本記事は 「The Conversation」との共同制作により掲載されています。
モロッコのワルザザート近郊では、大規模な太陽熱発電所が まもなく稼働を開始する予定です 。完成すれば100万人に電力を供給できると報じられています。しかし、太陽熱発電とは何か、また、より身近な太陽光パネルを使った発電方式とはどこが異なるのでしょうか。
モロッコの発電所では、上の写真にあるような放物面状のパラボリック・トラフ型の大型鏡を用いて、トラフの焦点にあるパイプ内を流れる流体に太陽光を集中させています。焦点では、すべての光が反射されて集まります。放物面が用いられるのは、この形状によって入射光が一本の線に集光されるためです。
この過程で集められた熱によって蒸気が発生し、従来型の蒸気タービンシステムで発電に利用できます。これとは対照的に、 低温型の太陽熱システム は、家庭用や業務用建物の空気や水の加熱に用いられるものです。一方、太陽熱発電所は高温で稼働するため、太陽光の集光と広い集光面積が必要となり、そのためモロッコの砂漠は理想的な立地となっています。
これは、太陽光から電力を生み出すための、 より広く使われている“photovoltaic” 技術に代わるアプローチです。太陽光発電システムでは、太陽電池とも呼ばれる光起電力デバイスに太陽光が吸収され、材料中の電子にエネルギーが渡されて、太陽エネルギーが直接電気に変換されます。太陽熱発電と太陽光発電は、競合する技術として描かれることもあります。特定の立地でどちらを選ぶかを判断する場合にはそれが当てはまることもありますが、一般的には両者は互いに補完的な関係にあり、太陽エネルギーをできる限り幅広く活用するものです。
エネルギーを貯蔵する能力
現在、太陽熱発電システムの主な利点は、後で発電に利用できる熱を貯蔵できる点にあります。これにより、少なくとも一部については、発電を太陽熱の集熱から一定期間切り離すことが可能になります。これは、太陽エネルギー普及における最も困難な課題の一つ、すなわち天候の変化による変動性と、24時間ごとに太陽エネルギーが得られない暗い時間帯への対応に役立ちます。
効率的に貯蔵するため、このシステムでは一般に、太陽熱で加熱される融点の高い溶融塩（通常500-600°C程度）が使われています。最近の発電所設計の多くは蓄熱機能を統合しており、モロッコの発電所もその一つです。同発電所は、 定格出力で3時間分の発電 に必要な熱を毎晩貯蔵できると報じられています。この第1期事業から発電所の規模が拡大するにつれ、より多くの貯蔵が可能になります。これに対し、太陽光発電システムが日照時間外に発電するには、電気をバッテリーまたは別のシステムに貯蔵する必要があり、これは一般に効率が低くなります。
いくつかの欠点
太陽熱発電システムには欠点もあります。第一に、直達日射が必要です。大気によって散乱される拡散光は集光できないためです。このため、これらのシステムはモロッコのように晴天日の割合が高い地域に限定されます。
これに対し、ほとんどの太陽光発電システムはあらゆる日射を利用できるため、より広範な気候条件に適しています。ただし、レンズや鏡を用いて高効率の太陽電池に太陽光を集光する集光型太陽光発電システムも、直達日射を必要とします。
第二に、太陽熱システムは、蒸気発生と高い熱効率の確保のために高温で運転する必要があります。そのため、必要な太陽エネルギーをすべて集めるには物理的に大規模である必要があります。一方、太陽光発電システムは、家庭の屋根に載る非常に小型のものから、数百メガワット規模の大規模発電所まで、幅広い規模で効率的に運転できます。
第三に、太陽熱発電システムは、同程度の規模の太陽光発電システムと比べて、現在のところコストが高くなっています。これは部分的には、太陽光発電システムの市場がより大きいことが一因です―― 世界で約180GWの太陽光発電 が設置されているのに対し、太陽熱発電は5GWにとどまります（一般的な化石燃料発電所の規模は約1GWです）。ただし、経験の蓄積と市場規模の拡大に伴い、コストは下がることが見込まれます。
また、課題もあります。鏡が太陽を正確に追尾すること、鏡を清潔に保つこと、そして（洗浄や発電システム内での利用を含め）水が必要であることです。しかし、これらの点はいずれも、システム設計の進化の中で対処されつつあります。
太陽熱発電システムは、太陽エネルギーを活用するための刺激的な技術であり、幅広い用途において、暖房用の低温太陽熱システムや発電用の太陽光発電システムと並んで存在するものです。これらのうちどれが最適な選択となるかは、エネルギーをどのように使いたいか、そしてシステムをどこに設置するかによって決まります。結局のところ、世界のエネルギー供給に大きく貢献するためには、これらすべてが必要になるでしょう。
本記事の掲載は、世界経済フォーラムによる見解への賛同を意味するものではありません。
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執筆者：Nicola Pearsall氏は、ニューカッスルのNorthumbria Universityで再生可能エネルギーの教授を務めています。
画像：太陽光パネルを点検する作業員。REUTERS/Carlos Barria.
