太陽光発電ってどういう仕組みで電気を作るの？
家庭用と産業用では何が違うの？
導入するにはどんな設備が必要なの？
太陽光発電の導入を検討しても「仕組みがよく分からない」「何が必要なのか分からない」と不安に感じる方も多いのではないでしょうか。
太陽光発電の仕組みを理解しておけば、導入時の判断もしやすくなり、設置後のトラブルも防ぎやすくなります。
この記事では、太陽光発電の基本的な仕組みを図解を交えて分かりやすく解説します。発電の原理や必要な設備、メリット・デメリットまで解説しているので、導入を検討する際の参考にしてください。
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太陽光発電とは？
太陽光発電は、太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換する発電システムです。燃料を必要とせず、発電時に二酸化炭素を排出しないクリーンなエネルギーとして注目されています。
太陽の光を電気に変える再生可能エネルギー
太陽光発電は、太陽電池（ソーラーパネル）に太陽の光が当たると電気が発生する「光起電力効果」という現象を利用しています。
太陽光は再生可能エネルギーと呼ばれ、枯渇する心配がありません。石油や石炭などの化石燃料と異なり、発電時に温室効果ガスを排出しないため、地球温暖化対策にも貢献できる発電方法です。
また、太陽光発電は規模の大小を問わず設置できる柔軟性があります。電卓のような小型機器から、住宅の屋根、メガソーラーと呼ばれる大規模発電所まで、幅広い用途で活用されています。
家庭用と産業用の違い
太陽光発電は、発電容量によって「家庭用（住宅用）」と「産業用」に区分されます。発電容量10kW未満が家庭用、10kW以上が産業用です。
| 項目 | 家庭用（10kW未満） | 産業用（10kW以上） |
| 設置場所 | 住宅の屋根 | 工場の屋根や空き地など |
| 売電方式 | 余剰電力のみ売電 | 全量売電も可能 |
| 固定価格買取期間 | 10年間 | 20年間 |
| 主な目的 | 電気代削減 | 売電収入 |
一般的な住宅に設置される太陽光発電システムは3〜5kW程度のため、ほとんどが家庭用に分類されます。発電した電気はまず自宅で使用し、余った分を電力会社に売ることができます。
日本の太陽光発電の普及状況
日本の太陽光発電は、2012年に固定価格買取制度（FIT制度）が開始されて以降、急速に普及が進みました。当初は売電による収益性が高かったため、投資目的での導入も多く見られました。
近年は売電価格が下落傾向にあるものの、電気代の高騰を背景に「自家消費」を目的とした導入が増えています。また、東京都では2025年4月から新築住宅への太陽光発電設置が義務化されるなど、今後も普及は進む見込みです。
【図解】太陽光発電で電気が作られる仕組み
太陽光発電は、太陽光パネルで発電した直流電気を、パワーコンディショナーで家庭用の交流電気に変換し、分電盤を通して各部屋に供給する仕組みです。余った電気は電力会社に売ったり、蓄電池に貯めたりできます。
- 太陽光パネルで発電
太陽光を受けて直流電気を生成 - 接続箱でまとめる
複数のパネルからの電気を1つに集約 - パワーコンディショナーで変換
直流を交流に変換 - 分電盤から各部屋へ
家庭内の電気機器に供給 - 余剰電力は売電
使い切れない電気は電力会社へ - 不足分は買電
夜間や発電不足時は電力会社から購入
太陽光パネル（太陽電池）の役割
太陽光パネルは、光のエネルギーを電気に変える装置です。内部には性質の異なる2種類の半導体が組み合わされており、太陽光が当たることで電気が生まれる仕組みになっています。
太陽光を受けると、半導体の中で電子が動き出し、プラスとマイナスの電位差が発生します。この差を利用して、外部の配線に電流が流れ、電気として取り出せるようになります。
この仕組みは「光起電力効果」と呼ばれ、太陽光発電の基本原理です。1枚の太陽電池で発電できる量は限られているため、複数枚を組み合わせて1つの太陽光パネルとして使用します。
パワーコンディショナーの役割
太陽光パネルで作られる電気は「直流」ですが、家庭で使える電気は「交流」なのでそのまま使うことはできません。そのためパワーコンディショナーで、発電した直流電気を家庭で使える交流電気に変換する必要があります。
さらに、電圧を安定させたり、電力会社の送電網と安全につなぐ役割も担っています。太陽光発電システム全体をコントロールする中枢的な存在で、発電効率や安全性に大きく関わります。
分電盤の役割
パワーコンディショナーで変換された電気は、分電盤を通して家庭内へ送られます。分電盤は、電気を各部屋やコンセントに安全に振り分ける役割を持っています。
太陽光発電が稼働している間は、発電した電気が優先的に家庭内で使われます。使い切れなかった電気は電力会社に売られ、逆に足りない分は自動的に電力会社から補われます。
これらの切り替えはすべて自動で行われるため、日常生活で特別な操作をする必要はありません。発電量や使用状況は、発電モニターでいつでも確認できます。
