「太陽光発電の発電量はどれくらい？」
「発電量を上げる方法はある？」
太陽光発電は売電収入を得られる、電気代が安くなるなどのメリットがあります。しかし、発電量が少ないとメリットをあまり享受できないことも…
そこでこの記事では、太陽光発電の発電量はどれくらいか解説していきます。
計算方法や発電量をアップする方法、初期費用を回収できるのかも記載しているので、太陽光発電の設置を検討している方は参考にしてください。
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目次
太陽光発電のkWとkWhの違い
| kW | 電力の大きさを示す単位 |
|---|---|
| kWh | 1時間あたりの電力量 |
kw(キロワット)
kWとは電力の大きさを示す単位です。一般的な家電製品のkWは動作するために必要な電力の大きさを意味しますが、太陽光発電においては瞬間的に発電する能力(出力能力)を意味します。太陽光発電システムのモニターでは、発電中の電力や自宅で消費している電力、売電中の電力などがkWで表示されます。
kWh(キロワットアワー)
kWhとは1時間あたりの電力量を示す単位です。太陽光発電システムにおいては、1時間あたりの発電量を意味します。また、家電の消費電力(kW)×使用時間で消費電力量(kWh)の計算が可能です。
太陽光発電の年間発電量は1kWあたり1,000kWh
JPEA(太陽光発電協会)によれば、1kWあたりの年間発電量は1,000kWh程度が目安とされています。
ただし、発電量は太陽光発電システムを設置する地域や接地面の傾斜・方角、太陽光パネルの種類など、諸条件によって変化するものです。くわえて、季節や時間帯、天候など動的な要因によっても発電量は変化します。
(出典：JPEA)
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発電量が変化する要因
- 季節による変化
- 時間帯による変化
- 天候による変化
季節による変化
| 季節 | 電力量 |
|---|---|
| 春(4～5月) | 増える |
| 冬(12月前後) | 減る |
太陽光発電の発電量は季節によっても変化します。太陽光発電の発電効率が最も高まり発電量が増える季節は、春(4～5月)です。逆に、冬(12月前後)は日照時間が短く日射量が減ることにより、発電量が減ります。
また、夏は太陽光パネルの表面温度が高温になることで出力が低下し、発電効率が下がるため発電量は春を下回ります。
時間帯による変化
| 時期 | 発電しない時間帯 |
|---|---|
| 6月(最も日照時間が長い) | 19：00～5：00 |
| 12月(最も日照時間が短い) | 17：00～7：00 |
太陽光発電の発電量は時間帯によっても変化します。NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)が公開している日射量データベースに基づいて計算すると、最も発電量が多いのは日射量のピークである11：00～13：00頃です。この時間帯だけで1日の発電量の40％を占めます。
また、日没から日の出までは太陽が出ていないため発電しません。太陽が出ていない時間帯は季節により変動しますが、最も日照時間の長い6月で19：00～5：00、最も日照時間の短い12月で17：00～7：00です。
(出典：NEDO)
天候による変化
| 天気 | 発電量(快晴の日と比較) |
|---|---|
| 曇り | 30～80％ |
| 雨・雪 | 0～10％ |
天候も太陽光発電の発電量に影響する要素です。
よく晴れた日は太陽光パネルに太陽光がよく当たるため、発電量も増加します。また、曇りの日でも雲が薄く明るい場合なら、発電量に大きな変化はありません。気象庁によれば紫外線は曇った日でも快晴の日の60％程度届くとされており、発電量は快晴の日の30～80％です。
一方、雲が厚くなる雨の日や雪の日は太陽光がほとんど届かないため、発電量は快晴の日の0～10％程度または1kWh未満/kW程度と大きく減少しますが、全く発電しないわけではありません。
自分で発電量の計算をする方法
NEDO「太陽光発電導入ガイドブック」記載の計算式で太陽光発電システムの発電量を求められます。
| 1日当たりの発電量 | H×K×P |
|---|---|
| Ep(年間予想発電量：kWh/年) | H×K×P×365÷1 |
H: 太陽光発電の設置面積(1日当たり)の年平均日射量(kWh/m²/日)
K: 損失係数(約0.73:モジュールの種類・受光面の汚れ等で多少の変動あり)
P: システム容量(kW)
365: 1年の日数
1: 標準状態における日射強度(kW/m²)
(出典: NEDO 技術開発機構太陽光発電導入ガイドブック)
