太陽光発電の変換効率とは？他の発電方法との違いや発電量を増やす方法を解説

再生可能エネルギーの中でも、特に身近な存在といえるのが太陽光発電です。太陽光発電の仕組みは複雑であり、さまざまな要因により変換効率が左右されます。変換効率が高ければ高いほど、限られた設置面積からより多くの電力を生み出すことが可能です。

この記事では、太陽光発電の変換効率とは何か、その他の発電方法の変換効率とも比較しながら解説します。

太陽光発電システムの変換効率が落ちる原因・上げる方法にも触れているため、変換効率を最高の状態に高めたい方もご一読ください。

太陽光発電の変換効率とは？

太陽光発電の変換効率には、以下の2つの指標があります。

＜太陽光発電の変換効率＞

• モジュール変換効率
• セル変換効率

まずは、それぞれの変換効率の違いを整理しましょう。

モジュール変換効率

モジュール変換効率とは、太陽光発電の核となる太陽光パネル（モジュール）1枚あたりの発電効率を指す言葉です。

太陽光パネルのカタログには、一般的にモジュール変換効率が記載されています。

モジュール変換効率は、その太陽光パネルを設置した場合に、単位面積からどれだけ発電できるかがわかるため、後述するセル変換効率よりも実用的です。なお、住宅用太陽光パネルのモジュール変換効率の目安は、約20％と言われています。

セル変換効率

セル変換効率とは、太陽光パネルを構成する最小単位の「太陽電池セル」単体の面積に対する発電効率です。

これは、メーカーが技術開発の成果を示すために用いられています。モジュールに組み込まれる線の配線や枠も面積に含めるため、モジュール変換効率よりも数値が高くなることが一般的です。

太陽光発電と他の発電方式の変換効率を比較

太陽光発電とその他の発電方法について、変換効率と発電コストを一覧表にまとめました。

【太陽光発電と他の発電方式の変換効率比較表】

※発電コストは1kWhあたりの金額です。

太陽光発電の変換効率は、水力発電や火力発電と比べると大幅に下がります。しかし、住宅の屋根や遊休地に設置でき、個人レベルでも運用が可能な太陽光発電は柔軟性が高く、広く普及しているのです。ここからは、それぞれの発電方法の特徴をさらに詳しく解説します。

太陽光発電

太陽光発電の変換効率は、他の発電方法と比較するとやや低めです。つまり、効率の良くない発電方法といえます。

その理由としては、太陽光というエネルギー密度が低い資源を利用していることや、光電効果と呼ばれる物理的な制約を受けることが挙げられます。

太陽光発電の特徴は、燃料不要で発電できるためCO2排出量が少なく、設置場所の自由度が高いことです。

風力発電

風力発電とは、風によって生み出したエネルギーを使い、タービンを回して電気に変換する発電方法です。

高い変換効率を誇ることが強みですが、発電量は風の強さに依存するため、安定性には欠けます。

水力発電

水力発電とは、水の位置エネルギーや運動エネルギーを直接的に利用する発電方法です。発電効率は約80％と、全ての発電方法の中でも頭一つ抜けています。

ただし、多くの発電量を確保するためには大規模なダムが必要であり、初期コストも高額なため、新たな設置場所の確保が困難です。

地熱発電

地熱発電とは、地下の地熱を利用して蒸気を生み出し、タービンを回して電気を作る発電方法です。熱エネルギーを運動エネルギーに変換する過程でロスが生じるため、変換効率は低くなります。

バイオマス発電

バイオマス発電とは、木材を燃焼させたり、家畜の糞尿をガス化したりして発電する方法です。

生物資源（バイオマス）を利用するため、バイオマス発電と呼ばれます。火力発電との共通点が多く、発電効率は熱効率に依存することが特徴です。

火力発電（参考）

火力発電とは、LNGや石炭などを燃焼させて得た熱エネルギーでタービンを回し、電気を作る発電方法です。

コンバインドサイクル発電と呼ばれる最新鋭の火力発電では、ガスタービンと蒸気タービンを併用するため、高い変換効率を生み出せます。しかし、CO2排出量が多いことが欠点です。

太陽光発電システムの変換効率が落ちる原因

太陽光発電システムの変換効率が落ちる原因はさまざまです。変換効率は太陽光パネルの性能に左右されることはたしかですが、その他の外的要因により変換効率が変動します。

高性能な太陽光パネルのポテンシャルを無駄にしないためにも、変換効率が落ちる原因を知っておきましょう。

＜太陽光発電システムの変換効率が落ちる原因＞

• 天候
• 外気温
• 経年劣化
• 障害物の影響
• メンテナンス不足

天候

太陽光発電の変換効率を左右する要因として、もっとも大きいのは天候です。曇りや雨の日は日射量が極端に少なくなるため、発電量が落ち、変換効率も下がります。

また、比較的日射量が多い夏場だとしても、黄砂や花粉が太陽光パネルの表面に付着すると受光量が減り、一時的に発電効率が低下する可能性が高いです。

外気温

太陽光パネルには、温度が上がりすぎると発電効率が低下するという特性があります。太陽光パネルの適正温度は25℃とされており、そこから1℃上昇するごとに、発電量が0.4％～0.5％ほど低下することが一般的です。

