ため池に新しい価値を。
農業用ため池が新たな電力供給源に。
ため池を活用した「水上太陽光発電」

「水上太陽光発電」とは

水上太陽光発電所とは、農業用ため池・貯水池・ダムなどの水面に設置された太陽光発電設備のことです。
浮力のあるフロート架台の上に太陽光パネルを設置し、池底に打ち込んだアンカーとワイヤーロープを繋ぎ、風や水位変動で流されないように固定されています。

持続可能なエネルギーの供給源として、特に日本のような水資源が豊富で、土地の限られた国での導入が進んでいます。
日差しを遮るものがない平らな水面は、太陽光パネルを設置するのに適しており、地上設置型太陽光発電システムよりも発電効率が高いことや、木の伐採や土地の造成などが不要なため、環境にやさしく、自然との共生ができる再エネ設備として注目を浴びています。

水上設置型太陽光発電システムは、陸上での太陽光発電が一般的になってきた現在、さらなるエネルギーの効率化と環境負荷の削減を目指す際の有力な選択肢となっています。

ため池の課題①：ため池の老朽化

農業用ため池の多くは、江戸時代から明治時代にかけて造られており、老朽化しているものも多く、近年、頻発化・激甚化する豪雨などの自然災害により、ため池が決壊する事例が頻発しており、ため池の防災・減災対策は、早急に解決すべき重要な課題となっています。

ため池の課題②：ため池の管理組織の弱体化

ため池の権利者の世代交代が進み、権利関係が不明確かつ複雑となっていることや、農業者の減少・高齢化に伴い、ため池の管理組織の弱体化により、日常の維持管理に支障をきたす恐れがあることが課題となっています。

農業用ため池の分布図

西日本、特に瀬戸内地域に全国の約50％が分布

農林水産省「農業用ため池一覧」参照の上、作成

農業用ため池の築造年代

老朽化が進む農業用ため池は適切な管理が必要

農林水産省「農業用ため池一覧」参照の上、作成

近年の農業用ため池の被災状況

農業用ため池の防災・減災対策が急務

農林水産省「農業用ため池一覧」参照の上、作成

発電ポテンシャルが非常に高い

NEDOの「再生可能エネルギー技術白書」では、日本のため池を含む水上空間において太陽光発電所を設置できる面積は448㎢あり、水上太陽光発電の導入可能ポテンシャルは「38.8GW」と推計され、これは、耕作地に次ぐ2番目の規模と発表されています。水冷効果や遮蔽物が少ないため、地上設置型太陽光発電よりも高い発電効率が期待できます。

自然環境を保全しながら発電できる

水上太陽光発電は、ため池の利用形態を変えることなく、その利用価値を高めることができます。
水上太陽光発電は、野立て太陽光発電とは違い、既存のため池を利用するため、工事にともなう森林伐採や地盤の強化・整地といった土地の造成が必要ないため、自然環境を守りながら、再生可能エネルギーの拡大が望めます。

ため池の適切な管理・財源確保が可能

ため池の管理体制の弱体化が懸念されています。
農業用ため池は、地元の自治体や水利組合・土地改良区などによって管理されていますが、農業者の減少や管理者の高齢化が進み、ため池の維持管理とその費用負担が年々厳しくなっています。水上太陽光発電事業では、堤体などの維持管理は発電事業者が行い、ため池水面の賃借料や売電収入が新たな収入源になるため、ため池の適切な管理体制と財源確保が可能です。

平野部に位置する「皿池」

山間部に位置する「谷池」

当社で採用しているフロート架台は浮力が4tあり、沈まない構造を持っています。
重量のある太陽光パネルを乗せた場合でも、十分に余裕のある浮力を維持した設計になっています。
既存のフロートに多い、1個の樹脂部材に1枚の太陽光パネルを固定するタイプとは異なり、1個の広く頑丈なフロートの上に、地上設置型と同じような架台を載せ、最大11枚の太陽光パネルを2列あるいは3列に分けて並べます。
1個のフロートの寸法は5ｍ×5ｍで、1ｍ×2ｍサイズの大きな発泡スチロールを12.5枚つなげたもので形成されています。
1個のフロートは、フロートフレームと呼ばれる鋼材の部材で側面から補強されており、さらにその外側をアルミ板で覆っているため、側面から発泡スチロールは見えないようになっています。上面もセメントボードで覆っているため、発泡スチロールは見えません。側面をアルミ板、上面をセメントボードでそれぞれ覆うことで、紫外線による発泡スチロールの劣化を防ぎ、さらに、万が一、発電設備が発火した際に、フロートへの引火を防ぐ効果もあります。

