太陽光発電の現在 そして未来 ~ 技術 動向 ちから ~ 産業技術総合研究所太陽光発電工学研究センター評価 システムチーム 櫻井啓一郎 2012.3.2 http://ksakurai.nwr.jp
産総研太陽光発電工学研究センター概要 場所茨城県つくば市 http://unit.aist.go.jp/rcpvt/ チーム構成 結晶シリコン 薄膜シリコン 化合物薄膜 評価 システム 有機新材料 産業化戦略人員構成 : 研究員 ポスドク 学生 院生 ( 連携大学院 ) テクニカルスタッフ 企業 etc.
櫻井略歴 京都育ち 子供の頃から機械好き 10 歳からハンダゴテとパソコンを仕込まれる 子供の頃からなんとなくハカセになろうと思っていた 1985 年のつくば万博の頃には科学少年に そのまま工学部に入学 そのまま工学ハカセの道へ ハカセになってすぐに万博の街へ 面白そうなので太陽電池のお仕事を始める そのままハマって現在に至る
なぜ今 太陽光発電か? ポイントは 3つ : エネルギー資源枯渇 値段が上がって質も明らかに低下中 残りの量もそろそろ危ないようだ 地球温暖化 予測とは言え やはり対策が必要 経済 産業の環境の変化 炭素税 排出権などで排出にペナルティ 太陽光も使う方が安くなりそう 経済効果 波及効果まで考えるとお得 すぐに対応しないと経済的に損
枯渇性エネルギーの価格変動 原油価格の推移ウラン価格の推移 この10 年で火力発電コストが数倍に高騰 2008 年は燃料コストだけで最大約 25 円 /kwhに 火力発電に比べ発電コストへの影響は少ないが こちらも争奪戦が激しくなっている 枯渇性燃料の価格が上がるのもリスクだが 価格が読めないこと自体も経済的なリスク ( 債権で言えばジャンク債に相当 )
増大する化石エネルギー輸入額 10 年で 4 倍以上に年 20 兆円以上のお金が国から流出 参考 : 日本の貿易収支 2004 12 兆円 2005 9 兆円 2006 8 兆円 2007 11 兆円 2008 2 兆円 ( 財務省統計 ) 6
世界の全エネルギー需要の見通し (2011) 先進国よりも 途上国 新興国で増大
原油の価格予測例 (2011) IEA, World Energy Outlook 2011 その他 質の低下 ( オイルサンドまで採掘する例も ) 掘削コストの上昇( 北極海の海底まで採掘 ) 油田あたり生産量の減少などが報告されている U.S. Energy Information Administration, Annual Energy Outlook 2011 予測が難しいとは言え コストは増加傾向と見られている
地球温暖化 第二次産業革命 ( 重工業の発達 ) 1961~19 990 年の平均かららの変化 ( ) 年平均均地上気気温 ( ) 地球の平均地上気温の上昇と加速出典 : 国連の気候変動に関する政府間パネル (IPCC) 第 4 次評価報告書 ) 温暖化はどうにも疑いようがない人為的なものである可能性も非常に高い
背景 3: エネルギー 経済構造の変化 世界の各発電方式の発電量推移の予測 (IEA) 60 量 (PWh) 世界の年年間発電 50 40 30 20 10 0 再生可能エネルギー その他の再生可能エネルギー 太陽光 / 太陽熱 風力 バイオマス 水力 原子力 天然ガス 原油 石炭 出典 :IEA, Energy Technology Perspectives, Sep 2008, Fig.2.15
排出量削減の道のり ( エネルギー部門についての IEA による見通し ) 年間 CO2 排出量 (Gt) 70 対策無しの場合 :62Gt 60 50 40 30 20 10 積極的に対策を講じた場合 :14Gt 0 年 2005 2010 2010 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 (IEA, Energy Technology Perspective 2008 を基に再作成 ) 炭素回収貯留 (CCS) 原子力再生可能エネルギー発電効率改善 / 燃料切替消費燃料切替 消費エネルギー効率改善 エネルギー源での対策 需要側での対策 あらゆる種類の対策が必要; 銀の弾丸 (silver bullet) は無い! エネルギー源 ( 発電等 ) 側での対策が半分 消費側でもう半分 再生可能エネルギーの大量普及が必須 (IEA)
再生可能エネルギーとは 光 太陽光発電バイオマス 地熱 熱 太陽 熱 太陽熱風力水力大気 海の熱など 潮汐力 いわゆる 自然エネルギー で 持続的に使えるもの ( 使い捨てではダメ ) 太陽 地球物理学的 生物学的な源に由来し 自然界によって利用する以上の速度で補充されるエネルギー (IPCC SRREN, 1.2.1) 自然界に元々存在するエネルギーの流れを利用する エネルギーの源は 利用する以上のペースで再生しスで再生し 繰り返し利用できる 月や太陽の引力 どれもあと数十億年は使えます 利用する設備などにお金はかかりますが 殆どのものは燃料が要りません しかも涸れずにずっと使えます
