ソーラーパネルは熱に弱い？太陽光発電の発電効率を上げる熱対策・冷却方法

ソーラーパネルと熱の意外な関係・有効な熱対策3つなどを解説します。太陽光発電は、使用するパネルの素材によっては熱に弱い特性があります。

特に、太陽の光が燦々と降り注ぐ夏のシーズンは、熱に弱い太陽光発電は暑すぎる時期はかえって発電効率が悪くなるのです！

ソーラーパネルが最も発電量が多い時の条件は、測定時のモジュールが25度である時だと言われています。

太陽光発電を導入する上では、太陽光発電が熱から受ける発電量の影響や、発電量を低下させないための方法を理解しておくことが重要になりますので、しっかりと理解しておきましょう。

ソーラーパネルは熱に弱いが、夏に発電しないわけではない

太陽光発電パネルと温度には、あまり知られない関係性があります。

• 太陽光パネルは暑すぎると発電効率が下がる
• 25度以上になると発電効率が下がる
• ソーラーパネルはなぜ熱に弱い？
• 太陽光パネルは何度まで耐えられる？

太陽光パネルは暑すぎると発電効率が下がる

太陽光パネルは日差しが強いほど発電量が増えやすい一方で、パネル本体が熱くなりすぎると発電効率は下がります。一般的な太陽光パネルは、表面温度が25度を超えると少しずつ出力が落ちる性質があります。

夏は日射量が多いため発電しないわけではありませんが、真夏の屋根上ではパネル温度が60度以上になることもあり、効率低下が起こりやすくなります。

そのため、夏場は日差しの強さによる発電量アップと、熱による効率低下の両方を考える必要があるでしょう。

25度以上になると発電効率が下がる

太陽光パネルの性能は、基準温度である25度から1度上がる度に発電効率が約0.4〜0.5％低下します。

つまり、太陽光パネルが35度の状態で、基準温度の25度より10度高ければ、発電効率は約4%減少する計算です。

近年は地球温暖化の深刻化もあり、夏の気温は40度以上となる地域が多くあります。

真夏の炎天下で気温が上がった場合、太陽光パネルの温度は気温に比べ30〜40度高くなるのが一般的です。

そのため、気温が40度を超える真夏の太陽光パネルでは、パネル温度が70度前後となるため、10〜20%も発電効率が下がってしまいます。

ソーラーパネルはなぜ熱に弱い？

ソーラーパネルが熱に弱く発電効率が低下するのは、ソーラーパネルが半導体で作られているからです。

半導体は光を電気に変換するシステムで、温度が上がるほど電気抵抗が増える性質を備えているため、ソーラーパネルの熱が上がると発電効率が低下するのです。

特に、結晶シリコン系のソーラーパネルだと、パネル表面が1℃上昇すると、発電出力が0.45％前後低下する可能性があります。

夏場ほど気温が高くなくても、直射日光や屋根の照り返しといった条件でパネル温度が上昇するため、設置場所なども設置前に十分にシミュレーションしておくことが重要です。

太陽光パネルは何度まで耐えられる？

太陽光パネルは熱に弱いとはいえ、夏の暑さですぐに壊れるものではありません。多くの製品は高温環境での使用を想定して作られており、一定の耐熱性があります。

一般的には、パネル表面温度が70度前後になっても使えるように設計されています。ただし、長期間にわたって高温にさらされると、部材の劣化が進みやすくなる可能性があります。

発電効率を保ち、設備を長く使うためには、屋根とパネルの間に通気スペースを確保したり、熱がこもりにくい設置方法を選んだりしましょう。

太陽光パネルの温度と発電量の関係

太陽光パネルの温度と発電量の関係について詳しく解説します。

気温とパネル表面温度は同じではない

太陽光パネルの温度を考えるときは、気温とパネル表面温度を分けて見ることが大切です。たとえば気温が30度でも、強い日差しを受けた屋根上のパネル表面は50度から60度以上になることがあります。

