太陽光発電

たいようこうはつでん

太陽の光（可視光線）で発電する光電池を用いた発電システム。太陽からの熱線（赤外線）を使った発電の場合は太陽熱発電になる。

概要

太陽光発電設備は、可視光線で発電するソーラーパネルと、パネルで発電される電力を整流するパワーコンディショナー（直流を交流に変換する「インバータ」と、送電される交流を一定の電圧に保つ「コンバータ」の2つの機能を持つ）で構成される。必要に応じて出力変動を平準化するためのバッテリーや、グリッド（送電網）に接続するための送電設備と組み合わせられる。

かつては太陽光発電をするソーラーパネルが非常に高価であったため、離島の灯台や人工衛星、地球の公転軌道の内側へ行く探査機の電源としてのみ用いられていたが、21世紀に入ってから主に先進国の住宅や工場などの発電設備として普及し始めた。

2020年代に入ってから、脱炭素が以前にも増して強く推奨されるようになり、世界中で設置が進んでいる。

なお、太陽光発電キットも販売されているが大抵の場合、第二種電気工事士が必要であり無資格でやると懲役3ヶ月又は数万円の罰金となる。

特徴

光を受ければ何もしなくとも発電するので、光の当たる場所であることが絶対条件となる。設置後には洗浄やネジ等の電蝕や老朽化などのメンテ・管理が必要となる。

太陽光パネルは30年以上稼働できるが劣化により発電量は低下し続けやがて半分程度となる。更に白化現象や汚損による発電量低下も起きるので実際には半分以下に落ちるのも珍しくない。

10～15年程度で寿命を迎えるパワーコンディショナーの更新費用は規制強化などにより高機能化・高性能化された為存外に高価であり、売電価格の低下により設置後に投入コストを回収できる可能性はかなり下がっている。

しかも面積を取る割に発電量が少なく、時間帯や天候等に左右される欠点がある。発電量を制御できないため、太陽光発電所から供給される過剰な電力は停電の原因になるとして、電力需要の低い時期は電力網切断、供給量制限が掛かる事がある。

更に原理的に動作確実性を得られない上に半日は完全停止するため『同等以上の発電装置』を必ず必要とするため、仮にすべてを太陽光で電力を賄おうとすれば『電力系統の容量を倍にする必要がある』。

また、運用に手間や費用がかからないという長所は、裏返すと地元に雇用が発生しない欠点とも言える。

さらに銅の価格高騰に伴い配送電用電線の盗難や、積雪の重さ、氷・水害などによる破損で発電が停止することもあり、それに対する検出や即対応性は低い。また地震では壊滅的被害を受けるため感電や漏電火災の危険も大きく、経産省から警告が出ている。

また積雪地域では電力需要が高まるのに、冬季は全く発電出来ないためただのお荷物と化す。

さらに家屋は瓦の上に重量物を載せる事を想定してない上にトップヘビーと化すため、専用設計で建築された家屋でないと耐震性が著しく低下する。

家庭用の太陽光発電設備は電力網に接続せず、自家発電した電力をバッテリーに貯めて使用すること（オフグリッド）もできる。日本では停電した災害発生時くらいしかメリットがない。

外国ではアフリカ諸国や北朝鮮などのインフラが不十分な発展途上国ではオフグリッドの太陽光発電設備が普及している。

また小規模の太陽光発電を各家庭の「電力削減」のみに活用したバッテリーレスのマイクロインバータを活用した、プラグインソーラーシステムも登場している。

普及と問題

その発電の性質上、都市の主力電源を賄うような巨大な発電所としての運用は難しく、補助電源や分散電源向きと言われている。

とはいえ優遇措置を背景に先進国では2010年代に急速に普及、さらに大容量のリチウムイオン電池の価格低下、NAS電池の登場により大規模な蓄電設備を併設する発電所が現れ、時間帯による発電量の変化をある程度は分散化出来るようにはなった（ただし天候の変化にはやはり対応はまず不可能。(極短時間の変化なら出来るが)。

尤、これら蓄電池を併設する場合、電力供給の確証が得られるが出力調節に難のある水力、石炭火力、加圧水原子力等の恒常発電設備と組み合わせる方が合理的となる。

どの程度の供給に対しどの程度蓄電し、どれだけのコストを掛けるのかというフレーム問題、バッテリーのエネルギー密度の低さ(必要となるコスト、面積が莫大)、効率問題(バッテリーにエネルギーを蓄えて再抽出する際には必ず損失が発生する)もあり、主電源として使うのは原理的、現実的に不可能。

2010年代後半ごろから、蓄電設備や電気自動車、スマートグリッド（相互制御型送電網）などのインフラの普及や、発展途上国の急激な人口増加、先進国の脱炭素ブーム、中国メーカー同士の激しい競争によりパネル価格が下がったことにより、世界中で急速に設置が進んでいる。将来的には水力発電や火力発電と並ぶ主力電源となると目されている。日本政府においても可能とする根拠は無いが太陽光発電を中心とする再生可能エネルギーを主力電源として位置付けている。

