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太陽光発電（たいようこうはつでん、）は、太陽電池を利用し、太陽光のエネルギーを直接的に電力に変換する発電方式である。ソーラー発電とも呼ばれる。再生可能エネルギーの一種であり、太陽エネルギー利用の一形態である。昼間の電力需要ピークを緩和し、温室効果ガス排出量を削減できるなどの特長を有し、低炭素社会の成長産業として期待されている。

太陽光発電装置は天気の変化で発電量が変化するため単体での使用は実用性に欠ける。その対処法として多いのは火力発電の発電との併用であるが、発電量を急激に変化させると火力発電の効率が著しく落ちるため、これでは火力発電だけでの発電よりも効率が低いものとなる。太陽発電の電力で水を汲み上げて水力発電に再使用する形で電力を貯蓄させるやり方があるが、これは地理的に使用が限定されるだけでなく、太陽が豊富な地域では降雨量が少ないため風力発電向きという事情があり太陽発電にはあまり使用されていない。また太陽が豊富な地域は水などの資源に乏しい地理的事情から人の居住には適さないため、太陽発電の課題は送電および電池の開発とされている。

また経済性の観点から見ても太陽発電機単体の運用と保守の経費は安価であるがそれをサポートする火力発電や電気備蓄の費用が高額であり、また導入時の初期費用が非常に高額であるために、現時点では太陽発電は政府の施設導入に対する直接の補助および発電電力の値段を政府が市場価格よりも法律で高めに設定する必要がある。メーカー間の競争によって性能向上と低価格化が図られているが、現時点での問題はその発電量ではなく、昼夜の変化で発電量が変化するだけでなく、天候によっては発電が突然止まってしまうことにあり、これを解決できる長い期間に渡って高還元率での電気の備蓄方法であり、これがネックになって実際に経済性のある実用化の技術はいまだに存在しない。これまでの世界的な需要の拡大はあくまでも各国政府の補助金が拡大していたからであり、近年の金融危機でヨーロッパの緊縮財政の煽りを受けて複数の再生可能エネルギー関連の企業が補助金の削除を受けて倒産した。

この項では、主に発電方式としての太陽光発電について述べる。発電の原理や太陽電池の種類などについては、「太陽電池」の項を併せて参照されたい。

特徴


国際宇宙ステーションの太陽電池パネル
灯台の電源として用いられている太陽光発電設備の例

長所


  • 装置
    • 発電部（セル）は原理的に可動部分が無く、磨耗等による機械的な故障が起きない（太陽電池#原理を参照）
    • 規模に関わらず発電効率が一定であるため、小規模・分散運用に向いている
    • 発電時に廃棄物・温排水・排気・騒音・振動などの発生がない
    • 出力ピークが昼間電力需要ピークと重なり、需要ピーク電力の削減に効果があるSolaranlagen liefern Spitzenlaststrom, Statement Prof. Bruno Burger, Fraunhofer ISE, Freiburg, Juni 2011（ドイツにおける太陽光および風力発電の発電実績の例（独語））
  • 設置位置
    • 需要地に近接して設置できるため、送電のコストや損失を最小化できる
    • 蓄電池の利用で非常用の電源となりうる
    • 運搬・移動に適した製品も造れる
    • 他の発電方式と比較して設置の制限条件が少ない。建築物の屋根や壁面にも設置できるため、土地を占有せずに設置することが可能
  • 社会
    • 構成材料の大部分がリサイクル可能
    • 輸出産業として利益が見込める
    • 設置国のエネルギー自給率を向上させる
    • 稼働に化石燃料を必要としないのでエネルギー安全保障上有利になる（製造等に必要なエネルギーについては#エネルギー収支を参照）
    • 発電時に温室効果ガスを排出せず、設備製造等での排出も比較的少ない（#温室効果ガス（GHG）排出量を参照）

短所


設置場所


太陽光発電は設置する場所の制約が少ないのが特徴であり、腕時計から人工衛星まで様々な場所で用いられる。地上に直接設置することも可能であるが、太陽光を十分に受けることができ、パネルの重量に耐えることができる場所であれば屋根や壁など建造物の様々な場所に設置が可能である公共施設における導入事例(JPEA)Photo Gallery of PV-installations (IEA PVPS)。また近年は軽量で柔軟なフレキシブル型太陽電池も開発されており、取り付けの自由度が高まっているフレキシブルなアモルファスシリコン太陽電池の例（富士電機システムズ株式会社 F-Wave）。

装置構成


住宅用太陽光発電設備(系統連系型)の大まかな構成例太陽光発電装置は主に以下の要素から構成される太陽光発電協会編、太陽光発電システムの設計と施工 改訂4版、オーム社、2011年9月、ISBN 978-4-274-21060-0Solar Cells and their Applications Second Edition, Lewis Fraas, Larry Partain, Wiley, 2010, ISBN 978-0-470-44633-1 , Figure 10.2。

電化されている地域では電力会社の電力網や送電線網に接続される「系統連系型」が用いられる。蓄電池は必須ではない。
太陽電池パネルの出力は接続箱を経由して取り出される。独立型のインバータやパワーコンディショナでは接続箱との間に直流側開閉器が備わり、系統連係型のパワーコンディショナでは接続箱との間に直流側開閉器が、分電盤との間に交流側開閉器が備わっている。売電するシステムでは、売電用の電力メーターが買電力用のメーターと直列につながっている。

