浮体式太陽光発電

浮体式太陽光発電（FPV）は、浮体構造物に取り付けられた太陽光パネルです。パネルを保持する構造物は通常、プラスチック製のブイとケーブルで構成されています。これらは水域（貯水池、採石場の湖、灌漑用水路、または修復池や尾鉱池など）に設置されます。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

これらのシステムは、陸上の太陽光発電（PV）よりも利点があります。水面は土地よりも安価である可能性があり、レクリエーションに使用されていない水域に建設される構造物に対する規則や規制は少なくなります。ライフサイクル分析によると、発泡体ベースのFPV ^{[ 6 ]}は、報告されている結晶シリコン太陽光発電技術の中で最も短いエネルギー回収期間（1.3 年）と最も低い温室効果ガス排出量対エネルギー比（11  kg CO _{2 eq/MWh）を持っています。} ^{[ 7 ]} FPV は、あらゆる用途の電力を生成するだけでなく、浮いている水上で電気分解によってグリーン水素を生成するためにも使用できます。 ^{[ 8 ]}

水がパネルを冷却するため、浮体式太陽光発電アレイは陸上の太陽光発電パネルよりも高い効率を達成できます。パネルには錆や腐食を防ぐための特殊なコーティングを施すことができます。^{[ 9 ]}また、浮体式太陽光発電は日陰を作り、蒸発を遅らせ、藻類の繁殖を抑制します。^{[ 10 ]}

この再生可能エネルギー技術の市場は2016年以降急速に成長している。数十kWpの容量を持つ最初の20の発電所は2007年から2013年の間に建設された。^{[ 11 ]}設備容量は2020年の3GWから2022年には13GWに増加し^{[ 12 ]} 、 2025年までに10GWという予測を上回った。^{[ 13 ]}世界銀行は、浮体式太陽光発電に適した大きな水域が6,600あり、その表面の10%​​をパネルで覆えば技術的に4,000GWを超える容量があると推定している。^{[ 12 ]}

米国は、世界のどの国よりも浮体式太陽光発電の潜在力が高い。^{[ 14 ]}浮体式太陽光発電に適した水域は米国全土に広く分布している。南東部と南部の平原州には、一般的に最大容量の貯水池がある。^{[ 14 ]}

アメリカ人、デンマーク人、フランス人、イタリア人、日本人が最初に浮体式太陽光発電の特許を登録した。イタリアでは、水上太陽光発電モジュールに関する最初の登録特許が2008年2月に発行された。^{[ 16 ]}

最初の浮体式太陽光発電設備は、2007年に日本の愛知県に建設され、国立研究開発法人産業技術総合研究所によって建設されました。^{[ 11 ] [ 17 ]}

2008年5月、カリフォルニア州オークビルのファー・ニエンテ・ワイナリーは、灌漑池の130個のポンツーンに994枚のモジュール（175kW）を設置した。 ^{[ 11 ] [ 18 ]}その後7年間で、いくつかの小規模な浮体式太陽光発電所が建設された。最初のメガワット級発電所は、2013年7月に日本の桶川で稼働を開始した。 

太陽エネルギー産業協会（SEIA）とGTMリサーチ（後にウッド・マッケンジーに買収）^{[ 19 ]}は、2015年に米国で7.3メガワットの太陽光発電設備が設置されたと報告した。^{[ 20 ]}

2016年、京セラは千葉県 山倉ダム上流の貯水池に、当時世界最大規模となる13.4MWの太陽光発電所を建設した[ ^{21 ] 。}この発電所には5万枚のパネルが使用されている^{[ 22 ] [ 23 ]} 。 2017年5月に中国で操業を開始した淮南発電所は、かつての採石場跡地にある80万 平方メートルの^土地で、最大生産能力を持つ40  MW。^{[ 24 ]}

