太陽光発電と太陽熱温水器の併用がお得!
価格やメリットを解説

屋根に板状の部材を載せて太陽の持つ豊富なエネルギーを集め、使いやすい形に変換する太陽熱温水器と太陽光発電。「太陽光発電を載せるだけ載せよう」というトレンドが変わってくるにつれて、太陽熱温水器への関心が再度高まっているような気運があります。このページではこれらを併設するポイントについて詳しくご案内していきます。

それぞれの仕組みや性能、普及の歴史を簡単におさらい

太陽光発電の技術と普及の歴史

太陽光発電はその名の通り太陽の光を電気に変換するシステムで、何枚もの太陽電池セルを組み合わせてパネルにしたもので電気を作ります。作られた電気は通常、パワーコンディショナという変換器を通して建物内に供給されます。

太陽光発電の技術は「光起電力効果」と呼ばれる物質に光を当てると電気を発生させるという性質を基礎に置きます。光に当てるとマイナスの電子を発生するp型の半導体と、プラスの電子を発生するn型の半導体を継ぎ合わせて電気が一定方向に流れるようにし、作った電気を利用できるようにしたのが太陽電池です。

太陽電池の開発は1954年(アメリカのベル電話研究所)で、1958年には初の実用化が行われました。コストのかかる技術ではありますが石油危機などを背景に各国で本格的な普及が取り組まれるようになり、日本でもシャープや京セラ、三洋電機(今のパナソニック)のようなメーカーを主導に主に住宅用として設置が進みました。その後、福島第一原子力発電所事故をきっかけに主に産業用の太陽光発電事業が増え、価格を大きく押し下げました。おそらくこの頃から「ソーラー」と言えば主に太陽光発電(ソーラーパネル)を意味するようになったのではないでしょうか。しかし太陽光発電がまだまだ高価だった数年前までは、ソーラーと言えば以下の太陽熱温水器を思い浮かべる方が多かったと言えます。

太陽熱温水器の技術と普及の歴史

太陽熱温水器は太陽のエネルギーを温水に変えるシステムのことです。容器に水をためて日光の当たる場所に置いておくと水温が上がるのと同じ要領で、太陽の熱をそのまま利用してお湯を作る、とてもシンプルな技術を使ったシステムです。簡明なゆえに技術自体を誰が発明したかを問うのは愚鈍と言えますが、太陽光発電が世に知れる半世紀以上前である1900年前後には既に実用化された商品を売る広告が確認されています。

特に効率の高い真空管式のものでは60%の効率で太陽の熱を活用できるのに対し、太陽光発電は太陽の光を多くても20%程度しか利用できないため、効率の面では太陽熱温水器がかなり優れていると言えます。太陽熱温水器の種類やシステムの仕組み、価格や費用対効果については以下のページでさらに詳しくご案内していますので、合わせてご確認ください。

太陽熱発電とは?

太陽熱発電

似たような言葉で太陽熱発電というものを聞いたことがある方もいらっしゃるかもしれません。これは主に砂漠などの広い土地で反射鏡やレンズを使って太陽の光を一点に集め、その熱でタービンを動かして発電するというシステムのものです。蒸気でタービンを回す原理自体は火力発電と同じですが、燃料に石油や石炭を使う火力発電と異なり熱源が太陽熱であることからエコな発電方法と言える一方で、まれに集光されたこの光線上をたまたま通過した鳥が犠牲になるようなこともあり、改善点を抱えているのも事実です。

太陽光発電と太陽熱温水器の併設のメリット

太陽のエネルギーをお家で活用できる便利な2種類のシステムの概要を確認したところで、両システムを併用する場合のメリットをご案内していきます。

お家のエネルギー利用がエコになる

電気の使用量のみで言うと太陽光発電だけでゼロエネルギーは達成できますが、多くのご家庭で給湯はガスを併用しているのではないでしょうか。この場合電気はゼロエネルギーであっても、ガスを燃やすことで二酸化炭素を排出しているので、完全なエコとは言えません。給湯はおうちのエネルギー利用の3割を占めますが、太陽熱温水器を設置することでこの大部分を補うことができます。

