ソーラーパネル : ソーラーパネルはどのように機能しますか？

太陽エネルギーの生成と分配の基礎

•太陽エネルギーが太陽電池に当たり、電場を生成します

•生成されたエネルギーは、パネルの端と導線に循環します

•導線は電気エネルギーをインバーターに伝達し、そこで直流（DC）から交流（AC）に変換され、家庭に電力を供給します。

•別のワイヤーは、インバーターからの交流電気エネルギーを施設の電気パネル（ブレーカーボックスとも呼ばれます）に送信し、施設全体に必要な電力を分配します。

•発電時に不要な電力は、電力量計を経由して電力網に送られます。メーターを流れる電流により、メーターは逆方向に動作し、過剰な発電が発生したと見なされます。

ソーラーパネルには、太陽エネルギーを電気に変換するために太陽放射を集中させるためのミラーがあります。

このエネルギーは、電気に変換したり、バッテリーや蓄熱に蓄えたりすることができます。

それぞれの地球の場所は1年を通していくらかの日光を浴びますが、地球の表面の任意の場所に到達する太陽放射の強度は異なります。

ソーラーパネルはこの放射を捕らえ、それを使用可能なエネルギーに変換します。

ソーラーパネルの仕組みに関する段階的な内訳

これは、ソーラーパネルが実際にどのように機能するかについての簡単な3ステップガイドです。

太陽は力を生み出す

「ソーラーパネルはどのように機能するのか」という質問への回答を開始します。まず、伝統的に電力がどのように生産されているかについて説明しましょう。

発電には燃料の使用が必要です。発電に使用される燃料の多くは、深刻な環境への影響をもたらす可能性があります。

損傷は、化石燃料の抽出と使用の両方によって引き起こされます。

山から採掘される石炭は、従来の発電所の燃料として使用されています。

ウランは、原子力発電で使用するために鉱山から抽出されます。

発電に使用される燃料の入手と配送は、骨の折れる、時には破壊的なプロセスです。

石炭や天然ガスなどの化石燃料の燃焼プロセスは、大気汚染物質を生成します。

原子力エネルギーの使用は、放射性物質の漏出の可能性を高めます。

一方、ソーラーはまったく異なる種類の燃料、つまり太陽光で動作します。

採掘も、大きなパイプラインも、地球の動きもありません。空から降り注ぐ自然光だけです。

日光は豊富で、収集が簡単で、安全で、環境にやさしいです。

太陽は無限の資源であるため、太陽光発電はしばしば再生可能エネルギーと呼ばれます。

これが、一部の地域が地域の太陽光発電構成補助金を提供する理由です。

太陽熱や集光型太陽光発電など、他の種類の太陽光発電も存在します。

ソーラーパネルは太陽光を吸収します

太陽光が太陽から約9,300万マイルの光速で移動し、ソーラーパネルに当たると、電力を生成するプロセスが始まります。

ソーラーパネルは、日当たりの良い屋上や庭や近くの畑の地面に設置されている可能性があります。

他のタイプの人気のあるソーラーパネルに接続されている可能性があります。

ソーラーアレイは、いくつかのパネルのグループです。

ソーラーパネルとは正確には何ですか？

半導体の一種であるシリコンセルでできた四隅の板状構造です。

モジュールとも呼ばれます。

電子は細胞内に存在します。

一部の物質（リンやホウ素など）は、磁場を形成するためにセルに適用されます。

一部のセルは正に帯電していますが、他のセルは負に帯電しています。

日光は電子を破壊し、負に帯電した電子がシリコンセルの片側に流れることを可能にします。

動きの結果として、電力の流れまたは電流が生成されます。

電気はセル上の金属導体によって集められ、ワイヤーに転送されます。

太陽光はソーラーインバーターによって電気に変換されます。

現時点では、太陽光発電はまだ家庭で使用する準備ができていません。

ここで、ソーラーインバーターを設置することが有効になります。

これは、ソーラーコンバーターとも呼ばれる金属製の箱で、自宅のヒューズボックスの近くに配置されている場合があります。

その控えめな外観にもかかわらず、ボックスは私たちが太陽エネルギーを使用できるようにする上で重要な役割を果たしています。

それをあなたのソーラーパネルとあなたの家の間のリンクと考えてください。

コイル、ワイヤー、磁石がDCからACに電力を「反転」させるだけでなく、家庭で使用できるようにするだけでなく、インバーターは他の電力管理機能にも役立ちます。

停電が発生した場合、一部のインバーターは家を中央グリッドから切り離すことができます。

インバーターには、停電時に家がある程度の電力を確実に受け取れるようにするために、最小限のバッテリー電力を含めることもできます。

これらは、太陽光発電の信頼性を高めるエネルギー管理および通信機能を実行するため、新しいインバーターは、太陽光発電構成の背後にある「スマート」と呼ばれることがよくあります。

