太陽光発電の変換効率

ソーラーパネルの効率メーカーランキング・太陽電池の発電効率記録推移

このページについて、30秒で要点説明

変換効率とは、発電設備がエネルギー源をどれだけ電力に変換することができるかが分かる指標のことを言います。太陽電池においては太陽の光エネルギーを電力に変換しますが、汎用の太陽電池においては20%台の製品が販売されています。太陽のエネルギーの5分の1しか活用できていないということで、平均40~50%、高効率のもので59%という機器が使われている火力発電などと比べると太陽光発電は効率が悪いとする意見も聞かれますが、そもそもCO2を排出し、枯渇も心配される化石燃料ではなく、無償でクリーンなエネルギー源である太陽の光を活用するという点で、太陽光発電には大きな可能性があると言えます。

パネル1枚当たりの効率はモジュール変換効率という指標が使われますが、日本の市場で取り扱われている太陽電池は単結晶系で最高20.3%のものがあります。集光型の化合物系の多層セルといった超高効率も開発されており、セル変換効率46%という記録もあります。

太陽電池の変換効率はパネルの性能比較に適した指標ではあるものの、メーカー選びには実発電量や耐久性、パネルの形状さらにはコストパフォーマンスといった指標も含めて総合的に判断するのがよさそうです。

太陽光発電の変換効率基礎知識
モジュール変換効率とセル変換効率、それぞれの算出方法

太陽光発電の中核機器であるソーラーパネルは変換効率という指標によって性能比較をすることができます。太陽光発電の発電効率を語る際は「モジュール変換効率」「セル変換効率」という2種類の指標が使い分けられることが多いです。

ソーラーパネル(太陽電池)のモジュール変換効率とセル変換効率

例えばメーカーの製品比較の際は、ほとんどの場合パネルあたりを単位とした「モジュール変換効率」を持って比較されることが多いです。一方で各メーカーが「新記録」を打ち立てたというニュースは多くの場合でパネルを構成する発電セルあたりを単位とした「セル変換効率」においての記録更新だと言えます。消費者である私たちに重要なのは多くの場合で前者の「モジュール変換効率」です。以下のメーカー効率比較でもご案内していますが、モジュール変換効率は購入するメーカー選びの際にもよく使われる指標です。

  • モジュールとパネルはほぼ同義

セル変換効率を表示して「高効率太陽電池」を謳う宣伝に注意!

時折、比較的マイナーなパネルメーカーの商品ページで「セル変換効率」の高さを強調するような宣伝を見かけることがあります。モジュール変換効率と比べて高い数値となるセル変換効率を意図的に混同するような宣伝は要注意です。また意図的でなくても、両者の使い分けが分かっていないセールスマンには警告モードで対応するのがよさそうです。

ソーラーパネルのモジュール変換効率は20%を超えると世界最高レベルと言えます。世界最高とまではいかなくても「高効率太陽電池」と謳うのであれば、特に定義があるわけではありませんが単結晶系は18%、多結晶系は16%程度はほしいところです。もちろんパネル全体の面積を持ってした「モジュール変換効率」において、です。

変換効率の計算式▼(開く)

変換効率の計算式

モジュール変換効率

以下は、パネルの性能の指標として多く用いられる「モジュール変換効率」の計算方法です。

{モジュール公称最大出力(W)}÷{モジュール面積(㎡)×1,000}×100(%)

例えば1m四方のパネルがあったとすると、そのパネル1枚の出力が180Wならその効率は18%になります。モジュール変換効率を10倍にした値はそのソーラーパネルの1㎡あたりの出力に相当します。メーカーや型ごとにサイズが様々なソーラーパネルですが、モジュール変換効率という基準は実質的な性能比較を容易にする点で重要といえます。

セル変換効率

太陽電池モジュールは、複数のセルを1枚のパネルに組み立てたものです。そしてセル変換効率は、モジュールに使用されているセル自体の効率のことをいいます。モジュールにおけるフレーム部分などをの面積を考慮せず、純粋に発電面だけの効率を意味するため、パネルに組み立てられた際のモジュール変換効率よりもそのパネルのセル変換効率は高い値になります。

{モジュールの公称最大出力(W)}÷{1セルの全面積(㎡)×1モジュールのセル数(個)×1000}×100(%)

セル変換効率は「基準変換効率」または「実効変換効率」と言われることもありますが、実施的にはどれも同じものです。モジュール変換効率は主に商品比較でよく取り挙げられますが、対してセル変換効率はメーカーの研究成果の発表などでよく聞かれます。

