太陽光パネル、年間発電量が多い角度は？枚数は無制限

質問

平らな屋根に南向き7～10列の太陽光発電パネルを取り付けるとき、角度を何度にすると年間発電量が最も多いでしょうか。
冬至に合わせて間隔を空けるべきか、少しくらい影が後ろのパネルにかぶる方がいいでしょうか？
設置面積は１４０m2の有限で、枚数、列数は無制限です。

今わかっていること。
・パネルに一部影があると、そのモジュールの発電量が極端に落ちる。
・角度0度なら影が無いので、隙間無く多く設置できます。でも、1枚の発電量は少ない。
・角度が大きいと影が大きくなるので枚数が減りますが、1枚の発電量は増えます。
・冬至に合わせて間隔を広く設置すると、春分夏至秋分の期間にはパネルが無い無駄な日向ができます。
　　_／_／_／_／ 　　　　_／ 　_／ 　_／ 　_／　←東側面から見た図
　　　↑夏向け　　　　　　　↑冬向け
・パネルは完全な南向きに、角度は35度（北緯35度）が理想的（1列の場合）。
・10度から20度でいいとも聞きますが、冬季には入射角が垂直から40度も離れ効率悪い。
・南北に約7～10列、なるべく多く置きます。初期費用は考慮せず。
・晴天率は考慮せず。季節により並べ替えしません。時刻によって向きを変えません。
・隣家、電柱など、外部の影はありません。
・東芝の単結晶とパナソニックのHITを検討中です。

何列もある場合の発電量の違い、効率のページが見つかりませんでしたので、どなたかわかる方、よろしくお願いします。

回答No.5

yucco_chan

>「夏場の気温上昇による効率低下をどう考えるか」

結晶系のパネルは、温度が10度上がると発電量は約４％低下します。
過去の実測値では、夏場に60度を超えました。
パネルの定格出力は25度の時なので、約１４％低下する事になります。

パナソニック（旧三洋）のHITは特別で、上記低下が少ないです。（約半分位だったと思います）
温度上昇の影響を懸念されるなら、HITを選ぶのが良いでしょう。

>水を使うと20年もたないやろでどのメーカーもやらんのやろなあ。

床暖房用の水が循環できる銅板をパネルの裏面に貼り付けると温度上昇がかなり低減できます。
水は、雨水タンクで溜めておいて、お風呂ポンプで循環させて、水の冷却は車のライジエターなどを
流用します。
これらの電源は、独立系の太陽光発電で賄う。

>わかりやすくするために、候補4つ考えました。

b の20度が良いと思います。
>一つめのこれ http://standard-project.net/solar/angle.html

ここの説明では、パネルの間隔は、高さの2倍とかかれていますが、10数年前に発売されていた、
設置業者向けの本には、2.5倍と書かれていました。

影の影響はかなり大きいです。
パネルのセル1つに完全に影を落とすと、そのセルを含むアレイ全体の発電量が減少します。
＃HITの場合、４～５枚を直列接続しますが、その４～５枚の発電量が減ると言う事です。

我が家では、諸事情で10度で設置しています。（陸屋根です）
冬場の発電量の落ち込みは、先のURLの％値よりも大きいです。
理由の１つには、ガラス面での反射が考慮されていないからです。
＃ガラスを斜めから見ると鏡のように反射するのが確認できますが、この反射の影響が先のURLの値では考慮されていないのです。

20度が良いとしたのは、この反射の影響が比較的少ないからです。
＃影響が無視できる限界が20度と言っても良いです。

以前に住んでいたアパートで独立系の太陽光発電を行っていましたが、ある季節のある時間帯に発電量が増えました。
原因は、隣（といってもそれなりに離れていましたが）の校舎の窓ガラスからの反射光が旨い具合ににパネルに当たっていたからです。

回答No.4

noname#215107

No.1です。

ついでに、私の失敗例を紹介します。

私は4年前太陽光パネルを設置する前に、以下のデータを調べました。
・自宅の緯度経度
・自宅から見た障害物（山）の仰角（これは仰角を図るスコープを自作して、実際にデータを取りました）

次に、1年間を1分刻みにして太陽軌道を計算する自作プログラムで自宅から見た日照時間を計算しました。→添付画像

これは、元旦の０時０分から、大晦日の２３時５９分まですべての時点の太陽角度を525600回分計算した結果、
障害物（山）から太陽が出て、障害物に沈むまでの時間を積算したものです。

これに気象庁の天候データを加えて計算するつもりだったのですが、これ以上のことができず、まだほとんど役に立っていません。

私の家の周りは、画像のとおり山に囲まれています。

夏の草刈作業は暑いので、家が山の陰に入るのは何時何分かというのを知って、作業開始時間を決めるのに使っていますがそれ以外には役立っていません（笑）。

お礼

1年を1分刻みで、方位角と高度を計算したんですか。すごいですね。
1分刻みで積分すれば、結構十分な精度で計算できそうですね。

現実の仕事に使ってるところがまたすごいです。
ありがとうございました。

回答No.3

noname#222312

設置する地域や場所によって最適な角度が違います。
北海道から沖縄まで全国全て同じではありません。

それにパネルへの年間の日光照射量と総発電量は、それを受ける垂直角度の問題よりも水平角度の問題の方がずっと大きいです。
陽の出る朝から沈む夕方までまるでひまわりのように追従できればいいのですが、そういった設備でない限り、垂直角度よりも水平角度の問題の方が総発電量に差が出ます。
垂直角度が設備の関係で理想的な角度にできなくとも、信頼できるメーカーの単結晶パネルならほとんど問題ないと思います。

