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太陽光モジュールとは?その意味や基礎知識・仕組みを解説!

2023/01/24

「太陽光モジュールって聞くけど太陽光パネルとは違う製品なの?」、「太陽光モジュールの仕組みってどうなっているの?」、「太陽光モジュールって何種類あるの?」など太陽光モジュールに問い合わせが増えています。

今回は、「そもそも太陽光モジュールとは何か」や「太陽光モジュールの種類」、設置する時の注意点・購入するときのチェックポイントについて詳しく説明します!

 

太陽光モジュールとは?

太陽光モジュールとは、太陽光パネルと同じ意味で太陽光を電気エネルギーに変換する装置の名称を指します。

太陽熱を受けてお湯を作る太陽熱温水器のなかにも「太陽光パネル」と呼ばれるパーツがあるため、太陽光モジュールという言葉が生まれました。

 

太陽光モジュールの仕組みについて

太陽光モジュールを構成する太陽電池は、マイナスの電気が帯びやすいn型シリコン半導体とプラスの電気が帯びやすいp型シリコン半導体を貼り合わせて作られています。

それぞれの半導体に太陽光が当たると、n型シリコン半導体はマイナス極になり、p型シリコン半導体はプラス極になります。

太陽光が当たった太陽光モジュールの中は乾電池と同じ状態になります。

太陽光モジュールと太陽光モジュールどうしを電線で繋ぐと光が当たっている間は発電し続ける仕組みです。

 

太陽光モジュールの基礎知識

太陽光モジュールには、パーツによって名称が変わります。

太陽光モジュールのそれぞれの名称について詳しく説明します。

 

モジュール

太陽光モジュールとは、カタログなどで見る太陽光パネルを指します。

大きさは、各メーカーによって多少の違いはありますが、エコの王様で人気の長州産業太陽光モジュールCS-340B81の場合は、高さ1,616mm×幅1,054mm×厚み40mm重さ18.6kgです。

分かりやすい身の回りの商品で例えると、畳一畳分を少し大きくしたようなイメージです。

一般的な畳の大きさは、高さ1,620mm×幅91mm×厚み55mm~60mm重さ4kg~5kg(厚みが60mm以上になると10kg~)です。

自宅に太陽光モジュールを設置する場合は、「畳を何枚設置できるか。」をイメージしておくと分かりやすいです。

2023(令和5)年1月現在販売されている太陽光モジュールの発電量は、メーカーによって多少の違いはありますが250W~410Wです。

太陽光パネルメーカーに関する詳しい記事はこちら⇒【2022年】太陽光パネルのメーカーについて!おすすめできるメーカーを公開

 

セル

セルとは、太陽光モジュール(太陽光パネル)を構成する最小の単位のことで別名「太陽電池素子」とも呼ばれています。

大きさは、1つが10cm四方の太陽光モジュールが多いです。

セルには、マイナスの電気を帯びやすいn型シリコン半導体とプラスの電気を帯びやすいp型シリコン半導体を貼り合わせています。

セルが何枚も集まって太陽光モジュールが完成します。

セル単体での発電量3.5W~4W程度と弱く、セルを何枚も繋ぎ合わせることによって多くの電気を生み出せます。

 

ストリング

ストリングとは、複数の太陽光モジュールを直列に繋いだ回路を指します。

ブロックやグループと呼ばれることもあります。

複数の太陽光モジュールをストリングすることによって、モジュール1枚よりも多くの電気を生み出せるようになりました。

ストリングは、太陽光モジュールの性質や屋根の大きさに応じて、直列に接続するだけになく直列と並列を組み合わせて設計されることもあります。

複数のストリングを組む時は、それぞれのストリングを構成する太陽光モジュールの枚数を限りなく揃えるのが基本です。

 

アレイ

アレイとは、必要な電力を得られるように複数のストリングを並列に繋いだ回路を指します。

一般的に「家庭用太陽光発電システムの発電量が4kW」と言われたらアレイの容量を指します。

アレイの数値が高ければ高いほど太陽光発電システムの性能が高いことを示します。

アレイの計算は簡単にできます。

太陽光モジュール1枚の発電量(W)×太陽光モジュールの枚数=アレイ容量(kW)

例えば、発電量が400Wの太陽光モジュール6枚を組み合わせたストリングを2つ並列に並べて接続した場合、アレイに使用した太陽光モジュールは12枚です。

アレイの容量は、400W×12枚=4,800W(4.8kW)です。

太陽光発電システムの発電量に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光の1日の発電量はどれくらい?期間や時間について解説!

