太陽光発電研究センター

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太陽光発電技術の現状と展望

産業技術総合研究所太陽光発電研究センター

作田宏一

第1回つくば3Eフォーラム2007.12.15-16

太陽光発電研究センター

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内容

• なぜ太陽光発電なのか？• 開発の歴史と普及の現状• 様々な太陽電池• システムの実例 メガソーラタウン＠AIST

• 太陽光発電のLCA• 今後の展望と課題 2030年50%削減に向けて

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太陽エネルギーの大きさ

総放出量3.8×1026W

太陽定数：1,382Wm-2表面温度約5,700K

大気外到達量1.7×1017W

地表面到達量8.5×1016W

全世界の消費量の約１万倍

（年間）2.7×1024J

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太陽光発電の特長

• クリーンな再生可能エネルギー• 可動部分がなく保守が容易• 性能が規模によらない• 性能が日射強度によらず、散乱光も可• 土地の二重利用が容易

• 予測不能な出力変動がある

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太陽電池・太陽光発電の歴史

• 1954年 単結晶シリコン太陽電池の発明(Bell研)

• 1958年 最初の太陽電池搭載衛星ヴァンガード1号

• 1960年代 宇宙用、灯台用等の特殊電源として普及

• 1974年 サンシャイン計画開始 価格1/100目標

• 1990年代 導入の環境整備、住宅用補助金開始

• 1999年 我が国の太陽電池生産量 世界一に

• 2004年 固定価格買取制度でドイツの導入量急増

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世界の太陽電池生産量の推移

(出典: PV News)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000生産量 (MW)

93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06

年

その他

米国

欧州

日本

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世界の太陽光発電累積導入量の推移

(出典: IEA-PVPS)

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06

年

累積導入量 (MW)

日本

ドイツ

米国

世界 (IEA/PVPS加盟国)

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太陽電池変換効率の変遷

0

5

10

15

20

25

30

1950 1960 1970 1980 1990 2000

年

効率 (%)

単結晶シリコン(小面積)多結晶シリコン薄膜シリコン(モジュール、初期効率)薄膜シリコン(モジュール)CIS(小面積)CIS(モジュール)色素増感(小面積)色素増感(モジュール)有機薄膜(小面積、論文発表値)

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2030年に向けた太陽光発電のコスト低減

40％超

単結晶Ｓｉ太陽電池

高効率化のイノベーション高効率化のイノベーション

1993 2007 2010 2020 203014円/kWh

ﾌﾚｷｼﾌﾞﾙ薄膜Ｓi太陽電池

色素増感太陽電池

材料・プロセスイノベーション

材料・プロセスイノベーション

薄膜Ｓｉ太陽電池

30円/kWh 7円/kWh23円/kWh260円/kWh

10％～20％弱

多結晶Ｓｉ太陽電池

資料協力 ：経済産業省

NEDOAIST

20％超

有機薄膜太陽電池

薄膜太陽電池

発電コスト

60％超

用途イノベーション

用途イノベーション

ＣＩＳ薄膜太陽電池

生産効率

変換効率

＜方向性＞

薄膜・高効率+

非シリコン・新原理

＜方向性＞

薄膜・高効率+

非シリコン・新原理

競争原理

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NEDOフィールドテスト事業の導入例1

ＪＲ東日本 高崎駅新幹線ホーム上屋(200kW)

岡山県 鶴新田浄水場（調整池覆蓋）(400kW)

(写真提供：新エネルギー・産業技術開発機構)

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シャープ㈱亀山工場 (5,150kW)㈱再春館製薬所 (1,580kW)

NEDOフィールドテスト事業の導入例2

(写真提供：新エネルギー・産業技術開発機構)

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集中連系型太陽光発電システム実証研究

• 平成14～19年度 NEDO プロジェクト

• 500軒以上のPV住宅を太田市に建設• 商用配電網を用いて、系統品質確保、単独運転防止等の系統連系技術に関する実証研究を実施

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13‘Mega-SolarTown’‘‘‘MegaMegaMega---SolarTownSolarTownSolarTown’’’

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メガソーラタウンの概要運転開始： 2004年4月

総発電容量：– DC: 869kWp (PV モジュール 約5,600枚)

– AC: 844kW (パワーコンディショナ 出力4kW×211台)

日本初のMW級設備 (既存のPVシステム 約160kW を含む)

市販PVモジュール・システムのショーケース– 単結晶・多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ヘテロ接合シリコンモジュール

– 住宅用パワーコンディショナ 7機種

– 4kW住宅用PVシステムの集合体

発電電力量：

106kWh/年 = 設置事業所の電力需要の約0.8%相当

= 300t/年のCO2 排出量削減

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産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"

