発電効率とは?発電効率を向上させて電気を多く蓄える方法を解説

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発電効率とは?発電効率を向上させて電気を多く蓄える方法を解説

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太陽光発電システムを導入している家庭では、「発電量を増やして電気代を抑えられないの?」「もっと多く売電できないかな?」など、高い発電効率を期待するでしょう。

発電効率を高めるには、太陽光発電の特徴を理解したうえで、発電効率のバランスを調整することが重要です。

この記事では、発電効率の特徴や、太陽光発電の発電効率を向上させる方法について、わかりやすく解説します。

太陽光発電の発電効率が低下して悩んでいる方は、ぜひ最後までご覧ください。

発電効率とは

発電効率

発電効率とは、太陽光パネルが受けたエネルギーが電力に変換される割合を表す指標です。

そのため、太陽光パネルに注がれた光や熱エネルギーが電力に変換されず、屋外に排出されてしまう場合には、発電ロスとなります。

発電効率を左右する要素は、以下の通りです。

  • 天候
  • 気温
  • 設置場所
  • 使用年数

太陽光パネルは外気温や太陽光の少なさが弱点になるため、雨や曇、極端に気温が高い日は発電効率が低下します。

太陽光パネルの発電効率は、外気温が25度以上で下がりはじめ、25度を1度超えるごとに0.5%程度低下します。

そのため、パネルが熱くなりすぎないように風通しの良い場所の設置が重要です。また、太陽光発電パネルはすべての製品が同じ発電効率ではありません。

太陽光パネルの性能によってパネル1㎡あたりの発電量が増えるため、同じ設置面積でも高性能で小さいパネルの方が多くの発電量を得られます。

これから太陽光発電を導入する方は、発電効率が高い機種を候補に選びましょう。

太陽光の発電効率とその他の発電方法を比較

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以下は、太陽光発電とその他の発電方法を発電効率を基準にまとめた表です。

名称発電方法発電効率
太陽光発電太陽光を熱エネルギーに変換15~20%
水力発電水が落ちる力でタービンを回す80%
風力発電風の力でタービンを回す20~40%
地熱発電地熱が水蒸気になる力をエネルギーに変換10~20%
バイオマス発電有機燃料を燃焼させたエネルギーを電力に変換10~20%

発電効率は発電方法によって大きく異なります。ここでは、発電方法の種類と特徴、発電効率の注意点について解説します。

太陽光発電の発電効率

一般的な太陽光発電パネルの発電効率は、平均で15〜20%です。太陽光発電システムの発電効率はモジュール変換効率、セル変換効率で表されます。

モジュールはまとまった部品単位を指し、セルはモジュールよりもさらに小さな単位で太陽光パネルを構成する最小単位です。

モジュール変換効率は、太陽光パネル1㎡あたりの変換効率です。パネル1枚あたりのエネルギー変換効率を算出することで、面積あたりのパネルの必要枚数を計算できます。

モジュールとセルの変換効率の計算式は以下の通りです。

  • 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

モジュール変換効率とセル変換効率はどちらも同じ意味を表すため、太陽光パネルの性能をチェックするのに役立つ指標になります。

ただし、セル変換効率のほうがモジュール変換効率よりも数値が大きくなるため、パネルを設置する際にはそのあたりの違いを意識しましょう。

ソーラーパネルの仕組みについて詳しく知りたい方は、次の記事をご覧ください。

ソーラーパネルの仕組みを徹底解説!構成・素材・発電量なども紹介!

水力発電の発電効率

水力発電の発電効率は平均80%と高く、発電の安定性がメリットです。

水力発電は高いところから水が落ちる力を利用し、タービンを回すことで電力を発生させる仕組みになっています。

太陽光発電や地熱発電と比べても仕組みが単純なため、電力需要の増減にも柔軟に対応し、必要な発電量を確保できます。

水資源に恵まれている日本では年間を通して雨が多いため、水力発電の需要が高まる可能性は十分にあるでしょう。

しかし、水力発電を行うにはダムのような施設が必要になるため、建設費用や管理コストが高くなる点がデメリットです。

風力発電の発電効率

風力発電は、風の力によってタービンを回転させることでエネルギーを変換します。タービンは風通しの良い海上や平坦な高地にまとめて設置されるパターンが一般的です。

そのため、発電システムの導入台数では北海道や青森が上位にランクインしています。

また、風力発電の発電効率は平均で20〜40%で最大値は60%と高い数値を誇りますが、他の自然エネルギーと同様に天候によって発電効率が大きく左右される点と設置場所の安全確保が難しいデメリットがあります。

