電池です。
鉛電池
一番歴史が古く、寿命が約17年あります。
値段も安価であるもののサイズが大きくスペースを取ってしまうという点や過放電によって劣化してしまうというデメリットがあります。
ニッケル水素電池
リチウムイオン電池が出る以前、乾電池やハイブリットカーのバッテリーとして使用されていました。
温度変化や充放電状況によって、寿命が大幅に短くなってしまうため平均で5～7年使用できるといわれています。
また充電できる回数もリチウムイオン電池には劣ります。
リチウムイオン電池
携帯やパソコンのバッテリーといった小さいものから、住宅用の蓄電池といった大きいものまで使用されています。
様々な形状で作れるという点もありますが、充電回数が多いことがなによりもメリットです。
現在では10年前後の寿命があり、今後技術の発展により、更なる性能の向上が期待されています。
NAS電池
大容量でありながらも、スペースをあまりとらない電池です。
大規模施設のバックアップ用電源として使用されることが多く、寿命も15年ほどあります。
しかし、仕組みに硫黄やナトリウムが使用されているため、取り扱いには注意が必要です。
現在家庭用で普及している蓄電池はリチウムイオン電池がほとんどで、商業用では各種すべての電池が使われています。
また、蓄電池は使い方を工夫することで様々なメリットがあります。
例えば、災害時に非常用電源として使用することや、電気料金を抑えるために単価が安い夜間に充電し、貯めた電力を日中に使用することです。
太陽光発電システムと併用することによって、電力の自給自足をすることも可能です。
住宅用太陽光発電の設置メリット
■電気代の削減効果を期待できる
住宅用太陽光発電は、発電した電気を自宅のコンセントから利用できるようになっています。
たとえば、普段使用している家電電類に電源を供給できます。
そのため、電気代の削減効果も期待できます。
他にも住宅用太陽光発電と家庭用蓄電池を併用することで、夜間や電気使用量の多い時間帯に日中に蓄えた電気を使用し、より効率的な電気代削減効果を目指すことができます。
■設置コストが下がり発電効率が上がっている
住宅用太陽光発電の設置コストは、年々下がっているので2010年や2000年などと比較して設置しやすい環境といえます。
一方、各メーカーの太陽光電池モジュールの発電効率は、年々上がっていて少ない容量でも効率的に太陽光を取り込み、発電できるようになっています。
また、設置面積の少ない状況でも効率的に発電できるので、狭小住宅や都心にお住みの方にも設置メリットがあります。
■災害時に非常用発電として使用可能
台風や豪雨、大きな地震など大規模災害に遭った時は、水道やガス、そして電気といったインフラ関係がストップしてしまいます。
住宅用太陽光発電は、停電時に非常用電源としても活用できるのが強みです。
テレビに電源供給したりスマホの充電に使用したりすることで、災害状況や避難情報、その他公的機関から発出される情報を確認できます。
太陽光発電の型番や蓄電池の容量などによっては、IHクッキングヒーターや冷蔵庫などを稼働させることも可能です。
災害対策としても住宅用太陽光発電は、役立つ設備といえます。
住宅用太陽光発電の設置デメリット
■設置場所や時間によって発電量が変わる
太陽光発電メーカーの研究、改善によって発電効率の高い設備となりましたが、設置場所や時間に応じて発電量は変わります。
たとえば、太陽電池モジュールの一部が電柱やその他建物の影に重なってしまう場合や、北向きに設置せざるを得ない場合には、発電効率が下がる可能性もあります。
そして夜間や雪の日などには発電できません。
住宅用太陽光発電の設置を検討している場合は、設置に適した場所かどうか確認してみるのが大切のようです。
■初期投資費用+メンテナンス費用
住宅用太陽光発電には、設置費用に加えて定期メンテナンス費用もかかります。
また、2017年の改正FIT法によって、住宅用太陽光発電の定期メンテナンスも義務となりました。
出力5kW程度の平均的な住宅用太陽光発電では年間1.5万円前後の維持費用がかかります。
■売電単価の値下がり
住宅用太陽光発電の売電単価は年々下がっています。
売電収益で初期費用を回収するのは年々難しい傾向のようです。
なるべく太陽光発電で発電した電気をご家庭で利用し電気代を抑え、余剰電力を売電に回すことで利益が出るかもしれません。
デメリットも確認した上で、自分たちにとってメリットの多い設備なのか判断する必要がありそうです。
私も自宅の建替えに太陽光発電を取り入れようと思い2社のカタログを取り入れましたがコスト面、容量面、活用方法などで選ぶ製品が変わりますので、
ご家族でよく話し合い自分たちあったものを選びたいと思います。
より良い住まいにするためには、いろいろ勉強が必要のようです。
