2020年のIEA報告書によると、太陽光発電は世界で最も安価な電力源です。
ただし、土地を大量に必要とするため、研究者らは水域上の浮体式太陽光パネルの可能性を検討してきました。
この研究は、その構想に可能性があることを示唆していますが、野生生物やより広範な生態系への影響については依然として疑問が残されています。
こちらもご覧ください：エネルギー転換指数2021。
太陽光発電は現在、史上最も安価な電力源となっており、2020年の報告書（国際エネルギー機関）によるものです。しかし、このクリーンエネルギーの強力な担い手を妨げている要因があります。それは空間です。化石燃料による発電所と異なり、太陽光発電所は需要に見合う電力を生み出すために広大な土地を必要とします。太陽光発電所の多くは、地上設置型のパネルで構成されており、土地を占有する食料の栽培や野生生物の生息地の提供に利用され得る土地です。
電気と水は通常は混ざり合わないものですが、浮体式太陽光発電所が世界各地で導入されつつあります。湖や貯水池の上に浮かべられた太陽光パネルは、事故の火種になりそうに思えるかもしれません。しかし、最近の研究では、この技術が屋上型や地上設置型の太陽光設備と比べてより多くの電力を発電することが示されています。これは、パネルの下にある水がもたらす冷却効果によるもので、この効果により、これらのシステムの発電効率が最大で12.5%まで向上する可能性があります。
とはいえ、湖や貯水池は、すでに人々と地球にとって非常に重要です。これらの淡水域は地球表面の1%未満しか占めていませんが、地球の生物多様性の約6%を育み、何十億人もの人々にとって不可欠な飲料水や農業用灌漑用水を供給しています。憂慮すべきことに、気候変動により、世界の湖の表面温度は平均で1985年以降、10年あたり0.34°C上昇しており、有害な藻類の大量発生、水位の低下、そして水の混合の阻害を助長しています。水の混合は、大型で深い湖に自然に形成される異なる層の間で起こるものであり、その阻害によって深層の酸素が枯渇しています。
地球温暖化を抑えるためにエネルギーの脱炭素化を急ぐ中、浮体式太陽光発電所への転換は、世界の貴重な淡水資源への負担をさらに増やすだけなのでしょうか？驚くべきことに、新たな研究では、慎重に設計された浮体式太陽光発電所は、気候変動が湖や貯水池にもたらす脅威を実際に軽減しうることがわかりました。
温暖化に対する緩衝材
同僚とともに、私はコンピュータモデルを用いて、浮体式太陽光発電所が湖の水温にどのような影響を与える可能性があるかをシミュレーションしました。シミュレーションの対象は、イングランド最大の湖であり、世界で最も研究が進んだ湖の一つであるウィンダミア湖です。
浮体式太陽光発電所は、湖の水面に届く風と日光を減らし、湖内で起こる多くのプロセスを変化させます。浮体式太陽光発電所ごとに設計が異なるため、風速と日射量の1万を超える独自の組み合わせで、湖の水温がどのように変化するかをシミュレーションしました。
研究結果は、浮体式太陽光発電所によって生じる水温の変化が、気候変動そのものと同程度に大きくなりうるが、その方向は逆であることを示唆しています。
湖全体で風速と日射量を10%減らす浮体式太陽光発電所は、気候変動による10年分の温暖化を相殺できる可能性があります。湖を風から守る効果よりも日射を遮る効果が大きい設計、すなわち風速よりも日射量をより多く減らす設計が、最も大きな冷却効果をもたらしました。蒸発量が減少し、湖はより頻繁に混合されるようになりました。これは深層の水の酸素化に役立ちます。
これらの効果は、湖の水深、表面積、立地によって異なる可能性があります。しかし、湖の生態学的プロセスは風速と日射の影響を最も強く受けるため、私たちのシミュレーションはそれらに焦点を当てました。
世界的な可能性
私たちのシミュレーションの大半は、湖と浮体式太陽光発電所の双方にとって一石二鳥の結果を示しましたが、一部には望ましくない副作用を示唆するものもありました。少数のシミュレーションでは、湖面の風速を日射量以上に低下させる浮体式太陽光発電所が、実際には気候変動の影響を模倣または増幅し、深い湖の成層期間をさらに長引かせる可能性があることがわかりました。幸いなことに、浮体式太陽光発電所を慎重に設計すれば、こうしたリスクは軽減されると考えています。
浮体式太陽光発電は、過去5年間で100倍以上に成長し、2.6ギガワットの設備容量に達して、35か国に広がっています。人間が造った水域（天然の湖よりもアクセスしやすく、一般的に生態学的に敏感ではないもの）の表面積のわずか1%が浮体式太陽光パネルで覆われた場合、400ギガワットの発電が可能になります――これは、1年間に440億個のLED電球を点灯させるのに十分な電力です。
浮体式太陽光発電は、世界のエネルギー供給の脱炭素化に重要な貢献をすることが見込まれています。思いがけない幸運として、私たちの研究は、これにより気温上昇によって湖が受けている被害の一部を相殺できるという付加的な利点ももたらしうることを示唆しています。
とはいえ、私たちのシミュレーションが対象としたのは浮体式太陽光発電の物理的影響のみであり、その他の疑問は未解決のままです。浮体式太陽光発電所は、釣りやスポーツ、養殖などの他の湖の利用方法とどのように相互作用するのでしょうか？湖に生息する野生生物はどうなるのでしょうか？また、どの湖が浮体式太陽光発電所の設置に最も適しているのでしょうか？この技術の可能性を完全に理解するための取り組みは、まだ始まったばかりです。
