持続可能な太陽エネルギーの台頭
太陽光発電は環境に優しいエネルギー源です。太陽の光が地球にどのような力を与え、保全に役立つのかについて説明します。
太陽エネルギーとは何ですか?
太陽エネルギーは太陽から得られるエネルギーです。太陽の熱と光を利用し、電気や熱エネルギーを生成することで、家庭、ビジネスなどのさまざまなニーズに対応します。太陽光発電システムの出力はワットで測定されます。
太陽エネルギーは、太陽光発電、太陽放射などとも呼ばれ、 再生可能エネルギーの中で最も豊富なエネルギー源です。再生可能エネルギーとは、再生可能なエネルギー源のことです。化石燃料 (石油、天然ガス、石炭) とは異なり、このエネルギー源は 1 回使っただけでは枯渇しません。さらに、風力発電、水力発電、地熱発電もその他の再生可能エネルギーの例です。
次に示すように、太陽エネルギー技術が現代の発見ではないことを知ると、驚かれるかもしれません。紀元前 7 世紀に、人類は虫眼鏡と太陽の光を使って火を起こしたり、アリを焼いたりしており、それ以来人々は太陽を活用してきました。もちろん、それ以降、太陽エネルギー技術には大きな進展と進歩がありました。
米国による太陽エネルギーの簡単な概要と年表を次に示します。エネルギー省:
- 1767 年、スイスの科学者 オラス・ド・ソシュールが世界初の太陽熱収集器を製作しました。
- フランスの物理学者エドモン・ベクレルが光起電力効果 (光や放射エネルギーにより電圧や電流が生成されること) を発見したのは 1839 年のことでした。
- 数十年後、フランスの数学者オーギュスタン・ムショは太陽電池エンジンの特許を登録しました。
- ススミソニアン誌によると、1883 年、ニューヨークの発明家チャールズ・フリッツは、セレニウムに金箔をコーティングして太陽電池を作り、1 ~ 2 パーセントのエネルギー変換率を達成しました (参考までに、現代の太陽電池のほとんどは 15 ~ 20 パーセントの間で機能します)。発明家のエドワード・ウェストンは、その 5 年後に太陽電池に関する 2 つの特許を取得しました。
- アルベルト・アインシュタインは、1900 年代初頭に光電効果に関する論文を発表しました。
- 1954 年、ベル電話研究所は、日常的な電気機器を動かすのに十分なエネルギーを変換できる初のシリコン太陽電池を、効率 4% (後に 11%) で製造しました。6 年後、Hoffman Electronics の効率は 14% に達しました。
- 1970 年代にエリオット・バーマン博士は、より安価な太陽電池を設計しました。その後、価格は USD$20/ワットになりました。
- ポール・マクレディは、16,000 個の太陽電池を搭載した太陽光発電飛行機 (この種のものとしては初) を製作し、1981 年にフランスからイギリスまで飛行させました。
- 1998 年、科学者スベンドゥ・グハは、太陽光を屋根の電気に変換するフレキシブル・ソーラー屋根板を発明しました。
- 2000 年代以降も、太陽エネルギー技術の機能と効率は飛躍的に向上しています。
Energy.gov によると、今日の米国では、“太陽エネルギーが最も急速な成長を見せ、最も手頃な価格の新電力源となっており”、国内に 300 万台が設置されています。また、世界的に見ても、家庭向けや産業向けの太陽エネルギーは増加傾向にあります。
太陽エネルギーの日常的で人気のある例は、一部の家の屋根で見かける黒い長方形のソーラー パネルです。ディズニー ワールドのテーマパーク「Epcot」の屋外には、ミッキーマウスの形をした 48,000 枚のソーラー パネルが設置されています。
太陽光発電技術は、長年にわたって進化と改良を続けてきました。この記事では、太陽エネルギーの概要、しくみ、利用するメリット、太陽光発電の未来について紹介します。
太陽エネルギーはどのように収集され、貯蔵されますか?
