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- 2023.07.20
2024年01月22日
発電量が減る？！太陽光発電の発電ロスの原因と対策を解説します
太陽光発電はクリーンなエネルギー源として注目を集めています。太陽光発電の導入にあたって「発電ロス」は理解しておくべき重要なポイントです。発電ロスによって、発電量が減少すると売電収入の低下など大きな損失につながる可能性があります。発電ロスを防ぐ対策や、エネルギー効率を最大限にする方法はあるのでしょうか。この記事では、発電ロスに加えて、太陽光発電の基本的な仕組みついても解説していきます。
目次
太陽光発電における発電ロスとは何か
太陽光発電における発電ロスとは、「太陽からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する際に起こる損失」のことを指します。つまり、光エネルギーを100％、電気エネルギーに変換できた場合、発電ロスはゼロということになります。 発電ロスは太陽光発電における課題の一つで、天候やパネルの汚れ、経年劣化などが原因で発電の効率が低下してしまう現象です。 この現象を理解しておくことで、太陽光パネルの最適な設置場所の選定や、効果的なメンテナンスが可能となり、より効率的な太陽光発電システムの運用ができます。
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太陽光発電の仕組みと発電効率
太陽光パネルの基本原理
太陽光発電の核となる太陽光パネルは、太陽からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する仕組みを持っています。パネル表面の太陽電池セルが光を受けると、その光子が電子を生成し、これが電力となります。
太陽光発電における発電効率とは？
発電効率は、太陽光発電が太陽の光エネルギーをどれだけ効率的に電力に変換できるかを示す指標です。一般的な太陽光パネルの変換効率は20％程度であり、これは太陽の光エネルギーのうち約2割が電力に変換されることを意味し、発電ロスは80%となります。すなわち、高い発電効率が維持できれば、より多くの電力を得ることが可能です。
発電効率の比較｜太陽光発電 vs 他の再生可能エネルギー
太陽光発電のエネルギー変換効率は約20％ですが、水力発電が約80％、風力発電が約30〜40％と発電効率では他の再生可能エネルギーに軍配があがっています。なお、バイオマス発電は約20％、地熱発電は約10～20％と、太陽光発電と同程度の発電効率です。 水力発電、風力発電の効率は優れていますが、地形や水流の変動、風の強さや風車の設計によって変化するため、一概にどの再生可能エネルギーが優れているとは言えません。
変換効率との違い
発電効率とよく似た言葉に「（エネルギー）変換効率」があります。太陽光発電における変換効率とは、太陽光が太陽電池で電気に変換された後、その電気エネルギーがどれだけ効率的に他のエネルギー形態に変換されるかを示します。 例えば、発電された電力が蓄電池に蓄えられたり、他の形態のエネルギーに変換される場合に使用します。
発電ロスが起こる主な原因
天候不良
天候は太陽光発電に大きな影響を与えます。雨の日では、発電量が晴天時の約20分の1から5分の1にまで低下してしまいます。そして、曇りの日でも10分の1から3分の1ほどの発電効率の低下が見られることがあります。
また、高温時には太陽光パネルの効率が低下し、一般的には1℃上がるごとに0.4〜0.5％の発電ロスが発生すると言われています。
パネルの汚れや破損
太陽光パネルの表面が汚れたり破損したりすると、発電ロスが生じてしまいます。特に気を付けたいのが鳥のフンです。付着した場合は太陽電池への光の当たりを妨げ、発電効率が低下します。メンテナンスや洗浄を定期的に行うことが大切です。
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パネルの経年劣化
太陽光パネルは経年劣化し、発電量が減少します。メーカーによる差はありますが、一般的な耐用年数は25～30年くらいと言われているものの、年数を重ねるごとに徐々に低下していき、15年くらいで急激な発電量の低下が見られることもあります。
パネルに影ができてしまう
