太陽光発電技術の現状と展望

太陽光発電研究センター
第1回つくば3Eフォーラム
2007.12.15-16
太陽光発電技術の現状と展望
産業技術総合研究所
太陽光発電研究センター
作田宏一
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太陽光発電研究センター
内容
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なぜ太陽光発電なのか？
開発の歴史と普及の現状
様々な太陽電池
システムの実例 メガソーラタウン＠AIST
太陽光発電のLCA
今後の展望と課題 2030年50%削減に向けて
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太陽光発電研究センター
太陽エネルギーの大きさ
表面温度
約5,700K
総放出量
3.8×1026W
太陽定数：1,382Wm-2
大気外到達量
1.7×1017W
地表面到達量
8.5×1016W
全世界の消費量の
約１万倍
（年間）
2.7×1024J
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太陽光発電研究センター
太陽光発電の特長
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クリーンな再生可能エネルギー
可動部分がなく保守が容易
性能が規模によらない
性能が日射強度によらず、散乱光も可
土地の二重利用が容易
• 予測不能な出力変動がある
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太陽光発電研究センター
太陽電池・太陽光発電の歴史
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1954年
1958年
1960年代
1974年
1990年代
1999年
2004年
単結晶シリコン太陽電池の発明(Bell研)
最初の太陽電池搭載衛星ヴァンガード1号
宇宙用、灯台用等の特殊電源として普及
サンシャイン計画開始 価格1/100目標
導入の環境整備、住宅用補助金開始
我が国の太陽電池生産量 世界一に
固定価格買取制度でドイツの導入量急増
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太陽光発電研究センター
世界の太陽電池生産量の推移
3000
2500
その他
生産量 (MW)
2000
米国
欧州
日本
1500
1000
500
0
93
94
95
96
97
98
99
00
年
01
02
03
04
05
06
(出典: PV News)
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太陽光発電研究センター
世界の太陽光発電累積導入量の推移
6,000
累積導入量 (MW)
5,000
日本
ドイツ
米国
世界 (IEA/PVPS加盟国)
4,000
3,000
2,000
1,000
0
92
93
94
95
96
97
98
99
年
00
01
02
03
04
05
06
(出典: IEA-PVPS)
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太陽光発電研究センター
太陽電池変換効率の変遷
30
25
効率 (%)
20
単結晶シリコン(小面積)
多結晶シリコン
薄膜シリコン(モジュール、初期効率)
薄膜シリコン(モジュール)
CIS(小面積)
CIS(モジュール)
色素増感(小面積)
色素増感(モジュール)
有機薄膜(小面積、論文発表値)
15
10
5
0
1950
1960
1970
1980
年
1990
2000
8
2030年に向けた太陽光発電のコスト低減
変換効率
高効率化のイノベーション
高効率化のイノベーション
10％∼20％弱
40％超
20％超
材料
料・
・
プ
ロ
セ
ス
イ
ノ
ベ
ーシ
シ
ョ
ン
材
プ
ロ
セ
ス
イ
ノ
ベ
ー
ョ
ン
2007
1993 単結晶Ｓｉ太陽電池
発電コスト
30円/kWh
260円/kWh
太陽光発電研究センター
2020
2010
23円/kWh
60％超
2030
14円/kWh
7円/kWh
＜方向性＞
＜方向性＞
薄膜・高効率
薄膜・高効率
++
非シリコン・新原理
非シリコン・新原理
ＣＩＳ薄膜太陽電池
多結晶Ｓｉ太陽電池
薄膜Ｓｉ太陽電池
薄膜太陽電池
生産効率
競争原理
色素増感太陽電池
ﾌﾚｷｼﾌﾞﾙ薄膜Ｓi太陽電池
用途
用途
イノベーション
イノベーション
有機薄膜太陽電池
資料協力 ：
経済産業省
NEDO
AIST
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太陽光発電研究センター
NEDOフィールドテスト事業の導入例1
ＪＲ東日本
高崎駅新幹線ホーム上屋
(200kW)
岡山県
鶴新田浄水場（調整池覆
蓋）(400kW)
(写真提供：新エネルギー・産業技術開発機構)
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太陽光発電研究センター
NEDOフィールドテスト事業の導入例2
㈱再春館製薬所
(1,580kW)
シャープ㈱亀山工場
(5,150kW)
(写真提供：新エネルギー・産業技術開発機構)
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太陽光発電研究センター
集中連系型太陽光発電システム実証研究
• 平成14∼19年度 NEDO プロジェクト
• 500軒以上のPV住宅を太田市に建設
• 商用配電網を用いて、系統品質確保、単独運転
防止等の系統連系技術に関する実証研究を実施
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太陽光発電研究センター
‘‘Mega-SolarTown’
Mega-SolarTown’
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太陽光発電研究センター
メガソーラタウンの概要
運転開始： 2004年4月
総発電容量：
– DC: 869kWp (PV モジュール 約5,600枚)
