太陽エネルギーについて : 太陽光発電機

太陽光発電とは何ですか？なぜそれを使用する必要がありますか？

研究者によると、地球が受け取る太陽エネルギーの量は、人間の現在の電力使用量の10000倍を超えています。

さらに、太陽エネルギーの100％を1時間で電気に変換できれば、太陽エネルギーで生成された電力は、地球全体に1年間電力を供給するのに十分です。

太陽エネルギーの生産は、他の方法よりも（発電のための）必要なステップが少ないため、最も効率的な発電形態です。

太陽光は2つの方法で電気に変換できます。あるプロセスでは、太陽エネルギーは本質的に熱源として使用されます。

次に、この熱を使用して蒸気を生成し、蒸気タービンに動力を供給します。この発電方法は、太陽光発電と呼ばれています。

2番目の方法では、太陽電池を使用して太陽エネルギーを直接電気エネルギーに変換します。太陽電池はシリコン半導体材料で構成されています。

太陽光発電を選択する際に考慮すべきいくつかの要因は次のとおりです。

• 太陽エネルギーは豊富で効率的であり、電源を必要としません。

• 太陽光発電システムは数ヶ月で設置できますが、従来の発電機は構築に数年かかる場合があります。

• 太陽エネルギーは、空気や水を汚染しないため、クリーンエネルギーです。さらに、騒音公害を発生させる可動部品がありません。化石燃料とは異なり、太陽エネルギー発電は環境への有毒な排出物を生成しません。

• 太陽光発電は運用コストが低くなります。初期の設備投資が行われると、太陽エネルギーは基本的に無料であるため、化石燃料を購入し続ける必要はありません。

太陽エネルギーはPVセルによってどのように生成されますか？

PVセル（太陽電池とも呼ばれます）は、追加のエネルギー変換ステップなしで太陽光エネルギーを電気に変換する半導体デバイスです。

この変換は、光起電力効果によって実現されます。そのため、これらは光起電力（PV）セルとして知られています。

太陽光が当たると、端子に電圧と電流が発生します。

太陽電池によって生成されるエネルギーの方法と量は、太陽電池に当たる太陽光の量によって決まります。

これには、光の強度、光が当たる角度、セルのサイズなどの重要な側面も含まれます。

光の強度が高いほど、生成されるエネルギーも高くなります。セルの面積により、生成される電力量が増加します。

そこに当たる光がセルの前面に垂直なときに最大の電力を生成します。

太陽電池は、薄いシリコンウェーハを形成するためにリンとホウ素で処理されたシリコン半導体材料から作られています。

ウェーハ層がドープされた後、それらは接続されて太陽電池を形成します。

太陽光発電機の詳細

使用する技術や材料に関係なく、各太陽電池には電流を受け取るための2つの端子（正と負）があります。

太陽電池は通常、上部に前面接点、中央にPN接合、下部に背面接点を備えています。

基本的に、太陽光は光子の束で構成されており、それぞれに有限量のエネルギーがあります。

これらの光子は、太陽電池が電気を生成するために吸収される必要があります。

光子のエネルギーと半導体材料のバンドギャップエネルギーが光子吸収を決定します。

太陽光の光子は、ソーラーパネルの半導体材料に吸収されます。

その結果、接合部に電子正孔対が形成されます。

太陽電池が負荷に接続されると、接合部の電子と正孔が分離され、電子は負の端子に集められ、正孔は正の端子に集められます。その結果、端子間に電位が発生し、端子間に電圧が発生します。

これにより、電流（DC）がDC負荷、インバーター、またはバッテリー充電回路に送られます。

より多くの光子が吸収されるにつれて、生成される電流は増加します。

しかし、太陽電池に当たる日射の大部分は電気に変換されません。これは、光がさまざまな波長の光子で構成されているためです。

一部の光子は太陽電池に衝突して反射し、太陽電池に入るのを防ぎます。

電流に引き込まれる前に、一部の材料で生成された電子は他の分子と再結合します。

同様に、コンバージョン率やパフォーマンスが低い理由はたくさんあります。

個々の住宅で使用されるソーラーパネルの変換効率は、6〜10％の範囲です。

大規模設備や太陽光発電機用のソーラーパネルは、40〜60％の最大効率を実現するために最高の技術と材料で構築されていますが、最も高価でもあります。

太陽光にさらされると、1つの4 cm2太陽電池が0.5〜1 Vの電圧を生成し、0.7Wの電力を生成します。

最適に設計されたソーラーパネルの最適性能は通常25％です。

これらの個々のセルは、より高い電位差または電圧とより多くの電気を生成するように接続されています。

一部のセルは直列に配線され、一部は並列に接続されています。 PVモジュールは、一連の太陽電池を接続することによって作成されます。

また、いくつかのPVモジュールが相互にリンクされて、低電力と高電力の両方の発電アプリケーションに使用できるPVアレイを形成します。

太陽光発電システムのコンポーネント

誰かの屋根にソーラーパネルがあるのを見ると、その人が太陽光発電機に投資していることを知っていますが、システムが正しく機能するために必要な他のコンポーネントについて考えたことはありますか？