太陽光パネルは屋外に設置されているため、気温だけでなく日射の強さ、風通し、屋根材の熱のこもりやすさにも影響されます。

そのため、天気予報の気温だけを見て発電効率を判断するのは正確ではありません。発電量を安定させるには、パネル本体がどれくらい熱を持つかを意識しましょう。

夏は高温で効率が下がる一方、日射量が多い

夏は太陽光パネルの温度が上がりやすく、発電効率は下がりやすくなります。一般的な太陽光パネルは、パネル温度が25度を超えると出力が少しずつ低下します。

ただし、夏は日照時間が長く、太陽の光も強いため、発電量が極端に少なくなるわけではありません。

むしろ日射量の多さによって、年間の中でも発電量が多い時期になることがあります。つまり夏の発電は、熱による効率低下と日射量の多さが同時に起こると考えると分かりやすいでしょう。

冬は温度条件は有利だが、日射量や積雪の影響を受ける

冬は気温が低いため、太陽光パネルの温度が上がりにくく、発電効率の面では有利です。パネルは高温になるほど出力が下がりやすいので、寒い季節は温度によるロスが少なくなります。

一方で、冬は日照時間が短く、太陽の高度も低くなるため、受け取れる日射量は夏より少なくなりがちです。

さらに地域によっては、雪がパネルを覆って発電できない時間が増えることもあります。冬の発電量は、温度条件だけでなく、日射量や積雪の有無まで含めて考えましょう。

熱に弱い太陽光設備はソーラーパネルを含めた3つ

太陽光パネルが熱に弱い理由は、太陽光パネルに使われるシリコンが熱に弱いといった理由が挙げられます。なぜ太陽光パネルに使用されているシリコンが熱に弱いのか、下記で詳しく解説します。

太陽光パネルに使われるシリコンが熱に弱い

太陽光発電で熱に弱い部材・機器として代表的なものが、太陽光パネルです。太陽光を直接吸収するパネルの表面は、冬場でも40度以上になります。

気温が30度以上となる夏においては、太陽光パネル面が70度を超えることもあり注意が必要です。

太陽光パネルとしてよく利用されているのが結晶シリコン系であり、シリコンで構成された半導体は熱に弱い特徴があるため、太陽光発電設備の中でも特に熱による影響を受けやすい部分になります。

結晶シリコン系は、温度が25度以上になると発電効率が下がるため、結晶シリコン系の太陽光パネルの設置を検討している場合、カタログスペックのみでなく、表面温度上昇による発電効率低下への考慮が必要です。

パワコンは40度以上の熱に弱い

引用：パナソニック　太陽光発電システム：住宅用パワーコンディショナ

パワーコンディショナーも結晶シリコン系のパネルと同じ半導体製品であり、熱に弱い性質です。

パワーコンディショナーは、利用する製品次第で差はあるものの、40度以上になると熱暴走を起こさないように、出力抑制機能といった保護装置が作動します。

パワーコンディショナーは、周辺温度だけでなく、本体内部の温度が上昇することで、熱放射量の多い設備です。

イメージとしてはコンピューターのサーバーに近く、熱による出力抑制を防止するためには、パワーコンディショナーを日陰で風通しの良い涼しいところに設置したり、排熱がスムーズに行えるようにしたりする工夫が必要になります。

関連記事：パワーコンディショナー（パワコン）とは？太陽光発電を最大活用するための選び方やおすすめメーカー解説

ケーブルも熱の影響で発電効率が落ちる

引用：泉州電業株式会社「HCV　太陽光発電システム用ケーブル（PVケーブル）」

電力ケーブルも温度が上がると、それに伴い抵抗値も増加し、電力ケーブルで損失が発生し発電効率の低下に繋がります。

電力ケーブルの温度が上がると、流せる電気の量である許容電流が減少します。

許容電流が減少したことで、許容電流を超えた電流がケーブルに流れてしまうと、異常発熱が発生し、発火事故に繋がる場合も多いです。

また、ケーブルが重なっている状態だと、ケーブルが密集することで放熱性能が低下し、発火事故などに繋がる可能性も高くなるため注意しましょう。

太陽光発電に有効な熱対策

太陽光発電に有効な熱対策は、以下の5つです。

• 熱に強い太陽光パネルを選ぶ
• パネルの設置方法を工夫する
• 太陽光パネル用スプリンクラーを設置する
• 遮熱塗料を屋根に塗る
• 冷却システムは費用対効果を確認して導入する

