シミュレーション計算方法

シミュレーションにおいて重要なものは、結果ではありません。どうしてその結果になったのか、その計算の妥当性と再現性こそが重要です。そして、それがなければ、ただの過大広告です。

みんなの太陽光では、シミュレーションのすべての計算方法と、その根拠を示しています。そして、その根拠は、他のサイトよりも格段に信頼性のあるものとなっているはずです。もしも、他のサイトのシミュレーションと違う結果となった場合や、違う条件で計算結果を確認したい場合はお気軽にお問い合わせください。

シミュレーションの結果

シミュレーションの結果として表示される数値は、太陽光発電システムを導入した場合の「利益」です。

利益の計算式は以下の通りです。

$$V=\left( E_{P}\times E_{Value}\right) -\left( C_{Initial}+C_{Running}\right) +S$$
記号名称単位
\( V\)利益 \( yen\)
\( E_{P}\) システム発電電力量 \( kWh\)
\( E_{V}\) 電力価値 \( yen \cdot kWh^{-1}\)
\( C_{Initial}\) システム初期費用 \( yen\)
\( C_{Running}\) システム維持費用 \( yen\)
\( S\) 補助金 \( yen\)

1. システム発電電力量

  • 住宅につけた太陽光発電システムが、どれだけの電力量を発電するかを表した量です。
  • 日本産業規格(JIS : Japan Industrial Standards)のC 8907「太陽光発電システムの発電電力量推定方法」を用いるために、年ごとの発電量は上記推定方法で一定とします。
  • 上記推定方法には、長期における気候の変動や、太陽光パネルの劣化なども加味されています。
$$E_{P}=E_{Py}\times Y$$
記号名称単位
\( E_{P}\) システム発電電力量 \( kWh\)
\( E_{Py}\) 年間システム発電電力量 \( kWh\cdot year^{-1} \)
\( Y\) 太陽光システムの発電期間 \( year\)

1-1. 年間システム発電発電量

  • 住宅につけた太陽光発電システムが、1年間でどれだけの電力量を発電するかを表した量です。
  • JIS C 8907「太陽光発電システムの発電電力量推定方法」を基に算出します。
$$E_{Py}=\sum E_{Pm}$$
記号名称単位
\( E_{Py}\) 年間システム発電電力量 \( kWh\cdot year^{-1} \)
\( E_{Pm}\) 月間システム発電電力量 \( kWh\cdot month^{-1} \)

