太陽が災害に強い街をつくる!太陽光発電のしくみ、メリットを解説【親子で学ぶエネルギーの未来】

2020/07/31

太陽が災害に強い街をつくる!太陽光発電の仕組み、メリットを解説【親子で学ぶエネルギーの未来】

家の近くを歩いていて、住宅の屋根に取り付けられた大きなパネルを見かけたことはありませんか?それは「ソーラーパネル」といって、太陽の光エネルギーを電気に交換する発電機の役割を担っています。太陽光発電は、停電時にも電気をつくることができるすぐれもの。いざというときに、家族を守ってくれるシステムです。

この記事では、太陽光発電のしくみについて、また環境への影響や電気代節約にもつながる太陽光発電のメリットを解説します。

太陽光発電のしくみ

宇宙のかなたにある太陽から、地球に日差しが届いていますよね。冬でもぽかぽかと暖かく感じる太陽光は、光のエネルギーとなって私たちに降り注いでいます。この限りない光エネルギーを利用した発電システムが、太陽光発電です。

どうして太陽光で発電できるの?

太陽光発電では、「太陽電池」を用いて、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換しています。シリコンなどの半導体でつくられた太陽電池は、太陽光が当たると、日差しの強さに応じて発電するしくみとなっています。

また、半導体の電子が動き、電気が起こる効果を「光起電力効果(ひかりきでんりょくこうか)」や、「光電効果」と呼んでいます。太陽光はこの光電効果を利用して発電をしているのです。

ソーラーパネルってなに?

太陽光発電のために、家の屋根などに取り付けられている大きなパネルのことを、「ソーラーパネル」といいます。

ソーラーパネルをよく見るとマス目があります。そのマス目のひとつ分をモジュールと呼び、さらにモジュールを分けているマス目のひとつをセル(太陽電池)と呼びます。太陽電池がたくさん並んで、ソーラーパネルを形づくっているのです。

このように太陽電池を並べることで、一度にたくさんの太陽の光を利用した効率のよい発電を可能にしています。近年では、巨大なソーラーパネルをたくさん並べた「メガソーラー」と呼ばれる太陽光発電施設も増えてきました。

反対に、災害時にもスマホなどが充電できるように、小さなソーラーパネルを使用したモバイルバッテリーなどもあります。

どのくらい発電できるの?

たとえば、太陽の光エネルギーをすべて電力に交換できるとすると、約1時間の発電で人類が1年間に必要な電力をすべてまかなえると言われています。それほど強力なエネルギーである太陽光を利用する発電システムを、おうちの屋根に取り付けた場合、実際にはどのくらい発電できるのでしょうか?

住宅の太陽光発電システムには、kW(キロワット)やkWh(キロワットアワー)の単位が用いられます。kWは「瞬間的な電気の大きさ」、kWhは「一定時間に流れる発電量」を表しています。つまり、1kWhとは1kWの発電を1時間続けたときに得られる発電量となります。

日本の平均的な年間発電量は、1kWで1,000kWh~1,200kWhほど。住宅で使われる太陽光パネルの平均的な設置容量の目安は4〜6kW、パネル1枚あたりで70kW〜250kWの発電量が平均的な値です。

太陽光発電のメリットと課題

太陽光発電に必要なソーラーパネルは、太陽光がよく当たる場所に設置することで、効率のよい発電ができます。大きさによっては設置する場所に地域などの制限はなく、ソーラーパネルには大きなものから戸建てで利用できるものもあるなど、個々の家庭でも導入しやすいというメリットがあります。

しかし、日差しがない日や夜間など、季節や時間帯によって安定的な発電ができないというデメリットもあります。またメガソーラーを設置する場合は、たくさんのパネルが並べられる広い土地が必要になり、あわせて発電した大量の電気を遠くまで送るための送電線も必要となると、さらに建設費用がかかってしまうといった課題もあるのです。

地球にやさしく、家族の未来を守る太陽光発電

太陽光は、再生可能エネルギーのひとつで、環境にも家計にもやさしいと言われています。なぜ環境にも家計にもやさしいのでしょうか?その理由を解説しましょう。

二酸化炭素を排出しない再生可能エネルギーとは?

