Upload
others
View
10
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
太陽光発電研究センター
1
太陽光発電技術の現状と展望
産業技術総合研究所太陽光発電研究センター
作田宏一
第1回つくば3Eフォーラム2007.12.15-16
太陽光発電研究センター
2
内容
• なぜ太陽光発電なのか?• 開発の歴史と普及の現状• 様々な太陽電池• システムの実例 メガソーラタウン@AIST
• 太陽光発電のLCA• 今後の展望と課題 2030年50%削減に向けて
太陽光発電研究センター
3
太陽エネルギーの大きさ
総放出量3.8×1026W
太陽定数:1,382Wm-2表面温度約5,700K
大気外到達量1.7×1017W
地表面到達量8.5×1016W
全世界の消費量の約1万倍
(年間)2.7×1024J
太陽光発電研究センター
4
太陽光発電の特長
• クリーンな再生可能エネルギー• 可動部分がなく保守が容易• 性能が規模によらない• 性能が日射強度によらず、散乱光も可• 土地の二重利用が容易
• 予測不能な出力変動がある
太陽光発電研究センター
5
太陽電池・太陽光発電の歴史
• 1954年 単結晶シリコン太陽電池の発明(Bell研)
• 1958年 最初の太陽電池搭載衛星ヴァンガード1号
• 1960年代 宇宙用、灯台用等の特殊電源として普及
• 1974年 サンシャイン計画開始 価格1/100目標
• 1990年代 導入の環境整備、住宅用補助金開始
• 1999年 我が国の太陽電池生産量 世界一に
• 2004年 固定価格買取制度でドイツの導入量急増
太陽光発電研究センター
6
世界の太陽電池生産量の推移
(出典: PV News)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000生産量 (MW)
93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
年
その他
米国
欧州
日本
太陽光発電研究センター
7
世界の太陽光発電累積導入量の推移
(出典: IEA-PVPS)
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
年
累積導入量 (MW)
日本
ドイツ
米国
世界 (IEA/PVPS加盟国)
太陽光発電研究センター
8
太陽電池変換効率の変遷
0
5
10
15
20
25
30
1950 1960 1970 1980 1990 2000
年
効率 (%)
単結晶シリコン(小面積)多結晶シリコン薄膜シリコン(モジュール、初期効率)薄膜シリコン(モジュール)CIS(小面積)CIS(モジュール)色素増感(小面積)色素増感(モジュール)有機薄膜(小面積、論文発表値)
太陽光発電研究センター
9
2030年に向けた太陽光発電のコスト低減
40%超
単結晶Si太陽電池
高効率化のイノベーション高効率化のイノベーション
1993 2007 2010 2020 203014円/kWh
フレキシブル薄膜Si太陽電池
色素増感太陽電池
材料・プロセスイノベーション
材料・プロセスイノベーション
薄膜Si太陽電池
30円/kWh 7円/kWh23円/kWh260円/kWh
10%~20%弱
多結晶Si太陽電池
資料協力 :経済産業省
NEDOAIST
20%超
有機薄膜太陽電池
薄膜太陽電池
発電コスト
60%超
用途イノベーション
用途イノベーション
CIS薄膜太陽電池
生産効率
変換効率
<方向性>
薄膜・高効率+
非シリコン・新原理
<方向性>
薄膜・高効率+
非シリコン・新原理
競争原理
太陽光発電研究センター
10
NEDOフィールドテスト事業の導入例1
JR東日本 高崎駅新幹線ホーム上屋(200kW)
岡山県 鶴新田浄水場(調整池覆蓋)(400kW)
(写真提供:新エネルギー・産業技術開発機構)
太陽光発電研究センター
11
シャープ㈱亀山工場 (5,150kW)㈱再春館製薬所 (1,580kW)
NEDOフィールドテスト事業の導入例2
(写真提供:新エネルギー・産業技術開発機構)
太陽光発電研究センター
12
集中連系型太陽光発電システム実証研究
• 平成14~19年度 NEDO プロジェクト
• 500軒以上のPV住宅を太田市に建設• 商用配電網を用いて、系統品質確保、単独運転防止等の系統連系技術に関する実証研究を実施
太陽光発電研究センター
13‘Mega-SolarTown’‘‘‘MegaMegaMega---SolarTownSolarTownSolarTown’’’
太陽光発電研究センター
14
メガソーラタウンの概要運転開始: 2004年4月
総発電容量:– DC: 869kWp (PV モジュール 約5,600枚)
– AC: 844kW (パワーコンディショナ 出力4kW×211台)
日本初のMW級設備 (既存のPVシステム 約160kW を含む)
市販PVモジュール・システムのショーケース– 単結晶・多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ヘテロ接合シリコンモジュール
– 住宅用パワーコンディショナ 7機種
– 4kW住宅用PVシステムの集合体
発電電力量:
106kWh/年 = 設置事業所の電力需要の約0.8%相当
= 300t/年のCO2 排出量削減
太陽光発電研究センター
15
産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"