1-1-1. 月間システム発電電力量

  • 住宅につけた太陽光発電システムが、ひと月でどれだけの電力量を発電するかを表した量です。
  • JIS C 8907 「太陽光発電システムの発電電力量推定方法」を基に算出します。
$$E_{Pm}=\frac {K\times P_{As}\times H_{Am}}{G_{S}}$$
記号名称単位
\( E_{Pm}\) 月間システム発電電力量 \( kWh\cdot month^{-1} \)
\( K\)月別総合設計係数
\( P_{As}\) 標準太陽電池アレイ出力 \( KW \)
\( H_{Am}\) 月積算傾斜面日射量\( kWh\cdot m^{-2}\cdot month^{-1}\)
\( G_{S}\) 標準試験条件における日射強度 \( KW\cdot m^{-2} \)
1-1-1-1. 月別総合係数
  • 太陽光パネルの発電のばらつきや、機器による電気の損失を補正するための係数です。
  • JIS C 8907 「太陽光発電システムの発電電力量推定方法」を基に算出します。
$$K=K_{HD}\times K_{PD}\times K_{PM}\times K_{PA}\times \eta_{INO}$$
記号名称単位
\( K\) 月別総合設計係数
\( K_{HD}\)日射量年変動補正係数
\( K_{PD}\) 経時変化補正係数
\( K_{PM}\) アレイ負荷整合補正係数
\( K_{PA}\) アレイ回路補正係数
\( \eta_{INO}\) インバータ実効効率
1-1-1-1-1. 日射量年変動補正係数
  • 長期における気象の変動に伴う日射量の不足を見込む係数です。
  • JISの係数値を用いています。
$$K_{HD}=0.97$$
1-1-1-1-2. 経時変化補正係数
  • 太陽光パネル表面の汚れや劣化による出力電力量の低下、太陽光の分光分布の変動に伴う出力電力量の変化、モジュールガラス表面の反射又は透過による出力電力量の変化、充填材による吸収等を補正する係数です。
  • JISの係数値を用いています。
$$K_{PD}=0.95$$
1-1-1-1-3. アレイ負荷整合補正係数
  • 太陽電池アレイ出力の最適動作点からのずれによって生じる出力電力量の変化を補正する係数です。
  • JISの係数値を用いています。
$$K_{PM}=0.94$$
1-1-1-1-4. アレイ回路補正係数
  • 太陽電池アレイの配線抵抗等によって生じる抵抗損失及び逆流防止デバイスによる損失を補正するための係数です。
  • JISの係数値を用いています。
$$K_{PA}=0.97$$
1-1-1-1-5. インバータ実効効率
  • パワーコンディショナーにおいて生じる変換効率や伝送損失等による出力電力量の変化を補正する係数です。
  • みんなの太陽光発電のプランでは、プランで取り扱う予定の機種が少なくとも満たす下記の実データを用いています。
  • 他社プランでは、JISの係数値である0.90を用いています。
$$ \eta_{INO}=0.965$$
1-1-1-2. 標準太陽電池アレイ出力
  • 住宅につける太陽光パネルの容量です。おおむね屋根の広さに依存します。
  • シミュレーションで選択できるようになっています。(初期値は4.5kWです。)
$$K_{PA}=4.5\quad kW$$
1-1-1-3. 月積算傾斜面日射量
  • 太陽光がどれくらい降り注ぐのかを表します。
  • 正しくは、太陽光パネル設置面の単位面積あたりに入射する入射エネルギーの、ひと月の積分値です。
  • NEDO(産業技術総合開発機構)が公開する MONSOLA 11 の日射量データを用いて計算するために、月の平均の日射量にその月の日数を掛け合わせて算出します。
$$H_{AM}=d\times H_{S}$$
記号名称単位
\( H_{AM}\) 月積算傾斜面日射量 \( kWh\cdot m^{-2}\cdot month^{-1}\)
\( d\)その月の日数 \( day\cdot month^{-1}\)
\( H_{S}\) 月平均日積算傾斜面日射量\( kWh\cdot m^{-2}\cdot day^{-1}\)
1-1-1-3-1. その月の日数
  • 閏年を考慮せず、1年間が365日の場合の各月の日数を用いています。
$$d=28,30,31\quad day\cdot month^{-1}$$
1-1-1-3-2. 月平均日積算傾斜面日射量
  • MONSOLA 11 の日射量データを用いています。
  • 日射量データは、地点別、方位角別、傾斜角別に提供されており、シミュレーション画面で選択された条件に応じて用いるデータを変更しています。なお、初期状態では、以下の条件のデータが使われています。
    • 太陽光発電システムを設置する地点:横浜
    • 太陽光発電システムを設置する屋根の方位角:0度
    • 太陽光発電システムを設置する屋根の傾斜角:30度
  • 詳しい説明や具体的な値は、日射量に関するデータベース(NEDO)をご覧ください。
$$H_{s}=f\left( Q,\theta ,\phi\right)$$
記号名称単位
\( H_{S}\) 月平均日積算傾斜面日射量 \( kWh\cdot m^{-2}\cdot day^{-1}\)
\( Q\)太陽光発電システムを設置する地点
\( \theta\) 太陽光発電システムを設置する屋根の方位角\( rad\)
\( \phi\) 太陽光発電システムを設置する屋根の傾斜角 \( rad\)
1-1-1-4. 標準試験条件における日射強度
  • 基準状態での日射強度です
  • JISの係数値を用いています。
$$G_{S}=1.0\quad KW\cdot m^{-2}$$

1-2. 太陽光システムの発電期間

  • 太陽光発電システムが、どれくらいの年数発電するかを表します。
  • 太陽光パネルの出力保証期間を対象とし、その期間までに寿命を迎えるその他の機器は、交換費用を維持費として追加するとします。
  • シミュレーションでは、発電期間がこの設定値より少ない場合の結果も確認することができます。
$$Y=25\quad year$$

