太陽光発電の仕組みとは？ソーラーパネルが発電する流れをわかりやすく解説

1．太陽光発電とは？太陽の光を電気に変える仕組み

太陽光発電は、太陽から届く光のエネルギーを電気に変える仕組みです。ここでは、ソーラーパネルが発電する仕組みを、以下の3つに分けて解説します。 

● 太陽電池に光が当たると電子が動いて電気が発生する

● P型半導体とN型半導体によって電気が流れる

● 太陽電池セルを組み合わせて1枚のソーラーパネルを構成する 

それぞれの内容を詳しく見ていきましょう。

①太陽電池に光が当たると電子が動いて電気が発生する

太陽電池は、光が当たると電子が動き出し、その動きによって電気を生み出しています。太陽電池に使われているのが「半導体」と呼ばれる特別な材料です。 

半導体に光が当たると、光のエネルギーによってマイナスの電気を持つ「電子」が飛び出し、電子が抜けたあとには「正孔（せいこう）」と呼ばれるプラスの穴のようなものが残ります。この電子と正孔が対になって生まれることが、発電のはじまりです。

引用元：国立研究開発法人産業技術総合研究所

 光を受けて電気が生まれる現象は、「光起電力効果」と呼ばれています。専門用語ではありますが、太陽光発電の基本となる仕組みです。 

太陽電池が発電に利用するのは、太陽の「熱」ではなく「光」です。太陽電池は高温になると発電効率が低下するため、気温が低く日射条件のよい時期には効率よく発電できる場合があります。 

参考：JPEA 太陽光発電協会｜太陽光発電の基礎知識

②P型半導体とN型半導体によって電気が流れる

太陽電池で電気が流れ続けるには、性質の異なる2種類の半導体を組み合わせる必要があります。太陽電池には、電気的な性質が異なる「N型半導体」と「P型半導体」の2つの半導体が使われています。 

2枚を貼り合わせた部分を「pn接合」と呼びます。この状態で光を当てると、新たに生まれた電子はN型側へ、正孔はP型側へとそれぞれ引き寄せられます。

引用元：国立研究開発法人産業技術総合研究所

 すると、N型側はマイナスにP型側はプラスに帯電し、乾電池のプラス極とマイナス極のような電気の偏り（電位差）が生まれます。 

この状態でN型とP型の電極を導線でつなぐと電子が一定方向に動き、発生するのが電流です。2種類の半導体を組み合わせることで、光のエネルギーを電気の流れに変えています。 

参考：国立研究開発法人産業技術総合研究所｜太陽電池の原理 

③太陽電池セルを組み合わせて1枚のソーラーパネルを構成する

太陽電池セル1枚だけでは、家庭で使えるほどの電気は作れません。ソーラーパネルは、以下のように部品を組み合わせて構成されています。 

セル1枚で得られる電力は小さく、そのままでは家電製品を動かすのに十分ではありません。そのため、数十枚のセルを主に直列につないで必要な電力を確保し、アルミフレームや強化ガラスで保護したものがモジュールです。 

モジュールを複数枚、架台に取り付けて直列・並列に配線したものがアレイです。複数のモジュールを組み合わせることで、住宅や工場で必要な電圧や電力を確保します。 

参考：JPEA 太陽光発電協会｜太陽光発電用語集　公益社団法人 日本電気技術者協会｜太陽光発電システム

2．ソーラーパネルが発電した電気を家庭で使うまでの仕組み

引用元：JPEA 太陽光発電協会

ソーラーパネルで作った電気は、そのままでは家庭で使えません。発電した電気が家庭で使われ、余った電気が活用されるまでの流れを順番に説明します。 

● ソーラーパネルで太陽光から直流の電気を発電する

● パワーコンディショナーで直流から交流へ変換する

● 発電した電気を家庭で使い、余った分を売電または蓄電する

それぞれの工程について、詳しく見ていきましょう。

①ソーラーパネルで太陽光から直流の電気を発電する

ソーラーパネルは、太陽の光を受けると直流の電気を作り出します。太陽光パネルの内部には太陽電池が組み込まれており、光が当たると電子が動き出し、電流が発生します。 

このとき太陽光発電される電気は、乾電池と同じ「直流」と呼ばれる種類です。 

家庭用の太陽光発電システムでは、複数枚のソーラーパネルを設置し、発電した電気を次の設備へ送るのが一般的な流れです。 

ただし、発電できる電力量は常に一定ではありません。日射量や気温、パネルの性能や設置角度などによって、時間帯や季節ごとに変化します。 

このように、ソーラーパネルは光を受けて直流の電気を作り、まとめてから次の設備へ送り出す役割を担っています。 

参考：JPEA 太陽光発電協会｜システム構成例

②パワーコンディショナーで直流から交流へ変換する

ソーラーパネルで発電した電気は、家庭で利用できる状態に変換する必要があります。ソーラーパネルと家庭用電気製品では、以下のように扱う電気の種類が異なるためです。 

太陽光発電で使われるパワコンは、ソーラーパネルで発電した直流の電気を、家庭で利用できる交流に変換する仕組みです。発電した電気を家庭で利用するために欠かせない役割を担っています。 