地熱発電の発電効率

地熱発電は、地中の熱エネルギーを活用した発電方式です。

現状の地熱発電では、マグマだまりと呼ばれる地表から比較的浅い場所の熱を取り出し、水蒸気に変換することで電力を発生させています。

水蒸気がタービンを回す力を電力エネルギーに換えるため、基本的な原理は水力発電、風力発電と同じです。

地熱発電は熱と蒸気を利用しているため持続可能性が高く、太陽光発電と並ぶ次世代エネルギーとして注目されています。

しかし、発電効率は平均で10〜20%と低く、再生可能エネルギーに占めるシェア率も2021年の時点で0.25%と、低水準で留まっているのが現状です。

また、地熱発電が可能なエリアは現状では限定されており、制約があるなかで将来的なシェア率を伸ばしていくかが、今後の課題として挙げられます。

バイオマス発電の発電効率

バイオマス発電は、動植物によって算出された有機資源を燃料とした発電方式です。

バイオマス発電では家畜の排泄物などによる発電をイメージするかもしれませんが、実際にはさまざまな資源が燃料として用いられています。

バイオマス発電で利用される燃料の種類は以下の通りです。

  • 乾燥剤
  • 湿潤剤
  • その他

乾燥剤は主に木材になっており、製材や森林開発などで余った木材が含まれます。麦わらやもみ殻など、農業の過程で利用されなかった材料も乾燥剤の一部です。

また、湿潤剤には家畜の排泄物や食品加工廃棄物、下水汚泥などが含まれます。

バイオマス発電は有機的な資源を燃料として利用するため持続可能性が高い反面、発電効率は平均で10〜20%と低く、今後の研究とシェア拡大が大きな課題です。

太陽光の発電効率が下がってしまう原因

発電効率

太陽光発電は次世代のクリーンエネルギーとして期待されていますが、条件によっては発電効率が下がってしまいます。

発電効率低下の主な原因は以下の通りです。

  • パネルの経年劣化
  • 外気温や気象条件
  • 破損や汚れ

ここでは、発電効率が下がってしまう原因について詳しく解説します。

ソーラーパネルの経年劣化

一般的なソーラーパネルの平均寿命は10〜20年といわれており、ソーラーパネルが劣化すると発電効率が低下します。

寿命を過ぎても故障しない限りパネルは使用可能ですが、経年劣化とともに発電効率が下がっていき、故障リスクも高まります。

安定した発電効率を維持するためには、ソーラーパネルの定期交換がおすすめです。

外気温や気象条件の影響

ソーラーパネルは外的要因の影響を受けやすく、外気温が高いと発電効率が大きく下がります。

発電効率が低下する外気温の目安は25度前後です。

そのため、気温が上がりやすい地域では、夏でも風通しの良い場所にパネルを設置すると、発電効率が安定します。

破損や汚れによる性能低下

ソーラーパネルの破損や汚れは、発電効率を大幅に下げる原因です。

パネルの表面だけでなく、心臓部に劣化や破損が生じると発電効率が低下します。

一般的なソーラーパネルの平均寿命は10〜20年程度で、極端に寿命期間を超えたソーラーパネルについては交換がおすすめです。

また、目立った経年劣化が見られない場合は、定期的にメンテナンスを行うことで寿命の延長や発電効率の維持につながります。

発電効率を向上させる方法

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太陽光発電のソーラーパネルは、設置場所を工夫すると発電効率の向上が期待できます。

ここでは、ソーラーパネルの発電効率を向上させる方法について解説します。

ソーラーパネルを発電効率が高い製品に変更する

ソーラーパネルを購入する際は、発電効率をチェックしましょう。

発電効率はソーラーパネルごとに性能で異なるため、発電効率の高い製品を購入することによって発電量の増加に直結します。

現在、ソーラーパネルを導入している家庭では、経年劣化によって発電効率が下がっている可能性もあるため、発電効率と発電量を定期的に確認しましょう。

また、近年ではソーラーパネルの技術開発や改良が進んでいるため、数年おきに新製品のチェックがおすすめです。

ソーラーパネルの設置場所の変更

ソーラーパネルの設置角度を工夫すると、発電効率の上昇につながります。

一般的に最適なパネルの設置角度は、東京都の場合で太陽光に対して30度です。

日照時間の長い沖縄の場合ではパネルの推奨角度が26度を最適とし、北海道では43〜45度を推奨しています。北と南で20度近くの開きがある点は注意が必要です。

しかし、最適な設置角度は地域や周囲の環境によって異なります。風向きや風量によっても発電効率が左右されるため、発電効率を高められる設置場所は専門業者に相談しましょう。