2. 電力価値

  • 発電された電力の価値を表します。
  • 自家消費、蓄電利用の自家消費、売電、ロスの割合に応じて計算されます。
$$E_{V}=\left( E_{Vself}\times \left( X_{self} + X_{storage}\right) \right)+\left( E_{Vsell}\times X_{sell}\right) + \left(0\times X_{loss}\right)$$
記号名称単位
\( E_{V}\) 電力価値 \( yen\cdot kWh^{-1}\)
\( E_{Vself}\)自家消費の電力価値 \( yen\cdot kWh^{-1}\)
\( X_{self}\) 直接自家消費割合
\( X_{storage}\) 蓄電経由自家消費割合
\( E_{Vsell}\) 売電の電力価値 \( yen\cdot kWh^{-1}\)
\( X_{self}\) 売電割合
\( X_{loss}\) 蓄電に伴う電力ロス割合

2-1. 自家消費の電力価値

  • 太陽光パネルで発電された電力のうち、ご自宅で消費する電力の価値です。
$$E_{Vself}=\frac {E_{before}-E_{after}}{E_{Pself}}\times I$$
記号名称単位
\( E_{Vself}\)自家消費の電力価値 \( yen\cdot kWh^{-1}\)
\( E_{before}\) 太陽光システム導入前の1か月の電気代平均 \( yen\cdot month^{-1}\)
\( E_{after}\) 太陽光パネル導入後の1か月の電気代平均 \( yen\cdot month^{-1}\)
\( E_{Pself}\) 1か月の自家消費電力量平均 \( kWh\cdot month^{-1}\)
\( I\) 電気価格変動補正係数

2-1-1. 太陽光システム導入前の1か月の電気代平均

  • ご自宅の電気代の1か月の平均値です。
  • シミュレーションで選択できるようになっています。(初期値は1.2万円です。)
$$E_{before}=12000\quad yen$$

2-1-2. 太陽光システム導入後の1か月の電気代平均

  • 太陽光発電システムを導入した後のご自宅の電気代の1か月の平均値です。
  • 電気代は、東京電力のスタンダードSプランを基に計算します。東京電力のスタンダードSプランの電気単価は3段階にわかれており、2020年3月31日時点での月額料金は以下の通りです。
    • 基本料金:1,430円
    • ~120kWh:19.88円/kWh
    • ~300kWh:26.46円/kWh
    • それ以降:30.57円/kWh
    • 再エネ賦課金:2.95円/kWh
$$E_{after}=g\left( E_{use} – E_{Pself}\right)$$
記号名称単位
\( E_{after}\) 太陽光パネル導入後の1か月の電気代平均 \( yen\cdot month^{-1}\)
\( E_{use}\) ご家庭の1か月の電力使用量平均 \( kWh\cdot month^{-1}\)
\( E_{Pself}\) 太陽光パネルの自家消費電力量1か月平均 \( kWh\cdot month^{-1}\)
2-1-2-1. ご家庭の1か月の電力使用量平均
  • 入力いただいた毎月の電気代と東京電力のスタンダードSプランを基に現在の使用電力量を計算します。
$$E_{use}=g^{-1}\left( E_{before} \right)$$
記号名称単位
\( E_{use}\) ご家庭の1か月の電力使用量平均\( kWh\cdot month^{-1}\)
\( E_{before}\) 太陽光システム導入前の1か月の電気代平均 \( yen\cdot month^{-1}\)

2-1-3. 1か月の自家消費電力量平均

  • 発電された電力量のうち、自家消費する電力量の平均値です。
$$E_{Pself}=E_{Py}\times \left( X_{self} + X_{storage}\right)\times \frac{1}{12}$$
記号名称単位
\( E_{Pself}\) 1か月の自家消費電力量平均 \( kWh\cdot month^{-1}\)
\(E_{Py} \) 年間システム発電電力量 \( kWh\cdot year^{-1}\)
\( X_{self}\) 直接自家消費割合
\( X_{storage}\)蓄電経由自家消費割合