浮力が4tあり、沈まない構造です。
災害に強い設計で、耐久性にも優れています。

災害に強い設計

台風などの強風で大規模な損壊や被災を受ける水上太陽光発電所がある中、当社では、フロートの最後列に並ぶ太陽光パネルの裏に遮蔽シートをつけることで、パネルの裏側方向からの強風による「めくれ上がり（揚圧力）」対策をしております。
また、フロート間は、ボルトなどで固定するのではなく、強度のある鋼材でつなぐことで、風や波などの動きに合わせてフレキシブルな動作をしつつ、フロート同士がぶつからないよう一定間隔を保てるよう工夫しています。
鋼材の結合部分に柔軟性を持たせた構造で、大きく揺れても壊れにくい特徴があります。鋼材は、1本で約5tの負荷に耐えられる仕様で、過剰な負荷がかかり、鋼材が一定以上に曲がった場合は交換するなどメンテナンス性にも優れています。

水を抜いた池でも発電可能

ため池の水位は、大雨・干ばつ・かいぼりなど、一年を通して大きく変化します。
そのため、水位変化があった場合でも、堤体に太陽光パネルがぶつからないよう、池底に打ち込むアンカーの位置やワイヤーロープの長さを計算して設計します。ワイヤーロープは、水位の変化や風・波の性質に合わせて、フロートが移動できるよう、ある程度たるみを持たせておく必要があります。
また、冬場の農閑期など、ため池の水を抜き、フロート架台が着底した状態でも発電し続けられるように、水深や池底の状況など事前調査をしっかりと行い、太陽光パネルの配置検討を行います。ため池の水を抜いた場合や再び水を張った場合にフロートが傾くことにより、設備の損壊がないような工夫も施しており、着底に耐えうるフロート架台です。フロート架台の下面（水に浸かる部分）は発泡スチロールで、着底時に損傷しても部分的に修理しやすく、浮力などの性能に大きな影響はありません。

独自のフロート係留方法

これまで発生した水上太陽光発電の事故の多くは、アンカーに原因があったと言われています。想定荷重を超えた風や波によって、一部のアンカーが抜けたことで、池底に固定されていたフロートが押し流され事故につながるのです。
そこで、当社では、フロートとアンカーの係留についても独自の手法を採用しています。一般的なアンカーが単一抵抗型に対して、当社で採用しているアンカーは複合抵抗型の構造で、1つのアンカーあたり20tの抵抗性能を持ち、一般的な単一抵抗型アンカーと比べて5～10倍の強度があります。
これにより、池底への安定性・安全性に長けるだけなく、相対的に打ち込むアンカーの数を減らすことができ、潜水工事による施工コストの低減にもつながります。アンカーの配置だけでなく、フロートとアンカー係留の設計についても、ため池ごとに手掛けており、安心安全を前提とした設備の長期的な安定稼働に努めております。

環境にやさしい材料

使用資材は、発泡材・鉄・アルミ・ステンレスなど、水質汚染の原因になるものを含まない資材を選定しています。
発泡スチロールなどの樹脂製部材を水に浮かべた場合、化学物質が水に溶け出すリスクが気になるが、採用している材料は、食品トレーなどと同じ食品衛生基準を満たした材料なので、ため池の水の汚染リスクも低いとしている。また、セメントボードで覆うのは、万が一、発電設備が発火した際に、発泡材への引火を防ぐ効果もある。

ほとんどの使用資材は、有価物としてリサイクルできるため、解体時にも産業廃棄物が発生しません。
また、生育環境に配慮して水面に占める設置面積も検討し、フロートの配置に関してもフロート間を30㎝以上空けることで、太陽の光が池底へ届くようにしています。