さまざまな再生可能エネルギー 太陽光発電 太陽熱利用 太陽熱発電太熱小規模水力 風力発電 地熱発電 地熱利用地熱利用 バイオマス (Wikipedia より )
無尽蔵の再生可能エネルギー 化石燃料の残り (30~50 年分程度 ) 人類の歴史 (~30 万年程度 ) 太陽の残り寿命 : : 約 50 億年 : : 写真提供 : 国立天文台 /JAXA
無尽蔵の再生可能エネルギー経済的に使えそうな量の見積もり GLOBAL POTENTIAL OF RENEWABLE ENERGY SOURCES: A LITERATURE ASSESSMENT BACKGROUND REPORT M.Hoogwijk, W.Graus, ECOFYS, 2007 IEA, Key Energy Statistics 2011 世界の電力消費量 2.3 テラワット (TW) (2008 年 ) 水力発電 + 地熱発電 (3.0TW) 風力発電 (13TW) 太陽光発電 (54TW)
人類が使えるエネルギーを増やす 太陽光 ( 無尽蔵 ) 燃料を消費せずに発電 20GJの一次エネルギー ( 石油など ) 設備製造 燃焼 ( 火力発電 ) ( 設備 1kWp 分変換効率 14%) 360~540% 72~108GJ ( 消費した燃料のエネルギーの何倍もの電力を発生 ) ( 参考 : みずほ情報総研 2009 年 NEDO 報告書 No. 20090000000073) 効率 30~50% 6GJ~ 10GJ ( 損失により 元の燃料のエネルギー量より必ず小さくなる ) 製造等に消費したエネルギーの数倍の電力が得られる ( 同じ量の燃料あたりでは 火力発電の10 倍以上の電力を発電 )
国の貿易収支への影響 エネルギー ( 持続的 ) 雇用 税収 製造費 原料等輸入費 再生可能エネルギー : 国産ならば 費用の相当割合が国内に還流 材料のリサイクル可能 輸出も可能 設備輸入は貿易赤字増大 エネルギー ( 使い切り ) 枯渇性エネルギー : 燃料輸入費分が貿易赤字に 使ったらそれっきり 17
価格でも競争する再生可能エネルギー 電力 熱 燃料 ( 動力 ) 出典 : The IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (SRREN) 再生可能エネルギーは既に価格競争力をつけ始めている
再生可能エネルギーのコストは現在は高いが 中長期では現在の化石燃料以下の水準にできると見られている (IEA ですら ) データ出典 :IEA, Energy Technology Perspectives 2010 3 章
世界の再生可能エネルギー導入状況 (1/2) ほとんどが伝統的バイオマス ( 薪炭など ) とダム式水力だった が?
世界の再生可能エネルギー導入状況 (2/2) 世界の風力発電設備量は 2011 年に 200GWp を突破 ( 電力需要量の約 3% を発電 ) (GWEC) 急増中
拡大する再生可能エネルギー市場 世界の新設発電所の 1/3( 額では半分以上 )
比率 ( %) 60 50 40 30 20 10 0 導入の実例 ( ドイツ )(1/2) エネルギー需要量に対する再生可能エネルギーの比率 出典 :Lead Study 2008, BMU Renewable Energy Sources in figures, BMU, June 2008 予測 燃料熱電力 年
導入の実例 ( ドイツ )(2/2) 助成の費用総額が約 53 億ユーロ (2009 年 ) 電力消費の 20% が再生可能エネルギーに (2011 前半 ) 経済効果(2009): 投資誘発 20 億ユーロ付加価値誘発 55 億ユーロ雇用創出約 34 万人 (2010 年 :37 万人 ) 枯渇性エネルギーの輸入量を削減価格も抑制 :50 億ユーロぐらいの節約?(2008) 温暖化ガスの排出量削減割合 (1990 年比 ) 京都議定書義務 21% 2009 年末で 29% 達成 環境保護も経済成長も実現! 出典 : ドイツ環境省 (BMU)
再生可能エネルギーが導入される理由 エネルギー資源枯渇への対策 地球温暖化への対策 経済成長の確保 再生可能エネルギーなら全部並立する! なんか文句ありますか? ( ドイツ ) ありませんっ! つかうちもやらんとまずいやん ( 他国 )