H：1カ月当たりの日射量(kW/㎡)
太陽光発電の1カ月当たりの日照量は、NEDO「日射量データベース閲覧システム」の「年間月別日射量データベース」で確認が可能です。地図から太陽光発電システムの設置場所を選択し、表示したい月を選択すれば、方位角ごとに月別日射量グラフが表示されます。同じページで角度指定や年変動のデータも閲覧可能です。
NEDOのデータに基づいたシミュレーションをしている施工御者やパネルメーカーもあります。
K：損失係数
損失係数とは、外的要因によって発生する発電量のロスを計算するための数値です。発電量低下につながる外的要因には、主に、屋外環境における太陽光パネルの汚れや太陽光パネル表面温度の上昇による熱損失などがあります。日本における太陽光発電の発電量を計算する際の損失係数は一般的に0.73です。
損失係数に含まれる主な要素は、年平均セルの温度上昇、パワーコンディショナ、配線や受光面の汚れなどによる損失です。それぞれの損失について以下で解説します。
年平均セルの温度上昇による損失
年平均セルの温度上昇に原因がある損失が損失係数に影響します。
太陽光パネルは熱に弱い性質があるため、表面温度が上がると発電能力(出力能力)が低下します。太陽光パネルを構成するセルの温度上昇による発電量の損失割合は、太陽光パネルのメーカーや季節によっても異なります。
メーカーごとの温度上昇による発電量損失の年間平均は4.6～15％と差がありますが、主なメーカーは約15％が大半です。
パワーコンディショナによる損失
パワーコンディショナに原因がある損失も損失係数に含まれます。
パワーコンディショナによる損失は太陽光発電システムのメーカーにより異なりますが、約5～8％です。
太陽光発電システムで発電する電気は直流電流ですが、そのままでは売電することも家電に使いこともできないため、パワーコンディショナで交流電流に変換しなければなりません。直流電流から交流電流へ変換する際に損失が生じます。
太陽光発電システムのメーカーではパワーコンディショナの変換効率をカタログなどに記載しており、変換効率95％であれば変換による損失は5％です。
パワーコンディショナの変換効率と太陽光パネルの変換効率は別物なので、混同しないように注意してください。
配線、受光面の汚れ等の損失
損失係数には太陽光発電システムの配線・回路や受光面の汚れによる発電量の損失も含まれます。配線・回路や受光面の汚れ等により発生する損失は約5～7％です。
配線・回路による損失とは、太陽光パネルからブレーカー(分電盤)までの配線や回路において生じる発電量のロスを意味します。
また、受光面の汚れ等による損失とは、主に、鳥の糞や落ち葉などが太陽光パネルに付着して太陽光を遮ることから生じる発電量のロスです。太陽光パネル受光面の汚れが部分的なものであっても、そのパネルが接続されている回路全体の発電量が低下するため、大きな損失につながる場合があります。
配線・回路や受光面の汚れによる損失については、どのメーカーの太陽光発電システムでも大差ありません。
P：システム容量(kW)
太陽光発電のシステム容量(設備容量)とは、どれくらい発電するパワーを持っているかを示すものです。
システム容量は一般的に㎾で表示され、太陽光発電システムが搭載する太陽光パネルの枚数、あるいは、パワーコンディショナの数によってシステム容量が決まります。
太陽光パネルとパワーコンディショナにはそれぞれ容量がありますが、システム容量はそれぞれの合計値が小さい方のいずれかです。具体的には、太陽光パネルの公称最大出力×設置枚数の数値と、パワーコンディショナの容量の合計を比較します。数値が小さい方がシステム容量です。
太陽光発電の初期費用は回収できる？
| モデルケース | |
|---|---|
| 設置場所 | 静岡県静岡市葵区 |
| システム容量 | 4.5kW |
| 方角 | 真南 |
| 傾斜 | 30度 |
| 日中の電気使用率 | 30％ |
ここでは、太陽光発電の初期費用が回収できるかを計算してみましょう。まず、上記の条件で、初期費用・年間予想発電量・売電収入・自家消費による電気代削減額をそれぞれ計算します。その後、初期費用を回収するまでの期間をみてみましょう。
初期費用
上記の条件における初期費用は128.7万円(4.5kW×28.6万円)と計算できます。
資源エネルギー庁の資料「第63回 調達価格等算定委員会」によると、2020年における10kW未満の太陽光発電システムを新築する場合、システム容量1kW当たりの平均費用は28.6万円でした。
ただし、太陽光パネルやパワーコンディショナ等のメーカーや機種、設置業者によっては、もっと初期費用を抑えられる場合もあります。また、太陽光発電システムの設置費用相場は年々下がる傾向にあるため、2021年以降に設置する場合の初期費用は上記の計算よりも安くなる可能性が大です。