③発電した電気を家庭で使い余った分を売電または蓄電する

パワーコンディショナーで交流に変換された電気は、分電盤を通じて家庭内の照明や家電製品へ供給されます。

分電盤は電気を各部屋や機器へ振り分ける装置です。太陽光発電の電気も他の電気と同じように、分電盤を経由して自宅内に届きます。 

家庭で使い切れずに余った電気の活用方法は、以下のとおりです。 

太陽光発電の売電は、家庭で余った電気を電力系統へ送り、電力会社に買い取ってもらう仕組みです。売電した電力量は、電力量計というメーターで計測されます。蓄電池を活用すれば、発電できない時間帯にも自家消費を続けられる点がメリットです。

関連記事：【徹底解説】ベランダで太陽光発電は可能！方法やキットの選び方も解説

3．ソーラーパネルの発電量と発電効率の基礎知識

ソーラーパネルを選ぶ際は、発電量の単位や変化する条件を理解しておくことが大切です。ここでは、発電量に関する基本的な知識を解説します。 

● Wは発電能力を表しWh・kWhは一定時間の発電量を表す

● ソーラーパネルの発電効率は種類や性能によって異なる

● 天候の違いでソーラーパネルの発電量は変化する

● 設置する向き・角度・影の有無によって発電量が変わる 

ソーラーパネルの発電量や発電効率について、押さえておきたいポイントを確認しましょう。

①Wは発電能力を表しWh・kWhは一定時間の発電量を表す

ソーラーパネルの発電量を理解するには、まず「W」と「Wh」の違いを押さえておく必要があります。 

Wは、その瞬間にどれだけの電力を生み出せるかという発電能力を表す単位です。一方Whは、一定時間に発電した電力量を表す単位で、1kWの電力を1時間使用した場合の電力量が1kWhとなります。 

たとえば「100Wのソーラーパネル」は、1日で100Wh発電するという意味ではありません。実際の発電量は、100Wに発電した時間をかけて計算します。 

ソーラーパネル発電量を考える際は、太陽光パネルの出力だけでなく、実際に発電できた時間もあわせて確認しましょう。 

参考：JPEA 太陽光発電協会｜kW(キロワット)とkWh(キロワットアワー)の違いは何ですか？

②ソーラーパネルの発電効率は種類や性能によって異なる

ソーラーパネルの発電効率は、製品によって差があります。発電効率とは、パネルに届いた太陽光エネルギーのうち、どれだけを電気エネルギーへ変換できるかを示す割合のことです。 

現在主流の結晶シリコン系のソーラーパネルでは、変換効率20％前後がひとつの目安です。 

この割合が高いほど、光のエネルギーを効率よく電気に変換できます。発電効率は、パネルに使われている太陽電池の種類や製造技術、製品ごとの性能によって変わります。 

設置場所の広さに限りがある場合は、発電効率も確認しておきたいポイントです。効率の高いパネルを選ぶことで、限られた面積から多くの電力を得やすくなります。 

参考：環境省｜太陽光発電システム

③天候の違いでソーラーパネルの発電量は変化する

ソーラーパネルは、受ける日射量によって発電量が変化します。そのため、晴れの日に比べて曇りや雨の日は発電量が少なくなるのが一般的です。 

ただし、曇りや雨でも太陽光が届かないわけではありません。光が当たっていれば、量は少なくてもソーラーパネルは発電を続けます。 

夜間は太陽光が届かないため、基本的に発電できません。夜間や天候が悪いときにも発電した電気を使うなら、蓄電池との併用がおすすめです。

④設置する向き・角度・影の有無によって発電量が変わる

同じ性能のソーラーパネルでも、設置状況によって発電量は変わります。 

太陽光は方角や高さによって差し込む向きが変わるため、パネルの向きや傾斜角度が太陽の位置と合っていないと光を十分に受け取れません。また、周辺の建物や樹木の影がパネルにかかると、その部分の発電量は低下します。 

このような条件は固定式のパネルだけでなく、持ち運んで使うポータブルタイプでも同じように影響します。 

ソーラーパネルの性能だけに注目するのではなく、設置する向きや角度、周囲の影なども考慮して設置場所を選びましょう。 

関連記事：日陰でもソーラーパネルで発電できる？発電量の影響・対策・設置場所を解説

4．太陽光発電の仕組みからわかるメリット・デメリット

太陽光発電を導入する際に知っておきたいメリット・デメリットは、以下のとおりです。 

太陽光発電は光エネルギーを直接電気に変えるため、石油やガスといった燃料が要りません。発電時にCO2を排出せず、環境への負担を抑えやすいです。発電した電気を自宅で使えば、電力会社から買う電気を減らし、電気代の削減にもつながります。 

