屋根の向きと同様に、発電量を左右するのが日陰です。

たとえば、晴天時の発電量を100とした場合、曇天時の発電量は20〜30(約1/3)、雨天時の発電量は1〜10(約1/10)程度になると言われています。

太陽光発電パネルにできた日陰は、たとえ空が晴天であっても曇天や雨天と同じ状態をつくってしまうもので、なおかつ家屋の立地条件が変わらなければ、永続的に存在するものですから、年間発電量に対しても大きなマイナスになります。

家の屋根に日陰をつくる代表的なものとして、隣家、裏山、電柱、電線、高い木、テレビアンテナなどが考えられます。このうち、電線やテレビアンテナなどの影響はさしたるものではないと考えられますが、隣家や裏山のように大きな面積の日陰を作るものに関しては大問題と言えます。

地球の自転によって、太陽は常にその“見かけの”位置を変えていますし、地球は太陽を中心にぐるぐると回っている(公転)ため、季節による日の照り方も異なってきます。

よって、一日の時間や季節に関係して、日陰の位置も日陰になる時間も常に変化します。

太陽光発電は太陽光の日射量が最も重要な要素

太陽光発電は、太陽の持つ光エネルギーを電気エネルギーに変換するものですから、まず太陽光の日射量が最も重要な要素になります。

太陽光の日射量は、“日照時間”が関係します。“日照時間”とは簡単に言うと、その土地で太陽が出ている(見えている)時間のことです。日照時間が長ければ長いほど、日射量も多くなることになります。

たとえば、夏の北極圏では一日中陽が沈まない、“白夜”という現象が起きると聞いていますから、太陽光発電には最も適した環境と言えるかもしれません。しかし、北極圏では冬になると一日中夜が続くそうですから、年間を通してみるとあまり変わらないと言えるでしょう。

また、日射量は太陽光を受ける面が太陽光に対して垂直(90°)に近くなればなるほど多くなります。言い換えると“太陽高度”が高くなればなるほど日射量が多くなると言うことができます。

太陽高度は、「90°-その土地の緯度」という計算方法で計算されます。例として出したのは春分・秋分の日の計算の仕方で、実際にはもう少し複雑な計算をすることになります。

緯度(緯度は南北それぞれ90°まで。北極圏は北緯90°に近い)の高い北極圏は、赤道(緯度0°)付近に比べて日射量が少なくなりますから、一日中太陽が出ているような現象が起こったとしても、実際にはあまり効率のよくない地域になります。逆に言うと、赤道に近く、年間を通して気温の高い地域は、それだけ太陽からの日射量が多く、効率の良い地域と言えます。

ですから日本国内で考えると、大雑把に言えば、沖縄や九州などは、北海道や東北などに比べて、日射量は多いと言えるでしょう。

ここまでお話しして、日射量に興味を持った方がおられましたら、気象庁の出している年間日照時間のデータを見てみるといいでしょう。

日射量には“日照時間”と“太陽光の受光角度”が関係するとお話してきましたが、太陽光発電システムに関しても、日射量は日照時間だけが関係するのではなく、太陽電池モジュールの設置角度も関係してきます。

気象庁の気象統計情報

気象庁の気象統計情報によると、太平洋側は総じて日射量が多く、北海道から中国地方にかけての日本海側の日射量が少なくなっています。これは日本海側地域の冬季降雨量(雪も降雨量に入る)が多いためなのですが、雪は溶けずに太陽電池モジュールの上に積もるため、晴天の多い太平洋側と比較すると日射量に関して言えばどうしても不利になってしまいます。

ちなみに、日照時間とは太陽が見えている時間のみをさすわけではなく、太陽が雲に隠れていたとしても、太陽電池がぎりぎり発電できるくらいの陽射しの時間も含んでいます。ですから曇天や雨天であっても“明るければ”発電はしますが、快晴時よりもその量はかなり劣る(晴天時を100%とすると、曇天時は約30%、雨天時は約10%)ため、ここで言う日照時間がそのまま発電量と比例するわけではありません。

先にも書いた通り、様々な要因で北海道や東北が、四国や九州よりも日射量が少なくなってしまうのは確かです。ただ、だからといって北海道や東北が太陽光発電に向いていない地域だというわけではありません。実際に北海道にはいくつもメガソーラー施設がつくられていますから、そう簡単に判断できるわけではないのです。

たとえば、理論上、赤道に近くなればなるほど確かに日射量は多くなります。しかし、赤道付近の熱帯や亜熱帯の地域には、“スコール”という激しい雨が降ることからも分かるように、大量の雲が突然発生することも多く、太陽からの光が遮られていることも多いのです。また、同じ九州であっても内陸部の山岳地帯にはよく雲が発生し、雨が多く降るため、沿岸部よりも日射量が少なくなっています。

屋根に影ができてしまう時間が多い場合は設置に工夫が必要

たとえば、屋根の東面と南面を比較した時に、南面には午前中大きな陰ができてしまうといったような特殊な状況が起こった場合、一日の日照量が東面の方が多いのであれば、敢えて南面に設置せず、東面に設置するといったように、大きく長時間日陰になるような場所には太陽光発電パネルをあえておかないようにすることが考えられます。
※上記の様な例は本当にまれですが。

また、一時的に日陰になるとしても、一日トータルで考えた時に、それ以外の時間で必要な量の発電が十分にできると思えば、そのままパネルを設置することもあります。

どのような条件が最も有利になるかは実際にそのお宅を拝見してシュミレートしてみなければわかりません。

シリコン系にとって日陰は大敵

シリコン系の太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール自体が発電媒体であると同時に、電力の伝達媒体でもあります。

つまり、作られた電気は太陽電池モジュール自体の中を移動するということです。

しかし、その一部が日陰になって発電しなくなると、電流の伝達をも阻害してしまうのです。なぜなら、発電していないパネルは単なる抵抗物質であって、せっかく作られた電流の移動を妨害し、そこで電力を消費してしまうからです。

そのため、多くのシリコン系太陽電池モジュールにおいては、一部が日陰になってしまったときのために、“バイパスダイオード”を備えています。“バイパスダイオード”は日陰や不具合が生じて、太陽電池モジュールの中に電流の通りを邪魔する部分ができたときに、その部分を迂回して電力を流すための仕組みです。

説明だけ聞くと、非常に優秀な仕組みなのですが、実は、作られた電流はこのバイパスを通ることで異常がない太陽電池モジュールも迂回してしまいます。

異常がない太陽電池モジュールを迂回するということは、すなわち、パネルの発電量を大きく落としてしまうということになります。

これに対して、後ほど詳しく紹介しますが、CISなど化合物系の太陽電池の仕組みは、シリコン系太陽電池の仕組みと異なるために、日陰などによってパネルの一部に異常が起きたとしても、電気の流れを疎外しないことがわかっています。日陰が多く発生する屋根の場合には、その特性にあわせたパネルを選ぶことも必要になってくるかもしれません。

いずれにせよ、天候や屋根の向きと同様に、屋根につくられる日陰も、太陽光発電システムの発電力を左右するのです。

その影響力を過大に考える必要はありませんが、決して軽視できない問題でもあります。太陽光発電システムを設置しようとする家屋一つ一つは、日陰や風の影響といった異なった問題を抱えています。

逆に言えば、問題を抱えていない家屋の方が珍しいのです。ですから、太陽光発電システムを設置する前にそういったことを含めて、しっかりとシュミレーションしたいものです。

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