太陽光発電の「発電効率」や「変換効率」とは?発電効率が高いメーカーと発電効率を向上させる方法

太陽光発電の「発電効率」と「変換効率」は似た言葉ですが、意味が異なります。

発電効率とは、太陽光パネル全体が、太陽光エネルギーの何％を電気エネルギーに変換できるのかを示す指標です。設置環境や天候、方角などの影響を受けます。

一方、変換効率は、太陽光パネルを構成するモジュールやセルが、太陽光エネルギーをどれだけ電気エネルギーに変えられるのかを示す指標です。「モジュール変換効率」と「セル実効変換効率」の2つに分けられます。

以下で、それぞれの指標についてより詳しく解説します。自宅の環境に適したパネルを選ぶうえでの参考にしてください。

発電効率とは、投入されたエネルギー(太陽光発電の場合は太陽光のエネルギー)を100としたときに、どれだけの電気エネルギーを生み出せるのかを示す指標です。単位には「パーセント(％)」を用います。値が高いほど多くの電力を生み出せます。

一般的に、太陽光発電の発電効率は20％程度とされています。しかし、近年は20％を上回る製品も登場しているため、最新の製品情報をチェックしてみてください。

太陽光の変換効率とは、太陽光パネルを構成するモジュールやセルが、受けた太陽エネルギーをどれだけ電気エネルギーに変換できるかを示す指標です。

モジュール1枚あたりの効率を表す「モジュール変換効率」と、セル1個あたりの効率を表す「セル実効変換効率」の2種類があります。

それぞれの計算式は以下の通りです。

＜計算式＞

• 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(㎡)×放射照度(Ｗ/㎡)］(放射照度＝1,000W/㎡)

• セル実効変換効率(％)＝［モジュール公称最大出力(Ｗ)×100］÷［1セルの全面積(㎡)×1モジュールのセル数(個)×放射照度(Ｗ/㎡)］(放射照度＝1,000W/㎡)

モジュールやセルの性能向上は、より効率的なエネルギーの利用につながります。

前述のとおり、太陽光発電の一般的な発電効率は20％程度です。下表は、太陽光発電と、ほかの発電の発電効率をまとめたものです。

発電効率が高いのは水力発電、次いで火力発電です。特に火力発電は発電量の約80%を占めていますが、多くのCO2を排出し、化石燃料も消費することから、環境への負荷が大きいとされています。原子力発電は大きなエネルギーを生み出せる一方、事故が起きた場合のリスクが計り知れません。

風力発電やバイオマス発電は、コストや安定性での課題があります。地熱発電は安定した発電が可能ですが、発電効率が低く、設置できる場所も限られるのが難点です。

太陽光発電は発電効率は高くはないものの、他の発電に比べて安価に導入できて環境への負荷が少なく、発電量も比較的安定しています。

このように、それぞれの発電方法には異なる特長があり、場所や資源、環境負荷、事故リスクなど、さまざまな要素を考慮したうえで最適な方法が選択されています。

太陽電池とは、太陽光パネルを構成する発電素子です。単体では小規模な発電しかできませんが、多数を組み合わせることで太陽光パネルとして効率的に発電が行われます。

太陽光発電の発電効率は太陽電池の素材によっても変わります。
太陽電池の素材で代表的なものが「シリコン系」「化合物系」「有機系」の3つです。それぞれの発電効率は以下の通りです。

参考：国立研究開発法人NEDO「世界一のモジュール変換効率40％超を目指す、太陽電池開発中」

それぞれの素材の特長について、以下で見ていきましょう。

シリコン系は、現在生産・販売されている太陽光パネルのほとんどを占めています。発電効率は一般的に約15〜20％程度です。

このタイプは、シリコンを薄くカットしたウエハーから生成する「結晶シリコン」と、結晶構造を持たないシリコンで生成された「アモルファス」があります。

結晶シリコンは耐久性に優れていて、変換効率も約20％と高い水準です。一方、アモルファスのエネルギー効率は約9％と低めです。

化合物系は、シリコン以外の化合物を用いた太陽光パネルです。具体的には、CIS、GaAs、CIGS、CdTeなどが挙げられます。

中でもGaAs太陽電池は単接合で最高29.1％と、シリコン系を上回る変換効率を達成しています。さらに、軽量かつ薄膜化も可能で、今後の活用が期待される素材です。ただし、カドミウムやヒ素などの有害物質を含むため、環境への影響が懸念されています。