太陽とは? 直径 140 万キロ ( 地球 109 個分 ) 天然の核融合炉表面温度 :6000 コロナの温度 :~ 数百万 輻射が地球を暖める 詰まるところ我々も核融合駆動 現在の年齢 : 約 46 億歳推定寿命 : 残り約 50 億年 心配するには 10 億年は早い 太陽観測衛星 ひので XRT 太陽全面画像提供 : 国立天文台 /JAXA 勝手にエネルギーが降ってくる 使っても減らない 請求書も送ってこない
地球に降り注ぐ太陽エネルギー 太陽 総放射エネルギー : 3.8 10 26 W 地球の大気圏に到達するエネルギー : 約 1.8 10 17 W = 180000TW (1000TW( テラワット ) = 10 6 GW( ギガワット ) = 10 9 MW( メガワット ) = 10 12 kw( キロワット )) ( 写真 : 気象庁提供 ) 人類が消費するエネルギー : 約 16TW( テラワット ) (2007 年 ) 実際に人類が地上で収集可能な太陽エネルギー : 約 1 10 15 W = 1000TW ( 世界のエネルギー需要量の数十倍 ) (B.Sorensen, Energy Policy (1991) 386 391.) 人類が欲しいだけの電力を供給可能 ( しかも半永久的 )
太陽電池の場合 光 太陽電池の原理 電子が光からエネルギーを受け取る エネルギーを吸収した電子を外に押し出す 外の電気回路で仕事をする ( エネルギーを放出 ) 太陽電池 ( 半導体を利用 ) 太陽エネルギーを直接的に電力に変換する
太陽電池の性質 光を直接 ( 回転運動とか熱とか蒸気を介さずに ) 電力に変換 音や振動がない 排ガスもない 信頼性が高い ほとんどメンテいらず 燃料いらない 入射している光のエネルギー量に応じて発電 蓄電機能はない
電卓 どこでも使える 駐車券販売機 建物の屋根 人工衛星 HV/EV 30
過酷な環境で使われる太陽電池 灯台 人工衛星 ( 強風 塩水 ) ( 振動 低温 ~ 高温 放射線 真空等 ) http://www.kaiho.mlit.go.jp/07kanku/nagasaki/left/survice/mesima/mujinka.htm 女島灯台 ( 写真提供 : 海上保安庁 ) ( 画像提供 :JAXA) 台風の強風 強雨や波しぶきを受けつつ 軌道上では温度が-120 ~+120 ぐらいの 長期間発電しつづける 範囲で周期的に変化することも そのほか 世界各地の砂漠 高温多湿の地域 ( インド 東南アジア等 ) 寒さの厳しい地域 ( 北海道 カナダ等 ) 等 様々な地域や用途で利用されています
家庭での太陽光発電の利用法 昼間 余剰電力を売電 太田市 パルタウン城西の杜 太田市土地開発公社webページより引用 太田市土地開発公社 bペ ジより引用 夜間 雨天 系統から買電
電力需要 導入の効果 電力 太陽光 0 12 時刻 24 火力発電 : 1kWh あたり519~975gのCO2 を排出 ( 平均約 690g CO2/kWh) 太陽光発電 : 1kWhあたり17~48gのCO2を排出 差し引き 1kWh あたり 471~958g の CO2 を削減 ( 平均約 660g CO2/kWh) 100GWp( 日本の年間発電量の約 1 割分 ) を導入した場合 : 年間の排出削減量 : 約 66Mt CO2/ 年 日本の事業用電力のCO2 排出量の約 2 割を削減 日本全体のCO2 排出量の約 5% を削減 火力発電の運転量を減らし 温暖化ガスの排出量も減らす
太陽電池の分類 ( 世代別 ) 太陽電池 結晶シリコン 単結晶シリコン多結晶シリコン ヘテロ接合 (HIT) 型 薄膜シリコン アモルファスシリコン 薄膜太陽電池 ( 第二世代 ) CIGS 系 薄膜多接合シリコン CdTe 有機系など開発中のもの ( 第三世代 ) 色素増感 有機薄膜 新型多接合 (CIGS など新材料を用いたもの ) 量子ドット型など
結晶シリコン太陽電池 モジュール 高純度シリコン 現在最も普及している太陽電池 変換効率 : 単結晶 :20~22% セル多結晶 :15~18% (15cm 角 将来 :25%? 200μm 厚ぐらい ) LSIなどの半導体に使われるより純度の低いシリコン ( ソーラーグレード ) を使用
薄膜シリコン太陽電池 多接合型の応用例 ( 提供 : 富士アドバンストテクノロジー株式会社 ) 高温に強い薄くて省資源 ( 半導体層の厚みは 1~2μm 程度 ) 変換効率が低めなのがネックで 結晶シリコンのローエンド品や CdTe CIGSの台頭に押され気味 効率向上が急務 ( 基礎研究に立ち返り ) 屋外用アモルファスシリコンモジュール ( 提供 : 三菱重工業株式会社 ) フレキシブル型ではまだ主流だが 今後 CIGS 型に押されるかも?