これは、太陽光発電機に必要なすべてのコンポーネントの包括的なガイドです。

ソーラーパネル

ソーラーパネルは、太陽光発電機の最も重要なコンポーネントです。

市場には多くの種類のソーラーパネルがあります。

ソーラーモジュールとしても知られるソーラーパネルは、本質的には直列および並列に接続された太陽電池のアレイです。

太陽電池の両端に発生する電位差は約0.5ボルトであるため、標準の12ボルトのバッテリーを充電するために14〜18ボルトを達成するには、このようなセルの必要な数を直列に接続する必要があります。

ソーラーアレイは、互いにリンクされたソーラーパネルで構成されています。

複数のパネルが並列および直列にリンクされ、それぞれ最適な電流と電圧を実現します。

コントローラ

鉛蓄電池の過充電と過少充電は良い考えではありません。

過充電と過少充電の両方が、バッテリーシステムに深刻な損傷を与える可能性があります。

これらの状況のいずれかを回避するには、コントローラーをシステムに接続して、バッテリーとの間の電流の流れを維持する必要があります。

バッテリー

すべての太陽光発電機にバッテリーアレイが含まれているわけではありませんが、電力を供給している建物に必要な電力よりも多くの電力を生成するシステムには、余分なエネルギーを蓄えるためのバッテリーが含まれています。

曇りや雨の日など、ソーラーパネルが十分な電力を生成していない場合は、蓄積されたエネルギーを使用できます。

インバーター

ソーラーパネルで生成される電気は直流（DC）です。グリッドから得られる電気は交流（AC）です。

したがって、グリッドとソーラーシステムの両方から共通の機器を実行するには、インバーターを設置して、ソーラーシステムのDCをグリッド電源と同じレベルのACに変換する必要があります。

インバーターはオフグリッドシステムのバッテリー端子間に直接接続され、DCをバッテリーからACに変換してから、機器に供給します。

グリッドタイシステムでは、ソーラーパネルはインバーターに直接接続され、インバーターは同じ電圧と周波数の電力をグリッドに供給します。

最新のグリッドタイシステムの各ソーラーモジュールは、個々のマイクロインバーターを介してグリッドに接続され、すべてのソーラーパネルから最適な電圧AC電力を取得します。

スタンドアロンの太陽光発電コンポーネント

スタンドアロンの太陽光発電機では、ソーラーパネルで生成された電力が最初にソーラーコントローラーに供給され、ソーラーコントローラーがバッテリーバンクを充電するか、ラップトップコンピューターやLED照明システムなどの低電圧DC機器に直接供給します。

通常、バッテリーはソーラーコントローラーから給電されますが、ソーラーパネルからの電力供給が不十分な場合にもソーラーコントローラーに給電することができます。

したがって、供給は、ソーラーコントローラーに直接接続された低電圧機器への普遍的に維持されます。

バッテリーバンクの端子も、このシステムのインバーターを介して接続されています。

インバーターは、洗濯機、大型テレビ、キッチン家電などの大型家電製品で、バッテリーバンクに蓄えられたDC電力を高電圧ACに変換します。

グリッドタイソーラー発電機コンポーネント

グリッドタイドソーラーシステムには、単一のマクロ中央インバーターを備えたものと、複数のマイクロインバーターを備えたものの2種類があります。

最初のタイプのソーラーシステムでは、ソーラーパネルとグリッド電源は、グリッドタイインバーターと呼ばれる一般的な中央インバーターにリンクされています。

ここでのインバーターは、DCをソーラーパネルからグリッドレベルのACに変換し、システムの当面の需要に基づいてグリッドとユーザーの配電パネルに供給します。

この場合、グリッドタイインバーターはグリッドから供給される電力も監視します。

グリッドの停電を検出したとします。その場合、ソーラーシステムのスイッチングシステムをアクティブにしてグリッドから切断し、停電時に太陽エネルギーがグリッドにフィードバックされないようにします。

1つのエネルギーメーターがメイングリッド供給ラインに接続され、グリッドからのエネルギーのエクスポートとインポートを追跡します。

複数のマイクロインバーターを備えたシステムでは、各ソーラーモジュールはそのマイクロインバーターに接続されます。

マイクロインバーターは、必要な高AC電圧を生成するために相互に接続されています。

マイクロインバーターの個々の交流出力電圧が加算されて、高い交流電圧が生成されます。

太陽光発電機の段階的な機能

• パネルがバッテリーユニットに接続され、日光にさらされると、DC電力が生成され、充電コントローラーに送られます。生成される電圧は、日光の強度とパネル表面に応じて12V〜18Vの範囲になります（クリーンで傷のないものが最適です）。