有機系の太陽光パネルは、無機物を原料とするシリコン系や化合物系とは異なり、有機物を原料としています。色素増感太陽電池やペロブスカイト太陽電池、有機薄膜太陽電池などが含まれます。

変換効率や耐久面ではシリコンに劣るものの、軽量で柔軟性が高く、印刷技術を活用すれば低コストで大量生産が可能です。また、2024年の時点で最高20％の発電変換効率を記録するなど進化が著しく、今後の活用が期待されています。

近年、太陽光パネルは著しく進化しており、同じメーカーであっても製品によって発電効率や変換効率は大きく異なります。「このメーカーだから優れている」といった判断をするのは難しい状況です。

強いて挙げるのであれば、カナディアンソーラーは変換効率が22.8%という高水準の製品を開発しており、一歩先んじたメーカーといえるでしょう。

東京ガスでは、カナディアンソーラーはもちろん、各メーカーの太陽光パネルから、お客さまのご自宅の屋根に合わせた最適な製品をご提案します。

ご相談は無料で承っていますので、ぜひお問い合わせください。

太陽光発電の発電効率が低下する主な原因は「日射量不足」「高い気温」「メンテナンス不足」、および「経年劣化」です。これらの要因はシステムの性能などに影響し、発電の効率が落ちてしまいます。それぞれの原因について詳しく見ていきましょう。

太陽光発電の発電効率を向上させるには、パネルの設置角度調整、周囲の環境改善、適切なメンテナンスが重要です。具体的にどのような方法で発電の効率化を図れば良いのかを解説します。

太陽光発電を導入する際、多くの人が発電効率やコストに注目しますが、それだけでは不十分です。設置後に後悔しないためにも、次の4つのポイントを押さえておきましょう。

1. 屋根のサイズに合った太陽光パネルを選ぶ
2. 屋根の状態や屋根材を確認する
3. 補助金を活用する
4. 複数の業者から見積もりを取る

それぞれのポイントについて、詳しく見ていきましょう。

発電効率の高い太陽光パネルを選んでも、自宅の屋根の面積には限りがあるため、発電量には上限があります。

そういった場合におすすめの選択肢の一つが、太陽光パネルと蓄電池を併用する方法です。日中に発電して余った電気を蓄電池に充電しておけば、夜間や曇天時など、太陽光発電ができない時間帯に使用することができます。発電した電気を無駄にしないため、発電量が少なくても効率的な利用が可能です。

また、屋根以外の場所(例えば庭や駐車場の土地など)に設置することで、屋根の小ささを補う方法もあります。

このように、自宅の屋根が小さくても太陽光発電を活用することは可能です。専門家と相談しながら、最適な計画を立てましょう。

太陽光発電を導入するためには、十分な屋根の強度が必要です。事前に調査を行い、屋根の強度を確認したうえで、設置する太陽光パネルの枚数や、金具の数を決定していきます。

老朽化などによって強度が不足している場合は、設置前に修繕や補強が必要になるでしょう。太陽光パネルの設置後は屋根の修理が難しくなるので、事前調査は必ず実施してください。

太陽光パネルを導入する際は、補助金や税制優遇制度を利用すると、導入費用を大幅に抑えられます。

太陽光パネルに関する補助金には国が運営するものと自治体が運営するものがあります。特に、自治体の補助金はお住まいの地域によって内容が異なるため、ホームページをチェックしたり、専門家に相談したりして、確認しておきましょう。

東京都の場合は太陽光発電と蓄電池の両方で補助金を利用できます。発電4.5kWを設置した場合、補助金額は54万円です。さらに、機器費と工事費に対する補助金もあります。

太陽光パネルは長年にわたって利用するものです。導入の際に、設置場所や発電量、保証内容などを確認し、複数の業者を比較検討しましょう。

信頼できる業者を見極めるポイントは、過去の設置実績や、レビュー、口コミなどのチェックです。実績がない会社や、悪い口コミが多い業者は避けたほうが良いかもしれません。

また、見積もりが出た際には金額の多寡だけではなく、設置する機材や工事内容、保証内容などについても十分に確認しましょう。太陽光パネルの保証は、一般的に製品保証と出力保証があるので、併せて確認してください。