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太陽光発電システムとは:太陽光発電の基礎知識3

太陽光発電の基礎知識

更新日:2019年10月15日(初回投稿)
著者:イー・エムケー・ワン協会 代表 小西 正暉

前回は、太陽電池について紹介しました。今回は、太陽光発電システムを取り上げます。開発初期、太陽電池や太陽光発電システムは非常に高価で、衛星の電源として使われてきた歴史があります。その後、灯台など特殊な用途に使われるようになり、次第に広まりました。さらにアモルファスシリコン太陽電池が開発されて、電卓に利用され、現在では実に多くの場所で使われるようになっています。今回は、住宅用太陽光発電システムを例に挙げ、太陽光発電システムの説明、および設計段階から気にしなければならないトラブル「ホットスポット」について解説します。

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1. 太陽光発電システムの種類と用途

結晶シリコン太陽電池を例に、太陽電池に関わる言葉について説明します(図1)。太陽電池の最小単位は、太陽電池セルです。代表的な太陽電池セルは、大きさが125mm角、または6インチ(152.4mm)角、厚さが0.2~0.3mmの板です。太陽電池セル1枚では、最大で約0.6Vしか出力できません。そのため、セルを直列に数十枚つないで昇圧します。この、つないだものが太陽電池モジュールで、ソーラーパネルとも呼ばれます。つないだセルの枚数にもよるものの、大半の商品は30V前後です。このソーラーパネルを直列に10枚程度つないで、出力を200~300Vになるようにしたものが、太陽電池ストリングです。複数のストリングを並列につないだものが、太陽電池アレイです。

図1:太陽電池セル、モジュール、ストリング、アレイの関係

図1:太陽電池セル、モジュール、ストリング、アレイの関係

太陽光発電システムには2つの分類方法があります。1つ目は、電灯線(系統)につなぐかどうかで分類する方法です(図2)。系統につなぐ方式を、系統連系型システムといい、系統が整備されている地域では、大半がこの方式です。一方、系統につながない方式が独立型システムです。太陽電池から出力される電気は直流なので、系統につながっていない村落などでは、交流に変換して利用する交流電源システムが使われます。最後の直流電源システムは、機器の電源として単独で使うシステムで、代表的な使用例に、電卓やソーラー腕時計があります。

図2:太陽光発電システムの種類-1

図2:太陽光発電システムの種類-1

2つ目の分類方法は、ソーラーパネルの設置形態によるものです(図3)。日本ではほとんどが、パネルを動かさない固定型です。しかし、パネルが固定されていると、太陽光がパネルに垂直入射する時間帯は一瞬で、大半の時間帯は斜め入射となります。そこで、太陽光を最大限取り入れるため、パネルを常に太陽に向けるようにしたのが、追尾型です。この追尾型には、単にパネルを追尾させる非集光型と、虫眼鏡方式で光電変換効率の高いセルに光を集める集光型があります。前者の非集光型は、最近アメリカで多く採用されています。

図3:太陽光発電システムの種類-2

図3:太陽光発電システムの種類-2

2. 住宅用太陽光発電システムと主要機器

住宅用太陽光発電システムを例に、太陽光発電システムの主要機器について説明します(図4)。まず、設置された太陽電池ストリングごとに、出力ケーブルを接続箱につなぎます。接続箱は、太陽電池ストリングと室内との回線を切断したり、設置後のメンテナンスで太陽電池の性能を測定したりする場合などに使用します。

パワーコンディショナは、太陽電池アレイから出てきた直流電力を交流に変換します(インバーダー機能)。また、室内の電力が不足する場合は系統から電気を取り入れ(買電)、逆に余る場合は系統に電気を送り出します(売電)。事故で停電が起きたときには、系統に電気が流れないようにする、系統連系保護機能も備えています。多くのパワーコンディショナには自立運転機能が備わっており、停電のとき太陽電池アレイから直接電気を取り出せるコンセントも付いています。

パワーコンディショナから出てきた電気は、分電盤を通して室内各所へ送られます。分電盤の先には電力量計があり、系統とつながっています。かつては図4に示すように、売電用と買電用2つの電力計がありましたが、最近は1台の電力量計で売買電が分かるようになっています。

図4:住宅用太陽光発電システムイメージ図

図4:住宅用太陽光発電システムイメージ図(出典:太陽光発電協会

なお、ビルなどの大型屋根に設置される太陽光発電システムや、地上に設置されている売電専用のメガソーラーも、基本的な仕組みは住宅用と同じです。

3. 設置上の留意点

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

4. 多種多様な太陽光発電システム

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

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