2024年01月12日
ソーラーパネルの発電効率を上げる｜理想的な角度を探求
太陽光で発電するソーラーパネルにとって、太陽光がパネルに当たる量は発電効率に関わる重要な要素です。ソーラーパネルを設置する方位は真南が最も推奨されることはご存じだったとしても、お住まいの地域において、最適なパネル設置角度はご存じない方も多いはずです。年間を通して発電量を最大限に得られる理想の角度や条件についてご紹介いたします！
目次
太陽光発電のしくみ
太陽光発電は、太陽からの光を太陽光パネルで受け取り、それを電力に変換する仕組みです。ソーラーパネルは光エネルギーを電力に変換する役割を果たし、このシステムによって再生可能なエネルギーが得られます。
太陽光発電の発電効率とは？変換効率との違いは？
太陽光発電の発電効率
太陽光発電の発電効率とは、太陽の光エネルギーがどれだけ電気エネルギーに変換されたかを示す指標です。発電効率が高いほど、発電に必要なエネルギーを無駄にすることなく発電できるということになります。
太陽光発電の発電効率は一般的に20%程度です。
- コラム
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火力発電の発電効率は？火力発電の発電効率は40%前後といわれているため、発電効率20%の太陽光発電より効率よくエネルギーを生み出しているということになります。しかし、太陽光は限りのない再生可能エネルギーという点で、火力発電と単純に比較できないメリットがあります。
火力発電のエネルギー源である化石燃料は限りがあり、採掘できる地域が限られているため、世界情勢によってエネルギー価格が大きく左右されるという懸念点があります。
また、火力発電を行う際に発生する二酸化炭素は地球温暖化の要因とされ、世界中で二酸化炭素削減が目標に掲げられています。一方で太陽光発電は、発電時に二酸化炭素を発生させないクリーンエネルギーです。
地球保護の観点だけでなく、エネルギーの価格安定や自給率向上のためにも、再生可能エネルギー導入の更なる拡大が必要です。
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モジュール変換効率とは？
「モジュール」とは太陽光パネルのことを指します。
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で、太陽光がどれだけ電気エネルギーに変換されたかを示す指標です。
太陽光パネルメーカーでパネルの性能を示す際はモジュール変換で表示されていることがほとんどです。モジュール変換効率が高いほど、効率よく発電できる太陽光パネルということになります。
セル変換効率とは？
セル変換効率とは太陽光パネルを構成する1部分の「セル」の変換効率を示す指標です。
屋根の方角による発電量の変化
方角による発電効率の違い
太陽光発電を設置する屋根の方角は、発電量に直結していることから、方角の選定が非常に重要です。南向きの屋根に設置した場合に最も発電効率が高くなります。一方で、南東や南西向きの場合は若干効率が低くなり、東西向きはその中間となります。そして、北向きの場合は発電量が著しく低下します。
屋根の方角を適切に選ぶことで、最大限の太陽光取り込みが可能となり、発電効率が向上します。
南向きに設置するメリット
南向きの屋根にソーラーパネルを設置すると、太陽光を効果的に取り込むことが可能になります。なぜなら、太陽は東から昇り、南天に最も高く昇り、最終的には西に沈むため、最大の日照時間を確保できるからです。その結果、ソーラーパネルは多くの太陽光を受け取り、最大の発電効率が期待できます。
なお、南向きに設置すると、他の方角に設置した場合と比べて15％以上も発電量が向上するとされています。
他の方角に設置するときの対策
東や西向きの屋根は、南向きに比べて日射時間が短いため、発電量が低くなります。対策としては、以下の点が考えられます。
傾斜角の調整
ソーラーパネルの傾斜角を適切に調整することで、朝や夕方の斜めからの日差しをより受けられます。
トラッキングシステムの利用
太陽の動きに合わせてソーラーパネルを自動的に調整する「太陽追尾システム」を導入することで、最適な角度を保ちながら太陽光を取り込み、発電効率を最大化することが可能です。ただし、非常に高額なシステムであるため一般のご家庭に導入することはあまり現実的ではありません。
高効率パネルの検討
東西向きの屋根には、より高効率な太陽光パネルの利用が有益です。最新の太陽光パネル導入を検討することで、発電性能を向上できます。
ソーラーパネルの角度による最適な発電効率
