| [일본] 폭설지대에 증가하는 메가솔라: 태양전지의 종류와 각도가 핵심
야마가타현(山形県)은 풍력발전이 활발하게 이루어지고 있는 지역이지만, 그것을 상회하는 기세로 태양광발전이 확대 중이다. 내륙부의 폭설지대에서도 메가솔라가 지속적으로 발전을 개시하고 있다. 적설대책을 위한 여러 종류의 태양전지를 구분해서 사용하고 있는 것이 특징으로 패널의 설치 각도 및 받침대의 높이도 변화시키면서 발전량의 최대화를 도모한다.
전국 각지에서 태양광발전이 확대되고 있는 가운데 야마가타현의 대응은 늦어지고 있다. 도호쿠(東北)지방의 일본해(우리나라의 동해)측은 일조시간이 짧고 겨울에 강설량이 많다. 태양광발전에 적합하지 않은 기상조건이라는 것은 명백하다. 지금까지 바다로부터 불어오는 강한 바람을 활용하여 연안부를 중심으로 풍력발전을 증가시켜 왔다. 그러데 2013년 후반부터 현 내의 6군데에서 차례로 메가솔라가 운전을 개시하였다. 설치장소는 폭설지대인 내륙부에 많이 모여 있다. 야마가타현이 태양광발전 도입량을 2012년부터 2020년까지 14배 확대시킬 목표로 추진하고 있는 성과이다.
6군데 중 1군데는 야마가타현 기업국이 운영하고 있으며, 3군데는 현 및 시가 공모하여 사업자를 유치한 것이다. 기업국이 운영하는 “야마가타현 태양광발전소”는 발전능력이 1MW로 2013년 12월에 운전을 개시하였다. 가동 당초의 모습을 보면 발전소의 부지에 많은 눈이 쌓여 있다. 이 메가솔라는 현 동부의 무라야마시(村山市)에 있던 원예시험장 부지에 건설하였다. 2만 6,000평방미터의 용지에 합계 4,900장의 태양광 패널을 설치하였다. 패널로는 세 종류를 사용하고 있으며, 설치하는 각도, 받침대 높이 및 소재를 변화시켜 적설상황 및 발전량을 검증하기 위해 시도하고 있다.
태양광 패널은 현 내에서 생산된 단결정 실리콘을 주체로 하고, 일본 국내 제조사와 해외 제조사의 다결절 실리콘을 추가하였다. 패널의 설치각도는 표준적인 30도 이외에 일부는 40도로 경사를 증가시켜 적설의 영향을 비교하였다. 받침대의 높이는 적설대책을 위해 통상적인 높이보다 높은 1.8미터로 설정되고 일부는 2.0미터까지 높였다.
일반적으로 단결정 실리콘을 사용한 태양광 패널을 발전효율이 높은 대신에 가격이 비싸다. 한편 다결정 실리콘의 경우는 발전효율이 낮지만, 가격은 저렴하다. 그리고 동일한 다결정 형태라도 제조사에 의해 눈이 잘 떨어지는 차이가 발생할 수 있기 때문에 두 종류를 함께 사용하였다. 설치각도 및 받침대의 높이를 포함하여 적설지대에 적절한 패널의 설치방법을 찾아내려는 의도이다.
메가솔라 전체의 연가 발전량은 105만 kWh로 예상되고 있다. 이는 일반 가정 약 300세대분의 전력사용량에 해당한다. 설비이용률(발전능력에 대한 실제 발전량)을 일본 국내 평균치인 12%로 상정하였다. 실제로 운전개시로부터 1년 후인 2014년 12월 시점에 연간 발전량이 어느 정도 될 것인가와 태양광 패널의 종류 및 각도에 따라 어떻게 달라질 것인가에 대한 검증결과가 주목을 받고 있다.
야마가타현의 폭설지대에서 메가솔라 사업을 성공시킬 수 있다면 강설량이 많은 다른 지역에서도 참고가 될 것이다. 세계적으로 기후변화의 영향으로 최근 도호쿠지방의 강설량이 증가하는 경향에 있다. 국토교통성의 조사에 의하면 2011년도에는 각 현의 강설량이 과거 5년간과 비교하여 증가하였으며, 그중에서도 최대 강설량을 기록한 것이 야마가타현이었다.
야마가타 태양광발전소와 유사한 계획이 마츠야마시에서 남으로 10km 떨어진 텐도시(天童市)에서도 추진되고 있다. 야마가타현이 운영하는 하수도 정화센터의 부지를 이용하여 발전능력 2MW의 메가솔라가 2013년 9월에 원전을 개시하였다. 연간 발전량은 207만 kWh로 예상되고 있으며, 설비 이용률은 12%로 예상되고 있다. 이 메가솔라에도 세 종류의 태양광 패널을 설치하였다. 약 8,000장의 태양광 패널 중 반 정도는 일본 제조사의 단결정 실리콘이고, 나머지는 국내와 해외 제조사에 의한 다결정 실리콘이다.
