太陽光発電の成長

1992年から2023年の間に、太陽光発電（PV）の世界的な使用量は飛躍的に増加しました。この期間中、太陽光発電は小規模用途のニッチ市場から主流の電力源へと進化しました。 ^[4] 2016年から2022年にかけて、年間容量と生産量は約26％の成長率を示し、約3年ごとに倍増しています。

太陽光発電システムが有望な再生可能エネルギー技術として初めて認識されたとき、投資に対する経済的インセンティブを提供するために、多くの政府が固定価格買い取り制度などの補助金プログラムを実施しました。数年間、成長は主に日本と先駆的なヨーロッパ諸国によって牽引されました。その結果、技術の向上や規模の経済などの経験曲線効果により、太陽光発電のコストは大幅に低下しました。ドイツのエネルギー転換、米国の百万ソーラールーフプロジェクト、中国の2011年のエネルギー生産に関する5カ年計画など、いくつかの国家プログラムはPV導入の増加に役立ちました。 ^[5]それ以来、太陽光発電の導入は世界規模で勢いを増し、従来のエネルギー源とますます競合するようになりました。21世紀初頭には、屋上やその他の分散型アプリケーションを補完するユーティリティ規模のプラントの市場が出現しました。 ^{[6] 2015年までに、約30か国が}グリッドパリティに到達しました。^{[7] : 9}

最初の太陽電池が商業的に製造された1950年代以降、太陽光発電による最大の電力生産国として世界をリードする国が次々と現れました。最初は米国、次に日本、^[8]続いてドイツ、そして現在は中国です。

2022年末までに、世界の累積太陽光発電設備容量は約1,185ギガワット（GW）に達し、世界の電力需要の6％以上を供給し、^[9] 2019年の約3％から増加しました。^[10] 2022年には、太陽光発電は9か国で年間国内電力消費量の10％以上を占め、スペイン、ギリシャ、チリでは17％を超えました。^[9]

公的機関は太陽光発電の成長予測を発表しているが、過小評価していることが多い。^[11]国際エネルギー機関（IEA）は数十年にわたって一貫して推定値を上げてきたが、どの予測でも実際の導入量には遠く及ばない。^{[12] [13]} ブルームバーグNEFは、2030年までに米国でさらに600GWがオンラインになると予測している。^[14] 2050年までに、IEAは再生可能エネルギーが多いシナリオで太陽光発電が4.7テラワット（4,674GW）に達すると予測しており、そのうち半分以上が中国とインドで導入され、太陽光発電が世界最大の電力源となるだろう。^{[15] [16]}

銘板容量は、発電所のピーク電力出力を、キロワット(kW)、メガワット(MW)、ギガワット(GW)などの便利な接頭辞をつけた単位で表す。変動性のある再生可能エネルギー源の電力出力は予測不可能であるため、源の平均発電量は一般に銘板容量よりも大幅に低くなる。平均電力出力を推定するために、適切な容量係数を容量に掛けることができる。容量係数は、天候、夜間、緯度、メンテナンスなどのさまざまな条件を考慮に入れる。世界的に、太陽光発電の平均容量係数は 11% である。^[17] さらに、状況に応じて、記載されているピーク電力は、単一の太陽光発電パネルの場合など、その後の交流への変換前のものである場合もあれば、系統に接続された太陽光発電所の場合は、この変換とその損失が含まれる場合もある。^{[18] : 15  [19] : 10}

風力発電は、例えば設備利用率が高く、2015年の太陽光発電の約4倍の電力を生産するなど、異なる特徴を持っています。風力発電と比較して、太陽光発電の生産は、温暖な国のエアコンの電力消費とよく相関しています。2017年現在^{[アップデート]}、少数の電力会社がPV設備とバッテリーバンクを組み合わせ始めており、これにより、日没後のダックカーブに関連する問題を緩和するために、数時間のディスパッチ可能な発電量を獲得しています。^{[20] [21]}

2022年には、世界の太陽光発電総容量は228GW増加し、新規設置は前年比24％増加しました。その結果、年末までに世界の総容量は1,185GWを超えました。^[9]