太陽光発電 (PV)
太陽光を吸収して電気エネルギーに変換する装置 (ソーラー パネルなど) を使用します。これらのデバイスは太陽電池として知られ、発電する大規模ユニットを形成するために接続されています。
集光型太陽熱発電 (CSP)
太陽からエネルギーを収集して熱を生成し、その熱は発電に使用されます。この技術は、ミラーを使用して光エネルギーを集束または “集中” させるものです。
太陽熱冷暖房 (SHC)
太陽からエネルギーを収集し、それを利用して家庭や企業に冷暖房サービスを提供します。この技術では、太陽熱収集器、断熱管、貯湯タンクを使用します。
太陽エネルギー貯蔵コンポーネント
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バッテリー
エネルギー貯蔵システムの中核をなします。一般的な種類のバッテリーには、リチウム-ニッケル-マンガン-コバルトとリチウム-鉄-リン酸塩の 2 種類があります。
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臨界負荷サブパネル
停電発生時にどの重要機器に電力を供給するかを決定できます。
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ソーラー パネル
バッテリーの充電に使用されます。薄膜系、PERC 系、多結晶系、単結晶系など、ソーラー パネルにはさまざまな種類があります。
ソーラー パネルは何でできていますか? ソーラー パネルは通常、太陽電池に使用される最も一般的な半導体材料であるシリコン、ガラス ケーシング、金属フレームに加えて、パネルを接合し、その機能をサポートするその他のハードウェアで構成されています。
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インバーター
交流電流を直流電流に変換するために使用されます (ソーラー パネルとバッテリーは直流電流を交流電流に変換します)。
太陽エネルギーの貯蔵
Green Building Elements によると、太陽エネルギーの貯蔵には次の 3 つの方法があります。
蓄電池
太陽エネルギーの貯蔵で最も一般的なのは、リチウムイオン電池の使用です。
機械的エネルギー貯蔵
圧縮空気 (タンクのような容器に強制的に注入し、必要に応じて吐出する)、揚水発電 (タービン発電機に水を通し、需要があるときにエネルギーを生成する)、フライホイール (余剰エネルギーを必要なときに電力供給に利用する) は、この種の貯蔵システムの 3 種類のバリエーションです。
蓄熱
断熱タンク内の溶融塩と水を用いてエネルギーを保持します。
また、“仮想ストレージ” もあり、電気需要の急増が予想される前に建物の冷暖房を実行するプロセスです。その後、建物は必要に備えてこのエネルギーを貯蔵します。
用語と定義の完全な一覧については、米国の 太陽エネルギー用語集の表示 をご覧ください。エネルギー省。
太陽エネルギーの利点
太陽エネルギーの利点は何ですか? 環境福祉、雇用機会、税控除など、かなりあります。主な利点の概要を次に示します。
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従来の電源よりも環境に優しい
太陽エネルギーの利点について考えた際に、真っ先に思い浮かぶのは地球ではないでしょうか。太陽光発電のような再生可能エネルギーは、世界の化石燃料への依存を抑制し、二酸化炭素排出量を削減し、有害な汚染を引き起こすことなく電力を供給します。
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太陽光発電の維持コストは改善しました
初期設定にコストがかかる家庭もあるかもしれませんが、メンテナンス コストは年々低下しています。具体的には、過去 10 年間で、太陽光発電の設置コストは60% 低下しました。(ただし、コストは地域やサプライ チェーンの制約などの要因に左右される場合があります。)
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太陽エネルギー システムには税制上の利点があります
太陽エネルギーへの移行を進めることには、金銭的にもメリットがあります (今すぐにではありませんが)。たとえば、米国政府は太陽光発電システムの設置費用に適用可能な 連邦税額控除制度 を設けています。州やその他の地方政府も、高額費用の補助を目的とした制度を用意している場合があります。
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太陽光発電の技術は進化しました
装置と貯蔵の技術は長年の間に大きく向上してきました。現在、ソーラー パネルは、より長い時間 (約 20% の効率で) より多くのエネルギーを生成し、最大 30 年間持続します。
家庭やビジネスに太陽エネルギーを利用することには、さまざまな利点があります。ただし、このエネルギー源に限界がないわけではありません。太陽光発電を利用する際の欠点を次に示します。