私たちが普段使用している電気は、地球上に存在するさまざまな資源からつくられています。太陽光、風力、地熱、水力、バイオマスなど、自然界のサイクルのなかで尽きることがなく、未来も生み出され続けるエネルギーのことを「再生可能エネルギー」と言います。

「枯渇することがない」「どこにでも存在する」「二酸化炭素を排出しない」という3つの条件がそろう再生可能エネルギーに対して、石油や石炭、天然ガスなど、限りのある資源は「化石燃料」と呼ばれています。

太陽光を含む再生可能エネルギーは、発電時に地球温暖化の原因とされている二酸化炭素を排出しません。このことから、環境問題への配慮が求められる、これからの時代にあったエネルギーとして注目が高まっています。

⇒「再生可能エネルギー」に関する詳しい情報はこちら

火力発電や原子力発電との違いは?

「火力発電」とは、石油や石炭、天然ガスといった燃料を燃やすことで得られる、熱エネルギーを利用した発電方法です。発電量を調整しやすく、日本では、8割以上を火力発電でまかなっています。

しかし、これらの燃料資源に乏しい日本では、化石燃料の約97〜99%を輸入に頼っています。化石燃料のうち、原油(石油の一部)は約88%を、国が不安定になりがちな中東の国々から輸入しており(※)、内戦や紛争があると価格が大きく変動します。

また、石炭や石油を燃料とした火力発電は、発電時に大気汚染物質であるNOx(窒素酸化物)やSOx(硫黄酸化物)を排出することが問題点になっています。

「原子力発電」は、太陽光発電と同じように発電時に二酸化炭素を排出しません。さらに、燃料を再利用することもできます。

原子力発電の燃料となるウランは、海外からの輸入で補っていますが、化石燃料に比べてはるかに少ない資源で発電することができます。火力発電などに比べて発電コストも低いことから、日本では主力エネルギーのひとつとして利用されていますが、2011年、東北地方に甚大な被害をもたらした東日本大震災によって安全性において大きなリスクがあることが浮き彫りになりました。この点からも、火力発電や原子力発電に変わるエネルギー発電の確保が、急務とされているのです。

※)出典:資源エネルギー庁「2019—日本が抱えているエネルギー問題」より)

災害や停電時でも使えるって本当?

太陽光発電は、災害時に停電してしまったときでも、ソーラーパネルを含む機器に破損がなければ自家発電で電気をつくることができます。最近では非常用電源として、最大1500Wの電力を補うことも可能になりました。

では、太陽がいなくなる夜間はどうなるのでしょうか?太陽光発電そのものには、蓄電の機能はないため、夜間に電気を使うためにはソーラーパネルと一緒に、蓄電池の設備も導入する必要があります。そうすることで、昼にためた太陽エネルギーを夜にも利用できるようになります。蓄電の機能がそなわると、停電しても電気をつかうことができるので安心ですね。

太陽光発電で月々の電気代が安くなる

太陽光発電のシステムを取り入れると、発電した電気を家庭内で使うことができ、余った電気は電気会社に売ることもできます。買う電気が減ると同時に「電気を売る=売電」による収入が得られるために、月々の電気代を抑えることができるのです。

環境にも家計にもプラスになる太陽光発電

近年、地球温暖化の影響から、自然災害が増加傾向にあるといわれています。停電時や災害時において、非常用電源としても活躍することもできる太陽光発電は、地球温暖化を防止する施策のひとつであるという点とともに、自然災害に強い街づくりの点でも、大きな注目を集めています。

環境にも家計にもやさしい太陽光発電。家族の未来を想像し、もしもこれから新築や家の立て直しを検討しているご家族や、電気代を見直したいという方は、太陽光発電の導入を検討してみてはいかがでしょうか。

もし、「太陽光発電の導入はハードルが高い……」という方は、まずは現在ご契約中の電気料金プランを見直すだけで電気代が安くなる場合も。ぜひ一度ご確認ください。

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