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太陽光発電（たいようこうはつでん、Photovoltaic power generation）は、太陽電池を利用し、太陽光のエネルギーを直接的に電力に変換する発電方式である。ソーラー発電とも呼ばれる。再生可能エネルギーの一種であり、太陽エネルギー利用の一形態である。
導入費用が高めな代わりに、昼間の電力需要ピークを緩和し、温室効果ガス排出量を削減できるなどの特長を有する。近年の競争によって性能が向上し、設置や保守が容易である等の利点や、低炭素社会の成長産業としての将来性を買われ、需要が拡大している。
太陽光発電は昼間のみ発電するなど、従来の集中型電源とは様々な点で異なる特徴を持つ。また再生可能エネルギーの一種であり、エネルギー・環境面でのメリットのほか、経済的なメリットも有する。欠点は商用電源として導入コストが比較的高いことであり、価格低減や普及促進の政策を採る国が多い。一般に、下記のような長所や短所を有する。
利点・特徴
欠点・課題
thumb|right|250px|地球上の太陽光エネルギー資源量の分布（1991-1993年の平均、昼夜の変化や天候の影響含む）。黒点は、変換効率を8%と仮定して世界の主要エネルギー源を太陽光で十分賄うために必要な面積を表す。（[[:en:Solar_energy|英語版"Solar energy"より）]] thumb|250px|right|ドイツ、EU25カ国および全世界の需要と等しい電力を[[太陽エネルギーで発電するのに必要な面積<ref name="DLR">http://www.dlr.de/tt/Portaldata/41/Resources/dokumente/institut/system/projects/Ecobalance_of_a_Solar_Electricity_Transmission.pdf]] 太陽から地球全体に照射されている光エネルギーは膨大で、地上で実際に利用可能な量でも世界のエネルギー消費量の約50倍と見積もられている<ref name="taiyoukouhatsudenkougaku">山田興一・小宮山宏「太陽光発電工学」ISBN 4-8222-8148-5。たとえばゴビ砂漠に現在市販されている太陽電池を敷き詰めれば、全人類のエネルギー需要量に匹敵する発電量が得られる計算になる<ref name="NEDOkaisetsu">太陽光発電って何だろう(NEDO)。日本においても、需要より遙かに多い量を置けるだけの場所があると見積もられている。
太陽光発電システムの生産に必要な原料も基本的に豊富であり、少なくとも2050年頃までに予測される需要は十分に満たせるとされる<ref name="NREL_FAQ_MATERIALS">PV FAQs:Will we have enough materials for energy-significant PV production?,米国国立再生可能エネルギー研究所(NREL), DOE/GO-102004-1834, January 2004。シリコンを用いる太陽電池では、資源量は事実上無限とされる。またシリコンを用いない太陽電池についてはインジウムなどの資源が将来的に制約になる可能性があるが、技術的に使用量を節約することで2050年以降も利用可能ではないかと見られている<ref name="NREL_FAQ_MATERIALS"/>。なお、太陽電池用シリコン原料の供給は2008年までは逼迫して価格も高止まりしていたが、各社の増産が追いつくことで2009年からは価格の低下が予測されている<ref name="greentech_SiPrice">New Energy Finance Predicts 43% Solar Silicon Price Drop, greentechmedia, 18 August 2008。太陽電池専用のシリコン原料（ソーラーグレードシリコン）の生産技術も様々なものが実用化されており、精製に必要なエネルギーやコストも大幅に削減されると見られている。太陽光発電は、設置する場所の制約が少ないのが特徴であり、腕時計から人工衛星まで様々な場所で用いられる。
地上に直接設置することも可能であるが、太陽光を十分に受けることができ、パネルの重量に耐えることができる場所であれば屋根や壁など建造物の様々な場所に設置が可能である<ref name="JPEA_BIPV_example">公共施設における導入事例(JPEA)<ref name="PVPS_Gallery">Photo Gallery of PV-installations (IEA PVPS)。また近年は軽量で柔軟なフレキシブル型太陽電池も開発されており、取り付けの自由度が高まっている<ref name="Fuji_Flexible">フレキシブルなアモルファスシリコン太陽電池の例（富士電機システムズ株式会社 F-Wave）。
