本記事は、 The Conversationとの協力により掲載されています。
数年前まで、南アフリカで太陽光パネルを目にすることはまれで、その多くは一部の裕福な世帯の屋根に限られていました。この状況は急速に変わりつつあり、その背景には三つの要因があります。すなわち、世界的な 再生可能エネルギーへの取り組みの広がり、 極めて逼迫した 国内の電力供給、そして 太陽光パネル価格の着実な下落です。
他の 国々に倣い、南アフリカは2010年から2030年を対象とするエネルギー発電インフラ整備計画に取り組むことを表明しました。この計画は Integrated Resource Planとして知られています。
この計画のもと、同国は2030年までに太陽光発電の設備容量9600 MWを達成することを目指しています。計画が2010年に策定された当時、太陽光発電は家庭の屋根に置かれた一部の孤立したパネルに限られており、近年まで国営電力会社Eskomが運営する全国送電網には何ら寄与していませんでした。
しかし、その状況は変わりつつあります。
太陽光発電所の開発が進んでおり、その大半は民間部門が、特別に設計された 調達プログラムのもとで手がけられています。Eskomも 一部の施設の建設を進めています。
はるかに容易に、はるかに安価に
過去10年間で、太陽光エネルギー分野を特徴づける最大の進展は、太陽光発電パネル価格の急激な下落でした。そのほか、他の太陽光技術や電力貯蔵においても、控えめながら技術的進歩が見られます。
太陽光発電（Photovoltaics、略称PV）とは、光のエネルギーが物質に吸収され、それが直接電子に伝えられて電流を生じさせる過程です。長年にわたる研究の進展、特に入手しやすいシリコン系材料に関わるものによって、この技術はますます安価になってきました。現在では、最も普及している技術でもあります。
最も単純なPVの構成では、太陽光パネルは動かず、地面に対してわずかに傾けられ、北向きで正午の太陽に面しています。その一例が、南アフリカ北ケープ州のキンバリー近郊にある Droogfontein Plant です。パネルの列は、それぞれのパネルが後ろのパネルに影を落とさないように配置されています。
より高度な設計は、同じく北ケープ州のカトゥ近郊にある Sishen Plant で採用されており、効率低下を相殺するために単軸追尾技術を用いています。パネルの各列は、太陽とともに南北軸に沿って徐々に回転し、後ろの列に影を落とし始める地点に達するまで追尾します。
二軸追尾システムでは、パネルは常に太陽に正対します。北ケープ州のダグラス近郊にある Herbert and Greefspan 発電所がこの技術を用いています。追加の追尾用モーターのコストは、より多くの日射を捉えることで相殺されます。
集光型太陽熱発電
集光型太陽熱発電（Concentrated solar power、略称 CSP）技術は、通常は鏡によって太陽光の向きを変え、共通の焦点に集める仕組みに基づいており、その結果、焦点は極めて高温になります。
この熱は流体によって近くの発電ユニットに伝えられ、そこで水を沸騰させてタービンを駆動します。これは、石炭を燃焼させて熱を生み出す石炭火力発電所の工程に似ています。
CSP技術には、ソーラータワー方式があります。この方式では、多数の鏡が絶えず向きを変えて、タワー上の高温点に太陽光を反射させます。 Khi Solar 1はUpington近郊で建設中で、この方式の代表例です。
放物面トラフ 技術では、すぐ上に置かれた配管に太陽光を集める凹面鏡の長い列が必要です。すでに稼働している KaXu はPofadder近郊にあり、この技術を用いています。また、同様の発電所がBokpoortとXiNaに近く追加される予定です。関連技術である 線形フレネル方式は、今後の南アフリカの太陽光発電所に関する提案の一部に登場しています。
最後に、ハイブリッド技術である 集光型太陽光発電があります。この方式では、集光の焦点に、加熱可能な流体ではなくPV受光器が置かれます。この設計は、西ケープ州の Touws River 太陽光発電所で採用されました。
利点と見過ごされがちな欠点
太陽光エネルギーは排出をほぼ完全に回避し、無限のエネルギー資源を利用し、かつ次第に安価になりつつあります。そのため、世界のエネルギー危機の解決に大きく貢献するクリーンな主要エネルギー源として推進されています。
同時に、太陽光発電の欠点を認識することも重要です。太陽光による発電は日中かつ比較的雲の少ない条件下でのみ可能です。南アフリカでは、これは通常、1日あたり 平均8時間に相当します。
PVでは、 太陽と太陽光パネルの向きの一致度が低いほど 、効率は悪化します。さらに、パネル上に積もった埃は日光を遮り、また、表面のわずか一部でも 日陰になると、太陽光パネルは正常に機能しません。
パネルや太陽光発電所の公称出力は、ほとんどの場合、ほぼ最適な日射条件下で得られたものです。一方、1日あたりの平均発電量ははるかに少なくなります。
エネルギー貯蔵も依然として課題です。それにもかかわらず、太陽光エネルギーは魅力的な選択肢であり続けています。
完成済みの太陽光発電所はすべて、Eskomの送電網に完全に接続されているため、南アフリカの電力供給の一部を成しています。晴天の日には、太陽光発電だけで送電網に 1 GW を超える電力を供給しています。これは相当な量であり、2016年に同国で停電が起きる可能性を大幅に低下させています。
本記事の掲載は、世界経済フォーラムによる見解への支持を意味するものではありません。
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執筆者：Hartmut Winklerは、ヨハネスブルグ大学の物理学教授です。
画像：Concentrix Solarが製作した試作型の太陽追尾式太陽光パネル。REUTERS/Mike Blake.
