【太陽光パネルを設置できる屋根の形や広さ】最適な屋根の向き

太陽光発電システムを設置する屋根の面について悩んだ事はありませんか?
南向きの屋根が太陽光発電になぜ向いているのかなど、太陽光と自宅の屋根の角度や向きによって発電効率も変わります。

また、太陽光発電の発電効率を大きく左右する要因の1つが、屋根の形状や向き・傾斜角度といった要素となります。

そこで今回は、「太陽光発電の発電効率に大きな影響を与える屋根」に焦点を当てて、設置できる屋根の形や広さなどを紹介していきます。

屋根の勾配(こうばい)と面積の調べ方

まずは、住宅の屋根の勾配から、面積を調べる方法を紹介します。太陽光発電において、屋根の面積は広ければ広いほど良いのは当たり前です。自宅の屋根の面積が、広いのかどうかによって発電効率に直結します。

屋根の面積は、自身でも大まかに調べておきましょう。

屋根伏せ図を見る

自宅の屋根がどんな形でどれくらいの広さなのかは、「屋根伏せ図」を見るのが早いです。

建造物を真上から描いた平面脚を伏せ図といい、特に屋根のつくりと形状を描いたものが屋根伏せ図です。新築したり購入したりしたときの図面があれば見てみましょう。

屋根勾配から面積がわかる

間取り図があれば、そこからおおよその屋根面積を計算することができます。屋根の真下にあたる部屋の面積から、一回り大きい屋根の面積を想定し、屋根の面積と「勾配伸び率」をかけ算する方法です。

勾配伸び率は、屋根の角度がわかれば、下記の表を使って求められます。

屋根の勾配(こうばい)

勾配(寸)角度(度)勾配伸び率=B
(水平の長さに対しての比)
1.05.71.005
1.58.51.011
2.011.31.020
2.514.01.031
3.016.71.044
3.519.31.050
4.021.31.070

屋根勾配確認定規を使って屋根の角度と照合すれば、およその角度から勾配伸び率がわかるはずです。屋根勾配確認定規とは、主に業者が使う屋根の勾配角度を測る定規です。

ただし、素人が調べるということは、ある程度誤差が発生する事を前提する必要があります。従って、正確に知りたいのであれば、施工業者に問い合わせて調べてもらうことが最適です。

屋根の形状

屋根の勾配計算の次は屋根の形状について紹介します。太陽光発電の発電効率は、太陽光パネルの設置向きや角度、つまり住宅の屋根の形状によって大きく変わります。そして屋根の形状には、様々な種類があり形状によって、屋根一面に取り付けられる太陽電池の大きさに差がでます。

切妻(きりづま)

一面が広く、比較的大きなモジュールを載せやすい。ただし、方角に注意が必要。

寄棟(よせむね)

四面あるので、方角は選びやすい。切妻に比べ、1面ごとの広さが限られる。

陸屋根(ろくやね)

もっとも安全に工事・設置ができる。傾斜をつけるために土台の取り付けが必要。

片流れ(かたながれ)

屋根全体にモジュールを置ける一方、北向きの屋根には設置が難しい。

太陽光発電を設置できる屋根の種類や構造の調べ方

屋根を何で葺いているかによって、設置価格にも大きな差が生じます。なぜなら、屋根材によって工法が異なるからです。

そして、太陽光発電に向いてる屋根の形状や工法は、スレートや金属屋根といえるでしょう。また、穴をあけて野地板に太陽電池パネルを、同定する方法であるクリップ方式も、比較的容易とされているので用いやすいです。

穴をあけにくい瓦屋根の場合は、支え金具を取り付けた「支持瓦」に一部を置き換えたり、瓦の一部を一日一取り外し、野地板に「支持金具」を取り付けたりする場合もあります。

自宅の屋根が、どのような工法で作られたのか知りたい場合は、屋根の構造が書き込まれた図面を見る事で、ある程度工法を想像できます。しかし、素人が見ても具体的な工法や種類など、図面から全てを読み取ることはできません。

太陽光発電の設置を本気で検討しているなら自分で調べるよりも、まずは販売会社に連絡し、施工業者に屋根を含めて見てもらうのがいちばんよいでしょう。

屋根の種類と特徴

屋根の種類特徴
スレート素材は「粘板岩」。石製だが軽く加工しやすい。
板金素材はステンレスやアルミ合金。非常に軽く加工しいやすい。
平板瓦重く耐久性のある瓦の中でも薄く、穴をあけて加工できる。
和瓦耐久性に優れるが、その分加工しにくさがある。
セメント瓦和瓦同様加工しにくいので、支持瓦を用いることもある。

太陽光発電の屋根の向きが発電量を左右する

太陽は東からのぼり南の空を通って、西に沈みますが、季節によって太陽高度が異なり、夏は高く、冬は低くなります。

太陽高度が高くなると、昼の時間が長くなり、日照時間も長くなります。冬はその逆で、太陽高度が低くなると、昼の時間が短くなり、日照時間も短くなります。いずれにしろ北の空に太陽が姿を見せることはありません。