しかし真南を向けたパネルに対し、午前中の早い時間帯は思ったように効率的に日光が当たりません。
日中の10時を過ぎるくらいから水平角度で最も理想的な照射量になります。
ついでに午後は3時頃には理想的な水平角度から外れます。
垂直角度を夏に合わせるか冬に合わせるかというと、そのどちらもハズレで、年間で最も発電量の多い春と秋の効率を優先して垂直角度は決めます。
そのような最適な日光照射角度にない時でも大きな発電量を確保できるのが単結晶パネルの最大の売りです。
多結晶パネルが発電量減少や発電停止してしまうような日光照射量でも十分稼働しますので、それの1年間の積み重ねは相当大きなものになります。

設備を設置する地方や地域によっては、一日のうちのどの時間帯の太陽からの照射を優先するかで発電量にも差が出ます。
つまり東日本と西日本では同じ日本でも日の出も日の入りも大きく差があります。
太平洋側と日本海側でも違います。
一日中効率良く太陽光を受けられる水平角度はないのですから、どの季節のどの時間帯を重視するかで全く違うので、どこの地方のどんな条件のところに住んでるかで話は大きく変わります。

地域差は多少あるのですが、パネルの設置角度は20度から25度が春や秋に理想的な垂直角度で、水平角度はその地域の日光照射量の過去の平均から決められます。
間違っても夏や冬に合わせてパネルの設置角度を決める事はありません。

補足

すみません。質問の意図が説明が悪くて伝わらなかったようです。
わかりやすくするために、候補4つ考えました。

複数列置くときの角度の候補が3通り、どれが年間発電量が多いでしょうか。

[a]角度が35度だと影が多くなり、間隔大、設置列数が減る。
[b]角度が20度だと影が少くなり、間隔小、設置列数が増える。
[c]角度が 0度だと影が無くなり、間隔無、設置列数が最高。
[d]角度が35度で列数を増すため、影で発電しない覚悟で、間隔小、[b]と同じ設置列数にする（=通路が狭い）

列と列の間隔（=通路幅）は、
[a]冬至に影ができないぎりぎりに合わせる。
[b]冬至に影ができないぎりぎりに合わせる。
[c]間隔無し。
[d][b]と同じ間隔にする。

注：[b]の20度は、10度や15度の方がいいかも？です。
自宅には切り妻屋根に4.7kWの太陽光設備を載せて4年になります。今回別の陸屋根に載せるに当たり
角度、配置、枚数を決めかねています。

どうぞよろしくお願いします。

回答No.2

shintaro-2

こんなところが参考になるかと

http://standard-project.net/solar/angle.html
http://standard-project.net/solar/region/
http://www.ikoro.co.jp/hpgen/HPB/entries/20.html
http://techon.nikkeibp.co.jp/article/FEATURE/20140127/330120/

夏場の気温上昇による効率低下をどう考えるかと言った点がポイントでしょう。

お礼

一つめのこれ http://standard-project.net/solar/angle.html
がほしいと思っていた情報にかなり近いです。

ただ、No.3さんの補足に書いた、[a]～[d]のどれがいいかは答えが出ませんでした。
[a]の35度は止めた方が良さそうですね。

いい情報をありがとうございました。

「夏場の気温上昇による効率低下をどう考えるか」
これは悩ましいです。真夏に触ってみると、ヤケドするほど熱いです。
そんなに熱いなら水パイプで循環させて、
冷却兼、温水器になりそうなもんやけど、
水を使うと20年もたないやろでどのメーカーもやらんのやろなあ。

もし山のそばで、山の水をただで引いてるなら、
太陽熱パネルのガラス面に水をたらたら流すだけでもモジュール温度が下がると思うんです。モジュールはガラス温室の中にあるんですもんね。

回答No.1

noname#215107

中国地方で日本一の日照時間を記録したことがある地域に住んでいます。

一番太陽が高くなる季節は６月ですが、梅雨になるので意味がありません。
夏は曇りが割りと多いし、高温でパネル効率が落ちます。

うちの場合は最も発電量が多いのは４月と5月です。秋晴れになる9月後半以降は太陽高度が低くなるので実績値が少ないです。
この場合４～5月の太陽角度が基準となります。

しかし、南中高度にあわせてパネルを正対させると、朝から夕の積算を無視することになります。
太陽から見たパネル面積の変化を積分した値が、日の出から日没までの時間内で、最大になるパネル角度を求めなければなりません。

私の場合、ものすごく複雑な計算なので考えるのを止めました。

お礼

そうか、積分すればいいんですね！
ってすごく納得できました。

けど、それは複雑でめんどくさいですね。やる気しません。

ふと思いついたのは、天文年鑑に載っている、「天体の高度・方位・正中時・出没時」のページ。任意の日時の高度、方位を計算できるらしいけど、わたしにはとうてい無理。
積分は理想的な考え方ですばらしいと思います。