太陽光発電の設置角度と発電効率

傾斜のある屋根に太陽光発電を設置する場合、その屋根の傾斜角度がそのまま設置角度になる場合が多くなります。しかし地上設置の場合、もしくは陸屋根に土台を設置する場合は、その事業に最適な角度でパネルを設置することができます。

発電に一番効率的な角度と言われる30°はあくまで日本の平均で、地域や設置方位によって最適な設置角度は異なるばかりでなく、設置状況によってはあえて最適角度にしない方法を取る場合もあります。

設置角度(屋根勾配)・設置方位と発電量の関係

まずは、一般的に最適とされる太陽光発電の設置角度についてご案内します。

太陽光発電に最適な屋根の角度は緯度に準ずる

地域名 最適勾配
北端(択捉島) 45度
札幌 43度
東京 35度
那覇 26度
南端(沖ノ鳥島) 20度

最大限の発電量を得るために最適な勾配は30°と言われますが、この角度は日本全国の平均的な数値で、実際には地域ごとに最適な設置角度には誤差が出てきます。一般的には春分および秋分の日により多くの電力を得られるような角度に設定すると年間を通して発電量が最大になりやすくなります。具体的な数字で言うと設置を予定している地域の緯度と同じくらいの角度をつけるのが最適であることが多いようです

表は主な日本の地域における緯度を示しており、東京の場合は35°に設置するのが最適角度となります。

屋根の方角と傾斜角度(勾配)の違いによる発電量の変化

傾斜角度 南東/南西 東/西
90° 68% 64% 52%
80° 77% 72% 58%
70° 86% 80% 64%
60° 92% 86% 70%
50° 97% 91% 75%
40° 99% 94% 79%
30° 100% 95% 83%
20° 98% 95% 86%
10° 95% 93% 88%
89% 89% 89%

表はパネルを0°(水平に置いた状態)から90°(垂直に置いた状態)まで角度を10°単位で変えながら設置した場合に得られる発電量の変化を示したものです。30°で得られる発電量を基準にして各方位/角度での発電量の変化を出しています。

最適角度から10°程度の違いであれば、発電量は1~2%しか変わらない事がわかります。このため、下でご案内するようにあえて最適角度よりも低い角度を採用し、その代わり同じ面積により多くの枚数を設置するという方法が取る事業例も最近は多くみられます。

設置地域と設置角度で発電量をシミュレーション

太陽光発電を設置する地域で発電量をシミュレーションするのに一番信頼できるデータが、NEDOが提供する「日射量データベース」です。このデータベースで得られる設置環境の日射量から、年間で得られるおおよその発電量を算出する方法は「発電量の算出方法」でご案内しています。

陸屋根と地上設置で最適角度をあえて外す場合は?

陸屋根および地上設置の場合は、設置するパネルの角度は架台でいかようにも変えられます。その設備において最大限の力が発揮されるためには、先にご案内した最適角度を採用しますが、発電事業をする場合はより多くの売電収入を得るために、あえて最適角度を外す方法を取る場合も多くあります。

メリットが多い小設置角

ソーラーパネルの設置角度と設置間隔
ソーラーパネルの設置角度と設置間隔

産業用の太陽光発電設備では、主に同じ面積でより多くの設置容量を得る目的で小設置角を採用する例が多くみられます。地上設置の太陽光パネルは、前列のパネルの影が後列にかからないよう、設置されたパネルの地上からの高さを約2倍した長さの間隔で並べられます。図からも分かるように、設置角度が低いほどアレイ(パネルを並べた横の一列)の間隔は少なくて済みます。

例えば最適設置角度が35°の地域で設置角を20°まで抑えると、発電量が約2%落ちる代わりに同面積に対して約1.2倍ものパネルが設置できることになります。更に傾斜角を10°まで下げるとアレイ間隔は20°の際の約半分で済む計算になります。

ソーラーパネルの設置角度と設置間隔02
高さ1mのソーラーパネルに対する設置角度と設置間隔の関係

極論を言えばパネルを水平にすれば、影のためにアレイの間隔を空ける必要はなくなります。水平設置は陸屋根の住宅などで使われることがあります。こうすることで地上面からは屋根の上に載せたパネルが見えなくなるため、おうちの見た目を重視する方などにおすすめの方法です。

一方、大規模な発電設備ではメンテナンスのために人が通れるくらいの間隔は空けておく必要があるので低くても20度前後の傾斜で固定することが多いようです。

低設置角を採用するメリットは設置枚数を増やす他にもあります。設置角度が大きくなるとパネルが受ける風の影響が大きくなります。強い風圧が予想される設置環境(高層ビルなど)では架台や設備に余分にコストをかける代わりに、低設置角を採用することもできそうです。(実際に設置の際は見積もり段階で風圧を加味したシミュレーションをして設備を決定するとさらに安心です)

また低設置角と合わせて過積載という手法が使われることもあります。

設置角を大きくする場合は主に豪雪地帯でメリットあり

日本海側の豪雪地帯などは緯度が高い事もあり、最適設置角度は他の地域と比べて高くなります。地上設置の場合は後ろに影が長くなることから設置容量を増やせないデメリットもありますが、パネルの雪が落ちやすいメリットもあります。全国的に見ても比較的低い設備利用率の地域が多い豪雪地帯。より多くのパネルを敷き詰めたいからと設置角を低くしてさらに設備利用率を下げるのか、高設置角のメリットを生かすのかは、施工業者とよく話し合う必要がありそうです。

自家消費をメインに考えると冬をメインにした設置角度も良いかも?

これまでの太陽光発電は、年間を通して最大の発電量が得られるように設計されることが多くありました。売電単価が電気料金単価よりもはるかに高く設定されていたために、発電量が多ければ多いほどお得になる可能性が高いことが大きな理由と言えます。2017年あたりから電気代と売電単価が平衡し始めていますが、今後は2020年に11円/kWhを目標としてどんどん売電単価が引き下げられていくと考えられます。こうなると、自家消費が多くできる方がお得、ということになるので、日照時間の減る冬場により多く発電量が得られる設置角度(40度以上など)を採用して、年間を通じた発電量の上下差をできるだけ少なくし、自家消費率を上げる、という設置方法がより有効になるかもしれません。

追尾型は最適角度を追い求める究極のシステム

太陽の動きに合わせてパネルの向きが変わる「追尾型太陽光発電システム」は小面積で最大の発電量を得るための究極の選択肢です。常に最適角度で発電できるため、年間を通して1.7倍の発電量が得られたという実験結果も出ています。システム価格が高い事がデメリットですが、近年安価な商品も開発されており、近い将来通常の発電設備と同等の採算性が見込めるシステムが開発されることも容易に予想されます。

結局どの角度がいいのかしら?なんて迷ったら

基本的にはその地域(緯度)に応じた最適角度に合わせれば間違いはありません。このページでご案内した手法が生かされる場面は限られているためです。しかし、見積もりだけでも比較してみたい、という時には施工実績などにも注目し、相談ってくれそうな施工店を探してみてください。

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