太陽エネルギーについて : 太陽光発電と水力発電

エネルギー源の全体的な評価は、それがどれほどきれいであるかだけではありません。また、信頼性が高く、アクセスしやすく、手頃な価格である必要があります。これらの要因のすべてがきちんと分類できるわけではありません。たとえば、米国では石油は比較的手頃な価格になる傾向がありますが、それは一部には政府が化石燃料産業に助成金を支給しているためです。同様に、風力エネルギー、太陽エネルギー、および水力発電は比較的高価である傾向がありますが、それらの使用が増加するにつれて、それらのコストは何年もの間着実に減少しています。

水力発電と太陽光発電の主な違いは、水力発電は水を使用してエネルギーを生成するタイプの電力であるのに対し、太陽光発電は太陽光を使用してエネルギーを生成することです。これらの2つのエネルギーも世代が異なり、それらを使用して電気を生成します。 2つの間を見てみましょう。

•コスト差

• 製造

• 信頼性

•環境への影響

•小型のポータブルデバイスでの使用

•適合性

• 寿命

•気候の影響

• 汚染

太陽エネルギーと水力エネルギーのコストの違い

太陽光発電では、初期費用が大きいことがソーラーパネルシステムの最大の欠点の1つです。 2021年4月の時点で、米国の太陽光発電の平均コストは1ワットあたり約2.85ドルです。

したがって、6 kWのソーラーパネルシステムは、連邦税額控除が適用される前に、平均で約$ 17,100を実行します。

ソーラーシステムの実際の費用は、州や資格のあるインセンティブによって異なります。

幸いなことに、利用可能なソーラーファイナンスオプションがあります。多くの場合、ゼロダウンソーラーローンの資格を得ることができます。これにより、電気代を節約し、ソーラーシステムを所有するメリットを享受できます。

水力発電では、あらゆるタイプの発電所の建設には費用がかかります。水力発電所の建設には1キロワットあたり580ドルもの費用がかかる可能性があり、通常は10MWから30MW（1 MWは1,000キロワットに相当）の範囲です。

これは、水力発電所を建設するための初期費用が数百万ドルになる可能性があることを意味します。たとえば、太陽光発電設備の価格の下落と比較して、水力発電は資金調達がより困難な再生可能プロジェクトです。

生産コストの面では、水力発電は太陽光発電に比べて大きなアドバンテージを持っています。

米国エネルギー省は、水力発電を米国で最も一般的で最も安価な再生可能エネルギーと呼んでいます。

水力発電は、米国の全エネルギー生産の6％を占め、米国で生成されるすべての再生可能エネルギーの70％を占めています。

ソーラー設備ははるかに多くの費用がかかる傾向があります。

たとえば、米国エネルギー情報局によると、1メガワット時の電力は水力発電を使用して生成するのに2011ドルで90.3ドル、ソーラーコレクターを使用して生成するのに144.30ドルかかります。

製造

水力発電の生産中に、移動する水の運動エネルギーを水力発電に変換するタービンが使用されます。

油圧タービンは、流れる水のエネルギーを機械的エネルギーに変換します。水力発電機は、この機械的エネルギーを電気に変換します。

発電機の動作は、ファラデーによって発見された原理に基づいています。彼は、磁石が導体を通過すると、電気が流れることを発見しました。

大型の発電機では、電磁石は、磁性鋼の積層のスタックに巻かれたワイヤーのループに直流を循環させることによって作られます。

これらは界磁極と呼ばれ、回転子の周囲に取り付けられています。ローターはタービンシャフトに取り付けられており、一定の速度で回転します。

回転子が回転すると、界極（電磁石）が固定子に取り付けられた導体を通過して移動します。これにより、電気が流れ、発電機の出力端子に電圧が発生します。

太陽光発電は、太陽光からエネルギーを取り込んで太陽光発電に変換するソーラープレートを使用して得られます。

太陽放射は、太陽電池（太陽電池）によって直接電気に変換される場合があります。このようなセルでは、光が金属と半導体（シリコンなど）の間の接合部、または2つの異なる半導体の間の接合部に当たると、小さな電圧が生成されます。

単一の太陽電池によって生成される電力は、通常、わずか約2ワットです。

ただし、ソーラーパネルアレイのように多数の個別セルを接続することにより、太陽光発電所や大規模な家庭用アレイで数百キロワットまたは数千キロワットの電力を生成できます。

現在のほとんどの太陽電池のエネルギー効率はわずか約15〜20％であり、太陽放射の強度が低いため、そもそも、適度な量の電力を生成するには、このようなセルの大規模でコストのかかるアセンブリが必要です。

信頼性

世界は豊富な無料の太陽エネルギーに恵まれています。国の砂漠と農地を利用し、年間300から330の晴れた日を利用することで、世界は簡単に50,000兆キロワット時の太陽エネルギーを生成することができます。

太陽光発電は最も急速に成長している再生可能エネルギー技術の1つであり、5年という比較的短い期間で、太陽光発電の資本コストと料金が急激に低下しました（60％以上）。

