太陽光発電システムの仕組みと直流・交流について

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太陽光発電設備の仕組み

家庭用太陽光発電設備で発電をして、実際に家電を動かす(あるいは売電して電力会社に電気を渡す)までの仕組みはどうなっているのでしょうか。

 

太陽光発電システムの仕組み

 

太陽光パネルで電気を作る⇒接続箱でひとまとめ

 

太陽光発電パネルは、1枚あたりの発電量が小さいので、通常は数十枚を屋根に並べて使用します。

 

このたくさんのパネルで発電された電力はケーブルにより屋根の上から家の中へ引き込まれるのですが、その前に、複数のケーブルを一度まとめて一本にします。
このための装置を接続箱と言います。

 

太陽光発電システムの仕組み

 

接続箱からパワコンへ⇒家庭で使える電気に変換

 

接続箱で一本になったケーブル(及びそこを流れる電気)は次にパワーコンディショナーに向かいます。

 

太陽光パネルで発電した電気は【直流】となっていて、このままでは家庭内では使用できません。

 

パワーコンディショナーは一言で言えば【直流を交流に変換する装置】です。

 

つまりここで電気が交流に変わり、初めて【家庭内で使える電気】ます。
(【直流と交流】については、下記で説明しています。参考にしてください)

 

太陽光発電システムの仕組み

ちょっと休憩:分電盤のお話

 

ここで、太陽光発電ではなく、電力会社から買ってくる電気について考えてみましょう。

 

外(近くの電柱など)から、家の中に電気が入ってくるルートは、
【電線から電気量計を通って(ここで利用した電力量が記録され電気代として請求されることになります)、分電盤というところ】へつながります。

 

分電盤は、≪家の中のどこに電力を流すか≫の分岐ポイントです。

 

また、何か問題(漏電とか)があった場合に、一箇所で電気をストップできる、という機能も備えています。

 

ブレーカーが落ちて復旧した経験はございませんか?あれが分電盤です。

 

初めて知る人間としては驚くことに、この分電盤は法律で設置が決まっているものです。
世の中、思ってもみないところがガチガチに規制されていて、意外なところの規制が緩くて面白いのですが、分電盤は法律で求められた機械です。

 

分電盤から、各部屋のコンセント等の電源へ電気が流れていきます。

 

太陽光発電システムの仕組み

 

パワコンから分電盤へ⇒各部屋で使用or売電

 

さて太陽光発電に戻りましょう。

 

パワーコンディショナーで交流に変換された電力は、やはり分電盤に送られます。
自分で発電した分なので、電力量計に繋ぐ必要はありません。

 

従って、分電盤において、家庭内で必要な電力にまずは太陽光発電の電気が充てられ、それでも余った分が売電に回ります。

 

売電に回る電気の動きは、入って来るときの逆方向です。

 

つまり、【分電盤から電力量計を通り、電線へ】と流れていきます。
なお、売電の電力量計は電気を買うときとは別もの(売電メーター)ですので、そこだけルートが分かれています。

 

直流と交流について

電気について語る際、外せない話、それが直流と交流です。

 

【太陽光発電設備で発電された電気が家の中で使えるようにするための仕組み】を理解するには、
直流と交流についてご理解いただいておく必要があります。

 

直流⇔交流、相互に変換可能

直流と交流というのは【電気の流れる方式の違い】です。

 

直流と交流は相互に交換可能。
つまり直流を交流に変えたり、交流を直流に変えたりすることができます。

 

また、電気で動くものは直流、交流のいずれで動くかが決まっています。
それ以外の電気を流しても動きません。

 

発電した電気や電池は直流・家庭内コンセントは交流

発電所で作られる電気は直流、電池から出てくる電気も直流です。
そして、電池で動く家電製品、例えば携帯電話やノートパソコンは直流の電気で動くように出来ています(ちなみに持ち運んで利用する電気製品、ウォークマン等、及び車に搭載されているものはほとんどが直流で動きます)。

 

発電した電気をそのまま携帯電話やノートパソコンの充電に利用するのであれば、バッテリー(電池)と携帯電話・ノートPCの両方とも直流なので問題ないはずです。
その通りではあるのですが、携帯電話やノートパソコンがコンセントに繋がないと充電できないということがネックになります(携帯電話に直接電気を流す仕組みを作ればいいのですが、これは携帯電話を分解することになり、大変な手間がかかります)。

 

発電した電気(直流)⇒コンセント(交流)⇒携帯電話やノートPC等(直流)

つまりコンセントに繋ぐために一度交流に換え、コンセントから充電する機器に行くまでに再度直流に換えます。
このコンセントから先で直流に変換する装置をACアダプターと言います。

 

直流は【送電ロス】が多い

ではなぜ家庭用のコンセントは交流なのでしょうか。

 

先ほど申し上げたとおり、発電所で発電される電気は直流です。これを交流に変換して、その交流の電気を各家庭に届けています。

 

この理由は、直流で電気を流すより交流で電気を流した方が、特に長距離の移動になれば、途中のロスが少なくなる、という点にあります。