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クリーンな太陽光エネルギー

　太陽光発電ソーラーシステムで利用している太陽光エネルギーは、完全にクリーンで、しかも無尽蔵に地球上のあらゆる場所に降り注いでいるエネルギーです。遠く離れた太陽から地球に到達する太陽エネルギーの大きさは、大気圏外付近で1m2当たり1.38kW、地表付近では、1m2当たり１kW程度となります。

太陽光発電ソーラーシステムと太陽光エネルギーの利用

　地球全体が太陽から受けているエネルギーは、地表や海面で主に熱に変化してしまいますが、そのごく一部が風や波、海流などを起こすエネルギー源となり、さらには、化石燃料も過去の太陽光エネルギーが地中に蓄積されたものといえます。一つの仮定として、人類が地球全体に降り注ぐ太陽光エネルギーを100％変換できる技術を持っていたならば、世界中の年間消費エネルギーをたったの１時間で賄うことができます。太陽光発電ソーラーシステムで利用している太陽光エネルギーは、それほど大きなエネルギーを持っているのです。

桁違いの太陽光発電ソーラーシステム

　地球上に存在するクリーンエネルギーは、太陽光のほかにも水力、潮汐流、地熱、風波といったものがありますが、太陽光発電ソーラーシステムで使用する太陽光エネルギーは、地球上に存在するクリーンエネルギーの中でも桁違いに大きなエネルギーを持っています。いわば天の恵みである太陽光のエネルギーを私たちは、上手に利用していきたいものです。

地球上のクリーン・エネルギー源のエネルギー量

水　力：毎秒 5 億Kcal
潮汐流：毎秒 7 億Kcal
地　熱：毎秒 77 億Kcal
風　波：毎秒 880 億Kcal
太陽光：毎秒 420,000 億Kcal

太陽光エネルギーは無尽蔵

　太陽光発電ソーラーシステムの元になる太陽光のエネルギーは、ワット数にして約180PWですが、実際に利用可能な量は約1PWといわれています。これは、現在、世界のエネルギー消費量の約50倍にもなり、仮に、ゴビ砂漠の半分程度の面積に現在市販されている太陽光発電ソーラーシステムを敷き詰めれば、全人類のエネルギー需要量に匹敵する発電量が得られるなど、太陽光は、まさに無尽蔵のエネルギーです。

設置場所による太陽光エネルギーの違い

　太陽光発電ソーラーシステムは、地球上のどこに設置しても同じエネルギーが得られるわけではありません。設置場所における年間の日射量は緯度や気候によって異なり、日本では約1200kWh/m2でしかありませんが、赤道付近では最大約2600kWh/m2にもなります。

太陽光発電ソーラーシステムの原料の増産

　太陽光発電ソーラーシステムの生産に必要な原料も豊富であり、システムに使用されているセルの主要原料であるシリコンの資源量は事実上無限ですが、これを精製した高純度シリコンの生産が需要に追いつかない状況であり、原料メーカーの増産が続いています。

太陽光発電ソーラーシステム専用原料

　しかし、現在では、太陽光発電ソーラーシステムの技術の進化によって薄膜化が図られ、シリコンの量が少なくてすむようになりつつあります。また、太陽光発電ソーラーシステムのシリコンには、極めて高い純度のものは必要としません。このため、高純度原料製造工程で発生した純度の低いシリコンやリサイクルシリコンなどが原料として使用されていましたが、現在では、太陽光発電ソーラーシステム専用の原料が生産されるようになっています。

太陽光発電ソーラーシステムと半導体

　太陽光発電ソーラーシステムは屋根の上を始め、時計や電卓など私たちの身の回りにある様々な製品に活用されていますが、その仕組みについては良くわからない人が多いのではないでしょうか。これらの太陽光発電ソーラーシステムは半導体でできています。半導体の原子は、太陽光があたると「+」と「-」に別れる性質があるからです。この「+」と「-」の発生が、発電によって電気をつくりだすための第1段階となります。

太陽光発電ソーラーシステムと極の分離

　しかし、半導体の中で「+」と「-」がただ発生しただけでは、まだ発電はできません。例えば、身近にあるものでは乾電池のように「+」と「-」を両極に分ける必要があります。そこで、太陽光発電ソーラーシステムに組み込まれている半導体は、あらかじめ「+」が集まる「P型半導体」と、「-」が集まる「N型半導体」の二種類に分けられています。

