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太陽光発電の効率って?発電効率と計算方法を解説!

2022/12/22

「太陽光発電のカタログを見ると、発電効率って書いてあるけどどう意味?」、「発電効率って下がったり上がったりするの?」、「発電効率が下がってしまった時に私たちが出来ることは何かありますか?」など太陽光発電システムの発電効率に関する問い合わせが増えています。

太陽光発電システムは、発電効率によって同じ枚数を載せたとしても発電量が変わります。

今回は、太陽光発電システムの発電効率とは何かや発電効率が上がったり下がったりしてしまう理由について詳しく説明します。

 

太陽光発電の変換効率って何?

太陽光発電システムの変換効率とは、「太陽光パネルが太陽光のエネルギーをどれくらい電気エネルギーできるか」を示した数値を指します。

もっと簡単にいうと「太陽光からどれくらいの電気が作れるか。」ということです。

変換効率が高い太陽光パネルであればあるほど同じ枚数を塔載したとしても、より多くの電気を生み出せます。

 

太陽光発電の変換効率の種類

家庭用太陽光発電システムの変換効率には、「モジュール変換効率」と「セル変換効率」の2種類があります。

それぞれの変換効率について詳しい説明します。

 

モジュール変換効率

モジュール変換効率とは、太陽光パネル1枚の1平方メートルあたりの変換効率を示す指標を指します。

太陽光パネル1枚の発電性能を示す指標として一般的に使われているのがモジュール変換効率です。

モジュール変換効率が高ければ高いほど性能の高い太陽光パネルということになります。

モジュール変換効率は、次の式を使えば計算できます。

モジュール変換効率=モジュール公称最大出力(W)÷モジュール面積(平方メートル)×(1,000W/平方メートル)×100

エコの王様で人気がある長州産業の太陽光パネルCS-340B81のモジュール変換効率は、

340W÷幅1,616mm×高さ1,054mm×1000W×100≒20%

2022(令和4)12月現在販売されている太陽光パネルのモジュール変換効率は、20%前後が一般的です。

参考資料:長州産業HP

 

セル変換効率

セル(太陽電池)は、太陽光パネルを構成する最小の単位で1辺が10cmになっている部材を指します。

セル変換効率とは、セル1枚あたりの変換効率を示す指標を指します。

セル変換効率は、セルとセルを繋いだときの電気抵抗を受けないため、モジュール変換効率よりも高い数値になる傾向にあります。

セル変換効率は、モジュール変換効率よりも数値が高く表示されているため、販売業者によってはセル変換効率をモジュール変換効率として紹介して太陽光パネルを高く見せる場合もあるので注意が必要です。

 

太陽光発電の変換効率の素材別変換効率

2022(令和4)年12月現在販売されている家庭用太陽光発電システムの太陽光パネルは、「化合物系太陽電池」、「有機系太陽電池」、「結晶シリコン系太陽光電池」の3種類に分類できます。

実は、太陽光パネルの種類によって発電効率は変わります。

3種類の太陽光パネルの特徴と発電効率について詳しく説明します。

 

化合物系太陽電池

化合物系太陽電池とは、別名CIS太陽電池とも呼ばています。

CISは、銅(Copper)・インジウム(Indium)・セレン(Selenium)の頭文字を取った太陽光パネルです。

2022年現在販売されている太陽電池は、太陽光パネルの表面温度が60℃~80℃になる真夏は発電効率が落ちると言われています。

それに対してCIS太陽電池は、温度が高くなる真夏でも発電効率が落ちにくいとされています。

また、CIS太陽電池に使われている素材の特徴で太陽光が当たると初期値に対して発電量が上がる「光照射効果」を持っています

太陽電池の1部でも影になると発電しなくなったり発電効率が落ちたりするのですが、CIS太陽電池は影による出力低下を1部に留められるため全体的な影響を少なく抑えられます。

さまざまなメリットがあるCIS太陽電池ですが、デメリットは変換効率です。

2022年12月現在販売されている太陽光パネルの発電効率は20%前後が一般的ですが、CIS太陽電池の発電効率が14%~15%と言われています。

 

有機系太陽電池

有機系太陽電池とは、「太陽光を吸収するパーツに有機化合物を含む素材を使用した太陽光パネル」を指します。

有機系太陽電池のメリットは、他の太陽光パネルよりも低コストで低照度や発電効率が落ちやすい夏場でも発電量が下がりにくく、軽量化されているため加工がしやすく透明やカラフルなデザインができます。