従来のインバーターには違いがあることは注目に値します。

マイクロインバーターはあなたが見ているものです。

マイクロインバーターは、ボックスに収納されるのではなく、ソーラーパネルの真下に設置されます。

ソーラーインバーターが稼働しているときは、ソーラープール暖房、ソーラー家庭用暖房設備オプション、ソーラー温水ヒーターなど、ソーラーで利用できるさまざまなものの点で空が限界です。

太陽光発電（PV）セルの科学

太陽光発電パネルは、太陽光を電気に変換できる小さな太陽電池で構成されています。

これらのセルは半導体材料、最も一般的にはシリコンでできており、電界を生成するために必要な電気的不均衡を維持しながら電気を伝導することができます。

太陽光が太陽電池の半導体に当たると、光子の形で光のエネルギーが吸収され、多くの電子が放出され、セル内を自由にさまようようになります。

太陽電池は、正と負に帯電した半導体が互いに結合して電界を形成することで構成されています。

この電界により、電子は一方向に、つまりセルの内側を覆う導電性の金属板に向かって流れるようになります。

この流れはエネルギー電流と呼ばれ、その強さによってすべてのセルが生成できる電力量が決まります。

緩んだ電子が金属板と衝突すると、電流がワイヤーに供給され、他の電気生成源の場合と同じように電子が流れます。

ソーラーパネルが電流を生成すると、エネルギーは一連のワイヤーを介してインバーターに転送されます。

ソーラーパネルは直流（DC）電力を生成しますが、電力ユーザーの大多数は、家に電力を供給するために交流（AC）電力を必要とします。

インバーターの機能は、電気を直流（DC）から交流（AC）に変換し、日常の活動に使用できるようにすることです。

電気は使用可能な形（交流電力）に変換された後、インバーターから電気パネルに送られ、必要に応じて家中を循環します。

太陽エネルギーは現在、照明、電化製品、その他の電子機器に電力を供給するために広く利用できます。

ブレーカーボックスから吸収されなかった電力は、ユーティリティメーターを介してユーティリティグリッドに送られます。

ユーティリティメーターは、自宅とその逆の電力の流れを監視します。

ソーラーパネルシステムがオンサイトで使用するよりも多くの電力を生成すると、このメーターが逆になり、ネットメータリングプロセスによって生成された余剰電力がクレジットされます。

