7. 太陽光発電設備の評価方法¶

太陽光発電設備による発電量と、発電による一次エネルギー消費量の削減量の算出ロジックを示す。

7.1 はじめに¶

7.1.1 適用範囲¶

建築物に設置する系統連系形の太陽光発電設備を対象とする。太陽電池アレイの方位角、傾斜角、システム容量、太陽電池の種類及び設置方式から1時間ごとの発電量を算出する。

7.1.2 計算の流れ¶

太陽光発電設備の計算は、次の順序で行う。

地域区分及び年間日射地域区分に応じた1時間ごとの気象データを読み込む。
アレイの方位角及び傾斜角から、アレイ設置面の日射量を算出する。
太陽電池の種類、設置方式、モジュール温度及びパワーコンディショナ効率から総合設計係数を算出する。
各太陽光発電システムの1時間ごとの発電量を算出する。
全システム・全時刻の発電量を積算し、一次エネルギー換算する。

7.1.3 入出力¶

本章の主な入力及び出力は、次のとおりである。

表 1. 入力
変数名	説明	単位	入力シート
\(Region\)	地域区分	-	様式0：⑤地域区分
\(AnnualSolarRegion\)	年間日射地域区分	-	様式0：⑪年間日射地域区分
\(\eta_{IN,R,i}\)	太陽光発電システムiのパワーコンディショナの定格負荷効率	-	様式7-1：②パワーコンディショナの効率
\(CellType_i\)	太陽光発電システムiの太陽電池の種類	-	様式7-1：③太陽電池の種類
\(ArraySetupType_i\)	太陽光発電システムiのアレイ設置方式	-	様式7-1：④アレイ設置方式
\(P_{p,i}\)	太陽光発電システムiのアレイのシステム容量	kW	様式7-1：⑤アレイのシステム容量
\(P_{\alpha,i}\)	太陽光発電システムiのパネルの方位角	°	様式7-1：⑥パネルの方位角
\(P_{\beta,i}\)	太陽光発電システムiのパネルの傾斜角	°	様式7-1：⑦パネルの傾斜角

表 2. 出力
変数名	説明	単位
\(e_{p,i,d,t}\)	日付dの時刻tにおける太陽光発電システムiの1時間当たりの発電量	kWh/h
\(E_{PV}\)	太陽光発電設備による年間一次エネルギー消費量の削減量	MJ/年

7.2 アレイ設置面の日射量¶

日付dの時刻tにおける太陽光発電システムiのアレイ設置面の日射量 \(I_{S,i,d,t}\) [W/m²] を算出する。

Builelibでは、気象データに含まれる法線面直達日射量と水平面天空日射量を、アレイの方位角及び傾斜角に応じて設置面へ変換する。方位角は南を0°、西を90°、北を180°、東を270°とし、傾斜角は水平を0°、鉛直を90°とする。計算では入力された傾斜角の一の位を丸め、10°単位の値を用いる。

アレイ設置面の直達日射量 \(I_{OD,slp,i,d,t}\) は次式で算出する。

\[ I_{OD,slp,i,d,t} = I_{OD,d,t} \left[ \sin h_{d,t}\cos P_{\beta,i} + \cos h_{d,t}\sin P_{\beta,i} \cos\left(P_{\alpha,i}-A_{d,t}\right) \right] \]

アレイ設置面の天空日射量 \(I_{OS,slp,i,d,t}\) は、等方性天空モデルにより次式で算出する。

\[ I_{OS,slp,i,d,t} = I_{OS,d,t} \frac{1+\cos P_{\beta,i}}{2} \]

したがって、アレイ設置面の日射量は次式となる。太陽がアレイの背面側にある場合は直達日射量を0とし、天空日射量のみを考慮する。

\[ I_{S,i,d,t} = \max\left(0, I_{OD,slp,i,d,t}\right) + I_{OS,slp,i,d,t} \]

ここで、\(I_{OD,d,t}\) は法線面直達日射量 [W/m²]、\(I_{OS,d,t}\) は水平面天空日射量 [W/m²]、\(h_{d,t}\) は太陽高度、\(A_{d,t}\) は太陽方位角である。

7.3 太陽電池モジュール温度¶

日付dの時刻tにおける太陽光発電システムiの加重平均太陽電池モジュール温度 \(\theta_{CR,i,d,t}\) [°C] は、次式で算出する。

\[ \theta_{CR,i,d,t} = \theta_{A,d,t} + \left( \frac{f_{A,i}}{f_{B,i}V^{0.8}+1} +2 \right) I_{S,i,d,t}\times10^{-3} -2 \]