- 汚染に対する懸念は依然としてあります。 太陽エネルギーは化石燃料を燃焼させるよりも環境に優しいソリューションですが、 太陽電池の製造工程 で消費される化学物質や材料の中には、有害化学物質を発生させるものもあります。
- 設定にコストがかかります。 太陽光発電は将来的なコスト削減につながりますが、初期設置や設備にはコストがかかります。
- サービス上の制限があります。 エネルギーは日照時間に生成されるため、時間帯や天候 (曇り空など) によっては太陽光発電に最適とはいえません。
- その他の環境への影響。 太陽光発電システムの規模を拡大する場合は、水の使用、土地の利用、生息地の喪失の可能性などを考慮する必要があります。
最終ポイントの初めに、太陽エネルギーは、産業やビジネスにとって環境に優しい機会を提供します。たとえば、 新たに登場したツールやアプリ は、組織が貯留層シミュレーションを視覚化して掘削ヒット率を向上させたり、分散型エネルギー資源のために電力網をアップグレードしてコストを削減し、可能性を高めたりするのに役立ちます。 量子コンピューティングを用いた発電の最適化も大きな進歩を遂げています。
太陽エネルギーの実装方法
太陽光発電を実装する前に、よく調べておいてください。お住まいの地域のコストを計算し、利用可能なリベートや税額控除を確認し、さまざまなシステムを検討し、システム設置会社のレビューを調べます。技術的には自分でソーラー パネルを設置することもできますが、それが最良の選択かどうかを検討する必要があります。
経営者である場合は、職場で電気を使用するもの (例: 冷暖房システム、機械、設備) など、太陽エネルギーに移行する場合にはいくつかの考慮事項があります。家庭と同じように、最終的にはコスト削減を実現できますが、 太陽光発電への切り替え は、おそらく時間とお金の先行投資になるでしょう。ただし、 IoT エネルギー ソリューション があり、電力需給を最適化し、電力網資産のメンテナンスを監視しながら、運用コストを削減できます。
家庭で設置する場合、おそらくほとんどの人にとって、価格の高さが太陽光発電を始める場合の最大の障壁になると考えられます。たとえば、米国の平均的な規模の住宅にソーラー パネル システムを設置する場合の費用 (ソーラー税控除を考慮した場合) は、 消費者庁によると、USD$11,144 から USD$14,696 で、小規模な DIY プロジェクトの場合、パネル 1 枚あたり約 USD$200 から USD$250 です。さらに範囲を広げて、米国では USD$10,000 から USD$25,000 と記載しているガイドもあります。また、許認可や設置における人件費など、考慮すべき “ソフト コスト” もあります。ソーラー パネルのリースという選択肢もあります。この場合、設置費用やメンテナンス費用、修理費用を支払う必要はありませんが、考慮すべき長所と短所があります。
初期費用はほとんどの家庭にとって高額になり、ソーラー パネルの投資回収期間 (平均して 7 年から 12 年で投資回収が可能) に達するまで多少の待ち時間があります。ただし、次に示すようにその節約効果も顕著です。HomeGuide によると、太陽エネルギーは、米国居住者の電気料金を年間 USD$600 から USD$2,000 節約できます。また、表示されている金額よりも安価に設置できる場合もあります。自宅の大きさ (通常、敷地が広いほど価格は高くなります)、エネルギー消費量、システム用に選択する技術の種類は、コストに影響する 3 つの主な要因です。 太陽光発電の見積もり のような Web サイトでは、郵便番号を入力するか、バーチャル マップ上で場所を選択することで、自宅にソーラー パネルを設置するコストを決定できます。
また、大小さまざまな方法を選択して太陽エネルギーを日常生活に取り入れることもできます。太陽エネルギーの使用を始めるのに、莫大な費用は必要ありません。たとえば、スマートフォン用のソーラー充電ケース、車の非常用持ち出し袋用のソーラー充電式懐中電灯、次回のキャンプ旅行用のソーラー調理コンロなどが、場合によっては USD$100 以下で購入できます。ソーラー パネル以外にも、ご家庭に合った太陽光発電のオプションはあります。家主は、プールを温めたり、夜間に裏庭やパティオを明るく照らすためにソーラー ライトを設置したりすることができます。太陽光発電は仕事にも活用できます。リモート ワーク (在宅勤務)、オフサイト ワークを希望しますか? 携帯用ソーラー パネル充電器を持参すれば、屋外のカフェで仕事をしながらノート PC に電力を供給できます。
太陽エネルギーの未来
太陽光発電の未来は明るい (ダジャレですが)。その理由は次のとおりです。
- 地球に優しい。 太陽エネルギーは持続可能で、環境に優しいエネルギー源です。
- クリーン エネルギーは世界の目的地です。 2035 年以降、 発電量の 50% が再生可能エネルギーになります。
- また、価格は手頃になり、効率性は向上しています。 太陽光発電システムの価格は下がり続け、サービスは向上し続けることが予想されます。
