太陽光発電の変換効率

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。

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

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。

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。

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
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%
KYOCERA 京セラ KJ220P-3MUCG	220W	16.6%

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

メーカー 型番	出力	効率
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。

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。

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 E19/320 （SPR-E19-310-COM）	320W	19.6%
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 STP255S-20/Wd	255W	15.7%
Upsolar アップソーラー UP-M250P	250W	15.4%
ReneSola レネソーラ JC260M-24/Bb	260W	16.0%

メーカー 型番	出力	効率
多結晶パネル
JinKOSolar ジンコソーラー JKM265P-60 （245～265W）	265W	16.2%
Q.CELLS ハンファQセルズ Q.PEAK 260	260W	15.6%
KYOCERA 京セラ KK270P-3CD3CG	270W	16.4%
ReneSola レネソーラ JC310M-24/Ab	310W	16.0%
Hanwha Solar ハンファソーラーワン SF160-24-1M200L-W	200W	15.7%
Upsolar アップソーラー 空き	0W	0.0%

多結晶パネルといえどもジンコソーラーと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。

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。

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。

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
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が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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、パナソニック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。

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。

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。

施工店によって産業用の依頼を受けるかどうかの方針が大きく異なり、専用の一括見積サービス無しでニーズに合った施工店を見つけるのは意外に大変な作業です。以下に当サイトおすすめの産業用に特化した一括見積サービスとその特徴をご案内します。