太陽光発電は集中型発電所などに比べれば比較的大きな設置面積を必要とするが、日本においても設置面積は不足せず、潜在的には必要量よりも桁違いに多い設備量（7984GWp = 約8TWp分）が導入可能と見積もられている。このため太陽光発電の導入量は、安定電力供給の電源構成上の観点から決まるとされる<ref name="Sansoken_JapanCapacity">日本で導入できる量（産業技術総合研究所）。そのような観点から導入可能な設備量は102GWp～202GWp程度と言われる。その中では、建造物へのソーラーパネル設置により期待される導入量が多く、積極的に開発を進めた場合の将来の導入可能量は戸建住宅53GWp(ギガワットピーク)、集合住宅22GWp、大型産業施設53GWp、公共施設14GWp、その他が60GWpなどとなっている<ref name="NEDO_PV_CAPACITY">2030年頃までの技術発展を想定したときの国内導入可能量（MW）（NEDO 新エネルギー関連データ集 平成17年度版）。 太陽光発電の累計導入設備量が100GWp（=1億kWp）になると、その発電量は日本の年間総発電量の約10%に相当する（200GWpで約20%、8TWpで8倍の計算）。
太陽光発電のGHG排出量は化石燃料電源の排出量より格段に少なく、利用することでGHG排出量を削減できる<ref name="Sansoken_PV_Emission">温室効果ガス排出量の削減（産業技術総合研究所）。またEPT（後述）やエネルギー収支の点でも実用水準であるとされる<ref name="Sansoken_PV_EPT">太陽光発電のエネルギー収支（産業技術総合研究所）。
太陽光発電の発電電力当たりのGHG排出量や投入エネルギー量は、システム製造工程と、設置環境において発電できる量でほぼ決まる。運転時は燃料を必要とせず、GHGを排出しない<ref name="Sansoken_PV_Emission"/>。メンテナンスや廃棄時に排出するGHGや投入エネルギー量も比較的少ない<ref name="NEDO100012583"/>。
太陽光発電は設備の製造時などに際してある程度の温暖化ガスの排出を伴うが、運転（発電）中は全く排出しない。採鉱から廃棄までのライフサイクル中の全排出量を、ライフサイクル中の全発電量で平均した値（排出原単位）は数十g-CO2/kWhのオーダーであり、化石燃料による排出量(日本の平均で690g-CO2/kWh<ref name="ENV_FIRE_EMISSION">http://www.env.go.jp/council/06earth/r062-01/2-4.pdf）よりも桁違いに少ない。
太陽光発電設備のエネルギー源としての性能を比較するとき、エネルギーペイバックタイム（EPT）やエネルギー収支比(EPR)が指標として用いられることがある。これらは設備の製造やそれに必要な原料の採鉱・精製、保守などに投入されるエネルギーに対して、どれだけの電力が得られるかを示す。ライフサイクルアセスメント(LCA)の一環である。エネルギー収支や環境性能について実用性を否定する意見は、いずれも都市伝説などとして否定されている<ref name="Sansoken_QA">[Q&A 太陽光発電のEPT/EPRについて]（産業技術総合研究所）<ref name="NREL_QA">What is the energy payback for PV?, PV FAQs(米国国立再生可能エネルギー研究所(NREL)<ref name="DOE_QA">Learning About PV: The Myths of Solar Electricity（米国エネルギー省）。
現状で一般的な値はそれぞれEPTが1～3年程度、EPRが10～30倍程度とされる<ref name="Sansoken_EPT">太陽光発電のエネルギー収支（産業技術総合研究所）<ref name="NREL_QA"/>。 Template:see also
太陽光発電のコストの相場は、いまのところ他の電源の数倍とも言われる。電力量あたりのコストでは価格競争力が不足するため、現時点では普及促進に際して助成が必要とされる<ref name="IEA_Deployment">IEA, Deploying Renewables -- Principles for Effective Policies, 2008。普及に伴い、ほぼ経験曲線効果に従って価格が低下している<ref name="JRC_Waldau">Thin Film Production Overview in the Short and Medium term, A.J.Waldau, EU Commission, DG JRC, Ispra, 03/09/2008, 23 EU-PVSEC, Valencia。2008年末の時点で比較的高出力（125Wp以上）のモジュールについては需要逼迫による価格の高止まりが数年間続いていた<ref name="solarbuzz_top">solarbuzzが、2009年は結晶シリコン原料の生産量増加によって値下がりが見込まれている<ref name="greentech_SiPrice"/>。