CIGS 太陽電池 軽量フレキシブルCIGS 太陽電池 ( 当センター作製 フレキシブルなセラミックス基板などの上に太陽電池を形成 ) サブモジュール効率 : 約 16% CIGSS 太陽電池モジュール ( ガラス基板上に形成 ) 安価 黒一色でデザイン性良好 ( 提供 : ソーラーフロンティア ) 宮崎のソーラーフロンティアが最大 (2011 年は 600MW 近く生産?) 他社はその 1/10 程度の生産量 開発レベルでは多結晶シリコンと同等の変換効率 量産でも今後数年でモジュール効率 15% 越え? 今後増加が見込まれる 新型太陽電池
色素増感太陽電池 透明電極 透明電極 半導体 (TiO 2 ) 色素 電解質 (Fraunhofer ISE / DyeSol) 製造が簡単で カラフルな太陽電池変換効率と耐久性の向上が目下の焦点
有機薄膜太陽電池 p 型と n 型の有機半導体を混ぜ合わせて塗布したもの 基板 + 電極 電極 太陽電池 室温で 塗る だけでも製造できる カラフル フレキシブル 軽量 変換効率はまだ数% 程度だが 室内用には既に量産 (Konarka 社など ) 耐久性向上には 酸素や水分を防ぐバリアフィルムの性能が鍵に ( ガラスだとそれなりに持つが やはりフレキシブルにしたい ) 将来の超低コスト太陽電池の候補
多接合型太陽電池 利用する光の色が異なる太陽電池を積層 ( スタック ) して 太陽光をより効率よく変換する n + InGaAs n + AlInP:Si n + InGaP:Si p InGaP:Zn p AlInP:Zn p ++ AlGaAs:C n ++ InGaP:Si n + AlInP:Si n + InGaAs:Si p InGaAs:Zn p + InGaP:Zn p ++ AlGaAs:C n ++ InGaP:Si n + InGaAs:Si n + Ge p Ge 基板 InGaP トップセル トンネル接合 InGaAs ミドルセル トンネル接合 & バッファ Ge ボトムセル 基板 ( ガラス ) 透明導電膜バッファ p a Si i a Si バッファ n a Si p μ Si i μ Si n μ Si 透明導電膜電極 アモルファス Si トップセル 微結晶 Si トップセル 透明導電膜 n 型バッファ CuGaSe 2 (Eg~1 1.7eV) CuAlO 2 など n 型バッファ CuInGaSe 2 (Eg~1 1.1eV) 1eV) 裏面電極 基板 ( 青板ガラス 箔 ポリマー等 ) トップセル ボトムセル III V 族化合物系スタックセル 桁違いに高価だけど高性能宇宙用 / 集光型システムなどで利用 Si 系スタックセル フレキシブルな製品が市販されている (Uni Solar) CIS 系スタックセル 研究段階 Si 系より性能が良くなりそう? (n +, p + などの表記はドーピング濃度の違い ; 電気的特性を微妙に変えてあることを示します ) ("i" の表記はドーピングしていないことを示す ; n と p の中間的な性質を持つ半導体層 )
集光式システム 光 比較的高性能な太陽電池 ( ハイブリッド型シリコン太陽電池や化合物多接合型太陽電池など ) 太陽を追尾し 直射日光を集光して発電する
集光式太陽光発電 (CPV) のコスト予測例 ( 出典 :GTM Research, Cost and LCOE by Generation Technology, 2009 2020) 2020) カリフォルニアのように日照量の多い地域では 2012 年頃からガス火力より安くなり始める 市場の急拡大が予想されている
各種太陽電池の特徴 変換効率 省資源性フレキシブル化 価格 単結晶シリコン 多結晶シリコン ~ 薄膜シリコン HIT CIGS CdTe 色素増感 - 有機薄膜 - III V 属多接合 ( 集光 ) それぞれ特徴がある ( 得意とする応用分野も異なる )
各種太陽電池のシェア推移予測 100% 太陽電池の技術別シェアの予測例 新技術 ( 有機系 新型多接合 量子ドット利用など ) 市場場シェア 50% 結晶シリコン 薄膜シリコン CIGS, CdTe など 10% (IEA, Energy Technology Perspectives, Sep 2008, Fig11.5より再作成 ) 0% 2005 2010 2020 2030 2040 2050 年 結が体がこれまでは結晶シリコンが主体だったが 今後は様々な種類のものが共存
建材一体型 PV システム 現時点ではまだマイナー 市場規模 :2011 年 :58 億ドル (MarketsandMarkets 調べ ) 流通量が少なく 比較的高価 美観や強度に対する技術的要件がより高度になる経験の浅いメーカーの製品ではトラブル例も フレキシブル型など 新しい技術も投入されつつある 今後 桁違いの拡大が予測されている 市場規模 :2016 年には 127 億ドルに? (MarketsandMarkets 調べ ) 太陽光発電の中でも比較的未成熟で 拡大の余地が大きい市場