- 新しいビジネスや雇用の創出に貢献します。 この分野では、産業と雇用の成長が見込まれています。
最後のポイントとして、再生可能エネルギー分野でのキャリアは活況を呈しています。 環境エネルギー研究所によると、このセクターの従業員数は米国で 300 万人以上、世界で 1,100 万人以上とされています。太陽光発電の求人数は全米で異なります。たとえば、 太陽エネルギー産業協会 (SEIA) によると、ノースダコタ州の太陽光発電関連の求人件数は 211 件であるのに対し、テキサス州では 10,000 件を超えています。このような違いはありますが、太陽エネルギー分野では、エンジニア、研究者、太陽光発電所のオペレーター、設備設置業者など、さまざまな専門家が全国各地で活躍しています。
また、企業も太陽光発電やその他の再生可能エネルギーを見据えています。大手ハイテク企業は、社会的責任への取り組みや組織の環境目標を発表しています。たとえば、 Microsoft は、2030 年までにウォーター ポジティブおよびカーボン ネガティブを誓約しました。 企業の社会的責任に対する消費者の関心も高まっており、近い将来、持続可能性に向けたコミットメントに関するポリシーを策定する企業が増えることが予想されます。
持続可能性への取り組みを加速させる
ネット ゼロへの道のりをどこまで進んでいるかにかかわらず、Microsoft Cloud for Sustainability の環境・社会・ガバナンス (ESG) の機能で進歩を拡大し、ビジネスを変革することができます。
よく寄せられる質問
- 太陽エネルギーとは、電気に変換できる太陽から得たエネルギーのことです。これは再生可能なエネルギー源であり、一度使用しただけで枯渇することはありません。太陽エネルギーにはさまざまな用途があり、建物の電力供給、水の加熱、該当する電子機器やデバイスの充電などに利用できます。太陽エネルギーは、輻射エネルギーや太陽放射とも呼ばれます。詳細情報>
- 太陽エネルギーは、家庭内でも商用でも利用できます。たとえば、住宅レベルでは、電気、給湯、冷暖房の供給に使用できます。オフィス、工場、農場を運営するために太陽エネルギーを利用している企業もあります。さらに、政府は、街灯、駐車場、交通機関、学校などの公共施設や公共設備に太陽エネルギーを供給できます。
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太陽エネルギーの利用にはいくつかの利点があります。太陽エネルギーは豊富で再生可能であることに加え、太陽光発電そのものの排出ガスはゼロであるため、二酸化炭素排出量の削減につながります。太陽エネルギーは費用対効果にも優れています。たとえば、技術の進歩により、太陽光発電システムの価格はますます手頃になってきており、長期的には光熱費を大幅に削減できます。さらに、太陽エネルギーはスケーラブルで、一軒の住宅から地域全体まで電力を利用できます。最後に、太陽エネルギー システムは、遠隔地であっても事実上どのような場所にも設置できるため、電気を利用できない場所にも電力を供給できます。
- まず、太陽エネルギーの利用には、主に太陽光発電 (PV)、集光型太陽熱発電 (CSP)、太陽熱冷暖房 (SHC) の 3 つの技術があります。そのエネルギーを利用するには、バッテリー、ソーラー パネル、臨界負荷サブパネル、インバーターなどの基本的なコンポーネントが必要です。次に、太陽エネルギーの貯蔵方法には、バッテリー、機械エネルギー、熱貯蔵の 3 つがあります。ニーズや太陽光発電の用途 (例: 1,200 平方フィートの郊外住宅に電力を供給する場合と、電力網から離れた広大な敷地に電力を供給する場合) によって、プロセスは異なる場合があります。
- 設定の初期費用 (米国では住宅用で USD$10,000 ~ USD$25,000) は、多くの消費者にとって高額です。ただし、国によっては、太陽エネルギーを始めるための費用を相殺する政府プログラムを設けているところもあります。これには、費用対効果の高いシステムの構築や、利用可能な税額控除を確保する方法に関するリソースが含まれる場合があります。時間はかかります (約 10 年) が、ソーラー パネル システムのコストは回収可能で、その節約額は電気代に反映されるはずです。太陽エネルギー システムのコストや敷地の広さなどの要因にもよりますが、電気料金を年間数百ドルから数千ドル節約できます。
- 太陽エネルギーは、現在利用可能なエネルギーの中で最も持続可能な形態の 1 つです。太陽エネルギーは豊富でかつ再生可能であるだけでなく、現在の世界のエネルギー需要を 1 年分賄うだけのエネルギーを毎日供給しています。また、太陽エネルギーは経済的かつ大規模に生成されます。太陽光発電では温室効果ガスが排出されず、ソーラー パネル設置後のメンテナンス費用も最小限で済み、水質汚染や大気汚染のリスクなしに電力が供給されます。
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