太陽光発電のメリット・デメリットとは？仕組みやパネルの種類、普及率について

太陽光発電は再生可能エネルギーの中でも技術成熟度が高く、住宅から大規模発電所まで幅広く導入が進んでいる発電方式である。

太陽光発電は、太陽光を電気に変換するシンプルな仕組みを持ち、CO₂を排出しない点やエネルギー資源の枯渇リスクが低い点が評価されてきた。一方で、太陽光発電はメリットだけでなく、発電量が天候に左右される特性や設備コスト、廃棄・リサイクルといったデメリットも無視できない。

本記事では、太陽光発電の仕組みを整理しつつ、国内外の太陽光発電普及率や市場動向を踏まえ、導入価値と課題を技術・ビジネスの両面から解説したい。

太陽光発電とは？

太陽光発電とは、太陽の光エネルギーを半導体によって直接電気に変換する発電方式であり、発電時にCO₂などの温室効果ガスを排出しない点が大きな特徴だ。風力や水力と並ぶ再生可能エネルギーの中でも、設備の小型化や分散配置が可能な技術として広く普及している。

太陽光発電の起源は、1839年にフランスの物理学者であるアレクサンドル・エドモン・ベクレルが、光を受けた物質が電圧を生じる現象を発見したことに始まる。実用面での大きな転換点は1954年、アメリカのベル研究所においてシリコンを用いた太陽電池が開発されたことである。これにより安定した発電が可能となり、宇宙用途から民生用途へと応用範囲が拡大。

さらに1970年代のオイルショックを背景に、化石燃料依存からの脱却が政策課題として浮上し、研究開発と導入支援が進んだ結果、太陽光発電は現在のエネルギーインフラを支える重要な技術へと成長している。

太陽光発電の仕組み・原理

太陽光発電の仕組みは、太陽電池（ソーラーパネル）に光が当たることで電気を生み出す光起電力効果に基づいている。

太陽光パネル内部には、プラスの性質を持つp型半導体とマイナスの性質を持つn型半導体が接合された構造が採用されており、そこに太陽光が入射すると、光エネルギーによって半導体中の電子が励起され、電子と正孔が発生する。

これらの電荷は内部に形成された電界によって、それぞれn型側とp型側へ分離されるため、両端に電位差が生じ、回路を接続すると電流が流れる。この過程で生成される電気は直流であり、家庭や事業所で使用される交流電力とは異なる。

そのため、実際の設備ではパワーコンディショナを用いて直流を交流へ変換し、系統連系や自家消費を可能にしている。

太陽光パネルの素材と種類

太陽光発電に使用されるパネルはシリコン系が主流だが、近年は変換効率など技術的課題を解消するために、化合物系や有機物系などの太陽光パネルも開発されている。

シリコン系

太陽光パネルの素材の中で、現在最も主流となっているのがシリコン系だ。シリコンを用いた太陽電池は、製造方法や構造の違いから「結晶シリコン系」と「薄膜シリコン系」に大別される。また、結晶シリコン系はさらに「単結晶シリコン」と「多結晶シリコン」に分類される。

単結晶シリコンは原子配列が規則正しく、電子の移動効率が高いため光電変換効率に優れ、限られた設置面積でも高い発電量を確保しやすい。一方、多結晶シリコンは複数の結晶が集まった構造を持ち、変換効率はやや劣るものの、製造コストを抑えやすく耐久性も高いため広く普及してきた。

薄膜シリコン系はアモルファスシリコンを用いた構造で、使用するシリコン量が少なく、軽量で柔軟性のあるパネル設計が可能である反面、結晶シリコン系と比べると変換効率は低めとなる傾向がある。

化合物系

化合物系太陽電池とは、銅やインジウム、ガリウム、セレン、テルル、カドミウムなど複数の元素を組み合わせた化合物半導体を用いる太陽電池を指す。これらの材料は光吸収係数が高く、非常に薄い層でも太陽光を効率よく電気に変換できる点が特徴である。

代表例としてCIS系やCIGS系太陽電池があり、いずれも薄膜構造で製造されるため材料使用量を抑えやすく、大面積化や軽量化に適している。その結果、曲面や建材一体型への応用も期待されてきた。

一方で、原料となるインジウムやガリウムは希少性が高く、価格変動や供給リスクを抱えている。加えて、均一な性能を確保するための製造プロセス管理が難しく、量産性やコスト面で課題を残している。

