両面受光型ソーラーパネルとは何ですか? 概要、仕組み、展望

これらのパネルは単面ソーラーパネルとどう違うのでしょうか?

デビッド・クフタ博士園芸分野で 10 年の経験があり、環境史とエネルギーの変遷について幅広く読んでいます。 1970 年代から環境活動家である彼は、歴史家、作家、庭師、教育者でもあります。

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両面受光型ソーラー パネルは、直射日光と反射光 (アルベド) の両方から太陽光発電を生成します。これは、本質的に両面パネルであることを意味します。

これは、太陽に面した側からのみ発電する、より一般的な片面ソーラーパネルとは大きな違いです。

両面受光型太陽光発電は新しいものではありません。 実際、1954 年にベル研究所によって製造された最初の太陽電池は両面受光型でした。 しかし、両面受光型ソーラーパネルは効率向上の可能性があるにも関わらず、相対的なコストや必要とするより特殊な環境条件などが原因で、片面受光型ソーラーパネルほど広く採用されていません。

直射日光だけでなくアルベドも取り込むことで、各両面パネルで生成される電力量が増加し、設置するソーラーパネルの数が減ります。

単面ソーラーパネルとは異なり、透明なガラスでできているため、光の一部が通過し、下の表面で反射します。 通過する光の量をさらに増やすために、金属フレームやグリッド線の代わりにガラスを使用して固定します。 ガラスは傷がつきにくい強化ガラスです。 それ以外の点では、結晶シリコンを使用して太陽光を吸収し、電流に変換することで、他の太陽光発電 (PV) パネルとまったく同じように機能します。 両面受光型ソーラーパネルの裏面は通常、回路を表面と共有しているため、回路を増やすことなく効率が向上します。

米国エネルギー省の一部門である国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の最近の研究によると、両面受光パネルは単受面パネルよりも最大 9% 多くの電力を生成できます。 より効率の高い単面パネルの場合と同様、これは、設置する必要があるパネルの数と、パネル マウント、インバータ、ケーブルなどの関連ハードウェアの数が減り、ハードウェア コストと人件費の両方が削減されることを意味します。

太陽光発電技術は高温では効率が低下するため、両面受像パネルには別の利点がもたらされます。 単面パネルのような熱を吸収するアルミニウムの裏地を持たないガラスで作られているため、動作温度が低くなり、効率が向上します。

両面受像パネルには、電気を伝導する可能性のある金属フレームがないため、接地する必要はありません。 また、その構造により耐久性が向上するため、多くの場合、単面パネルの 25 年ではなく 30 年と、より長い保証が付いています。

両面受面パネルは拡散日射に大きく依存するため、曇天の気候や、直射日光が少なく間接的な拡散日射の割合が大きい場所では、単面パネルより効率的です。 同じ理由で、両面受光パネルは、拡散太陽光はあるものの、パネルに直接当たるものがない日の長い時間では、より効率的です。

両面受光パネルは、一日中太陽を追跡するソーラートラッカーの恩恵も受けられます。 追跡を使用すると、生成される電力は、単面パネルよりも 27% 増加し、固定傾斜両面パネルよりも 45% 増加することが、ある研究によって示されています。 同様の結果をもたらした別の研究では、ソーラートラッカーの両面受像パネルにより電気代が 16% 削減されたことが判明しました。

両面受光型ソーラーパネルは、砂、コンクリート、雪などの反射率の高い表面の上に最適です。 上の写真にあるチリのアタカマ砂漠のような砂漠は、樹木が最小限に抑えられているため、アルベド率が高く、カリフォルニアの丘陵地帯など、夏に草が茶色に変わる地域も同様です。

NREL は、さまざまな材料の反射率のレベルを比較するデータベースを構築し、DuraMAT Web サイトで利用できるようにしました。 太陽光発電設置業者は、地域の湿度、平均雲量、生態系バイオームの種類、風速、その他のパラメーターに関するデータを使用して、さまざまな場所に両面受光型太陽光発電パネルを配置する相対効率を計算できます。

長期間雪が積もる高緯度地域でも同じことが当てはまります。 通常、冬季のソーラーパネルの発電量は約 40 ～ 60% 減少しますが、気温が低く、高緯度の大気の干渉が少ない場合にはソーラーパネルの方が効率が高くなります。 冬季の気候では、光を電気に変換するのに最も適した季節に、雪からの反射太陽光を捉えることで効率が向上します。

一般に、両面パネルはさまざまな理由から住宅の屋根には適していません。 両面受光型ソーラーパネルは、その下の影を軽減するために、通常、下の反射面より高い位置に設置する必要があるため、屋根面の近くに設置することはできません。 たとえそれができたとしても、暗い色の屋根は光を反射するのではなく、吸収してしまいます。 両面パネルは重量も重いため、設置が難しくなり、使用事例が制限されます。 古い屋根では、追加の重量を支えられない場合や、両面パネルに必要な支持構造に対応できない場合もあります。

最後に、両面パネルはより高価で人件費も高いため、多くの小規模住宅顧客にとって初期費用の合計が法外に高くなります。 それでも、上で引用した同じ NREL の調査によると、パネルの追加コストは 10% 未満であるため、モジュールの効率の追加によって相殺されます。 住宅所有者が両面発電型太陽光発電をサポートする屋根を備え、投資資金を調達できるのであれば、コストを支払う価値は十分にあります。

