追尾型太陽光発電システムに関する研究 BR11046 高橋陽二郎指導教員松村隆 1.研究の背景・目的発されていることや、材料の単位当たりコストが安く使用量も少地球温暖化による影響の顕在化が確認されるなか、再生可能エないため太陽光発電コストを下げる可能性があるとされる 1)。このネルギーの利用拡大を進めることは極めて重要である。近年、国内ため、本研究では、追尾型太陽光発電システムのうち集光追尾型太外で導入された太陽光発電システムの種類をみると、スペイン、米陽光発電システムを検討対象システムとすることとした。国など海外では太陽の移動に対応して受光面を動かす追尾型太陽表 1 追尾型システムと固定型システムの比較光発電システムの導入が始まっているのに対し、わが国では試験追尾型システム方式的な導入事例はあるものの限定的で、本格的な導入には至ってい発電方法ない状況にある。国内ではなぜ追尾型太陽光発電システムが普及しないのだろうか。わが国で導入可能とする技術ないし立地上の条件は何か。本研メリット究では、こうした問題意識の下、追尾型太陽光発電システムの導入事例の収集調査と文献調査を行い、これまでの固定型システムとの比較を通じて、追尾型太陽光発電システムの導入上の条件と課デメリット題解決について検討を行うことを目的とする。通常型集光型・レンズ、鏡などによって光を・モジュールが太陽光を直接・モジュールが太陽光を直接一点に集中させ、セルに当て受け、発電する受け、発電するることによって発電する・固定型と同じモジュール枚数でも固定型より高い発電効率を持つ・モジュールの量産性に富む・少ないモジュール枚数で発電を行うことが出来る。・機械の駆動部が無いため・必要とする半導体の量が少保守が容易なく、材料コストが安い・無人化が可能・太陽を追尾するモジュールを支えるため固定型よりも丈夫・モジュールの量産性に富むな架台、支柱が必要・駆動部があり、定期的なメンテナンスが必要・装置を動かすため架台の設置が高コスト化・設置実績の不足・より天候に左右される 2.研究の流れ 4.ヒアリング調査 ① 太陽光発電の事例調査及び現状把握ヒアリング先：群馬県太田市役所追尾型太陽光発電システムの国内における導入事例を対象と導入システムの規模と種類：発電設備容量は16.8kWで集光追尾型する現地でのヒアリング調査を行うとともに、既存文献やインシステムを導入ターネットでの技術情報の収集調査を補足的に行い、追尾型太月日：2014年10月15日陽光発電システムの基本性能、メリット、現状での課題等に関結果の概要：群馬県太田市する情報収集・分析を行う。役所を訪問し、稼働中のシ ② 固定型及び追尾型太陽光発電システムの発電量試算ステムの見学及びヒアリン上記の結果を基に、国内における日射量データを用い、従来グ調査を行った。同市は集の固定型太陽光発電システム及び追尾型太陽光発電システムの光追尾型太陽光発電システ発電量をそれぞれ試算する。ムを2013年に導入し、庁舎 ③ 追尾型太陽光発電との比較る（写真1及び写真2参照）。による発電量の比較を行い、追尾型太陽光発電システム導入上市担当者へのヒアリング調の課題と解決策について検討を行う。査時の回答概要は次の通り追尾型太陽光発電システムには、太陽光の受光方式の違いによ写真 1 集光追尾型太陽光発電敷地内駐車場で運用してい得られたデータを基に、固定型システム及び追尾型システム 3.太陽光発電システムの概要固定型システムである。  太田市は、2012 年 9 月写真 2 パワーコンディショナり、通常型と集光型の 2 種類がある。表 1 に追尾型太陽光発電シの定例市議会において、ステムと固定型太陽光発電システムの技術特性等の比較を示した。「太陽光発電推進のまちおおた」都市宣言を行った 2）。追尾型太陽光発電システムは発電量の増加が見込まれる反面、  導入した集光追尾型太陽光発電の発電効率の実績値は悪く、こメンテナンスの必要性や架台コストなどの課題が存在する。このれまでのところ当初見積もりの半分以下の発電量になっていコスト問題に関しては、追尾システムのうち集光型は使用する半る。2014 年度実績（9 月期までの月間値）は約 700kWh～約導体を少なくすることが可能なため、システム全体としては低コ 1,480kWh である。スト化が進んでおり、海外での利用も拡大している。  この集光型については、発電量が天候に左右されやすいという欠点が指摘されているものの、40％を超える超高効率型セルが開集光追尾型を採用する場合、周囲の遮蔽物がないこと、雲や雨などが少なく日射が散乱しづらい環境が求められる。  追尾機能は過去の気象データを基にしている。半年に一度駆動部のメンテナンスをしている。売電は行っておらず、市庁舎内ステムで必要となる駆動用モータの電力消費量は限定的であるとで使用している。されているので、今回の試算では除外した。 5.固定型及び追尾型太陽光発電システムの発電量試算 5.1 対象地域の選定 26,000 24,810 23,570 24,000 日照条件の異なる 2 地点に固定型システム及び集光追尾型シス 22,329 21,089 22,000 テムを導入した場合の発電量を試算する。導入地域は日照条件に発電量/KWh 19,848 恵まれた地域として長野県松本市を、日照条件の厳しい地域として石川県輪島市を選定し、上記 2 つのシステムを導入した場合の発電量を試算した。