しかし、原理的・構造的に動作の確証が得られない上に、主力電源としてしまったら雨天、積雪の長期化・災害や戦災などによる大規模破壊の影響を諸に受けるため、その実現性は無く既に電力危機が毎年起きており酷いことになり掛けている。

日本においてはすでに太陽光発電電力の固定価格買取制度（FIT）は撤廃され、そのほかの優遇制度も徐々に減らされているが、大きな利益が見込めるということで各地に巨大な太陽光発電所（メガソーラー）が建設されている。

しかし開発は過熱気味（太陽光バブル）で、他に使い道のない荒地（耕作放棄地など）や開発が頓挫した造成地の跡地（放棄分譲地や廃墟化したレジャー施設や観光施設などが解体された跡地など）ならばともかく、優良農地や自然豊かな山間部にまで太陽光パネルが敷き詰められるようになり景観破壊や保水力の低下による水害の誘因、土壌の生態系破壊に伴う栄養素の低下による河川・沿岸部まで含める周辺一帯の生態系の崩壊、獣害の誘致、反射光による公害が各地で問題となっている。

例として阿蘇山、吾妻山などの名山では太陽光パネルの為の大規模伐採が繰り返され名山、自然遺産としての価値が失われつつあると言われている。

このため現地住人と開発業者との間で激しい諍い（訴訟沙汰や酷い時には暴力事件）に発展することもあるなど、環境保護という名目からはかけ離れた存在であり太陽光発電自体を否定する声も少なくない。

また、太陽光発電を推していた政治家について「身内に太陽光事業関連者がいる」「中国のプレゼン資料を使用していた」などの理由から不正や癒着を強く疑われ、該当政治家は回答を拒否している。

多くの太陽光発電システムに使われているインバータやコンディショナーは中国製であると言われ、これらはネットワークの接続を稼働条件にしている。

その為、これら中国製の機器は内部にバックドアを仕込まれている可能性を指摘する声も多い（真偽のほどはさておきこれは太陽光発電システムに限った話では無く中国製のネットワーク機器製品に度々問題となる事）。

2024年5月には大阪の電子機器製造会社の発表で自社製の太陽光発電システム監視装置に中国人ハッカー集団による不正アクセスが起こり、バックドアを仕込まれネットバンキングの不正送金に悪用されていた事が判明した。この時は発電システム自体を狙った物ではなく不正送金の隠れ蓑に利用されたとの事だが、こういった発電インフラに対する国外からのハッキング問題は電力需要の推移から自衛隊基地などの稼働状態の情報が漏洩する危険も高く、また先の癒着政治家が防衛大臣時代に設置を義務化した為、下手をすれば外患誘致に発展する可能性も有る。

また、反射光によって上昇気流が発生し低気圧化するため、降水帯を形成させやすくしている可能性も海外では指摘されている。

特に水害の場合、ソーラーパネルに含まれる重金属などの有害物質が流出しそれによる土壌汚染が起こり農耕地が使用不能となる可能性がある。

その他にも、普段は無人稼働であるため人の目が届きにくく、山間部や田舎に設置されたソーラーパネルの設備から配線等に使われる銅線といった金属が盗まれる被害も急増している。

現状これらの数々の問題を解決する目途が一切ついていない状況であり、

新たな公害という呼び名もある。

宇宙太陽光発電

地上での太陽光発電は夜間や荒天時に行うことができず、また広大な土地を必要とするという欠点がある。そこで、いっそのこと発電専用の人工衛星を打ち上げて、24時間発電が可能な宇宙空間で太陽光発電を行ってしまえばいいのではないか、という宇宙太陽光発電の構想が存在する。フィクションの世界でいえば、『未来少年コナン』の太陽エネルギー技術や『機動新世紀ガンダムX』のサテライトシステムがまさにこれである。

地上では大気が太陽光をある程度遮ってしまうため、その影響を受けない宇宙空間の方がはるかに太陽光のエネルギーが強く、同じような発電能力のパネルでも地上より効率よく発電が可能だとされる。

一方で宇宙空間ともなるとその過酷な環境から機器の劣化スピードが早い上にメンテナンスに赴くのも簡単ではない。また電力を宇宙から地上へとケーブルなしに送信する技術については研究途上であり（マイクロ波送電が有力な案として挙がっているが、この場合電波障害対策が必須である）、今のところ実用化の目途は立っていない。『機動戦士ガンダム00』等の軌道エレベーターが登場する作品では軌道エレベーター自体やそれに繋がるオービタルリングで発電したり、発電衛星群から無線送電された電力を地上へと有線で送っているものが多い。

仮に実用化されたとしても、軍事転用されてリアルサテライトキャノンを作られたりしたならばたまったものではなく、その辺りも含めて課題は山積である。

シムシティでは作品によっては発電施設の一つとしてマイクロ波受信施設が登場しているが、災害発生をオンにしていると受信施設から外れたマイクロ波が地上を焼く事故が発生する事がある。先に例として挙げられたガンダムXでは送信後に受信側が動き外した事で湖面で水蒸気爆発が起きている。

関連項目

太陽　発電　発電所 電池 ソーラー　ソーラーパネル　半導体