ソーラーパネルが生成するよりも多くの電力を使用すると、このメーターを介してグリッドから補助電力を引き出し、正常に機能させます。

ストレージソリューションをオフグリッドにするまでは、特にソーラーパネルが生成されていない夜間に、グリッドエネルギーを使用する必要があります。

それにもかかわらず、このグリッドエネルギーのほとんどは、日中および使用量の少ない期間に生成される過剰な太陽エネルギーによって補償されます。

太陽熱温水と集光型太陽光発電

太陽熱温水システムは、太陽光発電を収集し、それを使用して家の水を加熱します。

コレクター、貯蔵タンク、熱交換器、コントローラーシステム、およびバックアップヒーターは、これらのシステムの重要な部分です。

太陽熱温水システムには電子の動きはありません。

むしろ、パネルは太陽光を熱に変換します。

太陽熱システムのパネルは「コレクター」と呼ばれ、通常は屋根に設置されます。

それらは、従来の太陽光発電パネルとは異なる方法で電力を取り込み、電力ではなく熱を生成します。

太陽光はコレクターのガラスカバーを通過し、太陽エネルギーを収集して熱に変換するように設計されたコーティングが施された吸収プレートに当たります。

この熱は、プレートの小さなパイプにある「移送液」（不凍液または飲料水）に伝達されます。

集光型太陽光発電は、太陽光を熱に変換することにより、太陽熱温水と同じように機能します。

CSP技術は、ミラーを使用して太陽熱エネルギーを集中させることにより発電します。

CSP設備のミラーは、焦点に太陽を反射します。

吸収体または受信機は、この焦点で熱エネルギーを捕捉して蓄積します。

CSPは、電力網の推進を支援するために、ユーティリティ規模の設置で最も一般的に使用されます。

ソーラーパネルの仕組みに関するその他の重要な要素

シリコン太陽電池とは別に、ソーラーパネルにはシリコンPVセルに耐久性と安全性を提供するガラスケーシングが含まれています。

パネルには、太陽系のエネルギー吸収と温度から保護する絶縁体とガラス外装の下の保護バックシートがあります。

温度が高くなると効率が低下し、ソーラーパネルの性能が低下するため、この断熱材は重要です。

ソーラーパネルは反射防止コーティングでコーティングされており、太陽光の吸収を高め、シリコンセルが最大の太陽光にさらされるようにします。

シリコン太陽電池は通常、単結晶と多結晶の2つのセル構成で製造されます。

単結晶セルは単一のシリコン結晶で構成されていますが、多結晶セルはシリコンフラグメントまたは破片で構成されています。

単結晶フォーマットは通常より高価ですが、電子が動き回るためのより多くのスペースを提供し、多結晶よりも効率的なソーラー技術を提供します。

効率的なソーラーパネルとは正確には何ですか？

ソーラーパネルを購入するときは、すべてのソーラーパネルが効率の点で同じであるとは限らないことに注意してください。

これが、ソーラーパネルの設置コストに変動が頻繁にある理由です。

ソーラーパネルの効率は、ソーラーパネルに当たる太陽光のどれだけが電力に変換されるかによって決まります。

ソーラーパネルの効果が高いほど、必要なものは少なくなります。

屋根のスペースが限られている場合や部分的に日陰になっている場合は、ソーラーパネルの効率が非常に重要になります。

効率を求めるとき、価格は必ずしも考慮事項ではありません。

購入するパネルの数を減らすことで節約できるものは、より効率的なモデルに高い価格を支払うことで失う可能性があります。

ソーラーパネルを設置する前に、あなたはあなたの家の太陽数スコアを研究するべきです。それは、受け取った日光の場所と量に基づいて、非常に効率的なソーラーシステムの可能性を示します。

ほとんどのPVセルは、約15％と20％の効率であり、スペクトルの両端に外れ値があります。

洗練されたソーラーパネルは、特定のケースで22％の効率を超えることがありますが、市場に出回っているほとんどの太陽電池の生産性は20％以下です。

異なる効率定格を持つ2つのソーラーパネルに同じ時間同じ量の太陽光が当たると、効率の高いパネルは効率の低いパネルよりも多くの電力を生成します。

天候はソーラーパネルの動作にどのような影響を及ぼしますか？

気候条件は、あなたが考えている方法ではありませんが、ソーラーパネルによって生成される電力量に影響を与える可能性があります。

もちろん、太陽光発電の理想的な条件には、晴れた晴れた日が含まれます。

ただし、ほとんどの電子機器と同様に、ソーラーパネルは暖かい天候よりも寒い天候の方が生産性が高くなります。

その結果、パネルは同じ時間でより多くの電力を生成できます。

パネルは、温度が上昇するにつれて、より少ない電圧とより少ないエネルギーを生成します。

ソーラーパネルは冬の条件でより信頼性がありますが、必ずしも夏よりも多くの電力を生成するわけではありません。

暖かい夏の間は、日当たりの良い天気がより一般的です。雲が少ないことに加えて、太陽は通常、1日のより長い期間目に見えます。

そのため、暑い時期にパネルの効率が低下したとしても、冬よりも夏の方が確実に多くの電力を生成します。一部の州は他の州よりも多くの日光を浴びています。

それで、気候条件が太陽光発電に影響を与える可能性がある場合、いくつかの州は他の州よりも太陽エネルギーの優れた選択肢ですか？

簡単な答えは「はい」ですが、天気のせいでいつもそうとは限りません。

たとえば、雲を考えてみましょう。曇りの日に日焼けした人は誰でも、太陽放射が雲を透過することを理解しています。

同じ理由で、ソーラーパネルは曇りの日でも発電することができます。ただし、雲量とソーラーパネルの品質に基づいて、ソーラーパネルの発電効率は晴れた日と比較して10〜25パーセント以上の範囲になる可能性があります。

ソーラーパネルの仕組みに関する事実

ソーラーパネルがどのように機能するかについて知りたいと思うかもしれないいくつかの事実がここにあります。

ソーラーパネルは機能するために直射日光を必要としません

太陽が輝いているときは最適な性能が得られますが、曇りの日や冬の間は電力が生成されます。

一方、夜間は発電できませんが、この問題はストレージシステムで解決できます。

太陽電池貯蔵システムのコストは、余剰エネルギーを国の送電網に売ることと、完全にエネルギーに依存しないという利点によって相殺することができます。

ソーラーパネルは、コストが高く、したがって価値が高い日中に無料で発電することを覚えておく必要があります。

潜在的な問題

ソーラーパネルを設置する前に、屋根の形状と傾斜、および家自体の位置を考慮してください。

年間最高のパフォーマンスを達成するには、屋根を30度の角度で南向きにする必要があります。

システムに午前10時から午後4時の間に影がない場合、ソーラーパネルはさまざまな環境で動作できるため、これらは厳密な要件ではありません。

ソーラーパネルが木や茂みから離れていることを確認してください。理由は2つあります。設置場所が日陰になる可能性があることと、枝や葉が表面に傷を付けてパフォーマンスが低下する可能性があることです。

過度の風雨の影響も長期的にはパフォーマンスを低下させる可能性があるため、配置を評価する際には風よけを考慮に入れる必要があります。

それにもかかわらず、ソーラーシステムには通常25年間の保証があり、その期間内にパフォーマンスが80％を下回らないことを保証します。

驚くべきことに、ソーラーシステムは暑い気候では最適に機能しません。

これは、太陽電池が熱ではなく太陽光を使用し、高温になると性能が低下するためです。

ソーラーパネルはどのような素材でできていますか？

太陽電池とも呼ばれるソーラーパネルは、太陽光を電気に変換する半導体ベースのシステムです。

光が細胞に当たると、電子が原子から分離されて細胞内を流れ、電気が発生します。

家庭用のソーラーパネルは、受け取った太陽光の約20％を電力に変換できるようになりました。