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pvシステムってどういうもの?特徴や仕組みを徹底解説!

多くの住宅でpvシステムの普及は増加傾向にありますが、pvシステムについてどのくらい知っていますか。pvシステムは電気代が安くなる、お金が返ってくるなどメリットの部分に注目が集まりがちです。では、太陽光発電をなぜpvシステムと呼ぶのかはご存じですか。このように、pvシステムについて知っているようで知らないことは多々あるのです。また、メリットだけでなく、デメリットも理解しておかなければ危険性も高まるでしょう。今回は、pvシステムの特徴や仕組み、メリット・デメリットについて詳しく解説していきます。

pvシステムの特徴とは?

pvとは太陽光発電のことを指し、pvを動かすための太陽電池やインバータなどの装置を全部含めた呼び方がpvシステムです。pvシステムは、発電・電流変換・充電・売買の4つの基本構成があります。しかし、基本構成だけでなく太陽光発電をする目的によって、さまざまな種類のpvシステムを構築しているのです。例えば、自宅の停電に備えて蓄電のみを目的としている場合は、売買を行う機能は必要ありません。逆に、発電によって利益を出し続けたい人は、売買を行う機能は必要不可欠となります。使う人の目的に合わせてシステムを組める多様性や、発電を利益に変換できる機能性は、pvシステムの大きな特徴といえるでしょう。

pv施工技術者制度って何?

“pv施工技術者制度は、一般住宅でpvシステムを設置する上で必要な知識や技術を持ってもらう制度です。しかし、pv施工技術者制度は平成29年4月の改正FIT法施行によって平成28年度でなくなりました。ただし、pv施工技術者制度をすでに持っている人は、有効期限以内ならば更新手続きが可能です。pv施工技術者制度の変わりに加わった制度が、pvマスター技術者制度で改正FIT法の規定によって、新たに加わった必要な知識や技術を習得する制度となります。

pvマスター技術者制度には、pvマスター施工技術者認定制度とpvマスター保守点検技術者認定制度があります。まず、pvマスター施工技術者認定制度は、改正FIT法の規定されている事業計画策定ガイドラインに沿って太陽光発電設備の設計や設置に必要な知識や技術を習得するものです。認証には、座学や実技の講習や終了試験を行う研修と、認定試験に合格する必要があります。ただし、pv施工技術者の場合はステップアップ試験として、追加された制度の研修と試験で取得が可能です。

一方、pvマスター保守点検技術者認定制度は、JPEAとJEMA(日本電気工業会)が決めた保守点検ガイドラインなどに沿って、保守点検などの技術レベルを認定するものです。認定試験を受けるためには、pv施工技術者やpvマスター施工技術者などの資格を持っている必要があります。研修はなく試験に合格すれば認定される制度です。また、pvマスター施工技術者認定制度とpvマスター保守点検技術者認定制度の有効期間はいずれも4年間なので理解しておきましょう。”

太陽光発電をpvと呼ぶのはなぜ?

“日本では、太陽電池をSoiar Cellと呼ぶことが多く、pvと関連性が全くないため太陽光発電をpvと呼ぶことに疑問を持つ人も多いのではないでしょうか。実は、pvは略称で正式には、Photovoltaic(フォトボルタイク)という意味になります。Photovoltaicを日本語に変換すると光起電性となり、海外では太陽光発電をPhotovoltaic Power Generationと呼ぶのです。つまり、海外での呼び名であるPhotovoltaic Power Generationの「Photovoltaic」を省略させた言葉がpvとなります。

ちなみに、Power Generationは日本語で発電という意味になるため、太陽光発電の名称が日本と海外で違うのです。そのため、日本では太陽光発電、海外の多くはPhotovoltaicと2種類の呼び名があるため、人によって太陽光発電やpvとそれぞれ呼び方に違いが出ているといえます。しかし、意味は全く同じなので太陽光発電またはpvと2種類の呼び名を覚えておくと良いでしょう。”

pvシステムに必要となる基本性能

“pvシステムに必要な性能は、目的によってさまざまな種類が存在します。その中でも、基本的な性能は主に4つです。まず、1つ目の太陽電池で発電する機能は、太陽の光を太陽電池に当てることで電気を発生させることができます。2つ目は、インバータと呼ばれる機能で、直流を交流に変換することが可能です。コンセントからの電気を使う冷蔵庫や電子レンジなどは、交流で動くように作られています。そのため、発電したままの直流では使うことができないのです。インバータの機能を使い直流を交流に変換することで、各家庭の電化製品に合った電流に変えることができます。さらに、インバータには、電圧や電流を調整する機能・無効電力調整機能・周波数を調整する機能が備わっており、各pvシステムなどの種類に応じて電気を使う製品に合わせることができる重要な機能です。