従来の電力のコストの増加、グリッドからの電力の可用性と信頼性に関する懸念、および太陽光発電の長期的な商業的実現可能性を背景に、商業および産業の消費者は、彼らの捕虜のニーズを満たすために屋上太陽光技術を導入しています。

太陽光発電への投資は、企業が長期的な商業的利益とともに企業の社会的責任イニシアチブを満たすのにも役立ちます。

世界は太陽光発電業界の世界的な勢力になる準備ができており、新たな規制制度と高いピーク価格により、この機会は現実的で魅力的なものになっています。

太陽光発電は、オングリッドとオフグリッドの両方のアプリケーションに迅速にスケーラブルなソリューションを提供できます。太陽光発電の利点のいくつかは、電力へのアクセスのしやすさ、再生可能エネルギー源、電気料金の削減などです。

水力発電は、安定した電力供給があるため、太陽光発電よりも信頼性の高いエネルギー源ですが、太陽光発電は、夜間や曇りの日など、エネルギー供給が中断される期間がある断続的なエネルギー源です。

大規模な太陽光発電プロジェクトが機能するためには、バックアップソースとして機能し、需要が高く供給が少ないときに役立つ補助エネルギー供給が必要です。

環境への影響

太陽は、有毒な汚染や地球温暖化の排出なしに、クリーンで持続可能な電力を生成するための途方もない資源を提供します。

太陽光発電に関連する潜在的な環境への影響（土地利用と生息地の喪失、水利用、製造における有害物質の使用）は、太陽光発電（PV）太陽電池または集光型太陽電池の2つの大きなカテゴリを含む技術によって大きく異なります。サーマルプラント（CSP）。

小規模な分散型屋上PVアレイから大規模なユーティリティ規模のPVおよびCSPプロジェクトまで、システムの規模も環境への影響のレベルに重要な役割を果たします。

水力発電は、太陽光発電を含め、世界で最も安価な再生可能エネルギー源です。

ただし、水力発電は太陽エネルギーよりも大きな環境影響をもたらします。特に、水力発電では、水源として機能する川や小川をせき止め、動物、魚、植物の生息地に影響を与える必要があります。

一方、太陽光発電は環境への影響が限られています。主に太陽光発電システムの製造にかかるエネルギーコストで構成されています。

小型のポータブルデバイスでの使用

水力発電は、太陽光発電のように小型のポータブルデバイスにとって実行可能な電源ではありません。

太陽は水源よりもモバイルデバイスで簡単にアクセスできるため、太陽光発電は時計、懐中電灯、電卓の主要な電源として機能します。太陽のエネルギーを伝導する太陽光発電パネルは非常に小さい場合があります。

水力発電はタービンと水源を使用しているため、柔軟性を必要とする小型のモバイルデバイスには不向きです。

適合性

太陽光発電では、家の建築がソーラーパネルの設置方法と設置場所に大きな影響を与える可能性があります。

何よりもまず、屋根は構造的に健全で、特に強風時にパネルの重量を支えることができなければなりません。

ソーラーパネルは一般的に何年にもわたって設置されており、新しい屋根を設置するときに取り外して交換する必要があるため、屋根材も良好な状態である必要があります。

1 kWの容量ごとに、約100平方フィートの表面スペースが必要です。したがって、一般的な5 kWの設置の場合、約500平方フィートのスペースが必要です。

英国では、ソーラーパネルは一般的に南向きのときに最も効果的ですが、家族が最も電力を消費する時間帯によっては、東と西も同様に機能します。

いつものように、訓練を受けたソーラーインテグレーターは、エネルギー消費パターンを調べ、ライフスタイルに最適な設計を決定するのに役立ちます。

隣接する木や煙突のような構造物など、太陽と太陽電池パネル（日陰）の間の経路を遮断する可能性のある機能も考慮する必要があります。

屋根の表面は長期間適している必要があります。ソーラーパネルは屋根の表面の寿命を延ばすのに役立ちますが、修理や交換を妨げる可能性もあります。

水力発電では、資源が利用できないため、すべての地域で利用できるわけではありません。そのため、難しい選択になるでしょう。

寿命

太陽光発電では、故障しやすい主要なコンポーネントはソーラーパネルとインバーターです。ただし、高品質の製品はライフサイクルが長い傾向があり、特にソーラーパネルの場合、利用可能な長い保証に反映されます。

ソーラーパネルは、可動部品のない比較的単純なデバイスです。ソーラーパネルには通常25年間の出力保証が付いており、パネルの品質によってはこれを超えて持続することが期待できます。

また、風や気温の変動、天候にさらされるソーラーパネルは劣化し、毎年少しずつ電力が少なくなります。より安価なパネル、より少ないUV、安定したバッキングシート、より安価なシーラント、およびフレーミングは、より速く、より急速に劣化する可能性があります。

ソーラーパネルの保証では、通常、1年目以降毎年平均0.6％の電力損失が予測されるため、25年間の出力保証期間の終了時に、ソーラーパネルは初期電力定格の最大16.4％を失った可能性があります。

