太陽光発電システムにはどんな種類があるの？

太陽光発電システムは、電力網への接続方法と電気の使用方法によって分類されます。主に次の 4 つのタイプがあります。グリッドタイドシステム、オフグリッドシステム、ハイブリッドシステム、および純粋なDCシステム.

4 つすべてが基本的に同じソーラーパネルを使用します。異なるのは、グリッド接続の有無、バッテリーの有無、電力が AC または DC のどちらで供給されるかです。どちらが自分に適しているかは、自分のいる場所で送電網が利用できるかどうか、電気の価格がどのように設定されているか、そして停電の被害がどの程度になるかによって決まります。
 

ここでは、最初に並べて比較し、次に各タイプを詳しく見ていきます。
 

1. グリッドタイドソーラーシステム: 電力をグリッドに直接供給

仕組み

日中、パネルは DC 電力を生成します。系統接続インバータは、系統の周波数と位相に一致する AC に変換します。電力はまず自社の負荷に電力を供給し、余剰分は送電網に販売されます。夜間や曇りの日など、パネルが需要を賄えないときは、送電網から電力を購入します。バッテリーは関係ありません。

構成されているもの

ソーラーパネルと取り付け構造:パネルは太陽光を電気に変換し、取り付け構造は傾斜角度と耐風性を設定します。

系統接続インバータ:システムの心臓部。最大電力点追跡 (MPPT) を実行し、DC を AC に変換し、系統連系保護を提供します。

DC側の保護:DC ケーブル、DC スイッチ、およびコンバイナー ボックス (小さなストリング タイプのシステムでは、コンバイナー ボックスが省略されることがよくあります)。

AC配電ボックス:回路ブレーカーとサージ保護装置が含まれています。

メーター:送電網に送られる電力を決済するために使用される発電メーターまたは双方向メーター。

避雷、接地および監視:これらによりシステムは安全に保たれ、世代データをリモートで確認できるようになります。

どこに当てはまるか

日中の電力使用量が多く、送電網が安定している場所、つまり、屋根が利用できるスペースのある自作の住宅や別荘、日中稼働している工場、倉庫、スーパーマーケット、学校などで最も効果を発揮します。投資額が最も少なく、構造が最もシンプルで、世界で最も設置容量が多いタイプです。

例と推奨事項

自分で建てた田舎の家：屋根面積が約60～80平方メートルの場合、約8～10kWを設置できます。単相または三相ストリング インバーターを選択します。年間発生量は地域の日照量に依存するため、地域の日射量データを使用して推定します。

工場の建物:大きな屋根と高い日中負荷は、主に自家消費に使用され、余剰分は送電網に送られる 300 kW ～ 1 MW のシステムに適しています。通常、回収期間は住宅用システムよりも短くなります。

心に留めておいていただきたいことが 1 つあります

系統連携システムは、系統がダウンすると自動的にシャットダウンします (単独運転防止保護)。つまり、電力網に接続されたシステムを備えた家は、停電中も電力が供給されないということになります。
 

2. オフグリッド太陽光発電システム: グリッドから完全に独立

仕組み

パネルからの電力で最初にバッテリーが充電されます。負荷が電力を消費すると、バッテリがインバータを介して電力を供給します。このシステムは自己完結型であり、電力網には接続されていません。

構成されているもの

ソーラーパネルと取り付け構造

ソーラーチャージコントローラー:バッテリーを充電して保護します。通常は MPPT タイプです。

バッテリーバンク:リン酸鉄リチウム電池、炭素鉛電池、およびゲル鉛酸電池がすべて使用されます。バッテリー容量によって、太陽が当たらない状態でシステムがどれくらいの時間動作できるかが決まります。

オフグリッドインバーター:バッテリーの DC 電力を AC に変換します。コントローラとインバータを一体化した製品も多くあります。

配電および保護装置

バックアップ ジェネレーター (オプション):曇りや雨の天気が長く続くときの追加の供給源です。

どこに当てはまるか

送電網のない場所、または送電網への接続にコストがかかりすぎる場所: 島、牧草地、国境前哨基地、山の家、遠隔研究ステーション、通信基地局など。

例と推奨事項

ヘルダーの家:1 日の消費量は約 5 ～ 8 kWh で、約 3 kW のパネル、約 10 kWh の蓄電池、および 3 kW のオフグリッド オールインワン ユニットをセットアップすると、冷蔵庫、テレビ、照明を動作させることができます。高電力機器の使用をずらしてください。

サイズ調整のヒント:カバーしたい曇りの連続日数に応じてバッテリーのサイズを決定します。原則として 2 ～ 3 日間、日照が不安定な場合はそれ以上の期間を確保してください。

オフグリッド システムのコストのほとんどはバッテリーに費やされます。バッテリーの寿命は総コストに大きな影響を与えるため、前払い価格だけで判断しないでください。
 

3. ハイブリッド ソーラー システム: グリッド電力とバックアップを備えたグリッドタイド プラス ストレージ

業界では、このタイプは、ハイブリッドグリッドタイド/オフグリッドシステムまたは太陽光発電＋蓄電ハイブリッドシステム。グリッド接続システムにバッテリーを追加することで、グリッドと対話し、停電時に独自に電力を供給することもできます。

仕組み

日中の生成は最初に負荷を処理します。余剰電力はバッテリーに充電され、バッテリーが満杯になると、残りは送電網に送られます。夜間には負荷はバッテリーから供給され、バッテリーが少なくなると電力網から供給されます。グリッドがダウンすると、システムはオフグリッド モードに切り替わり、バックアップ ポートを通じて重要な負荷に電力を供給し続けます。