有機系太陽電池は軽量化されているため、折り曲げて設置できるなど今まで販売されてきた太陽光パネルと違うメリットを持っていますが、発電効率が8%と低いのがデメリットです。

現在、有機系太陽光電池の研究が進んでおり発電効率も向上する予想です。

参考資料:国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)HP

 

結晶シリコン系太陽電池

2022年現在販売されている太陽光パネルの約9割が結晶シリコン系太陽電池です。

結晶シリコン系太陽電池は、「単結晶型」・「多結晶型」・「薄膜シリコン型」・「多接合太陽電池」の3種類に分類できます。

3つのシリコン系太陽電池の特徴と発電効率について説明します。

 

単結晶型

単結晶型太陽電池の発電効率は、メーカーや製造方法によって多少の違いはありますが14%~20%です。

単結晶型太陽電池は、2022年12月現在販売されている太陽電池の中で最も発電効率が高く耐久性があるため、最も古い太陽電池でありながら世界中で最も多く生産させている主力太陽電池です。

最も発電効率が高い単結晶型太陽電池ですが、製造に時間が掛かることや原材料が高いことから他の太陽電池と比べるとコストが高いというデメリットを持っています。

また、気温が高くなると発電効率が落ちるデメリットもあります。

 

多結晶型

多結晶型太陽電池は、基本構造は単結晶型と同じです。

原料となる単結晶シリコンの断片からできているため、多結晶太陽光パネルはまだら模様になります。

多結晶型は、製造時間が短く単結晶の断片を原料しているためコストを抑えられて、単結晶型と同じ耐久性・信頼を持っています。

生産コストが安いという理由から多結晶型シリコンの太陽光パネルは世界中で製造されています。

ですが、単結晶型シリコンの断片を原料と使用しているので、単結晶と単結晶が接触する部分に隙間ができてしまい構造欠陥が生まれるデメリットを持っています。

構造欠陥が生まれてしまった結果、発電効率は単結晶よりも低く15%~18%です。

 

薄膜シリコン

薄膜(アモルファス)シリコンとは、単結晶型や多結晶型とは違い規則正しい結晶構造を持たないシリコンを指します。

薄膜シリコン太陽光パネルは、原料となるシランガスを太陽光パネルの土台となるガラス板などに拭きつけてミクロン単位の層を何層も積み重ねて製造されています。

そのため、高温(シリコン系の融点は約1,420℃)以上でしか溶解しないシリコン系よりもはるかに低コストを抑えて製造できます。

薄膜シリコンは、一般的に発電量が落ちると言われている夏場でも発電量は落ちにくいです。

ですが、2022年現在販売されている太陽電池のなかでは最も発電効率は低く約9%ですし、直射日光などの強い光が当たると太陽電池内の水素結合部分が壊れてしまって発電量が落ちます。

 

多接合太陽電池

合太陽電池とは、2つの異なる太陽電池を組み合わせて作られていることから別名ハイブリッド型太陽電池とも言われています。

2つの異なる太陽電池を組み合わせて太陽光パネルを作っているため、太陽光の吸収が良くなり発電効率が高くなります。

代表的な多接合太陽光パネルは、Panasonicが独自に開発したHITと呼ばれる製品です。

HITは、太陽光パネルの表面温度が70℃~80℃になる夏場でも発電効率は落ちませんし、太陽光が弱い朝方や夕方でも発電量が確保できます。

HITを始めとする多接合太陽電池は、他の太陽電池よりも発電効率が高く25%以上と高水準です。

その反面、他の太陽電池よりも販売価格が高いのがデメリットです。

太陽光パネルの種類に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光発電の仕組みってどんなの?発電方法や必要な機器・売電方法までを公開!

 

太陽光発電の変換効率が高い意味は?

太陽光パネルの変換効率が高ければ高いほど、「太陽光を無駄なく電気に変換できる。」ということになります。

太陽光パネルが同じ枚数であっても変換効率が高いほど多くの電気が作られることなります。

理論上、変換効率が100%になることはありませんが、各太陽光パネルメーカーの技術革新もあって変換効率は上昇傾向にあります。

2022(令和5)年12月現在販売されている太陽光パネルの変換効率は、太陽電池の種類やメーカーに多少の違いはありますが、8%~25%程度です。

 

太陽光発電の発電量の計算方法

一般社団法人太陽光発電協会(JPEA)の資料を見てみると、家庭用太陽光発電システム1kWを設置した場合の1年間の発電量は、1,000kWhは発電すると言われています。

