太陽光発電のMMTPって、どんな仕組みなんだろ？
MMTPとは何なのか、仕組みや必要性を理解していこうね♪
MPPTとは？
太陽光発電システムを稼働させるためには、下記の装置が欠かせません。
- 太陽光パネル
- 蓄電池
- パワーコンディショナー
- 接続ケーブル
- チャージコントローラー
MPPTは、この中のチャージコントローラーと密接に関係する言葉です。
システムの規模、想定する電力、電圧によって最適なチャージコントローラーを選ばないと、効率的な発電ができません。その方式の一つがMPPTで、住宅用・産業用のチャージコントローラーとして開発されました。
MPPTにはどんな役割があるの？
電力は、電流×電圧で求められます。
太陽光発電パネルへの日射量は天気によって変わり、最適な電流と電圧の組み合わせは晴れ、曇り、雨などの空模様で変化します。
MPPT（Maximum Power Point Tracking)は、この電流と電圧の組み合わせによって発電量が常に最大値になるように制御しています。
設置場所による日射量の変化や天候次第にかかわらず、MPPTが作動することで、最大発電量を維持することが可能となります。
MPPTはどこに搭載されているの？
太陽光発電パネルから電力を取り出す間に設置されるパワーコンディショナーに、MPPTは設置されています。
太陽光発電パネルから発生する電力は直流ですが、一般家庭で利用できるのは交流です。パワーコンディショナーは、直流から交流に変換するコンバーターです。
引用：CHANGE
パネルーMPPTーバッテリーの接続ケーブルにも、注意が必要です。
パネルーMPPT間は、CVケーブルまたはH－CVケーブルといった太めの配線を使う必要があります。屋外はもちろん防水仕様。
MPPT-バッテリーはVFFケーブル、KVケーブルまたはKIVケーブルといった太めで電力損失の少ない配線を使わないと、発火や断線の恐れがあります。
パネルが列状に並ぶ場合、全体として効率のよい発電量を得るため列などブロック別にMPPTを設置することもあります。
山登り法（MPPTの制御）ってなに？
発電量の電力（P）を縦軸、電圧（V）を横軸にしたグラフにすると、ソーラー発電量は逆さの放物線を描きます。
これをP-V曲線と呼び、太陽光電池セル、モジュールの性質を示しています。逆さ放物線の頂点が最大電力量です。例えば頂点から手前の低い電圧だった場合、MPPTは電力量の頂点を目指すように電圧値を高くします。高くなりすぎて、カーブが頂点を超えてしまった場合、今度MPPTは電圧を低くして電力カーブの頂点を目指して戻ります。
このように電力の頂点をいったりきたりするMPPTの制御法を「山登り法」と呼びます。ただし、パネル上に樹木などの影が映ると、MPPTの制御上、放物線が二つできてしまい、頂点も二つになってしまいます。最適電圧にならずに運用することになってしまうのです。
MPPTのメリット
太陽光発電の効率を上げるには、発電効率を維持するためのメンテナンスといった外的要因も大切ですが、電圧と電流の値を自動的に制御するMPPTのような縁の下の力持ちちの役割も重要です。
最適な充電電圧に調整
MPPTの日本語訳は、「最大電力点追従」です。
最大電力量を確保するように、山登り法で自動で電圧を制御します。それも、あらゆる天候状態でバッテリーに最適な電圧を割り出して充電できます。
その変換は、実に97％～99％と高効率で、PMW方式と比べて3割以上アップします。
MPPTがあると発電量が増える
太陽光パネルには、それぞれ種類ごとに特性があります。
MPPTは、その特性に応じた制御で太陽光パネル最大限の発電を引き出します。もちろんMPPTのおかげで発電量が増えるので、売電収入も上がります。
MPPTのデメリット
太陽光パネルの最大発電量を維持するMPPTですが、価格が高いというデメリットがあります。
チャージコントローラーには、MPPTのほかにPWM方式があります。
MPPTは数万円の効果な価格となっていますが、PWMは1万円以内の数千円で購入できるのです。
MPPT方式とPWM方式の違い
チャージコントローラのMPPT方式とPWM方式の違いを解説します。
PWM方式とは
太陽光発電に必ず必要なチャージコントローラーのPWM方式を説明します。
「Pulse Width Modulation」の頭文字がPWMですが、日本語訳は「パルス幅変調」。
パルスは電気の波の意味ですが、その幅を調整して電圧と電流を一定になるよう制御します。MPPT方式機器と比較して、数千円と安価で購入しやすいメリットがあります。
家庭用などの小規模独立系システムでは制御がシンプルで安価なことから、多く導入されている実績があります。
一定の効率で充電が可能
PWM方式は電流、電圧を一定の数値にコントロールするので、充電が安定します。
MPPTが複雑な制御を行っていることと比較し、PWMはシンプルな制御で故障も少なく安価なので、小規模な太陽光発電システムで利用されています。
気象条件に左右される
晴天時のＰＷＭ方式は効率良く発電されますが、曇りや雨の場合は日射量が減る影響がダイレクトに響きます。