未電化地域、宇宙・離島のような遠隔地、道路標識のような小電力用途等では、系統に繋がず、蓄電池や他の電源を組み合わせた独立型（独立蓄電型）の構成が用いられる。

一般住宅用の系統連系型などでは蓄電池を置かない場合が多いが、系統連携の場合、系統に何らかの障害が発生した場合、自身は正常であっても系統連鎖事故防止のために全停電させる必要があることなどから、家庭用の蓄電池製品も出現し始めている住宅用大容量蓄電池をパナソニックが製品化、容量は1.6kWhと3.2kWh。アットマークアイティ・モノイスト、2011年10月。ドコモが太陽光蓄電システム　家庭向け10万円以下。2012年にも発売。日経新聞、2011年10月27日。。また独立蓄電型に商用等を常時併用、専用回路化し、特に災害停電発生時に必要な照明、通信等の必要最小限の電力を連続供給する無停電電源システムとしたものも発売されている信越電気防災 ソーラーUPS。

発電コスト


欧州における太陽光発電の発電コストの見通しSolar Photovoltaics competing in the energy sector – On the road to competitiveness, EPIA, Sep 2011(ページ内で当該PDFにリンクされている）, Figure 7
各種発電所の設備容量あたりの建設単価予測 (2050年)
（詳しくは太陽光発電のコストを参照）太陽光発電の発電コストは他の電源の数倍とも言われる。電力量あたりのコストでは価格競争力が不足するため、現時点では普及促進に際して助成が必要とされるIEA, Deploying Renewables -- Principles for Effective Policies, 2008。普及に伴い、ほぼ経験曲線効果に従って価格が低下し続けているSolar Photovoltaics competing in the energy sector – On the road to competitiveness, EPIA, Sep 2011(ページ内で当該PDFにリンクされている）, Figure 3。既に一部地域では、グリッドパリティが達成されていると見られるNew Study: Solar Grid Parity Is Here Today, Greentech Media, Dec 7 2011。中長期的には、コストが最も安い発電手段の一つになると見られているIEA, Energy Technology Perspectives 2010, Chapter3, Table 3.2 - 3.5。

受電端の電力価格と同等のコストになるグリッドパリティはモジュール価格にして1ドル/Wpが目安とされていたが、2011年時点でそれより安い価格で出荷されている例が出現しているCurrent price index of solar PV modules, SolarServer.com。また、さらなるコスト低減を表明している企業もあるFirst Solar analyst day post-mortem, Part I: 52 cents manufactured cost per watt seen by 2014, PV-tech.org, 30 June 2009。
欧州主要国（フランス・ドイツ・イギリス等）では、2020年までに順次、既存の火力発電とコストで競い始めると見られているSolar Photovoltaics competing in the energy sector – On the road to competitiveness, EPIA, Sep 2011, Figure 12。
米国の条件の良い地域では、2012～2014年頃に天然ガス等の発電コストよりも安くなり始めると見られるGTM Research, Cost and LCOE by Generation Technology, 2009 - 2020, P.5。
日本国内においては、補助金が中断した2005年頃から価格は増加傾向を示したIEA PVPS, Indicative module prices in national currencies per watt in reporting countriesが、その後新たな普及促進政策が施行されてから再び下がり始めている家電Watch、藤本健のソーラーリポート 再生エネ法成立でソーラー市場が一気に拡大 ～2020年までに発電コストは商用電力以下に、2011年8月（太陽光発電のコスト#政策も参照）。
蓄電池を用いた独立型システムにおいても、今後の価格低下と途上国などでの普及拡大が予測されているW.Hoffman(EPIA),R.Kubis(EUROBAT),The role of Energy Storage in the future development of photovoltaic power, Intersolar, 12 June 2008。

設備導入費用の内訳においては、太陽電池モジュール（パネル）以外の工事・流通・周辺機器等の費用の割合が大きくなっている。2011年時点で、パネル製造費の割合は２割程度等とされるAn Economic Analysis of Photovoltaics Versus Traditional Energy Sources: Where Are We Now and Where Might We Be in the Near Future?, Michael Woodhouse, Ted James, Robert Margolis, David Feldman, Tony Merkel, Alan Goodrich, NREL/CP-6A20-50714, July 2011（太陽光発電のコスト#コスト構造も参照）。

太陽光発電のコストは、一般的に設備の価格でほぼ決まる。運転に燃料費は不要であり、保守管理費用も比較的小さい。エネルギーセキュリティ向上などの付加的なコスト上のメリットも有する。また特に昼間の需要ピークカットのコスト的メリットが大きいとされる（エイモリー・B・ロビンス「スモール・イズ・プロフィタブル(Small is profitable)」ISBN 4-87973-294-XP.131-132, Solar Revolution / The Economic Transformation of the Global Energy Industry, Travis Bradford, The MIT press, ISBN 978-0-262-02604-8P.131など）。途上国で送電網が未整備な場合、消費電力に比して燃料輸送費や保守費が高い場所など（山地、離島、砂漠、宇宙等）では、現段階でも他方式に比較して最も安価な電源として利用されている。