給湯を考えると太陽熱温水器が一番経済的メリットが高い

近年はエコな給湯機器としてエコジョーズ(ガス利用)やエコキュート(電気利用)といったものも出ていますが、初期費用や光熱費を含めて必要なコストを長期的に比較すると、こういったエコ給湯器よりも太陽熱温水器の方がお得になる可能性が高いことがシミュレーション結果として出ています。シミュレーションの詳しい内容は以下のページでご案内しています。

屋根全面に太陽光発電を付けるより低リスク

太陽光発電を購入する主な理由は、エコであるのはもちろん売電収入を主とした経済面でのメリットの高さが挙げられます。数年前までは40円超とかなり優遇的な売電単価が設定されていたため、載せられる限りのソーラーパネルを載せた方がお得な場合が多く、産業用に分類される10kW以上という大容量を積載した住宅を商品化するハウスメーカーもありました。

しかし近年は電気代とほとんど変わらない価格まで売電単価が下がっているため、売電収入を当てに大きな設備に投資するよりも、自家消費に丁度良いサイズにシステム容量を抑える方がリスクが少ないと言えます。こうして余裕ができた屋根のスペースに太陽熱温水器を置くというのはとても合理的だと考えられます。

太陽光発電と太陽熱温水器の併設のデメリット

屋根への負担が増える

ソーラーパネルを屋根に載せると、1㎡あたり10〜15kgの重みが屋根に加わります。太陽熱温水器はタンクに水が満タンに入っている状態で65〜75kg/㎡もの重さが加わることになります。木造で築年数の経ったお宅では併設は諦める状況が多くなるかもしれません。

  • 貯水容量は200〜300ℓのものが多く、集光面と貯水タンクを合わせて4.5㎡k㎡〜5.5㎡程度の大きさのシステムが標準的と言える

安価な太陽熱温水器は使い勝手が悪い

太陽熱温水器は、お湯がどれだけ作れるかという性能よりも、給湯設備としての性能によって価格が変わってきます。一番安く済ませられるのは、屋根からの落差を利用して作られたお湯を落とすものですが、追い炊きや足し湯などでお湯の熱さは手動で調整しないといけません。こうした簡易システムではもちろん自動給湯も備わっておらず、時間を計って水栓を止めにいかなければいけません。

使い勝手が良い太陽熱温水器は高くて初期費用回収に年数がかかる

お金をかけさえすれば、使い勝手の良いシステムにすることは可能です。例えば太陽熱温水器でできたお湯を給湯器に接続し、熱すぎる場合は水を足して、ぬるい場合はガスや石油で温めなおすということを自動でできる機種も選べます。また先ほど「屋根にタンクを載せるので重い」という話が出ましたが、このタンクを地上に設置できるタイプのものもあります。

高機能なものを選んだ場合は初期費用回収年収を気にしながら検討する必要があります。給湯器接続のものは、時間はかかるものの初期費用回収は可能と考えられます。タンク分離型は価格が倍程度まで上がるため、採算性はかなり低くなると考えられます。

太陽光発電・太陽熱温水器併用時のおすすめのシステム構成と価格費用

太陽光発電と太陽熱温水器をどちらも載せるとなった場合、具体的にどういった設備をどのくらいの容量載せるといいのか、また価格はどのくらいになるのか、といったことを確認していきます。

太陽光発電は4〜6kWが妥当

自給自足を考えた時、おうちで消費する電力と太陽光発電で作ることができる電力が同等になるのは、ソーラーパネルの容量で約4kWの場合です。この積載量で、4人世帯における平均的な電力使用量4,800kWh/年の95%程度の発電量が得られます。より太陽光発電に適した地域であれば使用量を上回る発電量が得られる場合もあります。

4kWという容量を最低でも確保したい理由は他にもあります。容量が多くなるにつれて太陽光発電の価格自体は上がる反面、単価に換算した場合少しずつ安くなるのが通常です。5kW以上になると単価はそれほど下がらない場合が多いのですが、4kWを下回ると単価が大きく上がりがちになります。単価が上がると初期費用回収が長くなるので、できるだけ4kW以上は載せたいところです。4kW載せると太陽熱温水器が載らない、という場合は併設はあきらめる方がいいかもしれません。

それでは屋根面積と資金に余裕がある場合はどうでしょうか。将来電気自動車などの普及でご自宅の電気使用量が増える事なども踏まえて多めの設備を載せておくというのも一案です。