熱に強い太陽光パネルを選ぶ

パネル素材		熱への強さ
シリコン系	単結晶	△
	多結晶	△
	HIT	◎
	アモルファス	◎
化合物系	CIS	◎

太陽光パネルには、大きく分類しシリコン系と化合物系の２種類が存在します。

シリコン系その中でも単結晶、多結晶、HIT、アモルファスの４種類が存在し、シリコンが使われていない太陽光パネルではCISがあります。

前述したように太陽光パネルが熱に弱い理由は、素材に使われているシリコンの性質です。

シリコン系ではアモルファスとHITが熱に強い

シリコン系太陽光パネルの中でも、単結晶と多結晶の2種類が熱耐性が低く、同じシリコン系パネルでもシリコン量の使用が少ないアモルファスは熱に強い性質があります。

また、単結晶シリコンとアモルファスの2種類を組み合わせたHITも熱に強い性質です。

こちらも熱で発電量が下がってしまう単結晶の性質を、熱に強いアモルファスの性質がカバーしているからです。 

化合物系のCISも熱に強い

太陽光パネルにはシリコンが使われていないCISというパネルも存在します。

CISはシリコン以外の物質を混合して構成されている化合物系太陽電池です。

単独では半導体として機能しませんが、混合させることによりシリコンと似た特性を持たせられます。

太陽光パネルが熱に弱い理由は、素材のシリコンにあるため、シリコンが使用されていないCISは熱耐性が高く発電効率低下が起きにくいです。

関連記事：太陽光発電のCIS太陽電池とは？シリコンとの比較やメリット・デメリットを解説

パネルの設置方法を工夫する

離隔距離や配置の検討に加え、設置方法そのものを工夫することで、発電効率をさらに高めることが可能です。特に注目したいのが、パネルと屋根の間に適切な隙間を空けることです。

太陽光パネルは熱に弱く、表面温度が上昇すると発電効率が低下する性質があります。屋根との間に空間を設けて風通しを良くすることで、熱を逃がしやすくし、パネルの温度上昇を抑制できます。また、この隙間は雨水の排水をスムーズにし、汚れの蓄積や腐食を防ぐ役割も果たします。

屋根の通気性を確保する設置技術は、システムの長期的な安定稼働と、夏場の発電ロス低減に大きく貢献します。

太陽光パネル用スプリンクラーを設置する

出典：イーエスウォーターネット

すでに太陽光発電を設置しており、熱に強いパネルの選定が行えない場合は、太陽光パネル用スプリンクラーを利用しパネルの表面温度を低下させることで発電効率を維持できます。 

太陽光発電に関係するのメーカーの中には、太陽光パネル用スプリンクラーシステムを開発している企業も多いです。

スプリンクラーは受水槽に貯めた水を利用し、配管とポンプユニットにより太陽光パネルに水をかけるシステムになります。

効果は太陽光パネルの表面温度や、散水する水の量により異なりますが、水で冷却することで発電量を数%の改善が可能です。

遮熱塗料を屋根に塗る

太陽光発電パネルは表面温度が上昇するほど発電効率が低下しますし、屋根の温度が上昇するほど屋内の室温も上昇するというデメリットがあります。

しかし、屋根の温度上昇を阻害する働きをする遮熱塗料を塗ることにより、日中などでも太陽光発電パネルの表面温度を下げられ、発電効率を維持することが可能です。

遮熱塗料を塗ることによって室内温度の上昇を防ぐこともできるので、二重のメリットを得られるのがおすすめポイントです。

冷却システムは費用対効果を確認して導入する

太陽光パネルの温度上昇を抑える方法として、水や空気を使った冷却システムがあります。パネルを冷やせば発電効率の低下を抑えられる可能性はありますが、設備費や工事費、メンテナンス費もかかります。

