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日射量から発電量を算出!太陽光発電のセルフシミュレーション方法

太陽光投資を始めるときには、投資案件の比較や収益性の有無を判断するために、必ずシミュレーションを行うことになるでしょう。太陽光投資で行うことは、発電と収益の2つのシミュレーションです。


発電シミュレーションは、太陽光発電がどの程度発電するかを算出するものです。


一方で、収益シミュレーションは売電収益と費用からどの程度の利益・利回りになるのかを算出します。


そして、収益シミュレーションを算出するためには発電シミュレーションが不可欠です。


本記事では、読了後にご自身でシミュレーションを行えるようになっていただくことをゴールに、解説をしていこうと思います。そのため、発電シミュレーションの算出方法をより理解しやすくするために、実際にシミュレーションでの算出も交えながら進めていきます。

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1.日射量から太陽光の年間発電量を求める計算式

計算

太陽光発電の発電シミュレーションは複雑で難しそうだと思っていませんか?

実は、発電シミュレーションは意外と単純で簡単です。たった3つの基本となる数値を押さえれば、発電量を計算できます。

その基本となる数値は、以下の通りです。

シミュレーションに必要な3つの要素
システム容量
日射量
損失係数

この3つの数値を掛け合わせるだけで、1日の発電量を簡単に計算することができます。年間発電量を求めるためには、以下のような計算式になります。

「システム容量 × 日射量 × 損失係数 × 365 = 年間発電量」

この3つの数値の中で、大きく変わるのは日射量だけです。システム容量は土地面積によって決まり、損失係数は定数でほぼ変わりません。

一方で、日射量は地域によって数値が大きく変わります。北海道など緯度の高い地域は日照時間が短いため日射量は少なく、逆に鹿児島など緯度の低い地域では日射量は多くなるのです。

そのため、年間発電量は日射量によって大きく左右されることになります。そして、この年間発電量とFITの買取価格を掛け合わせることで、年間の売電収入額を算出することができます。

つまり、日射量を正しく把握することが、収益性を正しく算出するために非常に重要になってくるのです。

スマエネの「物件を探す」に掲載している物件情報では、運用にかかる具体的なコスト・収入をシミュレーションシートにまとめて、どれほど利益を得られるのか解説しています。

希望する価格・利回り・立地を入力するだけで、理想に近い物件をピックアップできるので、本記事とあわせてご参照ください。

(1)太陽光投資家が発電量を自身で求める意味はあるの?

発電シミュレーションは通常、太陽光発電の販売会社や施工業者の見積りとともに提示されます。その発電シミュレーションがあれば、わざわざ自分自身で発電量を計算する必要はないのではないかと思った方も多いでしょう。

しかしながら、販売会社や施工業者も利益を得るために仕事をしています。ごく一部ではあるものの、中には自身の利益のみを考えて行動する人や組織もあり、成約させたいがために楽観的なシミュレーションを提示する可能性も十分にありえます。

すると、太陽光発電は稼働したものの、実際の発電量が発電シミュレーションで提示された数値に達しません。想定していた売電収入を得られずに、当初考えていた収益性が崩れてしまいます。これでは、せっかく集めた資金で太陽光投資を始めた努力が水の泡です。

そのような事態に陥らないために発電量を自身でシミュレーションし、提示された発電シミュレーションの信頼性を確認するようにしましょう。

①シミュレーションから業者の信頼性が分かる

また、この確認は業者の信頼性を確認することもできます。良い業者であれば、自身の発電シミュレーション結果と提示されたものに大きな差が現れることはないでしょう。

悪い業者に引っかからないようにするためにも、こうした計算への理解を深めることをおすすめします。また、WEBサイト上で各太陽光パネルメーカーの簡易的な発電シミュレーションもありますが、参考程度として受け止めましょう。

ほんの数ステップで年間発電量を算出できるので手軽に使いやすいですが、算出ロジックがメーカーによってそれぞれ異なります。算出方法も難しくはないので、具体的な案件の検討に入ったら、自身で発電量を求めてみましょう。

関連記事:【太陽光投資Q&A】曇り・雨天など悪天候時の発電量はどうなの?