– AC: 844kW (パワーコンディショナ 出力4kW×211台)
日本初のMW級設備 (既存のPVシステム 約160kW を含む)
市販PVモジュール・システムのショーケース
– 単結晶・多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ヘテロ接合シリ
コンモジュール
– 住宅用パワーコンディショナ 7機種
– 4kW住宅用PVシステムの集合体
発電電力量：
106kWh/年 = 設置事業所の電力需要の約0.8%相当
= 300t/年のCO2 排出量削減
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産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"
太陽光発電研究センター
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産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"
太陽光発電研究センター
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産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"
太陽光発電研究センター
メガソーラPVシステムによるピークカット効果
PV Output
Utility Power Demand
Electric Power Demand
15,000
13,100 kW
12,700 kW
7th May 2004
Daily PV Output:
4,564 kWh
601 kW
600
10,000
300
5,000
0
0:00
Electric Power Demand at AIST
Tsukuba Center Area-1,2,3 and 7 [kW]
Output Power from
Newly-installed PV Systems [kW]
900
0
3:00
6:00
9:00
12:00 15:00 18:00 21:00 0:00
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産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"
太陽光発電研究センター
2007年8月に累積発電量 3 GWh を達成
( 2007年8月12日 )
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太陽光発電研究センター
世界最大の太陽光発電所(20MW、スペイン)
場所：Beneixama, Spain
設置：City Solar社(ドイツ)
敷地面積：500,000m2
PVモジュール：100,000枚
年間発電量：30GWh
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太陽光発電研究センター
太陽光発電のLCA評価
エネルギーペイバックタイム(EPT)、CO2ペイバックタイム(CO2PT)
は技術の向上等で急激に減少。
現状では EPT＝2.0年(多結晶Si)∼0.9年(CIS)
CO2PT＝2.7年(多結晶Si)∼1.4年（CIS）
•
•
算出条件：
10
周辺機器
モジュール
80
EPT CO2PT
8
60
6
40
4
20
2
0
0
多結晶Si
(1991年)
多結晶Si
(現状)
多結晶Si
(将来)
ｱﾓﾙﾌｧｽSi
CIS
EPT, CO2PT (年)
投入エネルギー量(GJ/kW)
100
1)多結晶Si(1991年)
・地上設置1MWシステム
・生産規模：不明
・運用エネルギー：1%
2)その他
・住宅用3kWシステム
・生産規模：100MW/年
・運用エネルギー：省略
※多結晶Si(現状)の値は、文
献2)を元に再計算したもの
出典： 1) 内山、他、電力中央研究所研究報告 Y90015 (1991.11)
2) NEDO成果報告書「太陽光発電評価の調査研究」、太陽光発電技術研究組合（2001.3）
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太陽光発電技術開発ロードマップ ＰＶ２０３０
導入目標
４．８ＧＷ
１ＧＷ
2002
１０２ＧＷ
2007 2010
2020
2030
∼50円/kWh
発電コスト
バルク結晶シリコン
に加え薄膜(シリコ
ン、化合物)太陽電
池も登場へ
<<システム技術>>
系統に負担をかけないシステム
単独型から統合型システム
自律度向上型シ
ステム展開
30円/kWh
蓄電池付システム
23円/kWh
システム大型化
BOS長寿命化
アクティブ
ネットワーク制御
シリコンでも化合物で
もない新材料も
登場
14円/kWh
<<電池技術>>
技術の世代交代による
低コスト化の実現
太陽光発電研究センター
超薄型／多接合化
による高性能化
7円/kWh
新材料(色素等)・新構造太陽電池
[参考：太陽光発電の展開イメージ]
住宅用
産業用
従来型系統連系システム
地域コミュニティPVシステム
広域連系PVシステム
新エネルギネットワーク
場内高電圧連系自家消費システム
水素製造
海 外
SHS(ソーラーホームシステム)
VLSPV
出典：NEDO ロードマップ PV2030
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太陽光発電研究センター
日本の総発電量を賄うには？
年間総発電量＝1,000,000GWh
等価稼働時間＝1,000h
太陽電池効率＝10%
必要容量＝1,000GW
必要面積＝10,000km2
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太陽光発電研究センター
つくば市の総発電量を賄うには？
年間総発電量＝2,300GWh
等価稼働時間＝1,000h
太陽電池効率＝10%
必要容量＝2,300MW
必要面積＝23km2
(総面積＝284km2)
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