フレキシブルだと何が嬉しい? 曲がる ことは実はさほど重要ではない もっとも大きな利点は 軽い ことである ( ガラスや金属枠がない ) 体育館やスレート葺き高速道路の防音壁マンションのベランダ スレート建材に貼り付けたモジュール 移動体 人工衛星 現時点では 薄膜シリコンの製品が主流 しかし CIGS 型も伸びてきている
太陽光発電モジュールの価格の変化半世紀にわたって 1つの経験曲線上に乗っている 出典 :Solar Photovoltaics: Competing in the Energy Sector, EPIA
太陽光発電の価格動向の予測例 太陽光発電の発電コスト 住宅用設備 売電益 地上設置大規模設備 ガス火力の発電コスト 太陽光発電の発電コスト 欧州での見積もり ( 日本より条件の悪い地域まで含む ) 出典 :Solar Photovoltaics: Competing in the Energy Sector, EPIA, 2011.9 住宅用から大規模まで 全ての用途で 10 年以内に競争力を持つようになる 排出量削減コスト はどのみちマイナスになる ( それまでの間が特に競争激しそう )
太陽光 : 価格低減の余地 新技術が続々と開発 市場投入されている状況 将来もまったく値下がりしない想定 は非現実的
価格低下の実例 ドイツにおける 100kW 以下の太陽光発電設備一式の平均導入コスト ( 出典 :BSW Solar) 平均導入コストが日本の約 1/3( 約 22 万円 /kw) まで安くなっている パネルの出荷価格は似たような水準 流通量が数倍多いことで 導入コストが下がっている ( 日本でも 安いものは 30 万円前後 /kw の例が既にある ) 実用的なコストにできることは 既に実証されている あとは政策の問題
コストの内訳 太陽光のコスト構造の解析例 ( 米国 2011 年 ) 税系統連系 諸手続きエンジニアリング施工業者利潤施工人件費モジュール流通費架台 配線等インバータモジュール製造費 サービス ( 基本的に国内 ) ハードウェア ( 日本でも似たようなコスト構成と見て良い ) 例えモジュール ( パネル ) 等を輸入しても コストの半分以上は国内経済に寄与すると見込める ( むしろ競争促進のため ある程度は輸入も必要 ) 出典 :NREL, An Economic Analysis of Photovoltaics versus Traditional Energy Sources: Where are We Now and Where Might Be in the near future? モジュール ( パネル ) の製造費は 発電コストの 2 割程度に過ぎない スケールメリットの確保と 太陽電池を 利用する 産業の育成が重要である
モジュール寿命 世界中の 1920 例の調査のまとめ (D. C. Jordan and S. R. Kurtz, Prog. Photovolt: Res. Appl., 2011) 出力低下率は 大半は 1%/ 年以下 (20 年後でも初期の8 割以上の性能を保つのが普通 ) 屋外暴露試験の報告と並行してモジュールの保証期間も伸びている モジュール自体の寿命は 今後 30 年以上に伸びることが見込まれる (= 発電コストさらに低下 ) パワコン 設計 施工等 システム全体での信頼性を上げることがより重要になる
パネル以外の部分 (BOS) だってコストを下げられる 現時点で既にドイツでは日本の 1/3 ぐらいの値段で設備が導入できている = 現時点の技術だけでも 半額以下に下げられるはずである 実際 2011 年末時点で既に設備全体で29 万円 /kwの例が日本国内でも出現している 加えて 下記の様なコスト低減が見込まれる スケールメリット : 流通量増大によるさらなる流通費 施工費等の低減 従来型 (Si) 11kW SiC 使用 15kW パワコン ( インバータ ) の価格低減 : ( 出典 :NEDO/FUPET) 従来のシリコンに代わり SiCやGaNを用いたパワーデバイスの実用化が既に始まっている これらが普及するとパワコンの体積が1/10ぐらいになり 価格も数分の1になると見込まれる 太陽電池そのものの効率向上 : 近年の量産効果に比べれば進展はゆっくりであるが 太陽電池そのものの効率も年と共に向上しており 今後も向上が見込まれる ( 今後 20~40 年で1.5~2 倍?) 効率が向上すると それに反比例して BOS のコストが下がる
途上国 新興国市場 市場は先進国だけでは無くなる また系統連系しない off grid なシステムも増えてくると予想される 無線通信基地 ( 中国 ) 実際 2011 年にはナミビア セルビア 中東等 今まで無名だった市場でも大型の商談が相次いでいる 無線 揚水 住宅用等の小規模システムの利用の増加も見込まれる 既に各国の企業が進出を始めている 無電化地域 ( タイ )