アジアは2022年に太陽光発電の最大の設置国となり、新規容量の60％、総容量の60％を占めた。中国だけで新規太陽光発電の40％以上、総容量のほぼ40％を占めたが、発電量はわずか30％であった。^[22]

北米は米国を筆頭に世界総生産量の16%を占めた。北米は2022年に全大陸中最高の20%の稼働率を記録し、南米（16%）や世界全体（14%）を上回った。^[22]

2022年にオセアニアで発電された太陽光発電（39TWh）のほぼ全てはオーストラリアで発電され、いずれも世界総発電量の3％を占める。しかし、2022年にオセアニアが太陽光発電による電力の割合が最も高かったのは12％で、ヨーロッパ（4.9％）、アジア（4.9％）、世界全体（4.6％）を上回った。^[22]

米国は長年にわたり太陽光発電の設置台数でトップであり、1996年の総容量は77メガワットで、当時世界のどの国よりも多かった。1990年代後半から日本は太陽光発電の生産で世界をリードしていたが、2005年にドイツがトップに立ち、2016年までに40ギガワットを超える容量を持つようになった。2015年に中国はドイツを抜いて世界最大の太陽光発電生産国となり、^[23] 2017年には設置容量が100GWを超えた最初の国となった。2022年の一人当たりのトップ国はオーストラリア、オランダ、ドイツである。

現代の太陽光発電が発明された米国は、長年にわたり設置容量でトップを走っていた。スウェーデンとドイツの技術者による先行研究に基づき、ベル研究所のアメリカ人技術者ラッセル・オールは、1946年に最初の近代的な太陽電池の特許を取得した。^{[24] [25] [26]また、1954年に最初の実用的な}c-シリコン電池が開発されたのもベル研究所であった。^{[27] [28] 1950年代と1960年代のシリコン太陽電池の大手メーカーであった}ホフマンエレクトロニクスは、電池の効率を改善し、ソーラーラジオを製造し、 1958年に軌道に乗せられた最初の太陽光発電衛星であるヴァンガード1号に搭載した。

1977年、ジミー・カーター米大統領は、太陽エネルギーを推進するため、ホワイトハウスに太陽熱温水パネルを設置し（後にレーガン大統領が撤去） 、^[29]コロラド州ゴールデンに国立再生可能エネルギー研究所（当初は太陽エネルギー研究所と名付けられていた）が設立された。 1980年代から1990年代初頭にかけて、ほとんどの太陽光発電モジュールは、独立型電源システムや、時計、電卓、玩具などの消費者向け製品の電源として使用されていたが、1995年頃から、産業界の努力は、系統接続された屋上太陽光発電システムと発電所の開発にますます重点を置くようになった。 1996年までに、米国の太陽光発電容量は77メガワットに達し、当時世界のどの国よりも多かった。 その後、日本が先を進んだ。

1995年に阪神淡路大震災が神戸市を襲った後、日本は世界最大の太陽光発電生産国としてリードした。神戸は地震の直後に深刻な停電に見舞われ、電力網の混乱によりガソリンスタンドを含むインフラ全体が麻痺したため、太陽光発電システムはそのような事態の際に一時的な電力供給源として検討された。さらに、同年12月には、数十億ドル規模の実験用原子力発電所もんじゅで事故が発生した。ナトリウム漏れにより大火災が発生し、停止を余儀なくされた（INES 1に分類）。もんじゅを担当する準政府機関が事故の範囲と被害を隠蔽しようとしていたことが明らかになると、国民は激しく憤慨した。^{[30] [31]}日本は2004年に1,132メガワットの容量に達するまで、太陽光発電の世界的リーダーであり続けた。その後、太陽光発電の展開の焦点はヨーロッパに移った。

2005年、ドイツは日本に先んじました。2000年に再生可能エネルギー法が導入され、固定価格買い取り制度が政策メカニズムとして採用されました。この政策により、再生可能エネルギーは送電網で優先され、生産された電力に対して20年間にわたって固定価格が支払われることが確立され、実際の市場価格に関係なく投資収益が保証されました。その結果、投資の安全性が高くなり、2011年にピークを迎えた新しい太陽光発電設備の数が急増し、再生可能エネルギー技術への投資コストは大幅に低下しました。2016年、ドイツの太陽光発電設備容量は40GWを超えました。