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産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"

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0

300

600

900

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00

Out

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0

5,000

10,000

15,000

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2,3

and

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W]

PV Output Utility Power Demand Electric Power Demand

Daily PV Output:4,564 kWh

7th May 2004 13,100 kW12,700 kW

601 kW

メガソーラPVシステムによるピークカット効果産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"

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2007年8月に累積発電量 3 GWh を達成

( 2007年8月12日 )

産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"

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世界最大の太陽光発電所(20MW、スペイン)

場所：Beneixama, Spain設置：City Solar社(ドイツ)

敷地面積：500,000m2

PVモジュール：100,000枚年間発電量：30GWh

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太陽光発電のLCA評価• エネルギーペイバックタイム(EPT)、CO2ペイバックタイム(CO2PT)は技術の向上等で急激に減少。

• 現状では EPT＝2.0年(多結晶Si)～0.9年(CIS)

CO2PT＝2.7年(多結晶Si)～1.4年（CIS）

出典： 1) 内山、他、電力中央研究所研究報告 Y90015 (1991.11)2) NEDO成果報告書「太陽光発電評価の調査研究」、太陽光発電技術研究組合（2001.3）

算出条件：

1)多結晶Si(1991年)・地上設置1MWシステム・生産規模：不明・運用エネルギー：1%2)その他・住宅用3kWシステム・生産規模：100MW/年・運用エネルギー：省略

※多結晶Si(現状)の値は、文献2)を元に再計算したもの

周辺機器

モジュール

0

20

40

60

80

100

多結晶Si(1991年)

多結晶Si(現状)

多結晶Si(将来)

ｱﾓﾙﾌｧｽSi CIS

投入エネルギー量(GJ/kW)

0

2

4

6

8

10

EPT, CO2PT (年)

EPT　　　

CO2PT

周辺機器

モジュール

0

20

40

60

80

100

多結晶Si(1991年)

多結晶Si(現状)

多結晶Si(将来)

ｱﾓﾙﾌｧｽSi CIS

投入エネルギー量(GJ/kW)

0

2

4

6

8

10

EPT, CO2PT (年)

EPT　　　

CO2PT

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21出典：NEDO ロードマップ PV2030

太陽光発電技術開発ロードマップ”ＰＶ２０３０”

[参考：太陽光発電の展開イメージ]

従来型系統連系システム

産業用

住宅用

場内高電圧連系自家消費システム

7円/kWh

～50円/kWh

30円/kWh

23円/kWh

14円/kWh

発電コスト

蓄電池付システムバルク結晶シリコンに加え薄膜(シリコン、化合物)太陽電池も登場へ シリコンでも化合物で

もない新材料も登場

自律度向上型システム展開

アクティブネットワーク制御

海　外

地域コミュニティPVシステム広域連系PVシステム

新エネルギネットワーク

SHS(ソーラーホームシステム) VLSPV

2002 2007 2010 2020 2030

水素製造

<<システム技術>>系統に負担をかけないシステム単独型から統合型システム

システム大型化BOS長寿命化

超薄型／多接合化による高性能化<<電池技術>>

技術の世代交代による低コスト化の実現 新材料(色素等)・新構造太陽電池

[参考：太陽光発電の展開イメージ]

従来型系統連系システム

産業用

住宅用

場内高電圧連系自家消費システム

7円/kWh

～50円/kWh

30円/kWh

23円/kWh

14円/kWh

発電コスト

蓄電池付システムバルク結晶シリコンに加え薄膜(シリコン、化合物)太陽電池も登場へ シリコンでも化合物で

もない新材料も登場

自律度向上型システム展開

アクティブネットワーク制御

海　外

地域コミュニティPVシステム広域連系PVシステム

新エネルギネットワーク

SHS(ソーラーホームシステム) VLSPV

2002 2007 2010 2020 20302002 2007 2010 2020 2030

水素製造

<<システム技術>>系統に負担をかけないシステム単独型から統合型システム

システム大型化BOS長寿命化

超薄型／多接合化による高性能化<<電池技術>>

技術の世代交代による低コスト化の実現 新材料(色素等)・新構造太陽電池

４．８ＧＷ １０２ＧＷ１ＧＷ導入目標

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日本の総発電量を賄うには？

年間総発電量＝1,000,000GWh

等価稼働時間＝1,000h太陽電池効率＝10%

必要容量＝1,000GW必要面積＝10,000km2

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つくば市の総発電量を賄うには？

年間総発電量＝2,300GWh

等価稼働時間＝1,000h太陽電池効率＝10%

必要容量＝2,300MW必要面積＝23km2

(総面積＝284km2)