  • 月の電気代平均10,500円4kWでゼロエネ
  • 月の電気代平均16,000円6kWでゼロエネ
  • 月の電気代平均20,000円7.5kWでゼロエネ

目安ですが、例えば6kWで作れる電気量は、電気代換算月16,000円程度のご自宅の電気使用量に相当します。地域によっては大家族で住むのが慣習となっている場合もありますが、そうなると電気代も上がります。例えば月平均2万円程度の電気代のお宅であれば、7.5kWの太陽光発電の積載で、ゼロエネが達成できます。

  • 年間の発電量を1140kWh/kW、電気代の単価を28円/kWhとして計算

太陽熱温水器は余らないようなサイズを選択

太陽熱温水器は、小さいもので1〜2㎡の大きさのものから、大家族用のおよそ5㎡のものまであります。余ったら売電できる太陽光発電の電気に対して、太陽熱温水器のお湯は作った分を使わない限り無駄になるだけなので、向こう15年の家族計画も含めて大きすぎないものを選ぶ方が無難かもしれません。

太陽熱温水器でお湯を温めきれなかった場合やお湯が足りない場合は、併設するガスや石油を熱源としたボイラーを使うことになります。季節や年によってボイラーを使わなくてもいいくらいのお湯が得られる事もありますが、そうなると基本料金が毎月かかってくるガスよりも、使った分だけ払えば良い石油給湯器の方がお得な場合が多いです。また熱量あたりの単価を取っても石油給湯器はかなり安いと言えます。一方で給湯器自体の価格が石油給湯器の方が高いので、既にあるガス給湯器を使うというのも全く合理的な選択です。

設置費用は全システム合わせて130〜230万円

太陽光発電(パナソニック4.165kW)と太陽熱温水器(集光面4㎡、タンク屋根載せ)の併設例

4kW超の太陽光発電と、集光面が4㎡の家族向けサイズ太陽熱温水器を載せると、必要な屋根の大きさは図のようになります。これは最高レベルの効率を持つパナソニックの製品を使った場合に必要な面積ですが、効率が低くて少し安価な製品を選ぶのであればより多くの面積が必要になります。南側に大きな屋根をお持ちであれば問題ないのですが、東西に分かれた屋根をお持ちであればどちらに何をどれだけ載せるのか、ということを考える必要があるかもしれません。夜にお風呂に入るのがほとんどだ、という場合は西側に太陽熱温水器を付ければ、沸きたてのお湯を使うことができます。

価格ですが、設置する太陽光発電の容量が費用の幅を大きく左右します。太陽熱温水器は集光板とタンクが一体になったものが一般的で、タンクを地上に置いた設備は時に倍もの費用がかかるので、コスト効率はあまり良くないと言えます。以下ではそれぞれの設備の組み合わせにおいてどれくらいの費用がかかるのかの目安を一覧にしてまとめたものです。

低効率太陽光発電4kW 高効率太陽光発電4kW
手動給湯の太陽熱温水器をDIY設置 128万円 155万円 182万円 148万円 180万円 212万円
手動給湯の太陽熱温水器を業者に頼んで設置 133万円 160万円 187万円 153万円 185万円 217万円
給湯器接続の自動給湯太陽熱温水器を業者に頼んで設置 148万円 175万円 202万円 168万円 200万円 232万円

未来のスタンダード?ハイブリッドソーラーシステム

太陽光発電と太陽熱温水器を併設するには現状ではそれぞれの集光パネルを横に並べる方法が一般的ですが、同じ面で光も熱も集められないのか、という提案がいくつかのメーカーで検証されています。

ハイブリッドシステムのような名称で説明されることの多いこうしたシステムは、太陽電池の下に集熱面を設けるというものです。有名なメーカーではLIXILなどがこうした製品の有効性を研究しています。

気になるのがその効率ですが、太陽電池によって光のエネルギーの15%前後を活用した後、その下の集熱パネルで約35%の熱エネルギーを活用するということで、足して約50%程度の効率は実現できているようです。ただ、太陽熱温水器単体で60%の効率が得られる高性能な製品もあることから、このハイブリッドシステムがスタンダード化するにはまだまだ改善点は多いと言えます。

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