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太陽光発電の効率は?再生エネの中での順位や将来の推移

太陽光発電の発電効率について、他の再生可能エネルギーと比較しながらご紹介していきます。また、今後の発電効率の展望についても、NEDOが定めたロードマップなどを参考にしながら解説していきます。

そもそも発電効率とは?

一般的な発電効率とは、「入力したエネルギーに対して電力が発生した割合」です。

太陽光発電システムにおける発電効率は、「太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換できた割合」を表しています。

この発電効率は高ければ高いほうが良いのですが、その理由は元となるエネルギーを無駄にしなくて済むためです。例えば発電効率が100%の発電方法があったとすると、光や風など元となるエネルギーはすべて電気へと変換できるわけです。

現状では発電効率100%の発電方法はありませんが、再生エネルギー、中でも太陽光発電システムの発電効率は、日々進歩・改善をしている途上にあります。

再生可能エネルギーの発電効率

ここでは、再生可能エネルギーの発電効率について、発電方法ごとに詳しく見ていきましょう。

太陽光発電の発電効率

太陽の光エネルギーを電気に変換する太陽光発電システムの発電効率は、一般に普及している太陽光発電システムで約15~20%、人工衛星に使用されている太陽光発電システムでは約40%です。人工衛星に使用されている太陽光発電システムは、発電効率が高いかわりに製作コストが極めて高額なため、一般には普及していません。

風力発電の発電効率

風のエネルギーを電気に変換する風力発電の発電効率は、平均で約20~40%、最大で約45%です。風力発電の発電効率は、理論上では最大効率59.3%とされていますが、機械系伝達損失や発電機による損失が発生するため、実際の発電効率は下がってしまいます。

それでも、再生可能エネルギーの中で風力発電の発電効率は高い方ですが、巨大なプロペラ型の風車を設置するため景観が損なわれたり、台風や雷で風車が壊れてしまったりするなど様々なリスクが顕在化しています。

地熱発電の発電効率

地熱(地下のマグマの熱)が発生させる水蒸気のエネルギーを利用する地熱発電の発電効率は、約10~20%です。地熱発電の発電方法は、火力発電(発電効率約40%)や原子力発電(発電効率約30%)と原理的には同じですが、発電に使用する水蒸気の温度が火力や原子力と比べて低いため、発電効率も低くなっています。

水力発電の発電効率

水力発電の発電効率は、再生エネルギーの中で最も高い約80%です。水力発電の発電効率が高い理由は、水の位置エネルギーを利用して発電する際の損失が少ないためです(水車の機械損失と発電機の損失のみ)。

ただし、ダムを作るための環境破壊や、雨が降らないと水不足になり発電がストップしてしまうなど、様々な問題も抱えています。

バイオマス発電の発電効率

動植物等の有機性燃料を燃焼させて発電を行うバイオマス発電の発電効率は、約20%です。バイオマス発電も、地熱発電と同じく燃焼温度が低い関係で、火力発電や原子力発電ほどの発電効率にはなりません。また、他の再生エネルギーと違い燃料確保にコストがかかるため、排熱を利用するコージェネレーションシステムを用いるなどして、エネルギー効率を上げる工夫が重要になります。

太陽光発電の発電効率は発展途上

一般的に普及している太陽光発電システムの発電効率は、再生エネルギーの中でも決して高い順位とは言えません。ただし、これは現時点での数値で、太陽光発電の発電効率は今後ますます伸びていくことが期待されています。ここでは、太陽光発電システムの発電効率について、現在から将来にわたっての推移を解説していきます。

現在の主要な産業用太陽光パネルの変換効率

参考までに、現在の主要な産業用太陽光パネルの変換効率(発電効率)をご紹介します。

単結晶パネルの変換効率(発電効率)

  • 結晶シリコン:25%
  • 薄膜シリコン:18%
  • CIS:25%
  • 超高効率(化合物多接合集光型等):40%
  • 色素増感:15%
  • 有機系:15%