(出典：調達価格等算定委員会)
年間予想発電量
上記の条件における年間予想発電量は5,863kWhです。
- 計算式はこちら▼(タップで開閉)
- Ep(年間予想発電量)＝H(設置面の1日あたりの年平均日射量)×K(損失係数73％)×P(システム容量)×365÷1
HはNEDO「年間月別日射量データベース(MONSOLA-20)」よると4.89kWh/㎡/日です。つまり、以下の計算になります。
Ep(年間予想発電量)＝H(4.89kWh/㎡/日)×K(0.73)×P(4.5kW)×365÷1＝5,863kWh
売電収入
上記の条件における2021年の年間予想売電収入は77,976円という計算になりました。
2021年度の住宅用太陽光発電のFIT買取単価は19円/kWhです。また、発電量から日中に自家消費する分として30％を引くため、余剰売電量は4,104kWh(5,863kWh×0.7)となります。よって、年間予想売電収入は以下の計算式の通りです。
- 計算式はこちら▼(タップで開閉)
- 4,104 kWh×19円/kWh＝77,976円
自家消費による電気代削減額
上記の条件における自家消費による電気代削減額は1年当たり42,532円です。
太陽光発電で発電した電気を自家消費に回した分、電力会社から購入する電気代を削減できるため、太陽光発電の初期費用を回収する計算に含めます。
発電量の30％を自家消費する条件なので、1年当たりの自家消費分は1,759kWh(5,863kWh×0.3)です。
- 計算式はこちら▼(タップで開閉)
- 1,759kWh×電気単価24.18円(※)＝42,532円
※東京電力スタンダードSプラン(基本料金を含まない第二段料金)で計算
初期費用を回収するまでの期間
上でそれぞれ算出した数値に基づいて計算すると、およそ10年強で初期費用を回収できます。
- 計算式はこちら▼(タップで開閉)
- 初期費用128.7万円÷(年間売電収入77,976円＋年間電気代削減額42,532円)＝10.679年
FIT期間内に初期費用を回収できる
家庭用太陽光発電の場合はFIT期間が10年あるため、FIT期間内に初期費用を回収できる見込みです。FIT期間満了後は売電価格が下がるものの、初期費用は回収済みのため売電収入は100％が利益になります。また、発電した電気の自家消費を続ければ電気代の削減効果も継続できるのです。
初期費用をできるだけ低く抑えたり自家消費率を上げたりすれば、さらに短期間で初期費用を回収することもできます。
太陽光発電の発電量をアップさせるためのポイント
- 太陽光が十分に当たる角度と方角
- メンテナンスを怠らない
パネルの角度と方角
太陽光発電の発電量を増やすためには、太陽光が十分に当たる角度と方角で太陽光パネルを設置することが重要です。
最適な角度は設置場所により異なりますが、一般的に南向きが良いといわれています。東京都の場合、発電効率が最も良いのは真南向き、約30度の傾斜角度をつけて太陽光パネルを設置した場合です。一方、同じ傾斜角度で西向きや東向きに設置した場合の発電量は約17％減、北向きに設置した場合の発電量は約38％減とされています。
設置場所によっては南向きの設置が難しい場合もあるかもしれません。その際は、太陽光発電システムの設置業者に可能な範囲でベストな向きや傾斜角度を相談してみるとよいでしょう。
メンテナンスを怠らない
太陽光発電の発電量を最適な状態に保つためには、定期的なメンテナンスが重要です。
太陽光発電システムを設置してから月日が経過するうちに、設備にさまざまな不具合が出てくる場合があります。設備の破損や故障は発電量を下げるだけでなく、火災のリスクも伴うため放置してはいけません。太陽光発電システムの設置業者に定期点検やメンテナンスをしてもらうようにしましょう。破損・故障がない場合でも、太陽光パネルの汚れを落としてもらうことで発電ロスを回避できます。
また、FIT制度を利用している期間中の定期的なメンテナンスは義務化されており、再エネ特措法施行規則で「発電設備を適切に保守点検及び維持管理すること」と定められています。電気事業法等を基に太陽光発電協会が定めている点検頻度は、住宅用太陽光発電システムの場合、4年に1回以上が望ましいとされています。
変換効率が高いパネルのほうが発電量は多くなる？
変換効率(発電効率)とは？
変換効率(発電効率)とは、太陽光パネルが太陽光エネルギーを電気エネルギーへ変換できる割合です。日射量が同じ場合、太陽光パネルの変換効率が高いほど発電量が増えます。
太陽光パネルの変換効率には「モジュール変換効率」と「セル変換効率」があります。
モジュール変換効率