世界的には2012年頃には系統電力よりも安価になる（グリッドパリティに到達する）と見られている<ref name="EPIA_EUROBAT"/><ref name="Nomura">和田木哲哉（野村證券）、爆発する太陽電池産業、東洋経済新報社、2008年11月、ISBN 978-4-492-76178-6<ref name="PVNews_May2007">PV News Vol.26, No.5, May 2007.。一部の薄膜太陽電池生産企業は既にそれに近い生産コストに到達したと表明している<ref name="FirstSolarPriceDeclear">First Solar社の表明による、2008年3Qのコスト。 技術的検討からは、現行技術の延長で可能な範囲でも公称容量あたりのモジュール単価は65円/Wp程度までコストダウンが可能と見られている<ref name="Zukai_Konishi">桑野幸徳・近藤道雄監修、図解 最新太陽光発電のすべて、工業調査会、2009年7月、ISBN 978-4-7693-7171-7、P.43。 こうしたことを踏まえ、”2030年ごろになっても経済的に自立できない”などとする主張は誤りであるとの指摘もなされている<ref name="Nomura"/>。日本でも継続的な普及拡大とコスト低減が期待されているが、2005年頃から国内市場は逆に縮小・コスト増加傾向を示している<ref name="JPEA_stats">JPEA, 統計・資料<ref name="IEA_PVPS_JPModulePriceTrend">IEA PVPS, Indicative module prices in national currencies per watt in reporting countries。促進政策の弱さが指摘され、新たな対策が策定されつつある（太陽光発電のコストを参照）。
太陽光発電のコストは、一般的に設備の価格でほぼ決まる。運転に燃料費は不要であり、保守管理費用も比較的小さい。エネルギーセキュリティ向上などの付加的なコスト上のメリットも有する。また特に昼間の需要ピークカットのコスト的メリットが大きいとされる（<ref name="smallisprofitable">エイモリー・B・ロビンス「スモール・イズ・プロフィタブル(Small is profitable)」ISBN 4-87973-294-XP.131-132, <ref name="solarrevolution">Solar Revolution / The Economic Transformation of the Global Energy Industry, Travis Bradford, The MIT press, ISBN 978-0-262-02604-8P.131など）。他電源に対するコスト競争力は比較条件にも依存し、用途などによっては現状でも価格競争力を有する。途上国で送電網が未整備な場合、消費電力に比して燃料輸送費や保守費が高い場所など（山地、離島、砂漠、宇宙等）では、現段階でも他方式に比較して最も安価な電源として利用されている。蓄電池を用いた独立型システムにおいても、今後の価格低下と途上国などでの普及拡大が予測されている<ref name="EPIA_EUROBAT">W.Hoffman(EPIA),R.Kubis(EUROBAT),The role of Energy Storage in the future development of photovoltaic power, Intersolar, 12 June 2008。
太陽光発電そのもののコストのほかに、火力発電の発電量の削減を進めるに伴い、需要と供給の各種変動のギャップを埋める費用の発生も見込まれている。これは風力発電や原子力発電など他の電源も関連する事項である。送電網の機能強化や需要側の制御も含めたスマートグリッドなどの総合的な対策が各国で検討・推進されている<ref name="EU_SmartGrid">SmartGrids Technology Platform（欧州のスマートグリッド開発推進機構）<ref name="US_SmartGrid_NETL">A Vision for the Modern Grid(NETL)<ref name="US_SmartGridLaw">U.S. Energy Independence and Security Act of 2007。
thumb|right|120px|[[パーキングメーターへの利用例]] thumb|right|120px|[[街路灯で風力発電と併用される。]] 発電した電力を二次電池に蓄電してその場で利用し、外部送電網に接続しない形態。夜間や悪天候時の発電量低下時も太陽光発電にて電力を供給したい場合に利用される。後述の系統連系に比して、蓄電設備のコスト（金銭・エネルギー・CO2排出量）が増えるため、外部からの送電コストが上回る場合や、移動式や非常用の電源システムなどに用いられる。一般に消費電力が比較的少なく、送電網から遠い場合にメリットが大きくなる。また送電網にごく近い場合でも、送電電圧が高い場合はやはり太陽光発電による独立電源システムが安くなることがある。一般向けに、手の平程度の大きさの最大電力点追従装置(MPPT)に自動車用バッテリーを組み合わせる製品なども市販されている<ref name="SMALLPC">たとえばhttp://www.morningstarcorp.com/。以下、利用例を幾つか列挙する。
