住宅用太陽光発電システム設計・構成の総合ガイド

住宅用太陽光発電（PV）蓄電システムは、主にPVモジュール、蓄電池、蓄電インバータ、計測機器、監視管理システムで構成されています。その目的は、エネルギーの自給自足、エネルギーコストの削減、二酸化炭素排出量の削減、そして電力の信頼性向上を実現することです。住宅用PV蓄電システムの構築は、効率的かつ安定した運用を確保するために、様々な要素を慎重に検討する必要がある包括的なプロセスです。

I. 住宅用太陽光発電システムの概要

システムのセットアップを開始する前に、PVアレイの入力端子と接地間の直流絶縁抵抗を測定する必要があります。抵抗値がU…/30mA（U…はPVアレイの最大出力電圧）未満の場合は、追加の接地または絶縁対策を講じる必要があります。

住宅用 PV ストレージ システムの主な機能は次のとおりです。

• 自家消費: 太陽エネルギーを利用して家庭のエネルギー需要を満たします。
• ピークシェービングと谷埋め: さまざまな時間帯にわたってエネルギー使用量をバランスさせることで、エネルギーコストを節約します。
• バックアップ電源: 停電時にも信頼性の高いエネルギーを供給します。
• 非常用電源: グリッド障害時に重要な負荷をサポートします。

構成プロセスには、ユーザーのエネルギーニーズの分析、PV およびストレージ システムの設計、コンポーネントの選択、設置計画の準備、運用および保守対策の概要の作成が含まれます。

II. 需要分析と計画

エネルギー需要分析

次のような詳細なエネルギー需要分析が重要です。

• 負荷プロファイリング: さまざまな機器の電力要件を特定します。
• 1日の消費量: 昼と夜の平均電力使用量を決定します。
• 電気料金: 料金体系を理解してシステムを最適化し、コストを節約します。

ケーススタディ

• ユーザープロフィール:
  • 合計接続負荷: 8.2 kW
  • 臨界負荷: 3.6 kW
  • 日中のエネルギー消費量：10kWh
  • 夜間のエネルギー消費量：20kWh
• システムプラン:
  • 昼間の太陽光発電で負荷需要を満たし、余剰電力をバッテリーに蓄電して夜間に使用する、太陽光発電と蓄電池のハイブリッドシステムを導入します。太陽光発電と蓄電池の供給が不足する場合、系統電力網が補助電源として機能します。

• III. システム構成とコンポーネントの選択

  1. 太陽光発電システムの設計

  • システムサイズユーザーの負荷が8.2kWで、1日あたりの消費電力が30kWhの場合、12kWのPVアレイが推奨されます。このアレイは、需要を満たすために1日あたり約36kWhを発電できます。
  • PVモジュール580Wp単結晶モジュール21枚を使用し、設置容量12.18kWpを達成。太陽光を最大限に利用するために最適な配置を確保します。

  最大出力 Pmax [W]	575	580	585	590	595	600
  最適動作電圧Vmp [V]	43.73	43.88	44.02	44.17	44.31	44.45
  最適動作電流Imp [A]	13.15	13.22	13.29	13.36	13.43	13.50
  開放電圧Voc [V]	52.30	52.50	52.70	52.90	53.10	53.30
  短絡電流Isc [A]	13.89	13.95	14.01	14.07	14.13	14.19
  モジュール効率[%]	22.3	22.5	22.7	22.8	23.0	23.2
  出力電力許容範囲	0～+3%
  最大出力の温度係数[Pmax]	-0.29%/℃
  開放電圧の温度係数[Voc]	-0.25%/℃
  短絡電流の温度係数[Isc]	0.045%/℃
  標準試験条件（STC）：光強度1000W/m²、電池温度25℃、空気質1.5

  2. エネルギー貯蔵システム

  • バッテリー容量25.6 kWhのリン酸鉄リチウム（LiFePO4）バッテリーシステムを構築します。この容量は、停電時に約7時間、重要な負荷（3.6 kW）に十分なバックアップを提供します。
  • バッテリーモジュール: 屋内/屋外設置に適したIP65規格準拠の筐体を備えた、モジュール式のスタッキング可能な設計を採用しています。各モジュールの容量は2.56kWhで、10モジュールで完全なシステムを構成します。

