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🥾|アウトドアで活躍! JVC新ポータブル電源が従来より1.2倍の容量に


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アウトドアで活躍! JVC新ポータブル電源が従来より1.2倍の容量に

 
内容をざっくり書くと
ソーラーパネルと併用すれば、アウトドアで長時間使うこともできる。
 

▲JVCケンウッドから発売される新モデルのポータブル電源「BN-RB37」 日本語表記だからシニア世… →このまま続きを読む

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ソーラーパネル

ソーラーパネル: solar panel)または太陽電池パネル(たいようでんちパネル)とは、太陽光発電を行うためのパネルのこと。太陽電池板太陽電池モジュールとも。

概説

ソーラーパネルは一般に、ひとつひとつは小さな太陽電池を複数集めて、何らかの枠・構造体に入れてパネル状にしたものである。枠はアルミが用いられることが多い。また、2枚のガラスの間にセルを挟みこみ、建材一体型として使用するケースもある。(右写真 建材一体型太陽電池 参照)

ひとつひとつの太陽電池の起電力は小さいが、それを複数直列に組むことで電圧を上げ、使いやすくしている。一般に、鉛蓄電池(12V)と組み合わせることも想定されたソーラーパネルは、蓄電池を充電するために、ソーラーパネル側の起電力は(蓄電池の12Vよりも高く)17~20V程度になるように設計されている。また電流量を増やすために、上述の直列のユニットが複数、並列に組んであることもある。

ソーラーパネルは、1枚単体でバッテリーなどと接続して使用することも可能である。1枚のソーラーパネルが発電できる電力は、そのサイズや結晶のタイプによる発電効率などによってそれぞれ異なっていて一概には言いにくいが、おおむね、一辺が数十センチメートル程度ならば、10ワット~100ワット程度である。一辺が数センチ程度の小さなソーラーパネルの場合は、1W以下~せいぜい数ワット程度である。住宅用や産業用向けのものはより大きく250wから数百w程度のものが主流である。

住宅で用いられる太陽光発電システム(住宅の屋根の上などに設置するもの)では、複数のソーラーパネルが用いられていて、接続箱を介してパワーコンディショナーに接続されている。ソーラーパネルで発電された電力は家庭内で消費され、また売電という形で電力網ともつながっている場合があり、その場合は電力網へと供給される。

太陽光発電所では、非常に多数ソーラーパネルが用いられており、大電力を供給する。複数のソーラーパネルを組み合わせたものは、「ソーラーアレイ」「太陽電池アレイ」と呼ばれている。

ソーラーパネルは、人工衛星宇宙ステーションでもよく使われている。

構造と仕組み

ソーラーパネルは太陽からの光エネルギー(光子)を使い、光起電力効果を応用して電気を発生させる。モジュールの構造を保持するのは上層の場合(表板構造)や下層の場合(基板構造)がある。よく使われるのはウェハーベースの結晶シリコンを使った太陽電池とテルル化カドミウムまたはシリコンを使った薄膜型の太陽電池である。結晶シリコンは半導体製造の原料でもある。

太陽電池を実用的なものとするには、まず複数の太陽電池を電気的に相互接続し、システムの他の部分と接続しなければならない。また、製造・輸送・設置・利用の各段階で壊れないよう保護する必要がある。特に、(ひょう)や積雪の重みが問題となる。特にウェハーベースの太陽電池は脆いので注意が必要である。湿気が内部に入り込むと金属の配線や接続部分が腐食する危険性があり、薄膜型の太陽電池や透明導電性薄膜層も湿気に弱いため、注意しないと性能低下や寿命短縮に繋がる。

ソーラーパネルは硬いものがほとんどだが、薄膜型の太陽電池を使ったものは柔軟性のあるものもある。

必要な電圧を確保するため、直列に太陽電池を接続し、電流を確保するためにそれらをさらに並列に接続する。

一部または全部が影に入ったり、夜になると電流の逆流が起きることがある。それを防ぐため、別途ダイオードを使うこともある[1]。単結晶シリコンの太陽電池のpn接合は光が当たっていないときに逆電流を生じさせる特性があるが、これは不要である。逆電流は単に電力を無駄に消費するだけでなく、太陽電池が熱を持つという問題もある。太陽電池は高温になるほど効率が低下するため[2] 、ソーラーパネルはなるべく熱を持たないのが望ましい。冷却を考慮した設計のソーラーパネルはほとんどないが、設置する際に背面から放熱できるようにするなどの工夫をすることが望ましい。

