太陽光発電システムの基礎概要

基
礎
講
座

堀田裕友

１．はじめに太陽電池は太陽の光エネルギーを直接電気（直流）に変換し、光を受けている間だけ発電をします。電力機器としては1954年に米国で発明されました。

図−１ 太陽のエネルギー

図−２ 太陽電池の原理

太陽光発電システムは、太陽電池が発電した直流の電気をパワーコンディショナによって交流の電気に変換し設備用電源として用いるもので

３．太陽光発電システムの基礎

また、太陽電池モジュールの発電能力は25℃における定格数値が示さ

太陽電池の基本単位は、半導体でれていますが、モジュール温度が高あるシリコンを結晶化させてインゴくなるにつれ効率が悪くなる特性を環境に優しいクリーンエネルギーットという結晶柱をつくり、これを持っています。従って、夏より冬のである太陽光発電システムについて薄く切り電極化したもので、「セル」ほうが発電効率は良くなります。しの基礎をご紹介します。といいます。

かし、当然日射量が影響しますのす。

２．太陽電池の原理

このセルを配列し、強化ガラスでで、１日の発電量は日射量が少ない覆いパッケージ化したものを「モジ冬は低くなります。最高の発電量を2

太陽からは１m あたり１kWのエュール（あるいはパネル）」といい、求めると、モジュールの設置角度ネルギーが地表面に降り注いでいまモジュールを複数枚直列に、あるい（傾斜角＝地面との角度）、向き（方す（図−１）。太陽電池モジュールのは並列に配列し架台に設置したもの位角）を考慮しなくてはなりません。

エネルギー変換効率は一般的に13〜を「アレイ」といいます。

14％前後です。

必要とする発電容量にもよります

太陽電池は図−２のようにＰ型とが、１枚あたり200W程度の発電能

Ｎ型の半導体で構成されており、太力を持つ太陽電池モジュールを採用

陽電池に光が当たると電子（マイナするのが主流となっており、１モジスの電気）はＮ型半導体へ、ホールュールあたりの大きさは概ね横（プラスの電気）はＰ型半導体へ向か1,500mm×縦1,000mm×厚さ40mmって流れ出します。この移動によっ程度になります。てＰ型半導体側がプラス、Ｎ型半導１モジュールあたりの発電できる体側がマイナスとなり、この電位差

電 圧 は 直 流 電 圧 で20〜40V程 度 でによって起電力が発生し、電源としす。大きさ、出力電圧ともに製造メて使用することが出来ます。

ーカにより異なります。

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太陽光発電システムの発電量は天候や温度に左右されるため、設備と

図−３

太陽電池の単位セミナー

力電源仕様を得るためには、太陽電池モジュールを直列に接続します。
例えば、パワーコンディショナへの入力電源がDC320Vの場合は、太陽電池モジュール１枚あたりの最大出力がDC20Vであれば、320÷20＝16となり16枚のモジュールを直列に接続する必要があり、その直列回路を並列に何列か接続することによ

図−４ 太陽電池モジュールの配置検討

り、最終的に必要な発電電力を得る
しての発電容量は実際の発電量ではなく、設置した太陽電池モジュール

４．太陽光発電システムの例事になります。
また、設置上は影の影響も考慮しの定格値の和で表すのが一般的で太陽光発電システムは、太陽電池なくてはならないことをご説明します。つまり、１枚あたり200Wのモモジュールで発電した直流電源をパした。これは、一つの直列回路の中ジュールを50枚設置すれば10kWのワーコンディショナへ送り、その直で１枚でも太陽電池モジュールに太発電設備ということになります。

流電源を交流電源に変換して設備用陽光があたらなくなってしまうと、１枚あたり200Wのモジュールで電源を創り出します。パワーコンデ

その直列回路の発電量は極端に低く計算すると、100kWであれば500枚、ィショナは直流電源を交流電源に変なってしまうからです。太陽の動き200kWであれば1,000枚必要になり換するほかに、電力会社と系統連系で影がどのように移動するかで、太ます。必要とする発電量が多くなれするために必要な制御や保護などを陽電池モジュールの直列回路の形成ばなるほど、太陽電池モジュールの行います。の仕方も変わってきますので注意が必要枚数は増えてきますので、設置可能な場所を十分に検討しておく必

図−５に太陽光発電システムの例を示します。

必要です。図−６に太陽電池アレイに影が発生することが避けられない要があります。敷地内の空き地、建パワーコンディショナへの入力電物の屋上等設置可能な場所は沢山あ源仕様（入力される電圧）は、製造メるようですが、設置するには幾つかーカーにより異なります。必要な入場合の太陽電池モジュールの配線例を示します。の条件があります。
傾斜角・方位角に注意しながら、他のモジュールに影をつくらないよ
うにするためには、太陽電池モジュールがつくる影の長さを計算し、モジュール間の設置間隔を決めなくてはなりません。周辺の建物や木などによってできる影も検討要因の１つになります。また、建物の上に設置する場合は重量も検討要因の一つになります。太陽電池モジュール、モジュール架台、基礎部の総重量に加えて耐風圧加重に建物が耐えられるかという点が問題になります。
以上のことを検討して、最終配置を決定します。
図−５

太陽光発電システムの例

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６．まとめ
環境悪化をストップさせるには、クリーンなエネルギーが必要不可欠です。
設置条件、電力供給先等十分な検討を必要とする部分もありますが、太陽光発電システム導入時の基礎知識として役立てて頂ければ幸いです。
【参考文献】
1）社団法人日本電気協会発行：系統連系
図−６太陽電池モジュールの接続

５．太陽光発電システムの種類
太陽光発電システムは電力会社と電力の授受を行うか行わないかで、大きく「系統連係形システム」と「独立形システム」に分かれます。

規定種類があります。
「電力品質確保に

2）（株）エネルギーフォーラム発行：解説
電力系統連系技術要件ガイドライン
2003

係る系統連系技術要件ガイドライ

3）オーム社発行：太陽光発電システムのン」に準拠したシステムであれば、設計と施工
4）新エネルギー・産業技術総合開発機構連系することができます。

（NEDO）
ホームページ

また、電力会社の電気を使用しな〈http://www.nedo.go.jp/index.html〉

い「独立形システム」もあります。日5）太陽光発電協会（JPEA）ホームページ〈http://www.jpea.gr.jp/〉

最も一般的なシステムは、電力会中は太陽電池で発電した電力を蓄電社と電力の授受を行う「系統連系形池に貯めておき、必要に応じてそのシステム」です。日中は太陽光を利電力を供給するシステムです。

用して発電し、夜間や発電量が使用（図−８参照）（ほりたひろとも：（株）日立製作所）

量に満たない場合は、電力会社から電力を購入するものです。使用量を上回る余剰発電電力を電力会社に売却することも可能です。
「系統連系形システム」の中には、太陽電池に蓄電池を組み合せる「防災型」もあります。平常時は太陽電池で発電した電力と電力会社からの電力を組み合せて使用し、災害などにより停電が発生した場合には、太図−７系統連系形システム（防災型）の例

陽電池で発電した電力を特定の設備（非常用照明等）にのみ供給します。
さらに、太陽光がない夜間や、発電量が使用量に満たない場合は、蓄電池に蓄えておいた電力を利用します。（図−７参照）
電力会社と電力の授受を行う系統
連系には区分があり、主に高圧連系、低圧連系、低圧みなし連系の３22

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図−８ 独立形システムの例