太陽光を透過させる新型パネルで高効率のソーラーシェアリングを目指す 長岡技術科学大学の取り組み

 

新潟経済社会リサーチセンターの佐藤です。

本日は、太陽光を透過させる新型の太陽光発電パネルを開発してソーラーシェアリングの効率アップを目指す、長岡技術科学大学の取り組みについてご紹介します。

 

ソーラーシェアリングとは?

ソーラーシェアリングとは、農地の上に太陽光発電パネル(以下「パネル」)を設置し、農作物収入とともに発電による収入も得ることで、農地の効率的な活用や農家の収入増を図るものです。パネル架台を農地に設置するには農地転用許可が必要ですが、近年のソーラーシェアリング技術の開発状況などをふまえ、2013年3月に農林水産省より、農地への太陽光発電設備の設置については農地の「一時転用許可」の対象とするとして、その基準が明示されました。

農地の一時転用許可を受ける条件としては、営農の適切な継続が確保されること、転用期間は3年として期間満了時は再度許可を得ること、パネル下部の農地における単収が同じ年の地域の平均的な単収と比較して2割以上減収とならないこと、さらに、生産された農作物の状況を毎年報告することなどが必要です。相応の事務や管理の負担はあるもののソーラーシェアリングへの道が開かれたわけです。

一般的に植物の生育には太陽光が必要です。パネルが光を遮ることにより農作物の成長が阻害される懸念が生じるため、現状ではパネルの間隔を空けて設置したり、パネルの設置角度を調整したりして、過度に遮光しないような工夫が行われています。また、植物により成長に必要な日照量が異なることから、多少光が遮られても成育に影響がない作物を選択することも対応のひとつとなっています。

 

農作物による日照量の違い

 

太陽光を遮らずに透過させるパネルであれば、農地へのパネル設置密度を高めることが可能となり、農作物を栽培しながらより効果的に発電を行うことができます。従来のソーラーシェアリングに比べ、発電と農業を合わせた収入を大きく増加させることが期待できます。

このような、太陽光を透過させる画期的なパネル(以下「新型パネル」)の開発が長岡技術科学大学の山田昇教授の研究室で進められています。平成26年に新潟県の地域技術基盤高度化支援事業に採択され、3年間の開発期間と資金を受けて研究・開発を行っているものです。

事業の目的として、太陽光発電の未利用地において発電に取り組み、農地などの利用効率を高めること、集光率を高めた新型パネルにより従来比高効率で発電を行うこと、農業とともに県内のエネルギー関連産業を発展させることなどを目指しています。

長岡技術科学大学とともに、新潟県工業技術総合研究所や新型パネルの製造に係わる民間企業が研究・開発に参加し、さらに農作物への影響を調査するため新潟県農業総合研究所が支援機関となるなど、産学官連携による取り組みです。

 

長岡技術科学大学による新型パネル開発

 

新型パネルのイメージ

新型パネルのイメージは以下のようなものです。

太陽光は、太陽から真っ直ぐに入射する光と、空気中のチリなどに反射して屈折して入射する光に大別され、前者は直達光、後者は散乱光と呼ばれています。概ね6:4の比率です。直達光のみを発電に利用し、散乱光は下方へ透過させることで、パネル下部においても日照が確保できる仕組みです。

 

新型パネルのイメージ

 

また、パネル表面のレンズの形状を工夫して直達光を微細な発電セルに集め、従来パネルの約1.5倍の高い発電力を出すことを試みています(図1)。特殊形状の樹脂レンズを作る金型は精密加工が求められ、新潟県工業技術総合研究所の高い技術が活用されています。

 

新型パネルのイメージ(1)

 

さらに発電効率を高めるため、別型のレンズを使った新型パネルの研究も同時に進められています。パネル表面を多数の小さな凸状レンズ型にして、それぞれのレンズの焦点に発電セルを置くものです(図2)。凸型レンズでの集光と多数の発電セルの活用により、発電力を従来パネルの約2倍と大きく向上させることが可能となります。高価な発電セルを1ミリ四方の微細部品とすることで製造コストを低減することも図っています。

 

図2 新型パネルのイメージ(2)

 

レンズの形状により直達光のほぼすべてを集光することが可能です。ただし、集光率が上がるほどパネル下部へ透過する光量は少なくなるため、発電で使う光量と農作物が必要とする日照量のバランスを取ることが重要な課題です。

将来的には太陽を追尾する機能も付加したいとしています。太陽の動きに合わせてパネルを回転させることで、パネルが常に太陽光を効率的に捉え、発電効率を高める仕組みです。

 

長岡技術科学大学によるマイクロレンズアレイの試作品

 

今後は新型パネルの開発と併せ、パネルが効果的に機能するような架台の設計や設置方法の検討、ソーラーシェアリングに適する農作物の特定など研究課題が徐々に広がる見込みです。さらにその後は、発電した電気の効果的な活用方法や収支予測など、実用化に向けた検討も必要となります。山田教授は、発電した電気を、単なる売電ではなく、近隣の農産物加工場で利用したり、散水設備や電気柵などの田畑の設備の動力源とするなど、地域の農業が発展するような方法で活用したいとしています。田畑に設置する各種センサーと組み合わせて農業のIT化を促し、農業を、若者が「かっこいい」と感じるような人気職業にすることを望んでいるそうです。様々な業種の企業から電気活用のアイデアをたくさんお聞きしたいとのことです。

 

最後に

広大な農地を有する当県において、農地を高い効率で活用することは重要なテーマです。高効率の太陽光発電を行いながら、散乱光を透過させてパネル下部の日照量も確保する長岡技術科学大学の新型パネル。この新型パネルが、新潟県においてソーラーシェアリングを普及させるとともに、農業や再生エネルギー関連などの産業を大きく発展させることを期待したいです。

 

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『センター月報』2017年2月号の「潮流 県内最新トピックス 第10回」を加除修正いたしました。