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2025年3月25日

切り取る税金エネルギーを食卓に残す

太陽電池モジュールのクリッピングがもたらす意外なコストと、それを回避する方法。
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アロー
マイクロインバーター税|3)クリッピング税:エネルギーをテーブルの上に残す
クリッピングの入門書

クリッピングは、太陽電池モジュールがインバーターが使用可能なACエネルギーに変換できる以上のDCエネルギーを生成すると発生します。余分なエネルギーは「クリップ」されるため、無駄になる。

例425Wのモジュールと325Wのマイクロインバータを組み合わせた場合、ピーク時の潜在的なエネルギー出力は100Wとなる。これを図5に示す。

図5:クリッピングの図解
クリッピングとは

クリッピングは、ソーラーシステムの出力グラフで簡単に見つけることができる。クリッピングが発生すると、グラフはピークが平らになり、システムの発電量が少ないことを示す。reddit/r/solarでクリッピングについて調べると、エネルギー生産に上限があることを不思議に思う住宅所有者の事例が数多く見られる。コメントの中には、住宅所有者がクリッピングについてますます認識し、システムの性能への影響を懸念していることを強調するものもある。

図6:クリッピングを伴うマイクロインバータの生産曲線。出典Reddit.com/r/solar

クリッピングの経済的影響

より大容量のモジュールと組み合わせたマイクロインバータが普及していることを考えると、クリッピングは珍しい現象ではない。多くの場合、モジュールとマイクロインバータのミスマッチは、よりワット数の高いマイクロインバータにお金をかけないことで正当化される。しかし、小さな損失は積み重なる。

住宅用15kW太陽光発電設備(容量係数19%、0.30ドル/kWh、電気料金エスカレーター5%、25年)の場合、年間3%のクリッピングを行うだけで、生涯節約額は10,724ドルになる。同じ仮定を用いると、2%のクリッピングで7,149ドル、1%で3,575ドルの節約になる。

図7では、大手マイクロインバーターサプライヤーによる性能分析から、クリッピング量は太陽条件の質(特定された都市ごとに異なる)とモジュールのワット数によって異なることが示されている。

300Wマイクロインバータを使用した場合のモジュール・ワット数と場所によるクリッピングによる1年目の生産損失

図7:クリッピングによる生産損失。出典Enphase社

ストリング・インバータもクリップすることがあるが、同じ方法ではない

モジュールの合計ワット数がストリング・インバータのワット数を上回ると、ストリング・インバータ・システムもクリップする可能性がある。これは、DC:AC比が1以上であればいつでも起こる可能性があります。

しかし、DCアーキテクチャのシステムにおけるストリング・インバータには特別な特徴がある。DC結合バッテリーと組み合わせると、インバータ銘板を超えるエネルギー生産をバッテリーの充電に利用できる。

図8は、太陽光発電量がインバータの最大(AC)容量を上回った日のDC結合インバータ性能とマイクロインバータ性能の違いを示している。

図8:DC結合バッテリーとマイクロインベア(AC結合)のクリッピング比較

DC結合バッテリーでは、余分な太陽光はバッテリーを充電することができる。AC結合バッテリーやマイクロインバーターシステムでは、余剰エネルギーはクリップされる。

バッテリーがなくても、ストリング・インバーターの方が性能が高い

現在バッテリーを導入していない設置者は、DC:AC比が同じであれば、ストリング・システムとマイクロインバーター・システムにクリッピングの差はないと考えがちだ。しかし、あるのです。

  • マイクロインバータ:モジュールごとにクリッピングが発生し、各モジュールの出力に個別に上限が設定される
  • ストリングインバータ: バッテリーがない場合、アレイの出力がインバーター容量を上回ったときのみクリッピングが発生し、ピークを平滑化し、多方向システムでの損失を低減します。DC結合バッテリーと組み合わせて充電すれば、クリッピングは発生しません。

結論:バッテリーがなく、DC:AC比が同じような場合でも、ストリング・インバーターはマイクロインバーターよりもクリップが少ない。このトピックはここで説明するよりも複雑で微妙なため、具体的な例と詳細が記載された章はこちらをご覧ください:ボーナス:クリップ対決:MLPE対オプティマイザー。

クリッピング・ロスを避けるには

マイクロインバータとオプティマイザは通常、モジュール・レベル・パワー・エレクトロニクス(MLPE)と呼ばれる技術カテゴリーに分類される。しかし、オプティマイザはDC結合であるという利点があるため、実行する作業が少なく、モジュールからのエネルギーは、通常のクリッピングや往復変換ロスを発生させることなくバッテリーに送ることができます。MLPEが普及した理由のひとつは、モジュールレベルの最適化、モニタリング、迅速なシャットダウンを提供することです。TigoのTS4-A-OやTS4-X-O(それぞれ最大700Wと800Wに対応)のようなオプティマイザーは、高性能ソーラーモジュールにも対応しながら、これらの需要の高い機能を提供します。