同年、ウォルトン・オン・テムズのクイーン・エリザベス2世貯水池にヨーロッパ最大の浮体式太陽光発電設備があると主張する英国では、アラン・ホワイトヘッド議員がCNBCに対し、太陽光発電が英国の電力生産の中心になりつつあると述べた。^{[ 25 ] [ 26 ]}

世界の設備容量は2018年の1GWから2022年には13GWに増加し、そのほとんどはアジアに集中している。^{[ 12 ]} 2020年までに、浮体式太陽光発電と陸上太陽光発電に関連するコストはほぼ同等にまで縮小した。^{[ 26 ]}

2022年、中国は世界最大の浮体式太陽光発電所である華能電力国際（HPI）を山東省徳州市に建設した。出力は320MWで、年間約150GWhの発電が見込まれている。^{[ 27 ]} 2023年には、世界の太陽光発電容量が22%増加し、1,200GWに達した。^{[ 28 ]}

2020年代に浮体式パネルの人気が高まったのは、陸上システムと比較してエネルギー収量と効率が向上したことによるものであり、^{[ 29 ]}特に土地コストや環境影響法が開発を妨げている国々ではその傾向が顕著である。

CJら（2024年）は、FPVは設置型太陽光発電設備に比べて0.6%から4.4%多くのエネルギーを生成し、0.1%から4.45%の効率改善をもたらすと報告した。^{[ 29 ]}

2024年、FPV設備は、台風ヤギがスーパー台風カプリコーンに発達して中国広東省湛江市を襲った際^{[ 30 ]} 、および米国を襲ったハリケーン・ミルトン^{[ 31 ]}の両方に耐えた。D3Energyの10基の浮体式設備は嵐の進路に沿って無傷であったが、フロリダに設置されたパネルはハリケーンによって広範囲に被害を受けた^{[ 32 ] 。}

Global Industry Analysts (GIA) は、FPV の年平均成長率 (CAGR) が 2026 年までに 33.7% になると予測しています。^{[ 27 ]} FPV 市場は、CAGR 14.5% で 2030 年までに 100 億ドル規模の産業に成長すると予想されています。^{[ 28 ]}

オーストリアの企業Swimsolは、2014年に世界初の洋上浮体式太陽光発電システムをモルディブに設置しました。これは、ウィーン工科大学とフラウンホーファー協会との協力で開発された15kWpのパイロットシステムです。 [  33 ] ^{[ 34 ] 2019年に}は、Oceans of Energy（オランダ）が、オランダ北海の荒れた海域に初の洋上浮体式太陽光発電所を設置し、複数の冬の嵐にも耐えました。^{[ 35 ] [ 36 ]}

海水に強い浮体式農場は海洋での使用を想定して建設されている。^{[ 37 ] [ 38 ]}浮体式太陽光発電は海洋環境にプラスとマイナスの両方の影響を与える可能性がある。例えば、人工礁として機能し、魚類やその他の動物の生息地を提供することができる。一方で、パネルによって日陰が増え、建設によって海草やサンゴが破壊される可能性がある。^{[ 39 ]}

海洋浮体式太陽光発電（フロートPV）は、太陽光を捕捉することを目的として、海洋水面に浮かぶPVアレイを備えた浮体式プラットフォームです^{[ 40 ]}。この新しい技術はまだ初期段階にあり、世界規模で一般的に使用されているわけではありませんが、人工礁として機能する構造物や海洋生物の基質を提供できるなど、多くの利点と欠点があります。これは、生物多様性、魚の集まり、近隣環境への潜在的な波及効果に貢献する可能性があります^{[ 41 ]}。

また、一部のモデルでは、大規模なFPVアレイは純一次生産の大幅な増加を引き起こさない可能性があるものの^{[ 42 ]}、水の濁度を低下させる可能性があり、陸上の生息地スペースを使用せずに脱炭素化をサポートし、冷却材として機能する水の効率によって強化される可能性がある^{[ 43 ]}。一方、FPVアレイは敏感な地域の海草やサンゴ礁への日照を減少させる可能性があり、水生生物の侵入種の急速な増加につながる可能性がある^{[ 44 ]}。

