太陽光発電の発電効率はどのくらい？発電効率が落ちる原因と高め方
太陽光発電を導入するのであれば、発電効率を高めて費用対効果を最大化したいと考える方も多いのではないでしょうか。
投入されたエネルギーが電気に変わる割合のことを発電効率と言います。数値が高いほど効率良く電気が作られることを表しますが、太陽光発電は20％が目安です。
しかし、設置されている環境や製品の状態によって発電効率は変化します。
そこで、本記事では、太陽光発電の発電効率について、落ちる原因や高め方なども含めて詳しく解説します。
太陽光発電の発電効率はどのくらい？月によって発電効率は変わる？
発電効率とは、投入されたエネルギーが電気として出力される割合のことです。
以下が計算式です。
仮に、投入したエネルギーをすべて電気に変換した場合の発電効率は100％です。
ただ、エネルギーの形態が変わる際にロスが生じるため、理論上は100％にはなりません。つまり発電効率が高いということは、ロスが少ないことを意味しています。
他の再生可能エネルギーと比較する太陽光発電の発電効率
それぞれの発電方法の発電効率は以下が目安です。
|
発電方法 |
発電効率（目安） |
|---|---|
|
太陽光発電 |
約20％ |
| 風力発電 |
約40％ |
|
水力発電 |
約80％ |
|
地熱発電 |
約8％ |
参考：能代市「自然エネルギーの発電効率を比較。風力発電所の効率を解説」
太陽光発電の発電効率は約20％で、太陽の光エネルギーが100Wあれば20Wの電気を出力できることを意味しています。再生可能エネルギーの中では標準的と言えます。
月（季節）ごとに異なる発電効率
ただし太陽光発電の場合、日照時間や太陽の高度などの影響を受けるため、1年中同じように発電できる訳ではありません。そこで月別の発電量を確認しましょう。
家庭部門になりますが、環境省の「令和3年度家庭部門のCO2排出実態統計調査 資料編（確報値）」によると、以下のように月によって発電量に違いがあります。
※環境省「令和3年度家庭部門のCO2排出実態統計調査 資料編（確報値）」から当社にて作成。
資料を見ると、秋から下がっていき12月に最も低い数値に。一方、春を迎えるにあたって発電量が増えて、4月が最も高い数値になっています。なお、環境庁では技術の進歩により、発電効率はさらに上がっていくと推測しています。
2013年に行われた総合科学技術会議では、今後2030年にモジュール変換効率が40%、 2050年に40%以上になるとしています。
変換効率の計算方法
太陽光発電設備の性能を表すには、太陽光を電気に変換する割合を部分ごとに算出する変換効率が用いられます。その1つであるモジュール変換効率は、太陽電池モジュール（太陽光パネル）全体の1㎡あたりの割合を表します。
またセル変換効率は、太陽電池モジュールを構成するセル1枚あたりの割合を示します。
それぞれの計算方法は以下です。
- 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（m2）×1000（W/m2））
- セル変換効率（％）＝出力電気エネルギー÷太陽光エネルギー×100
同じ製品でセル変換効率がモジュール変換効率よりも高い数値になるのは、反射損失などによるロスがあるからです。
発電量の計算方法
また、再生可能エネルギー発電設備の発電量の計算方法について確認しましょう。
自家発電設備の発電量（kWh）＝発電出力（kW）×8760h×設備利用率
なお、8760hは一年間の総時間数（24h×365日）を表しています。また設備利用率は、経済産業省から毎年公表される数値を使用して計算するのが一般的です。
太陽光発電で発電効率が落ちる原因は？
太陽光発電の発電効率は、天候などさまざまな条件に影響されます。
そのため、発電効率が高くなったり、落ちたりします。発電効率が落ちる原因として、代表的な6つについて見ていきましょう。
悪天候や外気温、影の影響
太陽光発電は太陽光によって発電するため、曇りが多く日照時間が短い、あるいは太陽電池モジュールが建物の影に隠れてしまうといった場合は発電量が低下します。
また、太陽光発電設備の発電効率は25℃前後が最も高いとされ、暑すぎても寒すぎても発電効率は落ちてしまいます。
これは太陽電池モジュールに使われている半導体が高温に強くないからで、25℃より1℃上昇するごとに発電量が低下していきます。
不適切な設置角度
太陽光発電設備は、太陽光を直角に受けるように設置することで最も効率的に発電できます。しかし、強風などで角度が変わると発電効率が落ちてしまいます。
なお、1年のうち太陽高度が高いのが夏至（6月）で、最も低いのが冬至（12月）です。東京の場合、夏至の南中高度は78°、冬至は30°前後です。
そのため、年間最適傾斜角に合わせて角度を調整して設置します。地点によって最適傾斜角は異なりますが、日本の場合は30度前後が一般的です。
パネル表面の埃や汚れ
太陽電池モジュールは屋外に設置されるため、表面に汚れやほこりがつくことがあります。この場合、太陽光をすべて受けられないため、発電量が落ちてしまいます。