有機系

有機系太陽電池とは、炭素を主成分とする高分子材料や低分子の有機化合物を用い、光の吸収と電荷輸送を行う太陽電池である。代表例としてペロブスカイト太陽電池が挙げられ、ナノメートル単位の極めて薄い膜で発電層を形成できる点が特徴だ。

基本的に薄膜構造で、常温・常圧下における溶液プロセスや印刷技術による製造が可能なため、装置コストや製造時のエネルギー消費を抑えやすい。軽量かつ柔軟な設計が可能で、建材や曲面への応用も期待されている。

一方で、耐久性や長期安定性には課題が残り、発電効率も依然として発展途上にある。材料開発や層構造の最適化が今後の技術進展の鍵となる。

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太陽光発電の割合・普及率はどのくらい？

2025年10月7日に、英シンクタンクEmberが発表したレポート「Global Electricity Mid-Year Insights 2025」によると、2025年上半期の太陽光発電量は前年同期比31%増の306 TWhに達し、世界の電力構成に占めるシェアは6.9%から8.8%へと上昇した。

この成長を牽引しているのは中国が55%を占め、次いでアメリカ14%、EU12%、インド5.6%、ブラジル3.2%となっている。また、複数の国で電力の25%以上を太陽光で賄う例が報告され、29ヵ国以上で10%を超える比率に達していることが示されている。世界的な普及率の向上が、太陽光発電が再生可能エネルギーの主要な柱となりつつあることを物語っている。

日本国内でも、資源エネルギー庁が2025年4月に公表した「令和5年度（2023年度）におけるエネルギー需給実績」によると、再生可能エネルギーの割合が2013年度の10.9%から2023年度に22.9%へと増加し、その中で太陽光発電が9.8%と最大の比率を占めている。

この増加は10年以上にわたる導入促進策や設備の普及による成果であるが、さらなる拡大に向けた技術・制度面の改善が続いている。

太陽光発電の市場動向について

2025年5月にSolarPower Europeが発表した「太陽光発電の世界市場の展望 2025-2029」によれば、2024年の世界の太陽光発電設備導入量は597GWに達し、前年から33%増と大幅に拡大した。2025年も655GWまで成長し、2027年から2029年にかけても年率2桁前半の成長を維持し、2029年には930GWに到達すると予測されている。

しかし、一方で市場拡大は中国への依存度が極めて高く、2024年の中国市場は329GWと世界全体の過半を占めた。なお、中国では2025年から2026年にかけて制度変更が予定されており、世界市場の成長が一時的に鈍化する可能性がある。

また、日本国内の市場動向に関して、富士経済の「再生可能エネルギー関連の国内市場を調査」によると、2025年度の再生可能エネルギー市場が約2兆円規模とされ、その約半分を太陽光発電が占めるとされる。2012年7月から導入されたFIT制度による普及期を経て、今後は自家消費型や公共施設への設置、2030年代の卒FITを背景とした更新需要が市場を支えると見られている。

太陽光発電のメリット・特徴

太陽光発電のメリットとしては、大きく以下の4つが挙げられる。

災害時の電源として機能する

太陽光発電は災害時の非常用電源として機能する点が大きな特徴である。地震や台風などにより送電網が被害を受け、広範囲で停電が発生した場合でも、自立運転機能を備えた太陽光発電システムであれば電力を確保できる。

通常、系統連系型の太陽光発電は安全確保のため停電と同時に運転を停止するが、多くのパワーコンディショナには系統から切り離して発電を継続する自立運転モードが搭載されている。このモードを手動で切り替えることで、日中に発電した電力を専用コンセントから利用でき、照明や通信機器、冷蔵庫など最低限の生活インフラを維持することが可能となる。

さらに蓄電池と組み合わせれば、夜間や天候不良時でも電力供給を補完でき、防災性の高い電源として評価されている。

CO₂（温室効果ガス）を排出しない

また、太陽光発電の大きな特徴として、発電時にCO₂をはじめとする温室効果ガスを排出しない点である。太陽光発電は、太陽電池が光起電力効果を利用して光エネルギーを直接電気に変換する仕組みにより、火力発電のように燃料を燃焼させる工程を伴わない。このため、発電の過程でCO₂に加え、窒素酸化物や硫黄酸化物といった大気汚染物質も発生しない。