 

太陽光モジュールの種類

2023(令和5)年現在販売されている太陽光モジュールは大きく分けると4つに分類されます。

それぞれの太陽光モジュールの特徴について詳しく説明します。

 

単結晶シリコン

単結晶シリコンは、2023(令和5)年1月現在販売されているさまざまな種類の太陽光モジュールのなかで、最も歴史が古い太陽光モジュールです。

単結晶シリコン太陽光モジュールのメリットは、発電効率が高く耐久性が高いことから世界中で最も多く生産されているモジュールです。

発電効率が良く耐久性が高い単結晶シリコン太陽光モジュールですが、製造工程に時間が掛かるため多結晶シリコン太陽光モジュールと比較すると設置費用が高かったり、気温が上がると発電効率が下がるといったデメリットがあります。

単結晶シリコン太陽光モジュールのメリット・デメリットをまとめた表は次の通りです。

メリットデメリット

・発電効率が高い

・耐久性に優れている

・多結晶シリコン太陽モジュールと比較すると設置費用が高い

・高温になると、発電効率が下がる

 

多結晶シリコン

多結晶シリコン太陽光モジュールの基本性能は、単結晶シリコン太陽光モジュールと同じです。

単結晶シリコン太陽光モジュールの製造工程のなかでできた結晶シリコンの破片を使っているので、太陽光モジュールが完成した時はまだら模様になります。

多結晶シリコン太陽光モジュールは、生産時間が短く単結晶シリコン太陽光モジュールの破片を使用しているためコストを抑えられます。また、単結晶型シリコンよりも温度変化に強いというメリットもあります。

生産コストが抑えられるため、世界中で多く製造されている太陽光パネルの1つです。

単結晶シリコン太陽光モジュールの破片を使って製造されているため、結晶と結晶の間に隙間が生まれるため製造欠陥が生まれてしまい、単結晶シリコン太陽光モジュールよりも発電効率が落ちます。

多結晶シリコン太陽光モジュールのメリット・デメリットをまとめた表は次の通りです。

メリットデメリット

・単結晶太陽光モジュールと比べると設置費用が安い

・高温になっても変換効率が落ちにくい

・単結晶太陽光モジュールと比べると発電効率が落ちる

 

多接合型

多接合型太陽光モジュールとは、2つの異なる性質を持った太陽光モジュールを組み合わせて作られた、別名ハイブリッド型太陽光モジュールとも呼ばれいます。

多接合型太陽光モジュールは、2つ異なる性質を持った太陽光モジュールの良い点を抽出して使用しているため、太陽光モジュールの弱点を消してくれます。

日本で最も有名な多接合型太陽光モジュールがPanasonicが独自製法で作ったHIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layerの略称)と呼ばれる製品です。

HITには、発電効率は良いが高温に弱い単結晶シリコン太陽光電池モジュールと高温には強いが発電効率が低い薄膜シリコン(アモルファスシリコン)型太陽光モジュールが使われています。

2つの太陽光パネルの良いところだけを抽出して製造しているため、夏場は発電効率が落ちやすくなると言われているなかでもHITは充分な発電量が確保できます。

夏場でも発電効率が落ちにくい多接合型太陽光モジュールですが、製造時間や材料が大量に必要があるため他の太陽光モジュールと比べると設置費用は高額になるデメリットがあります。

多接合型太陽光モジュールのメリット・デメリットをまとめた表は次の通りです。

メリットデメリット
・1年を通して発電量が安定している

・他の太陽光モジュールと比べると設置費用が高額

 

CIGS

CIGS太陽光モジュールとは、銅(Cu)・インジウム(In)・ガリウム(Ga)・セレン(Se)の元素の頭文字を取った化合物系太陽光モジュールを指します。

2023年(令和5)年現在販売されている太陽光モジュール多くは、モジュールの表面温度が60℃~80℃になる真夏は発電効率が落ちると言われています。

CIGSをはじめとする化合物系太陽光モジュールは、真夏でも発電効率は落ちにくいとされています。

CIGS以外の太陽光モジュールは、モジュールの1部でも影になると発電しなくなったり、発電効率が落ちたりします。

それに対して、CIGSをはじめとする化合物系太陽光モジュールは、影になった場合でも発電効率の低下を最低限に抑えられますし、素材の特徴で太陽光は当たると初期値に対して、発電量が上がる「光照射効果」を持っています。

