新たな研究によると、太陽光発電業界で広く信じられていることとは異なり、新しい種類の太陽電池やパネルは、今日の市場で経済的に成立させるために必ずしも25～30年間使用できる必要はない。
むしろ、当初の耐用年数がわずか10年の太陽光パネルでも、場合によっては経済的に合理性を持ちうる。大規模な系統連系型の設備でも同様であり、これにより、広く使用するには耐久性が不十分とみなされてきた有望な新しい太陽光発電技術への道が開かれる可能性がある。
新たな研究結果は、論文で発表されており、掲載誌はJoule。執筆者は、元MIT博士研究員で新興企業Swift SolarのCEOであるJoel Jean、MITの電気工学・コンピューター科学の教授でMIT.nanoのディレクターであるVladimir Bulović、コロラド州にある国立再生可能エネルギー研究所（NREL）のMichael Woodhouseの各氏である。
「太陽光発電の分野の人たちと話すと、新しい太陽光パネルは25年持たなければならないと口をそろえて言います」とJeanは言う。「もし10年の耐用年数を持つ新技術が出てきても、誰も見向きもしません。それがこの分野の常識になっていて、いわば足かせなんです。」
Jeanはさらに、「25年の耐用年数を1～2年、あるいは10年でも証明することはできないので、それは大きな障壁です」と付け加える。研究者らによると、こうした前提のために、多くの有望な新技術が脇に追いやられたままになっており、従来の結晶シリコン技術が商用太陽光市場をほぼ独占している。しかし、研究者らは、そうである必要はないことを明らかにした。
「忘れてはならないのは、人々が最終的に気にかけているのはパネルのコストではなく、均等化発電原価（LCOE）だということです」と彼は言う。言い換えれば、それはシステムの有効耐用期間を通じて供給される1キロワット時あたりの実際のコストであり、パネル、インバーター、架台、配線、土地、設置工事費、許認可、系統連系、その他のシステム構成要素のコストに加え、継続的な保守費用も含まれる。
今日、太陽光産業の経済性が過去とは異なって見える理由の一つは、パネル（モジュールとも呼ばれる）のコストが大幅に下落したため、現在では「システムのバランス」コスト、つまりパネル自体以外のすべての費用がパネルのコストを上回っていることにある。つまり、新しい太陽光パネルが電気的・物理的に架台や電気系統と互換性がある限り、より新しく性能の高いパネルが利用可能になった時点で、残りのシステムを再利用しながらパネルを交換することには経済的な合理性がありうる。
「技術の大部分はパネルにありますが、コストの大部分はシステムにあります」とJeanは言う。「設置して30年後にすべてを交換するシステムではなく、パネルだけを早めに交換し、それ以外はそのままにするのはどうでしょうか。経済的に成り立つ理由の一つは、より効率の高いパネルに交換する場合です」。世界各地でより効率が高く低コストの多様な技術が研究されていることから、このケースが想定される。
研究チームが分析で得た結論について、彼は「資金調達に関するいくつかの留意点はあるものの、理論上は、新しいパネルの性能が向上しているため、耐用年数が15年、あるいは10年程度と短くても、競争力のあるコストに到達できる」と述べている。
太陽電池のコストは年々低下しているものの、Bulovićは「新しい太陽光パネル技術には25年の耐用年数を示す必要があるという想定は、依然として自明の理として残っている。本研究では、太陽光パネルの価格が下がり効率が高まるにつれて、コストバランスが大きく変化することを示す」と述べる。
彼によると、今回の新たな論文の目的の一つは、比較的短命であっても研究者らの新しい太陽光技術が費用対効果を持ちうることを周知し、その結果、予想よりも迅速に採用・導入される可能性があることを知らせることである。同時に、投資家は、長期間の使用実績が証明されていない効率の高い太陽光技術を選ぶことで、パネルを定期的により新しく効率の高いものに交換できることを踏まえ、より大きな利益を得られる可能性があることを理解すべきだと彼は述べている。
「太陽光パネル技術は年々効率を高め続けており、こうした改善は今後も数年にわたって続くことが確実です」とBulovićは言う。例えば、ペロブスカイト系太陽電池は、10年足らず前に初めて開発された当初、効率がわずか数パーセントにすぎなかった。しかし近年、その最高性能は25パーセントの効率を上回るまでになった。Bulovićによると、これは最高記録のシリコン太陽電池の27パーセントや、今日の標準的なシリコンモジュールの約20パーセントと比べられる水準である。重要なのは、新しいデバイス設計では、ペロブスカイト太陽電池を別のペロブスカイト、シリコン、または薄膜の電池の上に積層することで、到達可能な最大効率の上限を40パーセント以上に引き上げられる点であり、これは今日のシリコン太陽光技術の基本的な限界である30パーセントを大きく上回る。ただし、ペロブスカイトには長期的な動作の耐久性に課題があり、25年という基準に近づけることはまだ示されていない。
Bulovićは、本研究が「世界的な常識として受け入れられてきたものの枠組みを転換する」ことを期待している。これまでのところ、耐久性の要求水準が「高すぎるために、多くの有望な技術が着手されることさえなかった」と彼は述べる。
分析のため、研究チームは3種類の太陽光発電設備を検討した。典型的な6キロワットの住宅用システム、200キロワットの商業用システム、そして太陽追尾機能を備えた大規模な100メガワットの公益事業規模システムである。米国の太陽光システムに関するNRELのベンチマークパラメーターを使用し、太陽光技術開発の将来の進展、資金調達、交換後の当初のパネルの廃棄（使用済みモジュールのリサイクルを含む）に関するさまざまな想定を用いた。モデルは、均等化発電原価（LCOE）を算出する4つの独立したツールで検証された。LCOEは、異なる電源の経済性を比較するための標準的な指標である。
研究者らは、3種類のいずれの設備においても、地域の条件の詳細に応じて、10～15年後に新しいモジュールに交換することで、太陽光発電の環境面および排出削減面での多くの利点を維持しつつ、多くの場合に経済的な利点をもたらしうることを見出した。コスト競争力の基本的な要件は、米国で設置される新しい太陽光技術が、少なくとも20パーセントのモジュール効率、1ワットあたり30セント以下のコスト、そして少なくとも10年の耐用年数から始まることであり、これら3つのすべてにおいて改善の可能性がある。
Jeanは、今日標準的とされる太陽光技術（主にシリコン系だが、カドミウムテルル化物などの薄膜タイプも含む）は、「初期の頃は、あまり安定していませんでした。今日それらが25～30年使用できるのは、何十年もかけて開発されてきたからです」と指摘する。新たな分析により、有望な新しい技術の一部を十分な規模で導入し、時間をかけて同程度の経験と改善を積み上げることが可能になるかもしれず、またモジュールの交換がなければ可能だったよりも早く気候変動に影響を与えられるかもしれないと彼は述べている。
「そうすれば、長寿命が不可欠だという認識のために、本来なら立ち消えになっていたであろうアイデアを世に送り出せるようになるかもしれません」とBulovićは言う。
本研究は、Tata-MIT GridEdge Solar研究プログラムの支援を受けた。
