10 年前、標準モジュールの銘板定格は 250 W ～ 280 W でした。現在、実用規模のプラントに導入される主流の製品は 600 W ～ 700 W です。ほとんどの人は最初にセルの効率を重視しますが、効率で説明できるのは変化のほんの一部にすぎません。{3}}本当の答えはシステムのコスト構造の中に隠されています。
 

モジュールの電力出力は、非常に単純な方程式に変換されます。

電力= 受光面積×変換効率×1000 W/m²（標準日射量）-

過去 15 年間で、変換効率は約 15% から今日の PERC の 22%、TOPCon の 23% ～ 24%、BC と HJT の 24% ～ 25%+ に上昇しました。これはおよそ 60% の改善であり、本当に素晴らしいものですが、280 W から 700 W への 2.5 倍の上昇を説明することはできません。

残りは地域から来ました。ウェーハのエッジ長は 156.75 mm から 166 mm、182 mm、210 mm（業界でいう M6、M10、G12 フォーマット）に移行し、セル数は 60 から 72 に、その後 144、132 などのハーフカット レイアウトになりました。{10}モジュールの設置面積は約 1.6 平方メートルから 3 平方メートル以上に増加しました。

したがって、正確な言い方は次のとおりです。パネル面積は拡大し、効率は向上しており、銘板はその 2 つの積を単純に表しています。

非常に混同されやすいため、次の点を強調しておきます。電力が高いからといって、効率が高いというわけではありません。700 W モジュールと 450 W モジュールは、1 平方メートルあたりほぼ同じエネルギーを生成する可能性があります。最初のものはただ大きいです。

 

要因は、平準化電力コスト (LCOE) - の生涯総支出を生成された総エネルギーで割ったものです。

PV のコスト削減は、かつてはモジュール自体で争われていました。しかし、モジュールの価格が暴落するにつれて、工場の初期資本支出に占めるモジュールの割合は半分をはるかに超えてから約 40% 以下に低下しました。残りは BOS (システムのバランス) です。ラック、基礎、DC ケーブル配線、結合ボックス、インバーター、土地、アクセス道路、設置労働力、および吊り上げ装置です。それらのコストの大部分を占めるのは、価格はワット単位ではなく、ユニット単位および平方メートル単位で表示されます。
 

これが、大規模なモジュールの背後にあるコア ロジックです。 100 MW のプラントを考えてみましょう。

80,000 近くのモジュールを排除するということは、実際には何を意味するのでしょうか?リフトと設置が 80,000 回減少し、取り付けボルトが 160,000 回減少し、配線作業が 80,000 回減少し、それに比例して母屋とクランプも減少します。これらすべては人件費と消耗品コストであり、直線的にスケールダウンします。
 

大型モジュールには、より高い動作電流（210- フォーマットの製品は 18 A 範囲の短絡電流に達する可能性があります）と 1500 V のシステム電圧も搭載されているため、各ストリングの容量が大きくなります。ストリングが少ないということは、DC ケーブルの配線が短くなり、コンバイナー ユニットが減り、インバーター MPPT 入力が減ることを意味します。業界の一般的な見積もりでは、540 W クラスから 700 W クラスに移行すると、BOS はワットあたり数セント節約され、システムの総設備投資が 1% ～ 3% 削減されることになります。数億ドルの投資が行われる公益プロジェクトでは、そのマージンが入札における実質的な競争力となります。
 

製造業も同様の恩恵を受けています。 1 ラインで 1 時間あたり何枚のウェーハを処理するかは、主にウェーハの大きさではなく、装置のタクト タイムによって決まります。 182 mm から 210 mm にすると、同じ装置で 1 時間あたりに生産されるワット数が約 30% 増加するため、減価償却費、工場スペース、労働力、梱包材はすべてワットあたりのコストになります。-これが、2019 年以降にサイズ競争が白熱した直接の理由です。-

 

すべてを比例的にスケールアップすると、すぐにエンジニアリングの壁にぶつかります。大きなフォーマットは、デザイン変更をサポートするパッケージ全体が必要な場合にのみ機能します。

現在の二乗問題。-ウェハ面積が 2 倍になり、出力電流が約 2 倍になりますが、抵抗損失は電流 - の 2 乗に比例するため、損失は 4 倍になります。したがって、大型モジュールでは、セルあたりの電流を許容範囲内に戻すために、ハーフカット（さらにはサードカット）セル、マルチバスバー設計（MBB、5 バスバーから 12 以上に移行）、長方形ウェーハ（182×210、210R など）を採用する必要がありました。-これらの対策がなければ、フォーマットを拡大すると効率が良くなるどころか、むしろ悪くなっていたでしょう。
 

機械的な負荷。風や雪の荷重による曲げモーメントは、スパンに応じて非線形に増加します。{0}面積が増加すると、フレームの断面を再設計し、ガラスを厚くするかデュアル 2.0 mm に切り替え、取り付け穴の位置を再配置する必要があります。-そうしないと、中央で過度のたわみがセルの微小亀裂を引き起こします。初期の大判商品に関する品質論争の多くは、まさにこれに遡ります。-
 