太陽光発電そのもののコストのほかに、火力発電の発電量の削減を進めるに伴い、需要と供給の各種変動のギャップを埋める費用の発生も見込まれている。これは風力発電や原子力発電など他の電源も関連する事項である。送電網の機能強化や需要側の制御も含めたスマートグリッドなどの総合的な対策が各国で検討・推進されているSmartGrids Technology Platform（欧州のスマートグリッド開発推進機構）A Vision for the Modern Grid(NETL)[http://www.thomas.gov/cgi-bin/query/z?c110:H.R.6.ENR: U.S. Energy Independence and Security Act of 2007]。

利用形態

独立蓄電


パーキングメーターへの利用例
街路灯で風力発電と併用される。
発電した電力を二次電池に蓄電してその場で利用し、外部送電網に接続しない形態。夜間や悪天候時の発電量低下時も太陽光発電のみで電力を供給したい場合に利用される。後述の系統連系に比して、蓄電設備のコスト（金銭・エネルギー・CO排出量）が増えるため、外部からの送電コストが上回る場合や、移動式や非常用の電源システムなどに用いられる。一般に消費電力が比較的少なく、送電網から遠い場合にメリットが大きくなる。また送電網にごく近い場合でも、送電電圧が高い場合はやはり太陽光発電による独立電源システムが安くなることがある。一般向けに、手の平程度の大きさの最大電力点追従装置(MPPT)に自動車用バッテリーを組み合わせる製品なども市販されているたとえばhttp://www.morningstarcorp.com/。以下、利用例を幾つか列挙する。

  • 携帯用小型機器

携帯用小型機器では、電卓・ライト・腕時計など、消費電力の少ない携帯機器を一次電池や商用電源による充電不要で利用するために超小型のものが使用される。小型一次電池による電力が比較的高価なためコストの面でも効果がある。電気二重層コンデンサによる蓄電も行われる。

  • 送電網が未熟な国々や地域で民生用電化製品の電源として利用
  • 無線通信網の中継局や航空管制局http://www.pvsystem.net/mongolia/mngpvabs2.html
  • 燃料の輸送や冷却水の確保が難しい地域の電源として利用
  • 庭園灯や街路灯、駐車券発行機などでメンテナンスや配線のコスト削減のために利用
  • 非常時の電源確保
  • 軍用、キャンプ用（可搬式）
  • 自動車のバッテリー補助

愛好家がハイブリッド車に載せるなどの例がみられるSolarElectricalVehicles（ハイブリッド車に太陽電池を装備するサービスを行う企業）。2009年にはトヨタがプリウスがソーラーパネルによる換気システムを搭載できるようになるトヨタ、プリウス公式サイトより、2009年1月。

  • 船舶のエネルギー源

船舶の補助動力としての利用も検討されている。2008年、日本郵船と新日本石油（現：JX日鉱日石エネルギー）が自動車運搬船で試験することを発表している日本郵船、新日石　太陽光活用の大型船舶を開発、MSN産経ニュース、2008.8.26。

  • 宇宙空間での利用

地球を回る人工衛星や、太陽に近い所を飛ぶ惑星探査機などに使われている。なお木星など遠距離の惑星へ行く惑星探査機は、太陽からのエネルギーが小さくなってしまうため太陽光発電は通常使われない。

  • 灯台用電源

小型灯台では白熱電球から高光度LED灯器に切り替えるのに合わせて、商用電源から太陽電池に順次置き換えられている。常神岬灯台

系統連系


集合住宅での利用例
太陽光発電システムを、電力会社の送電網に繋げる形態を系統連系という。太陽電池モジュール→パワーコンディショナー→商用電源という接続形態を取る。発電量が設置場所での利用量を上回る分は電力会社に買い取ってもらう（売電）。また、売電電力を送電網に送ることを逆潮流と呼ぶ。夜間や悪天候時など、発電量を利用量が上回る時は系統側からの電力供給で補う。独立蓄電形態のような大容量の蓄電設備が不要なため、コスト・GEG排出量・ライフサイクル中の投入エネルギーが最小限で済む。近くに送電網が来ている場合は、通常この形態で利用する。

出力変動


太陽光発電は天候や気温によって出力が変動し、曇天時や雨天時は晴天時に比較して大幅に発電量が低下する。また夜間は発電しない。系統連系においては、変動が速すぎると他の電源による調整が追いつかなくなるおそれがある。この変動への対応は、大きく2種類の変動への対応に分けられる。比較的短い周期（数秒-数十分）の変動について::
太陽光発電のような分散型電源に於いては、規模が大きくなり、設置場所が分散するほど速い変動成分が平滑化され、電源網側での対処が容易となる。これはならし効果と呼ばれ、これによってある程度の導入量までは問題は無いとされる出力変動と緩和策（産業技術総合研究所）。米国などにおける調査では、特別な対策をしなくても系統負荷の3割以上の設備容量の系統連系が可能とされている（P.261）。その程度までの連系容量については、過去の大規模な実証試験において、変動は電力網側の調整余力で対応可能であり、送電網全体では送電コスト低減などによるメリットが上回ると報告されている（,P.300など）。連系する容量がある程度以上増加すると、それに応じた変動対策が必要になるとされる。また将来的にはスマートグリッドなど、他の発電方式や電力需要側も含んだ系統全体での包括的対策が必要と考えられている（#発電コストを参照）。

