パワーコンディショナの仕組みと機能についてわかりやすく解説！
最終更新日:2024.11.19 蓄電池
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住宅用太陽光発電を初めて購入する方やこれから導入検討を始める方の中には、パワーコンディショナーの仕組みについて気になっている方も多いのではないでしょうか。
パワーコンディショナーの仕組みを知っておくと、製品の比較や効率的な運用を考える際に役立ちます。
そこで今回は、パワーコンディショナーの仕組みと機能、費用相場について詳しく解説します。
初めて住宅用太陽光発電を導入する方や住宅用太陽光発電の導入にあたってパワーコンディショナーの意味を知っておきたい方などは、ぜひ参考にしてみてください。
目次
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は、太陽光発電システムの制御や電力の変換といった役割を担っています。
たとえば、太陽光パネルから発電された電力は、そのまま売電したり自宅で消費したりできないため、パワーコンディショナーによる変換・出力が必要不可欠です。また、太陽光発電と送配電網を接続して売電を行う場合は、万が一故障した際に他の機器や設備、送配電網へ影響を与えないよう保護するための機能が働きます。
つまり、パワーコンディショナーは太陽光発電システムの自家消費量や売電収入に関わるため、導入時に比較検討すべき製品です。
パワーコンディショナーの仕組み
パワーコンディショナーの内部は、大きくわけて2種類の装置で成り立っています。
それでは、パワーコンディショナーの仕組みについてわかりやすく解説していきます。
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直流交流変換のインバータ
パワーコンディショナーに搭載されているインバータは、直流電力を交流電力へ変換するための装置・回路を指しています。
交流の電気へ変換することは、売電や自家消費において必要な作業で、なおかつ出力を高めるためにも重要なポイントです。
私たちが普段利用している家電製品や住宅設備は、交流の電気で稼働しています。また、電力会社へ売電するためには、交流の電気へ変換しておく必要があります。
一方、太陽光パネルから発電された電気は直流のため、そのまま家庭内で使用したり電力会社へ買い取ってもらったりできません。
そこでパワーコンディショナーのインバータが、太陽光パネルから送電された直流の電気を交流へ変換し、家庭内へ供給および電力会社へ売電してくれます。なお、直流から交流へ変換する際は電力を数％損失してしまうため、変換効率の高いパワーコンディショナーを選ぶことが大切です。
電圧を抑制する機能
パワーコンディショナーは、電気の変換に加えて電圧抑制に関する機能が搭載されています。
通常、電線から家庭のコンセントへ電力が供給される場合、6,600Vもの高電圧の電力を家庭用の平均100V電圧へ変換しなければいけません。そこで電力会社は、電柱に取り付けた変圧器で電圧を調整します。
また、電気事業法では、100V前後の電力供給に関して95～107Vの電圧に調整するよう定められていて、送電前に調整しなければ売電できない仕組みです。
つまり、太陽光発電で発電した電気を電力会社へ売電・送電するためには、95～107Vの電圧へ調整しなければいけません。そこでパワーコンディショナー側では、電圧の抑制に関する機能で、電圧調整および売電できるよう常に制御しています。
なお、自宅周辺の消費電力量が高かったり変圧器の設置されている電柱から自宅まで遠かったりした場合、電線内の電圧が107Vを超えるケースもあります。
電圧の高低差で売電量が減少してしまう可能性もあり、注意の必要な状況です。売電量の減少に対応したい場合は、パワーコンディショナーの電圧設定を上限107Vまで調整したり蓄電池を活用した自家消費へシフトしたりすることが大切です。
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パワーコンディショナーの役割
続いては、パワーコンディショナーの役割を具体的に解説していきます。
電力の直流・交流変換および出力
パワーコンディショナーは、太陽光パネルから発電された直流の電気を家庭内で使用可能な交流の電気へ変換する役割を担っています。
前段でも少し触れたように家電製品や照明・エコキュートなどの住宅設備は、交流の電気で稼働するよう設計されています。また、電力会社へ送電・売電するためには、交流の電気へ変換しなければいけません。
このような理由からパワーコンディショナーが、電力の変換を行う仕組みになっています。
直流から交流へ変換する際の変換効率は95～98％程度で、より高性能な製品を選ぶのが大切です。