  3. インバータの選択

  • ハイブリッドインバータ: 太陽光発電と蓄電管理機能を統合した10kWハイブリッドインバータを使用します。主な機能は以下のとおりです。
    • 最大PV入力：15kW
    • 出力: 系統連系運転とオフグリッド運転の両方で10kW
    • 保護等級: IP65、グリッドオフグリッド切り替え時間<10ms

  4. PVケーブルの選択

  PVケーブルは、太陽光モジュールをインバーターまたは接続箱に接続します。高温、紫外線、屋外環境に耐えなければなりません。

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • 単芯、定格電圧 1.5 kV DC、優れた UV 耐性および耐候性を備えています。
  • TÜV PV1-F:
    • 柔軟で難燃性があり、広い温度範囲（-40°C ～ +90°C）に対応します。
  • UL 4703 PVワイヤー:
    • 二重絶縁で、屋上および地上設置のシステムに最適です。
  • AD8フローティングソーラーケーブル:
    • 防水性と防水性を備え、湿気の多い環境や水辺の環境に適しています。
  • アルミコアソーラーケーブル:
    • 軽量でコスト効率に優れ、大規模な設備に使用されます。

  5. エネルギー貯蔵ケーブルの選択

  蓄電ケーブルはバッテリーとインバーターを接続します。高電流に対応し、熱安定性を維持し、電気的整合性を維持する必要があります。

  • UL10269およびUL11627ケーブル:
    • 薄壁断熱、難燃性、コンパクト。
  • XLPE絶縁ケーブル:
    • 高電圧（最大 1500V DC）および耐熱性。
  • 高電圧DCケーブル:
    • バッテリー モジュールと高電圧バスを相互接続するために設計されています。

  推奨ケーブル仕様

  ケーブルタイプ	推奨モデル	応用
  PVケーブル	EN 50618 H1Z2Z2-K	PV モジュールをインバータに接続します。
  PVケーブル	UL 4703 PVワイヤー	高い断熱性を必要とする屋上設置。
  エネルギー貯蔵ケーブル	UL 10269、UL 11627	コンパクトなバッテリー接続。
  シールドストレージケーブル	EMIシールドバッテリーケーブル	敏感なシステムへの干渉を軽減します。
  高電圧ケーブル	XLPE絶縁ケーブル	バッテリー システムにおける高電流接続。
  浮体式太陽光発電ケーブル	AD8フローティングソーラーケーブル	水がたまりやすい環境や湿気の多い環境。

IV. システム統合

PV モジュール、エネルギー貯蔵、インバーターを完全なシステムに統合します。

1. 太陽光発電システムモジュールのレイアウトを設計し、適切な取り付けシステムを使用して構造上の安全性を確保します。
2. エネルギー貯蔵: リアルタイム監視のために、適切な BMS (バッテリー管理システム) を統合したモジュラー バッテリーをインストールします。
3. ハイブリッドインバータ: PV アレイとバッテリーをインバータに接続して、シームレスなエネルギー管理を実現します。

V. 設置とメンテナンス

インストール:

• サイト評価: 屋上または地上部分の構造適合性と日光の当たり具合を検査します。
• 機器の設置: PV モジュール、バッテリー、インバータを安全に取り付けます。
• システムテスト: 電気接続を確認し、機能テストを実行します。

メンテナンス:

• 定期検査: ケーブル、モジュール、インバータに摩耗や損傷がないか確認してください。
• クリーニング: 効率を維持するために、PV モジュールを定期的に清掃します。
• リモートモニタリング: ソフトウェア ツールを使用してシステムのパフォーマンスを追跡し、設定を最適化します。

VI. 結論

適切に設計された住宅用太陽光発電・蓄電システムは、省エネ、環境への配慮、そして電力の信頼性を実現します。太陽光発電モジュール、蓄電池、インバータ、ケーブルなどのコンポーネントを慎重に選定することで、システムの効率と寿命が確保されます。適切な計画に従うことで、

設置およびメンテナンスプロトコルを遵守することで、住宅所有者は投資のメリットを最大限に引き出すことができます。