中国は2015年末までにドイツの容量を上回り、世界最大の太陽光発電国となった。^[32] 中国の急速なPV成長は2016年も続き、34.2GWの太陽光発電が設置された。^[33] 2015年末に固定価格買い取り制度^{[34]が急速に引き下げられたため、多くの開発者は2016年半ばまでに固定価格買い取り制度を確保しようと考えた。さらなる引き下げを予想していたからだ（それは正しい[35]}）。その年、中国は次の中国5カ年経済計画（2016～2020年）中に100GWを設置するという目標を発表した。中国はその期間中に太陽光発電建設に1兆円（1450億ドル）を費やすと予想した^[36]。中国のPV容量の多くは比較的人口の少ない西部に建設されたが、電力消費の主な中心地は東部（上海や北京など）にあった。^[37]太陽光発電所からの電力を輸送するための適切な送電線が不足していたため、中国は太陽光発電による電力を削減しなければならなかった。^{[37] [38] [39]}

太陽電池の平均ワット価格は、2017年までの数十年間で劇的に下落しました。1977年には結晶シリコンセルの価格はワットあたり約77ドルでしたが、2018年8月の平均スポット価格はワットあたり0.13ドルと、40年前の約600分の1にまで低下しました。薄膜太陽電池とc-Si太陽電池パネルの価格はワットあたり約0.60ドルでした。^[42]モジュールとセルの価格は2014年以降さらに下落しました（表の価格見積もりを参照）。

この価格動向は、スワンソンの法則（有名なムーアの法則に似た観察）を裏付ける証拠と見なされました。スワンソンの法則とは、太陽光発電の累計生産量が2倍になるごとに、太陽電池とパネルのワッ​​トあたりのコストが20％低下するというものです。^[43] 2015年の研究では、1kWhあたりの価格が1980年以降毎年10％低下していることが示され、2030年までに太陽光発電が総電力消費量の20％を占める可能性があると予測されています。^[44]

以下の数字は、一部の国における太陽光発電の1キロワットあたりのコスト、2022年の1キロワット時あたりの価格、および2010年との比較を示しています。ドルは2022年の国際ドルです。データはIRENAから提供されています。^[45]

2017年までの数年間、従来の結晶シリコン（c-Si）技術は大きく進歩した。 2009年以降、シリコン原料の深刻な不足（下記参照）の後に続いた多結晶シリコンのコスト低下により、アモルファス薄膜シリコン（a-Si）、テルル化カドミウム（CdTe）、銅インジウムガリウム二セレン化物（CIGS）などの商用薄膜PV技術メーカーへの圧力が高まり、かつては大いに宣伝されていたいくつかの薄膜企業が倒産した。^[47]この分野は中国の結晶シリコンセルおよびモジュールメーカーとの価格競争に直面し、いくつかの企業は特許とともに原価以下で売却された。^[48]

2013年には、薄膜技術は世界全体の導入量の約9％を占め、91％は結晶シリコン（モノシリコンとマルチシリコン）が占めていました。市場全体の5％を占めるCdTeは、薄膜市場の半分以上を占め、CIGSとアモルファスシリコンがそれぞれ2％ずつを占めています。^{[49] ：24–25}

• CIGS技術

銅インジウムガリウムセレン（CIGS）は、この技術のベースとなる半導体材料の名前です。2015年にCIGS太陽光発電の最大手メーカーの1つは、ギガワット規模の製造能力を持つ日本のソーラーフロンティアでした。同社のCISライン技術には、変換効率が15％を超えるモジュールが含まれていました。^[50]同社は急成長する日本市場から利益を得て、国際事業の拡大を図りました。しかし、いくつかの大手メーカーは、従来の結晶シリコン技術の進歩に追いつくことができませんでした。ソリンドラ社はすべての事業活動を停止し、2011年に連邦破産法第11章の適用を申請し、同じくCIGSメーカーであるナノソーラー社は2013年に閉鎖しました。両社ともCIGS太陽電池を製造していましたが、失敗は技術によるものではなく、ソリンドラの円筒形基板など、欠陥のある構造を使用していた企業自体によるものであると指摘されています。^[51]