売電するための逆潮流機能
住宅用太陽光発電で売電を行うには、逆潮流機能が必要です。逆潮流とは、太陽光発電で発電した電気を電力会社へ売電する流れのことです。
通常、電気は発電所から変電所、電線などを通じて家庭に送電されます。このような流れを順潮流と呼びます。そのため、「逆」潮流は、家庭から電力会社へ電気を売る際に活用されている用語です。
また、逆潮流に関する制御が安定的に行われないと、系統側（送配電網）に異常をきたしてしまいます。
そこでパワーコンディショナー側では、逆潮流に異常をきたさないよう制御しながら売電を継続的に行ってくれます。そのため、逆潮流に関する機器を別途購入しなくとも、1台で自家消費・売電を両立させることが可能です。
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系統連系している場合は保護機能が働く
太陽光発電を電線側と接続（系統連系）している場合は、パワーコンディショナーの系統連系保護機能が働きます。
系統連系保護は、太陽光発電システムもしくは送配電網側に異常が発生した場合、即座に接続を遮断して設備や機器を保護する機能です。
たとえば、電線側に何かしらの不具合が発生し、家庭内の機器や太陽光発電の故障を招く可能性が出た場合、パワーコンディショナー側で電気の流れを遮断し機器類を保護してくれます。
停電時に自立運転モードで稼働
パワーコンディショナーには、停電時でも太陽光パネルの発電および自家消費を継続できるよう自立運転モードという機能が搭載されています。
自立運転モードへの切り替え方法は製品によって異なるほか、手動操作と自動切り替えの2パターンにわかれています。切り替わったあとは、太陽光発電の設置時に取り付けられた自立運転用コンセントから電気を使用することが可能です。
日本は地震や台風などの災害が多く、いつ在宅避難生活を送る状況に変わるかわかりません。万が一停電した場合に非常用電源がなければ、スマートフォンやラジオの充電、家電製品の使用などもできず、情報収集や調理などの行動も限定されます。
太陽光発電システムおよびパワーコンディショナーがあれば、停電時でも照明を使用したり充電したり、調理機器を使用することも可能です。
故障させないための電圧上昇抑制
前半でも触れたようにパワーコンディショナーには、電圧の過度な上昇抑制や調整に関する機能が備わっており、効率的な売電を保ってくれます。
電圧の調整がされない場合、電線側の電圧差で売電できない可能性も出てきます。そのため、パワーコンディショナーの電圧上昇抑制機能は、売電収入を得る上で特に重要な機能です。
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、Maximum Power Point Tracking control）という発電量を最大化させるための機能が搭載されています。
太陽光発電の発電量は、雨や曇りなど天候の影響で変動します。しかし、日光がある程度降り注ぐ天候で発電できない状態は、太陽光発電において重大な問題です。
そこでパワーコンディショナーには、発電量を最大化できるMPPTが搭載されています。
太陽光パネルは、電圧と電流がある組み合わせの時に発電する仕組みです。しかし、雨や曇りの日などで日射量が変動しやすい状況では、電圧と電流も変動してしまい発電の難しい状況へ変わります。
パワーコンディショナーのMPPT制御では、常に変動する電圧と電流から発電可能なポイントを探り、天候による発電量の減少を抑えてくれます。そのため、太陽光発電の発電量を伸ばすためには、MPPT制御機能を含む性能の高いパワーコンディショナーを導入することが重要です。
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パワーコンディショナーの種類
ここからは、パワーコンディショナーの主な種類について解説していきます。
単機能型
単機能型パワーコンディショナーとは、太陽光発電もしくは蓄電池いずれかの制御飲みに対応した製品のことです。
たとえば、単機能型パワーコンディショナーの含まれている住宅用太陽光発電を導入したのち、家庭用蓄電池の購入を検討したとします。
このようなケースでは、既に設置されている単機能型パワーコンディショナーで家庭用蓄電池の制御ができません。つまり、単機能型パワーコンディショナーが付帯された家庭用蓄電池を導入し、各パワーコンディショナーを接続する必要があります。
単機能型パワーコンディショナーは他のパワーコンディショナーより費用が安く、一定の性能を持っているため、費用重視の方に導入しやすい製品です。
ただし、極めて高い変換効率や出力を求めている場合は、性能不足に感じる可能性があります。
