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電気を作り出す効率を左右する!太陽光発電の変換効率とは?

公開日:2021/06/15

太陽光発電で作り出される電気は、同じ規模の太陽光発電システムであったとしても、同じ発電量を得られるわけではありません。発電量は変換効率により変わってきますし、変換効率も様々な要因により左右されます。そこで今回は、変換効率とは何か、変換効率に影響する要因、その他の再生エネルギーの変換効率の違いを紹介します。

変換効率とは?

太陽光発電の変換効率とは、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する割合のことで、発電効率とも呼ばれています。太陽光エネルギーに限らず、どの再生可能エネルギーでも100%電気エネルギーに変換できるわけではなく、電気に変換される際は必ずロスが生じます。エネルギーを電気に変換する割合は数値で表すことができ、数値の求め方は次のようになります。

・変換効率=電気出力/エネルギー×100(%)

この数値が高いほど、ロスが少なく効率よく電気エネルギーに変換できていることになります。同規模の太陽光発電システムを設置したり、同程度のエネルギー量であったりしても、変換効率が高い方がより多くの電気を生成することができます。太陽光発電の変換効率を評価する指標として、「モジュール変換効率」と「セル変換効率」があります。モジュール変換効率は、1平方メートルあたりの変換効率を表す指標で計算式は次のようになります。

・モジュール変換効率=(モジュール公称最大出力(W)×100)÷(モジュール面積(m2)×1000(W/m2))

一般的に、ソーラーパネルの性能を評価する基準としてモジュール変換効率を用いることが多いようです。セル変換効率は、太陽電池モジュールの最小単位の構成部品であるセルの変換効率を表す指標で、計算式は次のようになります。

・セル変換効率=出力電気エネルギー÷太陽光エネルギー×100

セル変換効率は、セルを繋げたときに生じる電気抵抗の影響を受けないため、モジュール変換効率よりも数値が高くなる傾向があります。

変換効率に影響する要因

太陽光発電システムは、常に同じ発電量を得られるわけでなく、環境や天候などにより左右されます。ここでは、変換効率に影響する要因を紹介します。

気温

太陽光発電は、日照時間が長い夏に多くの電気を作り出すことができると考えられがちですが、ソーラーパネルは熱に弱いという性質があります。カタログなどに掲載されている製品仕様は、気温25℃の環境下で使用した場合の数値ですが、夏は高温の影響によりソーラーパネルの性能が低下し発電量が下がります。変換効率は気温が1℃上がるごとに0.5%下がるとされていて、気温が30℃を超えると変換効率は30%下がることもあります。そのため、太陽光発電の最も発電量が多い季節は気温が高い夏ではなく、気温が25℃前後で降水量の少ない春となっています。

暴風雨

台風やゲリラ豪雨などの悪天候の影響により、ソーラーパネルが飛ばされたり破損したりして発電が行えなくなることがあります。また、大雨によりソーラーパネルが水没する、落雷の影響でパワーコンディショナーが故障するなどといった事例もあります。とはいえ、太陽子発電システムは誘導雷の対策を施していますし、パワーコンディショナーなどが故障してとしても保証期間内であれば、無償で交換や修理をしてもらうことができます。

経年劣化

ソーラーパネルは長寿命で20~30年は使用できるとされていて、パワーコンディショナーの使用期間の目安は10~15年となっています。しかし、太陽光発電は20年間ずっと同じ量の発電をし続けるのは難しく、変換効率は1年で0.27%下がり、年々劣化していきます。そのため、経年劣化により一定期間出力が規定の数値を下回った場合は、メーカーが交換や修理を行ってくれる出力保証があります。

ソーラーパネル表面の汚れや遮蔽物

鳥の糞や雑草、落ち葉、積雪などにより、ソーラーパネルの表面が太陽光から遮られると、変換効率が低下することがあります。それに加え、ソーラーパネルの表面が汚れるなどすると、セルが影になりソーラーパネル全体の電気の流れが滞ることにより発熱する、「ホットスポット」現象が起こり、発火する可能性もあります。そうならないためにも、太陽光発電システムの定期的なメンテナンスは、欠かさず行った方がよいでしょう。

その他の再生可能エネルギーの変換効率の違い

再生可能エネルギーは、風力や水力、地熱などといった、どこにでもあり枯渇せずCO2を排出しないエネルギーのことで、太陽光エネルギーもその一種です。再生可能エネルギーの変換効率の違いは次のようになります。

・太陽光発電
太陽光発電は、日照時間にソーラーパネルに当たる太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換したもので、変換効率は約20%です。人工衛星に使用される太陽光発電システムの変換効率は約40%ですが、コストが高いため一般的には普及していません。

・風力発電
風のエネルギーで風車を回し発電する風力発電は、発電時に摩擦などによりロスが生じるため、一般的な風力発電の変換効率は最大で45%で、平均的には30~40%です。風が吹けば発電できるため、太陽光発電と違い昼夜問わず発電することができます。

・水力発電
水力発電は、水が流れる位置エネルギーを利用した発電で、高いところから低いところへ勢いよく水が流れることで水車を回し発電しています。摩擦によるロスが小さい水力発電の変換効率は約80%で、再生可能エネルギーの中で最も高い変換効率となっています。

・地熱発電
地熱発電は、地下のマグマの熱エネルギーを利用した発電で、水がマグマの熱で高温の蒸気になったものを取り出し発電しています。変換効率は約10~20%であまり高くありません。

 

太陽光発電の変換効率とは、太陽光エネルギーを電気に変換する割合のことで、変換効率が高いほど多くの電気が作られます。変換効率に影響する要因は、気温、暴風雨、経年劣化、パネル表面の遮蔽物などがあり、これらの要因により発電量は左右されます。太陽光発電の変換効率は約20%、風力発電は30~40%、地熱発電は10~20%、水力発電は約80%で水力発電が再生可能エネルギーの中で最も高くなっています。

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