最適動作電圧値を固定できないので、充電量はかなり減少してしまいます。
MPPTとPWMはどちらが良いの？
PWM方式は、電圧・電流を一定に制御して発電します。日射量が少なく電圧が低くなると、電流値は変わらないので電力量も下がります。
MPPTにはマイコンや直流間のコンバーターが搭載されており、環境が変わっても発電パネルが最大の発電量を維持します。電圧の増減に合わせて電流値を常に変化させて、最大電力量を保てる機能があります。
機器は高価ではありますが、やはり最大電力量をキープできるMPPTがおすすめです。
チャージコントローラーの役割
チャージコントローラーは、太陽光発電システムで効率の良い電圧制御をしています。
そんなチャージコントローラーは、ほかにどんな役割があるのでしょうか？
過充電や過放電を防いでくれる
ソーラーパネルとバッテリーを直結してしまうと、バッテリー電圧が上限を超えても太陽光パネルからの電流が止まらず、バッテリー電圧が上がってしまいます。これが過充電です。
シリコン結晶型のパネルの場合、負荷のない場合で20V～40Vの電力が発生します。
直流の12V定格鉛蓄電池の場合、電圧は14V～15Vのため負荷が大きすぎ、バッテリーの寿命が短くなったり、発火など故障の原因になります。
逆にバッテリー電圧には下限もあり、放電が過ぎると下限より下がってしまうのが過放電です。バッテリーによっては、充電量がゼロになると復活が不可能になる機種もあります。過充電、過放電を防ぐのがチャージコントローラーです。
電流逆流を防いでくれる
電流は、電圧の高い方から低い方へ流れます。
ソーラーパネルとバッテリーが直結していると、昼間は発電しているパネルからバッテリーへ電流が流れますが、夜間はバッテリーからパネルへ流れてしまい、せっかく貯めた電力が消費されてしまいます。チャージコントローラーはこの逆流も防ぎます。
チャージコントローラーの選び方
太陽光発電の効率を上げ、故障を防ぐチャージコントローラー。
目に見えない役割をこなす優秀な機器ですが、設定を間違えると発電量が上がらず、破損につながります。
そうならないために、チャージコントローラーの正しい選択方法を紹介します。
電圧をチェック
チャージコントローラーを選ぶ上では、ソーラーパネルの最大効率を維持する電圧と電流のバランスがとれているかが重要です。
チャージコントローラの定格電流が小さすぎると充電時間が長くなり、発電能力が落ちてしまいます。逆に、定格電流が大きすぎるとチャージコントローラー自体の消費電力量がかかり、発電した電力が無駄になってしまいます。
チャージコントローラー本体に表記されている「〇A（アンペア数）」が基本性能です。
発電パネルの最大電流値とバッテリー容量のバランスをアンペア値で調整します。例えば5Aのチャージコントローラーの場合、ソーラーパネル20Wでバッテリー12Vであれば、電流値は20W÷12V＝1.67Aとなり、許容範囲なので適合します。
この電流値が5Ａ以上または近似値では、非適合となります。
日本の気候に適したタイプ
日本は四季がはっきりしており、季節によって日射量や気温が異なります。
チャージコントローラーには日本製以外にも、中国製、アメリカ製、ドイツ製などが販売されています。安価な中国製は１万円台ですが、中には10万円以上のモデルもあります。
日本の四季にマッチしていなければ、発電量も想定どおりにならない機器もあります。購入する際は太陽光パネル設置業者に相談して、これまで評判の良いチャージコントローラを選ぶのがおすすめです。
チャージコントローラーの接続方法
チャージコントローラーとソーラーパネルの接続方法には3通りありますが、電圧に注意して接続方法を選択しないとチャージコントローラーの破損に結び付くので注意しましょう。
| 接続方法 | 電流・電圧の変化 |
|---|---|
| パネルを直列に並べて接続 | 電流値は一定ですが、パネルの数によって電圧は大きくなります。 |
| パネルを並列に並べて接続 | 電圧は一定ですが、パネルの数によって電流は大きくなります。 |
| 直列と並列を併用して接続 | 直列ブロックの数によって電圧が増え、並列ブロックが多くなると電流値が上がる。直列と並列のパネルの数によって、電流、電圧値の調整が可能。 |
注意しなければならないのは、チャージコントローラーに入力できる最大電圧値を押さえておくことです。それ以上の電圧値を流してしまうと、チャージコントローラーの破損につながります。
太陽光発電においてMPPTは必須機能
太陽光発電システムのMPPT方式のチャージコントローラーの有用性は、ご理解いただけましたでしょうか。
晴天、曇天、雨天などの天気の違い、四季の日射量が違っても、そのときの条件の中で、最大の発電量を自動的に制御できる優れた機器です。
確かに数千円台で購入できるPWM方式の機器より高価で数万円となる欠点はあります。
しかし、太陽光発電は10年、20年など長期でメリットを出せるのが特徴です。総合的に考えれば、常に最大の発電量を生み出すMPPT方式の方がコストパフォーマンスに優れます。適合電圧量、電流値など分かりにくい点もありますが、迷ったら太陽光発電施行業者にアドバイスを求めるのが一番です。