アンカーの設置、ケーブルや機構の固定といった人間の活動や労働手順は、水路底堆積物の撹乱や洗掘による損傷を引き起こす可能性があり、底生生物群集にリスクをもたらす可能性があります。アンカーの設置は、将来の腐食や水質汚染の潜在的な経路となります^{[ 45 ]}。したがって、水生生物に対する固有のリスクがあるため、定期的な観察と現場分析が必要です。エネルギーと生態系保護のバランスをとるためには、長期的なモニタリングが必要です。

FPVシステムは、陸上太陽光発電設備の代替として、湖、貯水池、運河に設置されることが増えています。これらのシステムは土地を節約し、水冷によりパネルの効率を高く維持し、太陽光による蒸発を抑制します。FPVは人工湖、灌漑用水路、貯水池に設置でき、保護区域外であり、長期間乾燥したり凍結したりしない町の近くの場所に特に適しています。^{[ 46 ]}

 国際的な調査では、湖や貯水池における浮体式太陽光発電（FPV）の世界的な可能性が推定されました。0.1 km ²を超える 100 万以上の水域のうち、67,893 箇所が導入基準を満たしていました。これらの水面の 10% をカバーすると仮定すると、浮体式太陽光発電は世界中で年間約 1,302 TWh を発電できる可能性があります。主な潜在的貢献国は、中国 (252 TWh)、ブラジル (170 TWh)、米国 (153 TWh) です。パプアニューギニア、エチオピア、ルワンダなどの小国では、FPV で電力需要の大部分を満たすことができます。ボリビアとトンガでは、それぞれ需要の 87% と 92% を満たすことができます。ヨーロッパでは、フィンランドとデンマークが最も高い可能性を示しており、それぞれ電力需要の 17% と 7% をカバーしています。^{[ 46 ]}

垂直軸追尾式ソーラートラッカーを備えたレイク・パウエル浮体式太陽光発電コンセプトの3Dスケッチ

米国の連邦政府所有の貯水池に設置された浮体式太陽光発電は、年間1,476テラワット時の発電能力を持つ可能性がある。 ^{[ 48 ] [ 49 ]}また、浮体式太陽光発電による日陰効果は、貯水池からの蒸発を抑制するのにも役立つ可能性がある。^{[ 50 ]}

浮体式太陽光発電プロジェクトの建設プロセスには、水底または岸に固定するアンカーと係留索の設置、陸上での浮体とパネルの列とセクションの組み立て、そしてボートでセクションを係留索まで引き寄せて固定することが含まれます。^{[ 51 ] [ 52 ]}

浮体式システムの全体的なコストは2020年までに地上設置型システムとほぼ同等になったが、^{[ 26 ]} 2023年には設置費用が約10～25%高かった。^{[ 53 ] [ 54 ] [ 51 ]}国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の研究者によると、この増加は主にパネルを水上に固定するためのアンカーシステムの必要性によるものである。^{[ 55 ]}