• CdTe技術

CdTeの大手メーカーである米国のFirst Solar社は、カリフォルニアの砂漠にそれぞれ550MWの発電能力を持つDesert Sunlight Solar FarmとTopaz Solar Farm、および2015年半ばに稼働を開始したオーストラリアの102MW AC Nyngan Solar Plant （_当時南半球最大のPV発電所）など、世界最大級の太陽光発電所を数か所建設した。^[52]同社は2013年に、着実に効率が向上しワットあたりのコストが低下するCdTeパネルの生産に成功したと報告された。^{[53] : 18–19} CdTeは、量産されているすべてのPV技術の中で最もエネルギー回収期間が短く、好条件の場所で8か月と短い可能性がある。^{[49] : 31}同じくカドミウムテルル化物モジュールメーカーであるAbound Solar社は、2012年に倒産した。^[54]

• a-Si技術

2012年、かつてはアモルファスシリコン（a-Si）技術の世界的大手メーカーだったECDソーラーが米国ミシガン州で破産を申請した。スイスのOCエリコンは、 a-Si/μc-Siタンデムセルを生産していたソーラー部門を東京エレクトロン株式会社に売却した。^{[55] [56]}アモルファスシリコン薄膜市場から撤退した他の企業には、デュポン、BP、フレックスセル、インベントゥクス、プラマック、シュコー、センセラ、EPVソーラー、^[57]ノバソーラー（旧オプティソーラー）^[58]、および結晶シリコンソーラーパネルに注力するために2010年にa-Siモジュールの製造を中止したサンテックパワーがある。2013年、サンテックは中国で破産を申請した。^{[59] [60]}

2000年代初頭、従来の太陽電池の原料で あるポリシリコンの価格は1キログラムあたり30ドルと低く、シリコンメーカーには生産を拡大する動機がなかった。

しかし、2005年に政府の計画によりヨーロッパでの太陽光発電の導入が75%増加したため、深刻なシリコン不足に陥った。さらに、半導体メーカーからのシリコン需要も高まっていた。半導体に必要なシリコンの量は生産コストに占める割合がはるかに小さいため、半導体メーカーは市場で入手可能なシリコンを太陽光発電会社よりも高値で購入することができた。^[61]

当初、既存のポリシリコン生産者は、過去の過剰投資の痛い経験から、太陽光発電の需要増加への対応が遅れていた。シリコン価格は1キログラムあたり約80ドルに急騰し、長期契約とスポット価格では1キログラムあたり400ドルに達した。2007年には、シリコンの制約が深刻になり、太陽光発電業界はセルとモジュールの製造能力の約4分の1を休止せざるを得なくなった。これは、当時の生産能力の推定777MWに相当する。この不足は、シリコン専門家に現金と新技術開発のインセンティブの両方を提供し、いくつかの新しい生産者が市場に参入した。太陽光発電業界からの初期の対応は、シリコンのリサイクルの改善に焦点を当てていた。この可能性が尽きると、企業は従来のシーメンスプロセスの代替案をより真剣に検討するようになった。^[62]

新しいポリシリコン工場を建設するには約 3 年かかるため、不足は 2008 年まで続きました。従来の太陽電池の価格は、2005 年から 2008 年のシリコン不足期間中は一定のまま、またはわずかに上昇しました。これは、スワンソンの PV 学習曲線で突出している「肩」として特に見られ、不足が長引くと、補助金なしで太陽光発電が従来のエネルギー価格と競争できるようになるのが遅れる可能性があると懸念されていました。

その一方で、太陽光発電業界では、ウェーハの厚さとカーフ損失を減らし、各製造ステップでの歩留まりを上げ、モジュール損失を減らし、パネル効率を上げることで、ワットあたりのグラム数を減らしました。最終的に、ポリシリコンの生産量の増加により、2009 年の世界中の市場におけるシリコン不足が緩和され、その後数年間、太陽光発電業界では過剰生産能力が発生し、価格が急落しました。