設置角度の重要性
ソーラーパネルを適切な角度に設置することで、太陽光を最大限に受け取り、効率的な発電が可能になります。太陽の位置や季節によって最適な角度が異なりますが、一般的には地域の緯度に基づいて調整します。なお、傾斜角度は水平～30度くらいの範囲が理想的とされています。
最適な角度の探求
最適なソーラーパネルの角度は緯度によって変動します。緯度が高いほど、太陽の高度が低くなるため、より傾斜角を高く設定する必要があります。
地域ごとの最適な設置条件
地域別の条件
各地域における太陽光発電の最適な設置条件は、経度によって異なります。以下が代表的な主要地点ごとの最適な角度と方角です。
ただし、以下はソーラーパネルを真南に設置することを想定しているため、設置する方位が変われば最適な傾斜角にも変更が生じます。
北海道（札幌）
最適な角度: 34.8度
対応する勾配: 約7寸勾配（約34.8度）
東京都（八王子）
最適な角度: 33.0度
対応する勾配: 6.5寸勾配（約33度）
愛知県（名古屋）
最適な角度: 32.5度
対応する勾配: 6寸勾配（約31度）
大阪府（大阪）
最適な角度: 29.2度
対応する勾配: 5.5寸勾配（約28.8度）
愛媛県（松山）
最適な角度: 28.5度
対応する勾配: 5.5寸勾配（約28.8度）
福岡県（福岡）
最適な角度: 28.2度
対応する勾配: 5寸勾配（約26.6度）
沖縄県（那覇）
最適な角度: 17.6度
対応する勾配: 3寸勾配（約16.7度）
こちらのデータは、あくまで一般的なガイドラインです。地域ごとの気象条件や建物の特性を考慮して、最適な設置条件を検討することが重要です。
参照：NEDO日射量データベース
https://appww2.infoc.nedo.go.jp/appww/monsola_map.html
設置角度以外の発電効率に影響する要因と現場調査
発電効率に影響する要素
太陽光発電の発電効率に太陽光パネルの設置角度が重要ということをご紹介しましたが、設置角度以外にも太陽光発電の発電効率に関わる要因があります。
・天候による影響
太陽光発電は雨や雪でも発電量が0になるわけではありませんが、晴れの日よりは発電効率が下がってしまいます。特に雪が良く降る地域では、設置時に対策が必要です。
・季節による影響
太陽光パネルは熱に弱いという特性があり、太陽光パネルの適温25度を超えると発電効率が下がってしまいます。実際に日本では真夏よりも4、5月が最も発電量が多いという結果が出ています。
・周囲の建物や木などの影
太陽光パネルに影ができてしまうと発電効率が下がってしまいます。日中、屋根に大幅に影がかかってしまう時間帯がないか確認しましょう。
・パネルの汚れ
パネルが汚れていると太陽光の光をパネルが受けられなくなってしまう可能性があります。定期的なメンテナンスを行って、太陽光パネルを綺麗つことが大切です。しかし、屋根の上は危険が伴うため、メンテナンスや掃除は専門家に依頼しましょう。
現地調査の有益性
現地調査は、太陽光発電の設置にあたって極めて重要です。屋根の形状や角度、周囲の障害物、建物の耐荷重などを、設置業者が現地調査を行うことで確認し、最適な設置条件を見極めます。現地調査をもとに、地域ごとの気象条件や日射量を観測することで、設置後のトラブルを未然に防ぐことができます。
信頼できる太陽光発電事業者の選択
太陽光発電を設置する際は、信頼できる業者を選択することが重要です。信頼できない業者へ依頼した結果、屋根の最適な角度や位置を考慮せずに太陽光パネルが設置され、発電量が予想をかなり下回ってしまうといったという事態が起こり得ます。
また、太陽光パネルは設置枚数が多いほど良いとは限りません。
北向きの屋根など発電量が見込めない位置にパネルをたくさん置いても、発電量が少なくなるだけでなく、初期費用の回収にかなりの時間がかかるなど、太陽光発電の設置を後悔する結果になりかねません。
発電効率を意識したシミュレーションや見積もりの作成をする業者を選択するようにしましょう。
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まとめ
ソーラーパネルの理想的な設置条件についてご紹介いたしました。
発電効率を上げるためには最適な角度での設置が理想的ですが、難しい場合でもそれぞれの家に最大限合った条件を知ることで、効果的に発電をすることが可能です。
太陽光発電設置前に専門家による現地調査を必ず行いましょう！
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