運転時の排出がゼロであることは、都市部や住宅地でも導入しやすい要因となっている。なお、製造や廃棄の過程では一定の環境負荷が生じるものの、発電量あたりで評価すると化石燃料由来の電源より排出量は大幅に低く、脱炭素社会の実現に貢献する技術として位置づけられている。

売電収入が得られる

次に、太陽光発電のメリットには、発電した電気を電力会社に売却し、売電収入を得られる点が挙げられる。日本では固定価格買取制度（FIT精度）が導入されたことで、一定期間、国が定めた価格で電力を買い取る仕組みが整備され、導入時に必要となる設備投資の回収見通しを立てやすくなった。

この制度は住宅用太陽光発電の普及を後押ししただけでなく、事業用の発電設備においても安定した収益モデルを成立させてきた。近年は買取価格の低下が進んでいるものの、自家消費と売電を組み合わせる運用によって、電力コスト削減と収益確保の両立を図る動きが広がっている。

枯渇の恐れがない

最後に、太陽光発電の最大のメリットは、エネルギー源である太陽の光が枯渇する恐れがない点だ。石油や石炭、天然ガスといった地下資源は採掘量が増えるほど可採年数が短くなり、長期的には供給不安を抱える。

一方、太陽は核融合反応によって莫大なエネルギーを放出し続けており、現在の天文学的知見では約50億年にわたり安定したふく射が続くとされている。このため、太陽光発電は人類の時間軸において事実上無尽蔵のエネルギー源と位置づけられる。燃料調達や国際情勢に左右されにくい点も含め、長期的に安定したエネルギー供給を支える技術として評価されている。

太陽光発電のデメリット・課題

災害時の非常用電源として活用できる点や、エネルギー源が枯渇しない点など、様々なメリットがある一方で、太陽光パネルの廃棄処理問題など課題も多く残されている。

発電量が天候に左右される・発電効率が悪い

1つ目の太陽光発電の課題は、発電量が天候や時間帯に強く左右される点である。日射量が多い晴天時には安定した出力を得られるが、曇天や雨天では発電量が大きく低下し、夜間には発電できない。

また、雲が一時的に太陽を遮るだけでも出力が急変するため、電力供給が不安定になりやすい。加えて、太陽電池の変換効率には物理的な上限があり、投入された太陽光エネルギーのすべてを電気に変換できるわけではない。

初期費用が高い

続いての課題は、太陽光発電の導入時に多額の初期費用を要する点だ。主な要因は、太陽光パネルやパワーコンディショナ、架台といった主要機器の価格が高いことにある。太陽光パネルはシリコンなどの半導体材料を用い、精密な製造工程を経て生産されるため、一定のコストが避けられない。

加えて、機器の購入費用だけでなく、屋根や敷地への設置工事、電力系統との接続工事、各種申請手続きにかかる費用も発生する。これらが積み重なることで、導入初期の負担が大きくなり、導入判断の障壁となる場合がある。

定期的なメンテナンスが必要

さらに、太陽光発電は無人で稼働し続ける設備と見なされがちだが、長期的に安定した性能と安全性を維持するには定期的なメンテナンスが欠かせない。屋外に設置される太陽光パネルは、雨風や砂ぼこり、鳥の糞などの影響を受けやすく、表面に汚れが蓄積すると受光量が低下する。

特に汚れや部分的な影が生じるとホットスポット現象が発生し、局所的な過熱によって発電効率の低下や部材劣化を招く恐れがある。また、配線や接続部、パワーコンディショナの異常は外観から判断しにくく、定期点検を怠ると事故や故障のリスクが高まる。

太陽光パネルの廃棄処理問題

最後の課題は、使用済み太陽光パネルの廃棄処理問題が挙げられる。パネルの主成分はガラスやアルミニウムであり再資源化が可能だが、製品によっては発電性能を高める目的でカドミウムや鉛などの有害物質が微量に含まれている場合がある。

これらが不適切に処分され、破損した状態で放置されると、雨水などを通じて土壌や地下水を汚染するリスクが指摘されている。今後、導入初期に設置された設備が耐用年数を迎えることで大量廃棄が発生する見通しであり、分別回収やリサイクル技術、処理ルールを含む社会的な仕組みの整備が急務となっている。