真性変換効率とは▼(開く)

FITの設備認定には真性変換効率が使われる

上述の2つの変換効率は、製品の性能比較の面で参考になる数値ですが、最後に少し例外的な「真性変換効率」という基準についてご案内します。

結晶シリコンセルの構造

結晶シリコンセルの構造

シリコン系ソーラーパネルの発電セルの表面には、作った電力を集める電極が貼り付けられています。図の中のフィンガー電極、およびバスバー電極がそれに当たります。バスバー電極はメーカーによって採用する本数が異なります(通常2~4本)。真性変換効率は、セル全体の面積からこれらの電極分を差し引いた面積あたりの出力を指します。

太陽光発電を含む再エネ設備で固定価格買取制度の適用をもって売電をするには設備認定を受ける必要がありますが、設備認定の申請の際に真性変換効率の記載が求められます。一定以上の性能を持つ発電設備に絞って認定を下すことで技術革新の推進を促している意図があると見えます。

太陽光発電の変換効率・メーカー比較ランキング

ここからは住宅用と産業用、太陽電池の種類別に分けた効率比較ランキングをご案内していきます。

住宅用単結晶パネル

以下は住宅用単結晶パネルの各社製品効率比較表です。現在市場の約9割を占めるのがより効率の高い結晶型太陽光パネルですが、その中でもシリコンの精度が高い単結晶シリコンパネルは、市販されるソーラーパネルの中では効率ランキングの上位を占めている状態です。

メーカー
型番
出力 効率
TOSHIBA
東芝
SPR-X21-265
サンパワー社のOEM商品)
265W 1位21.3%
TOSHIBA
東芝
SPR-253NX-WHT-J
サンパワー社のOEM商品)
253W 2位20.3%
TOSHIBA
東芝
SPR-250NE-WHT-J
・SPR-E20-250
サンパワー社のOEM商品)
250W 3位20.1%
SHARP
シャープ
NB-245AB
サンパワー社のOEM商品)
245W 19.7%
SHARP
シャープ
NQ-256AF
256W 19.6%
Panasonic
パナソニック
P252αPlus
252W 19.6%
Panasonic
パナソニック
HIT247α
247W 19.3%
SHARP
シャープ
NQ-220AE
220W 19.1%
メーカー
型番
出力 効率
CIC
長州産業

長州産業
CS-N245SJ03
245W 19.1%
CanadianSolar
カナディアンソーラー
CS6V-250MS
250W 18.5%
CanadianSolar
カナディアンソーラー
CS6A-240MS
240W 18.4%
CIC
長州産業

長州産業
CS-250B61S
250W 18.3%
Trina solar
トリナソーラー
TSM-240DC03A.08
240W 18.2%
Q.CELLS
Qセルズ
Q.PEAK S-G4.1 240
240W 17.8%
MITSUBISHI
三菱
PV-MA2500N
250W 17.6%
KYOCERA
京セラ
KJ220P-3MUCG
220W 16.6%

サンパワーを住宅用でOEM販売する東芝のパネルが実質的に日本の住宅用太陽光発電では最高効率パネルといえます。住宅用においてはサンパワー社は日本のメーカーを通してのみ製品を供給しています。

ランキングは2017年11月現在、各メーカーがウェブサイトで公開する情報を元にご案内しています。住宅用太陽光市場の傾向として、最高効率の製品は受注のみという形になっており、実際手に入るのは一つ効率の低いモデル、という事がよくあります。

  • パネルの大きさが1.42㎡以下のパネルを便宜上住宅用として括り、ご案内しています

住宅用多結晶パネル

メーカー
型番
出力 効率
TOSHIBA
東芝
TMX-205P-WHT-J
205W 15.8%
SHARP
シャープ
ND-175AC
175W 15.2%
KYOCERA
京セラ
KJ200P-3CUCE
200W 15.1%

表では住宅用の多結晶パネルの効率を比較しています。日本の太陽光発電市場は効率に対する要求が高く、単結晶と比べて効率が4〜5%落ちる多結晶パネルの需要は少ないため価格も下がりにくいという傾向があります。特に設置面積に限りのある住宅用においては、多結晶パネルが選ばれることはまれです。京セラは「高効率で低価格の多結晶パネル」を売りにしていましたが、近年は単結晶パネルの生産により力を入れてきています。広い屋根のある住宅で、できるだけコストを削りながら設置したい、という場合は産業用の多結晶パネルなども考慮に入れてみるといいかもしれません。