2.日射量から太陽光の発電量を求める2ステップ

発電シミュレーションの重要性がわかったところで、実際に発電量を求める手順を紹介していきます。

大まかな流れは、以下の2ステップです。

太陽光の発電量を求める2ステップ
①日射量を算出
②損失係数から発電ロスを求める

それぞれの手順を詳しく見ていきましょう。

(1)NEDOのデータベースで対象地域の日射量を算出

日射量の算出には、NEDOの日射量データベース閲覧システムを使います。NEDOとは、新エネルギー・産業技術総合開発機構のことで、国立研究開発法人の1つです。

再生可能エネルギーを始めとした、さまざまなエネルギーに関する研究開発がNEDOで行われています。では早速、システムにアクセスしてみましょう。すると、日本地図の画面が表示されます。

日本地図

まずはじめに、この画面で日射量を算出したいエリアを選択していきます。エリア選択は、日本地図をクリックして絞り込むこともできますし、日本地図の右側のエリアのリストから選択することもできます。

また、日本地図の下にある「住所検索」や「施設・地名検索」ボタンで選択することもできます。この3通りのいずれかの方法から、エリアを選択しましょう。

エリアが選択できたら、画面右下の「この地点のグラフを表示」ボタンをクリックしましょう。すると、グラフの画面が表示されます。

日射量

このグラフは、1月の日射量しか表示されていません。そこで、次の手順で1日あたりの日射量を算出します。

まずは「表示データ選択」のボックスで、「角度指定」を選択します。

角度指定

すると、その下の「角度指定データの表示種類」ボックスがアクティブになります。「任意の指定」を選択して、設置する傾斜角と方位角を選びましょう。

指定

方位角は、その下にある「傾斜角、方位角操作盤」ボックスでも変更することもできます。

変更

ここまで入力すると、グラフの形状が以下のように変わっています。

グラフ中に、1年間の日射量を平均したときの1日あたりの日射量がプロットされており、この値に365をかけることで、選択したエリアの年間日射量を算出することができます。

日射量

一連の画像:NEDO「日射量データベース閲覧システム」から引用

(2)発電ロスを求めて発電量の精度を高めよう

太陽光パネルは、どんなに条件が良くても発電ロスが必ず存在します。そのため発電シミュレーションを行う際には、損失係数を用いて発電ロスによる発電量の低下を考慮する必要があります。

太陽光発電における発電ロスには、以下のようなものがあります。

  • パネルの温度上昇による変換効率低下
  • パワーコンディショナの変換ロスや配線ケーブルの伝達ロス

(3)太陽光パネルの温度上昇による発電効率の低下

意外と知られていませんが、太陽光パネルは温度上昇によって変換効率が低下します。

そのため、太陽光発電が1年の内で最も発電するのは8月などの夏ではなく、日射量が多く比較的温度の上がらない5月前後です。一般的に発電に最適なパネル温度は25°で、そこから温度が1°上昇するごとに出力が0.5%低下すると言われています。

たとえば、パネル温度が70°の時であれば、最大出力から2.25%程度の出力低下が見込まれるのです。このとき、温度による補正係数は、使用している太陽光パネルの素材によって変わります。

太陽光発電協会JPEAの表示ガイドラインでは、結晶系シリコンの補正係数は以下のような参考値が示されていました。これを見れば、気温の影響を受けるため季節ごとに補正係数が変わっていることがわかります。
補正

出所:JPEA「表示ガイドライン

太陽光パネルで発電した直流電流をパワーコンディショナで交流電流に変換する際にも、変換ロスが発生します。近年のパワーコンディショナでは95%前後の変換効率の製品が多いため、これにより5%前後の損失があることになります。

