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太陽光発電量の計算

太陽光発電量の計算とは、場所と屋根とモジュールの仕様を、年間の発電電力量という一つの数字に変える作業です。式は一行で書けます。難しいのは、そこに入れる前提のほうです。

発電量と出力は同じ数字ではない

5 kWp のモジュールは 5 キロワットと表示されていますが、それは標準試験条件（日射強度 1000 W/m²、セル温度 25 °C）での値です。実際の運転でこの条件がそろうことはほとんどありません。買っているのは電気であり、電気は出力を時間方向に積み上げたものなので、本当に見るべき指標は年間発電量（kWh）です。

見積もりでよく混同される二つの言葉を分けておきます。

• ピーク出力（kWp）——設備の規模で、モジュールによって決まります。
• 等価発電時間（kWh/kWp）——1 kW あたりが1年に発電する量で、これは立地と設計の性質であり、モジュール自身の性質ではありません。

二つの提案を比べるときは、等価発電時間のほうが公平です。規模の差を打ち消してくれるからです。10 kWp で年間 11,000 kWh のシステムと、5 kWp で年間 5,800 kWh のシステムは、等価発電時間が近い値（1,100 と 1,160）になり、これは総発電量よりも設計の質をよく表します。

式と、それぞれの項が隠しているもの

計算そのものは一度の掛け算です。

E = H × P × PR

• E——年間発電量、kWh/年。
• H——モジュール傾斜面が1年に受ける日射量、kWh/m²。
• P——設備容量、kWp。
• PR——性能比。理論上の発電量のうち、現実の世界で生き残る割合です。

P は最も簡単な項で、仕様書に載っています。議論になるのは H と PR です。

たとえば、1 kWp のモジュール、傾斜面日射量 1600 kWh/m²、性能比 0.80 なら、年間発電量は 1 × 1600 × 0.80 = 1280 kWh です。等価発電時間は 1280 時間となり、日当たりのよい温帯気候の固定傾斜の屋根としては、ごく現実的な数字です。

そしてこれが要点でもあります。PR を 0.80 から 0.60 に変えれば、同じモジュールが 320 kWh を黙って失います。発電量の検討とは、その大半が損失の検討なのです。

日射量のデータはどこから来るのか

H は自分の屋根で測った値ではありません。気象データセット——典型気象年（TMY）ファイルや、衛星画像から推定した日射量——から来ます。これらは通常、水平面の値を与え、しばしば直達成分と散乱成分に分かれています。傾斜面の値を得るには、傾斜角と方位角に合わせて換算する必要があります。

データの出どころ以上に、次の二点に注意が必要です。

• 気象データセットは地平線が開けていることを前提にしています。太陽の軌道は知っていても、隣の建物やパラペット、これから大きくなる木のことは知りません。制約の多い市街地では、データベースの値は楽観的な上限であって、推定値ではありません。
• 曇りの多い地域や高緯度では、散乱日射が総量に占める割合が大きくなります。そこでは換算モデル自体が近似にすぎないため、データセット間のわずかな差を重く見る必要はありません。

日影：推定が静かに崩れる場所

一つの「日影率」で太陽光の損失を表すのは、最もよく行われ、最も誤解を招くやり方です。実際のモジュールは直列に接続されバイパスダイオードを備えているため、部分的な日影に対する応答は比例しません。

• 一枚のモジュールの肝心な部分を遮ると、覆われた面積の分ではなく、ストリングの一区画が丸ごと落ちることがあります。
• 影は動きます。午前は煙突が、真冬は隣の建物が影を落とし、時間帯によって異なるストリングに当たります。年間平均はその損傷を平均化して見えなくしてしまいます。
• アレイは自分自身を遮ります。冬の低い太陽では、前列が後列に影を落とします。

だからこそ「日影係数」と書かれたスライダー一つではほとんど役に立たず、唯一誠実な方法は時間ステップごとのシミュレーションになります。1年の各時間について太陽位置を計算し、実際のシーンのジオメトリに投影し、各面が実際に受ける量を積み上げるのです。これは日影モデリングをエネルギーの問題に適用したものであり、設計者がすでに必要としているかもしれない建築日影解析の結果も同時に生み出します——ここでは、影になった時間がそのまま失われた電力量になります。

傾斜角と方位角：最適解を追い込まない

「最適な」傾斜角が何度かで悩む人は多いのですが、効果の曲線は頂点付近では平らです。

• 地域の最適値からおよそ 10° 以内なら、傾斜角による損失は数パーセントです。
• 固定式アレイの方位角は、直感より寛容です。真南（南半球では真北）から 20° ずれても、通常は一桁台のパーセントの損失です。
• 妥協できないのは、方位角が恒久的な障害物を向いている場合や、見た目で選んだ傾斜角のせいでアレイが一日の大半をパラペットの影に置かれる場合です。

要するに、労力は日影の調査と、その面が本当に 1600 kWh/m² を受け取れるかの確認に注ぐべきで、最後の 2% の傾斜角に注ぐべきではありません。

Heliodon で発電量を計算する

1. モデルを読み込む——建物または敷地の .3dm、.obj、.dae ファイル。ブラウザ内でローカルに解析され、アップロードされることはありません。
2. 立地を設定する——地図上で場所を選び、正しい太陽軌道、緯度、タイムゾーンを使います。
3. アレイの面を決める——モジュールを設置する屋根、またはそのレイヤーを切り出します。
4. 1年分を累積する——そのレイヤーで年間の時間別日射量を積分して発電量を推定します。固定の日影係数を掛けるのではありません。
5. 収益に換算する——同じ計算結果が経済性評価（NPV、ROI、LCOE、単純回収期間）と CO₂ 削減量につながります。
6. エクスポート——スクリーンショットを保存し、アニメーションを録画し、Excel レポートを書き出します。

数字を信じる前に確認すること

本ツールが出したものを含め、どんな発電量の数字でも、この四点は確認する価値があります。

• 傾斜面日射量を使っているか、それとも水平面の値か。中緯度では、この違いだけで 15% に達することがあります。
• 日影は時間ごとに計算されているか、それとも一つの割合にまとめられているか。
• 性能比が明示されているか。PR を書かない見積もりには何かが隠れています。固定傾斜システムでは 0.75〜0.85 が健全な範囲で、0.70 を下回る場合は実際に問題があるか、設計が過度に保守的かのどちらかです。
• 温度が考慮されているか。暑い地域では日影よりも熱による損失が大きくなりやすく、温度を無視した計算は必ず過大な約束をします。

この四つに答えられれば、発電量の推定は宣伝文句ではなく、説明のつく数字になります。

よくある質問