太陽光発電の発電量は地域や季節でどう変わる？驚きの実態を解説！

太陽光発電の仕組みとは？

まずは、太陽光発電の基本的な仕組みを簡単に説明します。

太陽電池モジュール（パネル）は主にシリコンなどの半導体でできており、パネルへ光が当たることで電気を発生させる現象を利用し、発電がおこなわれています。

半導体にはプラスの性質を持つ「p型半導体」と、マイナスの性質を持つ「n型半導体」の2種類があり、2つを重ね合わせることで光エネルギーを電気エネルギーに変換される仕組みをつくります。

太陽光がセルに当たることで、半導体中で電子と正孔という電気を運ぶ粒子が生成され、これらが移動することで電流が発生します。

その後、太陽光パネル内部で光が直流の電気へ変換され、パワーコンディショナ（以下パワコン）へ流れます。

パワコンで交流に変換された電気は、売電や自宅のコンセントの住宅設備などへ供給されます。

つまり、発電を担っている主な機器は太陽光パネルとパワコンということです。

この二つの機器が発電量を左右するため、変換効率を含めた性能を比較しながら選ぶことで、発電量を大きくすることが期待できます。

太陽電池で光を電気に変換する仕組み

前段で触れたように、太陽光発電は光を電気へ変換するシステムです。
電気へ変換する仕組みは、太陽光パネルに搭載されています。

太陽光パネルの内部にある太陽電池は、光の吸収・電気への変換といった機能を持っています。

光を電気へ変換する仕組みは「光電効果」といい、これは物質に光を当てた際に、物質の表面から電子が放出される現象のことです。

中でも、半導体を活用した太陽電池は、より効率的に電子を取り出せる仕組みとなっています。

そのため、他の物質より電気をより多く取り出すことが可能です。

太陽電池には様々な種類があり、それぞれ特徴が異なります。
下記に簡単に紹介していきます。

シリコン太陽電池（単結晶）

シリコン太陽電池は、変換効率20％前後と比較的高効率であり、現在最も流通している太陽電池の一つです。

長期に渡る販売・製造・流通がされており、長く使用できることが確認されていること、製造技術も成熟しているため、安心して使用できる種類といえます。

出典：シャープ　住宅用単結晶太陽電池モジュール

化合物系シリコン太陽電池

熱に強く、軽量で扱いやすさという点で強みのあるタイプです。
また、低コストで量産可能なケースが多いです。

ただし、変換効率10％前後と低いため実用性という点で課題があります。

※化合物の純度により製造コストが高価になります。他にも、III-V族多接合型（タンデム型）は規格外の性能とコストのため上記特徴から除きます

出典：シャープ　太陽電池モジュールで世界最高の変換効率31.17％を達成

有機系太陽電池

軽量かつ柔軟であるのが特徴で、薄く軽い素材に印刷して使用できるため、様々な用途への応用が期待されています。

色や形も自在であり、将来的には”塗るだけ”で発電が可能になるそうな…

低コストで大量生産が可能ですが、変換効率・耐久性・寿命が、既存の基準に比べ低いことが大きな課題です。

パワコンで家庭で使える電気に変換

太陽光パネルから発電された直流の電気は、パワコンへ流れていきます。

パワコンは主に、電力の変換や制御・システムの保護といった役割を担っている重要な機器です。

太陽光パネルから発電された「直流」の電気はそのままでは使用できません。

家電製品や電子機器など住宅設備のほとんどは「交流」の電気で稼働するよう設計されているからです。

パワコン内部にはインバーター回路が搭載されています。

インバーター回路は、直流の電気を交流変換する機能を持っており、家庭で電気を使用するために必要不可欠なシステムです。

しかぢ、パワコンは全ての電力を変換できるわけではありません。

直流の電気を交流へ変換する過程で熱エネルギーとなり、その際に変換ロスが発生します。

パワコンのカタログには変換効率が記載されています。

一般的な変換効率は95～98％です。
製品を比較する際はなるべく変換効率の高いものを選ぶのが良いと言えるでしょう。

余った電気は売電と蓄電の仕組み

住宅用太陽光発電を導入する場合、通常はFIT制度の認定を受けて運用することが多いです。

FIT制度（再生可能エネルギーの固定価格買取制度）とは、再生可能エネルギーの導入を支援する国の制度です。

例として、住宅用太陽光発電（出力10kW未満）でFIT認定を受けた場合、認定した年から10年間、固定単価で電気を買い取ってもらえます。

また、電力の買取方式は余剰買取方式となります。