なお、松本市は年平均全天日射量が 20,000 18,000 12,000 10,000 kWh/m2 以上であり、輪島市は年平均全天日射量、最適傾斜角にお 17,767 17,367 16,000 16,832 16,127 15,897 14,962 14,000 3.8892kWh/m2 以上、最適傾斜角における年平均日射量が 4.4448 18,702 18,608 14,027 13,091 12,156 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 乗数ける年平均日射量ともに 3.3336 kWh/m2 以上である 3）。輪島市発電量 5.2 発電量試算の方法と結果松本市発電量図 1 固定型と集光追尾型との発電量比較発電量の試算に当たり、まずブーゲの式により法線面直達日射図 1 は松本市においては、集光追尾型システムが固定型システ量を求め、それに対して天候、日照時間を考慮し修正を行った。修ムと比べて約 1.46 倍の発電効率を得ることができれば、発電量に正を行った値（表 2）をもとに発電量試算を行った。おいて固定型に対しての優位性を持つことを示している。一方、輪表 2 月別日射量月 1月 2月松本市（kWh/ 2 ） 2.34 輪島市（kWh/ 2 ） 1.68 7月 8月 3.68 2.87 3月 2.61 1.84 4月 2.88 2.01 9月 3.50 2.79 島市については、入手できた発電効率の値を前提にすると、集光追 5月 3.17 2.32 10月 3.43 2.73 3.55 2.68 11月 3.21 2.47 尾型システムの優位性はなく、導入は不向きであるということを 6月 3.65 2.77 12月 2.79 2.13 2.44 1.77 計算条件は表 3 のとおりである。なお、固定型システムの発電示している。 7.結論：結果のまとめと今後の研究上の課題本研究では、日照条件が異なる 2 か所として松本市及び輪島市を選定し、集光追尾型太陽光発電システム及び固定型太陽光発電システムを導入した場合の発電量をそれぞれ試算した。量の試算には、NEDO で公開されている年間最適傾斜角日射量のその結果、国内においても日照条件に恵まれた日射量の多い地 4.54kWh/m2 、松本の集光型システムでは法線面直達日射量の平域で導入し、また、一定以上の発電効率を得ることができれば十分均値である 3.10kWh/m2 をそれぞれ用いて計算を行った。に実用的な発電量を得られることが分かった。しかし、今回の輪島表 3 試算条件発電量 = H×K×P×365÷1 K = 損失係数 = 73％ 365 = 年日数 H = 1日当たり年平均日射量 = 4.54 kWh/ P = システム容量 = 15kW 1 = 日射強度市のような日照条件が厳しい地域では、今回入手できた既存デー 2 タで示された発電効率の範囲では、これまでの固定型システムに対する優位性は確認できなかった。太陽光発電セルについては、小面積かつ高効率なセルの開発がその結果、集光追尾型システムの発電量は 12,405 kWh、固定進められており、また生産コストに関しても集光追尾型システム型システムの発電量は 18,145kWh であった。しかし、集光追尾は多くのセルを必要としないため発電コストを抜本的に下げる可型システムは固定型システムの 1.3~2.0 倍程の発電効率が得られ能性があり、十分に本格的導入の可能性はあると考える。るとされているので、本研究では得られた値に対し、1.3~2.0 を乗じた数値を集光型システムの発電量とした 1）4）。輪島市の例も最後に、今後の研究上の主要課題を掲げる。  同様にして試算を行った（表 3）。今回の発電量試算における法線面直達日射量は手計算によって算出された値である。したがって、より正確な発電量を試算表 4 集光型システムの発電量するには、日射量の実測値を用いた試算作業が必要である。乗数 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2 松本市集光型発電量（kWh/ ） 16,127 17,367 18,608 19,848 21,089 22,329 23,570 24,810 輪島市集光型発電量（kWh/ 2 ） 12,156 13,091 14,027 14,962 15,897 16,832 17,767 18,702  6.試算結果の考察 1）桑野幸徳・近藤道雄監修：最新太陽光発電のすべて（2011 年） 2）群馬県太田市ホームページ http://www.city.ota.gunma.jp/ 3）NEDO：NEDO 日射量データベース http://app7.infoc.nedo.go.jp/ 太陽光発電導入ガイドブック 4）IT メディア太陽光を追って集めて発電効率 2 倍に上記のとおり、集光追尾型システムの場合の発電効率には幅がある。そこで、固定型太陽光発電システムの発電量を基準とした場合の集光追尾型太陽光発電システムの発電量の発電効率による差分を計算した。図 1 に計算結果を示した。なお、集光追尾型シ現在、追尾型システムの設置場所は地上に限られる。今後、屋根設置に適した軽量型の追尾架台の開発などが望まれる。参考資料・文献 http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1403/31/news017.html