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2025年3月27日

変換税:AC結合バッテリーの隠れたコスト

複数のエネルギー変換が太陽光発電の貯蓄をいかに静かに枯渇させるか、そしてその対策は?
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アロー
マイクロインバーター税|4) 変換税:AC結合バッテリーの隠れたコスト
ソーラー+ストレージは常識になりつつある

太陽光発電とストレージを組み合わせる住宅所有者が増えている。EnergySageの「トレンドライン」の章では、蓄電池の設置率が前年比4倍増加したことを報告しています。バックアップ電源、使用時間帯別エネルギーの節約、デマンドレスポンス効果、グリッドへの依存度の低減など、バッテリーはソーラーシステムから大きな付加価値を引き出します。

しかし、すべての太陽光発電+蓄電システムが同じように作られているわけではありません。マイクロインバータとAC結合バッテリーを使用している場合、コンバージョン税と呼ぶ隠れたコストを支払っていることになる。

コンバージョン税について

太陽電池モジュールは直流(DC)エネルギーを生成する。家庭は交流(AC)エネルギーを使用する。マイクロインバータは、家庭で使用するために直流エネルギーを交流エネルギーに変換する。エネルギーが交流から直流、または直流から交流に変換されるたびに、損失が発生する。バッテリーはエネルギーを直流として蓄える。そのため、マイクロインバータとバッテリーを組み合わせたシステムでは、さらなる変換が必要となる:

  1. 直流→交流:太陽電池モジュールは直流電力をマイクロインバータに送り、マイクロインバータはそれを家庭用の交流(AC)に変換する。
  2. AC → DC:バッテリーを充電するには、AC電源をDCに戻す必要があります。
  3. DC→AC:蓄電したエネルギーを使用する際、バッテリーがACに変換し、家庭用電源に戻す。

損失を集計すると、マイクロインバータとバッテリーを使用した場合、平均で13.3%の損失が発生する。図10に示すように、直流ベースのシステムでは8.2%の損失しか生じないのとは対照的である。

図10:太陽電池+蓄電システムの変換損失。出典ティーゴ分析

直流結合バッテリーよりスマートなソリューション

ACカップリング・バッテリーとは異なり、DCカップリング・バッテリーは不必要な変換をせずに太陽電池モジュールから直接充電します。その仕組みはこうだ:

  • DC → DC:モジュールからのエネルギーは、蓄電用バッテリーに直接流れる(変換なし)
  • 直流→交流:エネルギーが必要になると、バッテリーが家庭に電力を放電する際に1回の変換が行われる。

この合理化されたプロセスは、冗長な変換を排除し、損失を削減し、住宅所有者が貯蔵し、使用できるエネルギーを最大化する。

図11では、ACアーキテクチャとDCアーキテクチャのDCからACへの変換ステップとその逆を比較している。

ACアーキテクチャ(マイクロインバータ付き)

3つの変換1) モジュールからマイクロインバータへ → 2) インバータからバッテリーへ → 3) バッテリーから家庭へ

図11a:ACアーキテクチャ(バッテリーとマイクロインバータ)による3つの変換ステップ

DCアーキテクチャ(オプティマイザ付き)

1 変換: 1) バッテリーからホームへ

図11b:DCアーキテクチャー(バッテリーとオプティマイザー)による1つの変換ステップ

コンバージョン税の計算方法

最初は損失が小さく見えるかもしれないが、時間の経過とともに積み重なる。簡単な例を挙げよう:

  • 家庭用バッテリーが毎日10kWhのエネルギーを充放電すると仮定する。
  • 図10に示すように、マイクロインバータは、DC結合ストレージと比較して5.1%の追加損失が発生する。
  • 電気料金が0.30ドル/kWhの場合、追加損失は25年間のプロジェクト寿命で2,654ドルになる。

システムの規模が大きくなったり、1日の使用量が増えたりすると、そのコストはさらに大きくなります。不要な変換を避けることで、直流結合バッテリーは、システムの耐用年数にわたって、住宅所有者の変換損失を数千ドル節約します。

なぜ今、これまで以上に重要なのか

太陽光発電と組み合わされたバッテリーは、バックアップ電源として常に魅力的であった。しかし、バッテリー装着率が高まっている大きな理由は、電力会社の料金プランがバッテリー装着を奨励しているからだ。使用時間制の公共料金の上昇、(カリフォルニアのNEM 3.0のような)太陽光発電の輸出価値の低下、そしてバッテリー装着率の上昇は、多くの管轄区域においてエネルギー貯蔵がもはやオプションではないことを意味する。

図12aは、電力会社が設定した変動料金に対応するバッテリーの動作を示している。電力会社は午後のエネルギー・オフセットにインセンティブを与えている。

図12a:典型的なNEM3の1日の時間ごとのバッテリー稼働とユーティリティ料金

日中の太陽光発電の余剰分がバッテリーの充電に使われる。バッテリーは、グリッドへの電力輸出が日中の10倍の価値になる午後に放電される。

図12b:典型的なNEM3の1日の太陽光発電量とバッテリー稼働量

カリフォルニア州の新しいNEM政策は、太陽光発電で節約するためにバッテリーを必要とするだけでなく、ほぼ毎日充電と放電を行うという、この行動を促進するインセンティブを設定している。それについてはこちらで書いた。その結果、毎日大量のエネルギーがバッテリーに出し入れされる。毎日バッテリーを使用すると、変換ペナルティがドル換算でかなりの金額に上ります。もしあなたがAC結合バッテリーを使用しているなら、毎日変換のためにエネルギーの多くを失っていることになります。

結論

変換税は、AC結合バッテリーシステムにおける隠れたペナルティであり、不必要なエネルギー変換を行うたびに太陽光発電の節約分を食いつぶしていく。蓄電池が住宅用太陽光発電の標準となるにつれ、直流連系を選択することがより賢明なソリューションとなります。

クリッピング税と合わせると、マイクロインバーター税の総額は$13,378に膨れ上がる。

第5章:機材が増えれば問題も増える』では、ACベースのシステムが悪い結果を出すために余分なコンポーネントを必要とする理由と、よりシンプルなセットアップがいかに時間、コスト、頭痛の種を減らすかについて掘り下げていく。

もっと欲しい?

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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
  4. 変換税:AC結合バッテリーの隠れたコスト(本章)
  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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