余剰買取方式とは、発電した電気を自家消費（自宅で消費）し、余った電気のみ電力会社へ売電できることです。

認定を受けた年から10年を過ぎたあとは、各電力会社から提供されている売電プランへ加入したり、蓄電池やV2Hを導入して自家消費率を高めることがおすすめです。

太陽光発電の発電量を左右する要因は？

太陽光発電の発電量は、様々な影響を受け変化します。

太陽光パネルの仕様

パネルの仕様で特に注目すべき点は2点です。

変換効率の高さ、出力保証の減衰度合いを確認するとよいでしょう。

変換効率が高いほど、パネルが受けた光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が高いです。

出力保証年数が同じ25年でも、一方は毎年0.4％の減少値を上回らないことに対し、もう一方は毎年0.5％であれば、前者の方が長く多く発電してくれる期待値が高いと言えます。

パワコンの仕様

前段でも記載したパワコンの電力変換効率に加え、入力運転電圧（起動電圧）も重要なポイントです。

入力運転電圧が低ければ低いほど、少ない日射でもパワコンが直流→交流へと電力を変換してくれるため、使える電気や、売れる電気が多くなります。

また、早朝や夕暮れなど、通常であれば日射が少なく、パワコンが動かない時間でも稼働するため、トータルの発電量に差が出てきます。

太陽光パネルのレイアウト

パネル配置の仕方でも発電量が変わってきます。

例として、南面の屋根に全部で20枚のパネルを設置すると仮定します。

5枚×4系統（合計20枚）というグループと、6枚×3系統（18枚）+2枚×1系統（2枚・合計20枚）というグループでは高い確率で前者の方が発電量が多くなります。※系統・回路・ストリングとも呼ばれます

これはパネルが発電する際、一定量以上のパネルが連なっている（直列）方が効率よく発電するため、パネルの合計設置枚数が同じでも、発電量に影響が出ることが関係しています。

他にも、パネルを縦に繋ぐのか横に繋ぐのかも発電量に影響を及ぼす可能性があります。

こちらは、「影の影響を最小限に抑える」という考え方に基づいたものです。

パネルが日陰になった時、直列で繋がっているパネルのすべてが日陰の影響で出力低下の影響を受けます。そのため、日陰部分にパネルを設置することは基本的には推奨しません。

ただし、常時日陰ができるわけではない場所であれば、限られた設置スペースを生かすためパネルを設置することはあります。

その際、日陰の影響を受けても最小限の規模に抑えるために枚数や配列を工夫することで、発電量の減少を限りなく少なくすることも可能です。
※昨今のパネルは技術の進歩でそこまで影の影響を大きく受けないようになってきています

日照時間の多い地域ベスト10

以下に、日照時間の多い地域を紹介します。

上記の地域は、とくに日照時間の長さという点で太陽光発電を導入しやすい環境です。

前段でも触れたように、日照時間が長ければ長いほど発電量を増やしやすく、かつ電気料金削減効果や売電収入を伸ばしやすいといえます。

このように、日照時間の長さは発電量に影響を与える要因のひとつとして捉えることが可能です。

これから太陽光発電を導入する方は、自身の住んでいる地域の日照時間や天候についても調べておくことが大切です。

発電量の正確な把握方法は？

事前に太陽光発電の発電量を把握したい場合、計算もしくはシミュレーションツールで確認することが可能です。

計算で求めたい場合は、以下の流れで確認を進めていきます。

1. 太陽光発電の容量を確認する
2. 日射量のデータを調べておく
3. 年間発電量を計算する

太陽光発電の容量については、太陽光パネルの枚数×1枚あたりの出力で求められます。たとえば、1枚あたりの出力300W×10枚であれば、容量3kWになります。

次は、自身の住んでいる地域に関する日射量データを調べておきます。

日射量のデータについては、NEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）で確認することが可能です。

ちなみに、当社の本社所在地である愛知県名古屋市中川区は下記のようになります。

本社はビルなので傾斜0度、容量は5kWの太陽光発電システム想定で発電量を計算をしてみます。

発電容量（5kW）×年間平均日射量（3.9kWh/㎡）×損失係数（0.7～0.85）×365日で年間の発電量を計算できます。

結果は…4,982kWh！（損失係数0.7計算）

より正確に発電量を予測したい方は、施工販売店へ相談してみるのがおすすめです。
施工販売店には専用のシミュレーションツールがあり、より効率的かつ正確に計算してもらえます。