2-1-4. 電気価格変動補正係数

  • 将来の電気料金がどの程度変動するかを考慮した係数です。
  • 毎年の電気単価にこの係数をかけ合わせます。
  • 毎年、変動率は一定の値とします。
$$I=\left( 1+R_{year}\right) ^{n}$$
記号名称単位
\( I\) 電気価格変動補正係数
\(R_{year} \) 電気価格年間増減率 \( year^{-1}\)
\( n\) 現在からの経過年数 \(year\)
電気価格年間増減率
  • 将来の電気価格を決定するために、毎年の電気価格の増減率を設定する値です。
  • シミュレーションでは0(将来の電気価格は現在と変わらず)としています。
$$R_{year}=0\quad year^{-1}$$

2-2. 直接自家消費割合

  • 蓄電池にためることなく自家消費する電量の割合を表します。
  • IEEJ「ポストFITを見据えた太陽光発電と蓄電池のあり方」を参照し、そのデータ (下図棒グラフ) から割合を決定します。
    • 年間使用電力量に対する年間自家消費量の割合が、パネル容量に対して線形に推移すると考え、上記データからその関係を推定します。(下図線グラフ)
    • ただし、年間自家消費量の上限は、年間発電電力量とします。
$$X_{self}=\frac {\left( 0.0117\times P_{As}+0.2339\right) \times E_{use}\times 12}{E_{Py}} $$

上限

$$X_{self}=1 $$

記号名称単位
\( X_{self}\) 直接自家消費割合
\(P_{As} \) 標準太陽電池アレイ出力 \( kW\)
\( E_{use}\) ご家庭の1か月の電力使用量平均 \( kWh\cdot month^{-1}\)
\( E_{Py}\)年間システム発電電力量 \( kWh\cdot year^{-1}\)

2-3. 蓄電経由自家消費割合

  • 蓄電池にためてから自家消費する電力の割合を表します。
  • シミュレーションにおいては、蓄電プラン以外0となります。
  • 2-2で示したIEEJのデータを基に割合を決定します。
    • 「蓄電池の容量に対する蓄電値による自家消費増加電力量」の値は、使用する電力量に依存しないとします。
    • IEEJのデータをプロットしたものが下図になります。
    • 3次の多項式近似で関係式を決定します。(おおむね蓄電容量15kWhまで有効となります)
    • 実際のパネル容量が3kW~4kWの場合には、IEEJのデータにおけるパネル容量が3kWの場合の近似値を利用します。実際のパネル容量が4~5kWの場合には、同4kWの場合の近似値を利用します。実際のパネル容量が5kW以上の場合には、同5kWの場合の近似値を利用します。
    • ただし、直接自家消費割合と蓄電経由自家消費割合×1.1の合計が、1を超えないように上限を決定します。

太陽光パネル容量3kW以上4kW未満

$$X_{storage}=\frac {-0.133916\times {S_{cap}}^{3} -12.33829\times {S_{cap}}^{2} + 302.51338\times S_{cap} -2.1330907}{E_{Py}}$$

太陽光パネル容量4kW以上5kW未満

$$X_{storage}=\frac {-0.099434\times {S_{cap}}^{3} –8.568387\times {S_{cap}}^{2} + 324.06467\times S_{cap} -1.2197311}{E_{Py}}$$

太陽光パネル容量5kW以上

$$X_{storage}=\frac {-0.453790\times {S_{cap}}^{3} -0.413792\times {S_{cap}}^{2} + 308.04499\times S_{cap} -0.4051304}{E_{Py}}$$

上限値

$$X_{storage}=\frac {1-X_{self}}{1.1}$$
記号名称単位
\( X_{storage}\)蓄電経由自家消費割合
\( S_{cap}\) 蓄電値容量 \( kWh\)
\( E_{Py}\) 年間システム発電電力量 \( kWh\cdot year^{-1}\)
\( X_{self}\) 直接自家消費割合

2-3-1. 蓄電池容量

  • 蓄電池容量の初期値は、5.5kWhとしています。
  • 変更がご希望の方は、ご連絡ください。
$$S_{cap}=5.5\quad kWh$$

2-4. 売電の電力価値

FIT期間中

$$E_{Vsell}=21\quad yen\cdot kWh^{-1}$$

FIT終了後

$$E_{Vsell}=10\quad yen\cdot kWh^{-1}$$

2-5. 売電割合

  • 売電割合は、自家消費割合とロス割合を1から引くことで算出します。
$$X_{sell}=1 – X_{self}-X_{storage}-X_{loss}$$
記号名称単位
\( X_{sell}\) 売電割合
\( X_{self}\) 直接自家消費割合
\( X_{storage}\)蓄電経由自家消費割合
\( X_{loss}\) 蓄電に伴う電力ロス割合

