ソーラーオプティマイザー。あなたのシステムに加えるべきか？

太陽光発電システムへの投資は、エネルギーコストを削減し、送電網への依存度を下げる素晴らしい方法です。太陽光発電システムは一般的に25年以上の寿命があるため、システムの性能を最大限に引き出す方法を検討することが重要であり、それによって投資収益率を最大限に高めることができます。

太陽光発電システムの性能を最大限に引き出す方法の一つに、モジュールレベルパワーエレクトロニクス（MLPE）の導入があります。MLPEは、各太陽電池パネル（太陽電池業界ではモジュールとも呼ばれる）の背面に接続され、安全のための急速なシャットダウン、モジュールレベルのモニタリング、最適化など、さまざまな機能を提供します。今回のブログでは、最適化機能に焦点を当て、具体的にどのような機能があり、どのようなメリットがあるのかをご紹介します。

オプティマイザーとは何ですか？

オプティマイザー」という言葉は、MLPEと同じように使われることが多いですが、MLPEのサブセットで、日陰やミスマッチが太陽光発電設備に与える影響を軽減するという、非常に特殊な機能を持っています。

米国国立再生可能エネルギー研究所（NREL）によると、"部分的な日陰は、住宅用設備において年間10％〜20％以上の性能低下を引き起こす可能性がある "とのこと。また、NRELによると、"マイクロインバーターやDCパワーオプティマイザーなどのモジュールレベルのパワーエレクトロニクスは、システム内のミスマッチを低減し、部分的な日陰によって失われた電力の30〜40％を回復することが示されています。"つまり、基本的にオプティマイザーは、シェーディングによって失われるはずだったエネルギーを取り戻すのに役立ちます。

シェーディングの原因は様々です。

ソーラーデザインソフトウェアのリーディングカンパニーであるオーロラ・ソーラー社によると、「セルやパネルが日陰の障害物のために太陽光を受けられないと、そのソーラーセクションでの発電量が低下してしまう...。このような障害物は、さまざまな原因で発生します。

樹木、アンテナ、電柱などの近くの物体
他のPVパネル列からの「自己遮光」について
設置場所周辺の地形による水平方向の陰影
その他の要因（パネルの向き、汚れ、経年変化など）」。

ほとんどの住宅の屋上や多くの商業ビルには、何らかの日陰があります。日陰がなくても、太陽電池モジュールの汚れや劣化率の違いによってミスマッチが発生することがあります。このホワイトペーパーでは、ミスマッチのその他の原因とその発生メカニズムについて詳しく説明しています。

オプティマイザーはどのようにしてシェーディングの影響を軽減するのでしょうか？

オーロラ社によると、「太陽電池が遮光されると、ストリング全体に流れる電流が減少します。これは、ストリング内のすべてのセルが、日陰になったセルが設定した電流で動作しなければならないことを意味します。これにより、日陰になっていないセルが最大出力で動作するのを防ぐことができます....そう、ほんの少しの影がソーラーパネルの出力に劇的な影響を与えるのです。"

太陽電池パネルは通常、直列に設置されており（チェーン状に直接接続されている）、ストリング全体が同じ電流で動作します。1枚のパネルに陰りや不整合が生じると、パネル全体の電流が低下し、電気出力が低下してしまいます。

オプティマイザーは、電流や電圧を監視し、必要に応じて調整することで、ミスマッチを緩和します。オプティマイザーは、各パネル間に流れる電圧や電流を常に監視することで、ソーラーパネルがエネルギーを生み出す平均的な速度や量を知ることができます。ミスマッチによる電圧や電流の変化を感知すると、各パネルがストリングスの最大出力で動作するように自動的に調整します。

オプティマイザーの動き

では、実際にオプティマイザーが活躍している事例を見てみましょう。ここTigoでは、モジュールレベルの監視と高速シャットダウン機能を備えたオプティマイザをパッケージで提供しています。そのため、システム・オーナーはシステムのパフォーマンスを一目で把握し、すべてが適切に動作していることを確認できますし、内蔵の安全機能によって安心感を得ることができます。

カリフォルニア州サンノゼのある住宅所有者は、モジュールレベルの監視、高速シャットダウンへの対応、最適化を行っていないPVシステムを持っており、近くの木々によるシステムの影から発電量を増やすためのアップグレードを希望していました（図2参照）。Tigoオプティマイザー、特にTS4-A-Oを各太陽光パネルに追加した後、家主は以前より多くの電力を生成し、システムの可視性を向上させることができました。この住宅所有者の言葉を引用します。

"私のPVシステムはもともと2009年に設置されたものですが、2017年にTigoオプティマイザーをシステムに追加したことで大きな改善が見られました。年間平均で5％以上の出力アップを実現しています。また、太陽電池モジュールのクリーニングが必要な時期がわかり、毎回のクリーニングの結果もすぐにわかるようになりました。どの太陽電池モジュールが最も多くのエネルギーを生産しているか、また最も少ないエネルギーを生産しているかを示す興味深い月次レポートが得られます。"

ケーススタディの詳細はこちらをご覧ください。この住宅のシステム性能をライブで見るには、エナジーインテリジェンスのデモをチェックしてください。

Tigoオプティマイザーの仕組み

デモの棒グラフや図3を見ると、緑色の部分がTigoのオプティマイザーによって実現されたReclaimed Energyです。Tigoは、大手MLPE事業者の中で唯一、最適化技術によって実現した追加電力をお客様に示しています。

Tigo社がオプティマイザーを設置した数万のサイトを分析した結果、オプティマイザーによって太陽光発電量が平均6.6%向上しました。10キロワット（kW）のシステムであれば、1,156キロワット時の発電量が増え、25年の耐用年数で6,000ドル以上の節約になります（電気料金が0.18ドル/kWhで、年3％で成長すると仮定した場合）。Reclaimed Energyの詳細については、こちらのケーススタディをご覧ください。