薄膜ソーラーパネル

メーカー
型番
種類 出力 効率
First Solar
ファーストソーラー
Series 6(2018年下旬販売予定)
CdTe 未定 17.8〜18.2%(予定)
First Solar
ファーストソーラー
FS-4122-3(Series 4)
CdTe 122.5 17.0%
SOLAR
FRONTIER

ソーラーフロンティア
SFK185-S(2018年販売予定)
CIS 185W 15.0%
SOLAR
FRONTIER

ソーラーフロンティア
SF175-S
CIS 175W 14.2%
KaneKa
カネカ
I-AH250(建材一体型モジュール VISOLA)
薄膜シリコン 25W 9.7%

ここでは、薄膜シリコンおよび化合物系の薄膜パネルの効率比較を掲載しています。

効率に加えて実発電量という概念を広めるきっかけとなった、日本の化合物系パネル最大手ソーラーフロンティアは、実環境下で公称最大出力の1.1倍程度のパフォーマンス(=発電量)が得られるといわれており、単純に効率で比較できない性能上の魅力を備えています。同列で語ることができるのがファーストソーラーのCdTeパネルです。ファーストソーラーは2016年から変換効率を結晶シリコン並みまで高めたシリーズ4の販売を始めています。日本での取り扱い店が限られている事もありあまり見かける事は少ないものの、非常に魅力的な製品と言えます。同社は産業用に向けて大型化に成功したシリーズ6の販売を2018年後半から始める予定としています。モジュール変換効率が18%台と単結晶シリコンにも引け劣らない高効率の製品は、販売が待ち遠しいところです。

日本メーカーではカネカも薄膜シリコンのパネルを製造しています。効率は他社と比べてかなり劣るものの、同社の製品は瓦と並べてシームレスな屋根を実現できる、建材一体型の製品であるところが特徴的です。

産業用ソーラーパネル

以下では主に産業用ソーラーパネルの効率比較ランキングをご案内しています。

メーカー
型番
出力 効率
単結晶パネル
SUNPOWER
サンパワー
E20/327
(SPR-E20-327-COM)
327W 20.1%
Panasonic
パナソニック
293A
293W 19.0%
CIC
長州産業

長州産業
CS-284C31
284W 17.4%
SUNTECH
サンテック
STP270S-20/Wem
270W 16.6%
SHARP
シャープ
NU-278GB
278W 16.4%
MITSUBISHI
三菱電機
PV-MGJ270CBFR
270W 16.4%
Upsolar
アップソーラー
UP-M265M
265W 16.3%
ReneSola
レネソーラ
JC265S-24/Bb
265W 16.3%
メーカー
型番
出力 効率
多結晶パネル
JinKOSolar
ジンコソーラー
JKM270PP-60(255~270W)
270W 16.5%
Q.CELLS
ハンファQセルズ
Q.PLUS-G3 275
275W 16.5%
KYOCERA
京セラ
KK270P-3CD3CG
270W 16.4%
ReneSola
レネソーラ
JC260M-24/Bb
260W 16.0%
Hanwha Solar
ハンファソーラーワン
HSL72P6-PB-1(305W)
305W 15.8%
Upsolar
アップソーラー
UP-M300P
300W 15.5%

住宅用単結晶パネル同様サンパワーのパネルは20%以上の効率を達成している唯一の選択肢です。住宅用においては東芝とのOEM契約によりサンパワーからの直接購入はできませんが、産業用に関してはサンパワーからの直接購入が可能です。

多結晶パネルといえどもジンコソーラーQセルズの効率の高さは単結晶に匹敵します。Qセルズは多結晶パネルの効率の高さに加えて低照度環境下での発電量や、高レベルな自動品質管理などの強みを持ち合わせ、拠点国ドイツのイメージも助けて日本の産業用で注目が高まっているメーカーといえます。

太陽光発電の効率の未来
研究における最高記録推移と今後の効率向上目標など

効率アップはどのパネルメーカーにとっても大きな目標の一つです。この項ではこれまでに各研究機関などがあげてきた最高効率記録の更新の歴史を見ていきます。

汎用太陽電池のセル変換効率

商用化が進んでいる種類の太陽電池については、主に大量生産による一般の市場への投入を最終目標に置いた効率向上のための研究を各メーカー競っているような状況です。米エネルギー省帰属の研究施設であるNREL(National Renewable Energy Laboratory/国立再生可能エネルギー研究所)は1970年代からの太陽電池の開発の歴史と最高記録となった変換効率推移についてを図表化していますが、ここから汎用技術に絞って抜粋したものを以下にまとめています。

