子供の頃に習い,今でも覚えていますが「1分間あたり,1cm四方に2calの熱(正確にはエネルギーですが・・・)が来る。」と言って日向ぼっこをしていました。1.40×103(=2×4.19×104÷60)W/m2になります。700W/m2を直達日射量としてエネルギーの計算をすることにしました。パネルの性能を比較するときは,1000W/m2のエネルギーに対する発電量とするようです。様々な波長の放射がソーラーパネルに達します。すべてが電気エネルギーに変換できるわけではなく,パネルの薄膜組成や表面処理が変換に影響するようで特性は様々です。太陽の放射エネルギーをパネルが電気エネルギーに変える変換効率を調べてみました。数社の製品の仕様を調べてみました。変換効率の記載がないものもあり,公称最高出力の値で変換効率を比較することにしました。購入を予定している12V,80W〜150Wの独立型パネルはいずれも17〜19%の変換効率になり,価格差があっても効率の差はほとんどありません。ソーラーパネルの特性は高温になると出力が低下したり,放射照度によっても発電量が変わります。パネルの取付方角や角度が発電量に関係し,設置後の汚染や劣化まで含めると変換効率を云々することにあまり意味が無いような気もしてきました。変換効率が良いと謳っているパネルは価格が高く,小規模な使用の場合は変換効率が悪くてもパネルの設置面積を少し広くすれば済むことなので,低変換効率=低価格のパネルでソーラーシステムを作ることにしました。程度になることが分かりましたが,実際の出力は日射の状況によって変わります。平均してどの程度の発電量が期待できるのか大まかに推定してみることにしました。立てた「仮説」で予測し,実際と付き合わせてみるのも面白いと思います。以下はすべて自己流の考えです。的外れであったり重要な点が欠落しているかも知れません。設置後,発電条件と発電量の関係を調べるつもりで,その準備としてこんな「筋道」で考えてみてはどうか・・・という程度のものです。発電量に最も影響するのが天候です。W/m2(最大値)の間で変動させます。(因子1)別の要素として,周期的に変動する太陽の動き(日周運動,年周運動)があります。パネルに届く放射エネルギー,放射照度は太陽の高度や方角によって変わります。夏と冬の昼の長さの差は4時間半以上(東京の場合)あります。(因子2)これ以外にも発電量に関係する要因が考えられますが,概算を求めるだけなので特に影響が大きい上記の2つの因子に絞りました。因子1晴天日数1年間の天気を予測することは困難ですが,10年,20年という長い期間になると天気の傾向はある値に収斂していきます。年による変動は無視することにして,発電できる日照時間を過去の平均値から算出することにしました。何年前か忘れましたが夏の1カ月以上,雨や曇天が続き,米が凶作になった年がありました。天候は他の自然現象に較べてバラツキが大きいのが特徴だと思います。気象庁のwebサイトにある気象統計を見ると,ある地点,ある期間の日照時間が分かります。2010年の東京の1月と8月の日照時間はほぼ同じ230時間(*)でこの2ヵ月が年間を通して最大の月でした。夏と冬は照度が違いますから同じ発電量にはなりません。,「晴れ」と「快晴」では発電量が異なります。正確に調べるには晴れと快晴も区別する必要があるかも知れません。天気は不確定な要素ではありますが,晴れ間がどの程度か,1日あたりの日照時間を「決めてしまう」ことにしました。(気象庁データ)になることが分かりました。「晴れ」と「快晴」の相違,季節による放射照度の変化などがあるので,日照時間と発電量とは比例しません。そこで,「晴れ」も「快晴」も季節による照度変化も区別せず,同等に「晴れの時間」として取り扱うための係数を導入しました。この値をこれからの計算に使う,「1日の晴れの時間」とします。この係数をもちだしたのは,東京の1月と8月の日射時間が同じ230時間(上記*,気象庁データ)位になることを調べた上で,1月の発電量が夏の6割近くまでに落ちることをグラフ(NEDO=産総研のサイト)で見たからです。感覚的ですが春・秋では薄曇りに近い「晴れ」の日には日射しの強度が夏の1〜3割位,低下する様な気がします。夏の高温は発電量を減らす要素もあるようです。少なくとも0.9や0.5ではないとの憶測です。曇天」や「雨天」でも太陽光パネルは発電し,「晴れの時間」だけで発電量を算出したのでは正しい値が得られません。太陽が隠れている時の発電量を「晴れの時間」に加えることにしました。