太陽光発電が他の発電方法と大きく異なる点は、光電効果という物理現象を利用しているところにあります。半導体に光が当たることで電子が動き、直流の電気を生み出します。生み出された電気はパワコンで電圧が調整され、安定した状態で蓄電池へと送られることで利用することができます。蓄電された電気は、夜間の自家消費による電気代削減や、災害時の非常用電源として家庭の暮らしを支える貴重なエネルギーとなります。
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Grid Tips 編集部
再生可能エネルギーに関する情報収集・取材・記事制作を専門に担当。公的機関の情報および自社グループの施工実績をもとに作成しています。
物理的な仕組み
電子を利用したナノテクノロジー
一般的な火力発電などは、運動エネルギーで発電機を動かします。原理は、お湯を沸かすなどの方法で発生した蒸気で巨大なタービンを回すという「回転運動」です。
一方で、太陽光発電はタービン等の動く部分がどこにもありません。太陽光発電が他の発電方法と決定的に異なるのは、電子の特性を利用した「光電効果」という物理現象を利用している点です。
光電効果‐半導体による静かな発電
ソーラーパネルの中には「太陽電池」と呼ばれる薄い板がたくさん並んでいます。
太陽電池はシリコンを主成分とする「半導体」によって機能し、ソーラーパネルは性質の異なる「n型半導体」と「p型半導体」の2種類を、ぴったりと貼り合わせた構造になっています。
半導体に太陽の光が当たると、物質の中にある「マイナスの電荷を帯びた電子」が弾き飛ばされます。すると、n型半導体の方にはマイナスの電子が集まり、p型半導体の方にはプラスの性質を持った「正孔（せいこう）」が集まるという現象が起きます。
この状態は、いわば乾電池のプラス極とマイナス極ができたのと同じ状態です。ここでパネルに電線を繋ぐと、マイナスの電子がプラス側に向かって一斉に移動を始めます。この「電子の移動」こそが電気の正体であり、太陽光発電の原理そのものなのです。
発電された電気が蓄電されるまでの流れ
発電された電気は日照条件などにより電圧にばらつきがあるので、そのままでは使用できません。発電したエネルギーは適切な電圧に変換する必要があり、その過程でどれだけエネルギーロスを減らせるのかも重要です。
パワコンによる電圧調整
ソーラーパネルで発電された『直流（DC）』の電気は、パワーコンディショナー（パワコン）という設備によって『交流（AC）』への電圧変換・調整が行われ、家庭で使用可能な状態となります。
さらに、パワコンによって電圧が調整されることにより、発電したエネルギーを安定して蓄電池に充電することが可能となります。
蓄電池の仕組み
電気が蓄電池に到着すると、内部で化学反応が起こります。元も一般的なリチウムイオン電池の場合、電気の力によって「リチウムイオン」が正極から負極へと移動して保持されます。これにより、太陽が出ていない夜間でも、蓄えていたイオンを元の場所に戻すことで再び電子を放出し、必要な時に電気として取り出すことができるようになるのです。
発電・蓄電されたエネルギーの使い道
自家消費による電気代の削減
最も身近な使い道は、毎日の生活への「自家消費」です。昼間に電気を貯め、電気代が割高に設定されている夕方から夜間の時間帯にかけて使うことで、電気代を劇的に減らすことが期待できます。
停電や災害時の「非常用電源」
地震や台風などで万が一停電が発生した場合でも、蓄電池があれば非常用電源（自立運転）へと切り替えて使用できます。照明やスマートフォンの充電だけでなく、冷蔵庫や電子レンジで食材を保冷・加熱し、テレビやインターネットから最新の情報を得ることもできるのです。