比較的長い周期（数時間-数日）の変動について:
系統連系が主体の導入形態の場合、導入量が少ない段階では、この変動については当面大きな心配は無いとされる。普及が進んで昼間の電力が余るようになると、蓄電設備によって余剰分を他の時間帯に回すなどの対策の必要性が生じる。また独立形のシステムなどで電力の殆どを太陽光発電に頼る場合などは、何らかの蓄電装置を追加して需給の差を埋める（#独立蓄電を参照）。

モジュールを様々な方向に向けて設置している場合、個々の方向で出力が最大になる時間帯がずれるため、正午の瞬間最大出力が低くなる代わりに、他の時間帯の出力が増加する。一方、電力の需要量は時間帯によって変動し、一般的に午前よりも午後の方が大きい日本における一日の電力需要の変化の例：電力の需要量の変化とその対応。このため固定式のモジュールの場合、電力需要との整合性を取る観点からは、真南よりも多少西向きに設置するのが好ましい。米国サクラメント市における解析例では、20度の傾斜を持たせて設置する場合、真南から30度西にずらすと、総発電量は約1%減少するが、容量が系統に貢献する度合いは25%近く増加し、全体では経済的価値が大きくなると報告されているH.Wengerら,1996年。また冷房需要の多い地域では、日照と電力需要の相関関係が高くなるため、太陽光発電の価値が相対的に高くなる（,P.231など）。

最大電力点追従制御


最大電力点追従制御　(Maximum power point tracking、MPPT)　は、インバーターが太陽電池からの電圧と電流の積である電力が最大になる出力電圧で電流を取り出す制御機能である。この機能を使用することにより太陽光の日射量に応じて最適の条件で電力を供給できる。インバーターが直流/交流変換動作を行わない状態では，太陽電池の出力電流がゼロで，出力電圧は開放電圧(Open circuit voltage;Voc)である。インバータが変換動作を行うと太陽電池から電流が流れるとともに太陽電池の電圧が下がる。インバータの電流制御によって除々に太陽電池の出力電流を増やした時にインバータを通過する電力が増えればさらに電流を増やし，逆に電力が減れば電流を減らす方法によって最大電力点に到達する。この制御方法を山登り法と呼ぶ。住宅用太陽光発電用インバータでは，太陽電池がアモルファス，結晶系など，多様な電流・電圧特性を持つので，いずれの特性の太陽電池に対しても安定に最大電力点に追従して運転することが求められる。そのために，最大電力追従のための一回の電流の変化幅と変化の速さ・頻度を選ぶことが重要である。最大電力点追従制御は，インバーターの直流の運転電圧を，太陽電池アレイと直流ケーブルを通した最大電力点の電圧に近付ける働きをする。最大電力点追従制御は太陽光発電システムの使用者には実際の測定がむずかしく，インバーターの直流／交流変換の効率と同じく，製造者による性能表示が重要である。

発電部の構成と特殊な製品例

セル、モジュール、アレイ


結晶シリコン型太陽電池（セル）の代表的構造
多結晶シリコン型太陽電池（セル）
2010年現在は、発電部分に用いられる太陽電池は小さな素子であるため、これを多数平面状に配列することで発電パネルは構成される。この配列は以下のような階層構造になっていることが一般的である。

セル
太陽電池の単体の素子は「セル」(cell) と呼ばれる。素子中の電子に光エネルギーを吸収させ、光起電力効果によって直接的に電気エネルギーに変換する（詳しくは太陽電池の原理を参照）。1つのセルの出力電圧は通常 0.5-1.0V である。複数の太陽電池を積層したハイブリッド型や多接合型では1セルの出力電圧そのものが高くなる。必要な電圧を得られるよう、通常は複数のセルを直列接続して用いる。また幾つかの薄膜型太陽電池では、複数の直列接続されたセルを1枚の基板に作り込むことで、小型でも高い電圧を発生でき、セルを直列接続する結線工程も省力化できる。

モジュール
セルを直列接続し、樹脂や強化ガラス、金属枠で保護したものを「モジュール」(module) または「パネル」(panel) と呼ぶ。モジュール化により取り扱いや設置を容易にするほか、湿気や汚れ、紫外線や物理的な応力からセルを保護する。モジュールの重量は通常、屋根瓦の1/4-1/5程度である。なお、太陽光発電モジュールは「ソーラーパネル」(solar panel) と呼ばれることもあるが、この名称は太陽熱利用システム（太陽熱温水器など）の集熱器に対しても用いられる。

ストリング
モジュールを複数枚数並べて直列接続したものを「ストリング」(string) と呼ぶ太陽光発電協会編、「太陽光発電システムの設計と施工」、ISBN 4-274-20273-9]。

アレイ
ストリングを並列接続したものを「アレイ」(array) と呼ぶ。

モジュール製品の例


用途や環境に応じて、下記のように様々な種類の製品が市販されている。

  • 太陽電池セルとセルの間に隙間を作り、光を透過させる機能も併せ持つもの（タミヤ製作所の項を参照）
  • 高効率で、より少ない設置面積で済むもの
  • 高温環境でも性能の落ちにくいもの（温度の影響の項を参照）* 強風対策品
  • 塩害対策品
  • 低角度設置に対応して、特に汚れが落ちやすくしたもの
  • 反射光を軽減して周囲に配慮したもの
  • 網目状のセルを使用し、ある程度の光を透過させるもの（半透過型；窓やビル壁面などに利用）
  • 着色して意匠性を持たせたもの
  • 軽量にして屋根への負担を特に軽減したもの
  • 裏面からも光を取り入れ、周囲からの反射・散乱光も利用して発電するもの
  • フレキシブルで持ち歩きが容易なもの
  • 建造物の平面や曲面に接着剤で貼り付けるだけで設置できるもの

