■発電量について

• 日射量と発電量（大前提）
  
  
• 設置規模と発電量
  　
• 設置勾配と発電量
  　
• 設置方位角と発電量
  
  
• 設置地域と発電量
  
  
• メーカー毎ＱＣ（クオリティーコントロール）と発電量
  
  
• 日陰と発電量
  
  
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太陽電池の出力は日射量に実によく比例します。
つまり日射があればあるほど、よく発電します。
具体的には太陽光が太陽電池アレイに垂直に降り注ぐ時がその日その時その地域での最大日射となります。
すると、日射があるとはどういうことなのか、年間を通じてもっとも日射が得られる設置勾配と方位というものにも興味が湧いてきます。
さらには太陽光追尾装置などもあれば。。。などなどと想像をたくましくする人もあるでしょう。
しかし実際には太陽光追尾する大掛かりな装置をつくるよりは太陽電池モジュールの設置枚数を増やしたほうがよりコストパフォーマンスにすぐれていますし、勾配と方位についても複雑な架台をつくるよりも既存の屋根の勾配を利用した方がはるかにコストパフォーマンスにすぐれています。
ここでは順次その訳をさぐってみることとしましょう。

よく、金額にして幾らくらい発電するのですか？と施主様に尋ねられます。
しかし、どの程度の規模で設置するかどうかによって発電量は大きく異なります。
それは恰も量を抜きにしてこの米は何日分食べられますか？と聞くのと同じようなものでしょう。
したがって多くのＷＥＢサイトやカタログでは太陽光発電システムの実発電量を予測するための目安に３ＫＷまたは４ＫＷというシステムを設置した場合を想定して全国各地域の年間発電量をシミュレーションしています。
ここでも同様な考え方で、標準的な家の屋根の大きさをかんがみ、３ＫＷ規模の設置を標準に据えてシミュレーションの考え方を追ってみましょう。
ですから、６ＫＷを設置する方は３ＫＷの倍発電すると考えればいい訳です。
（実際はさまざまな要素があって単純に２倍にはならないのですが。。。）

まず、覚えておいてください。発電量は日射量に比例します。
太陽から降り注ぐ光エネルギーを受けた量に比例するということです。
このことはつまりモジュール面が常に太陽光線にまっすぐに向けてあればよりよい結果を得られるということになります。
ですから、まずは、できる限り南面を設置面をして選びたいものです。
そしてここでは南面設置を前提としてお話をすすめます。
一方、太陽は一年を通じてその軌道を変えます。
夏至の頃には水平面により多くの日射が降り注ぎ、冬至の頃には垂直に近い面により多くの日射が降り注ぎます。
実際に東京での夏至と冬至の日射量を計算してみましょう。単位はＷ／平米です。

これは水平面日射と南面垂直日射のグラフです。
計算日は夏至です。夏至には太陽高度が高いので当然、水平面日射の方がすぐれています。

これは同様に水平面日射と南面垂直日射のグラフです。
計算日は冬至です。上の夏至のグラフと状況が反転しているのがおわかりになるでしょうか？
冬には太陽高度が低くなるので水平面よりも垂直面の方が日射量が多くなるのです。
そうすると、年間を通じてもっとも発電量が多くなる設置角度はどのくらいだろうか？
という当然の疑問が生ずるでしょう。