また、発電した電気が配線ケーブルを流れる際にも、電気が熱として逃げることで少しずつロスが発生してしまうのです。

この他にも、パネルの汚れや影の影響など、発電ロスに繋がる要素はさまざまなものがあります。そのようなロスすべてをまとめて、太陽光発電協会JPEAの表示ガイドラインでは、およそ70%〜80%の発電量になると明示しました。

このような発電ロスをシミュレーションに反映することで、シミュレーションの精度をより高めることができます。

3.日射量をもとにした太陽光の発電量シミュレーション

それでは、実際に具体例を挙げて発電量シミュレーションをしてみます。条件は、以下のとおりです。

所在地 宮崎県宮崎市
システム容量 48kW
データ観測地点 宮崎県宮崎
アレイ傾斜角 30°
方位角 真南 (0)
売電価格 18円/kWh (税抜き、2018年度)
損失係数 0.75 (75%)

データ観測地点とアレイの傾斜角、そして方位角の条件をNEDOの日射量データベースに入力します。すると、年平均の1日あたりの日射量は4.36kWh/㎡となりました。

シミュレート

出所:NEDO「日射量データベース閲覧システム」

損失係数は、JPEAのガイドラインから0.75とすることにします。これで、発電量を算出するために必要な3つの数値がすべて揃いました。年間発電量を求めるためには、以下の計算式を使用します。

「システム容量 × 日射量 × 損失係数 × 365日 = 年間発電量」

計算式に3つの数値を当てはめると

「システム容量48kW × 日射量4.36 × 損失係数 0.75 × 365日 = 57290.4kWh」

年間発電量を、57290.4kWhと求めることができました。このときの年間の売電収入は、売電価格18円を掛けた103万1,227.2円、消費税分をプラスすると111万3,725.4円になります。

これで、投資における利益が算出できたので、ここから費用を差し引いたものが実利益になります。もし設置するエリアを変える場合は、日射量の数値を変更するだけです。

システム容量と損失係数は、この数値から変わりません。そのため、必要に応じてNEDOの日射量データベースで条件を変更し、日射量の数値を入れ替えるだけで再計算ができます。

関連記事:【太陽光投資Q&A】曇り・雨天など悪天候時の発電量はどうなの?

4.運用を始めたあとは日射計で計測が可能

実際に太陽光発電設備を稼働させ運用を始めたあとは、日射計という計測装置を使って日射量を計測することができます。

日射計には、全天日射計、直達日射計、散乱日射計の3種類があります。

(1)全天日射計

装置の上面にあるガラス窓がドーム状になっており、空全体から降り注ぐ光を取り込むことができます。取り込んだ先に、熱電素子や光電素子を用いた受光部で日射量を計測します。

(2)直達日射計

細長い筒状の装置で、中心にある穴の内部を通過した太陽光を熱電素子などで計測します。装置は直線的に太陽光を捉える必要があるため、太陽の追尾機能を備えています。そのため、全天日射計よりも高価かつ大きな装置です。

(3)散乱日射計

全天日射計に、遮蔽ボールや直達日射計を組み合わせた日射計です。太陽光発電で、日射計として一般的に利用されるのはシンプルな全日日射計です。

日射量を正確に計測するためには、太陽光パネルに同じ角度で設置することが望ましいです。このとき、日射計の影が太陽光パネルにかからないように配慮する必要があります。

また、計測したデータが正しいかどうかは、日射量を算出する際に利用したNEDOのデータベースにある過去の日射量と比較することで判断することができます。

5.太陽光発電投資を始めるなら一度はセルフチェックを

発電シミュレーションは太陽光業者から提示されますが、正しい計算方法、適切な条件で算出されているかどうかはわかりません。そのまま鵜呑みにしてしまうには、不安が残ります。

難しいイメージのある発電シミュレーションですが、その計算は意外と単純で、3つの数値を掛け合わせるだけで算出することができるのです。

ぜひご自身でセルフチェックを行い、太陽光投資に不安が残らないようにしましょう。

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著者 今野 彰久

スマートエネルギー事業部の部長です。
自身でも太陽光投資をしているため、投資する方の目線でのご紹介を得意としています。

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