パワーコンディショナーの仕組みと役割｜なぜ必要なのか？

パワーコンディショナーの仕組み

パワーコンディショナーと聞いて、その仕組みが理解できている方は少ないと思います。

パワーコンディショナーは「PCS」とも表記されます。
※「Power Conditioning Subsystem」の略

一般的には、パワコンとも呼ばれ、太陽光発電にとっては、切っても切れない関係性にあります。言わば相棒のような存在なのです。

具体的にどのような仕組みになっているのか、詳しく解説していきます。

インバーター

パワーコンディショナーがなければ、発電した電力を使うことができないことは先に述べました。

その理由は「直流」と「交流」という、電力の種類にあります。

太陽光発電で生み出した電力は「直流電力」となりますが、一般的な住居で使用できる電力は「交流電力」なのです。

つまり、パワーコンディショナーが、発電した電力を使えるように「直流」から「交流」へと変換をしてくれます。

引用：CHANGE

この重要な作業を担ってくれるのが「インバーター」という機能です。

変換された電力は、家庭で自家消費するために分電盤に送られたり、電力会社に売電するために、電線に送られたりします。

また、こうした変換作業には、多少の電力ロスが生じます。

一般的には、パワーコンディショナーの変換効率は95%程度だと言われています。

参考：太陽光発電協会：表示ガイドライン

なるべく変換ロスの少ない、変換効率の良いパワーコンディショナーを選ぶのが大切です。

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コンバーター

太陽光発電で発電した電力を、消費や売電ではなく「蓄電池」に貯める場合は「コンバーター」という機能を通し、1度交流に変換した電力を、また直流に戻す必要があります。

さらに、蓄電池に貯めた電力を取り出して使用するには、また直流から交流に変換をしなければならないという手間が発生します。

その際、変換効率による電力ロスが余計に発生してしまうので、かなりの電力損失となります。

対応としては、変換効率の高い蓄電池を使用する他、太陽光発電から直接蓄電池に充電する方法などが考えられます。

パワーコンディショナーの役割

パワーコンディショナーが、電力の変換をしてくれることは理解してもらえたと思います。

ですが、太陽光発電の「相棒」だと言うからには、これだけでは終わるはずがありません。

パワーコンディショナーには、電力変換の他にも、以下のような役割があります。

それぞれ、詳しく見ていきましょう。

発電量の最大化（MPPT制御機能）

太陽光発電の発電量が、天候に左右されるのはご存じだと思います。

天候による発電量の違い

引用：株式会社ティー・ワイ

太陽光発電の日照時間&日射量の関係性！発電量への影響とは？

日照時間&日射量が太陽光発電の発電量へ与える影響について紹介しています。なぜ日照時間＆日照量が重要視されているのか？天気・時間・月別・地域別では、具体的にどのように発電量が異なるのか？など、太陽光パネルに受ける光の量の違いによる関係性を解説しています。

solar-jp.net

2023.07.01

そんな悪条件で発電量が少ないなかでも、より多くの電力を、家庭に安定して供給できるよう、パワーコンディショナーが、電流と電圧を調整をしてくれます。

それが「MPPT制御機能」です。

引用：日経クロステック

太陽光発電は、電流と電圧が一定の組み合わせの時にしか、発電できない仕組みになっています。

天候や、日射量、温度によって常に変動する電流と電圧から、発電量が最大になる電流と電圧の組み合わせ（最大出力点）を自動で見つけ出し、発電量を維持できるよう整えてくれるのです。

系統連系保護機能

「系統連系」とは、電力会社から電気を売買するために、太陽光発電システムと電力系統を接続させる仕組みのことです。

電気は電線を通って移動します。つまり、太陽光発電と電線を繋がなければ、電気を買ったり、売ったりすることができないのです。

そして、系統連系には「保護機能」も備わっています。

具体的には、周波数の上昇や低下を検出したり、過電圧・電力不足や、系統電力の停電を検出したりして、トラブルがあった場合に、太陽光発電システムを系統から切り離して保護する機能のことです。