インターフェースの互換性。モジュールの電流がインバータの MPPT 入力制限を超えるか、ストリングの開路電圧が 1500 V の上限に達すると、大型モジュールのコスト上の利点が失われます。{0}}したがって、フォーマットのロードマップは、インバーターおよびトラッカーのメーカーと歩調を合わせて進める必要があります。トラッカーは特に敏感です。モジュールが大きいと風-によるねじり荷重が増加するため、ねじり剛性と減衰設計がそれに対応する必要があります。
 

物流と労働力の厳しい限界。モジュールの長さが 2.4 m に近づき、30 kg を超えると、手動での取り扱いは限界に達し、機械的な設置補助が必要になります。一方、コンテナの内部寸法や道路幅の制限などの物理的な制約により、形式が - を超えられないという線が事実上引かれます。サイズが標準コンテナに効率的に詰め込まれない場合、ワットあたりの輸送コストが上昇します。
 

すべてをまとめると、全体像が明確になります。サイズの増加による限界利益は減少する一方、限界コスト - 積載、物流、設置、微小亀裂のリスク - は増加しています。これら 2 つの曲線が交差する場所が、業界がおよそ 700 W の 210 フォーマット付近に落ち着いた理由です。いわゆる「182 対 210」の議論は、どちらが大きいかということでは決してありませんでした。{3}}それは、電池技術、インバータ、ラック、輸送用コンテナのエコシステム全体にどちらがよりよく適合するかということでした。
 

公共事業規模のロジックは、住宅の屋根ではその力の多くを失い、場所によっては逆転します。{0}住宅システムには、屋根面積の制限、不規則な形状、手動設置、20 年以上の耐用年数など、さまざまなコスト構造とさまざまな制約があります。モジュールが総投資に占める割合は公益事業プラントに比べて小さいですが、人件費とアフターセールス サポートの割合が大きくなります。{3}}

住宅における大型パネルの利点

ユニットが少ないということは、労働時間と接続ポイントが少ないことを意味します。8 kW システムでは、400 W では 20 モジュールが必要ですが、500 W では 16 モジュールだけで済みます。モジュールが 4 つ減るということは、MC4 嵌合ペアが 8 つ減り、クランプ-と-のセットが 8 つ減り、DC ケーブルが数メートル減ることを意味します。高-人件費-市場-ヨーロッパ、北米、オーストラリア-では、ここでの節約額がモジュール自体の価格差を超えることがよくあります。また、MC4 コネクタは高周波障害点として認識されており、住宅システムにおける DC アーク障害や火災の主な原因となるため、接続数を減らすこと自体が信頼性の向上になります。-

屋根のスペースが狭い場合でも、より多くの容量を確保できます。使用可能な面積が拘束制約である場合、-都市部のテラスハウスの片勾配屋根、たとえば、- 平方メートルあたりのワット数が高いということは、設置容量が多くなり、同じ屋根からの自己消費率が高くなることを意味します。-しかし、正確に言えば、ここで重要なのは W/m² (モジュール効率) であり、銘板の定格ではありません。通常の効率を備えた物理的に大きなパネルは、制約のある屋根上でより小型でより効率的なパネルよりも利点がありません。

よりクリーンな構造作業とケーブル配線。ユニットの数が少ないということは、レイアウトがシンプルになり、レールと導管がより整理され、設置品質がより安定し、後の保守時に障害箇所を特定しやすくなるということを意味します。

主流のフォーマットには最もスムーズなサプライ チェーンがあります。最大のボリューム サイズには、価格が最も低く、チャネル在庫が最も豊富で、リードタイムが最も長く、交渉の余地が最も多くあります。-この点は、まったく異なる装いで以下に再登場します。

住宅用大型パネルのコスト

レイアウトの粒度が粗くなり、無駄なエッジが増えます。住宅の屋根には、煙突、天窓、ドーマー、排気筒、アクセス通路、尾根、寄棟交差点が付いています。モジュールが大きくなるほど、障害物間の配置を見つけるのが難しくなります。一般的な結果は、より大きなパネルに切り替えると、屋根が保持できる総容量が実際に減少するということです。この損失は、ヨーロッパのマルチピッチ屋根や中国の複雑な田舎の屋根で特に顕著です。-
 

シェーディング損失が増幅されます。冬の午後に電柱や木の影が落とすと、小さなパネルよりも大きなパネルに落ちた方が絶対的な電力がかかります。バイパス ダイオードは通常、モジュールを 3 つのゾーンに分割し、それらのゾーンが大きくなるほど、より多くの領域が影付きセルによって下に引きずられます。
 

取り扱いと設置のリスクが高くなります。長さ 2.3 メートル、重さ 30 kg を超えるパネルをはしごで傾斜角度 30- の瓦屋根の上に運び、風を受けながら 2 人で作業するのは、地上での作業とは根本的に異なるリスク プロファイルです。多くの設置業者が大型パネルに抵抗しているのは、まさにこの地味な理由によるものです。
 

構造上の荷重分布を変更しました。古い屋根では、母屋の容量、タイルの支持点、防水貫通部はすべて、小さなモジュールの固定間隔を中心に設計されていました。大きなパネルは荷重の位置と荷重間のスパンの両方を移動させるため、既存の建物にとって必ずしも有利とは限りません。場合によっては補強が必要になり、また節約分が消えてしまいます。
 