多結晶パネルの変換効率(発電効率)

  • ジンコソーラー(JKM270PP-60):5%
  • ハンファQセルズ(PLUS-G3 275):16.5%
  • 京セラ(KK270P-3CD3CG):4%
  • レネソーラ(JC260M-24/Bb):0%
  • ハンファソーラーワン(HSL72P6-PB-1):8%

太陽光パネルには単結晶パネルと多結晶パネルが存在しますが、単結晶パネルは変換効率が高いかわりに価格も高いのに対し、多結晶パネルは変換効率が単結晶パネルに劣るものの、価格面では単結晶パネルより安いのが特徴です。

ただし、上記の変化効率を見てもわかるように、一部のメーカーでは多結晶パネルの変化効率が単結晶パネルの変換効率を逆転している場合もあります。そのくらい現在の多結晶パネルの変換効率は進歩してきています。

NEDOが定めた太陽光発電効率ロードマップ

ここで、太陽光発電システムの発電効率について、NEDO(国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構)が定めるロードマップ(行程表)についてご紹介します。

NEDOは2013年に発表したロードマップ「PV2030+」において、太陽光発電システムの発電効率の将来目標を以下のように定めています。

2017年のモジュール発電効率目標

  • 結晶シリコン:20%
  • 薄膜シリコン:14%
  • CIS:18%
  • 超高効率(化合物多接合集光型等):35%
  • 色素増感:10%
  • 有機系:10%

2025年のモジュール発電効率目標

  • 結晶シリコン:25%
  • 薄膜シリコン:18%
  • CIS:25%
  • 超高効率(化合物多接合集光型等):40%
  • 色素増感:15%
  • 有機系:15%

こちらの将来目標ですと、2017年から2025年の8年間で、現在の産業用太陽光パネルの主流である「結晶シリコン」の発電効率は5%アップ、Copper(銅)+Indium(インジウム)+Selenium(セレン)を主成分に使用した「CIS太陽電池」は7%アップすることになります。

また、安価で大量生産が可能な「薄膜シリコン」の発電効率も、2025年には18%を目指す目標のため、産業用太陽光発電システムに使用するモジュールの選択肢に加わるかもしれません。

今後、さらに効率アップが期待される太陽光発電

NEDOが定めるロードマップを見ても、今後、太陽光発電システムの性能は上がっていき、発電効率も上昇していくことがわかります。そしてNEDOのロードマップには続きがあり、最終的には2050年時点の発電効率を40%にまで高めることを目標としています。

こうした目標を実現するため、日本国内外のメーカーや大学などはこぞって太陽光発電システムの改良・開発を進めています。2017年現在でも、変換効率が最大63%の太陽電池構造を大学が発表したり、ドイツの研究所においてシリコン製太陽電池でこれまで不可能とされていた変換効率30.2%を記録したりと、NEDOが定めた目標が徐々に現実味をおびはじめています。

太陽光発電システムの発電効率まとめ

「太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換できた割合」を表す太陽光発電システムの発電効率は、変換効率とも呼ばれています。発電効率が高ければ高いほど、より多くの電気を発電することができるため、発電効率はとても重要な数値です。

再生エネルギーを使用した発電方法の中で、太陽光発電の発電効率は真ん中くらいで決して高いとは言えません。ただし、太陽光発電システムの発電効率は今後どんどん伸びていく可能性を秘めています。

それはNEDO(国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構)が定めるロードマップ(行程表)を見ても明らかで、2017年現在の20%前後から、2025年に25%、2050年には40%まで高める計画が進んでいます。実際に、国内外のメーカーや大学、研究所などでは、日々太陽光発電の発電効率を高める研究・開発が行われています。

発電効率に伸びしろがある太陽光発電システムは、再生エネルギーの中でも最も将来性のある投資先と言えるのではないでしょうか。

※記載内容は掲載当時のものであり、変更されている場合がございます。

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