PVシステムの発電量が期待通りではない？ オプティマイザーの適用構成ガイドを解説します。

実用的な太陽光発電の適用において、影による遮蔽、モジュールの方向違い、モジュールの劣化などの問題がしばしばシステムの発電量低下を引き起こします。研究によると、影による遮蔽は最大で発電量の70%の損失をもたらす可能性があります（出典①：NREL）。特に、特定のモジュールが影に隠された場合、全体の直列回路の電流と出力電力が大幅に減少します。そのため、太陽光発電用オプティマイザが開発されました。これは内部のDC-DC制御回路を通じて問題のあるモジュールの出力電流を調整し、他のモジュールとの電流のマッチングを実現することで、不一致による発電量の損失を効果的に低減します。以下、本記事では、既存の発電所および新設の発電所における太陽光発電用オプティマイザの具体的な適用要件と提供する解決策について詳しく説明します。

既存発電所の発電量を増加させるための主要な対策

既に運転中の太陽光発電所において、フォトボルタイク・オプティマイザーの設置は間違いなく重要なアップグレード戦略です。この技術はシステムの発電量を大幅に増加させるだけでなく、発電所の長期的な安定した運転にも強力な保証を提供します。以下はいくつかの典型的な適用シナリオです：

古い発電所の改装（新しいモジュールへの交換なし）

長期間運転されている古い発電所では、モジュールの劣化、性能低下、および作業環境の変化により、多くの場合、発電量が減少します。研究によると、老朽化したモジュールの発電効率は最大20%低下する可能性があり（出典② 1: IEA）、これが深刻なモジュールの不一致問題を引き起こします。オプティマイザーを設置することで、この問題を解決し、失われた発電量を最大限に回復できるだけでなく、モジュールレベルの監視機能を通じてモジュールの稼働状態をリアルタイムで監視し、問題のあるモジュールを正確に特定して、運用および保守時間を節約できます。

古い発電所の改装（すべて新しいモジュールに交換）

2018年以前に通常完成した発電所では、古いモジュールを最新のモジュールに交換する計画です。新しいモジュールに交換すると、モジュールサイズの変更により影による遮蔽（下図参照）が発生し、これにより電力損失が引き起こされる可能性があります。盛高のプロジェクト経験によると、オプティマイザー技術を使用したシステムは、影による遮蔽に対処するために総合発電量を大幅に増加させることができ、平均で15％以上の増加が見込まれます。

過去に完成した発電所のモジュールはサイズが小さく、より大きな新しいモジュールに交換されることで、一定の影による遮蔽が発生します。

古い発電所の改装（一部の新しいモジュールへの交換）

モジュール製造の急速な発展に伴い、古い発電所のモジュールが損傷により交換が必要になった場合、多くの場合、元のメーカーが同じ仕様のモジュールをもはや生産していないというジレンマに直面します。もし現在市場で人気のあるモジュールのみを損傷したモジュールと交換すると、同じモジュール列内で不適合問題が発生する可能性があります。この問題を解決するために、オプティマイザーを設置することがより経済的で効果的な選択肢となり、不一致を効果的に排除し、発電所の効率を確保することができます。

影の支配

太陽光発電所の寿命は通常25年までであり、運転中に周囲の環境が変化することがあります。例えば、新しい建物、植え替えられた木々、または屋根上の新しい設備が、太陽光パネルに影による遮蔽問題を引き起こす可能性があります。このような場合、オプティマイザーの適用が特に重要です。オプティマイザー技術を採用することで、システムの発電における影の影響を大幅に低減し、影によって引き起こされる電力損失を回復できます。

新設発電所の最適な構成提案

まだ太陽光発電システムを設置していないユーザーにとって、将来を見据えた太陽光パネル用オプティマイザの設定は非常に重要な意味を持っています。発電所の計画・設計の初期段階で、オプティマイザを考慮に入れておくことで、建設開始時から発電所が効率的で安定した知能型の発電能力を持つことを保証します。以下のシナリオは特に太陽光オプティマイザの設置に適しています：

複雑な屋根構造

PV発電所の建設開始時に、屋根の向きは屋上PV設置規模を決定する主要な要因の一つです。同じストリング内のモジュールが二つの異なる方向を向いていると、一定の電力損失が発生します。PVオプティマイザは、同一ストリング内の他のモジュールに依存することなく、各モジュールが最大出力点で動作できるようにし、屋根面積の使用を最大化します。

影による遮蔽問題

屋根の周囲に影があると、太陽光発電システムの発電量が損失する可能性があります。木や電線からのわずかな日陰でも、全体の発電所の発電に大きな影響を与えることがあります。PVオプティマイザーはモジュールレベルのMPPT最大電力追従を使用して、遮られたモジュールを独立して最適化し、全体的なシステム発電量を増加させます。

自然環境は変動します

灰の蓄積、鳥のフン、雪の蓄積などの一般的な環境要因も、太陽光発電所の発電に大きな影響を与える可能性があります。あなたの屋根がある地域の自然環境が不安定であれば、太陽光発電が期待に応えない可能性があります。オプティマイザーを設置することで、これらの課題に対処し、安定した発電を確保できます。

安全性と保守性の要件

太陽光発電システムは連続的な電圧生成の特性を持っています。故障、火災などの緊急事態が発生した場合、低電圧で安全に遮断できない太陽光発電システムには潜在的な安全性の問題があります。モジュールレベルでの監視を行うことで太陽光発電最適化装置は潜在的なリスクをタイムリーに検出し、15秒以内に急速シャットダウンを行い、電圧を安全なレベルに低下させて、太陽光発電システムや運転・保守作業者の安全性を確保します。

要するに、PVオプティマイザーは、PVシステムの発電量を増加させ、安全性を確保し、メンテナンスを容易にするという重要な役割を果たします。既存の運用中または未設置のPV発電所においても、特定の状況でオプティマイザーを設置することは賢明な選択です。

ソース  ① NREL PV Performance  ：https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/72399.pdf
ソース  ② IEA 太陽光発電システムプログラム  ： https://iea-pvps.org/