現在、米国で最も人気のある再生可能エネルギー源は、太陽光と風力の2つです。
しかし、2022年にはどちらが主導権を握るのでしょうか？
専門家が長所と短所を比較検討します。
歴史が示すように、再生可能エネルギーの進歩はしばしば危機の後に訪れてきました。1970年代には石油禁輸措置によって原油価格が4倍に跳ね上がり、化石燃料への米国の依存を減らし、代替電源を探す取り組みが進みました。その代替電源には、太陽エネルギー、あるいは風力発電が含まれます。2008～09年の世界金融危機では、複数の政府が経済刺激策の一部をクリーンエネルギーへの投資に結び付けました。新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックは前例のないエネルギーショックを引き起こし、その後の2021年には、再生可能エネルギーへの投資がグレート・リセッション（大不況）以来の最高水準に達しました。
欧州での危機を受け、西側諸国はエネルギー自立の重要性を改めて認識しており、再生可能エネルギー源への需要は急増しています。現在、米国で最も人気のある再生可能エネルギー源は太陽光と風力の2つです。2022年にはどちらかが主導的地位を握るのでしょうか？
低下する太陽光発電のコストのおかげで、この技術は住宅所有者にとってこれまで以上に価値の高いものとなっています。住宅での利用が容易なことから、顧客はエネルギー費用とともに二酸化炭素排出量の削減も図れます。しかし人類は、現代の風力タービンが登場するずっと以前から、何千年も風力を利用してきました。実際、昨年は風力発電の発電量が太陽光発電を5％上回りました。
そこで、再生可能エネルギーの時代に入るにあたり、どちらの電源が最終的に優位に立つのでしょうか。再生可能エネルギーへの切り替えを検討している方にとっては、どちらがニーズに適しているのでしょうか。見ていきましょう。
太陽光発電と風力発電の歴史
まず、背景を少しご紹介します。風力エネルギーが使用された最古の記録は紀元前6000年から5000年頃にさかのぼり、風を受けて船を進めるための帆が発明された時期にあたります。その後、風力発電の発展により、人類は穀物をひいたり、水をくみ上げたりできるようになり、やがて1800年代後半頃には運動エネルギーから電気を生み出すようになりました。
太陽エネルギーは紀元前700年頃から利用されていたと主張することもできます。当時は鏡で太陽エネルギーを集めて火を起こしていました。しかし太陽電池が発電に使われるようになったのは1839年のことです。当時フランスで働いていた若き物理学者エドモン・ベクレルが、初めて光起電力効果を観察し、記録しました。ベクレルの発見の後、実用的な太陽光パネルを生み出すまでに1世紀以上かかりました。太陽エネルギーは、その後数十年にわたって研究開発の段階にとどまりました。
時計の針を1973年に進めましょう。オイルショックによりガソリンと原油の価格が急騰し、米国のエネルギーの将来への不安が広がりました。米国の指導者たちは、外国産石油への依存を減らす、国内由来の代替エネルギー源への関心を強めていきました。
環境保護団体からの圧力の高まりとともに、1970年代には再生可能エネルギーに対する連邦政府の具体的な支援が見られるようになりました。その発展を促すため、議会は1978年エネルギー税法を可決し、太陽光パネルを設置した住宅への税額控除を設けるとともに、大型風力タービンの開発に資金を提供しました。太陽光発電はまだ飛躍できるほど費用対効果が高くなかったものの、風力タービンは進歩的な州で一定の緩やかな成長を遂げました。
その後の数十年間で、米国の発電量に占める風力の割合は1990年の1％未満から2020年には約8.4％へと増加しました。米国の公益事業規模の総発電量に占める太陽エネルギーの割合は、1990年の0.1％から2020年には約2.5％に増加しました。
住宅用太陽光パネル
2022年現在、現代の太陽光パネルは、屋根に設置されるか、地上に架台で設置されて、日光をエネルギーに変換します。太陽光パネルは光起電力セル（太陽電池とも呼ばれます）で構成されており、半導体材料であるシリコンを用いて電流を生み出します。パネルが生み出す電気は直流（DC）であり、インバーターによって交流（AC）の電気に変換されます。これが私たちの住宅に電力を供給するために使われている電気です。
最も優れた太陽光パネルは近年、平均で250～400ワットの定格出力を持ち、また最も効率の高い太陽光パネルは約20％の変換効率に達しており、つまりパネルに当たるエネルギーの20％が電気に変換されることを意味します。一般的な太陽光アレイは10～30枚（またはそれ以上）の太陽光パネルで構成され、平均は約20枚程度です。