2-6. 蓄電に伴う電力ロス割合

  • 2-2で示したIEEJのデータより、蓄電経由の自家消費量の10%分ロス量が発生するとします。
$$X_{loss}=X_{storage}\times 0.1$$
記号名称単位
\( X_{loss}\) 蓄電に伴う電力ロス割合
\( X_{storage}\)蓄電経由自家消費割合

3. システム初期費用

  • シンプルプラン、蓄電プラン、お手軽プランについては、みんなの太陽光発電におけるシステム費用の目安値を用いています。
  • 全ての初期費用が含まれています。
  • 各種条件によって初期費用は異なります。
  • 他社プランについては、経済産業省調達価格等算定委員会による「令和2年度の調達価格等に関する意見」をもとに算出しています。
    • 2019年設置全体の上位40%水準は29.0万円/kWです
    • 2019年設置全体のシステム使費用均値は32.1万円/kWです
    • 2019年既築のシステム費用平均値は34.6万円/kW(全体に対して9.5%増)です
    • 2020年既築のシステム費用中央値は、29 × 1.095 = 31.75万円/kWと推測されます
  • 詳細はお問い合わせください。

4. システム維持費用

  • システム維持費用には、パネル点検費用、パワーコンディショナー交換費用、蓄電池交換費用が含まれます。

$$C_{Runnning}=h\left( C_{mt}, F_{mt}, C_{pc},F_{pc},C_{st},F_{st} \right)$$

記号名称単位
\( C_{ Runnning} \) システム維持費用 \( yen \)
\( C_{pn} \)パネル点検費用 \( yen\cdot times^{-1} \)
\( F_{pn} \) パネル点検頻度 \( year\cdot times^{-1} \)
\( C_{pc} \) パワーコンディショナー交換費用 \( yen\cdot times^{-1} \)
\( F_{pc} \) パワーコンディショナー交換頻度 \( year\cdot times^{-1} \)
\( C_{st} \) 蓄電池交換費用 \( yen\cdot times^{-1} \)
\( F_{st} \) 蓄電池交換費用 \( year\cdot times^{-1} \)

4-1. パネル点検費用

  • 令和2年度調達価格等算定委員会のデータより、パネル点検費用は2.9万円とします。
$$C_{pn}= 29000\quad yen\cdot times^{-1}$$

4-2. パネル点検頻度

  • 令和2年度調達価格等算定委員会のデータより、パネル点検頻度は4年間に1回とします。
$$F_{pn}= 4\quad year\cdot times^{-1}$$

4-3. パワーコンディショナー交換費用

  • 令和2年度調達価格等算定委員会のデータによると5kWの交換費用で20万円と想定されていますが、ここ数年で価格は下落しており、交換が発生する時期にはより一層の価格の下落が期待されるため、一律で15万円とします。
$$C_{pc}= 150000\quad yen\cdot times^{-1}$$

4-4. パワーコンディショナー交換頻度

  • 令和2年度調達価格等算定委員会のデータより、パワーコンディショナーの交換頻度は20年間に1回とします。
$$F_{pc}= 20\quad year\cdot times^{-1}$$

4-5. 蓄電池交換費用

  • 家庭向け低地用蓄電池の費用は低減が続いており、資源エネルギー庁による2020年度の目標価格は寿命15年で9万円/kWhとなっており、これは2015年度実績価格22万円/kWhの約40%となっています。
  • 蓄電池の交換が必要になる2030年以降には、より一層の価格の下落が期待されるため、もともと設定していた蓄電容量と同じもの(初期値5.5kWh)が、一律で40万円の交換費用とします。
$$C_{pc}= 400000\quad yen\cdot times^{-1}$$

4-6. 蓄電池交換頻度

  • 蓄電池の交換頻度は15年に1回とします。
$$F_{pc}= 15\quad year\cdot times^{-1}$$

5. 補助金

  • 補助金は、初期値はすべて0です。
  • 全てのプランに対して、シミュレーションで補助金金額を設定することができます。
  • シミュレーションでは、容量別の補助金が、総額の補助金に優先されて計算されます。
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