ただし、他の表面は理想的な場所です。 明るい色で塗装された平屋根の建物には、駐車場の天蓋、プールのパティオ、デッキ、パーゴラ、ポーチ、日よけ、その他の日よけ構造と同様に、両面パネルを取り付けることができます。 コンクリート、砂、砂利、タイルなどの軽量素材をカバーする地上システムも有力な候補です。

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両面受光型太陽光発電の好ましい使用例により、設置設計や設置場所の選択肢が屋上に限定されないため、実用規模および地域の太陽光発電施設はこの技術をより早く採用するようになりました。 このような状況では、両面パネルの平準化コストは、片面パネルより 2 ～ 6% 低くなります。 事業規模およびコミュニティ太陽光発電プロジェクトの開発会社である Clearway Energy Group は、トラッカーと組み合わせた両面受光型太陽光発電のより高いエネルギー出力が、すでに世界のほとんどの地域で最も安価な電力源である太陽光発電の継続的なコスト低下にとって重要であると考えています。 。

制限である可能性があるものは、美徳である場合もあります。 両面受光型ソーラーパネルは、片面受光型ソーラーパネルよりも高いマウントを必要とするため、農業と太陽エネルギー生成を組み合わせた農業用太陽光発電システムの一部としてより簡単に組み込むことができます。 高い山の周囲では作物をより簡単に栽培でき、放牧中の牛や羊はパネルが提供する日陰の恩恵を受けることができ、この 2 つの機能を組み合わせることで土地の生産性が 60% 向上します。

NREL によれば、「両面受光型 PV は、数ギガワット規模のプロジェクトが導入され、主流になりつつあります。」 市場予測担当者は、両面受光型太陽光発電の2020年から2027年の予測期間中に年間複合成長率が15％になると予想しています。 そしてNRELは、2019年の終わりまでに両面受光型太陽光パネルが太陽光発電市場の60％を占めるようになり、2019年の約15％から増加すると予測している。市場需要と政府支援の増加により太陽光エネルギーが拡大し、気候変動が深刻化するにつれて、あらゆる場所のあらゆるものを電化する必要性、スペースの制約、土地利用に関するますます議論の余地がある問題などにより、より少数の、より効率的な両面受像パネルが好まれる可能性があります。

一般的な太陽光発電技術と同様に、生産量が増加するにつれて両面受光パネルのコストは必ず低下し、単受面太陽光発電との価格同等性により、すぐに市場は両面受光パネルに傾くと予測されています。 ラザードの均等化エネルギーコストによると、太陽光発電のコストは 2009 年から 2020 年の間に 90% 低下しました。 このため、両面受像パネルは、規模の経済によりわずかなコスト増加でエネルギー収量の増加が得られることを意味する、事業規模や地域の太陽光発電所にとって特に魅力的です。

米国政府が2018年に導入した関税を撤廃すれば、コスト差も縮小するだろう。これまでバイデン政権は、中国からの輸入よりも米国製の太陽光パネルの生産を促進しようとしており、米国の支持を得て関税を支持してきた。米国に本拠を置くいくつかの太陽光発電メーカー。 この問題は裁判所を通じて進行しているため、現時点でそのような関税撤廃は計画されていない。 しかし、すでに両面フェイシャルシステムの平準化コストは、モノフェイシャルシステムと競合しています。 NREL は、「関税化後は、両面受像機が明らかに勝者となる」と予測しています。

ペロブスカイト太陽電池など、太陽電池パネルの効率を向上させる他の試みとは異なり、両面受光技術は現在存在しており、大規模に展開可能であり、迅速に展開可能です。 気候変動に対する行動の緊急性がますます明確になるにつれ、両面受光型太陽光発電技術は、エネルギー部門における炭素排出量を削減する最も効果的な手段の 1 つとなります。

両面受像パネルはすべての屋上やすべての地上設置に適しているわけではありませんが、その効率の向上により、実用規模の太陽光発電開発業者はより迅速に投資収益を得ることができ、その結果、短期的な利益を求める投資家を惹きつけることができます。 単面パネルと比較して設置面積が小さいため、アパートの所有者は効率的に太陽光発電をテナントに供給することができ、大規模な送電アップグレードを必要とせずに、顧客が必要とする場所の近くにコミュニティ太陽光発電所を建設することができます。 両面受光型太陽エネルギーは、今日ここにある未来の技術です。

両面受光型ソーラーパネルはパネルの両面から太陽光発電を行いますが、片面受光型パネルは太陽に面している側からのみ発電します。

研究によると、両面受光型ソーラー パネルは、単面受光型のソーラー パネルよりも最大 9% 多くの電力を生成できることがわかっています。

両面受光型ソーラーパネルは、傾斜した屋根への設置には理想的ではありません。 砂や雪などの反射面の上で高くホバリングするのが最も効果的です。 他のソーラーパネルと同じように取り付けることができますが、傾けるほど、より多くのエネルギーが供給されます。

両面受光型ソーラー パネルは、従来の片面受光型ソーラー パネルよりも初期費用が最大 10% 高くなります。

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