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太陽光発電研究センター

エネルギー・環境領域
 

太陽光発電のエネルギー収支

 

製造で使ったより多くのエネルギーを節約する

どのような発電方式も、その設備を製造したり運用したりするにはある程度のエネルギー(燃料や電力)を投入する必要があります。太陽光発電の場合、その殆どが原料精製や設備製造時のエネルギーです。

エネルギー源としての性能を示す指標に、EPT(エネルギーペイバックタイム)とEPR(エネルギー収支比)と呼ばれるものがあります。これは発電設備の製造などに要したエネルギーに対して、どれだけたくさんのエネルギーを得られるか(発電によって、どれだけのエネルギー消費を回避できたか)を示すものです。(詳しい定義は、こちらをご参照ください。)

太陽光発電は10年以上昔の技術でも、投入された燃料などの数倍に相当するエネルギーを得られていました。その後、量産規模が大きくなり、また技術的にもより省資源・省エネルギーになっています。たとえば、

  • 専用(ソーラーグレード)のシリコン原料の利用
  • 光閉じ込め技術による薄型化(省資源化)
  • 変換効率の向上
  • より省エネルギーなウエハ製造法(リボン法など)
  • 各種薄膜太陽電池の実用化(薄膜シリコン、CIGS系など)
  • リサイクルの促進 (*1)

など、様々な技術が次々に投入されてきました。現在広く普及している技術で寿命30年とおいた場合(*2)、日本におけるEPTは1〜3年程度、EPRは12〜21倍(寿命20年でも8〜14倍)と見積もられます。また最近実用化された技術では、EPRは10数倍〜30倍程度に達すると見積もられます。これは既に一般的な火力発電の性能(EPRで6〜21倍程度)を超えつつあり、今後も伸びる見込みです。

また太陽光発電は発電用の燃料が要らず、設備も比較的容易に解体・リサイクルできるため、持続的な利用が可能です。これは再生可能エネルギー全般に共通する特長で、枯渇性燃料に比較して、エネルギー安全保障上の利益をもたらします。

さらに温室効果ガスの排出量も低く、製造時などに排出されるものを全て含めても、現在実用化されている技術ならば17〜48g-CO2/kWh程度と、化石燃料による火力発電(519〜975g-CO2/kWh)のわずか数%で済むと見積もられます。

このように、EPTやEPRでみても太陽光発電はエネルギー源として十分に実用的な性能を有しており、将来性も十分と言えます。


関連ページ:


(*1)…一般に太陽光発電の場合、廃棄行程については枠のアルミや配線材料などのリサイクルだけでエネルギー収支がプラスになります(たとえば、右の出典[11]を参照)。

(*2)…これはモジュール(パネル)の寿命を表しています。モジュールには定まった寿命がなく、一般的には20〜30年以上利用できると考えらています(製造ミスなどを除く)。パワーコンディショナーについては多くの場合、10〜15年程度で交換されると想定して計算されています。

(最終更新:2010年2月12日)

太陽光発電のEPT

↑図1 太陽光発電のエネルギーペイバックタイム(EPT)の推移状況(クリックで拡大します)

太陽光発電のEPR

↑図2太陽光発電のエネルギー収支比(EPR)の推移状況(クリックで拡大します)

出典:
下記の文献を参考にしています。寿命は30年に揃えています(*)。EPTやEPRは極力、ライフサイクル全体に対して計算しています(多くは廃棄・リサイクルによる改善効果が無視されています。[11]では廃棄・リサイクルまで考慮されています)。
[1] 内山洋司 、電力中央研究所 研究報告Y94009 、 「発電システムのライフサイクル分析」 、1995年3月
[2] NEDO報告書 太陽光発電評価の調査研究、2001年、報告書No. 010019372 (2000年当時の最新技術(SOG-Si)に基づく予測)
[3]山田興一、小宮山宏、太陽光発電工学、 2002年、ISBN4-8222-8148-5
[4] E.A.Alsema et al , Energy Pay-Back Time of Photovoltaic Energy Systems: Present Status and Prospects , 2nd WCPEC, Vienna, July 1998
[5] 米国国立再生可能エネルギー研究所(NREL)、Energy Payback: Clean Energy from PV,?http://www.nrel.gov/docs/fy99osti/24619.pdf
[6] E.A.Alsema, Energy Pay-back Time and CO2 Emissions of PV Systems, Prog. Photovolt. Res. Appl. 8, 17-25 (2000)
[7] E.A.Alsema他, ENVIRONMENTAL IMPACTS OF CRYSTALLINE SILICON PHOTOVOLTAIC MODULE PRODUCTION, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 895 0895-G03-05.1
[8] V.Fthenakis, E.Alsema, Photovoltaics energy payback times, greenhouse gas emissions and external costs: 2004-early 2005 status, Prog. Photovolt. Res. Appl., 14 (2006) 275-280.
[9] Marco Raugei, Silvia Bargigli and Sergio Ulgiati, Life cycle assessment and energy pay-back time of advanced photovoltaic modules: CdTe and CIS compared to poly-Si , Energy 32 (2007) 1310-1318.
[10] M.J. de Wild-Scholten他, LCA COMPARISON OF THE ELKEM SOLAR METALLURGICAL ROUTE AND CONVENTIONAL GAS ROUTES TO SOLAR SILICON, 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 1-5 September 2008, Valencia, Spain
[11] みずほ情報総研、太陽光発電システムのライフサイクル評価に関する調査研究、2008年、NEDO報告書 No.20090000000073 (以前から用いられている技術(シーメンス法など)に基づく計算;廃棄・リサイクル含む)
[12] M.J. de Wild-Scholten, A.C. Veltkamp, Environmental Life Cycle Analysis of Dye Sensitized Solar Devices; Status and Outlook, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2007, 4AV.3.33 (p.2683).
[13] Wuerz Solar 社の23rd EU-PVSECでの発表による (2008年9月)


(*注): 文献間で条件を揃えるため、寿命20年での見積もりを換算する際は単純に1.5を掛けています。一般的な結晶シリコンモジュールの場合、実際の使用環境での経年劣化による出力低下は20〜22年間で平均約6%と報告されています。(Dunlop他, The Performance of Crystalline Silicon Photovoltaic Solar Modules after 22 Years of Continuous Outdoor Exposure, Prog. Photovolt: Res. Appl. 2006; Vol.14, pp.53-64)。 20年→30年への換算をより厳密に行う場合はこれも考慮します。(計算結果への影響量は2%未満になります。)

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