太陽光発電

この参考文献の記事は、オンライン知識共有プラットフォームQuoraでの議論が元になっており、科学誌や報告書で正式な査読・発表はされていない。だが、Forbesとニューヨーク・タイムズの両方で広く引用・参照・転載されており、世界のエネルギー需要に向けた太陽光発電の解決策を提案し、「サハラ解決策」の実現可能性、実用性、必要な数値を検討した最初の事例だと著者は述べている。これは学界と業界の専門家でもある著者によって厳しく批判・擁護され、同分野の研究者や業界の専門家から非公式な支持も得ている。提案の一部と裏づけとなる計算は、仮説的な「ざっくりした」試算、または現実の解決策シナリオの土台として考えられ、両方の文脈で議論されているが、ここでは説明のための概算として使われている。

特に、この推計は総エネルギー消費量を基にし、熱、輸送、産業プロセスを含むすべてのエネルギー利用が完全に電化されると仮定している。これらの用途を直接電化できるかどうかはさまざまで、ときには現実的でなかったり不可能だったりする（一部は太陽光発電による電気分解で作るグリーン水素を燃料にできる可能性がある）。McKinsey、IRENA、IEAの世界エネルギー見通しによる部門別の知見に基づくと、実用上の課題があることを認めつつ、現在および近い将来の技術で世界のエネルギー需要の約60-70%は現実的に電化できるという（AI作成の）集計推計がある^A,B,C。現在の世界の電力需要を支えるために必要なサハラの太陽光発電所の面積は、これよりずっと小さい。

サハラ砂漠の1.2%という推定必要面積は、近年の世界エネルギー需要の増加を考慮して1.5%に調整されている（2023年時点で約19.6TW^D,E）。

複数の論文が屋根上太陽光発電（PV）の世界的な可能性をモデル化しているが、結果は異なる。ある論文^[19]は、PVに適した屋根の総面積では年間27 PWhを発電でき、2018年時点の世界の電力需要を上回ると推定している。日照量、ひいてはPVの可能性には地域差や季節差があるため、地域ごとの屋根面積がこの総潜在力に占める割合は一様ではない、つまり、ある地域の発電能力は地域需要を大きく下回る一方、別の地域では需要を上回り、世界全体の供給に不釣り合いに大きく貢献する可能性がある。著者らは、地域をまたいで合算した世界の年間電力需要を満たすには、世界の屋根面積の少なくとも50%が必要だと推定している。

2023年時点で、世界の電力需要は30 PWh弱^Fまで増え、[19]で報告された世界の屋根-PVの潜在力を上回っている。一方、電力に加え、暖房、輸送、産業プロセスを含む総エネルギー需要は、約172 PWhだった^D,E。別の論文^[20]は、[19]の手法には不整合があると指摘し、世界の屋根-PVの潜在力は最大で約30.5 TWの設置可能容量に相当し、年間267 PWh超になると推定している。これは総エネルギー需要さえ大幅に上回る。3本目の論文^[21]は、進行中の排出シナリオによって変わりうるものの、2050年までに世界の屋根-PVの潜在力が年間175 TWhに達すると推定している。この予測では、[19]が現在報告しているより大幅に広いPV面積を支えるため、屋根上設置を拡大する必要がある。これらの結果とそれぞれの手法を踏まえると、世界の屋根の半分だけでも人類の電力需要を満たせる可能性がある、という控えめな結論になる。

ある論文 ^[28]では、世界中のすべての貯水池（114,555か所、計556,111 km²）の水面を最大30%まで水上太陽光発電（FPV）で覆った場合、年間9,434 TWhの発電が見込めると推定している。これは、技術面・環境面の制約からFPVの設置面積を30%に抑えた、控えめな推定である。同様に、別の論文 ^[29]では、世界の貯水池の水面積の25%で年間8,000 TWh 年^-1を発電できると報告している。IEAの予測 ^Gによれば、これは当面の世界の電力需要の少なくとも4分の1にあたり（2023年末時点では需要のほぼ3分の1 ^F）、新たな貯水池が造られれば容量はさらに増える可能性がある。