さまざまなメリットがあるCIGS太陽光モジュールですが、2023年1月現在販売されてる太陽光モジュールの一般的な発電効率は20%前後に対してCIS太陽光モジュールの発電効率は、14%~15%程度と低くなっているのがデメリットです。

CIGS太陽光モジュールのメリット・デメリットをまとめた表は次の通りです。

メリットデメリット

・真夏でも発電効率が落ちにくい

・初期値よりも発電量が上がる、「光照射効果」を持っている

・他の太陽光モジュールと比べると発電効率が低い

太陽光パネルの種類に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光発電の効率って?発電効率と計算方法を解説!

 

太陽光モジュールの注意点について

太陽光モジュールは、汚れたり少しでも欠けてしまったりすると著しく発電量が落ちたり発電効率が落ちたりします。

太陽光モジュールを設置したあとの注意点は、全部6つあるので詳しく説明します。

 

汚れ

太陽光モジュールは屋外に設置されているため、風で運ばれてきた砂やホコリ、落ち葉・鳥の糞が付着します。

太陽光モジュールに付着した砂やホコリは、基本的には雨で洗い流されるため発電効率がそこまで落ちる心配はありませんが、鳥の糞や落ち葉などが降り積もって堆積するとその部分が影になって発電効率が落ちます。

太陽光モジュールは定期的にメンテナンスすることによって発電効率を維持できます。

ここで注意しなければならないのが「メンテナンスは自分でしない。」ということです。

この記事を見ている人なかには、「自分でメンテナンスしたほうが費用を抑えられる。」と思っている人が多いはずです。

ですが、知識が無い素人が太陽光モジュールのメンテナンスするとさらに発電効率が落ちる可能性があります。

太陽光モジュールの汚れを自分で拭き取ろうとして水道水を使うと、乾燥した時に水道水中のカルキが白く固まって影を作ってしまって更に発電効率を落とす結果になります。

また、太陽光モジュールと汚れを拭き取るための雑巾などの間に小石などが挟まっていると、太陽光モジュール傷が入ってそこから水などが入って太陽光パネルが故障してしまう可能性があります。

太陽光パネルのメンテナンスは、自分でするのではなく専門業者に任せておくと良いでしょう。

太陽光パネルのメンテナンスに関する詳しい記事はこちら⇒太陽光発電の維持費は?メンテナンスや寿命について解説!

 

ホットスポット

ホットスポットとは、「太陽光モジュールが局所的に発熱して高温になる。」不具合を指します。

太陽光モジュールが発電している時のモジュールの表面温度は約30℃~約50℃で、最も表面温度が高くなる真夏が約70℃~約80℃になるとされています。

エコの王様で人気の長州産業CS-340B81の動作温度は、40℃~85℃になっているため太陽光モジュールの表面が80℃になったとしても通常に動作します。

この話を聞いていると「80℃でも高いじゃないか!」と感じている人も多いと思いますが、ホットスポットができると表面温度は100℃を超えます。

ホットスポットが発生する理由は、主に太陽光モジュールの表面に付いた汚れです。

太陽光モジュールに付いた汚れは発電量を落とす原因になります。

発電量が落ちると太陽光モジュールを構成するセル内の電気抵抗が大きくなるためホットスポットが発生しやすくなります。

 

破損

台風や強風によって石などが太陽光モジュールに当たってしまうと太陽光モジュールは破損します。

太陽光モジュールが破損するとセルを覆っている強化ガラスにひび割れが入って、割れたところから水などが入り込んで太陽光モジュールが故障してしまうケースがあります。

太陽光モジュールには、人体に悪影響を与えるとされている、カドミウム・セレン・鉛などの有害物質が含まれているため破損してしまった場合は、お住まいの地域の専用窓口に問い合わせをしましょう。

間違っても自分で対処はしないようにしましょう。

太陽光モジュールの廃棄方法に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光パネルの問題とは?環境破壊や猛毒と言われている理由

 