対応すべき利用条件の多様化 熱帯 亜熱帯 砂漠など 寒冷地 多雪地域など ベトナムでの利用例 : 赤土が付着して赤っぽくなっている & 設置角度も浅くなるので流れにくい ( 雨で流れやすくする技術に対するニーズ ) その他 生物による食害 雑草対策 畜舎からのアンモニア 自動車への搭載( 振動等 ) 船舶への搭載 洪水頻発地域 パネルや電線の盗難 ( 写真 :NEDO)
蓄電池併用システム ディーゼル発電が高コストなため 未電化地域や離島等では現状でもペイしやすい 車両への応用が進んでいることから 蓄電池は急速に安くなっている 先進国においても 数年のうちに一般家庭での利用で経済的に元が取れるようになりそう ( 宮古島の太陽光 風力 蓄電池を組み合わせたシステム ) 蓄電池付きの設備についても 蓄電池付きの設備についても 今後急速な市場拡大が見込まれる 途上国においては バッテリーのメンテナンスシステムの構築が鍵になる
太陽光発電産業の波及効果 エッジシール セル ( 太陽電池 ) 強化白板ガラス 充填剤 インタコネクタ ( 画像提供 :JAXA) 端子箱 バックシート ( 蓄電池 ) フレーム ( 金属枠 ) 負荷 系統へ 部材供給 設備製造ガラス シリコン 樹脂 製造装置 評価設備 ( 液晶テレビ等の産業と深く関係 ) 接続箱 パワーコンディショナ ( インバータ ) 電力制御半導体 ( インバータ ) 情報通信送電 配電蓄電池 競争は どの分野でも激しい だが 商機もあちこちに隠れている 充填剤 ( 封止樹脂 ) ひとつとっても 何十年も昔からEVAが使われている 最近の新材料なら もっと長寿命 or 低コストに?( 現在 メーカー各社が競争中 ) 応用建築移動体通信網自動車 船宇宙開発途上国支援
日本の太陽光関連産業の規模 関連産業規模は約 1.5 兆円 (2011 年度 ) 半分以上を輸出し続けている
太陽光発電の普及予測 20 年ほどで世界の電力の 1 割を賄える
地中海沿岸で太陽光 / 熱発電 欧州へ送電 ( デザーテック )
今後はこれが当たり前に! ( ドイツの大規模発電所 ) ( 群馬県太田市パルタウン )
太陽電池に適する売り方 太陽電池の特徴 : 世界中の殆どの国で使える どこでも生産できる( 工場ごと買ってこれる ) 石油で言えば油ではなく 油田そのもの 適すると思われる売り方 : 最初は輸出して 相手国に市場を形成 市場が育ってきたら 現地生産 ( 貿易収支上 相手国から求められるはず ) 太陽電池だけでなく 周辺機器 製造機器 応用製品 技術 他電源や送配電等までセットで売る ( 総合力で売る パネルだけで考えるな )
今後の課題 太陽光と原発だけでは不十分( どんな技術にも 得手 不得手がある ) 太陽熱 風力 バイオマス 地熱 小水力等も利用した方がお得なはず 資源量の調査が不十分 ( 特に地熱 バイオマス等 ) 太陽光発電 : 集合住宅 市民発電所 メガソーラーなど他の形態も活用するとたぶんお得 ( そういう分野での関連産業育成はまだ手薄 育てれば新たな商機にも?) 電力と他エネルギーに対する競争力の調整炭素税等でバランスを取る 産業構造の転換促進炭素税などの収入を 雇用対策や技術開発に回す ( 人材 資本のシフトを支援 ) 海外進出の促進 ( 国内市場より途上国が伸び率が高いため 分野問わず必要 ) 投資環境の整備 5 年先 10 年先を見越した投資促進 ( 若者の雇用問題に影響しているのでは?) 普及ペースの継続的な調節インフラ整備なので 遅すぎても 急ぎすぎてもダメ 常にペースの調節を デマ( 懐疑論 ) の排除信頼性の低い情報の流布は 結局は国益を損なう 万能の対策は無い 先送りも損 様々な手法を組み合わせる 悪影響を許容範囲に抑えつつ 走りながら調整
まとめ 再生可能エネルギーの普及は: 金がかかる リスクもある だが 経済 エネルギー 環境の並立に貢献する 低炭素化は 負担 と考えるな 人 物 金の流れを変えるのが真の負担 同時に商機 太陽光発電 : 価格低下中 普及さえすれば十分に実用レベルに 競争はこの数年が特に激しい それを生き延びると経済 産業的に大きな可能性 生き残るには 世界を意識した商売を
アドバイス ( やや毒舌 ) ニセ科学や陰謀論に注意 この状況で 石油もっと使え はあり得ない 万能の解決策は無いと知れ いますぐに使える対策が全て必要 他国へもセットで売り込むべし ネガティブ禁止 難しい 慎重に 検討が必要 などと 慎重に 検討が必要 繰り返すだけの意見は聞き流せ 挑戦すればチャンス 抵抗すればジリ貧
