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ソーラー発電と植物のエネルギー変換効率

ソーラーシェアリングは、太陽光を発電と植物で分かち合う方法ですが、エネルギーの視点で見ると、両者はどれぐらいの違いがあるでしょうか?

植物の光合成による、太陽の日照エネルギー固定率は、年間を通してみると1%以下だそうです(参考1参考2)。一方、一般的なシリコン単結晶のソーラーパネルの変換効率は、15%を超えます。ひと桁以上、太陽光発電の方が優れているのです。一定面積で太陽エネルギーを利用することを考えるなら、植物の光合成(バイオマス含む)は、極めて生産性の低い方法であることは、理解しておく必要があります。
(ただし、廃棄物処理場のような大量に燃料が集まる場所ではどんどん活用するべきですし、液体燃料や、燃焼を利用するような使い方は、電気には置き換えられませんので、バイオマスも有効利用するべきだと思っています。)
農地の一部を使った太陽光発電は、土地と太陽光を、非常に有効活用するエネルギー生産方法です。すべてバイオマスエネルギーで生活していた江戸時代と比べたら、ソーラーシェアリングを中心としたエネルギー文明は、ずっと豊かにエネルギーを使える社会になることでしょう。

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コメント

http://shinrinzatsugaku.web.fc2.com/zatsugaku1012.htm 
もっとも生産量の多い森林でも3%ぐらいのようですね。ソーラーシェアリングで33%の遮光率の場合0.33*0.15=4.95% 下の畑が67%とすると0.67%で、合計で4.95%+0.67%=5.62% ということで年間受光量の5.62%くらいが最大利用可能量になりそうですね!!
ちょっと計算してみました。

前コメントつづき。
メガソーラーの敷設率が仮に50%だとすると、0.5*0.15=7.5%
森林が3%
ソーラーシェアリングが5.62%とすると
単一植生(1%)<森林(3%)<ソーラーシェアリング5.62%<メガソーラー7.5%<屋根(15%)ということに。

しかし、これに土地面積が掛け算されるので、比較するには
単一植生(1%)*耕作地の95%
森林(3%)*国土面積の70%
ソーラーシェアリング5.62%*耕作地の5%
メガソーラー(7.5%)*大規模遊休地t屋根(15%)*全屋根面積
が必要。
計算をすると
森林>単一植生>ソーラーシェアリング>メガソーラー>屋根
でしょうか?
松岡さん、この計算あっているでしょうか?

松岡さん
幾つか数字をあつめました。
日本の森林面積2500万ha
耕作地面積460万ha
・・・・とここまで計算して気が付きました。
植物の光利用率は年間換算。
太陽光発電も年間換算ししなければならなかったのだということ。
・・・・・残念ながらもう一度積み上げのやり直しみたいです(がっかり)
では、また。

島田さんへ。よく見たら、私も変換効率と、設備利用率を間違って書いてましたね。今は訂正して、設備利用率にしておきました。結論は、概ね変わりません。
森林の3%という数字ですが、実際に人間が利用できるエネルギーは、これより大幅に少ないはずですから、単純な比較はできないのではないかと感じました。精密な計算は私では無理です……すみません。

松岡さん
パネル設置おめでとうございます。
比較する必要があるのは
設備利用率*変換効率 15%*15%=2.25%
と1%の比較なのだろうかということ。というのは、植物は、
ソーラーシェアリングでも紹介されている通り、光飽和点が通常の日射量よりも低いということ。したがって、実は、朝、夕、曇りでも呼吸量を超える光合成ができているのではということ。また、葉の向きと量、形状によって地面に対して斜めから入射する光も確実に光合成に利用しているであろうということ。最大の日射量に光合成の能力があっている植物の個体よりも、朝夕、曇りくらいの日射量に光合成のピークを合わせた個体の方が結果的に上手に適応できた結果として光飽和点が低い植物が多いのかもしれませんね。やはり、植物はすごいですよ!!

そうか、そうですね。間違えてました。

もう少し具体的な例で計算するのが現実的な比較になるかと思います。以前、試算したのですが、年間の1m2あたりのエネルギー生産量は、

ブラジルのバイオエタノール 3kWh
日本の米 2kWh
日本でのメガソーラー 50kWh
(単純にエネルギー換算式で、kWhに合わせてます)

私も、個人的な思いとしては、植物の素晴らしさを主張したいですが、農林業と工業文明をいかに共存させていくかというのも関心のあるテーマです。

あれ? やっぱり何かおかしいですね。
>設備利用率*変換効率 15%*15%=2.25%
>と1%の比較
ここに、設備利用率をかけてはいけないです。植物の1%という数字は、「実際の年間合計日照量」が分母ですよね。
設備利用率*変換効率だと、「常時直射日光が当たり続ける条件」が分母になってしまいます。

そうですね。植物の1%は、(年間の総生産量-年間の呼吸による消費量)/年間の総日射量として
太陽光発電についても年間の総発電量/年間の総日射量で比較しなければだめですね。
どこかに数字はないでしょうか?

http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/contents/Bulletin/Vol07_No2/kn_mk_hn_7_2.pdf
これがつかえるでしょうか?
パワコンの変換効率までいれても10%くらいは確保されている模様。
ということは、13~15%というのは適当な数字なんですね。とすると、
かなり荒っぽいものですが
【単一植生(1%)<森林(3%)<ソーラーシェアリング5.62%<メガソーラー7.5%<屋根(15%)】ということに・・・・。

ソーラーは、あちこちにデータありますね。つくば市も公開しています。設備稼働率14%ぐらいです。
エネルギーとして見るなら、バイオエタノールなどで比べて欲しいです。森林や植物の価値は、単なるエネルギーでは測れないですからね。

すみません。コメントが長く続いてしまって申し訳ありません。
結構勉強になるので・・・。
http://www.sumitomo-chem.co.jp/rd/report/theses/docs/20000201_hv7.pdf
この報文のおわりにのところに、
『UK001 株、および、ラン藻 Synechocystis
aquatilis SI-2 株13)については、200L 規模のバイ
オリアクターを用いた試験で森林の CO2固定の約 10
倍である50g CO2/L/day もの固定能を示した。』との記述がありました。
CO2固定能と光合成によるエネルギー収率を一緒にしてもよいのかわからないのですが、大体同じだと仮定すると、3%の10倍で30%。
バイオエタノール等は、1%よりも少なく、収率の高い藻類の1/100くらいとして、0.3%前後くらいだろうか?とイメージできました。

まずは、イメージづくりです。
はたして、いいせんいっているのか?はたしてでたらめか?

桁違いの能力が出るというのは、慎重に検証しなければいけないですね。本当ならすごいですが。バイオエタノールはたぶん0.2%以下ぐらいです(正確さは不明)。
バイオエタノール(ブラジル) 2kWh/m2/年
太陽光発電(メガソーラー) 50kWh/m2/年
日照量(日本) 1200kWh/m2/年
http://www.alic.go.jp/joho-s/joho07_000557.html

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