発泡スチロールなどの樹脂製部材を水に浮かべた場合、化学物質が水に溶け出すリスクが気になるが、採用している材料は、食品トレーなどと同じ食品衛生基準を満たした材料なので、ため池の水の汚染リスクも低いとしている。また、セメントボードで覆うのは、万が一、発電設備が発火した際に、発泡材への引火を防ぐ効果もある。

① 野立て太陽光発電よりも発電量が多い

水冷効果や遮蔽物が少ないため発電効率が高い

太陽光パネルは、高温に弱く、表面温度が上がるほど発電効率が下がる特徴があります。一般的に効率よく電気を生み出す太陽光パネルの表面温度は25度とされており、25度を超えた場合、1度上昇するごとに0.45％ずつ発電量が低下するとされています。そのため、太陽光パネルの温度は低く保つことが理想になります。
そのため、野立て太陽光発電や工場・倉庫などの屋根への設置と比較した場合、水上太陽光発電は風通しがよく、水面の冷却効果もあって、発電効率が高い傾向にあります。また、ため池などの周りには、高い建物や樹木などの遮断物や障害物が少なく、太陽光パネルに影ができにくいことからも、発電効率が高く、野立て太陽光発電よりも10～20%発電量が多いとされています。

② 大規模な土地の造成が不要

ため池管理の財源確保ができる

大規模な土地の造成が必要ないのは、水上太陽光発電ならではの特徴です。
地上に設置する「野立て太陽光発電」の場合、山林などに設置することが多く、土地の造成・整地・森林伐採が必要な場合があり、時間やコストが大きくかかってきます。また、山林を切り開くことは、環境破壊にもつながり、開発には限界があります。一方、水上太陽光発電は水上を利用するため、土地の造成などの必要もなく、ため池の利用形態を変える必要もありません。フロート式の太陽光発電を浮かべるだけで済むため、一定のコストで発電所を建設することができます。
水上太陽光発電は、雑草の除草作業の手間もなく、監視カメラ設置による不法投棄の防止にもつながり、管理面でのコスト削減や手間の削減につながる点も魅力です。

① ため池管理の財源確保ができる

ため池の水面を発電事業者に貸し出すことで、維持管理に関する費用と労力を削減することできます。
賃借期間中は、発電事業者がため池の維持・修繕その他の管理を担うため、堤体や洪水吐、取り水施設の点検といった作業から解放されます。は軽減され、
多くを担うことになるためである。その上、太陽光発電事業者から、従来は考えられなかった賃借料が入るようになる。
一方、発電事業者にとっては、土地に比べて相対的に安く借りることができ、事業性を高めやすくなります。
所有しているため池は、たとえそのまま放置していたとしても維持管理費用などの負担がかかります。

② ため池管理の負担を軽減できる

農業用ため池は、令和元年7月に施工された「ため池管理保全法（農業用ため池の管理及び保全に関する法律）」によって、ため池の所有者に対して、農業用ため池の機能が十分に発揮されるよう、適正な管理に努めるよう定められています。
そのため、定期的に草刈りや泥上げを行うとともに、ため池の点検や機能診断を実施し、必要に応じて堤体の補修を行う必要があります。
その維持管理は、主に地元の自治体や土地改良区が担っていますが、農業者の減少や管理者の高齢化が進み、ため池の管理にかかわる作業負担が増大し、管理の粗放化が深刻な問題になりつつあります。しかし、農業用ため池を発電事業者に貸し出すことによって、発電事業者から維持管理費が出るため、作業を外部委託することで、ため池管理の負担を軽減することができます。
ため池は市町村が所有し、地元の水利組合が管理していますが、市町村には行政財産の使用料、水利組合には水面利用料が入ります。財政の厳しい香川県の自治体や水利組合にとって、貴重な財源となるのです。

③ ため池の水質改善になる

ため池の水質汚染の原因とされている植物プランクトンは、光合成によって異常発生するとされています。
ため池に水上太陽光発電所を設置することで、太陽光パネルや架台が水中への太陽光を遮るため、藻や水槽の異常発生を抑制し、水質改善が期待できます。なお、太陽光パネルの水面占有面積は、野鳥や魚などの生息環境への影響が出ないよう配慮した上で決定します。

