変換効率とは？
太陽光発電システムのパンフレットを見ていると、必ず目にするのがこの「変換効率」という言葉。あまり馴染みのない言葉ではありますが、この「変換効率」は、太陽電池モジュールを比較する上でとても重要な指標となります。
ぜひ変換効率の意味を正しく理解して、太陽光発電システムを導入する際の参考としてください。
変換効率とは？
変換効率とは、太陽光発電システムにおいて、太陽光エネルギーを電気エネルギー（電療）へと変換する際の、変換割合のことを指しています。
分かりやすく言えば、照射された太陽光エネルギーのうち、何％を電力に変換することができたかという数値のことです。
そのため、変換効率は高ければ高いほどより効率的・効果的に発電をすることができていると考えられます。
変換効率の計算式
変換効率の計算方法は簡単です。面積が1cm2の太陽電池（セル）に対して、太陽光エネルギーが当たった場合の最大電力が変換効率となります。式にすると、下記のようになります。
（変換効率）＝（出力電気エネルギー（W））÷（太陽光エネルギー（W））× 100
例えば、100Wの太陽光エネルギーが当たった場合に10Wの電力が得られる太陽電池の場合、変換効率は10%となります。
セル変換効率とモジュール変換効率
変換効率には、厳密にいうと「セル変換効率」と「モジュール変換効率」の2つが存在しています。
「セル変換効率」とは太陽電池セル一枚あたりの変換効率のことを指し、「モジュール変換効率」とは、モジュール１平方メートルあたりの変換効率のことを指します。
1枚の太陽電池モジュール（ソーラーパネル）は通常数十枚の太陽電池セルによりつくられていますが、モジュール内でセルとセルを導線でつなぐための配線や回路などで発生する電気抵抗などが原因で、モジュール変換効率はセル変換効率よりも低くなるのが通常です。
また、一般的には太陽光発電システムにおいて「変換効率」という際には、「モジュール変換効率」のことを指していることが多いことも覚えておきましょう。
太陽電池モジュールのタイプにより変換効率は異なる
太陽電池モジュールの変換効率は一般的に10～20％程度ですが、この数値はモジュールのタイプによっても異なってきます。
たとえばシリコン型の太陽電池モジュールであれば、もっとも変換効率が高いのが単結晶シリコン型で、15％～19％程度、多結晶シリコン型は12%～17％、アモルファスシリコン型だと10～12％程度となっています。
もちろん、たとえ同じ単結晶シリコン型だとしてもメーカーによって変換効率は異なってきますので、モジュールのタイプだけで変換効率を語ることはできませんが、変換効率は太陽電池モジュールの素材に大きく左右されるため、タイプごとに大きく数値は異なるということは理解しておくとよいでしょう。
変換効率は補助金対象の基準となっている
平成24年度の住宅用太陽光発電システム導入支援補助金においては、補助金の対象となる太陽光発電モジュールの変換効率の基準として、モジュールのタイプごとに、それぞれ下記のように定められています。
- シリコン単結晶系：16.0％以上
- シリコン多結晶系：15.0％以上
- シリコン薄膜系：8.5％以上
- 化合物系：12.0％以上
変換効率によっては補助金の対象とならないこともありますので、補助金を活用して太陽光発電システムの導入をしたい方は、必ず確認するようにしましょう。
補助金の対象基準となる基準変換効率の計算式は、下記のようになっています。
■基準変換効率の計算式：
基準変換効率（％）＝モジュールの公称最大出力(W)÷｛1セルの全面積(m2)×1モジュールのセル数(個)×放射照度(W/m2)｝
※放射照度(W)=1000W/m2)
変換効率が100％にならない理由
先ほど、太陽電池モジュールの変換効率は10％～20％だとお伝えしましたが、これはつまり、言い換えると太陽電池モジュールが受けた太陽光エネルギーのうち、80％～90％ものエネルギーが、電力に変換することができずにどこかに消えてしまっているということでもあります。
それでは、なぜ変換効率を100％にまで高めることはできないのでしょうか。
照射された太陽光エネルギーを100％完全に電気エネルギーへと変換することができないのには、たとえば下記のような理由があります。
- 太陽光がセルの表面で反射している
- 太陽光の全波長を吸収することができない
- 太陽電池の内部にも電気抵抗がある
太陽電池モジュールの多くは、青い色をしていると思いますが、表面が青色に見えるのは、青い光を吸収することができずに、光が反射してしまっているからです。
また、太陽光線は紫外線や可視光線、赤外線など様々な波長からなっていますが、太陽電池モジュールはこれらすべての波長を吸収することはできません。これも、変換効率が100 ％にならない理由の一つです。
そして、太陽電池は内部でも電気抵抗が発生してしまうため、その過程で電気が失われてしまうということも起こります。
このような様々な理由により、現状では太陽光エネルギーを100％に近い数値で電力へと変換することは技術的に困難なのです。
ただし、最近では太陽電池モジュールの価格が供給過多と製造コストの低減を背景として大きく低下してきているため、各メーカーはこの価格競争に飲まれないようにと高付加価値路線を追求し、変換効率を高めるための技術開発を積極的に行っています。
そのため、今後より変換効率が向上した製品が次々と登場することが予想されますので、各社の開発努力に期待をしたいところです。
変換効率だけで比較してはいけない
最後に、最も大事なことをお伝えしておきます。それは、太陽光発電システムの比較をするときは、太陽電池モジュールの変換効率だけで比較をしてはいけないということです。
もちろん、変換効率が高ければ高いほど、面積あたりの発電量は増えるわけですから、ついつい変換効率の高さに目が行ってしまう気持ちは分かります。
しかし、実際には変換効率が高い太陽電池モジュールほど価格は高くなっていますので、費用対効果の観点で考えれば、変換効率が高い＝費用対効果が高い、とは限らないのです。
また、モジュールタイプについても、例えば単結晶シリコン型は他のタイプと比較すると変換効率が高いという特徴がありますが、シリコン型モジュールは、高温になると出力が低下するという弱点もありますし、モジュールの一部にでも影ができてしまうと、モジュール全体の出力が低下してしまうという弱点もあります。
逆に、化合物でできたCIS（CIGS）型の場合であれば、素材としての変換効率は単結晶型シリコンに劣るものの、影に強く、高温時の出力低下も少ないので、環境によっては実際の発電量で見ると結晶シリコン型を上回るケースなどもあるのです。
このように、実際の変換効率は様々な条件により変化する上、規定の変換効率の高さは製品価格とも連動しているため、必ずしも「変換効率が高い」＝「お得」だとは限らないのです。
変換効率は太陽電池モジュールの性能を図る上でとても大事な指標ではありますが、太陽光発電システムの導入を検討する際は、自宅の環境も考慮の上、システム全体を総合的に検討する必要があるのです。