また、水を使うタイプでは水道代や配管の管理が必要になり、地域によっては凍結や汚れの対策も考えなければなりません。発

電量が少し増えても、導入費用を回収できないケースもあります。そのため、設置する前に発電量の増加見込みと費用を比較し、長期的にメリットがあるか確認しましょう。

太陽光パネルを散水で冷却する場合の注意点

太陽光パネルを水で冷却するのは、高温対策に効果的ですが、以下のような点に注意してください。

水道水をそのまま使わない

水道水をそのまま使用すると、カルキ（塩素）やミネラル分などがパネルの上に、白い水垢となって残ってしまいます。

この汚れは落ちにくく、発電効率の悪化やホットスポット発生の原因となります。

洗浄水には、ろ過した水や純粋を使用すると安心です。水道水での洗浄する場合は年に1～2回程度にしましょう。また、洗浄後は柔らかい布でのふき取りや、ブロワーで水を吹き飛ばしておくことで、水垢の後が発生するのを防げます。

高圧洗浄機は使用しない

高圧洗浄機を使うと、パネル内部や配線とのコネクタ部に水が入り込み、漏電・故障の原因になることがあります。

ホースやスプリンクラーなどで、やさしい水圧で均等にかけることが大切です。

配線部分やパワコンに水がかかると、漏電・感電・機器故障のリスクが高まります。濡れてはいけない場所を事前に確認し、防水対策を行ってください。

設備費用・水道料金などがかかる

スプリンクラーやろ過装置を設置すると、設備費用がかかります。さらに、定期的に水をまくことで水道料金や電気料金も発生します。

冷却にかかる費用と、高温による発電効率低下による損失、どちらが大きいか考慮して対策をとるか決めなければなりません。

家庭用では無理に散水冷却しないほうがよいケースもある

家庭用の太陽光発電では、散水による冷却を無理に行わないほうがよい場合もあります。水をかければ一時的にパネル温度は下がりますが、発電量の増加が水道代や設備費を上回るとは限りません。

また、水道水に含まれるミネラル分が白い汚れとして残ると、かえって発電効率を下げる原因になります。屋根上での作業は転落の危険もあるため、自分で水をまくのは避けたほうが安心です。

家庭用では、散水よりも風通しのよい設置や定期点検を優先し、必要な場合は専門業者に相談しましょう。

太陽光パネルには遮熱効果もある

太陽光パネルには遮熱効果もあります。

屋根に直射日光が当たりにくくなる

太陽光パネルを屋根に設置すると、パネルが日よけのような役割を果たし、屋根材に直射日光が当たりにくくなります。夏場の屋根は強い日差しで高温になりやすく、その熱が室内に伝わることで暑さを感じやすくなります。

しかし、パネルが屋根の上にあると、日差しの一部を受け止めるため、屋根表面の温度上昇を抑えやすくなるでしょう。

さらに、屋根とパネルの間にすき間がある設置方法では、空気が通って熱がこもりにくくなります。発電だけでなく、屋根を熱から守る効果も期待できます。

夏場の室内温度上昇を抑えられる可能性がある

太陽光パネルを屋根に設置すると、屋根に伝わる熱が減り、夏場の室内温度上昇を抑えられる可能性があります。特に、屋根からの熱が室内に伝わりやすい住宅では、パネルによる日よけ効果を感じやすい場合があります。

ただし、室温への影響は屋根の素材、断熱性能、天井裏の換気、パネルの設置角度などによって変わります。

必ず室内が大きく涼しくなるわけではありませんが、冷房の効きがよくなるケースもあるでしょう。遮熱効果を高めたい場合は、発電量だけでなく屋根との間の通気性も確認しましょう。

工場・倉庫では冷房負荷の軽減につながる場合もある

工場や倉庫のように屋根面積が広い建物では、太陽光パネルの遮熱効果が冷房負荷の軽減につながる場合があります。大きな屋根に直射日光が当たり続けると、建物内部に熱がこもりやすくなります。

そこで屋根上にパネルを設置すると、屋根への日射をさえぎり、室内に伝わる熱を抑えやすくなるでしょう。

特に金属屋根の建物では、屋根表面の温度上昇を和らげる効果が期待できます。ただし、建物の断熱性や換気状況によって差が出るため、導入前に発電量とあわせて空調コストへの影響も確認しましょう。