これは、高効率のソーラーパネルが315ワットを生成する場所であることを意味します。 25年間の同じパネルは261-269ワットしか生産しないかもしれません。実際には、生産性の低いパネルの場合、250〜260ワット（25年の運用後のソーラーパネル出力）で始まり、25年後にパネルあたり200ワットに低下する可能性があります。

インバーターは複雑な電子機器であり、毎秒出力電力を調整する必要があります。最高品質のコンポーネントを使用して設計された高品質のブランドは、通常の5年間の保証期間を超える可能性がありますが、インバーターは故障の影響を受けやすくなっています。現在、多くのメーカーが10年以上の保証延長を提供しています。

ケーブル、安全装置、および取り付けシステムはそれほど影響力がありませんが、低品質の材料を使用すると、システムの早期故障につながる可能性があります。

ブランド化されていないプラグやケーブルの場合、完全なシステム障害が発生しています。したがって、10年間の低メンテナンスの太陽光発電を取得するには、高品質のソーラーパネル、高品質のソーラーインバーターを購入すると主張することができます。

水力発電は非常に長い運用寿命を持っています。いくつかの実用規模のシステムを含め、最も古い稼働中の水力発電システムは100年以上前のものです。

ハイドロタービンは、その性質上、比較的ストレスの少ない機械であり、急激な負荷の変化がなく、非常に安定した負荷条件下で動作します。

これは、定期的にメンテナンスされている場合（主にベアリングの潤滑）、長寿命になります。

土木インフラストラクチャは、維持されていればほぼ無期限に存続するはずです。ドライブシステム（ギアボックスまたはベルト）は、すべての回転機械のベアリングとともに、定期的なオイル交換/交換が必要になります。

ほとんどの水力ハードウェアメーカーは25年の設計寿命を見積もっていますが、これは通常、数値を設定する必要があるためです。多くの場合、同じメーカーが50年以上経過し、信頼性と効率性を維持している多くのタービンを現場に置いています。 。

気候変動の影響

太陽光発電では、野心的な気候変動緩和計画により、再生可能エネルギーの使用を大幅に増やすことが求められていますが、これにより、供給システムが気候変動と変化に対してより脆弱になる可能性があります。

結果は、現在の気候条件の下で行われた推定と比較した今世紀末までの太陽光発電供給の変化は、北部諸国で最大の減少を伴う範囲（-14％; + 2％）であるべきであることを示しています。

発電の時間的安定性は、南部の国々でわずかに前向きな傾向を示していても、将来の気候シナリオでもそれほど強く影響を受けるようには見えません。

水力発電では、気候変動により、現在の施設のみを考慮した追加の建設なしに、放流と水の利用可能性が低下し、その後、水力発電が減少する可能性があります。

汚染

太陽エネルギーシステム/発電所は、大気汚染や温室効果ガスを発生させません。太陽エネルギーの使用は、太陽エネルギーが環境に大きな影響を与える他のエネルギー源の使用に取って代わるか、またはその使用を減らすときに、環境にプラスの間接的な影響を与える可能性があります。

ただし、一部の有毒物質や化学物質は、太陽光を電気に変換する太陽光発電（PV）セルの製造に使用されます。

一部の太陽熱システムは、潜在的に危険な流体を使用して熱を伝達します。これらの物質の漏れは、環境に害を及ぼす可能性があります。米国の環境法は、これらのタイプの材料の使用と廃棄を規制しています。

水力発電では、熱汚染は、人工の構造物によって引き起こされる湖、川、および海の水温の変化です。

これらの温度変化は、特に野生生物の個体数の減少と生息地の破壊に寄与することにより、水界生態系に悪影響を与える可能性があります。

水生環境の平衡に影響を与える慣行は、その環境の温度を変化させ、その後熱汚染を引き起こす可能性があります。

ただし、漁期の延長や一部の野生生物の個体数の回復など、熱汚染にはいくつかのプラスの影響がある可能性があります。

熱汚染は、温水または冷水が湖、川、または海に投棄されるという形で発生する可能性があります。

水域に堆積する堆積物の増加は、その濁度または曇りに影響を与え、その深さを減少させる可能性があり、どちらも水温の上昇を引き起こす可能性があります。

日光への露出が増えると、水温も上がる可能性があります。ダムは、ダムの背後に貯水池（人工湖）を作ることにより、川の生息地を湖の生息地に変えることができます。

貯水池の水温は、元の小川や川よりも低いことがよくあります。

熱公害の原因と原因はさまざまであり、問題の程度を計算することは困難です。

水力発電所（HPP）による熱公害は、人の健康に直接影響を与えない可能性があるため、一般的には無視されています。したがって、HPPの熱汚染の原因と結果は一般的に無視されます。

太陽光発電と水力発電の結論

水力と太陽光はどちらも限られた資源を消費しないエネルギー源ですが、代わりに再生可能エネルギー（水力用の水と太陽光用の太陽）を利用して、他の用途からそれらを排除することなくエネルギーを生成します。

水力発電も太陽光発電も重大な汚染や廃棄物を生み出さないので、どちらも環境に最適です。