日本の場合、設置場所の緯度と同じ勾配で太陽電池を設置するともっとも発電量が多いという単純な説明があります。
およそこの考え方で間違いはないでしょう。
東京の場合、緯度は３５度ですので、南面３５度の勾配で太陽電池アレイを設置するとベストという具合です。これを最適設置角といいます。
実際のデータによると東京の最適設置角は３２度ですが、凡そ上記のような勘定で近似値は得られます。
また、最適設置角がどうであれ、住宅に設置する場合、実際の屋根勾配は２０度〜２５度ですのでこれに合わせてもさしつかえありません。
むしろ、屋根に角度をつけるため大型の構造物を設置する費用を惜しむべきです。
せっかくですのでこれについても、触れてみましょう。
グラフをＳＶＧで作りましたのでリンクを見て下さい。
２０度と最適設置角３２度の比較（ｓｖｇです。別ウィンドウで開きます）
年間の日射量の平均は設置角２０度と３０度の場合で3.68と3.93の違いしかありません。つまり、２０度の屋根勾配でも最適設置角比93.64パーセントの発電量は確保できるわけです。
それでもなんだか損をするような気がするなぁ、という人のために簡単に金額換算しておきましょう。
例の３ＫＷ標準で発電量シュミレーションをしてみます。
電気料金の単価はここでは単純に１ＫＷ２４円として、システムの損失を15パーセントとします。場所は同じく東京としましょう。
南面屋根で傾斜角30度の場合年間で：76153円とでました。
同様に
南面屋根で傾斜角20度の場合年間で：74905円とでました。
いかがでしょう。
その差は年間にしてわずか1248円の差です。
一方で、アレイを最適傾斜角に改造するための費用は１０万では全然足りないくらいでしょう。
太陽電池が50年発電し続けるとしても、1248円*50＝62400の差です。
とてもとても架台を調整するなんてもったいないことです。
むしろ、太陽電池を増やした方がお金の効率が良いことを覚えておいてください。

設置する方位が北よりは南の方が発電するのは誰もが想像する通りです。
これは経験的にわかりますよね？
では、東西面と南面ではどうでしょう？
一日の日射量で言えば、当然南面の方が多くなります。
しかし、東は午前中に西は午後に多くの日射が得られますね？
一日の、また年間の日射（発電量）で考えると実は南面設置と東西面設置では大差ないのです。
ではまた、グラフをお見せしましょう。
ここでは東京の夏至での日射量を東面と南面、西面でシミュレートしてみました。
東京東面32度夏至東京南面32度夏至東京西面32度夏至
東から上った日が西に沈む、ですから、東西の日射は午前が強いか午後が強いかの違いに過ぎません。
お客さんとの会話で、朝の方が日が強くて長いと思うんだけどぉ。。という方は早起きで、夕方の方が日が強いと思うんだけどぉ。。という方は午後にがんばる方という感想があります。
午前であれ、午後であれ、実際にその人が活動している時間の方が陽が長く感じられるという錯覚の問題です。
さて問題は懸念の年間発電量の差異ですが、これをまた、ＳＶＧで書き出しておきます。
方位角と日射量(svgです。別ウィンドウで開きます）
前提を家の屋根勾配の平均値である２０度として東西を見比べると、南面3.68と東西面3.24という差があります。
東西面は南面に設置する場合に比べて88パーセントの発電量になるということです。
一割減というところでしょうか。
南面に設置できないからといってがっかりするほどのことはありませんね。
東西面でも日本の平均的家屋の屋根では十分に発電するということがおわかりいただけたでしょうか？
ところで、ここでついでに触れておきたいのですが、南面では最適設置角に近い角度で設置するのがいいということがわかっていますが、東西面ではいかがなものでしょう？
実はより水平に近い方が有利なのです。
やはり東京での東面20度と東面0度---つまり水平面（東を西に置き換えても同じ）の年平均日射量を見ておきましょう。
結果は3.24と3.34です。
3パーセント程水平面の方が多くの日射を得ています。
しかし実際はアレイ設置角が緩傾斜になればなるほど、塵埃がモジュール表面に残りやすくなり、汚れによる損失が大きくなります。
２０度なり３０度なり、角度があれば雨によって汚れが流れやすくなるのですが、角度が５度を割るとモジュール面に、てきめんに汚れが残るようになります。
いろいろと多くお話しすぎましたので、この辺でちょっとまとめておきましょう。
1：太陽電池の設置方法に角度というものがある。
2：その角度とは方位角と設置角である。
3：南面に設置する場合には最適設置角で設置するほうが良い。
4：最適設置角は設置場所の緯度程度の角度である。
5：東西面に設置する場合は角度を緩くした方が良い。
6：しかし、まるで水平だとモジュール面の汚れによって損失が増えるので１０度以上の勾配角を確保したい。
7：いずれにせよ、屋根勾配を変えてまで最適勾配を得ることはコスト的に好ましくない。