太陽光発電ソーラーシステムは二種類の半導体

　太陽光発電ソーラーシステムにおいて、「+」は「P型半導体」に、「-」は「N型半導体」に集まります。この段階で、「+」と「-」が両極にはっきりと分けられ、発電システムとして機能する準備が整います。つまり、「+」と「-」が、それぞれ別々の半導体に集まることになるのです。

太陽光発電ソーラーシステムと極の電圧の発生

　太陽光発電ソーラーシステムにおいても、乾電池と同じように「+」と「-」の間には電圧が発生します。そして、「+」の電極となった「P型半導体」、「-」の電極となった「N型半導体」に電線をつなげば、発電した電気を取り出すことができるのです。

太陽光発電ソーラーシステムとメリット

　太陽光発電ソーラーシステムを自宅の屋根に設置すると、電気代の節約、停電時の電気の使用、屋根の断熱効果、家族の環境意識の高まりなどのほか、これまでにないさまざまなメリットがあります。

太陽光発電ソーラーシステムで電気代を大幅節約

　太陽光発電ソーラーシステムでは、昼間に電気を発電しているときに、自宅で使用しても残りの余った電気は電力会社に売ることができます。しかも、面倒な手続きや作業は一切ありません。毎月、電力会社がメーターを検針し、売った分の電気代が自分の銀行口座に入金されることになります。太陽光発電ソーラーシステムがどれくらい電気代の節約になるのかを、30年間で比較すると次のとおりになります。

(1)太陽光発電ソーラーシステムなしの場合
1ヶ月の電気代＝1.5万円
30年後支払い総額＝730万円

(2)太陽光発電ソーラーシステムで自家発電の場合
1ヶ月の電気代＝5,100円
システム設置費用＝210万円
メンテナンス費用＝50万円
30年後支払い総額＝504万円

　電気代を自分で払った場合の支払総額は730万円で、太陽光発電ソーラーシステムを設置して自家発電をした場合の総額は504万円と、その差は226万円となります。

太陽光発電ソーラーシステムで電気代が無料

　太陽光発電ソーラーシステムで昼間発電した電気は、家庭の電力として使うことができるため、その分の電気代はかからないことになります。また、夜間はシステムで発電をすることができないため、電力会社から電気を買い取って使うことになります。その際、夜間の電気代を安くする時間帯別電灯契約という電気料金メニューを利用すれば、さらに効率的に電気代を節約することができます。

太陽光発電ソーラーシステムとオール電化住宅

　太陽光発電ソーラーシステムで生み出した電力とオール電化住宅を組み合わせることで更に電気代がお得になります。つまり、ガス器具など住宅内のすべてを電化製品に切り替え、太陽光発電ソーラーシステムで得た電気を有効に使うことで、家計で大きな割合を占める家庭の光熱費全体を大幅に抑えることができます。さらに発電で余った電気を電力会社に売ることでより効果的に光熱費を節約することができます。

太陽光発電ソーラーシステムと停電

　地震や台風などの災害により、停電になった場合でも、太陽光発電ソーラーシステムでは昼間電気を供給することができます。システムには専用のコンセントが付いており、使用したい電気製品を差し込めば、現在発電している分の電気を使うことができます。

太陽光発電ソーラーシステムと断熱

　太陽光発電ソーラーシステムのパネルを屋根に設置することによって、パネルが断熱効果を発揮するため、屋根裏温度が快適になり、設置前と比べて夏は涼しく冬は暖かく過ごすことができます。こうした本来の発電目的以外のメリットもあります。

太陽光発電ソーラーシステムと省エネ意識

　ほとんどの家庭では太陽光発電ソーラーシステムを設置すると、家族の中で省エネに対する意識が高まり、こまめに電気を消すようになるなど、さらに省エネへの取組が広まります。リアルタイムで電気の発電と使用状況が分かる「カラー電力モニタ」を使って、月々の目標に向けて頑張ったり、ご家族の中で自然と電気の話題も増え結果的に電気代が節約できたという方も多くいます。