主な汎用太陽電池のセル変換効率記録
太陽電池技術 セル変換効率 メーカー
研究機関
薄膜アモルファスシリコン 13.6% AIST
多結晶シリコン 21.3% トリナソーラー
CdTe 22.1% ファーストソーラー
CIS/CIGS 22.3% ソーラーフロンティア
単結晶シリコン 25.0% サンパワー
HIT 25.6% パナソニック

現在主流の太陽電池は結晶シリコン系と呼ばれ、表中では青い線で示したHIT、単結晶、多結晶の3種類がこの種類にあたります。実に市場の9割を占める結晶型の太陽電池は長年効率の高さでリードしてきました。量産パネルのモジュール変換効率ではバックコンタクト方式を採用した単結晶型のサンパワーが21%超のを達成し世界一となっていますが、研究レベルのセル変換効率においてはパナソニック2014年4月に大幅な記録更新をし、世界一に上り詰めています。

2010年代の前半は化合物系のCIS系およびCdTe系の太陽電池が結晶シリコン型の多結晶パネルのセル変換効率を立て続けに追い抜くという快挙を成し遂げています。

  • 産業用の96枚セル(SPR-X21-345)においてモジュール変換効率21.5%のものを製造。日本では未発売。

超高効率太陽電池のセル変換効率

主に宇宙での活用などを目的に、さらに効率を高めたセルの研究も各機関で進んでいます。

太陽電池技術 セル変換効率 メーカー
研究機関
2接合集光型 34.1% NREL
3接合集光型 44.4% シャープ
4接合集光型 46.0% FraunhoferISE/
Soitec/CEA-leti

こちらに関してはNRELやフラウンホーファーのように、メーカーには直接関わりのない機関も積極的に研究に関わっています。シャープが2013年に世界最高効率の44.4%を達成した研究も日本の研究機関であるNEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)のプロジェクトの一環として行われたものです。

太陽光エネルギーの幅広い波長を拾いながら1セルあたりの効率を上げるために複数の化合物系の層を組み合わせる技術が主流で、そこに鏡などを使って凝縮させた太陽光を当てるなどして40%を超える効率を達成しています。

NEDOによるロードマップ

PV2030プラスのセル変換効率ロードマップ

NEDOは太陽光発電の効率の将来目標を含めた「PV2030」を作成し、太陽光発電普及拡大のためのロードマップを掲示しています。最初に出されたのが2004年ですが、技術革新が順調に進んでいる昨今の状況を見ながら2013年には目標を上方修正した「PV2030+」を発表しています。図はPV2030+で示されたセル変換効率の2017年および2025年の目標値を現時点の記録と照らし合わせたものです。(2016年2月時点)化合物系のCIS太陽電池は結晶型と同等の効率が目標とされています。先ほどの超高効率太陽電池は化合物多接合集光型のオレンジの線で示しています。

色素増感系や有機系のセルは効率が10%台と低いものの、フレキシブルで軽量といった特徴を持つことから屋根上や地上設置が主な現在の太陽電池とは異なる用途(例えばビルの壁面など)に応用が期待されています。

太陽電池の種類 モジュール効率(セル効率)
2016年 2017年 2025年
結晶シリコン (25.6%) 20%(25%) 25%(30%)
薄膜シリコン (13.6%) 14%(18%) 18%(20%)
CIS (22.3%) 18%(25%) 25%(30%)
超高効率
(化合物多接合集光型等)
(46.0%) 35%(45%) 40%(50%)
色素増感 (11.9%) 10%(15%) 15%(18%)
有機系 (11.1%) 10%(12%) 15%(15%)

上の左の表では具体値を一覧でご案内しています。2016年2月時点で色素増感はシャープが、有機系は三菱化学がそれぞれ世界最高記録を保持しています。

PV2030+ではさらに、化合物多接合集光型以外の太陽電池においても、モジュール変換効率において2050年までに40%超を目指すことを目標に定めています。

太陽光発電を選ぶ際に効率以外に気を付ける事は?