메가솔라를 운영하는 POWER E NEXT에 의하면, 단결정 실리콘 패널은 내하중 성능이 높기 때문에 적설에도 대응할 수 있다. 두 종류의 다결정 실리콘은 납품실적이 풍부한 일본 국내 제조사의 제품을 사용하였으며, 실리콘계 태양전지의 문제가 되는 고온 시의 성능저하 대책을 마련한 해외 제조사의 제품을 채용하였다. 야마가타현은 여름의 최고기온이 40도를 넘는 경우도 있으며, 겨울의 적설대책과 함께 여름의 고온대책도 필요하다. 태양광패널의 종류 및 각도에 의한 발전량의 비교는 여름과 겨울을 포함하여 1년간 검증될 필요가 있다. 복수의 메가솔라 실적 데이터를 집약하면 검증의 정확도는 더욱 높아질 것이다.
지금까지 고정가격매입제도에서 설정한 야마가타현 내의 설비 규모를 보면 태양광은 풍력 및 바이오매스를 상회하고 있다. 단 전국에서는 최하위에 가까운 수준으로 앞으로 더욱 확대할 수 있는 가능성이 크다. 현이 주도하는 메가솔라의 실적을 기초로 민간사업자가 참여한 태양광발전 개발 프로젝트가 활발하게 추진될 것으로 기대한다.
[출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 5월 27일]
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豪雪地帯で増えるメガソーラー、太陽電池の種類と角度がカギに
全国各地で太陽光発電が拡大する中にあって、山形県の取り組みは遅れていた。それも無理はない。東北地方の日本海側は日照時間が短く、しかも冬の降雪量が多い。太陽光発電に向かない気象条件にあることは明らかだ。これまでは日本海から吹く強い風を生かして、沿岸部を中心に風力発電を増やしてきた。
ところが2013年の後半に入ってから、県内の6カ所で相次いでメガソーラーが運転を開始した（図1）。設置場所は豪雪地帯の内陸部に多く集まっている。山形県が太陽光発電の導入量を2012年から2020年までに14倍に拡大させる目標を掲げて推進した成果の表れである。
6カ所のうち1カ所は山形県の企業局が運営するほか、3カ所は県や市が公募して事業者を誘致したものである。企業局が運営する「山形県営太陽光発電所」は発電能力が1MW（メガワット）で、2013年12月に運転を開始した。稼働当初の様子を見ると、発電所の敷地いっぱいに雪が積もっている（図2）。
このメガソーラーは県東部の村山市にあった園芸試験場の跡地に建設した。2万6000平方メートルの用地に、合計4900枚の太陽光パネルを設置している。パネルは3種類を使い分けるほか、設置する角度、架台の高さや素材も変えて、積雪の状況や発電量を検証する試みである。
太陽光パネルは県内産の単結晶シリコンを主体にして、国内メーカーと海外メーカーの多結晶シリコンを加えた（図3）。パネルの設置角度は標準的な30度のほかに、一部は40度に傾斜を増やして積雪の影響を比較する。架台の高さは積雪対策のために、通常よりも高い1.8メートルに設定して、一部は2.0メートルまで引き上げた。
一般に単結晶シリコンを使った太陽光パネルは発電効率が高い代わりに価格も高い。一方の多結晶シリコンの場合には発電効率は低めになるが価格は安い。さらに同じ多結晶タイプでも、メーカーによって雪の落ちやすさに違いが生じる可能性があると考えて2種類を混在させた。設置角度や架台の高さを含めて、豪雪地帯に最適なパネルの設置方法を見つけ出す狙いだ。
メガソーラー全体の年間の発電量は105万kWhを見込んでいる。一般家庭で約300世帯分の電力使用量に相当する。設備利用率（発電能力に対する実際の発電量）を国内の平均値である12％と想定した。実際に運転開始から1年後の2014年12月の時点で、年間の発電量がどの程度になるか、太陽光パネルの種類や角度によってどのような違いがあるのか、検証結果が注目される。
山形県の豪雪地帯でメガソーラーの事業を成功させることができれば、降雪量の多い他県にも参考になる。世界的な気候変動の影響からか、このところ東北地方の降雪量が増える傾向にある。国土交通省の調べでは、2011年度には各県の降雪量が過去5年間と比べて軒並み増加して、中でも最大の降雪量を記録したのが山形県だった（図4）。
メガソーラーを運営するPOWER E NEXTによると、単結晶シリコンのパネルは耐荷重性能が高いために積雪にも対応できる。2種類の多結晶シリコンは納入実績が豊富な国内メーカーの製品に加えて、シリコン系の太陽電池で問題になる高温時の性能劣化の対策を施した海外メーカーの製品を採用した。
山形県は夏の最高気温が40度を超えたこともあり、冬の積雪対策と合わせて夏の高温対策も必要になる。太陽光パネルの種類や角度による発電量の比較は、夏と冬を含めて年間を通した検証が求められる。複数のメガソーラーの実績データを集約すれば、検証の精度はいっそう高まる。
これまでに固定価格買取制度で認定された山形県内の設備の規模を見ると、太陽光は風力やバイオマスを上回っている（図6）。ただし全国の中では最下位に近い水準で、今後さらに拡大できる余地は大きい。県が主導するメガソーラーの実績をもとに、民間事業者を加えた太陽光発電の開発プロジェクトに弾みがつく期待は大きい。
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