劣化

太陽光モジュールもテレビや冷蔵庫と同じ電化製品のため経年劣化が発生します。

太陽光モジュールは、メーカーによって多少の違いはありますが、設置してから0.25%~0.5%ずつ経年劣化すると言われています。

テレビや冷蔵庫は、経年劣化が進むと壊れて使えなくなりますが太陽光モジュールは違います。

太陽光モジュールは経年劣化が進んだとしても壊れて発電しなくなるわけではありません。

太陽光モジュールの経年劣化が進むと発電効率が下がります。

太陽光モジュールの寿命は20年~25年と言われていますが、寿命を過ぎたあとでも発電し続けます。

太陽光モジュールの寿命に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光パネルの寿命は何年?耐用年数との違いや劣化させないためのテクニック

 

盗難

太陽光パネルの盗難が多いのは、家庭用太陽光発電システム(総発電量が10kW未満)よりも産業用太陽光発電システム(総発電量が10kW以上)です。

家庭用太陽光発電システムは、自宅に屋根に設置しているため盗難されにくいですが、産業用太陽光発電システムは自宅以外の広い場所に設置されていますので盗難されやすいです。

盗難されやすいのは、太陽光モジュールよりも配線です。

配線が盗難されやすい理由は次の通りです。

・ケーブルの素材となっている銅が高値で取引されている

・換金しやすい

・夜間は発電していないので関電する危険性が低い

・太陽光モジュールよりも軽い

・製造番号がないため追跡されにくい

家庭用太陽光発電システムよりも産業用太陽光発電システムのほうが盗難の被害に遭う可能性は高いですが、家庭用も盗難に遭っているケースもありますので、盗難されにくい環境を作っておく必要があります。

太陽光パネルの盗難に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光発電投資は失敗する?リスクやメリットを解説!

 

廃棄

太陽光モジュールは、寿命が20年~25年と言われているため一度設置すると取り外さない製品です。

ですが、自宅の建て替えや屋根の葺き替え・解体などの理由で、太陽光モジュールを取り外さなければならないケースもあります。

では、「取り外した太陽光モジュールをどうやって廃棄するのか。」という問題が出てきます。

取り外した太陽光モジュールには、人体や生態系に悪影響を及ぼす有害物質が含まれているため、産業廃棄物として廃棄しなければなりません。

まず太陽光モジュールを廃棄する場合は、お住まいの地域の担当窓口に連絡して指示を仰いで正しい手順を踏んで廃棄しましょう。

産業廃棄物処理業者が太陽光モジュールを取りに来るまでに時間が掛かる場合は、太陽光モジュールをブルーシートなどで覆って有害物質が流出しないようにしておきましょう。

太陽光モジュールの廃棄に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光パネルの問題とは?環境破壊や猛毒と言われている理由

 

太陽光モジュールでチェックするべきところは?

太陽光モジュールは、設置前と設置後にチェックするポイントが全部で4つあるので、詳しく説明します。

 

出力

太陽光モジュールの出力とは、「太陽光がモジュールに当たった瞬間に発電できる電気量」を指します。

簡単にいうと「太陽光モジュール1枚で発電できる電気量」になります。各太陽光パネルメーカーのカタログを見てみると「公称最大出力」としてモジュール1枚あたりの発電量が書かれています。

公称最大出力が高ければ高いほど太陽光モジュール1枚の性能が高いことになります。

例えば、公称最大出力が400Wと書いてある太陽光モジュールがあったとすると太陽光モジュール1枚あたり400W発電する性能を持っています。

太陽光モジュールをこれから設置しようと検討している人は、公称最大出力を見ながら購入するのも良いでしょう。

※各メーカーの公称最大出力は、JIS(日本産業規格)の値でテストした場合の数値のため、1年を通して公称最大出力通り発電するわけではありません。

 

変換効率

太陽光モジュールの変換効率には、「モジュール変換効率」と「セル変換効率」の2種類があります。

モジュール変換効率とセル変換効率の違いについて説明します。

 

モジュール変換効率

モジュール変換効率とは、太陽光モジュール1枚の1㎡あたりの変換効率を指します。

一般的に使われているのがモジュール変換効率です。

モジュール変換効率が高ければ高いほど、太陽光モジュールの性能は高いです。

モジュール変換効率は、次の計算式で算出できます。

モジュール変換効率=モジュール公称最大出力(W)÷モジュール面積(平方メートル)×(1,000W/平方メートル)×100

エコの王様で人気がある長州産業の太陽光パネルCS-340B81のモジュール変換効率は、

340W÷幅1,616mm×高さ1,054mm×1000W×100≒20%になります。

2023(令和5)年1月現在販売されている太陽光モジュールの発電効率は20%前後一般的です。

 