このような特性が原因で、日射量が多い真夏でも、発電効率が下がることは珍しくありません。

経年劣化

経年劣化も太陽光発電の発電効率を低下させる原因の一つです。太陽光パネルは、紫外線や熱の影響で劣化し、パネル内部のセルや封止材が傷んで発電効率を低下させます。

NTTファシリティーズによると、メガソーラーの発電効率は年間0.25%～0.5％ほど下がると言います。

年間0.25％の劣化に抑えられたとしても、10年後には約2.5%、20年後には約5％は発電効率が低下すると考えなければなりません。

障害物の影響

太陽光パネルの一部に影が落ちると、その箇所では発電できないため、発電効率が下がります。発電効率に影響を与える障害物の種類はさまざまです。

庭の樹木や隣接する建物、電柱が影を落とすこともありますし、鳥の糞などが影となって発電効率を低下させることもあるでしょう。

また、影が落ちる箇所は「ホットスポット」になることも注意点の一つです。ホットスポットとは、汚れや影などの影響により、太陽光パネルの一部だけが異常に高温になる現象を指します。

ホットスポットは、太陽光パネルの発電量を低下させるだけでなく、故障や発火を誘発するリスクを孕むため、注意しなければなりません。

メンテナンス不足

以下のようなメンテナンス不足も、太陽光パネルの変換効率を下げる原因となります。

＜発電効率を低下させるメンテナンス不足の内容＞

• 太陽光パネルの汚れ
• ケーブルや接続部の緩みまたは腐食
• パワーコンディショナー（パワコン）の故障

メンテナンスが不足している状態のまま放置すると、システム全体の不具合を招き、発電効率を低下させてしまいます。

このようなトラブルを避けるポイントは、定期的に専門業者にメンテナンスを依頼することです。

不具合が軽度なうちに修理・交換を行うと、機器が長持ちするため、中長期的なコストパフォーマンスも高くなります。

太陽光発電の変換効率を上げる方法

太陽光発電の変換効率を最大化させるためには、高性能パネルを選ぶことに加えて、設置後の運用方法を工夫することが大切です。

太陽光発電の変換効率を上げる方法は、次のとおり主に5つあります。それぞれの方法について、わかりやすく解説しましょう。

＜太陽光発電の変換効率を上げる方法＞

• 太陽光パネルに適した設置環境を整える
• 変換効率が高い太陽光パネルを選択する
• 設置環境に適した太陽光発電システムを採用する
• 太陽光パネルの上に影がかからないようにする
• 太陽光パネルを定期的にチェックする

太陽光パネルに適した設置環境を整える

太陽光パネルのポテンシャルを最大限に引き出すためにもっとも重要なのは、最適な設置環境を整えることです。太陽光パネルの理想的な設置環境をリストアップします。

＜太陽光パネルの理想的な設置環境＞

• 真南向きの屋根に設置する
• 傾斜角が30度になるように調整する

日本では、真南向きかつ傾斜角30度が、年間発電量を最大化するために最適な設置環境とされています。建物自体の角度や屋根の形状によっては、設置場所の制約を受けますが、可能な限り真南向き・傾斜角30度に近付くよう、設置環境を整えましょう。

変換効率が高い太陽光パネルを選択する

変換効率が高い太陽光パネルほど、豊かな発電量を確保しやすいです。導入を検討する段階で、カタログなどから発電効率を比較する場合は、モジュール変換効率同士を比較しましょう。

特に単結晶シリコンやヘテロ接合型といったモデルは、高い変換効率が期待できます。一般論として、変換効率が高い太陽光パネルほどコストが高くなることは事実です。

しかし、変換効率が高いほどより多くの電力を自家消費したり、売電したりできるため、中長期的な経済効果が得やすくなるでしょう。

設置環境に適した太陽光発電システムを採用する

設置環境をコントロールするには、建物の建て替えなど大規模な対策が必要です。しかし、設置環境に適した太陽光発電システムを採用することにより、現状の設置環境における変換効率を最大化できます。

例えば、近隣の建物などの影響で太陽光パネルに影が落ちやすい場合は、パネル1枚ごとに発電を最適化できる「パワーオプティマイザ」などの機能を備えた太陽光パネルを購入すると良いでしょう。

また、太陽光パネルだけでなく、パワーコンディショナーの変換効率に注目することもポイントです。

パワーコンディショナーの変換効率が高ければ高いほど、太陽光パネルで発電した電気を効率よく交流電力に変換できます。

太陽光パネルの上に影がかからないようにする

太陽光パネルの導入後は、太陽光パネルの上に影が極力かからないように工夫しましょう。

例えば庭の樹木が成長すると、導入時にはかからなかった影が太陽光パネルに落ちる可能性があります。

定期的に樹木の手入れや剪定を行い、影が落ちないようにお手入れをすると有効です。また、アンテナなどの設備を屋根に設置する場合は、太陽光パネルに影がかからない位置に設置しましょう。

太陽光パネルを定期的にチェックする

発電量の低下を防いで、システムを長期間にわたり安定して稼働させるためには、定期的な点検が不可欠です。

モニタリング機能が搭載されている太陽光発電システムを選ぶと、発電量をリアルタイムで確認できるため、急激な発電量の低下といった異常を素早く察知できます。

異常を見つけた場合は、できる範囲で清掃やメンテナンスを行い、それでも改善できなければ専門業者に保守・点検・清掃を依頼しましょう。

特に異常が見られない場合も、最低でも4年に1度のペースで定期点検を依頼することをおすすめします。

まとめ

太陽光発電を含む発電方式ごとの変換効率について、ランキング形式でまとめ直します。

【太陽光発電と他の発電方式の変換効率比較表（ランキング）】

※発電コストは1kWhあたりの金額です。

太陽光発電の変換効率は、太陽光パネルの性能だけでなく、設置環境やメンテナンスの有無によって大きく左右されます。変換効率が落ちる原因と、変換効率を高める方法を知り、発電量を最大化させましょう。