ポリシリコン業界は、不足期間中に追加の大規模生産能力の構築を開始したため、価格は1キログラムあたり15ドルまで下落し、一部の生産者は生産を一時停止するか、このセクターから撤退することを余儀なくされました。シリコンの価格は1キログラムあたり20ドル前後で安定し、急成長している太陽光発電市場は、2009年以降、膨大な世界的な過剰生産能力の削減に貢献しました。しかし、太陽光発電業界の過剰生産能力は依然として存在しました。2013年、世界の記録的な導入量は38GW（EPIAの更新された数字^[18]）でしたが、それでも中国の年間生産能力約60GWよりはるかに低かったです。太陽電池モジュールの価格が大幅に下がったことで、過剰生産能力はさらに減少し、その結果、多くのメーカーはコストを賄うことができず、競争力を維持できなくなりました。太陽光発電の導入が世界中で増加し続けるにつれて、過剰生産能力と世界の需要のギャップは、2014年には今後数年間で解消されると予想されました。^[64]

IEA-PVPSは2014年に太陽光発電モジュール生産能力の世界的利用率の履歴データを公表したが、それによると、2014年までの数年間で製造業はゆっくりと正常化に回復していることがわかる。利用率とは、ある年の生産能力と実際の生産量の比率である。2007年には49%という最低値に達し、モジュール生産能力のかなりの部分を停止させたシリコン不足のピークを反映している。2013年時点で、利用率はいくらか回復し、63%に増加した。^{[63] : 47}

反ダンピング請願が提出され調査が行われた後、^[65]米国は2012年に中国からの太陽光製品輸入に31％から250％の関税を課した。^[66] 1年後、EUも中国からの太陽光パネル輸入に対して2年間にわたり平均47.7％の明確な反ダンピングおよび反補助金措置を課した。^[67]

その後まもなく、中国は太陽電池生産の原料である米国からのポリシリコン輸入に関税を課した。^[68] 2014年1月、中国商務省はヘムロックセミコンダクターコーポレーションなどの米国ポリシリコン生産者に対する反ダンピング関税を57%に設定したが、ドイツのワッカーケミーや韓国のOCIなど他の大手ポリシリコン生産会社への影響ははるかに小さかった。これらすべてが賛成派と反対派の間で大きな論争を引き起こし、議論の対象となった。

1990 年代初頭から、世界、地域、国レベルでの導入実績は十分に文書化されています。世界全体の太陽光発電容量は継続的に増加していますが、国別の導入実績は国の政策に大きく左右されるため、はるかに動的です。多くの組織が毎年、太陽光発電の導入に関する包括的なレポートを発表しています。レポートには、通常ワットピークで示される年間および累積導入済み太陽光発電容量、市場別の内訳、および将来の傾向に関する詳細な分析と予測が含まれています。

2000年から2022年の間に、太陽光発電容量は年間平均37％増加し、2.2年ごとに倍増しました。同じ期間に、容量係数は10％から14％に増加しました。次の表のデータは、2023年に発表されたEmberからのものであり、^[22]以前のデータは2014年にBPから発表されました。^[71]

• 集光型太陽光発電（CSP）の成長
• 国・地域別の再生可能エネルギートピックス一覧
• 国別の太陽光発電
• 太陽電池のタイムライン
• 国別の風力発電

• IEA – 国際エネルギー機関、出版物
• IEA–PVPS、IEAの太陽光発電システムプログラム
• NREL – 国立再生可能エネルギー研究所、出版物
• FHI-ISE、フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所
• APVI – オーストラリア太陽光発電研究所
• EPIA – 欧州太陽光発電産業協会
• SEIA – 太陽エネルギー産業協会
• CanSIA – カナダ太陽光発電産業協会
• YouTubeでのプレゼンテーション– 現在の PV 生産のコスト分析、PV 学習曲線 – UNSW、Pierre Verlinden、Trina Solar