このアプローチを支持する要因はいくつかある。

• 土地を占有しない – 水上太陽光発電所の主な利点は、電気キャビネットと送電網接続に必要な限られた面積を除いて、土地を一切占有しないことです。価格は陸上発電所と同程度ですが、水上太陽光発電は土地の消費を避ける良い方法を提供します。^{[ 57 ]}
• 設置、廃止、およびメンテナンス – 浮体式太陽光発電所は陸上式発電所よりもコンパクトで、管理が簡単で、建設と廃止も容易です。主なポイントは、陸上式発電所で使用される基礎のような固定構造物が存在しないため、設置を完全に元に戻すことができることです。さらに、水上水槽に設置されたパネルは、特に埃っぽい土壌の地面に設置する場合と比較して、メンテナンスが少なくて済みます。アレイは設置場所に移動する前に単一の岸辺で組み立てられるため、設置は地上設置型アレイよりも迅速に行うことができます。^{[ 12 ]}
• 水の保全と水質 – 水域を部分的に覆うことで水の蒸発を減らすことができます。^{[ 58 ]}この結果は気候条件と覆われた表面積の割合によって異なります。インドの一部のような乾燥気候では、覆われた表面積の約30%の蒸発が防げるため、これは重要な利点です。^{[ 59 ]}これはオーストラリアではさらに大きい可能性があり、水域が灌漑目的で使用される場合は非常に有用な特徴です。^{[ 60 ] [ 61 ] FPVによる水の保全は大きく、消滅しつつある末端の自然湖[ 62 ]}やその他の淡水域を保護するために使用できます。 ^{[ 63 ]}これにより、FPVは水不足に直面している地域での再生可能エネルギー生成のための実用的なアプローチとして位置付けられます。^{[ 64 ]}例えば、水不足に苦しむ地域にあるナセル湖のケーススタディでは、50%の被覆により、年間61.71%または90億7000万m3の水の蒸発が防げることがわかりまし^た。^{[ 65 ]}
• 冷却によるパネル効率の向上 – PVパネルの近くの水の冷却効果により、5%から15%のエネルギー増加がもたらされます。^{[ 6 ] [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ]}自然冷却は、PVモジュール上に水の層を設けるか、モジュールを水没させることによって増加させることができます。これは、いわゆるSP2（水没型太陽光発電パネル）です。^{[ 69 ]}
• 追尾 – 大型浮体プラットフォームは水平方向と垂直方向に容易に回転させることができ、太陽追尾（ヒマワリと同様）が可能になります。移動式ソーラーアレイはエネルギー消費が少なく、陸上太陽光発電所のような複雑な機械装置も必要ありません。浮体式太陽光発電所に追尾システムを装備しても追加費用はほとんどかからず、エネルギー利得は15%から25%に及ぶ可能性があります。^{[ 70 ]}
• 環境制御 –工業国で深刻な問題となっている藻類の異常繁殖は、水面の40%以上が覆われると減少する可能性がある。^{[ 71 ]}水域を覆うことで水面直下の光が減り、藻類の光合成と成長が抑制される。積極的な汚染制御は水管理にとって依然として重要である。^{[ 72 ]}
• 人間の活動によって既に利用されているエリアの活用 – 浮体式太陽光発電所は、水没した鉱山跡地^{[ 73 ]}や水力発電所など、人工的に作られた水域の上に設置することができます。このようにして、他の土地を利用する代わりに、人間の活動によって既に影響を受けているエリアを利用して、特定のエリアの影響と収穫量を増やすことが可能です。
• 水力発電所とのハイブリッド化 –

  

  浮体式太陽光発電は、既存の水力発電所に設置されることが多い。^{[ 74 ]}これにより、既存の送電線や配電インフラを利用するなど、追加のメリットやコスト削減が可能になる。^{[ 75 ]}浮体式太陽光発電は、世界の危機に瀕している淡水域における水の蒸発を減らすための潜在的に収益性の高い手段を提供する。さらに、揚水式水力発電所の水盤に浮体式太陽光発電パネルを設置することも可能である。太陽光発電と揚水式発電のハイブリッド化は、揚水式水力発電所が太陽光発電から得られる高量だが不安定な電力を蓄えることができ、水盤が太陽光発電所のバッテリーとして機能するため、2つの発電所を合わせた能力を高める上で有益である。^{[ 76 ]}例えば、ミード湖の事例研究では、湖の10%を浮体式太陽光発電で覆うと、ラスベガスとリノを合わせた電力需要を満たすのに十分な水が節約され、電力が生成されることが判明した。^{[ 63 ]} 50%のカバー率では、FPVは127 TWhを超えるクリーンな太陽光発電と6億3322万立方メートルの節水効果をもたらし^、米国の汚染物質を排出する石炭火力発電所の11%を廃止するのに十分な電力を供給し、500万人以上のアメリカ人に年間水を供給することになる。^{[ 63 ]}