スタンスを切り取ることへの反論

クリッピングが住宅所有者や設置業者の間で話題になっているのは、生産曲線の頂点が平坦であることが非常に目立つためでもある。太陽光発電の掲示板を見てみると、クリッピングのグラフを投稿している心配性の住宅所有者がすぐに見つかる。これらの投稿には通常、次のような反応が返ってくる:

心配しないで、時間が経てば下がるから 」⬅。

マイクロインバータのクリッピングが時間とともに減少する可能性が高いのは事実です。しかし、それはおそらく宣伝されているものよりも少ないでしょう。多くのユーザーは、クリッピングに関するエンフェイズの技術概要を証拠として挙げるでしょう。しかし、この概要では1年目以降の劣化率を0.4%としている。EnergySageの上半期レポートでは、見積もりの最大シェアを占めたRECモジュールは、1年目以降の性能劣化率を0.25%未満と保証している。この保証では、「25年目の終わりまでに、実際の出力が銘板出力の92%以上であること」を保証している。つまり、450Wのモジュールでも414W以上の出力が保証されることになる。これは平均値ではなく、最大性能の劣化である。さらに、エンフェイズの概要では、マイクロインバータの保証に性能保証がないにもかかわらず、マイクロインバータの最大出力の劣化については言及していない。毎日の運転時間や熱サイクルにさらされる電子機器で、数十年の運転で性能に影響がないものを挙げるのは難しいだろう。

「ワット数の高いマイクロインバータにアップグレードする投資は割に合わない。

もし誰かがマイクロインバータとマイクロインバータを比較するのであれば、これは妥当な発言である。しかし、クリッピングを避けるための本当の(そして中立的な)比較は、マイクロインバータとストリング・インバータの比較であるべきだ。

「より効率的だ

これは通常、インバータの効率曲線に言及したもので、インバータは最大容量に近いほど効率的に動作することを示している。さらに、ワット数の高いマイクロインバータは通常、起動電圧が高い。したがって、ワット数の高いマイクロインバータにアップグレードすることは、ワット数の低いマイクロインバータよりもシステムの「起動」が遅くなることを意味し、低照度の時間帯の生産を逃すことになる。これは図9に見られる。

図9:出力電圧と起動電圧のマイクロインバーターモデル。出典:Enphase:エンフェーズ

高ワット数のマイクロインバータへのアップグレードに伴うコスト増に加え、効率や運転時間数にも悪影響を及ぼす可能性があります。これは考慮すべき現実的なトレードオフである。しかし繰り返しますが、この記述はマイクロインバータとマイクロインバータを比較したものです。これとは対照的に、Tigoストリング・インバータは、ストリング内の全モジュールにわたって80Vで生産を開始します。これは、生産スペクトルの低い端で動作しているモジュールのちょうど1つのストリング(8つのモジュールのストリングではそれぞれわずか10V)で生産が開始されることを意味します。

「ストリング・インバータもクリップする

このトピックは上記で取り上げており、さらに深く掘り下げた内容はこちらでご覧いただけます:ボーナス:クリッピング対決:MLPE対オプティマイザー

結論

モジュールのワット数が上がるにつれて、クリッピングのコストは上昇します。この「クリッピング税」は、太陽光発電プロジェクトの耐用年数で最大10,724ドルかかる可能性がありますが、回避することは可能です。バッテリーを直流連系インバーターと組み合わせれば、余剰の太陽光発電でバッテリーを充電し、クリッピングを完全に回避することができます。ありがたいことに、バッテリーは急速に主流になりつつある。

さらに、バッテリーはマイクロインバータにさらなる損失をもたらすが、これについては次の章「変換税」で詳しく説明する:AC結合バッテリーの隠れたコスト」で詳しく説明する。

もっと欲しい?

ウェビナー 4月15日(米国の税金の日)に、マイクロインバーター税シリーズの詳細を掘り下げるウェビナーを開催します。 ウェビナーへのお申し込みはこちらから。

以下は、このシリーズに含まれる全章のリストである(各章が出版されるたびにリンクが追加される):

  1. 概要:拡大するマイクロインバーター税
  2. トレンドラインソーラー業界の大きな変化
  3. 節税:エネルギーを食卓に残す(本章)
  4. 変換税:AC結合バッテリーの隠れたコスト
  5. 機材税機材が増えれば問題も増える
  6. 解決策は直流だ:DCオプティマイザー、DC結合バッテリー
  7. ボーナス:クリッピング対決:MLPE対オプティマイザ
  8. 用語集

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