平均的な太陽光発電設備の設置費用は$20,000～$40,000で、設置の複雑さ、所在地、住宅の規模やエネルギー需要によって異なります。これは参入への大きな障壁であり、太陽光発電の成長に対する最大の課題の一つであり続けています。しかし、初期費用を支払える人や太陽光発電向けの融資を利用できる人にとっては、太陽光発電は数十年にわたるエネルギー節約をもたらし、適切な立地では生涯で$50,000を超える節約につながることもあります。
太陽光発電を導入した住宅の多くは系統連系されたままとなり、つまり地域の電力会社との接続が失われることはありません。ただし、独立型（オフグリッド）の太陽光発電は小規模な用途で利用できます。
住宅用太陽光発電は、住宅所有者の電力使用量を相殺するだけでなく、化石燃料や公共事業者への依存を減らすのにも役立ち、個人やコミュニティにとって多くの利点をもたらします。
住宅用風力タービン
風力タービンも発電に利用できます。光起電力効果を用いるのではなく、風車の羽根が回転して内部のローターを回します。ローターは運動エネルギーを発電機に伝え、発電機がそれを交流（AC）の電気に変換します。これは太陽光発電アレイのインバーターに似た仕組みです。また太陽光発電と同様に、風力発電も系統連系することができ、生み出されたエネルギーはバッテリーに蓄えることもできます。
太陽光パネルとは異なり、風力タービンの世界では、高度が上がるにつれて風は一般的に強くなるため、大きいほど良いとされています。
エネルギー効率・再生可能エネルギー局によると、公益事業規模の陸上風力タービンのハブ高さは1998年以降59％増加し、2020年には約295フィート（自由の女神像とほぼ同じ高さ）に達しています。米国の洋上タービンのハブ高さはさらに高くなると予測されています。タービンは非常に大きいため、地域の土地利用規制が住宅用風力設置にとって通常は課題となります。
この規模への依存性が、風力と太陽光発電を区別する最大の要因です。風力発電は効果を最大化するためにはるかに多くの土地を必要とするため、ほとんどの風力タービンは住宅用ではなく商業用または産業用規模で利用されています。ただし、風力タービンは通過するエネルギーの約50％を利用できるのに対し、住宅用の高性能太陽光パネルの効率は20％です。また太陽光パネルとは異なり、風力タービンは一日のどの時間帯でもエネルギーを生み出すことができるため、適切に導入されれば非常に効果的です。
最後に、風力をエネルギー源とする上では立地が鍵となります。風力タービンは、樹木、建物、その他の障害物のない広大な土地で最も効果を発揮します。テキサス州、オクラホマ州、アイオワ州、カンザス州、イリノイ州などの州が風力エネルギーで全国をリードしており、バージニア州、マサチューセッツ州、ニュージャージー州などの沿岸州は、成長が見込まれる分野である洋上風力発電に多額の投資を行っています。
住宅における太陽光パネルと風力タービンの利点
サプライチェーンの逼迫とインフレにより道のりは平坦ではなかったものの、再生可能エネルギー技術のコストは、過去最低水準に近づいており、石炭や天然ガスなどの従来型電源のコストを下回っています。太陽光と風力の設備は急速な成長を続けており、技術の進歩と低コストにより、住宅用のクリーンエネルギー源への需要が非常に高まっています。
ただし、一般的に風力設備はほぼすべての場合で商業用または産業用規模で利用される一方、太陽光は住宅市場で価値を証明してきました。それぞれの最大の利点と欠点を見ていきましょう。
太陽光発電の長所と短所
前述のとおり、太陽光パネルの設置は住宅規模のエネルギー源として大きな可能性を秘めています。主な理由は次のとおりです：
風力発電の長所と短所
むしろ風力発電は公益事業規模でのほうがはるかに実用的です。
では、太陽光発電と風力発電のどちらが優れているのでしょうか？
発電量全体に占める割合では、現在、風力発電が太陽光発電を上回っています。住宅所有者にとっては、太陽エネルギーのほうがはるかに実用的な選択肢です。
しかし、結局のところ決め手となるのは立地です。エネルギーの世界に万能な解決策はありません。知性とは、ある種がその環境と調和して生きる能力であり、その地域に最も適したエネルギー源を利用することです。太平洋岸北西部のような地域で、太陽光発電が水力発電のようなエネルギー源を上回ると考えることはまずありません。同様に、ニューヨーク市のような人口密集都市部で風力発電が飛躍的に普及するとも考えにくいでしょう。
エネルギーの未来は分散型です。つまり、エネルギーが地域で生産・消費される社会です。より持続可能な未来に向けて、自らの生活に具体的な変化をもたらしたいと考える住宅所有者にとって、太陽光発電は違いを生み出す素晴らしい機会となります。風力発電は住宅に対して同じような機会をもたらさないかもしれませんが、ネットゼロ炭素の未来を実現するための取り組みにおいて、再生可能エネルギー源の連携の中で間違いなく大きな役割を果たすでしょう。
