50kW未満の低圧契約で発電量を最大化、LooopのMY発電所キット76/81

Looopは低圧接続用の太陽光発電所を作り上げるために必要な部材を1つにまとめたキット「MY発電所キット76」と同81をこの秋発売した。系統への出力と比べて、より多い太陽電池モジュールを搭載することが特徴だ。発電量や売電額にどの程度の効果があるのか、解説する。

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　太陽光発電所を立ち上げる際の指針の1つが、最大出力50kW未満にとどめること。50kW未満であれば電力会社と「低圧契約」を結ぶことができる。低圧は高圧と比べて規制が少なく、工事に必要なコストを抑えることができ、工期も短くなる。

　Looopの「MY発電所キット76」と「MY発電所キット81」は、最大出力を低圧契約が可能な49.5kWに抑えながら、1日の、さらには20年の発電量を最大にすることを目指した製品だ。

　考え方はこうだ。76kW分や81kW分の太陽電池モジュールを発電所内に設置する。すると50kWのシステムと比較して出力が増える。朝のある時点、50kWのシステムの出力が例えば20kWのとき、76kWや81kWのシステムならより多くの出力が得られる。夕方にも同じことが起きる。このようにして、1日を通した発電量が、50kWのシステムよりも増えるのだ。当然、年間の売電量も多くなる。

　太陽電池モジュールを50kW備えた他社の発電所と、MY発電所キット76、同81を用いた発電所の発電量をシミュレーション^＊1）で比較してみよう。図1では山梨県甲府市に設置した場合を示した。一般的な50kWの発電所と比較して、MY発電所キット76は約68万2735kWh、同81は79万8672kWhも発電量が多くなる。

＊1） 今回のシミュレーションに利用した平均日照量のデータは全て新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の日射量データベース閲覧システムに基づく数値である。太陽電池表面温度の上昇や汚れ、電力変換ロスなどの影響も加味した。

図1　20年間の発電量の違い

　どちらのキットも、設置するためには1100m²以上の土地が必要だ（図2）。「土地の面積がわずかに不足する場合や、不規則な形状のため、架台を設置できない場合は、MY発電所キット12を5セット、合計60kW超を導入し、パワーコンディショナだけをオプション品と交換することで、49.5kW以上の太陽電池モジュールを導入することもできます」（Looop）。

図2　MY発電所キット76を設置したところ　専用架台を10基並べる

太陽電池を大量に接続すると何が起きるのか

　76kWや81kWの太陽電池モジュールを設置した発電所を低圧で連系する。このような発電所で何が起こるのか、大きく2つの疑問点があるだろう。1つは正午前後に何が起こるのかだ。正午の発電量は日照条件が良い場合、49.5kWを超える。売電できる量は契約に従って49.5kWまで。従って、出力がある程度カットされる。午前や午後に増えた発電量がカットされる発電量よりも多いのであれば問題はない。本当にそうなるのだろうか。

　図3は1日の出力の変化をイメージで示したもの。黄色で示した（1）は太陽電池モジュールを49kW備えた発電所の出力。1日を通じて出力が49kWを超えることはない。（2）はLooopのMY発電所キット76、（3）は同81だ。

図3　1日の発電量の移り変わり。3種類の太陽光発電所を比較した

　図3では午前や午後に増える電力量（面積）がカットされる面積よりも少ないように見える。次に山梨県甲府市でMY発電所キット81と同76を導入した場合のシミュレーションデータを見てみよう（図4）。

　月ごとの右側の数値が、実際に発電する電力量、左側の数字がカット（ピークカット）された後、売電可能な発電量だ。図4下にはキットの容量を変えた場合の発電量の違いを示した。ピークカット率は十分に低く、メリットの方が大きい。

図4　年間を通じたピークカット率（NEDOが公開する数値を用いた）

　なお、図4に示したピークカット率は発電所の立地によっても異なる。京都府南丹市では81kWのシステムの年間ピークカット率は1.3％、76.5kWだと0.6％、72kWは0.1％になる。日本全国の状況はこうだ。ピークカット率が高くなる地域は、日射量がトップクラスの場所か、夏季でも比較的気温が低い北日本に集中する。ほとんどの地域ではピークカット率はそれほど高くはならない。