	傾斜角	方位角
南面設置	地域の緯度に近い角度が良い	真南に近い方位が良い
東西面設置	水平に近い角度が良い	真南に近い方位が良い
北面設置	水平に近い角度が良い	真南に近い方位が良い

以上、まとめとします。

発電量は日射量に比例します。
何度も申し上げますが、これははじめにご説明した通りです。
ですので、ウチは北海道だからイマイチ。。。などと思わずに今一度、データをごらんください。
比較のためのＰＤＦをリンクしておきますので北海道の釧路市と九州の福岡市を比べてみて下さい。
南面２０度における日射量（ｐｄｆです。別ウィンドウで開きます）
一瞬、わが目を疑うことでしょう。
太陽電池は寒い方が良いのです。寒くて年間を通じた日射量が多ければベストです。
北海道の中でも釧路市は年間の日射量が大変にすぐれていますのでこうのような結果になるわけです。
全国の都市の中でも際立っているのが長野県の松本市です。
長野県と言えば、オリンピックの舞台となった多雪地域というイメージがありますが、中でも松本市は北アルプスの東側に位置するので冬は乾燥して積雪は少なく、気温は低く、一年を通して好天率が高い地域となっています。標高も高いので空気が澄んでいることも見逃せません。

実のところ、同一Ｗ表示の太陽電池であってもメーカーの定めた規格によって同一状況下での実発電量は異なります。これはＪＩＳ規格で定める製品性能の許容範囲が非常に広いことを背景としています。
ＪＩＳ規格では定格値のプラスマイナス10％までその定格出力差を許容します。つまり100Ｗという表記の太陽電池は90Ｗでも110Ｗであっても良いわけです。
一方、太陽電池の市場はＷ当たり幾らという考え方が（特に欧米では）主流ですからメーカーの立場ではより大きな出力表記をしたくなるのが人情です。

これがエスカレートしたのがサンヨーhttp://www.sanyo.co.jp/koho/hypertext4/0109news-j/0921-1.htmlをはじめとするメーカーの出力詐称事件です。
こうした製品が流通する背景を情けなく思いますが、なにしろ私たち業者サイドにも購入した太陽電池の本当の能力を知る手立てが殆どないのです。もちろん全く手立てが無いわけではありませんが、一般の取扱い店が模擬光源やロガーをはじめとした設備、人員を投入してまで製品のチェックをするのは大変な困難が伴います。言い換えれば、業者がメーカーを常時監視するには経費がかかりすぎて太陽電池の売価が値上がりするだけのことなのです。ですから、せめて時々でも業者はメーカーの出荷する製品のデーターシートをもらわなければなりませんね。

また、このサンヨーの事件以来、系統連系向け太陽電池の多くは一枚一枚検査時実出力を表記していますが、まだまだ規格ぎりぎりのメーカーも見受けられます。どんなに高効率、高性能を謳った太陽電池であっても、実出力が表記の９０％であれば表記どおりの従来型モジュールだって同じ性能なのです。

太陽電池を購入される際は、この点についてもよく考慮した方が良いでしょう。カタログ値と実出力はそれくらいまでにかけ離れています。詳しくはコラムをご覧下さい。

※なお誤解の無いよう申し上げておきますが、現在のサンヨー太陽電池は過去の反省を踏まえ、出荷に際してはミニマム管理がなされており、さらに大変すぐれた特性をもっています。概して同時期の大手各社（一部を除く）太陽電池の実能力は低く、世間にバレのがたまたま同社であったと私は判断します。むしろ、この事件から力強く立ち直った同社および業界の今後の姿勢に私たちは期待するべきではないでしょうか。