太陽光発電ソーラーシステムの構造

◇セル：
　太陽光発電ソーラーシステムの基本単位となるもので、シリコンを結晶化させてインゴットという結晶柱をつくり、これを薄く切って電極化したものです。

◇モジュール：
　セルを必要枚配列し、太陽光発電ソーラーシステムを屋外で利用できるように強化ガラスで覆い、パッケージ化したものです。

◇アレイ：
　モジュール（パネル）を複数枚、直列あるいは並列に配列し太陽光発電ソーラーシステムの架台に設置したものです。

太陽光発電ソーラーシステムの変換効率

　太陽光発電ソーラーシステムの変換効率とは、太陽の光エネルギーから電気エネルギーに変換したときの割合を表します。

システムのモジュールの変換効率は、

モジュール公称最大出力（W） × 100
----------------------------------
モジュール面積（m2） × 1000W/m2

の計算式を用いて算出します。

太陽光発電ソーラーシステムと月々の電気代

　ひと月分の電気料金領収書にある電力料金から、おおよその年間電力料金を算出することができます。これにもとづいて、最適なシステムを選びます。

　個々の家庭における電力消費量は、その地域も含めた生活形態等により大きく異なります。標準的な例としては、一般家庭の平均年間消費電力量は4,482kWh（住環境計画研究所「家庭エネルギー統計年報」1996年版）という統計値もあり、この場合には4kW程度の太陽光発電ソーラーシステムを設置することで、使用電気の量をほぼまかなうことが可能です。

太陽光発電ソーラーシステムと太陽熱温水器の違い

　太陽エネルギーの利用方法には、現在、光を電気に変換し利用する方法と熱に変換しエネルギーを利用する方法の2通りがあります。太陽光発電ソーラーシステムは太陽の光エネルギーをシリコンなどの半導体により、直接電気エネルギーに変換するものです。太陽熱温水器は太陽光で水をお湯に変え熱エネルギーとして利用するシステムです。

太陽光発電ソーラーシステムのガラスの反射

　太陽光発電ソーラーシステムは特殊ガラスを使用しているため、窓ガラスほど反射しない表面となっており、特に問題となった事例はありません。特殊な例としては、道路の中央分離帯用の防眩タイプガラスを使用した設置例もあり、太陽光発電ソーラーシステムには低反射タイプのものも用意されています。

太陽光発電ソーラーシステムと停電

　停電になっても太陽光発電ソーラーシステムのパワーコンディショナの自立運転機能があるので、太陽光さえ当たっていれば系統と完全に切り離した上で、最大定格出力の発電電力範囲内の電力が使用できるシステムもあります。

太陽光発電ソーラーシステムと塩害

　太陽光発電ソーラーシステムの一般品は塩害地域では設置することができません。海岸より500m以内を塩害として規定していますが、これを超える地域において、屋根・外壁等に塩害対策している地域も塩害地域とみなしてください。塩害地域用のシステムについては、別途販売店にご相談ください。

太陽光発電ソーラーシステムのkW

　太陽光発電ソーラーシステムの「kW」とは瞬時の発電電力を示し、「kWh」とは1時間あたりの発電電力量若しくは、ある時間帯・1日等の消費または発電電力の時間積算値を示します。10kW発電を5時間続けた場合、10×5＝50kWhの発電電力量となります。住宅用システムでは単相3線100/200V、公共産業システムの場合、3相3線200V出力が標準です。また、特別に単相3線105/200V回路用に製作することも可能です。

公共・産業用太陽光発電ソーラーシステムとCO2削減

　公共・産業用の電力として太陽光発電ソーラーシステムを導入することによって、火力発電所で排出されるCO2の削減と、そこで消費される原油量の節約が可能となります。仮に、10kWの太陽光発電ソーラーシステムを設置した場合には、理論上、全国平均で年間約10,000kWhの発電量が期待できます。これを火力発電所の代替と仮定すると、地球温暖化の原因であるCO2の年間発電量を炭素量換算で年間1.89t-Cの二酸化炭素排出削減となります。原油量は年間約2,430リットルの節約となります。また、そのCO2吸収効果を森林面積に換算削減すると、森林1.94ヘクタールにも相当します。

太陽光発電ソーラーシステムと停電

　商用電源側が停電した時に、太陽光発電ソーラーシステムの系統連系を停止し、自立運転機能付きパワーコンディショナを使用している場合は、自動的に自立運転に切り替わります。系統連系運転とは、太陽光発電ソーラーシステムで発電した電気を電力会社の電気とつなぎ両方の電気を使えるようにする装置のことです。

太陽光発電ソーラーシステムと蓄電

　太陽光発電ソーラーシステム側が発電状態にあれば、停電時自立用コンセント（パワーコンディショナに内蔵）を利用することができます。停電が復旧すれば、自動的に太陽光発電ソーラーシステムの系統連系運転に復帰します。また、蓄電池を併用すれば、災害時などによる停電時でも使用することができます。電圧は、住宅用太陽光発電ソーラーシステムは100v、公共産業太陽光発電ソーラーシステムの場合、3相3線200v出力が標準です。

