パワーコンディショナーは、太陽光から発電を行う太陽光発電のためにマストな機械です。
しかし、「パワーコンディショナーがどんなものなのかわからない」「パワーコンディショナーを購入したいけど、どうやって選ぶべきかわからない」といった方も少なくないでしょ う。
そこでこの記事では、パワーコンディショナーの仕組みや役割、選び方などを紹介します。
太陽光発電の導入を検討している方は、ぜひ参考にしてください。
パワーコンディショナーは太陽光発電に必要なもの
パワーコンディショナーとは、直流の電気を交流に変換する機械のことで、パワコンとも呼ばれています。
直流の電気は流れる向きや大きさといった「電流」や、電気が流れる勢いである「電圧」が変化をしないのに対し、交流の電気は電流や電圧が周期的に変化します。
家庭で使用する電気はすべて交流ですが、太陽光発電で発電される電気は直流であるため、 発電した電気をそのまま使用することはできません。
そこで、太陽光発電では、パワーコン ディショナーによって電気を変換する必要があります。
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の大きな役割は「電気の変換」ですが、ほかにも「発電力の最大化」や「系統連系の保護」といった役割も担っています。
ここでは、太陽光発電におけるパワーコンディショナーの役割を詳しく解説していきます。 電力を変換する 前述の通り、パワーコンディショナーの主な役割は太陽光発電で発電された直流電気を、家庭で使用できる交流電気に変換することです。
太陽光発電では、太陽光パネルで発電した電気は、まずパワーコンディショナーへ送られま す。
その後、パワーコンディショナーで、直流電気が交流電気へと変換されたのち分電盤へ送電され、家庭で使用されるという仕組みです。
ただし、パワーコンディショナーで直流電気を交流電気に変換する際には、少量のエネルギーロスが発生します。
ロスせずエネルギーとして利用できる割合は「変換率」として表されます。
変換率はパワーコンディショナーによって異なりますが、変換率が高ければ高いほど、 エネルギーロスが少なく、効率的に発電を行えます。
発電量の最大化
パワーコンディショナーにはMPPT（最大電力点追従制御）という機能が備わっており、発電量が最大になるように調整が行われています。
太陽光発電では、天候や日照時間によって電圧や電流が変化し、発電量が大きく左右されてしまいます。
そこで、パワーコンディショナーはMPPTによって、「最大出力点」と呼ばれる発電量が最大になる電圧と電流の組み合わせを自動で見つけ出し、発電量を最大化できるように調整をしています。
これにより、安定して発電できるようになります。
系統連系の保護
パワーコンディショナーには、系統連系を保護する役割もあります。
系統連系とは、余った電気を余剰電力として充電しておく際や電力会社から電気を購入した際などに、電気を電力系統と連携するための仕組みのことです。
家庭内で周波数の変化・過電圧・電圧不足などの電力トラブルが起こると、自宅の電気系統や家電製品が壊れてしまいます。
また、家庭内の電力と外の電力は電線によってつながっているため、地域全体を巻き込む電力トラブルに発展する可能性もあり、注意が必要です。
そのため、パワーコンディショナーは周波数の変化・過電圧・電圧不足などを検知し、必要に応じて太陽光発電を電気系統から切り離して系統連系を保護します。
このように、パワーコンディショナーは重大なトラブルも防いでくれる、非常に重要な存在です。
パワーコンディショナーの仕組み
太陽光発電においてとても重要な役割を担っているパワーコンディショナーですが、どのような仕組みで動いているのかも気になりますよね。
パワーコンディショナーの内部には、異なる機能を持ついくつかの装置が存在しており、複数の機能が働くことでパワーコンディショナーとしての役割を果たしています。
ここでは、 パワーコンディショナーの仕組みを詳しく解説します。
インバーター部
太陽光から発電した電気を交流から直流に変換しており、変換率が高ければ高いほど、エネルギーのロスなく電気を活用できます。
そのため、パワーコンディショナーを指す言葉として、インバーターの名称が使われることがあります。
電圧上昇抑制機能
パワーコンディショナーには、電圧の上昇を抑制する機能も備わっています。
太陽光発電で発電した電気は、自宅で利用するだけでなく、電力会社に売ることもできます。
電気を売る際には電線を伝って送電を行いますが、パワーコンディショナーの電圧が電線の電圧より高くないと送電ができません。