5kWの家庭用太陽光発電システムを設置した場合の1年間の発電量は、5,000kWhということになります。

太陽光発電システムの発電量は、「太陽光パネルの枚数」・「日射量」・「屋根の角度」によって変わります。

日射量は、NEDO(行政独立法人新エネルギー・産業総合開発機構)の「日射量データベース」を見ると、自分たちが住んでいる地域の平均日射量が分かります。

日射量データベースには、過去29年間の平均データーを「方位別」・「角度別」・「地点」ごとに月単位で載せています。

さまざまなデーターを駆使すれば太陽光発電システムの発電量を計算できます。

計算式は次の通りです。

計算式:Ep=H×K×P×365÷1

語句の説明

Ep=年間予測発電量

H=太陽光パネル1日あたりの日射量(kWh/平方メートル/日)

※日射量は、NEDOの日射量データベースのデータを使う。

K=損失係数73%(太陽光パネルの種類、パネル表面の汚れなどによって多少の違いはあります。)

・年平均セルの温度上昇による損失⇒約15%

・パワーコンディショナーによる損失⇒約8%

・配線や太陽光パネルの表面の汚れによる損失⇒約7%

※損失係数は、NEDOのデータを記載しています。

P:家庭用太陽光発電システムの総発電量

365⇒1年間の日数

1⇒通常状態における日射強度(kW/平方メートル)

発電量シミューレションは、販売店が各自宅の現地調査後に各メーカーに「屋根寸法」・「屋根材」・「屋根の傾斜」を提出してレイアウト作成依頼します。

各メーカーは、レイアウト作成をしたあとに発電量シミューレションも作成するので自分で計算する必要はありませんが、発電量が気になる場合は、自分で計算するのもいいかもしれません。

参考資料:太陽光発電協会(JPEA)HP

 

太陽光発電の変換効率に関わるもの

太陽光発電システムの変換効率は、季節や天候などにとって変わります。

太陽光発電システムの変換効率に影響を与える要因は、全部で7つあるので説明します。

 

太陽光パネルに雪が降り積もると太陽光が当たる面積が狭くなるので発電効率は落ちます。

短時間の積雪であれば発電効率が落ちるだけで済みますが、長時間に渡って積雪が続くと発電しなくなる可能性もあります。

雪が降り積もると発電効率が落ちるだけでなく、太陽光パネルや屋根を傷める可能性も高いです。

太陽光発電システムが本格的に販売され始めた頃と比べると太陽光パネルも軽量化されていますが、1枚あたり19kg~20kg程度の重量が掛かります。

太陽光パネルの重みに雪の重みが足されると太陽光パネルを支えている架台が歪んでしまったり屋根を歪んでしまったりする可能性もあります。

また、太陽光パネルの表面のガラスは、滑りやすくなっているため落雪して近隣住民とのトラブルになる可能性もあります。

 

経年劣化

経年劣化が、太陽光パネルの発電効率に一番多く影響与えています。

2022年12月現在販売されている太陽光パネルのなかで最も多く販売されているシリコン系は性質上、設置してから毎年経年劣化によって発電効率が落ちると言われています。

メーカーや使われているシリコンによって多少の違いはありますが、0.25%~0.7%ずつ経年劣化していくと言われています。

設置してから5年で1.25%~3.5%、10年で2.5%~7%といった数値になります。

ですが、2022年現在販売されている太陽パネルは、経年劣化が進んだとしても充分に発電するようになっています。

 

設置場所

太陽光発電システムの発電効率や発電量は設置場所によって変わります。

本来、家庭用太陽光システムは南面の傾斜角度は30℃が最も発電効率が良いと言われています。

ですが、立地条件によっては、南面に設置できない自宅もあります。

南面以外に設置した場合のおおよその発電量は次の通りです。

※南面を100%として記載しています。

・東面⇒約85%

・西面⇒約85%

・北面⇒約66%

・南東⇒約96%

・南西⇒約96%

太陽光パネルの角度に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光パネルの角度は何度が理想?正しい設置方法や角度を知っておこう

 

天気や気候

家庭用太陽光発電システムの発電効率は、天気や気候によって左右されます。

多くの人が「太陽光パネルは、太陽光が最もあたる夏が一番、発電効率がいい!」と思っています。

実は、最も発電効率が良いのは、夏場ではなく4月~6月頃が良いとされています。

各太陽光パネルメーカーは、太陽光パネル公称最大出力(太陽光パネル1枚の発電量)を算出するときの気温を25℃としています。

日本で気温が25℃に最も近くなる季節が4月~6月頃になるため、発電効率が良いとされています。

逆に気温が30℃を超える7月~8月頃は、気温だけでなく太陽光パネルの表面温度も70℃~80℃になるため発電効率は落ちます。

天気の面でも気候と同じことが言えます。

もちろんや雨や雪の日が続けば発電効率は落ちますが、晴天の日(気温が25℃以上)になる日が続いても発電効率は落ちます。

晴天ではなく少し雲が掛かった天気で気温が25℃程度になる日が最も発電効率が良いとされています。

※気温が1℃上がると発電効率は、約0.5%下がると言われています。

 