　以上のようなシミュレーション結果を発電所の事例と比較してみよう。Looopの「MY発電所キット72」（旧バージョン）と他社の50kWのシステムを同一の敷地内に立ち上げたユーザーの事例だ。立地は京都府。Looopの遠隔監視システム「みえるーぷ」を用いて測定した。測定期間は2014年4月〜7月。

　どの月の発電量もLooopの製品の方が30〜40％多い（図5）。効果がはっきりと現れている。なおシステムの導入価格はLooopのシステムの方が安価だったのだという。

図5　50kWの発電所と72kWの発電所の発電量の違い

パワーコンディショナには負担がかからない

　MY発電所キット76/81について、もう1つ疑問があるかもしれない。パワーコンディショナに関するものだ。49.5kWを超えた電力を取り除いているのはパワーコンディショナだ。連日49.5kWを超えた電力を扱うと、故障したり、寿命が短くなるなどの不具合が生じないのだろうか。

　MY発電所キット76、同81では田淵電機のパワーコンディショナを採用している。同社のパワエレ技術開発第二設計グループグループ長の相馬英明氏によれば、問題はないのだという。

　「出力電力9.9kWの製品（パワーコンディショナ）では、入力電力が10.75kW^＊2）を超えないよう、内部のDDコンバータを使って制限をしています。そのため、製品の出力を超えるような量の太陽電池モジュールを接続しても、入力電力が10.75kWを超えることはありません。つまり製品自体にかかる負担はありません。9.9kWの製品を5台設置し、49.5kWとしたシステムに、76kWまたは81kWの太陽電池モジュールを搭載しても問題はありません」。

＊2） パワーコンディショナ1台の出力が出力9.9kW、全体効率を92％として計算した数字。9.9÷0.92＝10.75。

　以上の説明を図解したのが図6だ。パワーコンディショナは、太陽電池モジュールから送られてくる直流を交流に変えて系統側に送る装置。パワーコンディショナが適切に太陽電池の電圧・電流を制御するので、パワーコンディショナ自身に余分な負担がかかることはない。

図6　パワーコンディショナ内部の構成　出典：田淵電機

キットの76と81は何が違う

　LooopはMY発電所キット76と同81の2種類を製品化している。どちらの製品を選ぶべきなのか、決めるためのヒントを紹介しよう。

　それぞれの製品の違いを2つだけ挙げるとすれば、価格と出力だ。MY発電所キット76の価格は1280万円（税別、配送料と工事費別）。出力は76.5kW。1枚当たりの出力が255Wの多結晶シリコン太陽電池モジュールを300枚用いる。

　MY発電所キット81の価格は、同76よりも100万円高価だ。出力は81kW。出力270Wの単結晶シリコン太陽電池モジュールをやはり300枚用いる。

　年間発電量はそれぞれ、約10万3309kWhと約10万9386kWh（山梨県甲府市の場合）。このため、年間の売電収入は約331万円と約350万円、つまり約19万円違う。5年間運用すると導入費用の差がほぼゼロになる計算だ。

　導入費用を抑えてMY発電所キット76を選ぶか、20年間の売電収入を求めてMY発電所キット81を選ぶという判断になりそうだ。

架台1台に30枚のモジュールを設置する

　最後にそれぞれのキットの共通の仕様を紹介しよう。LooopのMY発電所キットは土地に単管（鋼管）を垂直に打ち込み、その上に専用架台を設置して、太陽電池モジュールを載せて利用する（図7）。

　1列に3枚、10列を設置可能な専用架台を用意した。パワーコンディショナは田淵電機の製品5台を同時に利用。三相5回路の発電盤と接続する。

図7　MY発電所キット76/81に含まれる主な部材（81は単結晶モジュールを使用、この他にケーブルなどの電材がある）