クリッピング対決：DC：ACの比率は同じではない

第2章では、バッテリーを使用しない場合でも、マイクロインバータとストリングインバータの直流：交流比の違いを説明した。このボーナス章では、なぜ、そしてどのようにストリング・インバータがマイクロインバータを凌駕するのか、その詳細について解説する。

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直流：交流の比率：その意味

DC:AC比は、ソーラー設計における重要な指標です。太陽電池モジュールの総電力容量（DC）とインバーターの最大出力容量（AC）を比較します。例えば、15kWのシステムに11.4kWのインバーター（またはマイクロインバータの合計容量）を組み合わせた場合、DC：AC比は1.3：1となります。

太陽光発電の設計・性能シミュレーションソフト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、「直流交流比が1より大きくなるように太陽電池アレイのサイズを大きくすることは、しばしば理にかなっている。

しかし、オーロラ・ソーラーはこう続ける。追加インバーターにお金をかけるか、インバータークリッピングでエネルギー収穫を失うかだ。

しかし、特にストリング・インバータとマイクロインバータを比較する場合、すべてのDC：AC比が同じ挙動を示すわけではない。

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クリッピングストリングインバータとマイクロインバータの比較

モジュールの出力がインバータ容量を上回ると、ストリング・インバータもマイクロインバータもエネルギーをクリップするが、ストリング・インバータの方が平均的にクリップが少ない：

1.ストリング・インバータにおける積算電力の平滑化

ストリング・インバータは、アレイ・レベルで電力を管理し、すべてのモジュールの出力を1つのDC入力にまとめます。つまり

• モジュールは互いにバランスをとる：あるモジュールグループがピークパワーを出しているとき（たとえば午後の西向き）、別のモジュールが日陰になっていたり、ピークを下回っていたりする場合（たとえば午後の東向き）、アレイの合計出力がインバータの能力を超える可能性は低くなります。
• より滑らかな出力カーブ：全モジュールの複合発電により、個々のモジュールが最大容量で動作している場合でも、クリッピングの可能性が低くなります。

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2.マイクロインバータにおけるモジュール単位のクリッピング

マイクロインバータはモジュールごとに独立して動作し、モジュール・レベルで直流を交流に変換するため非効率となる：

• 各モジュールでのクリッピング：各マイクロインバータの定格容量は決まっています（350Wなど）。450Wのモジュールがピークに達すると、システム内の他のモジュールの出力がピークを下回っていても、余分な100Wがクリップされます。
• モジュール間の共有なし：ストリング・インバータとは異なり、マイクロインバータはモジュール間で電力を集約することができないため、他のモジュールが低性能であっても、高性能モジュールからの余剰エネルギーは失われる。

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エネルギー生産を具体例で比較

同じ住宅（図16参照）で、同じDC：AC比のマイクロインバータとストリングインバータの性能を比較して、その違いを見てみよう：

• 35x440Wモジュールによる15kWの太陽光発電設備
• 2つのアレイ：東（青）に17モジュール、西（黄）に17モジュール
• 太陽は西側のアレイを照らし、モジュールあたり400Wの電力を発生させている。
• イースト・アレイはモジュールあたり250Wを発電
• オプション1： 700Wオプティマイザー＋11.4kWストリング・インバーター（DC：AC比1.35：1）
• オプション2： 各モジュールに325Wマイクロインバータ（DC：AC比1.35：1）

以下に、これら2つの構成の性能比較を示す。オプション2のマイクロインバータは、モジュールレベルでクリップしているため、生産量の13%をクリップしている。オプション1のストリングインバータは、東側アレイの低出力と西側アレイの高出力のバランスがとれているため、クリップしていない。

最大潜在出力

• イースト：4,500W（250W×18本）
• 西：6,800W（400W×17本）
• 合計：11,300W（4,500W + 6,800W）

DCアーキテクチャー： 

• イースト：4,500W（250W×18本）
• 西：6,800W（400W×17本）
• 合計：11,300W（4,500W + 6,800W）
• 0%クリッピング

ACアーキテクチャー

• イースト：4,500W（250W×18本）
• 西：5,525W（325W×17本）
• 合計：10,025W（4,500W＋5,525W）
• 13% クリッピング

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日々の違い

図16の発電量曲線は、1日における2つの技術の性能の違いを示している。

DCアーキテクチャー： 総電力出力（東＋西アレイ）がインバーター容量を超えた場合のみクリップする。異なる方向。クリップの可能性は低くなります。

ACアーキテクチャー：各モジュールでクリップするため、最初に東側、次に西側のアレイがクリップされ、総出力は減少する。クリッピングの可能性が高い。

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モジュール・オリエンテーションの役割

モジュールは、複数の方向（例えば、東向きと西向きの屋根）に設置されることが多い：

• 住宅の屋上はスペースが限られている。複数の方向に設置することで、より多くの面積を確保できる。
• ピークの分散：異なる方向を向いたモジュールは、1日のうち異なる時間帯にピーク出力を発生させ、全体的な出力曲線をより滑らかにします。
• 朝夕の時間帯を捉える。送電網に太陽光発電が普及していることもあり、朝夕の時間帯は日中よりも高い料金で電力会社から補償されることが増えています。
• クリッピングの低減：DC:AC比が高くても、ストリング・インバータでは、システム全体の出力がインバータの容量を超える可能性が低い。

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結論

すべてのDC：AC比が同じというわけではありません。ストリングインバータもマイクロインバータも、直流電力が交流容量を上回るとエネルギーをクリップしますが、ストリングインバータはアレイ全体の電力を集約することでクリップ損失を大幅に削減します。

エネルギー生産と貯蓄を最大化したい住宅所有者にとって、直流に最適化されたストリング・インバーター・システムは、より多くのエネルギーを獲得し、損失を最小限に抑え、ソーラー＋ストレージの未来に備える、明確な選択肢である。

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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）：

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
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：すべてのDC：AC比が同じとは限らない
8. 用語集

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