ここで、\(\theta_{A,d,t}\) は外気温度 [°C]、\(V\) はアレイ設置面における風速 [m/s] である。風速は地域、日付及び時刻によらず1.5 m/sとする。係数 \(f_A\) 及び \(f_B\) はアレイ設置方式に応じて表3の値を用いる。

表 3. アレイ設置方式に応じた係数
アレイ設置方式	\(f_A\)	\(f_B\)
架台設置形	46	0.41
屋根置き形	50	0.38
その他	57	0.33

7.4 総合設計係数¶

日付dの時刻tにおける太陽光発電システムiの総合設計係数 \(K_{p,i,d,t}\) は、各種損失を表す補正係数の積として次式で算出する。

\[ K_{p,i,d,t} = K_{HS,i} \times K_{PD,i} \times K_{PT,i,d,t} \times K_{PA,i} \times K_{PM,i} \times K_{IN,i} \]

日陰、経時変化、アレイ負荷整合及びアレイ回路の各補正係数と、最大出力温度係数は表4の値を用いる。

表 4. 太陽電池の種類に応じた補正係数
係数	結晶系	結晶系以外
日陰補正係数 \(K_{HS}\)	1.00	1.00
経時変化補正係数 \(K_{PD}\)	0.96	0.99
アレイ負荷整合補正係数 \(K_{PM}\)	0.94	0.94
アレイ回路補正係数 \(K_{PA}\)	0.97	0.97
最大出力温度係数 \(\alpha_{p,max}\) [1/K]	-0.0041	-0.0020

インバータ回路補正係数 \(K_{IN,i}\) は次式で算出する。

\[ K_{IN,i}=\eta_{IN,R,i}\times0.97 \]

パワーコンディショナの定格負荷効率 \(\eta_{IN,R,i}\) が未入力の場合は0.927とする。

温度補正係数 \(K_{PT,i,d,t}\) は、モジュール温度と標準試験条件の25°Cとの差から次式で算出する。

\[ K_{PT,i,d,t} = 1 + \alpha_{p,max,i} \left(\theta_{CR,i,d,t}-25\right) \]

7.5 1時間当たりの発電量¶

日付dの時刻tにおける太陽光発電システムiの1時間当たりの発電量 \(e_{p,i,d,t}\) [kWh/h] は、次式で算出する。

\[ e_{p,i,d,t} = P_{p,i} \times \frac{I_{S,i,d,t}}{\alpha_p} \times K_{p,i,d,t} \times10^{-3} \]

ここで、\(P_{p,i}\) はアレイのシステム容量 [kW]、\(\alpha_p\) は基準状態の日射強度であり、1.0 kW/m²とする。式中の \(10^{-3}\) は、日射量をW/m²からkW/m²へ換算するための係数である。

太陽光発電設備全体の1時間当たりの発電量 \(e_{PV,d,t}\) [kWh/h] は、全ての太陽光発電システムの発電量を積算して求める。

\[ e_{PV,d,t} = \sum_{i=1}^{n_{PV}} e_{p,i,d,t} \]

7.6 年間一次エネルギー消費量の削減量¶

太陽光発電設備による年間発電量 \(E_{PV,e}\) [kWh/年] は、1年間の1時間当たりの発電量を積算して求める。

\[ E_{PV,e} = \sum_{d=1}^{365} \sum_{t=1}^{24} e_{PV,d,t} \]

太陽光発電設備による年間一次エネルギー消費量の削減量 \(E_{PV}\) [MJ/年] は、年間発電量を電力の一次エネルギー換算係数で換算して求める。

\[ E_{PV} = E_{PV,e} \times f_{prime,e} \times10^{-3} \]

ここで、\(f_{prime,e}\) は電力の一次エネルギー換算係数 [kJ/kWh] である。既定値は9,760 kJ/kWhとし、計算条件で別の値が指定されている場合はその値を用いる。得られた \(E_{PV}\) は、第1章に示す設計一次エネルギー消費量の算定において削減量として差し引く。

7.7 参考文献¶

国立研究開発法人建築研究所「平成28年省エネルギー基準に準拠したエネルギー消費性能の評価に関する技術情報（住宅）第九章自然エネルギー利用設備第一節太陽光発電設備」Ver.12、2025年10月。
9-1_251001_v12.pdf
JIS C 8907:2005「太陽光発電システムの発電電力量推定方法」
JIS C 8961:2008「太陽光発電用パワーコンディショナの効率測定方法」