最近のソーラーパネルには、レンズまたは鏡を使って太陽光をより小さな太陽電池に集める集光装置を採用したデザインのものもある。単位面積当たりの単価が高い太陽電池(ヒ化ガリウムを使ったものなど)を使って比較的安価なソーラーパネルを作ることができる[3]

ソーラーパネルの構成によっては様々な波長の光で発電できるが、一般に太陽光のあらゆる波長をカバーすることはできない(特に紫外線赤外線、間接光など)。つまり太陽光エネルギーの大部分を捨てていることになる。ソーラーパネルは適切な単色光を照射したとき最も効率がよい。そこで、太陽光を複数の波長に分け、それぞれのビームをその波長が得意な太陽電池に当てるという仕組みのソーラーパネルが提案されている[4]。また、赤外線を中心として発電できる太陽電池を使ったTPV(熱起電力)発電も提案されている[5]

ソーラーパネルの効率を表す太陽光変換効率は、市販されているもので5%から18%となっており、一般にパネルを構成する太陽電池単独の効率より低い。

モジュール

結晶シリコンモジュール

結晶シリコンを使った太陽電池を採用したモジュールで、今のところ最もよく見られる。単結晶モジュールと多結晶モジュールに分けられる。

薄膜モジュール

薄膜型太陽電池を採用したモジュール。低コストで高効率である。

ガラス基板薄膜モジュール
硬い薄膜モジュールで、太陽電池とモジュールが同じ生産ラインで製造される。太陽電池をガラスの基板または表板上に形成し、配線もその場で行う。基板や表板は多層構造になっている。太陽電池としては、CdTe、アモルファスシリコン (a-Si)、a-Siとuc-Si(単結晶シリコン)の多接合型、CIS系などがよく使われている。アモルファスシリコンの太陽光変換効率は6%から12%である。
フレキシブル基板薄膜モジュール
柔らかい薄膜モジュールで、こちらも太陽電池とモジュールが同じ生産ラインで製造される。主にポリエチレンテレフタラート (PET) の基板上に太陽電池を形成する。他にも、ポリエステルポリイミドのフィルムが使われる。これらは絶縁体なので配線もガラスと同様容易である。基板に電気伝導体を使う場合は、別の技法を必要とする。主にアモルファスシリコンを使った薄膜型の太陽電池を無色透明のフッ素樹脂上に形成してそちらを表面とし、裏面を別の樹脂フィルムで補強する。

IntertechPiraによると、フレキシブル基板を含む薄膜型太陽電池市場は2019年まで年率35%で成長すると予測されている[6]

電子回路組み込み型モジュール

太陽電池モジュールに電子回路を組み込んだものが製造され始めている。それによって個々のモジュールが最大電力点追従 (MPPT) を行ったり、稼働データを監視してモジュールレベルで障害発生を検出する。

性能と寿命

ソーラーパネルの性能(ワットピーク)の測定は「標準試験条件」(STC) で行われる。すなわち、放射照度1000W/m2、AM=1.5のソーラーシミュレーターを光源とし、モジュール温度25℃で試験する。

電気的特性としては、公称最大出力(ワット)、公称最大出力動作電圧(ボルト)、公称最大出力動作電流(アンペア)、公称開放電圧、公称短絡電流などがある。実際のソーラーパネルの出力は、光量、温度、負荷などによって常に変化する。公称開放電圧は、ソーラーパネルに何も回路を接続しない状態で発生できる最大電圧を意味する。公称最大出力はSTCの条件下での最大出力である。

ソーラーパネルは通常屋外に設置されるため、寒暖差や雨やに長期間さらされる。結晶シリコンモジュールの場合、10年経過で90%、25年経過で80%の出力を保証するメーカーが多い[7]

規格

生産

2009年時点で全世界で、発電能力にして7.5GWのソーラーパネルが設置済みである。IMS Research は、今後さらにソーラーパネルの出荷が増えると予測している[8]。2011年7月には、昭和シェル石油の子会社ソーラーフロンティアが宮崎県に年間生産能力は900メガワットの単一工場としては世界最大級のラインを稼動させる[9][10]

上位10社(2009年)

2009年に生産したソーラーパネルの出荷量で比較した上位10社は次の通りである[8]

  1. ファースト・ソーラー(アメリカ)
  2. サンテックパワー(中国)
  3. シャープ(日本)
  4. インリーグリーンエナジー(中国)
  5. (中国)
  6. (アメリカ)
  7. 京セラ(日本)
  8. (中国)
  9. AG(ドイツ)
  10. パナソニック(日本)

上位10社(2017年)

2017年に生産したソーラーパネルの出荷量で比較した上位10社は次の通りである[11]

