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太陽光発電の発電効率と計算方法について。発電効率が影響するもの

公開日:2021/09/15  最終更新日:2021/08/30


太陽光発電は、太陽光のエネルギーをすべて電気に変換できているわけではありません。他の発電方式とも同じように、受け取ったエネルギーの一部が電気エネルギーに変換されます。今回は、太陽光発電の発電効率とその計算方法、そして発電効率が経済性にどう影響するかについてまとめました。

発電効率とその計算方法

発電効率とは、発電のために投入したエネルギーの量に対する得られた電気のエネルギーの量の割合を指します。計算するときには、「発電によって得られた電気のエネルギーの量」を「発電のために投入したエネルギーの量」で割って求めます。発電システムは、電気以外のエネルギーを何らかの発電装置に投入し、電気エネルギーに変換して取り出すわけですが、すべての投入エネルギーが漏れなく電気エネルギーに変換されるわけではありません。必ずいくらかのエネルギーロスが生じます。

たとえば、一般的な火力発電では、発電機を回すためにタービンへ送り込む蒸気を作るために、重油や天然ガスといった各種の燃料を燃焼させて熱を発生させますが、そのうち電気として取り出せるのは約4割といわれています。残りの6割は電気に変換されることなく、変換ロスとして発電所から出て行ってしまいます。発電効率とは、その発電システムの効率のよさを図る指標となっています。

では、太陽電池の発電効率はどうでしょうか。太陽電池の発電効率は、太陽電池に降り注ぐ太陽光のエネルギーに対する発電によって得られた電気のエネルギーの量の比で表します。一般的な太陽光発電システムで用いられる太陽電池の発電効率は、だいたい20%といわれています。太陽電池の種類によっても異なりますが、概ねこの前後のオーダーです。

また、太陽電池によっては温度によって発電効率が僅かに変動するものがあり、太陽電池自体が高温になると発電効率が下がってしまうことがあります。そうした温度上昇による発電効率の低下を防ぐ改良を施したタイプの太陽電池もあります。この他、発電した電気を一般の電気製品でも使えるように交流に変換し、電圧を調整するパワーコンディショナーの中でもロスは生じます。どこまでの範囲で効率を見るかによっても、発電効率は変わることがあります。

再生可能エネルギーの発電効率比較

他の再生可能エネルギーとして、たとえば風力発電と水力発電の発電効率を見てみましょう。それぞれ長所と短所があるため、発電効率だけを軸にして発電方式の良し悪しを議論することはできませんが、参考として比較すると次のようになります。

風力発電ですと、3割から4割くらいといわれています。これは風が持つ空気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換できた割合を指しています。この残りのエネルギーは、風車の羽根の間をすり抜けてしまうなどして逃げてしまうということになります。

また、水力発電ですと、8割くらいの変換効率といわれています。風力に比べて割合が高いのは、水の分子の密度が高いためと考えられます。こうして比較すると、太陽光発電の発電効率は低いように見えますが、日が昇れば発電できるという点では、地球上のどこででも発電できる利点があります。

発電効率は何に影響する?

発電効率はどれだけの電気を取り出せるか、その効率のよさを図る指標として使われます。太陽光発電でいえば、同じ土地に降り注ぐ太陽光のエネルギーの量は同じなので、同じ面積の太陽電池を敷き詰めできるだけ多くの電気を取り出せた方が経済的といえるわけですが、その効率のよさを発電効率から読み取って検討することになります。

では、発電効率は具体的に何に影響するでしょうか。まず、発電効率の違いによって、同じ面積の太陽電池でも発電できる電気の量が変わってきます。発電効率が高ければ高いほど、たくさんの電気を発電できるため、売電収入も増えるわけです。土地の広さは限られていますし、そこに敷き詰められる太陽電池の枚数も限られています。そういった中では、できるだけ発電効率が高い太陽電池を使うことが収入増加に寄与することは間違いありません。

一方で、一般的に発電効率が高い太陽電池は購入費用が高くなる傾向にあります。よく見られる太陽電池は多結晶型と単結晶型と呼ばれるものです。多結晶型は単結晶型に比べて発電効率はやや下がるのですが、購入費用も単結晶型に比べて安く済みます。単結晶型ですと、多結晶型に比べて高価な傾向にありますが、発電効率も高めなのが特徴です。

どちらがよいということは一概にはいえませんが、このように発電効率は、経済性を測る上で重要な指標になってきます。太陽光発電システムの設置にあたって太陽電池を選ぶ際には、発電効率も一つの検討材料として見ておくことが有効です。

 

太陽光発電システムの経済性を考える上で、発電効率も大事な指標です。発電効率によって、発電できる電気の量も、設備の購入費用も変わってきます。これが正解、というものはありませんが、ご自身が設置される際の条件に合わせてベストなものを選ぶときの指標の一つにしてみてください。

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