セル変換効率

セル変換効率とは、太陽光モジュールを構成するセル1枚あたりの発電効率を指します。

セル変換効率は、セルとセルを繋いだときの電気抵抗を受けないため、モジュール変換効率よりも高くなる傾向にあります。

モジュール変換効率よりもセル変換効率のほうが高い数値が出やすいため販売店によっては、セル変換効率をモジュール変換効率として見せていることもあるので注意が必要です。

太陽光モジュールの変換効率に関する詳しい記事がこちら⇒太陽光発電の効率って?発電効率と計算方法を解説!

 

パワーコンディショナー

パワーコンディショナーは、太陽光モジュールの次に重要な製品の1つです。

パワーコンディショナーがなければ太陽光モジュールは発電しませんし、パワーコンディショナーの容量以上に発電はしません。

太陽光モジュールで発電された電気は直流電流のため直接各電化製品に使えないため、パワーコンディショナーが直流電流を交流電流に変換して各電化製品に電気を送ります。

電気は、電圧が高い場所から低い場所にしか流れないため売電する時に、パワーコンディショナー側の電圧が電線側よりも低い場合は、電圧を上げて電気を電線側に送り出す逆潮流を起こる役割を担っています。

太陽光モジュールよりも役割の多いパワーコンディショナーの寿命は、10年~15年と言われています。

太陽光発電システムの発電量が著しく落ちたり発電しなくなったりした場合は、太陽光モジュールの不具合よりもパワーコンディショナーの不具合を疑ったほうが良いでしょう。

パワーコンディショナーの役割に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光発電と蓄電池のセットは元が取れる?仕組みや電気の動きについて解説!

 

値段

2023(令和5)年1月現在、太陽光発電システムの販売価格は太陽光モジュール1kWあたりの価格で販売されています。

太陽光モジュール1kWあたりの価格には、次のような項目が含まれています。

・太陽光モジュール代金

・パワーコンディショナー代金

・モニター代金

・架台代

・配線代

・工事代金

5kW発電する太陽光発電システムの販売価格が110万円(税込)だった場合の1kWあたりの費用は、22万円(税込)です。

計算式は次の通りです。

太陽光発電システムの販売価格(税込)÷太陽光発電システムの総発電量(kW)=太陽光モジュール1kWあたりの販売価格(税込)

2022(令和4)年2月4日に価格等査定委員会が出した、「令和4年以降の調達価格などに関する意見」を見てみると、太陽光発電システム1kWあたりの価格は、28万9,000円(税込)が妥当であると試算されています。

今から太陽光発電システムの導入を検討している人は、1kWあたり28万9,000円を基準に購入すると良いでしょう。

これ以上安かったり高かったりすると怪しい業者の可能性もあります。

そのため、太陽光発電システムを購入するときは、1社で決めるのではなく2~3社以上の相見積もりを取ると良いでしょう。

※訪問販売・ネット販売など販売方法によって販売価格は変わります。

太陽光発電システムの販売価格に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光発電の設置費用はいくら?相場感や補助金について解説!

参考資料:令和4年以降の調達価格などに関する意見(令和4年2月4日版)価格等算定委員会

 

太陽光モジュールのまとめ

みなさんいかがだったでしょうか?

今回のお話をまとめると、

太陽光モジュールと太陽光パネルは同じ意味!

太陽光モジュールの中でも4つの名称がある!

2023(令和5)年1月現在販売されている太陽光モジュールは、大きく分けると4つある!

太陽光モジュールの注意点は全6つある!

太陽光モジュールのチェックポイントは全部で4つある!

太陽光モジュールという言葉を聞いたことはあっても品質や性能などを知らない人がほとんどです。

太陽光モジュールの種類が違えば発電量・発電効率・価格が変わります。

エコの王様には、太陽光発電システムに詳しいスタッフが多数在籍しております。

太陽光発電システムを導入する前に太陽光モジュールの基本性能などを知りたい人は、お気軽にエコの王様にお問い合わせ下さい。

分かりやすく説明します!

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