④ ため池の渇水対策になる

水上太陽光発電は、水の蒸発防止にも効果があります。
降水量が少なく渇水の多い地域では、農業用ため池に雨水を貯め、節水しながら農業を営んでいますが、雨が降らない日が続いたり、夏場などで気温が高くなったりすると、ため池の水は蒸発してしまいます。
しかし、水上太陽光発電を設置することで、ため池に蓋をすることになるため、水の蒸発を防ぐことができます。また、フロート架台に使用されている発泡材には、断熱効果があるため、ため池の温度上昇を防ぎ、さらに蒸発を抑えられる可能性が高くなります。

① 自然災害への対策が必要

水上太陽光発電所を設置する場合、台風や地震、洪水時の流木といった自然災害による被害想定や対策が重要です。
水上太陽光発電では、ワイヤー状の係留線を水中に伸ばし、アンカーという杭を水底に打ち込んで、太陽光パネルやフロート架台が強風で流されないようになっています。
しかし、設計風速を超える強い風などの影響で想定荷重を超えた場合、風や波、その他の外力によって太陽光パネルが揺れ動き、偏った荷重がかかるとアンカーが外れたり、フロート架台ごとめくれ上がるなどして、アンカーの損壊やパネルの火災につながる恐れがあります。このような事態を未然に防ぐため、アンカーの負荷を分散させるような設計や、太陽光パネルの捲れ上がり防止策が求められます。

② 利水管理による水位変動の対策が必要

ため池は、利水のために築造された農業水利施設であり，洪水調整容量の設定は総貯水量と必要な用水量の差の範囲でのみ可能である。
ため池は利水のために築造された農業水利施設で
モンスーン気候が有する季節的水位変動パターンや水位変動による攪乱
ため池の水を利用すると、少しずつ水位が下がっていきます。
また水位が低下したり上昇したりすると、日光の入り方・太陽光パネルと日光の位置関係および角度が変わってしまい、発電効率の低下につながる可能性もあります。
そのため、ため池を利用しながら太陽光発電を運用する場合は、O＆M業者へ発電効率の変動に関して相談を行いながら管理を進めていく必要があります
利水管理によって発生する水位の変動にも対策が必要となります。

③ 防水や漏電の対策が必要

水上設置型太陽光発電設備については、電気事業法の規定に基づく技術基準適合義務を遵守し、感電・火災その他人体に危害を及ぼす恐れ、または発電設備に損傷を与える恐れがないように、安全を確保した設計・設置方法とする必要があります。
水上太陽光発電所では、水が原因による腐食や漏電による事故の発生リスクが高いと言われています。そのため、架台やパワーコンディショナー、接続箱など防水・腐食・腐朽など劣化を生じにくい対策を行わなくてはなりません。

④ 施工業者・メンテナンス業者が少ない

水上太陽光発電は、野立て太陽光発電に比べて、施工できる業者数が少ない現状があります。そのため、工期が長くなったり、工事の質に差が出てしまうこともあります。
同様にメンテナンス作業を行える業者も限定されてきます。
保守点検の足場が水面であるため不安定なこと、アンカーや固定用ケーブルなどの点検のため潜水が必要になるなど、高度なメンテナンス技術が求められます。また、天候によってはメンテナンスが延期されることなど、手間や時間・コストがかかることがあります。

ドローンによる太陽光パネルの点検

フェンスや備品・PCSなどの点検

水中ドローンによる支持物の点検

フロートアイランド上での目視点検

【環境省】
地域における太陽光発電の新たな設置場所活用事業

対象設備	ため池・営農地・廃棄処分場
補助率	1/2
条　件	・ため池を活用した太陽光発電設備の導入を行う事業であること ・PCS最大定格出力の合計が10kW以上であり、積載率が１以上であること ・FIT/FIP制度による売電や自己託送を行わないこと　etc…
公募要領	一般社団法人環境技術普及促進協会

【経済産業省】
需要家主導による太陽光発電導入促進補助金

対象設備	オフサイトの太陽光発電
補助率	1/3~2/3
条　件	・合計2MW以上30MW 未満の新設設備であること ・FIT/FIP制度を活用しないこと ・需要家と発電事業者とがPPA等で8年以上の契約をするものであること　etc…
公募要領	JPEA太陽光発電推進センター（JP-PC）