浮体式太陽光発電は設計者にとっていくつかの課題を提起する。^{[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]}

• 電気的な安全性とシステムコンポーネントの長期的な信頼性：システムは耐用年数全体にわたって水中で稼働するため、特に海水上に設置される場合は、耐腐食性が大幅に向上し、長期的な浮力能力（冗長性、弾力性、分散型フロート）を備えている必要があります。
• 波浪：浮体式太陽光発電システム（配線、物理的な接続、浮体、パネル）は、特に沖合や沿岸に設置する場合、陸上よりも比較的強い風や大きな波に耐えられる必要があります。
• 保守の複雑さ：一般的に、運用および保守活動は、陸上よりも水上で行う方が困難です。
• 浮体式太陽光発電システムの複雑さ：浮体式太陽光発電パネルは、ポンツーンや浮桟橋などの浮体プラットフォーム上に設置する必要があります。この技術は当初、太陽光発電モジュールの設置を目的として開発されたものではないため、その目的に合わせて特別に設計する必要があります。
• アンカー技術の複雑さ：浮体パネルのアンカーは、発電を妨げるパネル位置の急激な変化を避けるために不可欠です。アンカー技術は、ボートやその他の浮体構造物に適用される場合はよく知られ確立されていますが、浮体式太陽光発電での使用には適応させる必要があります。激しい嵐により浮体システムが故障した事例があり、アンカーシステムはこれらのリスクを考慮して開発する必要があります。^{[ 81 ]}
• 社会利用上の衝突:水域を浮遊パネルで覆うことは、社会利用を妨げる可能性があります。たとえば、漁業に使用されている貯水池を覆うと、その漁業に依存している地域住民が損なわれる可能性があります。浮遊パネルによる景観への影響は、不動産価格を下げ、近隣の地主からの反対を招く可能性があります。^{[ 82 ]}オランダのオーストフォールンセ湖の地元住民を対象に行われたある調査では、地域社会における短期浮遊式太陽光発電プロジェクトに対する反対率が10%であることが示されました。^{[ 83 ]}これらの懸念には、湖周辺のビジネスやレクリエーション活動の妨げが含まれていました。他の調査では、浮遊式太陽光発電技術が湖の自然美を損ない、オーストフォールンセ湖に対する地元住民の個人的な愛着を無視するという懸念が示されました。^{[ 83 ]}
• 生態学的課題：水域の遮光は有害な藻類の異常発生を抑制する可能性があるが、浮遊式太陽光発電パネルの遮光は光合成を阻害し、光に反応する魚類や動物プランクトンの行動を変化させることで生態系に損害を与える可能性がある。さらに、太陽光発電システムからの偏光の放出は、多くの昆虫、鳥類、両生類など偏光に敏感な動物に影響を与える可能性がある。^{[ 84 ]}

• アグリボルタイクス
• 太陽管
• 太陽エネルギー
• 垂直型両面受光型太陽電池

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• 浮体式太陽光発電市場調査（2022年）米国エネルギー省
• 浮体式太陽光発電所：エネルギー収量、信頼性、およびメンテナンスに関するレビュー（2025年）、ホーム
• ファクトシート：浮体式太陽光発電所（2026年）、 ホーム
• ロドリゲス・ガジェゴス、カルロス・D;ガンジー、オクトヴィアーノ。サン、ホイシュアン。ペイトン、セリーヌ。張、吉。モディーン・ヤコブ・アリ、ジャファール。アルバレス・アルバラド、マヌエル・S;張文傑。ロドリゲス・ガジェゴス、セザールA;チュア、ロイドHC。トーマス・ラインドル（2025年1月1日）。「世界的な浮遊太陽光発電の現状と可能性」。エネルギーの進歩。7 (1): 015001。ビブコード: 2025PrEne...7a5001R。土井：10.1088/2516-1083/ad9074。ISSN 2516-1083。 
• インドにおける水上太陽光発電の可能性