3つ目が、蓄電池で発電した電気を充電する機能を持っています。蓄電池は、発電した電気を使わずに貯めることが可能です。蓄電池を活用することで、発電していないときでも電気を使えるようになります。例えば、太陽が出ていない日や夜間など発電ができない場合に、蓄電池の電力を使って家電を動かすことが可能になるのです。また、日中でも発電量が足りない場合に蓄電池を使って電力を維持することができます。蓄電池がないと、発電したときにしか電気を使えないため必要な機能でしょう。

4つ目が、系統連系システムと呼ばれる機能で、電力会社と電気の売買が行えるシステムです。系統連系システムは蓄電池との相性も抜群で、蓄電池で貯めた電気を電力会社に売ることができます。また、蓄電池や発電量が少ない場合は電力会社から電気を買うことも可能です。つまり、必要な電気だけを買い余分な電気はお金に変えることができるため、使い方によっては電気代の節約や利益を発生させることができます。”

【pvシステムの種類1】独立システム

独立システムは、電力会社との売買を行うための電力系統と連系しないpvシステムです。システム構成は、ソーラーパネルから発電した必要な電気は、インバータで変換し電力として利用します。また、使用しない余った電力は蓄電池で充電する構成です。主に、蓄電を行って停電や夜間に電気を利用し節電や災害対策として活用します。コスト削減から蓄電機能を付けない人もいますが、実用性が低いため蓄電機能を付けている人が多いでしょう。独立システムでは、商用の電力系統を必要としないため導入時のコストが低い特徴があります。そのため、自宅の電力を確保したい人に需要が集まっているでしょう。

【pvシステムの種類2】系統連系システム

“系統連系システムは、自宅の太陽光発電システムを電気供給設備に接続するシステムです。構成システムは、太陽電池で発電しパワーコンディショナで変換、必要な電力は自宅で利用します。必要のない電力は電力会社に売却をすることが可能です。また、必要な電力が確保できない場合は、電力会社から電気を買うことができます。一般家庭のほとんどは、系統連系システムを採用している需要の高いシステムなのです。系統連系システムの導入コストは独立システムと比べて高いものの、電気をお金に変えられることや補助金が受け取れることでリスクを最小限に抑えています。中には、売買で得たお金が導入コストを上回ったケースも少なくありません。

また、系統連系システムではパワーコンディショナの役割が非常に重要な特徴もあります。系統連系システムは電力系統が停電してしまうと、火災や感電など大きな事故を招く危険性があるのです。パワーコンディショナには、電気変換だけでなく電力系統を遮断する安全装置が備わっています。そのため、系統連系システムには重大な事故を未然に防げる機能も兼ね備えているといえるでしょう。”

pvシステムで太陽光を電気に変える仕組みとは

“太陽光を電気に変える重要な装置が太陽電池です。太陽電池には、太陽の光を熱に変わる前に吸収し、電気に変える働きがあります。この太陽電池は、マイナスを集めるn型半導体とプラスを集めるp型半導体を重ねたシリコン半導体で構成されており、光エネルギーをマイナスとプラスで分けることができるのです。光エネルギーは、半導体に当たるとプラスマイナスの両方が発生します。しかし、プラスとマイナスが混ざり合うと電気に変えることができません。そのため、n型とp型の半導体でプラスとマイナスを分けて電気を発生させる電池を作るのです。