  1. (中国)
  2. (中国)
  3. (中国)
  4. (中国・カナダ)
  5. ハンファQセルズ(韓国)
  6. GCLシステムインテグレーション(中国)
  7. (中国)
  8. (中国)
  9. (中国)
  10. インリーグリーンエナジー(中国)

セーフガードの発動

発電量

Panasonicの「HIT.」のP245Puisでは、1年間の発電量が0.245kWになる。

一般的な家庭に必要な発電量が4.936kW必要なためP245Puisが20枚必要となる。

価格

長期的に見れば、ソーラーパネルの価格は低下している。1970年には1ワット当たりのコストは約150ドルだったが、1998年には1ワットあたり4.5ドルで、33分の1になっている[13][14]

販売価格においては、2014年9月時点の住宅用太陽光発電において、最安値価格(スレート一面足場無しの設置環境)250,000円~350,000円/キロワットで販売されている。[15]

設置システム

トラッカー
は太陽を自働追尾して常にパネル面を太陽に向け、発電量を増やす。
固定ラック
固定ラックはソーラーパネルを単に固定する。緯度に合わせて角度をつけて設置するのが一般的である。

太陽電池モジュールを組み込んだ機器

問題点

いくつかの問題点があり、それを下記にて列挙する。

天災による問題点

  • 暑い日は、温度上昇によってソーラーパネルの発電効率が低下する。
  • 土砂崩れなど土砂災害の恐れがある「土砂災害警戒区域」内で、ソーラーパネル設置に当たって無許可で掘削が行われ、社会問題化している例がある[18]
  • 茨城県常総市内の鬼怒川では、2015年9月台風18号の影響による豪雨災害で堤防が越水したが、該当する堤防の越水箇所が、ソーラーパネルの設置工事によって高さが約2mに亘り削られていたことが判明している[19]
  • 台風や竜巻でソーラーパネルが吹き飛ばされ、付近の家に飛散被害を与えてしまう。
  • 機器や配線の一部が損傷しても、パネルは太陽光が当たる限り停止することなく発電を続けるため、漏電による感電や火災の危険性がある。
  • 地震や経年劣化によるパネルや架台のねじのゆるみ、変形や破損による修復費用の負担。

周辺の環境に与える影響

  • ソーラーパネルの装置近くにハトを作ることによるフン害
  • ソーラーパネルの隙間からの雨漏り
  • ソーラーパネルからの反射光
    • 反射光により近隣住民から苦情が出ることがある。
    • 2012年4月18日横浜地裁は、横浜市金沢区の住民2人が、ソーラーパネルを自宅の屋根に取り付けた男性と、設置工事を請け負ったタマホームを相手取って、一部パネルの撤去と損害賠償を求めた訴訟について、原告側の訴えを認める判決を出している[20]
    • 2015年9月には、ソーラーパネルからの反射光の影響で自宅の室内に熱が籠り熱中症になったとして、パネルを設置したJAG国際エナジーに対し、神戸地方裁判所に訴訟が起こされている[21]
  • ソーラーパネルの設置と景観との調和
    • 京都市では美観地区、美観形成地区、建造物修景地区、風致地区、歴史的風土特別保存地区、伝統的建造物群保存地区、眺望空間保全区域、近景デザイン保全区域、遠景デザイン保全区域内での太陽光パネルの設置について制限がある[22]
    • 奈良県では景観保全地区及び環境保全地区内での太陽光パネルの設置について制限がある[23]

住宅用ソーラーパネル導入時のトラブル

住宅用ソーラーパネル設置には下記の困難がつきまとうので注意が必要である。

詐欺・騙されるリスクがある

国民生活センターに寄せられた太陽光の苦情で一番多いのが訪問販売だった。これを裏付ける数字として、国民生活センターのHPで数字が公開されている。

ソーラーシステムに関する相談が2014年で3,333件もあった。そのうち、1,851件が訪問販売による相談であり、彼らは「元が確実に取れる」などの謳い文句で巧みに話を展開するが、いかに訪問販売が危険なのかが分かる。具体的には「太陽光発電の契約をしたが、契約時の説明と実際の売電価格が異なっている」などである。

FIT制度が始まった2009年頃から、比較的築年数の浅い一戸建てを中心に悪質な訪問販売業者が巡回するようになり、一種の投資勧誘のような手法で営業されているため太陽光発電のイメージが悪化した。

訪問販売業者での契約は、クーリングオフ制度を活用すると契約した日を含めて8日間は契約解除が可能だが、悪質業者の場合は返金対応も苦慮することになる可能性が高い。 さらに悪質なケースは「詐欺」である。そもそも太陽光発電業者でもなく、契約と称しその日に現金をだまし取るケースもある。