解説資料 太陽光発電全般 産総研太陽光発電研究センターの解説 太陽光発電とは http://unit.aist.go.jp/rcpvt/ci/about_pv/index.html トコトンやさしい太陽電池の本 太陽光発電の入門 雑学本 波に乗れにっぽんの太陽電池 各国動向と助成制度のポイントを解説 図解最新太陽光発電のすべて 技術的な話をご紹介 太陽光発電システムの不具合事例ファイル トラブル予防に 助成制度 太陽光発電の新たな買取制度ポータルサイト http://www.enecho.meti.go.jp/kaitori/index.html フィードインタリフ制度 ( 固定価格買取制度 ) 解説 http://ksakurai.nwr.jp/r/slides/whyfit/ k / / / h / 温暖化問題対策指針 日本低炭素社会のシナリオ二酸化炭素 70% 削減の道筋 http://www.mizuho ir.co.jp/book/0806_lowcarbon.html
ご清聴有難う御座いました 光 ( 光子 ) 電子 + 68
参考資料 ( ごちゃごちゃと )
震災 原発事故に関して ( 私見 ) 原発事故 事故を防ぐ技術はあった 巨大津波の可能性の警告も 事前になされていた 何故防げなかったか をリスク工学的に明らかにしないと 信頼は得られない 原発の今後原発全部をすぐに止めると 一気にお金 ( 数十兆円 ) がかかりすぎる全廃するにしても ドイツのように 30 年位かけるのが結局は一番の早道? 原発を長期的にどうするか は原発関係者が信頼を得られるかどうか次第 ( 技術よりも 人 の問題 ) 再生可能エネルギーの導入ペースなるべく速く増やしたい状況だけど 急ぎすぎると輸入品ばかり増えて やっぱりお金が続かなくなる ペースを守って 最初の十年で原発 5 基分の発電量を増やすぐらいが妥当? ( それでも初期のドイツより3,4 割速い ) 今後のエネルギー政策の方向性 当面は電力不足 天然ガスと使える原発を使わざるを得ないだが天然ガスにもそう長く頼っていられそうにない その間に再生可能エネルギーを育てる現状分かっている資源量だけでも おそらく電力の3~4 割程度は可能それ以上については まだ調査不足 ( 特に地熱 )
科学的な信頼性のチェック方法 手法やデータそのものの信頼性が十分か 他の科学的事実と整合するか 否定されていないか 別の人による追試で再現されているか 当該分野の専門家によるチェックが必要 相応の専門知識と 意見の信頼性の裏付けが必要 別の実験手順 モデル 測定方法等による追試で確かめられているか データや信頼性を歪めたり ねつ造していないか 信頼性の低い仮説を主要な根拠にしていないか 査読等の科学的手順を踏んでいるかどうかその分野の専門家に広く認められているか 本当にその分野の 専門家 かどうか主張がその分野で世界的に認められている人物か 陰謀論や詭弁でごまかしていないかか 専門外の人間でもチェック可能 主に手続き的 倫理的なチェック 比較的容易に調べられる
主な対策心得 うわべよりデータ誠実な人は ぶっきらぼうかも知れない 量より質流布している情報量だけで判断するな 想像より現実身の回りの変化や 世界の動きと矛盾してないか? 確実な証拠が無ければ わからない のまま取っておけわからないうちは 調査に徹せよ 現実逃避するな自分に都合が良いからという理由だけで信用するな 本物の専門家 を探せその分野で世界的に認められている人物か? それらしい数式や用語 に騙されるな 一見それらしいが無意味な文章 を並べる例もある
太陽光発電のライフサイクルはどんなものか 原料採鉱 精製 製造 運搬 設置 運転 ( 発電 ) (20~35 年以上 ) 解体 不要 ( 燃料 ) 保守点検 廃棄 ( 少ない ) リサイクル ( ガラス 半導体 金属など 構成材料の大部分 ) 運転に燃料がいらない 保守の手間も少ない ライフサイクル中のエネルギー消費や温暖化ガス排出は殆どが原料精製や製造による リサイクルするとさらに環境性能が上がる ( 殆どの構成材料がリサイクルできる )
エネルギー源としての性能評価方法 ( ペイバック ) の違い 火力発電の場合 製造 運転 建設等 ( 発電 ) 太陽光発電等の場合 製造 運転 設置等 ( 発電 ) 製造等に使うエネルギーに 相当する発電量を得ることが ペイバック 運転用燃料は無視されている 製造等に使うエネルギーに相当する発電量を得ることが ペイバック 運転用燃料はそもそも不要 ペイバック するのは 運転用燃料を無視した場合のみ 運転用燃料が不要 自然エネルギーを 当然ながら 利用した分だけエネルギー資源は減少する 吸収して 本当にペイバック する 同じ ペイバックタイム でも 実際の性能は全く異なる
温暖化ガスの排出量 バイオマス火力 ( 森林 ) 26~62 全て日本国内での見積もり 出典は別記 水力地熱 11 15 風力は設計寿命の20 年 他は稼働期間 30 年で計算 波力と海洋温度差のデータは古く これよりも向上が予想される 25~34 風力発電 ( 寿命 20 年 ) 再生可能エネルギー 17~31 太陽光発電 ( 最新技術 ) 31~48 太陽光発電 ( 旧来技術 ) ~132 大幅削減 ( 多くは数 % まで減少 ) 海洋温度差 ~91 波力 原子力発電 10~29 枯渇性エネルギー 519~975 化石燃料火力発電 0 200 400 600 800 1000 発電量あたりの温暖化ガス排出量 (g CO2/kWh) 温暖化ガス (CO 2 ) の排出量を数 % 以下に削減できる