そこで次は、方角によって太陽光パネルの発電効率が、どれだけ変わるか紹介していきます。

太陽光発電は南向きが最も発電効率が良い

太陽の光は常に南側から当たっていることになります。

建築業界の常識ですが、南からの光を有効利用するために、メインとなる居室や子供部屋などは南側に配置し、掃出し窓等の大きな窓をつくり、できるだけ太陽の光を取り入れて室内を明るくしようとします。

反対に、北側にはお風呂やトイレやキッチンなど、いわゆる“水回り”を配置して、特に大きな窓がなくても困らないようにしています。

太陽光発電システムは、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換するシステムです。従って、部屋の間取りを考える以上に太陽の光が当たらなければ、話になりません。

効率よく発電させるためには、太陽光パネルを南向きの屋根に配置することが、発電効率という点で適しています。

ただし、家というものは土地に合わせて建てられるもので、東西南北に合わせて建てられるものではありません。もちろん、できる限り居室を南向きにと設計されるのですが、ぴったり真南に向いている家を探す方が困難でしょう。

しかし、太陽光パネルは、可能な限り南を向く形で設置を考えなければなりませんので、その場合には、南東向きや南西向きの屋根に載せることになります。

上の図は、南向きの屋根に設置した太陽光パネルが100パーセントの出力を発揮するとした場合、他の方角を向いた屋根に載せたパネルがどれだけ減衰するかを示したものです。

家屋の屋根の形状や立地条件によっては、南側の屋根に小屋根や天窓があるとか、あるいは日陰になっているとかで、やむをえず西向きの屋根や東向きの屋根に太陽光パネルを設置することがあります。

ただ、真南に向けて太陽光発電システムを設置した場合と比べてみると、発電効率に影響を与える事が図から分かります。

西向きや東向きに設置した場合、南向きの場合に比べて、85パーセントの発電効率しか発揮できないと言われています。しかし、よほど特殊な形状の屋根でない限り、南か南西か南東向きの屋根に設置することができるはずなので、そこまで気にする必要はありません。

ただ、どうしても東面か西面にしか、太陽光発電システムを設置できない場合は、東面に設置するようにしましょう。

なぜなら発電効率を考えた場合に温度を気にする必要があるからです。太陽電池は、高温状態になればなるほど、発電効率が下がる性質を持っています。

従って、気温の低い朝から昼にかけて日が当たる東向きのほうが、発電効率は良好になります。対して、西面にした場合、昼を過ぎてから太陽光が当たるので、既に屋根全体の温度が上がり、太陽電池モジュール自体の温度も高温になります。

ですから、温度が低い朝方に光が差してくる“東面“の方が設置には向いているのです。

関連記事
太陽光発電の発電量は日照時間や日陰など気候条件が発電量を左右する

太陽電池モジュールの角度と発電の関係は?

太陽電池を設置するときの傾斜角度は、一般的に30度が理想とされています。ただし、太陽光発電に関して、全てを理想的な条件に揃えて発電させることは難しいです。

当たり前のことですが、日本各地でその土地の“緯度”は異なっています。例えば、沖縄は北緯約27度で北海道の北端では約北緯約45度となります。

先に太陽高度について少し説明しましたが、土地の緯度によって太陽高度は変化します。

また、一年間にその土地で太陽からの光を、最も効率よく受けるために算出された太陽電池モジュールの傾斜角度、“年間最適傾斜角”というものが設定されています。

ちなみに、最適な傾斜角度は北の地域に行くほど、上がっていく傾向にあります。

傾斜角度が違うと発電効率に影響する

年間最適傾斜角での発電量を100%として考えると、そこから角度を10度上げると、約0.5%効率が落ちると言われています。

では逆に小さくするとどうなるのか。角度を0度とした場合の発電量は本来の性能の約90%程度になります。さきほど、西面、東面に通常のように角度をつけて設置した場合、通常の85%程度になることはお話ししました。

0度で設置した場合は約90%です。ということは、西面、東面では、0度、すなわち水平に設置するほうが発電効率は高くなるということなのです。

ただし、屋根の勾配設定は、屋根材によって最低勾配が決まっています。従って、前述で説明した0度は発電効率という点では、適していますが雨漏りや吹き上げの原因になるので絶対にしてはいけない設置方法です。

雨漏りの原因は以下の記事で解説しています
関連記事
太陽光発電の雨漏りトラブルになる原因とメーカー保証・防止策

太陽光発電の発電効率は屋根がポイント

今回は、太陽光発電と屋根との関係性について説明してきました。太陽光発電を設置する際は、業者に屋根の勾配や形状・材質などを聞いて、どの程度の発電効率になるか調べておくことが大切です。

また、雨が多い地域なのであれば、発電効率だけでなく雨漏りや堆積物の排出も考えて角度を付ける必要がありますし、晴れの多い地域でも吹き上げなどを防ぐ為に屋根の角度を考慮しましょう。

屋根材や勾配の正確な角度は、素人判断では難しいところですので、太陽光発電の設置を考える方は業者に問い合わせてみる事が必要ですよ。