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太陽光発電の簡単な仕組み


太陽光発電が実用化されてから半世紀以上。地球環境に優しいエネルギーという事で、近年、世界的な関心の高まりもあって、著しく普及しています。
そもそも、「太陽光発電は、どのような仕組みで発電するのか?」という、お客様からご質問頂いたので、今回太陽光発電の簡単な仕組みをご紹介致します。

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1.完全自動運転+余った電気は自動的に売電

完全自動運転+余った電気は自動的に売電発電して余った電力は電力会社へ売り、夜間や雨の日など天気の悪く太陽による発電が望めない場合は、今まで通り、電力会社から電力を購入するシステムです。
電力会社との接続(系統連係)により、昼間に多く発電し余った電力は、自動的に電力会社に送られ、夜間や雨などで発電量が少ない時は電力会社から電力の供給を受ける事ができます。

2.天候別の発電パターン

晴天日の日中
(日射量の多い時)
朝夕や曇りの時
(日射量の少ない時)
雨天や夜間
(日射量がゼロに近い時)
晴天日の日中 朝夕や曇りの時 雨天や夜間の時
どんどん発電。
余った電力は、
電力会社に売電。
発電量が少ないので、
電力会社から不足分を
購入(買電)します。
ほとんど発電しないので、
買電でまかないます。

3.発電の原理

太陽光発電の原理(発電無時)





太陽光発電の原理(発電中時)
プラス(+)の小孔はP型へ、
マイナス(-)の電子はN型へ
集まりたいが、
PN結合の壁の為に進めない。
太陽光エネルギーを受け、
プラスの正孔はP型へ、
マイナスび電子はN型へ、
PN接合の壁を乗り越えて集まる。

4.太陽光発電システムの発電量

太陽電池容量

3.24kwシステム 4.29kwシステム 5.36kwシステム

年間発電電力量

3.311kwh 4.411kwh 5.511kwh

※各数値の算出は東京におけるシュミレーション値(方位・真南・傾斜角:30゚)

太陽光発電システムの3kwとか4kwというのは、以下のように算出します。

太陽電池モジュール公称最大出力 × 設置枚数 太陽光産出量
例えば、STP180S24/Ac(公称最大出力180w) × 18枚 3.24kw

実際の太陽光発電システムの発電量は各地の日射・設置方向・機器等の損失から、
太陽光発電システムの瞬間発電電力は60~80%

(1)設置条件(方向・角度・陰等の周辺環境)による損失
   南を基準でダウン率を0%にした場合、真東・真西はマイナス15%、
   真北はマイナス50%以上
(2).機器での損失


パワーコンディショナによる損失 4.5%→パワーコンディショナの電気変換効率レス分
太陽電池温度上昇による損失 12~2月:10% 6~8月:20%
3~5月,9~11月:15%
その他の損失 7%→受光面の汚れ・回路ロス

全国各地の年間発電量 (モジュール18枚 3.24kwシステム)

仙台
3,428kwh
東京
3,348kwh
長野
3,455kwh
名古屋
3,602kwh
大阪
3,498kwh
広島
3,604kwh
高松
3,672kwh
福岡
3,361kwh

1kwの住宅用太陽光発電システムの年間発電量は、約1,000kwhです

※上記の表は、シミュレーション値はあり、あくまでも目安です。

5.太陽電池の種類

種類

変換効率

特徴

主な用途





結晶系 単結晶
シリコン
14~
17.5%
最も古い歴史があります。200~300μm(マイクロメートル)の薄いシリコンの単結晶の基板に太陽電池を作ります。性能・信頼性に優れています。 宇宙
地上
多結晶
シリコン
12~
16.0%
多結晶シリコン基板からでき、効率は単結晶よりやや劣るものの、製造技術力で効率アップ。低コストが可能。 地上
非結晶系 アモル
ファス
6~
10%
電卓等で使われてあり、変換効率が結晶系に比べ落ち、初期劣化も有る。 民生
地上


Ⅲ-Ⅴ族
(GaAsInP等)
18~
20%
高変換効率だが、高コスト。 宇宙
Ⅱ-Ⅵ族
(CdTe等)
8~
10%
薄膜セルとして低コスト化が期待されているが、“環境に優しい”という点にはあまり適さない。 民生
地上
三元化合物
(CuInSe2等)
薄膜セルで開発中、低コスト・高効率が期待できる。 民生
地上

※GaAs・InPの化合物、Cd・Te・Cu・In・Se元素記号は、ウィキペディアを参照。

6.各社主要の太陽光発電能力の比較表

(2008年現在)

 

Suntech

SHARP

京セラ

SANYO

三菱

セル種類 HIT
公称最大出力 180w 160w 183w 210w 185w
公称最大出力
動作電圧
36V 21.28V 23.6V 41.3V 24.6V
公称最大出力
動作電流
5A 7.52A 7.76A 5.09A 7.52A
公称開放電圧 44.8V 25.6V 29.5V 50.9V 30.4V
公称短絡電流 5.29A 8.42A 8.49A 5.57A 8.34A
寸法(㎜) 1580×808 1165×990 1338×1012 1580×812 1657×858
質量 15.5㎏ 14.5㎏ 16.5㎏ 15.0㎏ 17.0㎏
太陽光発電
モジュール変換効率
14.1% 13.8% 13.5% 16.4% 13.0%

モジュール変換効率の算出方法は、1㎡当たり公称最大出力1kw発電できる場合を100%として算出される。算出式は以下の通り。

公称最大出力(kw)/モジュール面積()]x100=モジュール変換効率(%)

  上記のSuntechを例にモジュール変換効率を算出すると、
   ・公称最大出力:180w=0.18kw
   ・モジュール面積:1580㎜ × 808㎜ = 1.580m x 0.808m = 1.27664㎡
      [0.18(kw)/1.27664(㎡)]×100≒14.099≒14.1(%)
  となり、この場合のモジュール変換効率は、1.41%となる。
 

太陽光発電の仕組みついて、いろいろ書いてみました。
これからも、できる限りお客様の声に答えていきたいと思います。
ジェイジェイドリームのHPをよろしくお願いします。

 

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