エネルギーペイバックタイム (EPT) 太陽熱温水器等 ( 参考 ) バイオマス火力 ( 森林 ) 各種発電方式のエネルギーペイバックタイム ( 日本国内での見積もり 風力以外は寿命 30 年 ) 水力 地熱 風力発電 ( 寿命 20 年 ) 太陽光発電 ( 最新技術 ) 太陽光発電 ( 旧来技術 ) 海洋温度差 波力 原子力発電 化石燃料火力発電 0.60 097 0.97 0.56~0.79 0.40~1.3 1.3~2.3 0.96~1.9 1.4~2.6 1.9~5.3 ~6.0 ~375 3.75 1.4~5.0 再生可能エネルギー 枯渇性エネルギー 0 2 4 6 8 10 エネルギーペイバックタイム (EPT)( 年 ) 全て日本国内での見積もり 出典は別スライド参照 波力と海洋温度差のデータは古く これよりも向上が予想される 多くの再生可能エネルギーは 既に化石燃料以上の性能を持つ
太陽光発電設備の LCA 計算範囲例 ( 出典 : みずほ情報総研 2008 年 NEDO 報告書 No. 100012583) 主要な要素は全て考慮されている ( 他は誤差程度の影響しか見込まれない )
製造工程 太陽光発電の EPT 調査例 セル構造構成材料 セル / モジュール 原料製造国による違い 架台 使用後処理工程 周辺機器 ( 出典 : みずほ情報総研 2008 年 NEDO 報告書 No. 100012583) 第三者機関により 企業秘密まで含めて使用原料や工程などを逐一調べ上げている
変換効率 (%) 48 ( データ出典 :NREL, Best Research Cell Efficiencies) 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 単結晶シリコン 多結晶シリコン 色素増感 2 接合集光式 3 接合集光式 HIT 薄膜シリコン 有機薄膜 CIGS CdTe 0 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 年 図 2: 研究レベルの太陽電池の変換効率の推移 ( 世界記録として公式に認められたもの )
蓄電池って要るの? 出力 出力 時間 時間 個々の設備の変動が激しくても 広い範囲では平滑化される 導入量が80~100GWpを超える頃になると ピーク電力が余るようになり 2~3 時間分程度の蓄電池が要る可能性がある ただしその場合でも 変電所単位などの導入が費用対効果が高い ( 個別の家に大容量のものを付けるのは極論の部類 )
変動とならし効果の実例 irradiance [k kw/m2] i 1 ST062 ST079 0.9 ST063 ST057 08 0.8 ST055 ST026 0.7 ST082 ST046 0.6 ST034 0.5 ST007 ST015 0.4 ST037 ST030 03 0.3 ST035 ST009 0.2 ST099 ST095 0.1 ST043 ST008 0 total Time [min] 東京電力管内約 20 箇所における一日の出力推移の例 中央の赤線が 20 カ所分の平均 雲の通過で激しく変動 数 km 以上離れると 互いに打ち消し合う 合計ではずっと小さな割合の変動に 実際には数十万実際には数十万 数百万数百万箇所に導入される これよりずっと滑らかに 速い出力変動は 送電網全体では実用上問題ない水準まで均される
出力抑制 狭い地域に集中して設置した場合に起こる問題 過電圧になるのを防ぐため 自動的に停止する ( 出力抑制 ) 電力が無駄になる 電線の電圧 各家庭での発電によって電圧が少し上がる 規定の範囲 既存技術の組み合わせで解決可能 どうするのが一番安くなるか 系統側の改良費用をどこから出すか? 太陽光でなくとも 火力発電を減らすには系統の改良がどのみち必要 (SmartGrid 技術など ) ( 群馬県太田市における集中導入の試験例 )
風力の系統安定化コスト試算事例まとめ (IEA) 2 割程度までなら 0.5 セント /kwh 未満 出典 :Projected Costs of Generating Electricity 2010 Edition, IEA
国単位での実用例 ( ドイツ ) 太陽光 風力 出力が変動しても 風力も太陽光もちゃんと実用になる
( 図 : 経産省 ) 節電を促す効果高い 現行設備の変更不要 余剰電力が少ないケースには不向き 戸建住宅向き 節電を促す効果薄い 現行設備は配線変更工事が必要 余剰電力が少ないケースにも向く 公共 産業用には事実上必須 電力会社自身の設備 市民発電所等