当然だが設置後業者が倒産するとアフターフォローもなくなるので後は自己責任となる。実際、2020年1月に帝国データバンクが発表した内容によると、2006年から2019年までの間に、457社の太陽光発電関連業者が倒産している。

設置費用が高い

太陽光発電を導入するためにはほとんどの場合、一般的な太陽電池モジュールは長さ1.7m×幅1mで、家庭での電力消費量に見合った十分な発電量を得るためには20枚以上のモジュールの購入が必要となり、100万円以上の設置費用がかかる。

2021年経済産業省資源エネルギー庁(調達価格等算定委員会|経済産業省)の資料によると、現在の住宅用太陽光発電の相場価格は137.5万円、平均設置容量は5.00kWとなっている。太陽光発電の導入費用は年々安くなっているが、それでも車を1台買えるほどの金額である。

2014年のグリーン税制がある頃は銀行にも太陽光用の融資があったり。信販会社もこぞって参入したが、2014年末に国会等で太陽光の買い取り価格が高すぎて融資もなくなった。

売電価格が年々下がっている

太陽光発電は固定価格買取制度(FIT)により、10年間一定の売電価格で電力会社が発電した余剰電力を買い取ってくれる(10kW未満)。

太陽光発電設置者にとっての経済面で見たときの主なメリットはこの売電と自家消費による電気代の節約であるため、売電価格は重要な要素の一つだが、住宅の売電価格は10年前と比較すると約半値になっている。しかもこの先もさらに下がり続けるので将来性が見えない状況である。

メンテナンスが必要になる

太陽光発電はメンテナンスフリーだと考える人も多いが、清掃・パワーコンディショナーの交換などメンテナンスが不可欠である。 パネルの初期不良による故障は期間内であればメーカーの保証が受けられ、土砂崩れや台風による水害などで破損したケースでは動産保険など、保険などに加入している場合は保険を利用して交換が出来る場合もあるが、加入していない場合は実費での交換が必要となる。

太陽光発電システムで故障が多いのはこのパワーコンディショナーで耐用年数は10年ほどといわれており、交換には住宅用太陽光発電で1回あたり20万円程度の費用がかかる。

発電量が環境に左右される

太陽光発電の発電効率は20%程度であり、当初のシミュレーションより発電量が少なかったことはよくある。発電効率が80%程度の水力発電、20~40%程度の風力発電に比べて低水準である。また、太陽光発電の発電状況は日射量に左右され、日が昇っていない時間帯は発電できないため、夜間の電力需要に対応できない。それに天候が良くても周囲にいったん大きな建造物が建つと以降の発電は絶望的となる。

設置が向いていない家もある

毎日の発電量を増やすには、太陽に向いた屋根にソーラーパネルを設置する必要がある。つまり、北半球では南向きの屋根、南半球では北向きの屋根の住宅のソーラーパネルの設置に適しているということになる。樹木や煙突などの遮光障害物を考慮すると、ソーラーをパネル設置に理想的な屋根スペースは50%以下になる。そのため、必要なパネルをすべて設置するには、一般的に大きな屋根が必要になる。しかし屋根の形が複雑な場合、太陽光パネルのサイズがうまくはまらず、総容量が思ったよりも小さくなってしまう場合が多い。また、積雪地域では、屋根および太陽光パネルに落雪対策も必要となる。

隣人トラブルのリスクがある

2014年にニュースでも取り上げられたのが太陽光発電の反射光トラブルである。太陽光パネルを大量に設置する産業用太陽光発電は、太陽光パネルによる近隣住宅への反射光が、しばしば問題になっており住宅用太陽光発電の反射光トラブルでは、裁判にまで発展したケースもある。

太陽光発電は、基本的には南面・東面・西面に設置する。北面設置の太陽光パネルの反射光は地上に向かいやすいため、隣人の家の中まで光が差す可能性が高まる。被害を受ける北側の家では、室内の温度が40℃近くなった、眩しくて生活できない、などかなり深刻な問題に直結する。

もう1つのトラブルは「音」である。太陽光パネル自体は音を発しないが、発電した電気を家で使える電気に変換する機械であるパワーコンディショナーは稼働中に高音を発する。屋外用のパワコンで都市部など隣家が近いところで、隣家の間取りなどを考えずに設置すると音でのトラブルに繋がる。