また、太陽光パネルに影ができると発電量が低下します。周辺の建物による影・木・枝の影がよくある例ですが、汚れと同様、一部のパネルに影がかかると全体の発電に悪影響が及ぶため注意しましょう。太陽光パネルの設置場所や周囲の構造物による影の発生を事前に考慮することが必要です。
ケーブルの劣化や破損
太陽光発電に使用されるケーブルは、屋外での過酷な環境に晒されていることから、気象条件や外部要因によって劣化がすることがあります。 劣化が進むと、ケーブルの絶縁が弱まり、電気抵抗が増加します。これにより発電した電気の送電効率が低下し、最終的には発電ロスが生じてしまいます。
発電ロスの影響を少なくする方法
定期的なメンテナンスの必要性
太陽光発電の効率を維持するためには、定期的なメンテナンスが不可欠です。太陽光パネルの表面は砂や鳥のフンといった汚れが蓄積しやすく、発電ロスの原因となってしまいます。専門業者に依頼し、点検や清掃してもらうことで、効果的な発電効率を継続しましょう。
設置場所の最適化と効率向上
太陽光発電の効率向上には、導入時に適切な設置場所を選定することが重要です。建物や樹木による影の影響を受けにくい場所や、日射量の多い南向きの場所に設置することが理想的です。周辺の環境を確認し、最適な設置場所を選ぶことで発電ロスを最小限に抑えることができます。
高性能なソーラーパネルを選定する
変換効率が高いソーラーパネルを選定することで、発電ロスを極力減らすことができます。変換効率が高いといわれる「単結晶ソーラーパネル」は、結晶が規則正しく並んでおり、一般的に変換効率は約20%と優れています。 また、太陽電池の表面温度が25℃を超えると発電効率は下がります。しかし、温度係数（物質の物理的な性質が温度の変化によってどの程度変化するかを示す指標）に優れたソーラーパネルの場合、温度上昇に伴う発電力低下を抑えることが可能です。 太陽光発電協会（JPEA）によると、ソーラーパネルの出力容量1kWあたりの年間発電量は約1,000kWhとされています。高性能なソーラーパネルの場合、年間発電量は約1,200kWhを見込むことができます。
ソーラーパネルの過積載を検討する
太陽光発電の過積載とは、パワコンの容量よりも多くソーラーパネルの枚数を設置することです。過積載は、最も効果的に発電量を増やすために行われる手法の一つです。 通常、ソーラーパネルとパワコンは同程度の出力容量の機器同士を組み合わせますが、出力合計値の低いほうがシステム全体の発電容量の値となります。 例えば、ソーラーパネルの容量が5kWでパワコンの容量が4kWの場合、設置している太陽光発電システムの全体容量は4kWということになります。
蓄電池の導入による、システム全体のエネルギー効率の改善
蓄電池の導入は、太陽光発電システムの直接的な発電効率を改善させるわけではありませんが、太陽光発電システム全体の効率と実用性を向上させるための有益な手段として注目されています。
蓄電池がエネルギー効率の改善につながる
太陽光発電は太陽の光を受けて発電するため、昼間は安定的な発電量が見込まれるものの、夜間や天候不良の際には発電ができず、その分の電力供給が確保できません。 しかし、蓄電池の導入によって太陽光発電で得られた電力を貯めておくことができます。夜間や雨天時などの発電が難しい状況でも、蓄電池に蓄えた電力を利用することができるので、安定した電力供給が可能となります。
ハイブリッド蓄電池なら、変換ロスも少ない
ハイブリッド蓄電池は、通常の蓄電池と比較して、電気の変換ロスが少ないという特徴があります。その理由は、太陽光発電からの電力を直流のまま、高い効率で蓄電池に蓄えることができるからです。 蓄電池に蓄えられた直流電気を必要なときに交流に変換して使用できるシステムによって、電気の変換ロスが最小限に抑えられ、効率的で持続可能な電力供給が可能となります。
技術の進展と将来の展望
太陽光発電技術の進化と期待
太陽光発電の技術は着実に進歩しており、今後より効率的な太陽光パネルやシステムが生まれることが期待されています。新しい素材や製造プロセスの進化により、発電の効率が向上しており、発電ロスも減少しています。将来的には発電ロスのさらなる軽減や発電量の向上が期待されます。
蓄電池技術の将来性
蓄電池技術も急速に進展しており、高性能かつ持続可能な蓄電池が開発されつつあります。将来的には、太陽光発電で得られた電力をより効果的に貯めることができ、夜間や天候不良時でも安定した電力供給が可能になるでしょう。これにより、太陽光発電システム全体の効率と実用性の向上が期待されます。
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