ただ、日本では「100V供給の電圧の場合、101V〜107Vを超えない範囲」が適正電圧として定められています。
そこでパワーコンディショナーでは、電圧の上昇を検知したときに電圧が上がりすぎないよう制御しています。
電圧上昇抑制機能が働くと一時的に販売電力量が低下することがありますが、適正電圧を守り、火災などのトラブルを防ぐためにも必要な機能です。
また、適正電圧に戻った際には自動に制御が解除されるので、販売電力量も元の状態に戻ります。
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、絶縁方式によって「トランスレス方式」と「高周波絶縁トラン ス方式」の2種類に大別されています。
ここからは、それぞれの種類ごとに特徴やメリッ ト・デメリットを解説します。
トランスレス方式
トランスレス方式のパワーコンディショナーでは、ソーラーパネルで発電した電気の電圧調整をコンバータで行う仕組みです。
コンバータで電圧調整を行うため、変圧器（トランス）は使用しません。
トランスレスの仕組みによって、直流電気と交流電気を絶縁するプロセスが必要なくなるため、変換効率が 1.5%ほど上がります。
また、トランスレス方式のパワーコンディショナーは回路の構造がシンプルであるために、 高周波絶縁トランス方式よりも安価で手に入りやすいという点もメリットです。
しかし、直流電気と交流電気を完全に絶縁するプロセスがないからこそ、パワーコンディショナーが故障した際には、周辺に直流電気が流れてしまうトラブルにつながりやすいというデメリットにもつながります。
多くのトランスレス方式のパワーコンディショナーでは、直流電気が流れてしまうことを防ぐ「絶縁変圧器部」という装置が備わっています。
しかし、高周波絶縁トランス方式に比べるとトラブルが起きやすいでしょう。
高周波絶縁トランス方式
高周波絶縁トランス方式のパワーコンディショナーでは、変圧器を使用して、ソーラーパネルで発電した電気の電圧調整を行っています。
高周波変圧器によって直流電気と交流電気を絶縁しているため、トランスレス方式のパワー コンディショナーのように、周辺に直流電気が流れてしまう心配がありません。
また、トラ ンスレス方式のパワーコンディショナーに比べるとコンパクトになっている点も、高周波絶縁トランス方式ならではのメリットです。
高周波絶縁トランス方式は、産業用太陽光発電システムのパワーコンディショナーとしても広く活用されています。
しかし、変圧器によって回路構造が複雑になっている分、価格は高額です。
パワーコンディショナーの選び方
パワーコンディショナーは種類や性能は大きく異なるため、購入する際には自分の家や目的に合った製品を選ぶことが大切です。
ここでは、パワーコンディショナーを選ぶ際のポイン トについて解説していきます。
設置場所とパワーコンディショナーの大きさ
高周波絶縁トランス方式のパワーコンディショナーでは、変圧器を使用して、ソーラーパネルで発電した電気の電圧調整を行っています。
高周波変圧器によって直流電気と交流電気を絶縁しているため、トランスレス方式のパワー コンディショナーのように、周辺に直流電気が流れてしまう心配がありません。
また、トラ ンスレス方式のパワーコンディショナーに比べるとコンパクトになっている点も、高周波絶縁トランス方式ならではのメリットです。
高周波絶縁トランス方式は、産業用太陽光発電システムのパワーコンディショナーとしても広く活用されています。
しかし、変圧器によって回路構造が複雑になっている分、価格は高額です。パワーコンディショナーを選ぶときには、常に稼働音が発生することを前提に、設置場所に合ったものを選びましょう。
基本的に、住宅用の太陽光発電ではパワーコンディショナーは室内の分電盤のあるところに置かれますが、隣の家に近い場所へ設置すると稼働音から近隣トラブルの元になる可能性があります。
また、パワーコンディショナーの設置場所を確認し、設置場所に置けるサイズのものを選ぶようにすることもポイントです。
間取りによってはあまり大きなパワーコンディショナーを設置できない場合もあるので、パワーコンディショナーを選ぶ際には大きさもチェックし設置可能かどうか確かめます。
価格
パワーコンディショナーの価格相場は7〜25万円程度と、価格に大きな幅があります。
機能が充実していたり容量が大きかったりするパワーコンディショナーは、価格も高価な傾向があります。
しかし、今後修理費が発生したときのことなどを考慮すると、予算内にとどめておいたほうがよいでしょう。
自身の予算を決め、予算に合ったパワーコンディショナーを選んでください。