災害

太陽光発電システムは、災害によって発電効率が左右される可能性があります。

地震や台風などの自然災害によって太陽光パネルの1部が割れてしまったり、落下して太陽光パネルが故障してしまったりする可能性があります。

太陽光パネルは一部が割れてしまったりヒビが入ったりしてしまうだけで発電効率が落ちます。

自然災害が原因で破損や故障した場合は、自宅の火災保険や太陽光パネルメーカーの自然災害補償に加入している場合は、補償を使って太陽光パネルを交換すると良いでしょう。

太陽パネルの保証に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光発電の維持費は?メンテナンスや寿命について解説!

 

汚れ

太陽光発電システムに付いた汚れは、発電効率を大きく落とす原因となります。

太陽光パネルは、屋外に設置されているため砂やホコリなどが付着していることが多いです。

砂やほこりなどは雨で洗い流されるため発電効率が落ちる心配はありませんが、鳥の糞や落ち葉が堆積すると発電効率が落ちます。

鳥の糞や落ち葉が堆積すると、その部分だけが影になって発電効率が落ちます。

汚れが原因で発電効率が落ちている場合は、太陽光パネルを洗浄することによって発電効率を戻せます。

ですが、洗浄費用を浮かせるために自分で洗浄するとさらに発電効率が落ちたり怪我したりする可能性もあるため、専門業者に任せるのが1番です。

太陽光パネルの洗浄に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光発電の維持費は?メンテナンスや寿命について解説!

 

塩害

日本は、四方を海に囲まれている沿岸沿いに太陽光発電システムを設置しているケースも多いです。

沿岸沿いに設置することによって、太陽光を遮る障害物が無いため充分な発電量が確保できるというメリットがある反面、塩害による発電効率や発電量が落ちる可能性があります。

塩害地域には、塩害地域(海岸線から2km以内)と重塩害地域(海岸線から1km以内)の2種類があります。

そもそも塩害とは、海中の塩分を含んだ潮風が建造物や植物に当たってダメージを与えることを指します。

太陽光パネルの見た目の変化はそれほど無かったとしても内部配線が劣化して発電効率が落ちます。

太陽光パネルの次に重要なパワーコンディショナーも塩害の被害を受けやすいです。

パワーコンディショナーは、潮風の影響で精密機械が錆びて故障してしまって発電しなくなる可能性があります。

塩害地に太陽光発電システムを設置する場合は、屋外パワーコンディショナーではなく屋内パワーコンディショナーにすることによって、塩害のダメージを受けずに済みます。

太陽光パネルを支えている架台は、潮風の影響で接続部分が錆びてしまったり、架台そのものが錆びてしまって太陽光パネルが落下したりする可能性があるため、塩害地対応の架台にする必要があります。

パワーコンディショナーと架台の役割に関する詳しい記事はこちら⇒太陽光発電の設置費用はいくら?相場感や補助金について解説!

 

太陽光発電の効率のまとめ

みなさんいかがだったでしょうか?

今回のお話をまとめると、

太陽光発電システムの発電効率とは、太陽光をどれだけ電気に変換できるかどうかのこと!

太陽光発電システムの発電効率には、モジュール変換効率とセル変換効率の2種類がある!

太陽光発電システムの発電効率は、太陽電池の素材によって変わる!

太陽光発電システムの発電量は、自分でも計算できる!

太陽光発電システムの発電効率を下げてしまう理由は、全部で7つある!

太陽光発電システムの発電効率は、太陽電池の種類やさまざまな条件によって発電効率が良くなったり悪くなったりします。

2022年12月現在販売されている太陽光発電システムは、昔と比べると発電効率が悪くなったとしても発電量を確保はできるようになっています。

ですが、発電効率は高いほうが良いのは確かです。

私たちは、太陽光発電システムを導入する時に「太陽電池の種類」・「設置場所」を注意することと、設置後は「定期メンテナンス」をすることによって発電効率を維持できます。

エコの王様では、太陽光発電システムの発電効率に詳しいスタッフが多数おりますので、発電効率の意味や維持の方法などについて知りたい人は、気軽に問い合わせ下さい!

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