経年劣化と寿命


太陽光発電システムには大部分の製品が稼働できると推測される「期待寿命」と、メーカーが性能を保証する「保証期間」がある。メーカーの製造ミスなどで早期に出力低下などのトラブルが起こることもある。通常の経年劣化による出力低下は20年で１割未満と報告されている。

発電可能な量

資源量


英語版"Solar energy"より）/' title=':en:Solar_energy/' title='ファイル:Solar_land_area.png|thumb|right|250px|地球上の太陽光エネルギー資源量の分布（1991-1993年の平均、昼夜の変化や天候の影響含む）。黒点は、変換効率を8%と仮定して世界の主要エネルギー源を太陽光で十分賄うために必要な面積を表す。（[[:en:Solar_energy'>英語版"Solar energy"より）'>:en:Solar_energy/' title='ファイル:Solar_land_area.png|thumb|right|250px|地球上の太陽光エネルギー資源量の分布（1991-1993年の平均、昼夜の変化や天候の影響含む）。黒点は、変換効率を8%と仮定して世界の主要エネルギー源を太陽光で十分賄うために必要な面積を表す。（[[:en:Solar_energy'>英語版"Solar energy"より）
ドイツ、EU25カ国および全世界の需要と等しい電力をhttp://www.dlr.de/tt/Portaldata/41/Resources/dokumente/institut/system/projects/Ecobalance_of_a_Solar_Electricity_Transmission.pdf/' title='太陽エネルギーで発電するのに必要な面積http://www.dlr.de/tt/Portaldata/41/Resources/dokumente/institut/system/projects/Ecobalance_of_a_Solar_Electricity_Transmission.pdf'>太陽エネルギーで発電するのに必要な面積http://www.dlr.de/tt/Portaldata/41/Resources/dokumente/institut/system/projects/Ecobalance_of_a_Solar_Electricity_Transmission.pdf
太陽から地球全体に照射されている光エネルギーは膨大で、地上で実際に利用可能な量でも世界のエネルギー消費量の約50倍と見積もられている山田興一・小宮山宏「太陽光発電工学」ISBN 4-8222-8148-5。地球に降り注ぐ太陽光による総エネルギー量は173.000 TWで、その内僅か40 TWが光合成を経て、有機物に生成される。人間活動によって消費されるエネルギー量はそれよりもさらに少なく、14 TWである。たとえばゴビ砂漠に現在市販されている太陽電池を敷き詰めれば、全人類のエネルギー需要量に匹敵する発電量が得られる計算になる太陽光発電って何だろう(NEDO)。太陽光発電システムの生産に必要な原料も基本的に豊富であり、少なくとも2050年頃までに予測される需要は十分に満たせるとされるPV FAQs:Will we have enough materials for energy-significant PV production?,米国国立再生可能エネルギー研究所(NREL), DOE/GO-102004-1834, January 2004。シリコンを用いる太陽電池では、資源量は事実上無限とされる。またシリコンを用いない太陽電池についてはインジウムなどの資源が将来的に制約になる可能性があるが、技術的に使用量を節約することで2050年以降も利用可能ではないかと見られている。なお、太陽電池用シリコン原料の供給は2008年までは逼迫して価格も高止まりしていたが、各社の増産が追いつくことで2009年からは価格の低下が予測されているNew Energy Finance Predicts 43% Solar Silicon Price Drop, greentechmedia, 18 August 2008。太陽電池専用のシリコン原料（ソーラーグレードシリコン）の生産技術も様々なものが実用化されており、精製に必要なエネルギーやコストも大幅に削減されると見られている。

日本国内で導入可能な規模、導入効果の目安


太陽光発電は大きな設置面積を必要とするものの、設置場所を選ばない。日本においても、潜在的には必要量よりも桁違いに多い設備量（7984GWp = 約8TWp分）が導入可能と見積もられている。このため太陽光発電の導入量は、安定電力供給の電源構成上の観点から決まるとされる日本で導入できる量（産業技術総合研究所）。そのような観点から導入可能な設備量は102GWp-202GWp程度と言われる。その中では、建造物へのソーラーパネル設置により期待される導入量が多く、積極的に開発を進めた場合の将来の導入可能量は戸建住宅53GWp(ギガワットピーク)、集合住宅22GWp、大型産業施設53GWp、公共施設14GWp、その他が60GWpなどとなっている2030年頃までの技術発展を想定したときの国内導入可能量（MW）（NEDO 新エネルギー関連データ集 平成17年度版）。
太陽光発電の累計導入設備量が100GWp（=1億kWp）になると、その発電量は日本の年間総発電量の約10%に相当する（200GWpで約20%、8TWpで8倍の計算）。世界的に見ると、日本における平均年間日照量は最も日照の多い地域の半分程度であるが、導入量世界一のドイツよりも多い（右上図参照）。国内で見ると、冬期に晴天が少なく積雪の多い日本海側では日照量・発電量が少なく、太平洋側で多くなる実環境における発電量 （産業技術総合研究所）。