雨漏りなど施工不良、火災のリスクがある

太陽光発電は屋根に設置することもあり、ちゃんとした工事をしないと雨漏りに繋がる。しかし訪問販売業者は、施工コストを削るために足場が必要な現場でも設置しない、下請け業者を使って安く済ませる、メーカーの認定を受けていない等、工事の質が悪い。

雨漏りについては、建築した業者に許可等がなく設置をすると、建築した会社の保証なども効かなくなり、さらに訪問販売業者の対応もずさんであると、住宅にとって、雨漏りは構造躯体の腐食、シロアリの原因など致命傷に直結する。そういった防水処理の知識がない、または経験の浅い業者での施工により雨漏りに繋がっているケースも多々ある。

2019年1月28日消費者庁消費者安全調査委員会がまとめた報告書によれば、2017年11月までの約10年間で住宅用太陽光発電システムから火災、発火、発煙、過熱が生じた件数は127件。うち、少なくとも7件は屋根側にも延焼した(ただし、住宅用太陽光発電システムは、2018年10月時点で全国約240万棟に普及しており分母になる数は非常に大きい)。火災となったケースは、いずれもシステムと屋根が一体型となったもので、報告書では注意を呼びかけている[24]

脚注

[脚注の使い方]
  1. ^ Diodes”. Kpsec.freeuk.com. 2010年10月18日閲覧。
  2. ^ 特許庁 技術分野別特許マップ「太陽電池」1.2.1 太陽電池が電気を発生する理由(半導体中での光変換:光起電力効果)
  3. ^ 高本達也、兼岩実「集光型化合物太陽電池 (PDF) 」 『シャープ技報』第93号、シャープ、2005年12月。
  4. ^ Very High Efficiency Solar Cell (VHESC) DARPA STO
  5. ^ IMECが廃熱で発電する太陽電池を開発、製造プロセスを低コストに 日経エレクトロニクス 2010年6月10日
  6. ^ Global flexible and thin-film PV market expected to reach US$58b in 2019,reports by IntertechPira study”. Globalsolartechnology (2009年9月11日). 2011年1月11日閲覧。
  7. ^ CTI Solar sales brochure (PDF)”. cti-solar.com. 2010年9月3日閲覧。
  8. ^ a b IMS Market Research - Press”. Pvmarketresearch.com (2010年5月5日). 2010年10月18日閲覧。
  9. ^ 世界の太陽電池メーカー勢力図”. 東洋経済 online (2011年2月16日). 2011年6月4日閲覧。
  10. ^ 昭和シェル石油グループが太陽電池新工場の竣工式を開催、7月までに全ライン稼動で世界最大級の工場に”. 東洋経済 online (2011年4月25日). 2011年6月4日閲覧。
  11. ^ 太陽電池モジュール・2017年出荷量トップ10企業”. 2018年6月30日閲覧。
  12. ^ トランプ米政権、太陽光パネルと洗濯機にセーフガード発動”. CNN (2018年1月23日). 2018年7月14日閲覧。
  13. ^ Harnessing Light. National Research Council. (1998). p. 162. http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=5954 
  14. ^ Paula Mints (24 September 2009). “Module Pricing: Rational, Or Just Plain Nuts?”. Photovoltaics World Magazine. http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2009/09/module-pricing-rational-or-just-plain-nuts?cmpid=WNL-Friday-September25-2009. 
  15. ^ 太陽光発電の価格相場太陽光発電価格相場表
  16. ^ KDDIが太陽電池携帯を発売へ”. ITmedia news (2009年4月20日). 2011年1月11日閲覧。
  17. ^ Meet Gyy, The First Solar Powered Netbook”. PCWorld (2009年5月15日). 2010年10月18日閲覧。
  18. ^ 太陽光発電:業者、無許可で危険斜面掘削 和歌山の山林 毎日新聞 2015年9月6日
  19. ^ 関東・東北豪雨:太陽光装置設置工事で堤防削られる 常総 毎日新聞 2015年9月11日
  20. ^ 太陽光パネル「反射光が苦痛」…地裁が撤去命令 読売新聞 2012年4月19日
  21. ^ 「太陽光パネルで室内50度、熱中症」 64歳会社役員が業者に300万円求め提訴 産経新聞 2015年9月9日
  22. ^ 太陽光発電装置等を設置される場合は景観規制の手続が必要です”. 京都市. 2013年5月27日閲覧。
  23. ^ 保全地区内で太陽光パネルを設置する場合”. 奈良県. 2013年5月27日閲覧。
  24. ^ 太陽光発電で発火、10年で127件 住宅に延焼も7件”. 朝日新聞 (2019年1月28日). 2019年1月28日閲覧。

関連項目


 

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