住宅用太陽光発電ソーラーシステムとCO2削減

　住宅用太陽光発電ソーラーシステムは、太陽光によって直接電力を発生させるため、システムの運用中においてはCO2の発生はなく、貴重な石油も節約できます。一般的な家庭用として設置する3kW（年間発電量約3,000kWh）の太陽光発電ソーラーシステムのケースの環境貢献度は次のとおりです。

・CO2を年間約540kg-c削減できます。
・原油に換算すると、約740リットルの削減になります。

　ただし、これらの数値は結晶系シリコンの太陽光発電ソーラーシステムの屋根置き型の計算値なので、アモルファス型や設置形態が異なると、上記数値は若干の差異があります。

太陽光発電ソーラーシステム製造時の電気

　太陽光発電ソーラーシステムがクリーンな電気を発電しても、そのシステムを製造する時に大量の電気を消費していないかとの疑問がありますが、太陽光発電ソーラーシステムの製造時に消費される電力と同量の電力を、製造されたシステム自身が発電するのに結晶系太陽電池で2.4年、アモルファスで2.1年程度かかります。これをエネルギー・ペイバック・タイム（EPT）と表現します。すなわち、システムを設置して2.4年目以降は、全くクリーンな電気を創出・使用できるといえます。

太陽光発電ソーラーシステムのリサイクル

　太陽光発電ソーラーシステムは、現在は廃棄時において、特定家庭用機器再商品化法（家電リサイクル法）のような法律は適用されていません。家電4品目のリサイクル商品化率法定基準値（質量比）では、エアコン：60％、テレビ：55％、冷蔵庫：50％、洗濯機：50％等ですが、太陽光発電ソーラーシステムについては、まだ基準等についても何ら決まっていません。現状では一般産業廃棄物扱いとなっています。期待寿命が20年以上と長いため、今後生産量が2桁上がるとリサイクルが必要と考えられており、現在、産官学共同で検討されています。

太陽光発電ソーラーシステムのLCA

　太陽光発電ソーラーシステムって本当に環境に良いのでしょうか。それを検証するためには、太陽光発電ソーラーシステムをライフサイクルアセスメント(LCA)で検証する必要があります。LCAとは、太陽光発電ソーラーシステムを作るための原料の調達から、製造、配送、設置、廃棄までの一連のサイクルでの環境負荷を算出する方法です。この環境負荷とシステムによる発電の環境面への効果を比較するというものです。

太陽光発電ソーラーシステムのエネルギー比較

　太陽光発電ソーラーシステムについては、ソーラーパネルを生産し、設置するエネルギーと太陽光発電で取り出すエネルギーを比較する必要がありますが、東京大学生産技術研究所の安井至教授のLCA計算では、システムの大規模な架台をコンクリートや鉄骨で造らずに、屋根の上に設置する太陽光発電ソーラーシステムなら、15～20年スパンで見るとCO2削減に貢献するとしています。

太陽光発電ソーラーシステムLCAデーター

　また、(財)電力中央研究所の太陽光発電ソーラーシステムLCAデーターでは、3KWの屋根設置型で主に生産時に53gCO2を発生させるとしていますが(電中研レビュー第45号2001.11)、太陽光発電ソーラーシステムの生産に関しての効率化が年々進んでいることや発電効率が高まっていることから、ますます効率的にCO2削減に貢献していくことでしょう。

太陽光発電ソーラーシステムの補助金

　太陽光発電ソーラーシステムの唯一の難点は、(財)新エネルギー財団(平成17年度で打ち切り、再補助検討中)や一部の自治体で補助金が出るとはいえ、一般の人が簡単に手が届く金額ではないというところでしょう。以前に比べると太陽光発電ソーラーの設置費用は格段に安くなっており、メーカー間の競争も厳しいことから、今後、性能は上がり、価格はさらに下がると予想できます。4人家族程度の家庭では、3～4KWの太陽光発電ソーラーシステムが必要になってきます。これが安く設置できるようになれば、ますます普及に弾みが出るでしょう。

太陽光発電システムを設置する屋根の勾配

　太陽光発電ソーラーシステムの効率的な発電量の面から見た場合、最適な住宅の屋根の勾配角度は30度が理想です。太陽光発電ソーラーシステムにかかる設置工事やメンテナンスのことを考えると、地域によっても差がありますが、発電量がわずか2％程度しか変わらない20度～40度程度の勾配でも差しつかえありません。こうした屋根の勾配角度で最適な角度で設置することが大切です。

