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太陽光発電の変換効率の計算方法

変換効率を理解しよう

変換効率は、太陽電池に入射した太陽光エネルギーのうち、電気エネルギーとして取り出すことがことが出来るエネルギーの割合を言います

太陽電池モジュール(パネル)は太陽の光を電気に変えるわけですが、現行の太陽光発電では太陽の光全てを電気に出来るわけではありません。

メーカーごとに性能が違いますが、だいたい太陽の光の15%〜20%を電気としてくれます。

カタログの最大モジュール変換効率というやつですね。

この最大変換効率というのは、JIS C 8918(日本工業規格)で規定するAM1.5、放射照度1,000w/㎡、モジュール温度25℃での値になります。

全ての環境で最大モジュール変換効率が発揮できるというわけではありません。

太陽電池の効率は、使用される半導体材料が吸収できる太陽光の波長領域と、その吸収量で決まります。

最大モジュール変換効率の計算方法

最大モジュール変換効率を求める式は下記になります。
モジュール変換効率を求める式
分母は入射太陽光エネルギーを示し、普通はAM1.5の時の太陽光で100mW/㎠のエネルギーを標準として用います。

AM1.5とは、エア・マス1.5と呼び、晴天時の太陽光で、天頂角が約42度で入射した太陽光をさします。

真上から入射する太陽光(AM1.0)より、通過する大気の空気量が1.5倍多い太陽光のことをいいます。

分子は、太陽電池から取り出すことの出来る電圧(解放電圧、Voc)と電流(短絡電流密度、Jsc)を掛け合わせ、さらに形状因子(フィルファクター、ff)をかけた値、すなわち電気出力です。

電流と電圧をかけますのでエネルギー単位はワット(w)になり分母と同じ単位になります。

変換効率の単位はパーセント(%)になります。

《パナソニックVBHN250WJ01の変換効率》
公称最大出力:250W
寸法:1580×812×35

250W×100÷(1.58×0.812)×1,000=19.50%(最大モジュール変換効率)

メーカー別モジュール変換効率ランキング

no1SPR-X21-345(東芝)
東芝SPR-X21-345

型式 小売り価格 セル種類 最大モジュール変換効率 公称最大出力 寸法 質量 保証
SPR-X21-345 258,800円 単結晶 21.2% 345W 1559×1046×46 18.6kg 25年

no2SPR-250NE-WHT-J(東芝)
東芝SPR-250NE-WHT-J

型式 小売り価格 セル種類 最大モジュール変換効率 公称最大出力 寸法 質量 保証
SPR-250NE-WHT-J 182,500円 単結晶 20.1% 250W 1559×798×46 15.0kg 25年

no3NQ-256AF(シャープ)
シャープNQ-256AF

型式 小売り価格 セル種類 最大モジュール変換効率 公称最大出力 寸法 質量 保証
NQ-256AF 146,400円 単結晶 19.6% 256W 1318×990×46 17.0kg 20年

パワーコンディショナにも変換効率がある

三菱PV-PN44KX2
太陽光発電は太陽光パネルで作られた電気がそのまま家で使えるわけではなく、家で使える電気に変換してから家に流れます。

この時にパネルで作られた直流電気を家で使える電気である交流電気に変換してくれる変換機がパワーコンディショナになります。

パワーコンディショナで変換する際にもわずかではありますが、発電ロスが生じます。

各メーカー性能が違いますが、現在の最高性能は9年連続で三菱のPV-PN44KX2で電力変換効率は98%になります。

変換効率が良いと何がいいの?

パナソニック太陽光発電特徴
最大モジュール変換効率がパネル選びのキモになることは間違いありませんが、変換効率が良いことで設置者にとって何のメリットがあるかというと単純により多くの発電が見込めるだけではありません。

変換効率が良いことでより小さな設置面積でより多くの発電が見込めるということになります

特に日本の現在の屋根の主流は、寄棟屋根で設置面積が狭い傾向にあります。

このように設置面積が限られている場合、家族で使う電気を太陽光発電でまかなう為にはる程度の容量のシステムを設置する必要があるわけです。

また、築年数が経過しているお宅に太陽光発電を設置する場合には住宅への負荷も考慮してパネルの枚数を調整することも考えられます。

太陽光パネルは1枚15kg~20kg程度ありますので、10枚設置しただけで200kg弱の負荷が住宅にかかることになります。
(実際には、パネルを設置する為には架台と言われるレールを敷くので住宅への負荷はアップします。)

変換効率が良いパネルを採用することで限られたスペースを有効に使うことができるようになります。

変換効率まとめ

太陽光発電を選ぶ基準はいくつかありますが、変換効率は一つの基準となる大切な指標です。

年々高性能なパネルが各メーカーから登場して、最大変換効率20%以上のパネルまで登場しています。(東芝

現実的には、太陽光が太陽電池の表面で反射したり、吸収された太陽光エネルギーに損失があったり、電流が流れる時の抵抗などで変換効率は落ち100%は目指せませんが、これからもパネルの性能の向上には期待感があります。

新エネルギー産業技術総合開発機構(NEDO)が公開した、太陽光発電に関するロードマップ『PV2030̟̟+』では、最終的には、2050年時点の変換効率を40%にまで高めることが目標としています。

ただ、変換効率だけでメーカーを選ぶのは早計です。

太陽光発電は価格、発電量、設置容量、メンテナンスの有無、設置する環境などの総合的なメリットでメーカーを選ぶことが大切になります。

自分の家で一番最適なメーカーを選ぶことを目標に比較検討してみてください。
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