太陽の光エネルギーを貯めた太陽電池は、それぞれの電極を繋ぐことで直流電力が生まれます。直流電力はパワーコンディショナによって交流電力に変換され、電力会社に売却したり自宅で利用したりできるようになるのです。そのため、太陽光で電気を作るためには、太陽電池やパワーコンディショナなどを組み合わせることで初めて生み出せる自然エネルギーだといえます。”

pvシステムを利用するメリット

“pvシステムには、5つのメリットがあります。1つ目が光熱費の削減が可能な点です。pvシステムの熱源は太陽の光を活用するため、お金がかかる部分は、導入コストやメンテナンス費用などになってきます。そのため、設置する環境にもよりますが電気代の節約になるのです。さらに、オール電化にすることで、ガス代を抑えることも可能となります。また、住宅用太陽光発電は需要の高まりによって、年々価格が下がっているのです。とくに、パワーコンディショナや配線などの周辺機器の価格は目に見えるほど減少しています。さらに、性能も高まっているため発電量が増加し、月々の光熱費の下げ幅は高まっているといえるでしょう。

2つ目は、電気の売買が可能な点です。pvシステムを蓄電として利用するだけでなく、電気をお金に変えられるのは大きなメリットといえます。導入さえしてしまえば、自分で何もすることなく自動でお金を生むことができるからです。発電で売ったお金をメンテナンス代に回すこともできます。発電の電気を多様化できることは大きなメリットです。3つ目は、蓄電によって停電などの緊急時にも電気が使えることでしょう。pvシステムのない家庭で、停電になるとすべての家電製品が使えなくなってしまいます。オール電化が普及している2018年時点では、電気が使えないと明かりを灯すことも難しくなってしまうのです。蓄電をしておくだけで、災害対策にも繋がるのはうれしいメリットといえます。

続いて、メリットの4つ目はpvシステムの寿命が長い点です。pvシステムの平均寿命は、一般的に20~30年といわれています。パワーコンディショナなどの周辺機材でも10~15年と長期間の利用が可能なのです。しっかりとメンテナンスをしていれば、数年で壊れる可能性は少ないといえます。また、メーカーによっての保証もあるため故障しても安心です。5つ目は、pvシステムを導入すると、自治体から補助金制度を受けられる点でしょう。2013年に国からの補助金は終了しましたが、交付条件を満たせば自治体から補助金がもらえます。補助金の金額は、各自治体によって算出方法が異なり、1件当たりの定額制や1kwあたりの金額制などさまざまです。補助金を利用すれば、導入コストの削減にも繋がるでしょう。”

pvシステムを利用するデメリット

“pvシステムの利用にはデメリットも多数あります。まず、設置する場所によって発電量が違う点です。pvシステムは、太陽の光を電気に変える仕組みのため日射量が少ないと発電量も少なくなってしまいます。そのため、太陽が当たる時間が短い場所などは貯まる電気量も下がってしまうので注意が必要です。続いて、年々導入コストは下がっているとはいえ、pvシステムの初期費用は高額で、約100~200万円かかってしまいます。導入コストを超えるには、7~8年程度必要なため、金銭にある程度余裕が必要だといえるでしょう。

また、pvシステムには、初期費用に加えてメンテナンス費用もかかってきます。メーカー保証が10年程度付いていますが、無料や有料と故障の内容によって差があるのです。また、10年を超えると保証もなくなってしまうため、メンテナンス費用が負担となります。メンテナンスを定期的に行わないと、発電量の低下や寿命を早める原因となってしまうのです。そのため、数年に1度はメンテナンス費用が発生してしまうデメリットは理解しておきましょう。

また、pvシステムの設置により、雨漏りが発生する原因にもなります。住宅の屋根には、雨漏りを防止するシートなどあらかじめ対策してあるのです。しかし、pvシステムを設置する過程で雨漏り対策のシートなどを破損させてしまう可能性があります。そのため、pvシステムを設置する場所の構造を理解しておくことも必要です。”

まとめ

pvシステム(太陽光発電システム)は、利用目的に合わせてさまざまな種類があります。pvシステムを導入することで、災害対策に繋がるだけでなく電気代の節約も可能です。また、電気を売買すればメンテナンス費用やコストの削減ができるメリットもあります。しかし、故障や初期費用などのデメリットにも目を向けなければなりません。デメリットを把握していないと、大きな事故に繋がる危険性もあるからです。pvシステムの性能やメリット・デメリットなどを十分理解した上で、どんな太陽光発電を導入すべきかを考えると良いでしょう。

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