太陽光発電を応用したビジネス事例

昨今では、太陽光発電を応用した様々なビジネス事例が存在する。ここでは、「営農型太陽光発電」と「宇宙太陽光発電システム（SSPS）」の2つを紹介する。

営農型太陽光発電（ソーラーシェアリング）

営農型太陽光発電（ソーラーシェアリング）とは、農地の上部空間に太陽光パネルを設置し、農作物の栽培と発電を同一の土地で両立させるビジネスモデルである。農地を発電専用に転用するのではなく、農業を継続することを前提に設計されている点が特徴だ。

作物の生育に必要な日射量を確保しつつ、夏場にはパネルによる遮光が高温ストレスを和らげ、収量や品質の安定に寄与するケースもある。加えて、発電による収益が農業収入を補完することで経営の安定化につながり、担い手不足や耕作放棄地といった農業課題の解決策としても注目されている。

宇宙太陽光発電システム（SSPS）

宇宙太陽光発電システムは、地球周回軌道などの宇宙空間に太陽光発電設備を設置し、そこで得た電力を地上へ送電する次世代の発電構想である。宇宙では天候や昼夜の影響を受けず、常に強い太陽光を受けられるため、理論上は極めて安定した発電が可能とされる。

発電した電力はマイクロ波やレーザーに変換して地上の受電設備へ送る方式が想定されているが、大電力を安全かつ高効率で送電する技術の確立が課題だ。また、巨大な構造物を宇宙で組み立てる技術や打ち上げコストの低減も不可欠であり、現時点では研究・実証段階にとどまっている。実用化には長期的な技術開発が必要とされる。

太陽光パネルに関する開発や提供を行う会社・メーカー

最後に、太陽光パネルの開発や提供を行っている企業事例をいくつか紹介する。

JinkoSolar Holding Co., Ltd. (ジンコソーラーホールディング)

JinkoSolar Holding Co., Ltd. (ジンコソーラーホールディング)は、2006年に設立された中国・上海本拠の太陽光パネルメーカーである。太陽電池モジュールの研究開発、製造、販売に加え、エネルギー貯蔵システムまで手がける総合的なクリーンエネルギー企業として展開している。

製品は世界約200の国と地域に供給され、数千社規模の顧客基盤を有する。累計モジュール出荷量は数百ギガワット規模に達しており、太陽光パネルの出荷量において世界トップクラスの実績を継続的に維持している。大規模発電所向けから分散型用途まで幅広い市場に対応している点が特徴である。

長州産業株式会社

長州産業株式会社は、1980年に山口県山陽小野田市で創業したエネルギー関連機器メーカーである。住宅設備機器の製造を起点とし、その後太陽光発電システム分野へ事業を拡大した。現在は太陽光発電システムや環境・エネルギー機器の開発、製造、提供を手がけている。

国内自社工場において単結晶シリコン太陽電池モジュールの研究開発から製造までを一貫して行っている点が特徴で、品質管理体制やアフターサービスに強みを持つ。多様な屋根形状に対応した製品展開や長期保証制度を提供し、住宅向け市場を中心に実績を積み重ねている。

ハンファジャパン株式会社

ハンファジャパン株式会社は、韓国の大手企業グループであるハンファグループの日本法人として、太陽光発電関連製品を中心に事業を展開している。グループ傘下には、かつてドイツのQセルズを買収・統合して誕生したハンファQセルズがあり、太陽電池セルやモジュール、発電ソリューションを世界規模で開発・製造・販売してきた。

技術面では、PERC技術を基盤としつつ、セル背面の反射層やナノレベルの表面処理を組み合わせた独自のQ.ANTUMテクノロジーを採用し、高い変換効率と安定した発電性能を実現している。日本市場においても住宅用から産業用まで幅広い製品供給を行っている。

太陽光発電の今後と未来

太陽光発電は、発電時にCO₂を排出しないというメリットをもつ一方で、出力の変動性、設置条件の制約、資源・材料問題、リサイクルや廃棄といった課題も顕在化している。太陽光発電は、他と比べても社会実装が進んでいる再生可能エネルギーだが、研究開発の観点からみれば、未だ技術的改良の余地を残した分野といえる。

太陽光発電を取り巻く技術と市場動向を俯瞰的に理解することは、今後の研究テーマ設定や事業戦略を検討するうえで不可欠であり、研究開発部門にとって重要なヒントとなるであろう。