太陽光発電の発電量と発電効率を左右する要素
太陽光発電の発電量は、設置環境や気象条件によって大きく変わります。導入前にどのくらいの発電が見込めるか、目安を知っておくことが大切です。
1kWあたりの年間発電量の目安
太陽光パネル1kWあたりの年間発電量は、約1,000kWhが目安とされています。ただし、これは最適な条件（南向き、傾斜角30度程度）での理論値です。
実際の発電量は地域によって異なり、日射量の多い太平洋側では1,100〜1,200kWh、日本海側では900〜1,000kWh程度になることが多いです。年間を通じた日照時間や気候条件が、発電量に大きく影響します。
たとえば、5kWのシステムを設置した場合、年間で約5,000kWh（5kW × 1,000kWh）の発電が期待できます。一般家庭の年間電力消費量が約4,500kWh程度なので、ほぼまかなえる計算です。
一般家庭に必要なシステム容量
一般的な家庭の電力消費量は、1日あたり約12〜15kWh程度です。この消費量をカバーするには、4〜5kWのシステム容量が必要になります。
ただし、実際に必要な容量は家族構成やライフスタイルによって変わります。在宅時間が長い家庭や、オール電化住宅では消費量が多くなるため、より大きな容量が適しています。
屋根の広さによって設置できるパネル枚数が限られるため、実際の設置可能容量を業者に確認してもらうことが重要です。発電量のシミュレーションも依頼しましょう。
設置場所・方角・角度による発電効率の違い
太陽光パネルの設置方角と傾斜角度は、発電効率に大きく影響します。最も発電効率が高いのは、真南向きで傾斜角30度前後です。この条件を100%とした場合の発電効率は以下のとおりです。
- 真南：100%（最適）
- 南東・南西：約95%
- 東・西：約85%
- 北東・北西：約70%
- 北：約60%以下（設置非推奨）
また周辺に高い建物や樹木があり、パネルに影がかかる時間が長い場合は、発電量が大幅に低下します。影の影響は部分的でもシステム全体に及ぶため、設置前に影の影響を確認することが重要です。
天候・季節による発電量の変動
太陽光発電の発電量は、天候や季節によって大きく変動します。晴天時を100%とすると、曇りの日は約30〜50%、雨の日は約10〜20%程度まで発電量が低下します。
一般的に、日照時間が長い春（4〜5月）が最も発電量が多く、夏は日照時間は長いものの気温が高すぎてパネルの発電効率が下がります。冬は日照時間が短く、雪が積もる地域ではさらに発電量が減少します。
このような変動を考慮したうえで、年間を通じた発電量を試算する必要があります。導入を検討する際は、業者に地域の気象データに基づいたシミュレーションを依頼しましょう。
太陽光発電のメリット
太陽光発電には、経済面だけでなく環境面や災害対策など、さまざまなメリットがあります。導入を検討する際の判断材料として、主なメリットを確認しましょう。
電気代を大幅に削減できる
太陽光発電を導入すると、発電した電気を自家消費することで電力会社から購入する電気量を減らせます。これにより、毎月の電気代を大幅に削減できます。
たとえば、5kWのシステムで年間5,000kWh発電し、そのうち30%（1,500kWh）を自家消費した場合、電気料金単価を30円/kWhとすると年間約45,000円の電気代削減になります。さらに、残りの70%を売電すれば追加収入も得られます。
日中に在宅時間が長い家庭や、オール電化住宅では自家消費率が高くなり、より大きな削減効果が期待できます。電気料金の上昇が続く中、自家発電による電気代削減のメリットは年々高まっています。
余剰電力を売電して収入を得られる
太陽光発電で作った電気のうち、自宅で使い切れなかった余剰電力は電力会社に売ることができます。固定価格買取制度（FIT制度）により、10年間は一定価格での買取が保証されています。
先ほどの例で、年間3,500kWhを売電した場合、年間約56,000円の売電収入が得られる計算です。
ただし、売電価格は年々下がる傾向にあります。そのため、最近は売電よりも自家消費を優先する考え方が主流になっており、蓄電池を併設して余剰電力を貯めておくケースが増えています。
災害時・停電時の非常用電源になる
太陽光発電システムには「自立運転機能」が備わっており、停電時でも太陽光が当たっていれば発電した電気を使用できます。地震や台風などの災害時に、貴重な電源として活用できます。
自立運転モードでは、専用のコンセントから最大1,500W程度の電力が使えます。スマートフォンの充電や冷蔵庫の一時的な稼働、照明器具の使用など、最低限の電力を確保できます。
蓄電池を併設している場合は、夜間や悪天候時でも電気が使えるため、さらに安心です。災害が多い日本では、太陽光発電の非常用電源としての価値が高く評価されています。
CO2排出ゼロで環境に優しい
太陽光発電は、発電時に二酸化炭素（CO2）や有害物質を一切排出しません。化石燃料を使った火力発電と比べて、環境負荷が圧倒的に小さいクリーンなエネルギーです。
