家の屋根にある太陽光パネルは、晴れた日に発電しているように見えます。では、曇りの日はまったく電気を作れないのでしょうか。実際には、曇っていても発電することがあります。ただし晴れの日と同じ出力になるとは限りません。天気の名前だけで判断せず、パネルに届く光の量から考えてみましょう。
太陽が直接見えなくても光は届く
晴れた空では、太陽からの光が比較的直接地表へ届きます。雲がある日は、光の一部が吸収されたり、散乱されたりして、空全体から広がるように届きます。直射日光が弱くても、周囲が明るく見えるのは、散乱した光が届いているからです。
太陽光パネルの多くは、光が半導体に当たることで電気を取り出す仕組みを使います。したがって太陽が雲の向こうに隠れていても、届く光があれば発電できる場合があります。曇りを「太陽光ゼロ」と考えるのは正しくありません。
ただし厚い雲で光が大きく減った日は、発電量も小さくなりやすくなります。雲の厚さや動き、時刻、周囲の建物による影などによって、同じ「曇り」でも条件はさまざまです。天気予報の一語だけでは、その時刻の発電量を正確には決められません。
曇りの日にも散乱光が届くため発電量がゼロとは限りません。ただし薄曇りと厚い雲では日射量が大きく異なり、晴天比の割合を一つに固定できません。同じ時刻と設置条件で、晴天の日の出力を100として曇りの日の割合を計算すると違いが見えます。
直射日光と散乱光を分けてみる
太陽光の強さを考えるときには、太陽の方向から直接届く光と、雲や大気で散乱されてさまざまな方向から届く光を区別します。米国エネルギー省の太陽放射の解説でも、直接光と散乱光などが分けて説明されています。
例えば曇りの日に窓の外を見て、太陽の形が見えなくても本を読む程度の明るさがある場合があります。これを、太陽から届く光がまったくなくなったと解釈する必要はありません。光の届き方が変わったのだと考えます。
太陽光パネルの向きや設置角度は、受け取れる光の量に影響します。晴れたときに直射光を多く受ける角度と、曇りの日に広い空からの散乱光を受ける条件は必ずしも同じではありません。だから設置場所の評価は一日だけではなく、季節や周囲の環境も考える必要があります。
出力Wと発電量kWhは別の数字
太陽光パネルの説明には「最大出力400W」などと書かれることがあります。これは決められた試験条件下での出力に関する数字であり、朝から夕方までいつでも400Wを出すという意味ではありません。光の強さやパネルの温度などが変われば、出力も変わります。
仮にある1時間ずっと200Wの出力が続いたなら、発電した電力量は200Wh、つまり0.2kWhです。別の1時間に50Wしか出なければ0.05kWhです。発電量は出力を時間で積み重ねて求めます。瞬間の数字と一日の合計を混同しないようにしましょう。
さらに、パネルが作る電気と家のコンセントで利用できる電気の間には、パワーコンディショナーなどによる変換が入ることがあります。変換時の損失があるため、パネルの出力表示がそのまま家で使える電力量になるとは限りません。どの位置の数字を測っているのかも大切です。
一日の天気を平均だけで語れない理由
朝はよく晴れて昼から曇る日と、朝は曇って午後に晴れる日。同じ「晴れと曇り半分ずつ」でも、太陽の高さや日射の強い時間が違えば、発電量は変わり得ます。太陽光は一般に昼頃に強くなりやすいため、曇っている時間帯の位置が重要なのです。
雲が流れる日には、短い時間で出力が大きく変動することがあります。1分ごとの出力を比べると波が大きくても、1時間ごとに平均すれば変動が小さく見えるでしょう。発電設備を使う側では、短い時間の変化も重要な場合があります。
「昨日の発電量は今日の2倍」という数字が分かっても、日照時間だけで説明できるとは限りません。パネルの温度、影、汚れ、装置の状態なども関係します。原因を調べるなら、一つの数字にすべてを押しつけないことが重要です。
曇りの日の発電量を「晴天の何％」と一律に決めることはできません。薄い雲で日射が比較的強い日と、厚い雲が広がる日では差があります。晴天の発電量を100とした同時刻の実測比を求めれば、場所と時間をそろえた比較ができます。
家庭で記録するなら何をそろえる？
太陽光発電の表示画面を安全に見られる環境があれば、毎日同じ時刻の出力と、一日の発電量を記録して比べられます。外へ出て屋根へ登ったり、配線や装置を開けたりする必要はありません。太陽光設備の点検は危険を伴うため、専門家に任せるものです。
記録には時刻、天気、表示された出力、発電量の単位を書きます。例えば正午に出力が300Wでも、朝からの合計が1.5kWhかどうかは別の情報です。単位の違う数字を同じ表へ入れるときには、列を分けると混同を防げます。
晴れと曇りを比べるとき、季節が違えば太陽の高さも変わります。比較期間を近づけ、できれば同じ時刻で比べた方が、天候による差を考える材料になります。それでも複数の要因が残るので、一日分だけで原因を断定しないようにしましょう。
三つの時間帯の出力を足してみる
出力を時間ごとに記録した例を考えます。ある日は午前10時から11時に150W、11時から12時に300W、12時から13時に100Wで、それぞれの時間中は一定だったと仮定します。電力量は150Wh＋300Wh＋100Wh＝550Wh、つまり0.55kWhです。最も大きい300Wだけを見ても、この3時間の合計は分かりません。
実際の太陽光出力は雲や風などによって刻々と変わるため、1時間のどこかで見た一瞬の表示を、その1時間すべての出力として掛け算するのは不正確です。一定間隔の記録や機器が表示する積算電力量を使い、何を測った数字なのかを確認しましょう。
雨や曇りの日にも意味がある発電
太陽光発電は、届く光を電気へ変える仕組みです。曇っていても光が残っていれば発電し得ますが、夜のように太陽光が届かないときには基本的に発電できません。天候だけでなく昼夜や季節によっても条件は変わります。
電力を使う時間と発電する時間が一致するとは限らないため、蓄電池や電力網との関係も大切です。発電量が多い日でも、夜に使う電気をそのまま太陽光だけで賄えるとは限りません。発電と利用の時刻を分けて考える必要があります。
「曇りは発電ゼロ」という考えを改めるとともに、「曇りでも必ず十分使える」という反対の決めつけもしないことが大切です。天気の名前を一つの結論に変えるのではなく、光の強さ、時間、装置の条件という複数の情報から判断してみましょう。