温室効果ガス（GHG）の排出量とエネルギー収支


太陽光発電のGHG排出量は化石燃料電源の排出量より格段に少なく、利用することでGHG排出量を削減できる温室効果ガス排出量の削減（産業技術総合研究所）。またEPT（後述）やエネルギー収支の点でも実用水準であるとされる太陽光発電のエネルギー収支（産業技術総合研究所）。

主な影響要因


太陽光発電の発電電力当たりのGHG排出量や投入エネルギー量は、システム製造工程と、設置環境において発電できる量でほぼ決まる。運転時は燃料を必要とせず、GHGを排出しない。メンテナンスや廃棄時に排出するGHGや投入エネルギー量も比較的少ない。

  • システム製造時のGHG排出量や投入エネルギー量は、システムに用いる太陽電池の型や、量産に用いる技術、量産規模などに影響される。一般に単結晶シリコン型が最も多く、これに多結晶シリコン型が続く。薄膜型（アモルファス、CdTe、CIGS、積層型など）は比較的少ない。また生産規模の影響については、例えば年間生産量が10MWから1GWになると、設備容量あたりの投入エネルギー量が半分以下になると計算されている。

温室効果ガス（GHG）排出量


太陽光発電は設備の製造時などに際してある程度の温暖化ガスの排出を伴うが、運転（発電）中は全く排出しない。採鉱から廃棄までのライフサイクル中の全排出量を、ライフサイクル中の全発電量で平均した値（排出原単位）は数十g-CO2/kWhであり、化石燃料による排出量(日本の平均で690g-CO2/kWhhttp://www.env.go.jp/council/06earth/r062-01/2-4.pdf）よりも桁違いに少ない。

  • 日本における排出原単位は、現状の一般家庭の場合で29-78g-CO2/kWh（稼働期間20年の場合。30年に単純換算するとその2/3）と算出されているNEDO成果報告書 みずほ情報総研、NEDO、太陽光発電システムのライフサイクル評価に関する調査研究、No. 20090000000073。削減効果の目安は660g-CO2/kWhとされる温室効果ガス排出量の削減（産業技術総合研究所）
  • 欧州南部での見積もりでは、結晶シリコン太陽電池は現状で25-32g-CO2/kWh、将来は約15g-CO2/kWhに減少すると予測されている Alsema, E.A.; Wild - Scholten, M.J. de; Fthenakis, V.M.Environmental impacts of PV electricity generation - a critical comparison of energy supply options ECN, September 2006; 7p.Presented at the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Dresden, Germany, 4-8 September 2006.

エネルギー収支


太陽光発電設備のエネルギー源としての性能を比較するとき、エネルギーペイバックタイム（EPT）やエネルギー収支比(EPR)が指標として用いられることがある。これらは設備の製造やそれに必要な原料の採鉱・精製、保守などに投入されるエネルギーに対して、どれだけの電力が得られるかを示す。ライフサイクルアセスメント(LCA)の一環である。エネルギー収支や環境性能について実用性を否定する意見は、いずれも都市伝説などとして否定されている 太陽光発電のEPT/EPRについて]（What is the energy payback for PV?, PV FAQs([[米国国立再生可能エネルギー研究所/' title='産業技術総合研究所）What is the energy payback for PV?, PV FAQs([[米国国立再生可能エネルギー研究所'>産業技術総合研究所）What is the energy payback for PV?, PV FAQs([[米国国立再生可能エネルギー研究所(NREL)Learning About PV: The Myths of Solar Electricity（米国エネルギー省）。現状で一般的な値はそれぞれEPTが1-3年程度、EPRが10-30倍程度とされる太陽光発電のエネルギー収支（産業技術総合研究所）。

世界各国の状況


世界の太陽電池（セル）生産量
詳しくは太陽光発電の市場動向#世界各国の状況を参照世界全体の太陽電池の生産量は、指数関数的に拡大し続けている。代表的な統計であるPV NEWSの集計によれば、2010年の生産量は2009年に比べて111%増加し、23.9GWp(ギガ・ワットピーク)となったPV NEWS (Greentech Media)、2011年5月号（値は調査会社によって異なり、例えばPhoton Internationalでは27.2GWpとしているPhoton International誌、2011年3月号）。地域別シェアは中国と台湾が合わせて59%、欧州13%、日本9%、北米5%、その他14%である。
世界全体の2010年の太陽光発電の導入量は、EPIAによる集計で16.6GWpと見られるEPIA, Global Market Outlook for Photovoltaics Until 2015 公式サイトよりダウンロード可能）。solarbuzz社による集計では18.2GW、額にして820億米ドル(約6.5兆円)であった2010年の太陽電池設置量は18.2GWで市場規模は6.5兆円――Solarbuzz調査、日経Tech-On!、2011年3月。地域別の年間導入量は、欧州が13.2GWpで約８割を占め、次いで日本(0.99GWp)、北米(0.98GWp)、中国(0.52GWp)、APEC(0.47GWp)、その他(0.42GWp)となっている。
市場規模は2025年には太陽電池そのものが約9兆円、構成機器全体では約13兆円、システム構築市場が約18兆円等、それぞれ2009年の5倍以上に達すると言われている世界の太陽光発電システム、周辺機器市場の調査を実施、富士経済、2010年12月。