太陽光発電研究センター
16
産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"
太陽光発電研究センター
17
0
300
600
900
0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00
Out
put P
ower
from
New
ly-in
stal
led
PV
Sys
tem
s [k
W]
0
5,000
10,000
15,000
Ele
ctric
Pow
er D
eman
d at
AIS
TTs
ukub
a C
ente
r Are
a-1,
2,3
and
7 [k
W]
PV Output Utility Power Demand Electric Power Demand
Daily PV Output:4,564 kWh
7th May 2004 13,100 kW12,700 kW
601 kW
メガソーラPVシステムによるピークカット効果産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"
太陽光発電研究センター
18
2007年8月に累積発電量 3 GWh を達成
( 2007年8月12日 )
産総研つくば研究センターの"メガソーラタウン"
太陽光発電研究センター
19
世界最大の太陽光発電所(20MW、スペイン)
場所:Beneixama, Spain設置:City Solar社(ドイツ)
敷地面積:500,000m2
PVモジュール:100,000枚年間発電量:30GWh
太陽光発電研究センター
20
太陽光発電のLCA評価• エネルギーペイバックタイム(EPT)、CO2ペイバックタイム(CO2PT)は技術の向上等で急激に減少。
• 現状では EPT=2.0年(多結晶Si)~0.9年(CIS)
CO2PT=2.7年(多結晶Si)~1.4年(CIS)
出典: 1) 内山、他、電力中央研究所研究報告 Y90015 (1991.11)2) NEDO成果報告書「太陽光発電評価の調査研究」、太陽光発電技術研究組合(2001.3)
算出条件:
1)多結晶Si(1991年)・地上設置1MWシステム・生産規模:不明・運用エネルギー:1%2)その他・住宅用3kWシステム・生産規模:100MW/年・運用エネルギー:省略
※多結晶Si(現状)の値は、文献2)を元に再計算したもの
周辺機器
モジュール
0
20
40
60
80
100
多結晶Si(1991年)
多結晶Si(現状)
多結晶Si(将来)
アモルファスSi CIS
投入エネルギー量(GJ/kW)
0
2
4
6
8
10
EPT, CO2PT (年)
EPT
CO2PT
周辺機器
モジュール
0
20
40
60
80
100
多結晶Si(1991年)
多結晶Si(現状)
多結晶Si(将来)
アモルファスSi CIS
投入エネルギー量(GJ/kW)
0
2
4
6
8
10
EPT, CO2PT (年)
EPT
CO2PT
太陽光発電研究センター
21出典:NEDO ロードマップ PV2030
太陽光発電技術開発ロードマップ”PV2030”
[参考:太陽光発電の展開イメージ]
従来型系統連系システム
産業用
住宅用
場内高電圧連系自家消費システム
7円/kWh
~50円/kWh
30円/kWh
23円/kWh
14円/kWh
発電コスト
蓄電池付システムバルク結晶シリコンに加え薄膜(シリコン、化合物)太陽電池も登場へ シリコンでも化合物で
もない新材料も登場
自律度向上型システム展開
アクティブネットワーク制御
海 外
地域コミュニティPVシステム広域連系PVシステム
新エネルギネットワーク
SHS(ソーラーホームシステム) VLSPV
2002 2007 2010 2020 2030
水素製造
<<システム技術>>系統に負担をかけないシステム単独型から統合型システム
システム大型化BOS長寿命化
超薄型/多接合化による高性能化<<電池技術>>
技術の世代交代による低コスト化の実現 新材料(色素等)・新構造太陽電池
[参考:太陽光発電の展開イメージ]
従来型系統連系システム
産業用
住宅用
場内高電圧連系自家消費システム
7円/kWh
~50円/kWh
30円/kWh
23円/kWh
14円/kWh
発電コスト
蓄電池付システムバルク結晶シリコンに加え薄膜(シリコン、化合物)太陽電池も登場へ シリコンでも化合物で
もない新材料も登場
自律度向上型システム展開
アクティブネットワーク制御
海 外
地域コミュニティPVシステム広域連系PVシステム
新エネルギネットワーク
SHS(ソーラーホームシステム) VLSPV
2002 2007 2010 2020 20302002 2007 2010 2020 2030
水素製造
<<システム技術>>系統に負担をかけないシステム単独型から統合型システム
システム大型化BOS長寿命化
超薄型/多接合化による高性能化<<電池技術>>
技術の世代交代による低コスト化の実現 新材料(色素等)・新構造太陽電池
4.8GW 102GW1GW導入目標
太陽光発電研究センター
22
日本の総発電量を賄うには?
年間総発電量=1,000,000GWh
等価稼働時間=1,000h太陽電池効率=10%
必要容量=1,000GW必要面積=10,000km2
太陽光発電研究センター
23
つくば市の総発電量を賄うには?
年間総発電量=2,300GWh
等価稼働時間=1,000h太陽電池効率=10%
必要容量=2,300MW必要面積=23km2
(総面積=284km2)