ただし、より新しい論文 ^[30]では、太陽追尾システムや両面受光型太陽光パネルなど、これまでの研究では考慮されていなかった太陽光パネル技術の進歩を取り上げている：「トラッカーはシステムの浮体と係留の要件を増やし、全体のシステムコストを上げる可能性があるが、固定-傾斜システムに比べた大きな発電量の増加、技術の進歩、コスト低下により、今後数年でより一般的になるだろう」。これらの新技術が世界規模でどれほど機能するかを調べるため、著者らは「世界中の249,717か所の内陸貯水池（人工-自然の両方、総面積222,623 km²）で、傾斜角の異なる固定-傾斜設備、さまざまな追尾方式、異なるパネル種類（片面受光型 vs. 両面受光型）を含む、さまざまなFPV構成の導入容量と発電ポテンシャルを分析した -約4倍の規模である」 ^[28]。こうした更新により、著者らは最大22 TWp（ピーク-出力）のFPV容量が見込め、世界全体の電力需要を満たせると結論づけている。

Our World in Data ^[51]は、IRENA 2024 ^Hを含む複数の情報源のデータをまとめている。ウェブページによると、IRENAは複数の異なる技術について太陽光発電モジュール価格を示している。2013年第4四半期以降のデータは、「薄膜a-Si/u-Si」技術の年間平均価格、または全太陽光技術の基準となる世界価格指数で、2023年には世界価格が0.31ドル/Wに達した。他の情報源 ^I,J,Kは、主流である片面型単結晶パネル技術を主な基準としており、その価格はさらに下がっている：

2024年1月、欧州で販売された薄膜a-Si/u-Siモジュールの価格は約0.16ドル/Wまで下がった ^H。2024年4月、片面型単結晶モジュールの世界スポット価格は0.11ドル/Wと報告された ^I。2024年11月には、市場の主流である単結晶PERCパネルと次世代c-Si TOPCon技術の価格が、中国、欧州、米国でそれぞれ0.087ドル/W、0.1ドル/W、0.29ドル/Wに達した ^{J,K †}。

^†輸出価格は通常、物流、関税、地域市場の要因、とくに国際商取引条件（中国からの輸出はFOB、米国・欧州はDDP ^J）のため、中国より世界市場で高くなる。

Bloomberg ^[52]は、世界平均のモジュール価格が0.096ドル/Wまで下がったと報じている。1984年の世界平均モジュール価格19.48ドル/W ^[51]と比べると、モジュール価格は40年間で99%以上下落した。

さらに比べると、米国の平均モジュール価格は2024年第1四半期までに0.29ドル/Wへ下がった ^I。これは1989年から35年間で96%の下落にあたる ^L,M。米国で価格が高めに保たれているのは、中国製モジュールへの関税やその他の輸入要因による ^I。

IRENA『Renewable Power Generation Costs 2023』によると、太陽光発電の世界加重平均の均等化発電原価（LCOE）は0.044米ドル/kWhだった。2010年から2023年にかけて、CSP発電所の世界加重平均LCOEは0.393米ドル/kWhから0.117米ドル/kWhへと70%低下した。したがって、2023年時点で、事業用規模の太陽光発電のLCOEはCSPの3分の1強にすぎない。とはいえ、太陽光発電のコストは下がり続けている。2021年から2023年にかけて、運転を開始したCSP発電所は毎年1基だけだったため、これらの年が必ずしも代表的とは限らない。CSPの導入は減速し、太陽光発電との競争も激しいことを考えると、これらの発電所は競争力を示すために進められた、高度に最適化されたプロジェクトだった可能性がある。したがって、報告された平均LCOEは、より一般的または多様なCSPプロジェクトが導入された年に見られる値より低いかもしれない。