パネルの性能を比較するのにモジュール変換効率は指標となりますが、効率の高さだけでは最適なソーラーパネルを選ぶことはできません。この項では太陽光発電の購入の際、効率以外に気を付けたいことをご案内しています。

効率で測りきれない独自構造の太陽電池

単純に結晶シリコンのソーラーパネルの性能比較をするのであれば、効率が高いパネルほど発電量を多く見込めることがほどんどです。ここでは市場ではまだマイノリティながら結晶シリコン系の持たない魅力を持つ太陽電池を2種類ご案内します。

結晶シリコン系の弱点をカバーしたハイブリッド構造のHIT太陽電池

独自の多接合型(ハイブリッド構造)太陽電池を三洋電機から受け継いで販売するパナソニックは、高温環境下でパフォーマンスの低下が少ないことを製品の魅力として強調しています。シリコン系のパネルは、高温になると本来の出力を保つことができない欠点がありました。パナソニックのHIT太陽電池は、独自のハイブリッド構造を取り入れる事によりこの出力ロスを減らせる製品として注目されています。

さらに、ハイブリッド構造は経年劣化にも強いことが実験でわかっています。これは、単接合の結晶シリコンと比べて、アモルファスと単結晶を張り合わせたヘテロ接合型の太陽電池(パナソニックのHITパネルは同構造を採用)のほうが、10年後、20年後に維持できる発電量が多い可能性が非常に高いことを意味します。

新参ながらも注目度大の化合物系CIS太陽電池

長年、太陽光発電は結晶型パネルが主流でした。一方で、近年シェアを伸ばしているのが化合物系のCIS太陽電池を製造するソーラーフロンティアです。近年、効率よりも太陽電池の実発電量が重視されるようになっていますが、そのきっかけを作ったのが他でもないソーラーフロンティアと言えます。

発電量を比較する実証実験の結果では、ソーラーフロンティアのCIS太陽電池は出力に対して約1.05~1.1倍の発電量が得られることがわかっています。

さらにHIT太陽電池に増して経年劣化が少ないことも分かっており、長く使い続けても出力が落ちにくいことを強みとしています。

パネルの大きさと形も考慮する

効率が高いということは限られた面積で多くの出力が確保できることを意味しますが、屋根に設置する際余白のスペースが大きくなるような配置しかできない場合はせっかく効率が高くても意味がないということになります。

例えば上の切妻屋根の写真のように長方形の面に無駄なく配置できると理想的ですが、「あとちょっとでもう一列載るのに」という時などはメーカーを変えて配置しなおすのも手です。標準サイズの長方形モジュールでもメーカーによって縦横の比率が異なるためです。

また、日本には複雑な形状の屋根(寄棟屋根など)も多く存在しますが、下の写真のように屋根からハミ出て設置するのは日本人の美観に反するだけでなく危険であり、メーカーの基準にを満たさないので保証対象外、なんてことにもなりかねません。

美しく、且つより多くの容量を設置したい、という日本独自とも言えるニーズに応えられるのは、やはり日本の古株メーカーです。京セラシャープ三菱は台形のコーナーモジュールをラインナップしており、屋根のラインにピッタリと合わせて配置できるのが特徴です。

パネルの効率の違いは売電収益にどう影響する?

通常効率の高いパネルは値段も高くなりがちですが、高効率製品へのニーズが非常に高い日本の住宅用市場においては効率が高い製品が比較的低価格で手に入ることも多々あります。以下でご案内する当サイトオリジナルの費用対効果シミュレーションでは、各メーカーそれぞれが出している主力製品をご自宅に導入した場合、どれくらいの収益効果があるのかが一目で比較できます。

太陽光発電の費用対効果を比較
太陽光発電の費用対効果を比較

太陽光発電の費用対効果を比較

ソーラーパネルによって種類や価格帯、性能など様々だけど、結局どのパネルを選べば一番おトクなの?費用・収益シミュレーションを使えば、パネル別の初期費用・回収年数・月々の売電額・10年の収支、20年の収支などを全メーカー比較して検討することができます。 続きを読む

メーカー選びより重要な施工店選びを賢く進めるには

住宅用で信頼できる施工会社を探す

メーカーによって効率が様々だったり、効率で推し測れない魅力を持ったメーカーがあったりと、知れば知るほど悩んでくる太陽光発電選び。しかしメーカーよりもむしろ施工店選びをしっかり行ったほうが、設置後の満足度につながると考えられます。

さらに制約の多い住宅屋根は選べるメーカーが案外少ないなんてこともありえるため、限られた選択肢から最適解を見出すにはメーカーと購入者をつなぐ施工店が重要な役割を果たします。施工店選びには一括見積サービスを利用される方がほとんどですが、ここでは当サイトがおすすめする見積もりサイトとその特徴をご案内します。

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