発電量を測定して統計データを分析

発電量を継続的に計測し、統計データを分析すれば効率的な発電が可能です。

例えば、発電量を時間別に測定しながら、1日のうちで最も発電量が増える時間帯に集中稼働させれば発電効率が上昇します。

また、分析の範囲を年単位に広げ、発電量の多い月に絞って太陽光発電の稼働時間を延長させる工夫なども有効です。

分単位、月単位の発電量は専用の計測器を使うと細かく測定できますが、専門知識も必要になるため、屋内の発電モニターを確認して計測するのがよいでしょう。

発電効率を向上させて電力を蓄える節電方法

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発電効率が向上すれば、余剰電力の蓄電量がスムーズに増えるため、節電につながります。

ここでは、電力を効率的に蓄える方法について詳しく解説します。

蓄電池の併設もしくは容量を大きくする

発電効率の向上には、大容量蓄電池と組み合わせが必要です。

蓄電池を併設していないと、せっかく作った電気が蓄えられません。

また、発電効率に見合った性能の蓄電池を組み合わせれば、余剰電力を効率よく蓄えられます。蓄えた電力の一部は発電装置の補助電力に再利用することも可能です。

蓄電池とソーラーパネルの組み合わせを計算して、発電効率を高めながら節電対策を目指しましょう。

太陽光パネルを増やして大容量蓄電池と組み合わせる

太陽光パネルと大容量蓄電池をバランスよく増設すると発電効率も倍増するため、多くの電力を蓄えられます。

太陽光パネルを屋根の上だけでなく、カーポートや庭先などにも設置し、合計の発電量に見合った蓄電池を併設すれば発電量と蓄電量は比例して増やせます。

家庭内の電力消費量が多く、購入電力を抑えたい場合には、太陽光パネルを増やすのが最適です。

パワーコンディショナーを高性能にする

太陽光発電システムには、パワーコンディショナーというシステム全体の送電管理や電力の変換を担っている重要な設備が組み込まれています。

そのため、パワーコンディショナーの性能が発電効率を大きく左右します。例えばパワーコンディショナーが経年劣化していると、発電効率は低下するでしょう。

一般的なパワーコンディショナーの寿命は、平均で10〜15年前後です。

発電量が大幅に低下している場合には、パワーコンディショナーを高性能な製品に交換するなどの対策を行いましょう。

発電効率が下がる季節はポータブル電源とソーラーパネルを併用する

発電効率

真冬や梅雨時期など、太陽光発電の発電効率が下がる季節にはポータブル電源とソーラーパネルの併用がおすすめです。ポータブル電源とソーラーパネルを活用すれば、スマートフォンの充電や電化製品を太陽光エネルギーで蓄えた電力で使用できます。

ここでは、ポータブル電源とソーラーパネルの具体的な活用方法を解説します。

持ち運び可能なポータブル電源を家庭内で使う

太陽光発電システムは移動ができませんが、ポータブル電源と専用のソーラーパネルは自由に移動ができるため、好きな場所で充電したり電気を使用できます。

また、ポータブル電源であれば家族で電力を共有できるため、節電対策にも最適です。

さらに、災害時に停電が発生した場合でも屋外で自家発電ができるため、万が一のときに役立つメリットも備わっています。

ソーラーパネルと蓄電池の組み合わせについて知りたい方は、次の記事をご覧ください。

ソーラーパネルと蓄電池の組み合わせとは?

ポータブル電源とソーラーパネルをセットで自家発電する

ポータブル電源とソーラーパネルはセットでの利用がおすすめです。

ポータブル電源の電気が不足した場合には、自宅のコンセントから充電するのではなく、専用のソーラーパネルで充電を行えば電気代が一切かかりません。

例えば、日中にベランダや車庫などの日が当たる場所に設置して、ポータブル電源に電力を蓄えておけば、電気の自給自足が可能です。

まとめ

この記事では、発電効率の特徴、太陽光発電の発電効率を向上させる方法について解説しました。

太陽光発電の発電効率は、平均で15〜20%です。発電効率を高めるには、太陽光パネルを発電効率の高い製品に変えたり、角度調整や定期メンテナンスが大切です。

また、過去の発電量と現在を比較して、発電量が極端に低下している場合には製品の経年劣化で発電効率が低下している場合もあります。

そのため、発電量が著しく低下した場合は専門業者に点検を依頼するのがよいでしょう。

太陽光の発電効率を高めながら、節電対策も行う場合にはEcoFlowのポータブル電源とソーラーパネルのセットがおすすめです。

持ち運び自由のポータブル電源とソーラーパネルで電気を自家発電すれば、効率の良い節電対策が実現できます。

EcoFlowのポータブル電源ソーラーパネルセットは下記のリンクより詳細をご確認ください。

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