5kWの太陽光発電システムを導入した場合、年間約2〜3トンのCO2削減効果があるとされています。これは、約150本の杉の木が1年間に吸収するCO2量に相当します。
地球温暖化対策や脱炭素社会の実現に向けて、個人レベルでできる有効な手段の一つです。環境意識の高い企業では、太陽光発電の導入がCSR活動の一環として評価されることもあります。
電気料金高騰の影響を受けにくい
太陽光発電で自家消費する電気は、燃料費調整額や再エネ賦課金の影響を受けません。電力会社から購入する電気量が減るため、電気料金の値上げによる家計への影響を軽減できます。
近年、原油価格の高騰や円安の影響で電気料金が上昇しており、今後も不安定な状況が続く可能性があります。太陽光発電を導入していれば、こうした外部要因による電気代の変動リスクを抑えられます。
電気使用量の多い家庭では、電気料金高騰の影響が大きくなるため、太陽光発電による自家消費のメリットがより顕著になります。長期的な家計の安定化にも貢献します。
太陽光発電のデメリットと対策方法
太陽光発電にはメリットがある一方で、デメリットも存在します。ただし、多くのデメリットには対策方法があるため、事前に理解しておけば不安を軽減できます。
初期費用が100万円以上かかる
太陽光発電の最大のデメリットは、初期費用の高さです。一般的な住宅用システム（5kW程度）の設置費用は、100万〜150万円程度かかります。
ただし国や自治体の補助金制度を活用すれば、数十万円の補助を受けられる場合があります。また、PPAモデル（電力購入契約）を利用すれば、初期費用ゼロで太陽光発電を導入できます。
- 補助金制度の活用：自治体によって10万〜30万円程度の補助が受けられる
- PPAモデル：初期費用ゼロで設置し、使った電力分だけ支払う
- リースプラン：月々定額で太陽光発電を利用できる
- 相見積もり：複数業者を比較して適正価格で導入する
費用対効果を考えると、電気代削減と売電収入を合わせて10〜15年程度で初期費用を回収できるケースが多いです。
天候に左右され発電量が不安定
太陽光発電は天候に大きく左右されるため、曇りや雨の日は発電量が大幅に低下します。また、夜間は全く発電できないため、電力供給が不安定になることがデメリットです。
この問題を解決するには、蓄電池の併設が有効です。晴れた日に余った電気を蓄電池に貯めておけば、夜間や悪天候時でも自家発電した電気を使用できます。電力の自給率が高まり、電力会社からの購入量をさらに減らせます。
蓄電池に対する補助金も多くの自治体や国で交付されているため、初期費用を抑えて導入できるでしょう。
定期的なメンテナンスが必要
太陽光発電システムは、長期間安定して稼働させるために定期的なメンテナンスが必要です。パネルの汚れ、配線の劣化、パワーコンディショナーの点検など、4年に1回程度の点検が推奨されています。
メンテナンス費用は1回あたり2万〜3万円程度ですが、メーカーや施工業者によっては無料点検サービスを提供している場合もあります。また、10年〜15年程度のメーカー保証が付いていることが多く、故障時の修理費用を抑えられます。
導入時には、保証内容やアフターサービスの充実度を必ず確認しましょう。長期的に安心して使えるかどうかは、業者選びが重要です。
設置できない住宅もある
太陽光発電は、すべての住宅に設置できるわけではありません。屋根の強度や形状、周辺環境によっては、設置が難しい場合や十分な効果が得られない場合があります。
- 屋根の耐荷重不足
古い建物や軽量鉄骨造の場合、パネルの重さに耐えられない - 屋根面積が狭い
十分な枚数のパネルを設置できない - 北向きの屋根
発電効率が著しく低い - 周辺に高い建物や樹木
日中の大半で影がかかる - 複雑な屋根形状
設置スペースが限られる
導入を検討する際は、必ず専門業者に現地調査を依頼し、設置の可否や期待できる発電量をシミュレーションしてもらいましょう。複数の業者に相談することで、より正確な判断ができます。
太陽光発電の基礎知識まとめ
太陽光発電は、太陽の光を電気に変換するクリーンなエネルギーシステムです。電気代削減や売電収入、災害時の備えなど、多くのメリットがあります。
初期費用の高さや天候への依存といったデメリットはあるものの、補助金の活用や蓄電池の併設などで対策が可能です。導入を検討する際は、複数の業者から見積もりを取り、しっかりと比較することが大切です。
- 太陽光発電は光起電力効果により太陽光を電気に変換する
- 家庭用は10kW未満、産業用は10kW以上で区分される
- パネル・パワコン・分電盤などの機器が連携して動作する
- 発電量は設置環境や天候に大きく左右される
- 電気代削減や売電収入、災害対策などのメリットがある
- 初期費用や天候依存などのデメリットには対策方法がある
太陽光発電の導入を検討する場合は、一括見積もりサービスを活用し、複数の業者を比較しましょう。自宅の条件に合った最適なプランを見つけることが、満足のいく導入につながります。
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