太陽光の発電効率ってどのくらいなの?そもそも発電効率って何?

発電効率とは再生可能エネルギーをどれだけ電気エネルギーに変換できたかという割合のことを指します。例えば、太陽光の発電効率は平均すると20%程度です。

人工衛星などに導入されている太陽光発電設備は最大約40%の発電効率を可能としますが、そうした高効率のパネルは莫大なコストがかかります。そのため民間企業や、個人にとって非現実的で、20%程度の効率の製品が主流です。そうした一般的なパネルの場合、設備の建設費用は1kwあたりおよそ30万円程度と言われています。

再生可能エネルギーとして太陽光発電の他には、風力発電と水力発電が挙げられます。一般的な風力発電の発電効率は約30~40%です。水力発電の発電効率は最大で約80%です。

発電効率の観点から見ると、太陽光発電の発電効率は低いですが、発電量と設置コストのバランスで見ると、太陽光発発電は再エネの中でも優れています。そのため近年の導入件数は太陽光発電が圧倒的に多く、一般家庭や法人施設においても普及が進んでいます。

太陽光発電の発電効率に影響するのは何?

太陽光発電の発電効率を左右する3つの要因は、「パネル性能」「気温や天候」「パワーコンディショナーやソーラーパネルの使用年数」です。各々の要因について下記にて説明していきます。

パネル性能

ソーラーパネルのメーカーや、素材によって発電効率が細かく異なります。パネルの素材としてはシリコン系、化合物系、有機物系、有機無形ハイブリッド系などが代表的です。中でもシリコン系は市場に流通しているソーラーパネルの約9割を占めています。特に「単結晶シリコンパネル」という種類は発電効率が高く、一般世帯の限られたスペースに導入するパネルとして適しています。なお、特にソーラーパネルの発電量を評価する指標になるのが「モジュール変換効率」と「セル変換効率」です。

「モジュール変換効率」とは

太陽光パネルの1平方メートル当たりの変換効率を表す指標のことを指します。太陽光パネルの発電効率を表す指標として一般的に使われます。

「セル変換効率」とは

照射された太陽光エネルギーのうち、何%を電力に変換することができるのかという数値のことを指します。値が高いほど、効果的に発電することができます。

気温や天候

一般的に太陽光発電の設備は気温上昇に伴い発電効率が低下すると考えられています。これは代表的なパネルの素材として挙げられているシリコンの「温度上昇によって機能が低下する」という性質によって起こります。

発電効率は気温25度の環境下における数値です。気温が1度上昇すると発電効率は0.4~0.5%下がると言われています。太陽の出ていない雨や、曇りの日には発電量が大幅に落ちてしまいますが、太陽から直接当たる光だけではなく、雲などに反射してくる弱い光でも発電することができます。

パワーコンディショナーやソーラーパネルの使用年数

パワーコンディショナーとは、太陽光発電システムや、家庭燃料電池を利用する上で。発電された電気を家庭などの環境で使用できるように変換する機器のことを指します。

太陽光発電設備は太陽光を受け取るソーラーパネルや、パワーコンディショナーなど各配線で構成されています。設備の耐用年数は17年と言われています。しかし、これは「事業で使用する際に減価償却の基準となる年数」であり、17年で寿命を迎えるわけではないです。

一般的にソーラーパネルの寿命は20~30年、パワーコンディショナーは10~15年であると考えられている。故障がない限り設備を使用することができますが、発電効率が低下する可能性があります。

素材にも取りますが、使用年数が20年以上した場合、80%以下に発電効率が低下する可能性も考えられます。定期的にメンテナンスや、アフターサービスを行うことで発電効率を維持することができます。

実際の発電効率ってどうなの?

今回は、5社のHPを参照し発電効率を比較しました(2021年5月24日時点)。数あるメーカーの中でもソーラーフロンティアの値が他のメーカーを大きく引き離しています。ソーラーフロンティアでは、曇天時のパフォーマンスを良くするためにCIS太陽電池を利用しています。

CIS太陽電池とは、銅(Cu)、インジウム(In)、セレン(Se)の3つの元素を主な原料とする太陽電池です。通常のシリコンから成る太陽電池よりも夏場の日差しの強い時期に性能を発揮しやすく、薄膜化により資源を有効活用できます。

メーカー 変換効率(%)
ソーラーフロンティア 23.35
シャープ 19.6
京セラ 19.6
サンテックパワー 20.4
インリーグリーン 22.5

1年間で太陽光発電設備がどのくらい発電するのか?

設備利用率とは、対象とする発電設備の実際の発電量が、仮に100%運転を続けた場合に得られる電力量の何%にあたるかを表す数値のことを言います。再生可能エネルギー発電における年間の設備利用率は、以下の計算式です。また、経産省の資料を基に、年度別の設備利用率の水準を整理しております。

年間設備利用率(%) = 年間発電量 ÷ (発電設備の容量×365日×24時間)×100

年度 2020 2019 2018 2017 2016
設備利用率 17.2% 17.2% 17.1% 15.1% 13.7%

例として、自宅でおよそ4kWの発電ができる場合、ありえないですが常に快晴で夜間も発電する場合、「4×24×365=34560kWh」となり設備利用率は100%となります。しかし実際は、「4×24×365×0.137(設備利用率)=4734.72kWh」となります。このように太陽光は気温や、天候に左右されるため実際の発電量は低くなることがわかります。

まとめ

最後まで読んで下さりありがとうございます。太陽光発電について少しでも理解していただけたら幸いです。太陽光パネルは太陽光のエネルギーを全て電気に変換できるわけではなく、一般的には20%程度であり、また気温や天候等によっても左右されるため設備利用率にも影響があることが分かりました。現在、様々なメーカーから太陽光パネルが販売されていますが、太陽光発電の発電効率を把握した上で、各々のご家庭にあった太陽光パネル選びをしてみて下さい。

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エコモ博士
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