セル製造シェア


詳しくは太陽光発電の市場動向#世界各国の状況を参照2010年の世界市場での太陽電池セル製造メーカー上位3社のシェアは次の通りである太陽光発電情報、2011年5月分、資源総合システム。上位10企業のシェアの合計は44%で、2008年の54%太陽光発電情報、2009年4月分、資源総合システムから低下している。上位10社では、日本のシャープと京セラがそれぞれ8位と10位である。

|-
|//
| First Solar
|5.9%
Suntech
Ja Solar

太陽電池セル製造用装置メーカー


2008年の世界市場での太陽電池セル製造装置売上高トップはアプライド・マテリアルズであったVLSI Research & Rau|Roth & Rau]、& Rau|Roth & Rau]、[[w:en:centrotherm Photovoltaics'>Centrotherm、OC Oerlikon Balzers、[[アルバック/' title='w:en:centrotherm Photovoltaics/' title='w:en:Roth" onclick="window.open(this.href, '_blank'); return false;">& Rau|Roth & Rau]、[[w:en:centrotherm Photovoltaics'>Centrotherm、OC Oerlikon Balzers、[[アルバック'>w:en:centrotherm Photovoltaics/' title='w:en:Roth" onclick="window.open(this.href, '_blank'); return false;">& Rau|Roth & Rau]、[[w:en:centrotherm Photovoltaics'>Centrotherm、OC Oerlikon Balzers、[[アルバックと続く。詳しくは太陽光発電の市場動向を参照。

政策


日本の状況


日本における太陽電池の出荷状況JPEAによる国内の生産量・出荷量の統計
日本におけるモジュール単価の推移IEA-PVPS, Trends in Photovoltaic Applications

日本はオイルショックを経験した1970年代から開発と普及に力を入れており太陽電池はどのように発明され、成長したのか、桑野幸徳、オーム社、平成23年8月、ISBN 978-4-274-50348-1、生産量や導入量で長らく世界一を誇っていた知らなきゃヤバイ！太陽光発電ビジネス、一木修、日刊工業新聞社、ISBN 978-4-526-06447-0。2000年ごろまでは、欧州全体より日本一国の方が発電量が多かった。しかし近年は他国に冠を奪われている。2004年頃には世界の約半分の太陽電池を生産していたが、2010年の生産世界シェアは9%である。生産量は2GWpを超えて増加しており（右図）日本における太陽電池出荷量の推移(JPEA)、うち半分以上を輸出している。輸入量は国内販売量の約16%である。国内出荷量の約8割が住宅向けである平成22年度第4四半期及び年度値 太陽電池セル・モジュール出荷統計について、太陽光発電協会(JPEA)。個人宅向けが中心であるが、近年は集合住宅での導入例も見られる集合住宅における太陽光発電システムの設置の現状と課題、資源エネルギー庁、H21年3月環境価値と経済メリットを両立させる積水ハウスのECO賃貸住宅、ダイヤモンドオンライン。

2005年に新エネルギー財団(NEF)による助成が終了すると国内市場は縮小し、価格も下げ止まった。これを受けて2008年以降に助成策が強化されると、国内市場は拡大を再開し、価格も再び下がり始めた（右図；詳しくは太陽光発電の市場動向#歴史的経過を参照）。また関連産業の規模は2010年度は約1.3兆円（見込み）であった2010（平成22）年度光産業国内生産額、全出荷額調査結果について、光産業技術振興協会、2011年4月。2011年度は約1.5兆円に拡大する見込みである。うち約半分がセル・モジュールで、残り半分がそれ以外の産業の分である。関連雇用は4万人を超えたと見られている。

政策


日本では2011年現在、余剰電力買取制度（固定価格買取制度の一種）のほか、国・自治体による各種助成策が実施されている。また2012年から公共・産業向け設備に対する全量買い取り制度が導入されると共に、他の再生可能エネルギーも対象に加わる予定であるなっとく！再生可能エネルギー、資源エネルギー庁（買取制度の解説サイト）。
共同で大規模な発電システムを設置・運営し、売電収入を分配する市民共同発電所の設置例・検討例も見られる市民共同発電所　出資者　募集！、彦根市、愛荘町、NPO燦電会（市民共同発電所、彦根市の例）住民出資、共同で太陽光発電所　東近江モデル、拡大構想、asahi.com（市民共同発電所、滋賀県の例）住民出資発電／自然エネ推進のモデルを、神戸新聞（市民共同発電所、兵庫県の検討例）。

日本の主な太陽光発電システムメーカー


2010年における日本の太陽電池生産企業は1位がシャープであり、以下京セラ、三洋電機、三菱電機と続く。詳しくは太陽光発電の市場動向を参照。
上記以外にもセル生産や部材供給に関わる企業が多数存在する（例：太陽光発電協会（JPEA）によるメーカー一覧）。近年は中国等海外からも国内市場への参入例が見られる日中企業の相互進出の諸相、帖佐廉史。

宇宙太陽光発電


太陽光発電の最大の欠点として、太陽光に依存するため、夜間に発電できず、天候や気温によって発電量も変化してしまう点が上げられる。この欠点を回避するため、宇宙で太陽光発電を行う宇宙太陽光発電という構想があり、現在は日本、アメリカ、欧州が中心となって研究が進められている。