太陽光発電ソーラーシステムと向き

　太陽光発電ソーラーシステムを設置できる屋根は南向きだけではないので、あきらめないでください。もっとも、当然、南向きが一番発電量の効率はいいのですが、南向きの屋根を100とした場合、南東・南西向きの屋根で約96、西向き・東向きの屋根で約85、さらには、北向きでも約66ほどとなります（NEDO　全国日射関連データマップ）。屋根が南向きでないという理由で太陽光発電ソーラーシステムの設置を諦めるのではなく、施行業者と最善の設置の仕方を相談してみてください。発電量がそれほど低下せずに、太陽光発電ソーラーシステムを設置することが可能です。

太陽光発電ソーラーシステムとTVのアンテナ

　太陽光発電ソーラーシステムを設置するに当たっては、既設のテレビアンテナ等の器具が太陽電池の南側にある場合には移設する方がベターです。太陽電池に影が掛かると発電量は低下しますが、アンテナのように細いものであれば、発電量に大きく影響することはありません。しかし、太陽電池の表面は白板強化ガラス（3mm厚以上）で覆われていますが、TVアンテナの設置の際、台風等でアンテナポールが折れても太陽電池に直接当たらない位置に設けている方が安心です。万が一、太陽電池が破損してしまうと、修理代や交換費用が馬鹿にならないからです。また、TVアンテナを設ける場所がない場合には、アーム型の取り付け金具を用いて外壁面に取り付ける方が、台風の度に余分な心配をすることなく安心できます。

太陽光発電ソーラーシステムと安全性

　太陽光発電ソーラーシステムは通常、自宅の屋根の上に設置してありますので、自然災害時に対して、果たしてシステム自体が大丈夫なのかと心配される人もいることでしょう。しかし、太陽光発電ソーラーシステムは、安全性も重要な課題として設計・設置されているので、自然災害に対しても次のとおり安全なものとなっています。

太陽光発電ソーラーシステムと雷

　太陽光発電ソーラーシステムが直接落雷を受けたという事例は、過去30年間に極めて稀です。一般の屋外設置の電気設備でもごく稀に落雷の被害を受ける例もありますが、これらは落雷からの直接の被害ではなく、間接的な誘導電流が流れることによって受ける被害です。一般住宅の屋外に設置されている他の電気機器同様、太陽光発電ソーラーシステムだからといって落雷を受けやすい理由はありません。落雷の心配が全くないわけではありませんが、太陽光発電ソーラーシステムとしての落雷対策は、回路内に一定性能のサージアブソーバ（避雷素子）等を設置して誘導雷対策を行い、被害を食い止める対策が取られています。

太陽光発電ソーラーシステムと地震

　太陽光発電ソーラーシステムのモジュール及び架台の重さは、和瓦に比べ1/4～1/5と軽いため、屋根への荷重は通常の住宅建築物では全くといってよいほど問題はありません。太陽光発電ソーラーシステムのモジュールは、ねじれ、振動などに関する強度計算による試験を繰り返し、製品化に当たっては十分に検討された上で設計され設置されています。

太陽光発電ソーラーシステムと台風

　太陽光発電ソーラーシステムの屋根への取り付け強度は、建設基準法に基づき（旧基準法では風速60m/s地上15m）の強風にも耐えるよう設計されていますので安心です。また、沖縄諸島など台風が直撃されやすい地域など更に強度を要求される地域や、海水の塩害対策が必要な地域には、それぞれ地域専用の太陽光発電ソーラーモジュール、架台が用意されています。

太陽光発電ソーラーシステムと雪

　太陽光発電ソーラーのシステムは地域によって異なったものが用意されており、豪雪地帯などでは積雪量に応じたソーラーシステムのモジュール・架台と推奨傾斜角度が用意されており、積雪によって発電量は減ることはありますが、壊れることはありません。

太陽光発電ソーラーシステムと雹（ひょう）

　太陽光発電ソーラーシステムのモジュールのガラス面はJIS規格（1mの高さから227g直径38mmの硬球を落下させて、これに耐えること）に適合した約3mm厚以上の強化ガラスを使用しており、雹（ひょう）の落下によって破損することはまずありません。太陽光発電ソーラーシステムのモジュールの耐衝撃性能は、通常の瓦やカラーベストなどの屋根材と同等と考えてください。