例えば、売電のために、発電した電力を電力会社に送っている最中に停電したとします。

すると、停電しているはずの電力系統に電気が流れることになってしまい、その結果、復旧工事を行う現場に影響を与えてしまう恐れがあります。

この場合は、自分の家だけではなく、周囲の住居にも、何かしらの悪影響を与えてしまうのです。

何かしらの異常が発生した場合には、パワーコンディショナーが素早く出力を遮断し、自宅の家電製品や、電気系統を守って事故を防いでくれます。

これらを総じて「系統連系保護機能」と言うのです。

逆潮流制御機能

「逆潮流」とは、簡潔に述べると、太陽光発電で発電した電力を、売電のためなどに電力系統に送る「流れ」のことです。

電力会社から購入した電力が、電力系統を通じて、家庭や企業といった消費者に届けられる流れを「順潮流」と言います。

引用：スマエネ

逆潮流は、この逆パターンということです。

ここで1つ、注意点があります。

それは、系統において周波数を維持することです。

周波数とは、電圧や電流が1秒間に正と負に切り替わる回数で単位は「Hz(ヘルツ)」を用います。

家庭で使用する交流電気の周波数は、電圧とともに「電気の質」を決める、重要な要素です。

太陽光発電など、自然環境に左右されやすい再生可能エネルギーの電気は、過電圧、または不足電圧になることがあり、これが原因で周波数のバランスが崩れることがあります。

具体的には、発電量が多ければ周波数は上昇、電力の消費が多ければ周波数は低下します。

周波数が変動すると、太陽光発電などの危機に悪影響が及び、停電などのトラブルを発生させる危険性があります。

こうしたトラブルを回避するために、電力の周波数を自動的に維持する機能を「逆潮流制御機能」と言います。

パワーコンディショナーはなぜ必要なのか

ここまで、パワーコンディショナーが太陽光発電の「相棒」である理由を解説してきました。

パワーコンディショナーがなければ、太陽光発電で発電した電力は「消費」することもできなければ「売る」こともできません。

まさに、宝の持ち腐れ状態です。

パワーコンディショナーという相棒の力を得ることで、初めて太陽光発電は、その真価を発揮することができるのです。

パワーコンディショナーの種類

パワーコンディショナーは、設置する場所などによって種類が分かれます。

大まかには、以下の4種類です。

それぞれの特徴を知っておくことは、余計なトラブルを招かないためにも大切なことです。

詳しく見ていきましょう。

屋外型

屋外型は、設置場所を選ばず、メンテナンスがしやすいという理由から「産業用」の太陽光発電に使われることが多いです。

一方で、屋外という環境から、雨風にさらされ続けるため、表面塗装や接合部のシーリングを工夫することによって防水・防塵性能を高める必要があり、その分、費用的には高くなるというデメリットがあります。

また、産業用のメガソーラーの場合「集中型」と「分散型」という、2つの設置方法があります。

産業用は、システム容量が大きくなるので、パワーコンディショナーの総容量も大きくしなければいけません。

どちらにも一長一短があるので、専門の業者に相談をしてみるといいでしょう。

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屋内型

屋内型は、主に「住居用」の太陽光発電で使用されます。

屋外型と比べてサイズが小さく、分電盤（ブレーカー）の近くや、脱字所などに設置されるケースが多いです。

屋内という環境なので、雨風にさらされる心配がなく、特殊な加工も必要ないので、屋外型と比べて、価格も安く設定されています。

ですが、屋外型よりは小さいとはいえ、それなりの大きさはありますので、事前に専門の業者による、設置場所の確認は必須です。

単相式

「単相式」と「三相式」の違いは、電源となる電圧が家庭用の100Vか、ビルやオフィス用の200Vかの違いになります。

つまり「家庭用」か「企業」用かの違いだと思っていただいて大丈夫です。

単相式は、100Vの家庭用で、設置と、電力会社との連系が簡単だという特徴があります。

また、ファンのついていない、静音性の高い製品が主流となっています。

その他にも、単相式には、太陽光発電システムで発電した直流電流が、電力会社の電力系統に流れないように遮断する装置である「絶縁トランス」が不要になります。

パワーコンディショナーに絶縁トランスを設置すると、デメリットとして変換効率が悪くなります。

また、製造コストや電気代の負担といった、金銭面でのダメージも受けてしまいますので、絶縁トランスの設置が不要であることは、大きなメリットと言えるでしょう。

デメリットとしては、家庭用ゆえに容量が少ないので、太陽光パネルの数が多い場合には、パワコンの台数を増やす必要があります。

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三相式

三相式は、企業用の200Vとなっており、単相式と比べると、工事費用や電力会社との連系が割高になってしまうというデメリットがあります。

また、三相式はファンがついている製品が主で、その場合、一般的に30dbから60dbの稼働音が出ると言われています。

ですが、企業用というだけあり、容量が大きいので、同じ太陽光パネル量であれば、単相式よりも設置台数は少なくできます。

台数が少ない分、設置工事費用を節約できるというメリットと言えるでしょう。

パワーコンディショナーの自立運転機能

「パワーコンディショナーの自立運転機能」とは、災害時などで電気の供給が止まってしまったときでも、太陽光発電が光を浴びて発電を続けているうちは、その電力を使えるようにしてくれる機能です。

具体的には、パワーコンディショナーを、通常モードから「自立運転モード」へ変更することで、発電した電力が使用可能です。

ここで、1つ注意点があります。

このとき、使用できる家電製品は、電圧が1.5kW（1,500W）の範囲と限定されます。
それ以上となると、電力不足で使用できませんので、気をつけてください。

自立運転機能付きのパワーコンディショナーは割高ですが、もしもの時の備えとして、必要な機能と言えるでしょう。

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2023.01.30

パワーコンディショナーの寿命

パワーコンディショナーの寿命は、一般的に10年～15年程度だと言われています。

太陽光パネルよりも寿命が短いので、最低でも太陽光パネルが寿命を迎える前に、1回は交換が必要になってきます。

保証期間は、業者によって異なりますが、10年保証の業者が多いです。

中には、15年と長い保証期間をつけてくれる業者もあるので、見積もりの際は、価格や工事費用だけではなく、保証期間の長さも忘れずにチェックしてください。

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パワーコンディショナーの仕組みと役割まとめ

ここまで、パワーコンディショナーの「仕組み」と「役割」を解説してきました。

具体的には、以下のとおりです。

パワーコンディショナーは、太陽光発電を設置するにあたり、まさに「相棒」と呼ぶに相応しい働きをしてくれるのです。