構成されているもの

ソーラーパネルと取り付け構造

ハイブリッドインバーター：系統接続インバーターとバッテリーインバーターの機能を 1 つのユニットに組み合わせたものです。これは、このシステムを前の 2 つのシステムと区別する重要な機器です。

エネルギー蓄電池:現在、住宅用システムは主にリン酸鉄リチウムに依存しています。

スマートメーターまたは変流器：家庭の消費量と送電網に出入りする電力を測定し、システムはそれを使用して充電と放電のタイミングを決定します。

エネルギー管理システム (EMS):使用時間帯の電気料金に応じた充放電などの運用戦略を設定します。

バックアップロードパネル:冷蔵庫、照明、ネットワーク機器などの重要な負荷はバックアップ ポートに配線されています。

どこに当てはまるか

頻繁に停電が発生したり、送電網が不安定になったりする地域

電力料金のピーク時とオフピークの差が大きく、電力が安いときに充電し、高いときに放電できる場所

停電に敏感なユーザー: ホームオフィス、畜産場、冷蔵倉庫、小規模診療所

例と推奨事項

別荘世帯：8 ～ 10 kW のパネルと 10 ～ 20 kWh の蓄電池。冷蔵庫、照明、ルーター、一部のコンセントをバックアップポートに接続します。エアコンなどの重負荷を含められるかどうかは、インバータのバックアップ出力電力に依存します。

畜産場:停電中も換気、暖房、飲料水の設備が稼働し続けるように、貯蔵設備を備えたグリッドタイドシステムを設置します。

ハイブリッド システムは系統接続システムよりもコストがかかります。追加の資金は、停電時のバックアップ電力と価格裁定取引という 2 つの機能を購入します。それが儲かるかどうかは、地域で停電がどのくらいの頻度で起こるか、そして電気料金によって決まります。
 

4. 純粋な DC ソーラー システム: 反転のない DC 電源

仕組み

パネルからの DC 電気は AC に変換されません。 DC負荷に直接接続されます。システムによってはバッテリーとコントローラーが含まれているものもありますが、バッテリーをまったく持たないシステムもあります。つまり、太陽が照ると負荷が動作し、日が当たらないと負荷が停止します。

構成されているもの

ソーラーパネル

DCコントローラー(バッテリーを備えたシステムでのみ必要)

バッテリー(オプション)

DC負荷:LEDライト、DCウォーターポンプ、DCファン、カメラおよび同様の機器

インバーターを使用しない場合、構造は 4 つの中で最も単純で、エネルギーが失われる変換ステップが 1 つ少なくなります。

どこに当てはまるか

負荷自体が直流で、電力が小さく、太陽光発電街路灯、庭園灯、太陽熱温水ポンプ、農業用灌漑、信号機や監視装置、小型通信機器などの機器が分散している場所。

例と推奨事項

ソーラー街路灯:一般的な構成は、数十ワットのパネル、リチウム電池、およびコントローラーです。夜になるとライトが自動的に点灯し、ケーブル配線は必要ありません。

太陽熱温水ポンプ:パネルは DC ポンプを直接駆動します。日中の日差しが強ければ強いほど、後で使用するために貯蔵タンクに汲み上げられる水の量が増えます。バッテリーを省略できるので、コストを大幅に節約できます。

その限界は明らかです。通常の家庭用AC機器に直接電力を供給することはできず、電力レベルはそれほど大きくありません。

5. 4つのシステムから選択する方法

次の質問に順番に答えてください。

グリッドはありますか？そうでない場合は、オフグリッドまたは純粋な DC を選択してください。そうであれば、次の質問に進みます。

停電したらどれくらいの被害が出るの？多い場合はハイブリッドシステムを選択してください。それほど多くない場合は、グリッド結合を選択します。

負荷は AC 機器ですか、それとも DC 負荷ですか?街路灯やポンプなどの DC 負荷に電力を供給する必要があるだけの場合は、純粋な DC で十分です。

予算はいくらですか?同じ太陽光発電容量であれば、系統接続型が最も安価です。ハイブリッドおよびオフグリッド システムでは、バッテリーのコストが増加します。

よくある質問

Q: 停電中に系統連携システムが機能しないのはなぜですか?インバータには単独運転防止保護機能があるためです。システムが停止した送電網に電力を供給し続けると、修理中の公共事業の作業員が危険にさらされるため、システムは自動的に切断される必要があります。停電時に電力が必要な場合は、ハイブリッド システムを選択してください。

Q: オフグリッド システムを後からハイブリッド システムに変換することはできますか?はい、ただし既存の設備によって異なります。元のシステムでオフグリッド インバーターが使用されている場合、通常はハイブリッド インバーターに置き換える必要があります。パネルと取り付け構造は通常、再利用できます。

Q: 純粋な DC システムは AC システムよりもエネルギー効率が高いですか?反転ステップがないため、エネルギー損失が少なくなりますが、これは負荷がすでに DC デバイスである場合に限られます。変換損失を節約するためだけに DC 機器を購入すると、通常、節約できる以上にコストが高くなります。

Q: 住宅として最も価値のあるタイプはどれですか?送電網が安定していて、日中誰かが家で電力を使用している場合は、送電網に接続するのが最適です。停電が頻繁に発生する場合、またはピーク価格とオフピーク価格の差が大きい場合は、ハイブリッド システムを検討してください。回収額は地域の電気料金、インセンティブ政策、実際の使用量によって異なりますので、資格のある地元の設置業者に見積りを依頼してください。