宇宙に太陽光発電用の人工衛星を打ち上げ、太陽光のエネルギーをマイクロ波またはレーザー光に変換して地上の受信局に送信し、地上で再び電力に変換するという構想である。宇宙空間の太陽光は、大気に遮られる地上よりも強力である。また大気圏外で受光するため、地球上の天候（雲）や季節に左右されない。

外部リンク

解説サイト


公的機関や業界団体により、解説サイトが設置されている。

日本国内

日本国外

この他、各メーカーや販売企業によるものもある。詳しくは各企業のサイトを参照されたい。

産業団体


太陽光発電に関連の深い産業団体としては、下記のようなものがある。

日本国内
* 太陽光発電協会（JPEA）公式サイト…日本最大の太陽光発電専門の業界団体。導入・普及促進・広報事業などを手がける。
* 太陽光発電技術研究組合(PVTEC) 公式サイト…日本の業界団体で、研究・技術開発に重点を置く。
* 光産業技術振興協会(OITDA) 公式サイト
* ソーラーシステム振興協会(SSDA) 公式サイト
* 日本電機工業会(JEMA) 公式サイト

公的機関


日本国内
* 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）公式サイト…エネルギー・環境技術の一環として、太陽光発電に関する研究開発・普及を推進する活動を行っている。
* 新エネルギー財団（NEF）公式サイト…2005年まで、住宅用太陽光発電導入促進事業を行っていた。
* 日本学術振興会 公式サイト
* 環境省 公式サイト
* 資源エネルギー庁 公式サイト
* 東京都 太陽エネルギー利用拡大会議 公式サイト…太陽光発電や太陽熱利用の利用拡大方策の検討会。平成20年2月に最終のとりまとめ「太陽エネルギーの飛躍的な利用拡大に向けて」を策定している。

研究開発

専門部署を有する研究機関


日本国内
* 産総研 太陽光発電工学研究センター…専門の研究機関。太陽電池の標準の供給、各種関連技術の研究開発を行っている。
* 東京大学: 先端科学技術研究センター(RCAST)
* 東京工業大学: 小長井・山田研究室、太陽光発電システム研究センター
* 東京農工大学: 黒川浩助研究室
* 東京理科大学: 太陽光発電研究部門 … 2010年4月発足。各種太陽電池の他、宇宙用システム、システムの高信頼性化等も手がける
* 岐阜大学: 未来型太陽光発電システム研究センター … 薄膜シリコン型、色素増感型、発電量評価等を手がける

専門学会・展示会


代表的な専門学会・展示会を下記に記す。近年は併催の展示会の規模が増す傾向があり、また展示会が主体のものも増えている。国際学会

* World Conference on Photovoltaic Energy Conversion （WCPEC）… 4年毎に地域を変えて開催される専門学会OITDAによる専門学会に関する資料。
* European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition （EU-PVSEC） … 欧州の専門学会。年々規模が拡大しており、2010年9月開催の第25回では学術セッションだけで参加者4540人、併設展示会（広さ8万平方メートル）への来場者38000人を記録している25th EU PVSEC / WCPEC-5, September 2010, Valencia, Spain, Press Release。
* Photovoltaic Science and Engineering Conference （PVSEC） … 日本とアジア・太平洋地域で交互に1年半おきに開催。
* IEEE Photovoltaic Specialists Conference （PVSC） … 米国の専門学会。
国際的な展示会は年間数十件に上るSolarbuzzの展示会情報。

日本国内の学会

* 日本太陽エネルギー学会…日本国内の専門学会。
* PV Japan…専門展示会を主体とする。2008年から下記の新エネルギー世界展示会と併催。
* 新エネルギー世界展示会 …再生可能エネルギー全般を扱う展示会と学会。
* PV EXPO … アジア最大の国際商談展示会。
* 日本学術振興会 産学協力研究委員会 次世代の太陽光発電システム 第175委員会…次世代の太陽電池の各種技術開発に関する研究会・ワークショップ・シンポジウムなどを開催している。

専門論文誌


主なNGO・ユーザー団体


脚注



関連項目



参考文献


  • 工業調査会編、「図解最新太陽光発電のすべて」、2009年7月、ISBN 4769371713
  • 日本太陽エネルギー学会編、「太陽エネルギー利用技術」 ISBN 4-274-20278-X
  • 浜川圭弘・桑野幸徳「太陽エネルギー工学」ISBN 4-563-03603-X
  • 和田木哲哉（野村證券）、爆発する太陽電池産業、東洋経済新報社、2008年11月、ISBN 978-4-492-76178-6
  • 飯田哲也「自然エネルギー市場」ISBN 4-8067-1303-1
  • 太陽光発電協会編「太陽光発電システムの設計と施工」ISBN 4-274-20273-9
  • 産業技術総合研究所太陽光発電研究センター編著「トコトンやさしい太陽電池の本」ISBN 978-4-526-05795-3
  • 太陽電池に関する入門書 太和田喜久「太陽光が育くむ地球のエネルギー」ISBN 4872593030
  • 太陽電池に関する専門書 岡本 博明・太和田 善久「薄膜シリコン系太陽電池の最新技術」ISBN 4781301347


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