thumb|right|220px|集合住宅での利用例 太陽光発電システムを、電力会社の送電網に繋げる形態を系統連系という。太陽電池モジュール→パワーコンディショナー→商用電源という接続形態を取る。発電量が設置場所での利用量を上回る分は電力会社に買い取って貰う（売電）。また、売電電力を送電網に送ることを逆潮流と呼ぶ。夜間や悪天候時など、発電量を利用量が上回る時は系統側からの電力供給で補う。独立蓄電形態のような大容量の蓄電設備が不要なため、コスト・GEG排出量・ライフサイクル中の投入エネルギーが最小限で済む。近くに送電網が来ている場合は、通常この形態で利用する。
太陽光発電は天候によって出力が変動し、曇天時や雨天時は晴天時に比較して大幅に発電量が低下する。また夜間は発電しない。系統連系においては、変動が速すぎると他の電源による調整が追いつかなくなるおそれがある。この変動への対応は、大きく2種類の変動への対応に分けられる<ref name="Sansoken_Hendo"/>。
比較的短い周期（数秒～数十分）の変動について:: 太陽光発電のような分散型電源に於いては、規模が大きくなり、設置場所が分散するほど速い変動成分が平滑化され、電源網側での対処が容易となる。これはならし効果と呼ばれ、これによってある程度の導入量までは問題は無いとされる<ref name="Sansoken_Hendo">出力変動と緩和策（産業技術総合研究所）。米国などにおける調査では、特別な対策をしなくても系統負荷の3割以上の設備容量の系統連系が可能とされている（<ref name="smallisprofitable"/>P.261）。その程度までの連系容量については、過去の大規模な実証試験において、変動は電力網側の調整余力で対応可能であり、送電網全体では送電コスト低減などによるメリットが上回ると報告されている（<ref name="smallisprofitable"/>,P.300など）。連系する容量がある程度以上増加すると、それに応じた変動対策が必要になるとされる<ref name="Sansoken_Hendo"/>。また将来的にはスマートグリッドなど、他の発電方式や電力需要側も含んだ系統全体での包括的対策が必要と考えられている（#発電コストを参照）。
比較的長い周期（数時間～数日）の変動について: 系統連系が主体の導入形態の場合、導入量が少ない段階では、この変動については当面大きな心配は無いとされる<ref name="Sansoken_Hendo"/>。普及が進んで昼間の電力が余るようになると、蓄電設備によって余剰分を他の時間帯に回すなどの対策の必要性が生じる。また独立形のシステムなどで電力の殆どを太陽光発電に頼る場合などは、何らかの蓄電装置を追加して需給の差を埋める（#独立蓄電を参照）。
モジュールを様々な方向に向けて設置している場合、個々の方向で出力が最大になる時間帯がずれるため、正午の瞬間最大出力が低くなる代わりに、他の時間帯の出力が増加する。一方、電力の需要量は時間帯によって変動し、一般的に午前よりも午後の方が大きい日本における一日の電力需要の変化の例：電力の需要量の変化とその対応。このため固定式のモジュールの場合、電力需要との整合性を取る観点からは、真南よりも多少西向きに設置するのが好ましい。米国サクラメント市における解析例では、20度の傾斜を持たせて設置する場合、真南から30度西にずらすと、総発電量は約1%減少するが、容量が系統に貢献する度合いは25%近く増加し、全体では経済的価値が大きくなると報告されている<ref name="WENGER">H.Wengerら,1996年。また冷房需要の多い地域では、日照と電力需要の相関関係が高くなるため、太陽光発電の価値が相対的に高くなる（<ref name="smallisprofitable"/>,P.231など）。
thumb|right|200px|結晶シリコン型[[太陽電池セルの代表的構造]] thumb|right|200px|多結晶シリコン型[[太陽電池（セル）]]
用途や環境に応じて、下記のように様々な種類の製品が市販されている。
太陽光発電システムには大部分の製品が稼働できると推測される「期待寿命」と、メーカーが性能を保証する「保証期間」がある。メーカーの製造ミスなどで早期に出力低下などのトラブルが起こることもある。通常の経年劣化による出力低下は20年で１割未満と報告されている。
2008年の世界市場での太陽電池セル製造メーカー上位各社のシェアはドイツのQセルズ社が前年に引き続き1位、欧米のFirstSolarが2位、中国のSuntechが3位である。日本のシャープは4位に後退した。<ref name="RTS200904">太陽光発電情報、2009年4月分、資源総合システム。 また国別生産シェアは中国が26%を生産して1位、2位はドイツである。日本はドイツに抜かれ、3位に後退している<ref name="RTS200904"/>。