モジュール変換効率は太陽光パネルが持つ発電能力の指標として使用される数値であり、太陽光パネル(太陽電池モジュール)1平方メートル当たりの変換効率を表します。
- 計算式はこちら▼(タップで開閉)
- 【モジュール変換効率を算出する計算式】
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(m2)×1000(W/m2))
セル変換効率とは
セル変換効率は太陽光パネルのセル1枚当たりの変換効率を表します。セルとは太陽光パネルを構成する部品の最小単位の構成部品です。
セル変換効率は、セルを接続する際の電気抵抗も影響されないため、モジュール変換効率よりも数値が大きくなります。良心的でない業者の中には、セル変換効率を提示して太陽光パネルの性能が高く見せかける場合もあるので、だまされないように気をつけてください。
- 計算式はこちら▼(タップで開閉)
- セル変換効率＝出力電気エネルギー÷太陽光エネルギー×100
パネルの容量が同じなら発電量は変わらない
変換効率が異なる場合でも、太陽光パネルの容量が同じなら発電量も同じです。「この太陽光パネルは変換効率が良いのでお得」といった不正確なセールストークをする業者も中にはいるため、だまされないように注意しましょう。
自宅の屋根に太陽光発電システムを設置する場合は、設置面積や方角、傾斜角度などが制限されるケースもあります。そういった条件下でできるだけ多く発電したい場合は、変換効率の良い太陽光パネルを選ぶことがおすすめです。
ただし、発電量は太陽光パネルの容量によって決まります。複数社の太陽光パネルを比較するとして、変換効率が異なる場合でも容量が同じなら、発電量も同じです。「5kwの太陽光発電を設置する」と決まっている場合、変換効率を問わず、どの太陽光パネルも発電量は5kwになります。
発電量を増やすならパネルの過積載
発電量を増やしたい場合は、設置する太陽光パネル枚数を増やす「過積載」がおすすめです。
一般的な太陽光発電システムは、パワーコンディショナのピークカットラインと最大出力が一致するように太陽光パネルの枚数を設定して設置しています。ピークカットとは、契約を超える電力が系統回路に流れないようにするために、発電しすぎた電気をカットする仕組みです。
しかし、ピークカットされるとしても、1日の発電量を増やすほうが売電量を増やせるため、総合的にみればお得になります。そのため、パワーコンディショナの容量より最大出力が大きくなる枚数の太陽光パネルを設置する＝過積載することがおすすめです。
過積載をすれば、朝や夕方など日照量が少ない時間帯の発電量も上がり、パワーコンディショナの稼働時間も長くなります。そのため、パワーコンディショナのコストパフォーマンスも向上するのです。
ただし、過積載をする場合は太陽光発電システムの初期費用も上がるため、収支シミュレーションをしたうえで最適な枚数の太陽光パネルを設置するようにしましょう。また、過積載の程度によってはメーカー保証の対象外となったり、経済産業局に「軽微変更届出書」の提出が必要となったりする場合もあります。
発電量が多くても出力制御が実施されると売電できない
今日みたいに休日で電力需要が少なくて、晴れた日には送電網の方の電圧が高くなって実家の太陽光パネルの売電ができない事態が発生する。全体の消費量より発電量が多くなって余ってるから送電網にこっちの電気を流し込めなくなるらしい。
— さなかん (@sanakan) October 10, 2021
発電量を増やせても、出力制御の対象になった場合には売電できなくなる可能性があることを覚えておきましょう。とはいえ、家庭用太陽光発電に出力制御が要請され、実際に制御されるケースは、現状ではそれほど多くありません。
出力制御とは、電気の需要と供給のバランスを取るために、電力会社が発電量を制御することです。電気を安定して供給するためには、消費される電気と発電量が常に一致していなければなりません。また、送電線の容量を超えないように出力制御が行われる場合もあります。
再エネ特措法施行規則により、家庭用太陽光発電システムを含む発電業者は、出力制御の要請に無制限・無補償で応じなければなりません。出力制御は優先給電ルールに基づいて要請されます。
出力制御が要請される順位
- 火力発電や揚水の活用
- 他地域への送電(連携線)
- バイオマス
- 太陽光発電・風力発電
- 水力発電や原子力発電、地熱発電など長期固定電源
太陽光発電に対して出力制御が要請される順位は4番目です。しかも、10kw未満の住宅用太陽光発電に出力制御が要請されるケースは、10kwを超える中型・大型の太陽光発電に出力制御を要請したうえで、さらに制御する必要がある場合に限られます。
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