モジュール レベルの電子機器のアップグレードが必要な場合があります。{0}パワー オプティマイザーとマイクロインバーターには、入力電力と電流の上限があります。モジュール電流がそれらを超える場合、より高価なモデルが必要となり、設置コストの節約が相殺されます。これは最初から選択計算に含める必要があります。
 

スペアパーツの入手可能性: -実際の長期的な問題。これは住宅において最も見落とされやすい要因であり、事後に修正するのが最も難しい要因です。
 

住宅用システムは 25 年間使用できるように設計されていますが、モジュール形式は 3 ～ 5 年ごとに切り替わります。{0}古い 60- セルのフル- フォーマット（約 1.65 m、300～350 W）は現在ほとんど生産終了しており、初期の 250 W 世代は完全に消滅しています。 2016 年に設置されたシステムが現在モジュールを紛失した場合、同じ寸法、同じ電圧および電流パラメータを備えた元のモデルを見つけることは実際には非常に困難です。{11}}
 

結果は次のように連鎖します。

寸法の不一致。現在の製品は一般的に長くて幅が広いです。既存のレール間隔とクランプ位置に適合しないため、ラックを変更するか、永久的なギャップを抱えたままにすることになります。
 

電気的な不一致。開回路電圧と動作電流が異なるモジュールを同じストリングに混在させると、最も弱いモジュールがストリング全体を抑制することになり、実際の損失は故障した単一のパネルの出力をはるかに超える可能性があります。{0}}これを回避するには、文字列全体を置き換えることを意味します - 1 つの失敗したモジュールは文字列レベルの費用になります-。
 

壊れた保証チェーン。元のメーカーが市場から撤退したり、モデルを生産中止した場合、電源保証や交換の約束は履行されるための現実的な手段がないことがよくあります。
 

中古部品は信頼できません。-通常、残っているのは、出所、劣化状態、微小亀裂状態が不明なプルされたモジュールまたはライン末在庫 - であり、必ずしも安価ではありません。{{0}{1}}。
 

したがって、「レイアウトを容易にするために小さいパネルを選択する」という本能には、時間軸に沿って適用される割引が必要です。現在、すでに社会から疎外されている小型フォーマットを意図的に選択すると、今後 10 年以上のメンテナンスにおいてスペアパーツの問題が発生します。{0}しかし、これは大きければ大きいほど良いという議論でもありません。最大かつ最新の仕様も同様に急速な入れ替わりに直面しており、主流の仕様よりも必ずしも長寿命であるとは限りません。{0}}
 

本当に賢明な選択は、現在出荷量が最も多く、現在も生産中であり、多くのメーカーから供給されている主流フォーマット- はサイズ範囲の両端ではありません。住宅用の場合、その帯域は現在、約 54- セル / 108 ハーフセル製品に相当します。長さはおよそ 1.7 ～ 1.9 m、定格は 420 ～ 470 W です。利点は、レイアウトが容易であるだけでなく、形状とパラメータの両方において近い代替品が数年後も購入できる可能性があることです。
 

条件が許せば、設計段階で次の 2 つの決定を行うことで、後のリスクを大幅に軽減できます。

モジュール-レベルのパワー エレクトロニクスを指定する（オプティマイザーまたはマイクロインバーター）そのため、各パネルは独立して動作し、後で異なるパラメーターを持つモジュールを混合しても、文字列全体が低下することはありません。

同じ生産バッチからの 1 つまたは 2 つのモジュールをスペアとして保管します引き渡し時。費用はわずかで、20 年後も同等の交換を保証する唯一の方法に近いです。--

銘板の評価よりも重要なことが 4 つあります。

平方メートルあたりのワット数(モジュール効率) - は、限られた屋根がどれだけの容量を保持できるかを決定します。

物理的な寸法が屋根の障害物の周囲にどのように適合するか- によって、達成される実際のカバレッジ率が決まります。

重量と設置性- は現場の安全性と労働の見積もりを決定します。

そのフォーマットが現在、安定したサプライヤーによって主流の生産に使用されているかどうか- は、システムが 20 年後も修復可能かどうかを判断します。

屋根の 15% を無駄にする 450 W パネルは、屋根を完全に覆う 420 W パネルに負けます。また、魅力的な仕様を持つパネルが 3 年で生産終了となり、予備の供給源がなくなってしまうと、システムの全寿命にわたって両方の機能が失われる可能性があります。
 

終わりに

これは教科書的なケースであるため、ソーラーパネルは大型化し続けています。システム-レベルの最適化がコンポーネント-レベルの最適化をオーバーライドします。原動力となるのは、研究室で設定された効率の記録ではなく、ラッキングボルト、ケーブルの敷設時間、クレーンの稼働時間、輸送用コンテナの内壁など、目立たない細部です。

これはまさにシステム レベルの回答であるため、アプリケーションの明確な境界があります。-広大な砂漠では、大きいほど正しい。煙突と天窓のある屋根の上では、適切なフィット感が得られます。