太陽光パネルを設置すると家や周囲は暑くなる？

太陽光発電はホットスポットにも注意が必要

太陽光発電でホットスポットも意識し注意が必要な理由は、以下の通りです。

ホットスポットが起こる原因

まずは、ホットスポットがどのような原因で起こるのかを確認しておきましょう。

鳥のフンや落ち葉などによる汚れ

ホットスポットが起こる原因として、鳥のフンや落ち葉などによる汚れがあります。

太陽光パネルは常に屋外に設置されていることがほとんどのため、どうしてもパネルが汚れてしまいます。

雨風に晒されたり、鳥の糞が付いたりすることでパネルが汚れ発熱し、クラスタ故障に繋がることが多いです。

また、太陽光パネルに影ができている場合も、影の部分が電気抵抗となり発熱します。

配管不良やパネルのヒビや割れなど

製造時の配管不良や長期間の使用による劣化で生じるパネルのヒビや割れも発生してしまう要因です。

このような製造における不良では、はんだ付け接続などに問題があるケースが多く、断線状態になることで電気の流れが止まってしまいます。

メーカーも品質管理を徹底しているため、このようなケースは稀ではありますが、何千万枚の数を製造している中では、そのような不良もあります。

また、その他にも利用しているうちに劣化し、セル本体にヒビや割れが生じたことで電気の流れが止まってしまうのもホットスポットの発生要因です。

屋外に設置されている太陽光パネルは、風や地震での揺れによるきしみ又はねじれ、温度変化や湿気などの負荷を長期間受け続けるため、パネルの内部に小さなヒビや割れが発生してしまうことも多々あります。

基本的に目に見えないような小さなヒビのため、気付かないことも多いですが、そのような些細な傷が蓄積されることも原因の一つです。

ホットスポットへの対策

ホットスポットへの対策には、以下があります。

定期的にパネルを洗浄する

前述した通り、鳥のフンや落ち葉などの汚れはホットスポットの原因の一つです。

このような汚れは電気を流しにくくし、流れにくくなった電流は熱に変換され放出されます。

ホットスポット現象を長い時間そのままにしておくと、パネルの一部が発火し破損する可能性が高いです。

そのため、定期的にパネルを洗浄し予防しましょう。

毎日発電量を計測する

毎日発電量を確認することも、有効なホットスポット対策です。

発電量は発電モニターや遠隔監視システムから確認できます。

ホットスポットが起きると、発電量が低下するため発電量を確認することで、異常があった際にすぐに気付くことが可能です。

しかし、微量な発電量の低下のため天気などの影響なのか見分けが困難という点もあります。

そのため、毎日発電量を確認することで、ホットスポットに限らず、どんなトラブルがあるか監視しておくことが大切です。

発熱部分を赤外線サーモグラフィーで探す

ホットスポットを肉眼で見つけることは困難です。

しかし、ホットスポットが発生している場合は、その箇所が発熱しているため赤外線サーモグラフィーを使えば、見つけられる可能性が高いです。

ホットスポットが起きると、発生していない部分と比較し、かなり発熱するため、赤外線サーモグラフィーにより発熱箇所を特定できます。

そのため、もしホットスポットが発生していると考えられる場合は、赤外線サーモグラフィーで確認するのも有効な手段です。

ソーラーパネルの熱に関するよくある質問

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近年は猛暑日が続き、昔よりも発電効率が落ちていると思っている方もいらっしゃるでしょう。

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まとめ

太陽光パネルでは、結晶シリコン系がよく利用されていますが、熱に弱く表面温度が25度から1度上昇するごとに発電効率が約0.4〜0.5％低下してしまいます。

熱がかかりやすい夏場では、発電効率が悪くなってしまうことも多く、費用対効果を考えると、しっかりと熱対策を行うことが大切です。

熱に強いパネルを導入したり、太陽光パネル用スプリンクラーを導入したりすることで、発電効率の低下を軽減できますので、対策法をしっかりと理解しておきましょう。

熱対策をしても発電量低下が続く場合は相談がおすすめ

太陽光パネルの発電量が下がる原因は、熱だけとは限りません。パネルの汚れや影、パワーコンディショナーの不具合、配線トラブル、経年劣化などが関係している場合もあります。

風通しの改善や点検をしても発電量の低下が続くなら、自己判断で対策を重ねるより専門家に相談したほうが安心です。

SOLSELでは、太陽光発電に関する悩みや設備の状況に応じた相談ができます。発電量の低下が一時的なものか、修理や見直しが必要な状態かを確認し、無駄な費用をかける前に適切な対応を考えましょう。