• 入力電圧が12〜13Vを超えると、充電コントローラーは追加の電力をバッテリーに送信します。まず、可変DC電力をより一定のDC電力に変換します。バッテリーが完全に充電されると、充電コントローラーはエネルギー源からの電力伝達を自動的にオフにします。

• 充電コントローラーの電流はバッテリー内部で化学反応を引き起こし、製品は潜在的な化学エネルギーとして蓄えられたエネルギーになります。負荷がバッテリーに接続されている場合、逆化学反応により、潜在的な化学エネルギーが電力に変換されます。バッテリーから流れる電流は依然として直流であり、問題の電気負荷がACに適している場合は、セットアップでインバーターが必要です。

• ソーラージェネレーターで電力を供給しようとしている機器が直流で、定格が12Vの場合、それらはバッテリー/パネルに直接接続できます。これは太陽光発電のメリットの1つです。ポータブル発電機には通常、DC負荷に電力を供給するために使用できる12VDC出力用の支柱が含まれています。アプライアンスが交流（AC）のみを受け入れる場合、電力は変換のためにインバーターにルーティングされます。

• インバーターは、バッテリーからの12V DC電力を変更して、キャンプ旅行で使用するラップトップなどのACサポートガジェットに電力を供給します。この電力は、家庭用コンセントプラグと同様に110〜120VACに変換されます。ポータブルソーラージェネレーターには、ケーシングに120VACを読み取る同様の出力プラグがあります。ラップトップやミニ冷蔵庫などの電化製品は、家庭の場合と同じように、このプラグから直接電力を供給できます。 AC機器の使用を許可すると、太陽光発電機はバックアップ発電機と同じように用途が広くなります。

太陽光発電機を最大限に活用するためのヒントとコツ

太陽エネルギーは世界中で急速に人気を集めています。

年率2％で成長しており、現在の傾向が続くとすれば、世界的に好まれるエネルギー源となるでしょう。

ほとんどの現代の国々は、人々がこの再生可能な資源に頼ってより多くのお金を節約し、環境を救うのを助けることを奨励しています。

よく維持されていれば、この傾向は今後数十年にわたって利益をもたらし続ける可能性があります。ここにいくつかのヒントとコツがあります：

位置

まず第一に、あなたの現在の場所を考慮してください。

雲量は多いですか、それとも雨や雪が多いですか？

毎日どのくらいの自然光が入りますか？

太陽電池パネルを設置するのに理想的な場所もあれば、電気またはバッテリーからより多くの利益を得る場所もあります。

太陽エネルギーシステムは、1日あたり少なくとも4〜6時間の日光が当たる地域で有益です。

太陽の角度を決定して、設置に最適な場所を決定します。

リソース

太陽エネルギーシステムのセットアップに必要な部品を販売する金物店が近くにありますか？

オンラインでの注文は簡単で便利ですか？

ソーラーパネルの設置と保守のための信頼できる高品質のサービスを提供できる機関や専門家はいますか？

材料は手頃な価格で高品質ですか？

これらはあなたが最もよい取り引きを得るために尋ねるべきである質問のいくつかです。

あなたの場所と交通手段は、オンラインで注文する便利さを決定します。

システムのセットアップと保守が難しいと思われる場合は、テクノロジーがお住まいの地域でより広く利用できるようになるまで待つことをお勧めします。

バジェット

太陽電池システムは通常、最初は高価です。

後で、太陽から得られるエネルギーが無料でいつでも利用できるため、コストが減少し始めることに気付くでしょう。

ソーラーパネルでカバーする必要があるエリアを決定することにより、あなたはあなたの予算を考慮することができます。

本当に必要のないものに多額の費用をかけないように、予算を立てることは不可欠です。

また、太陽エネルギーを動力源とするガジェットやデバイスについても検討する必要があります。

長寿

手入れの行き届いた太陽光発電システムは30年間持続します。

他のセットアップは、外部条件が非常に過酷であるか、材料を簡単に損傷する可能性がある場合、数か月または数週間しか続かない場合があります。

あなたはあなた自身の太陽電池を作るか、店からそれらを買うことができます。

セットアップの寿命は、材料の品質、用途、および用途によって決まります。

価格は必ずしも品質や寿命を意味するものではありません。

さまざまなブランドについて詳しく学び、最終的に寿命を延ばす機能の違いを確認する必要があります。

セットアップを使用した友人や他の人にアドバイスを求めてください。

ソーラー産業で技術が進化するにつれて、ソーラーパネルのコストが下がり続けるにつれて、ソーラー発電機はより小さく、より軽く、より使いやすく、より安価になります。

太陽光発電機を選ぶときは、サイズや容量の面でニーズに合ったものを選ぶこと、そしてソーラーパネルの寿命が長い評判の良いブランドを選ぶことが重要です。

最後に、購入する前に、信頼できるソーラージェネレーターのレビューを読んでください。