これは大変壮大なテーマとなります。この項だけではとても解説しきれません。
日陰の動きから年間のシステム能力を考察するためのヒントになれば幸いです。

	３月の日陰の動きです。９月も同様ですね。 太陽高度が中間的な位置にありますので年間の平均値を代表しているともいえます。 この条件で年間の性能を予測してもそう大きな誤りにはならないでしょう。 ２階母屋が障害になっているのが観察出来ましたか？東西の増築部のアレイが棟に近いほどこの影響が大きくなります。年間を通じて見るとこの部分は出来る限り軒先に設置した方が良さそうです。
	６月の日陰の動きです。太陽高度が最も高い時期ですから少々の障害物は発電面で問題になりません。一年で最も一日が長い夏至頃の様子とお考え下さい。 電柱の日陰が問題にならないことにお気づきでしょうか？また、朝夕には太陽が北側に回りこみますので、緩勾配角の屋根においてはこの時期の朝夕の発電量が伸びます。
	１２月の日陰の動きです。太陽高度が最も低い時期ですからややもすると日陰を気にしがちですが年間にすると意外に影響の少ない障害物もあります。一方、独立システムはこの時期に最低限の発電量が得られるよう配慮しないといくらシステム規模が大きくても用を足しません。要注意です。 電柱の日陰が二階にまで及んでいることにお気づきでしょうか？またこの時期は太陽の軌道が南に寄っているため朝夕は全面が暗く、２階母屋が日陰障害になっていません。また、ビルの南面カーテンウォール等の太陽電池はこの時期に発電量が伸びます。

これもまた大変壮大なテーマとなります。しかし上述に加え月間の発電の挙動を示してみました。
日陰の動きと電圧挙動から年間のシステム能力を考察するためのヒントになれば幸いです。
日射が弱い朝夕には電流値だけが大きく変動することを看取していただければ幸いです。

	３月の日陰の動きと同時期の平均的挙動を示してみました。紫色は電圧・緑が電流・青が太陽電池の出力・茶が効率。そして皆さんが最も気になる発電量が赤で示されています。 動画に見るように午後になると東側の屋根に日陰がかかります。ここで日陰を受ける回路の電圧が落ちるためＭＰＰ点が左に移動します。するとこれに合わせてこの間の発電量が落ちているのが見て取れます。また16時頃に電圧が回復するのは電柱の日陰が通過し、バイパスダイオードが稼動しなくなっているためです。しかしこの時間帯には日射量が低下しているためＩＶ積と実発電量は大きく低下しています。
春・秋
	6月の日陰の動きと同時期の平均的挙動を示してみました。紫色は電圧・緑が電流・青が太陽電池の出力・茶が効率。そして皆さんが最も気になる発電量が赤で示されています。 動画に見るように午後になると東側の屋根に日陰がかかります。しかし電柱による日陰の影響が少ないため、電圧のカーブが比較的滑らかになっています。これに合わせて電力量も比較的健全な帯域を推移します。また、この季節は年間の発電量の多くを稼ぐ時期ですから、目安としていずれのカーブも８時〜４時くらいの間に滑らかであって欲しいものです。
夏至
	12月の日陰の動きと同時期の平均的挙動を示してみました。紫色は電圧・緑が電流・青が太陽電池の出力・茶が効率。そして皆さんが最も気になる発電量が赤で示されています。 電柱の日陰、２階母屋による東面の日陰と踏んだり蹴ったりです。しかし一日の時間が短いので年間にするとその影響は思ったほどではありません。年間発電量の考え方はまた別の項に預けるとしましょう。ここではグラフの挙動とその意味について考えてみてください。
冬至（年間で最も陽が短い）