出力容量が50kW以上の太陽電池モジュールは半年に1回の点検が義務付けられていますが、その際に太陽電池モジュールの清掃なども行いましょう。
経年劣化
高性能な太陽光発電設備でも劣化は避けられません。そのため設置当初に比べて、年数を経ていくごとに発電効率が落ちていきます。
劣化率はメーカーや製品によって異なり、一般的には1年間で0.5％と言われますが、1％以上劣化する製品もあります。そのためメーカーでは「出力保証」や「発電保証」をつけて、年数に応じて発電量を保証しています。
参考：「太陽光発電の導入見込量と関連情報について」P.9
パワーコンディショナの故障
パワーコンディショナも劣化や接続不良などによって故障することがあります。この場合、直流電気から交流電気に正しく変換されないため、発電効率が落ちてしまいます。
なおパワーコンディショナとは、直流電気を交流電気に交換する装置です。
太陽電池モジュールで作られるのは直流で、家庭で使えるのは交流電気です。そのため太陽光発電設備には、パワーコンディショナが設置されています。
災害や塩害による損傷
太陽電池モジュールは屋外に設置されるため、台風や落雷などによって損傷を受けると発電効率が落ちてしまいます。また、電子機器は塩害の影響を受けやすいため、太陽光発電設備の発電効率も塩害によって落ちてしまいます。
ただし、塩害対策を施している太陽電池モジュールが用意されているため、塩害が気になる場所に設置する場合はこれらの製品を選ぶようにしましょう。
発電効率を高める方法
発電効率が低いまま太陽光発電設備を使用すると、想定通りの発電量が得られず、電気料金削減などのメリットも小さくなります。
そのため、発電効率を向上させるための具体的な方法についても把握しておきましょう。
太陽電池モジュールの設置角度や場所を調整する
前述したように、太陽電池モジュールはその地点における年間最適傾斜角での設置が必須です。そのため、台風の後に発電量が下がったなどの場合は、台風の被害を受けて傾いたことが考えられます。
また、高い建物が近隣に建って、発電量が下がることもあります。このような場合も、太陽電池モジュールの設置角度や場所を改めて調整しましょう。
定期的に清掃と点検を行う
太陽電池モジュールに汚れやほこりがついていると発電効率が下がるため、定期的に清掃を行いましょう。
また、規模によっては点検が義務付けられていないケースもあります。しかし、劣化だけではなく、角度が変わったといったことにも気づきやすくなるため、定期的に点検を行いましょう。
変換効率の高い太陽電池モジュールを選ぶ
太陽光発電設備の変換効率は、製品によって異なります。
日本国内メーカーのモジュール変換効率は20〜22％前後が目安ですが、変換効率が高い太陽電池モジュールを選ぶことで、発電効率を高められます。
特に発電効率が良い太陽電池モジュール「N-type」を紹介
太陽電池モジュールの変換効率は製品によって異なりますが、リープトンエナジーのN-type太陽電池モジュールは変換効率が高いのが特徴です。
「N-type太陽電池モジュール」の代表的な特徴は以下になります。
新しい回路設計により出力が増加している
「N-type太陽電池モジュール」では、新しい回路設計のN-typeMBBセルを採用しています。そのため出力が10〜20W増加しています。
両面ガラスを採用することで裏面でも発電できる
「N-type両面発電モジュール」は、表面だけではなく裏面からでも発電できる両面ガラスモジュールです。設置条件にもよりますが、片面発電と比較すると発電量が5〜25％増えることが見込まれます。
白く塗装した屋根上や積雪面、水面などではより光反射率が高くなり、効率的に反射光を集められます。
そのため、積雪寒冷地や砂地といった過酷な条件下でも効率よく発電できます。またソーラーシェアリングやカーポートなどにも最適で、幅広い設置場所で利用可能です。
従来の製品よりもLID現象が原因の劣化を抑えられる
「N-type太陽電池モジュール」は、LID現象（設置後すぐに性能が低下する初期劣化）を抑えられ、設置後すぐの発電ロスを回避できます。また、高温時に発電量の損失が少なく、低照度でも発電量を確保して様々な条件下でもその威力を発揮します。
まとめ
今回は太陽光発電における発電効率について詳しく解説しました。太陽光発電設備を選ぶ際、一つの基準となるのが発電効率です。発電効率が大きいほど電気料金を削減できます。
なお、リープトンエナジーでは、本記事で紹介した発電効率の高い「N-type太陽電池モジュール」を自社工場で製造しています。
同社は、世界トップのメーカーが選ばれる「Tier1リスト」に16回（2024年8月時点）選出されている世界有数のメーカーです。
また、米調査機関が実施する「PVモジュール信頼性スコアカード」（2024年版）ではトップパフォーマーに選ばれています。
法人向けプランとして、自家消費型太陽光発電設備やPPAなども用意しており、事業規模や要望に合わせたプランを提案しています。気軽にお問い合わせください。
