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太陽のエネルギー

太陽のエネルギーとは

太陽のエネルギー 資源ドットネット

地球には常に太陽からのエネルギーが降り注いでいます。人も日光を浴びる事で体にエネルギーを取り込んで生きています。古くから農業にも活用され、「光」と「熱」のエネルギーは水や空気を加熱し給湯や暖房として利用したり、電気に変えて利用されています。

太陽から放出されているエネルギーは1年を通してほぼ同じ量ですが、地球が受け取る太陽からのエネルギー量は変化しています。これは地球が太陽の周りをまわる際の軌道が楕円形状をしているのと、地球の地軸が66.5°ほど傾いているためにおこります。

太陽と地球の距離の平均値は1億4960万km(1.4959787×1011m)で、これを1AU(天文単位:Astronomical Unitの略)といいます。太陽の放射エネルギーが最大になるのは太陽が最も近づく「近日点」のある冬季ということになります。しかし夏の方が太陽のエネルギーを感じるのは、地軸の傾きにより、北半球では近日点のころは太陽から遠ざかる方向に傾いています。一方北半球の夏は近づく方向に傾きますので、太陽からの放射を強く感じる事になります。

太陽の周回 資源ドットネット

2時間の太陽光は世界の年間エネルギー量に匹敵

太陽と地球との距離がちょうど1AUのとき、太陽エネルギーが垂直に入射する場合の単位面積当たり単位時間の太陽エネルギー量を「太陽定数」と言います。地球の大気の上端でのエネルギー量であり、約1.37kW/m2となっています。これは人工衛星などを使った観測結果に基づくもので、地球上の場所によっても数値が変化します。

太陽エネルギーは100%すべてが地球上に吸収されるわけではなく、30%が大気や地表、雲などによる反射で宇宙空間に戻されるため、70%が地球に吸収されることになります。太陽定数ではおよそ1.0kW/m2程度になります。

1時間あたり1m2に1kWのエネルギーが降り注いでいる事になると、地球が断面積分日光を受けるとして、地球の半径が6371kmで計算すると、(6,371×103)×(6,371×103)×3.14(円周率)×1kWh= 127兆kWh。これを地球表面積で割ると、1/4することになるため、32兆kWh、地表に届くのが50%程度だとすると16兆kWhのエネルギーとなる。

2017年主要国の発電電力量は年間25.6兆kWhとなるため、地球が2時間も太陽エネルギーを浴びれば、世界の発電量を上回るエネルギーを確保できることになります。

ただし、これはあくまですべてのエネルギーを電力に変える事が出来た場合の理論値の概算で、現在のテクノロジーでは太陽光発電が20%程度の変換効率であるため、さらなる太陽光エネルギーの活用方法が必要になります。

太陽光によるエネルギー獲得

太陽光のエネルギーの活用方法として、太陽光パネルにより発電し利用するものが最もポピュラーですが、他にも以下のような利用方法があります。

  • 太陽光パネルによる発電
    屋根の上で太陽光を電気エネルギーに変え、蓄電、売電、直接利用などを行うもの。
    FIT終了後はどうする? 資源ドットネット
  • 集光型太陽熱発電
    Mojave砂漠などにある、1点に太陽光を集めて熱源を得てタービンを回して発電するシステム。詳しくは以下の記事参照
    https://www.shigen.net/mojave-solarproject/
  • 太陽熱温水器
    よく屋根の上などに設置されていて、太陽の熱で水を温めてお湯を作り貯水し給湯器として利用したり、暖房などに利用するもの。
    太陽熱温水器
  • パッシブソーラーシステム
    太陽光を直接利用してエネルギーを保存する仕組み。住宅などで大きな窓から太陽光を取り込み、断熱性の高い部屋にすることで、日中は太陽光の明かりで明るさを保ち、暖房などを使わずに暖かさを持続させたりするような利用方法。

太陽光関連記事

Mojave solar project. モハーベ・ソーラー・プロジェクト

参考資料

資源エネルギー庁:エネルギー白書2020

太陽のエネルギーに関する団体リンク