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日射計とは何か?種類や太陽光発電での使い方をわかりやすく解説

2020.9.29

日射計は太陽から届くエネルギー量を測定する機械で、気象観測や産業などさまざまな場面で活用されてきました。日射計を使うことで、太陽光発電の効率やメンテナンス時期の把握などが可能です。

この記事では、太陽光発電に役立つ日射計の種類や使い方、日射計より便利に使えるサービスについて解説します。日射計について知りたい方はぜひ参考にしてください。

日射計とは何か?

日射計とは、ある地点において太陽からどれだけの照射エネルギー量が届いているかを測定する計器のことです。太陽から届くエネルギーを測定するための仕組みは、日射計の種類によって異なります。

日射計の基本的な原理は、黒い表面を持つ物体に太陽光を当て、温度上昇を計測することで熱エネルギーを算出するというものです。

また、表面の色によって日射の吸収率が異なる性質を利用し、白色と黒色の受光部に生じた温度差からエネルギーを測定する場合もあります。受光部にサーモパイルと呼ばれる素子が使用される日射計は、発生した熱を電位差に変換することでエネルギー量を表示する仕組みです。

日射計の役割

日射計によって測定されたデータは、大気循環や地表における熱収支の研究に役立てられます。また、太陽光は動植物の生命活動にも欠かせない存在です。特に農業分野では作物の生育状態を管理するために、日射計のデータが欠かせません。

このほか、気象観測や農業、工業、太陽光発電などで日射計が活用されています。

日射計の種類とは?太陽光発電に役立つのはどれ?

太陽光の主な測定方法は、直達( ちょくたつ)日射量、散乱日射量、全天日射量の3種類です。測定する日射量に応じて、使用する日射計の種類や計測方法が異なります。

ここでは、3つの測定方法に使用する日射計の種類や、太陽光発電に役立つものを確認しましょう。

  • 直達日射量を計測する日射計

直達日射量とは、太陽から放射されて測定地点まで直接届く日射量のことです。直達日射量を計測する場合は、直達日射計という種類の機器を使用します。

直達日射計は細長い筒状の形のため、太陽から直線的に到達する日射だけを測定することが可能です。ただし、直達日射量を測定するには、直達日射計を常に太陽が出ている方向に向けていなければなりません。

そこで、直達日射量を測定するときは、太陽を追いかけて移動する太陽追尾装置と呼ばれる機器もセットで使用されます。

直達日射計は、直達日射量を正確に測定する目的で筒状のパーツや熱電素子が使用されているため、機器のサイズが大きく比較的高価なことが特徴です。

測定する日射量に応じて使い分けが必要
  • 全天日射量を計測する日射計

全天日射量とは、太陽から届くすべての日射量です。

全天日射計はドーム型の形状をしていて、ガラス窓部分から全方向の日射を取り込みます。取り込まれた光を計測する箇所は、色が同じで大きさが異なる2つの熱電素子です。全天日射計は、2つの熱電素子に生じた温度差を電位差として計測することで日射量を表示します

また、受光部に光電素子が設置されている全天日射計では、太陽光により発電された電気量から日射量を測定することが可能です。

  • 散乱日射量を計測する日射計

散乱日射量とは、太陽光が大気中の分子や雲によって散乱され、さまざまな方向から地表に届く日射量を表します。即ち、全天日射量から直達日射量を除くと得られます。或いは全天日射計を応用し直達日射光を遮るためのリングやディスクを備えたものもあります。

太陽が出ている位置は時間によって変化するため、散乱日射量を測定するときも太陽追尾装置が使われる場合があります。

日射計の品質はISO規格で定められる

日射計の品質はISO9060によって定められ、規格によって用途はさまざまです。最も高品質な日射計は最上級として分類され、気象庁や構成業者のための標準器、研究用に使用されます。

中級の品質をもつ日射計はミドルとして分類され、用途は研究や気象観測、一部の産業などです。一般的な品質の日射計は普及型として分類され、主に産業用に使用されます。

計測機器

太陽光発電には全天日射計が使用される

太陽光発電では、全天日射計を用いることが一般的です。太陽光発電パネルに当たる日射量を計測するため、パネルの外部に全天日射計が設置されます。

太陽光発電パネルと同じ傾斜角度・方位で設置された全天日射計はパネルと同じ条件で太陽光を受光するため、パネル発電量評価のために用いられます。

太陽光発電における日射計の使い方

日射計を使用すれば、太陽光発電システムにおける太陽光から電気エネルギーへの変換効率を知ることが可能です。

太陽電池パネルに照射された光エネルギーは、その全てが電気エネルギーに変換されるわけではありません。太陽光発電システムには太陽電池パネルやパワーコンディショナ、分電盤などさまざまな 電気機器が含まれ、これらを経由することでエネルギーが一部失われます。

日射計を用いて日射量を測り、本来はどれくらいのエネルギーが発電できるかを調べれば、太陽光発電システムのエネルギー変換効率が算出可能です。

また、日射計を用いて日々の日射量データを測定すれば、太陽光発電システムのメンテナンス時期の把握にも役立ちます。

日射計によるデータ推移と、太陽光発電システムの発電量推移に大きな差が生じた場合、システムの故障を発見できます。何らかの要因でエネルギー変換効率が落ちている場合は、メンテナンスをして機能を回復させましょう。

メンテナンス

日射計以外で本来どのぐらいの発電ができたのかを知る方法

日射計を使わずに太陽光発電システムが本来どのぐらい発電ができたのかを知る方法として、「Oh My Solar!」というサービスが役立ちます。

「Oh My Solar!」 では、気象衛星ひまわりで取得した日本全国の日射量データを蓄積している為、毎月の発電量を入力することで、太陽光発電システムで本来期待できる発電量を知ることが可能です。また、 「Oh My Solar!」 を使用すると、全国に点在する発電所の発電量との比較もできます。気象衛星ひまわりのデータという単一の基準で客観的に比較評価することが出来ます。

入力された発電量に基づくデータが、グラフなどの分かりやすい形式で可視化されることも特徴のひとつです。

太陽光発電システムの診断は無料で行えるため、発電システムを運用中の方は下記のURLから 「Oh My Solar!」 に登録してみてはいかがでしょうか。

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簡易日射計は自作できる?方法を解説

簡易的なものであれば、日射計は自作することも可能です。ただし、自作できる日射計は市販のものと比較して精度や耐久性に乏しいため、太陽光発電システムなどには向いていません。自作の簡易日射計は、あくまでも参考程度として使用しましょう。

簡易日射計を自作する場合、次の道具を用意してください。

  • お弁当用醤油入れなどの容器
  • 黒色の油性ペン
  • 温度計
  • キッチン用はかり
  • 発泡スチロール
  • ボンドやビニールテープなど

まず、お弁当用の醤油入れなど、口の部分が細くなったキャップ付きの容器を黒色の油性ペンで塗ります。その後、容器に水を入れ、温度計を差し入れた状態でキャップを閉めて密閉してください。

熱を逃がさないようにするため、黒色に塗った容器の一側面だけを出して、ほかの面は発泡スチロールで覆って固定しましょう。

できた装置を太陽に向け、測定時間と温度上昇を記録することで、日射量を計算するために必要なデータを取得できます。


この記事では、日射計の種類や太陽光発電システムでの活用方法を紹介しました。日射計を使えば、太陽光発電システムの効率やメンテナンス時期を把握できます。

太陽光発電システムを運用されている方は、産業用の日射計やOh My Solar!などを利用してみてはいかがでしょうか。

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