ハイブリッド型
ハイブリッド型パワーコンディショナーは、1台で太陽光発電と蓄電池など別の機器を同時に制御できる製品を指しています。
単機能型パワーコンディショナーよりも効率的に電力を変換・出力できるのが、ハイブリッド型パワーコンディショナーの大きなメリットです。
単機能型パワーコンディショナーの場合、2台のパワーコンディショナーで電力の変換と出力を常に行っています。
太陽光パネルから発電された電気を蓄電池に貯めるには、太陽光発電側のパワーコンディショナーで交流に変換し、さらに蓄電池側のパワーコンディショナーで直流の電気へ変換しながら蓄電ユニットへ充電していきます。
また、家庭用蓄電池は直流の電気を貯める構造のため、2回変換しなければいけません。変換が多ければ電力の損失率が上がるため、効率面でデメリットの1つです。
一方、ハイブリッド型パワーコンディショナーを導入すれば、自家消費用の電力を交流変換し、蓄電池用の電力は直流で流すといった、状況に合わせた制御を行うことが可能です。
費用は単機能型パワーコンディショナーより少し高いものの、家庭用蓄電池などへ効率的に電力を供給したい場合にメリットの大きなタイプといえます。
トライブリッド型
トライブリッド型は、1台のパワーコンディショナーで太陽パネルと家庭用蓄電池、V2Hもしくは別の住宅設備、合計3種類の機器を同時制御可能な製品を指しています。
電力の効率重視でなおかつ太陽光発電に加えて家庭用蓄電池、EVやPHEVを蓄電池代わりに利用したい方などは、メリットの大きなタイプです。
1台のパワーコンディショナーで電力変換や制御ができれば、変換による電力損失、送電時の熱損失などを抑えられるため、発電した電気の多くを活用できるようになります。
費用はハイブリッド型パワーコンディショナーより高いため、予算とのバランスを確認した上で検討することが大切です。
なお、トライブリッド型パワーコンディショナーの代表的な製品は、ニチコンのトライブリッド蓄電システムです。1セットに蓄電ユニットとトライブリッド型パワーコンディショナー、V2H、周辺機器が揃っています。
エコでんちでは、ニチコンのトライブリッド型蓄電システムも取り扱っているので、ぜひお気軽にご相談ください。
パワーコンディショナーの費用
パワーコンディショナーの本体価格および設置費用は、一般的に30～40万円とされています。ただし、メーカーや機能性、ハイブリッド型・トライブリッド型など種類によって変動するため、見積りをよく確認した上で吟味することが大切です。
なお、パワーコンディショナーを含む住宅用太陽光発電システムの初期費用は、経済産業省の「令和６年度以降の調達価格等に関する意見」によると1kWにつき27.8万円～28.8万円です。
一般的な出力の5kW前後で設備一式を購入した場合は、139万円～144万円かかります。
なお、自治体ごとに独自で実施されている補助金制度の活用や、相見積もりで安い施工業者を選定することで、初期費用負担を抑えることが可能です。ただし、施工業者の選定に関しては、施工品質や保証、アフターフォローなども重要のため、価格のみで比較しないよう注意しましょう。
出典：「令和６年度以降の調達価格等に関する意見」（経済産業省）
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まとめ
パワーコンディショナーは、大きくわけてインバータと電圧抑制部といった装置で構成されています。また、効率的な出力や発電量の確保、保護、自立運転モードなど、太陽光発電の運用を支える重要な仕組みが組み込まれており、欠かせない機器の1つです。
そのため、住宅用太陽光発電を導入する際は、パワーコンディショナーの機能や性能も重視しましょう。
光熱費負担に悩んでいる方や住宅用太陽光発電の導入を検討している方は、今回の記事を参考にしながらエコでんちで太陽光発電システムを検討してみてはいかがでしょうか。
エコでんちでは、さまざまな住宅用太陽光発電システム、ソーラーカーポート、家庭用蓄電池、V2Hを取り扱っています。
また、ニチコンのトライブリッド蓄電システムも取り扱っているので、パワーコンディショナーの性能を最重要視している方にもメリットがあります。
ご相談いただいた際は、環境省公的資格「うちエコ診断士」を取得した専門アドバイザーが、お客様の予算やご要望に合った住宅用太陽光発電や周辺機器などをご提案いたします。また、光熱費削減に向けアドバイスも行っているので、太陽光発電や節電の組み合わせによる電気代削減を図りたい方にもおすすめです、
まずは、お電話やエコでんちの無料見積もり、Webフォーム、公式LINEよりぜひお気軽にご相談ください。
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