一方で、発電量は太陽の光に左右されるので、天候の悪い日や夜間は発電量が落ちます。パネルの購入や工事には初期費用がかかり、設置には屋根や敷地の面積も必要です。 

太陽光発電のメリット・デメリットを把握し、自宅の環境や目的に合うかを判断しましょう。

5．これから太陽光発電を導入する人必見！工事不要の「Jackery Solar Generator」

これから太陽光発電を取り入れるなら、工事不要でベランダや庭などに設置できる折り畳みソーラーパネルとポータブル電源のセット「Jackery Solar Generator」がおすすめです。 

ポータブル電源とは、コンセントが使える持ち運び式の蓄電池のことです。モバイルバッテリーの上位版のようなもので、折り畳みソーラーパネルと組み合わせて工事なしで太陽光発電をスタートできます。 主な活用方法は以下のとおりです。 

● 災害の停電時に折り畳みソーラーパネルでポータブル電源に充電してスマホや冷蔵庫、扇風機や電気毛布などの家電に給電する

● 日常は、ソーラーパネルで発電⇒ポータブル電源に蓄電⇒家電に使った分の電気代を0円にする

● 電源のないキャンプ先や車中泊に持ち出して調理家電や暖房・冷房機器を使う 

Jackery（ジャクリ）は、ポータブル電源およびポータブルソーラーパネル市場において、7年連続で国内売上高・販売台数No.1の実績を持つブランドです。最大5年の無料保証や日本語サポートも用意されており、購入後のサポート体制も整っています。 

太陽光発電を暮らしに取り入れて防災や電気代の節約に活用したいなら、手軽で安心なJackery Solar Generatorからはじめてみましょう。 

6．太陽光発電の仕組みに関するよくある質問

太陽光発電の仕組みについて、よくある質問とその回答をまとめました。

①太陽光発電の仕組みを子どもにわかりやすく説明するには？

「ソーラーパネルが太陽の光を受け取り、そのエネルギーを電気に変えている」と伝えると理解しやすくなります。 

ポイントは、太陽の「熱」ではなく「光」を使って発電している点です。半導体といった難しい説明は省き、光を受けると電気が生まれる、というシンプルな伝え方で十分です。 

図やイラストとあわせて仕組みをまとめると、理科の自由研究にも活用できるでしょう。

②太陽光発電投資の仕組みって？

太陽光発電投資とは、発電した電気を活用して導入費用の回収や収益化を目指す方法です。売電に関わる主な制度には、FIT制度とFIP制度があります。 

設備の規模などによって利用できる制度が異なります。ただし、収益は発電量や売電価格だけで決まるわけではありません。 

初期費用やメンテナンス費用もかかるため、投資として検討する際は、初期費用や維持費も含めて収支全体を確認する必要があります。 

参考：経済産業省｜再エネを日本の主力エネルギーに！「FIP制度」が2022年4月スタート

②太陽光発電の自家消費の仕組みはどうなっている？逆潮流って何？

自家消費は、ソーラーパネルで発電した電気を、電力会社に売るのではなく自宅や事業所で利用する方法です。 

発電した電気が自宅や事業所で使う量を上回り、余剰分を電力系統へ送り出す場合、この電気の流れを「逆潮流」と呼びます。 

余剰電力は、電力会社に売るほか、蓄電池にためて後から使用できます。蓄電池を活用すれば、余剰分を無駄にせず、自家消費率を高める方法として役立つでしょう。 

参考：JPEA 太陽光発電協会｜太陽光発電用語集

③太陽光発電＋蓄電池の、発電から蓄電・消費までの仕組みって？

一般的な自家消費型のシステムでは、昼間に発電した電気を家庭内で使用し、余った電気を蓄電池にためます。流れを整理すると、以下のとおりです。 

● ソーラーパネルで発電する

● 発電した電気を自家消費する

● 余った電気を蓄電池にためる

● 必要な時間帯に蓄電池から放電する 

この流れによって、昼間に作った電気を夜間などにも活用しやすくなります。

④産業用太陽光発電と家庭用太陽光発電では仕組みが違う？

発電の基本原理そのものは、家庭用と産業用で大きく変わりません。 

どちらも、太陽電池で光を直流電力に変え、パワーコンディショナーで交流電力へ変換する点は共通です。一方、産業用は設備の規模が大きいため、接続方法や必要な手続き、安全面での対応などが家庭用とは異なります。 

家庭用は住宅での自家消費や余剰売電に、産業用は工場・事業所での自家消費や発電事業に活用されるのが一般的です。 

参考：JPEA 太陽光発電協会｜事業用太陽光発電システムとは

まとめ

太陽光発電は、太陽電池が光のエネルギーを電子の動きに変え、直流の電気を生み出す仕組みです。発電した電気はパワーコンディショナーで交流に変換され、家庭内で消費するほか、余った分は売電や蓄電にまわせます。 

発電量は天候や設置条件によって変わるため、仕組みを理解したうえで導入してください。

Jackery（ジャクリ）は、工事不要でポータブル電源とソーラーパネルを組み合わせ、停電対策や節電、アウトドアに活用できます。 

普段の節電から停電時の備えまで、太陽光を有効活用したい方はJackery（ジャクリ）を取り入れましょう。