変換効率
どんなパワーコンディショナーでも、電気の変換時には多少のエネルギーロスが発生します。
そのため、パワーコンディショナーを購入するのであれば、なるべくエネルギーロスの少ない、変換効率の高いものがおすすめです。
変換効率とは、パワーコンディショナーが交流電気を直流電気に変換する際、どのくらい変換が行えるのかを示す数字です。
たとえば、変換率98%のパワーコンディショナーの場合、発電した直流電気の98%相当を交流電気に変換でき、エネルギーロスは2%ということになります。
変換効率が高ければ高いほどエネルギーロスが少なく、効率よく発電ができます。
一般的に、 住宅用の太陽光発電で用いられるパワーコンディショナーの変換率はだいたい95%程度であるため、95%をひとつの目安にしてください。
最大定格出力
より効率的な太陽光発電を行うためにも、パワーコンディショナーの最大定格出力に注目してみましょう。
最大定格出力とは、出力可能な電力の最大値を指します。
ソーラーパネルで発電される電力がパワーコンディショナーの最大定格出力を超えている場合、最大定格出力を超えた分の電力は出力されません。
要するに、せっかく発電した電力が無駄になってしまいます。
ただし、最大定格出力とはあくまでも「最大値」を指しているため、基本的な出力である 「定格出力」は、最大定格出力よりも低いケースも考えられます。
購入前にはしっかりと定格出力の確認もしておいてください。
保証期間
だいたいのパワーコンディショナーには保証がついていますが、保証期間は1〜15年程度とメーカーによってまちまちです。
購入を検討しているパワーコンディショナーに、どのくらいの保証期間がついているかもチェックしておきましょう。
パワーコンディショナーは太陽光発電のなかでも不具合が起きやすいパーツです。
そのため、 多少値段が高いパワーコンディショナーだったとしても、保証期間が長ければ結果的にコスパがよい可能性が高いです。
稼働音
前でも解説した通り、パワーコンディショナーは稼働時に音が発生します。
稼働音はだいたい40〜50dB程度。
40〜50dB程度の音を日常生活の音に当てはめると「小さい声で会話しているとき」や「事務所の中」などが該当するため、かなり大きな音というわけではありません。
しかし、隣の家に近い場所や寝室に近い場所などにパワーコンディショナーを設置した場合、稼働音が気になる可能性があります。
また、数値以上に音が大きく感じられる可能性もあるため、購入前にはどの程度稼働音がでるのかも確かめておくと安心です。
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は、だいたい10〜15年程度で寿命を迎えます。
故障まではしていなくとも発電効率が落ちてくる場合もあり、使用から10年程度で劣化を感じるケースが多 いでしょう。
パワーコンディショナーは太陽光発電を運用する際には欠かせない存在であるため、「寿命かな？」と思ったらすぐに交換するようにしましょう。
ただし、使い方やメンテナンスの有無によっても寿命は大きく変わってきます。
また、気づかぬうちに発電効率が落ちている場合も多いため、故障していなくとも定期的に点検実施するのがおすすめです。
パワーコンディショナーを交換する目安とは？
問題なく稼働しているように見えても、20年が経過したパワーコンディショナーは交換するようにしましょう。
定期的に点検やメンテナンスを行っている場合でも、パワーコンディショナーの経年劣化は避けられません。
一般的にパワーコンディショナーの寿命は10〜15年であることを考える と、20年は「十分すぎるほど活用した」と言えます。
思い切って新品に交換をすることで、発電効率がよくなったり細かい不調を修理するよりも安上がりになったりと、さまざまなメリットがあります。
特に、定期点検を行っていないパワーコンディショナーの場合は、火災などの事故の原因になる可能性もあるため、早めに交換をしてくださいね。
パワーコンディショナーは太陽光発電のなかの1つ
vパワーコンディショナーには、以下のような3つの役割があり、太陽光発電には欠かせない存在です。
・太陽光から発電した電気を家庭で使用できるように変換する
・天候や日照時間に左右されないよう、発電量を最大化する
・系統連系を保護して、トラブルを未然に防ぐパワーコンディショナーの機能や価格は製品によって大きく異なります。価格だけではなく、稼働音や保証期間、発電効率など、今回ご紹介したポイントを押さえて、自分にぴったりのパワーコンディショナーを選ぶようにしましょう。