| Template:CHN | 26% |
| Template:GER | 19% |
| Template:JPN | 18% |
| Template:TWN | 12% |
| Template:USA | 6% |
詳しくは太陽光発電の市場動向を参照。
2008年の世界市場での太陽電池セル製造装置売上高トップはアプライド・マテリアルズであったVLSI Research [1]。以下Roth & Rau、Centrotherm、OC Oerlikon Balzers、アルバックと続く。詳しくは太陽光発電の市場動向を参照。
Template:main 日本はオイルショックを経験した1970年代から開発と普及に力を入れており、生産量や導入量で長らく世界一を誇っていた。特に2000年ごろまでは、欧州全体より日本一国の方が発電量が多かった。
しかし近年は他国に冠を奪われている。2004年頃には世界の約半分の太陽電池を生産していたが、2008年には世界シェアは18%まで低下している<ref name="PVNEWS"/><ref name="RTS200904"/>。2007年度は国内生産量の8割近くを輸出している<ref name="JPEA_STATISTICS_PDF">日本における太陽電池出荷量の推移(JPEA)。国内出荷量の9割近くが住宅向けである。個人宅向けが中心であるが、近年は集合住宅での導入例も見られる<ref name="NEPS_SHIBAURA">http://neps.nef.or.jp/kigyo_04shibaura.html、<ref name="nedobook">なぜ、日本が太陽光発電で世界一になれたのか、NEDO（非売品）P.18など）。 2005年に新エネルギー財団(NEF)による助成が終了すると、国内市場は縮小した。これに対応して2009年1月、経産省は緊急提言案に沿って補助金を復活させた（固定価格買い取り制度を参照）。
日本での助成策は電力会社による余剰電力買い取り制度(net metering)が主体であり、自主的に電気料金に近い価格で余剰電力を買い上げている。また他にも多くの助成制度が用いられている。2009年4月時点では、平均的な家庭では初期投資の回収までに20年以上かかるとされる<ref name="AllAbout2008">太陽光発電の損益分岐点【2008年版】、AllAbout、2008年11月28日。2009年2月の環境省の報告書では、このような長い回収期間では普及速度が不足するため、回収期間を10年程度に短くする必要性が指摘された<ref name="Kankyosho_200902">低炭素社会構築に向けた 再生可能エネルギー普及方策について（提言）、環境省、2009年2月。この報告書では太陽光発電を含めた再生可能エネルギー全体の普及費用を累計25兆円と見積もる一方、同期間の便益の合計が約60兆円におよび、費用よりも便益の方が大きいと予測された<ref name="Kankyosho_200902"/>。同年3月には経産省も太陽光発電について同様の試算を発表した<ref name="SolarSystemSangyo">「ソーラー・システム産業戦略研究会」報告書、経済産業省、2009年3月18日。また主要各政党も助成制度を強化する姿勢を打ち出した日本経済再生への戦略プログラム（最終報告）―今、未来への投資、新たな成長ステージへ―、自民党、2009年4月15日エコ発電全量買い取り義務化 民主マニフェストに明記へ、2009年3月3日太陽光発電 世界一奪還めざす、公明党、2009年3月21日。 こうした動きを受けて2009年4月現在、新エネルギー部会などにおいて制度の審議が進められている<ref name="ShinEneBukaiList">総合資源エネルギー調査会新エネルギー部会（経済産業省）。初期投資の回収期間を平均的な新築家屋のケースで10年程度とし、制度開始時点で既に設置されている設備も対象とする方針である<ref name="ShinEneBukai34">総合資源エネルギー調査会新エネルギー部会（第３４回）-配付資料。詳しくは太陽光発電の市場動向を参照のこと。
なおエネルギー収支やGEG排出量の面で考えると、通常は1～数年で元が取れる（太陽光発電の環境性能を参照）。
施設の通常時の電力供給用、および商用電源停電時の電源の確保・環境保護のために、災害の際の避難場所に指定されている公共またはそれに準じた施設に太陽光発電装置を設置することが行なわれている。導入時の負荷軽減のため、各省庁による各種の補助策も実施されている。補助策については太陽光発電の市場動向を参照。
2008年における日本の太陽電池生産企業は1位がシャープであり、以下京セラ、三洋電機、三菱電機と続く<ref name="RTS200904"/>。詳しくは太陽光発電の市場動向を参照。 上記以外にもセル生産や部材供給に関わる企業が多数存在する（例：<ref name="JPEA_CompanyList">太陽光発電協会（JPEA）によるメーカー一覧）。
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