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モジュール?ストリング?太陽電池の用語と仕組みを解説

2020.06.30システム・工事
パワコンモジュール

太陽光発電について調べている時に、「セル」「モジュール」「ストリング」「アレイ」という言葉を目にしたことはありませんか?

「太陽光パネル」や「パワーコンディショナー」に比べて、登場回数が多い言葉ではありませんが、この「セル」「モジュール」「ストリング」「アレイ」について知っておくと、どんな設計が良いのかイメージしやすくなります。

今回は、これら4つのキーワードと、効率の良いストリングの組み方について解説します。 細かい知識を付けた上で太陽光発電を検討したい、という方は読んでみてください。

太陽光発電投資については以下の記事で解説していますので、こちらもご覧ください。
→太陽光発電投資のメリット・デメリットとは?

太陽光パネルを構成する単位

太陽電池を構成する単位は、「ストリング」以外に「セル」「モジュール」「アレイ」があります。その単位の大きさには、「セル<モジュール<ストリング<アレイ」という関係があります。 それぞれについて説明していきます。

セル

セルは、太陽電池を構成する最も小さな単位です。 セルの大きさは約10センチ四方ととても小さく、単体の出力は0.5W程度にしかなりません。 このセルを複数組み合わせて構成したものが、太陽光パネルになります。

モジュール

モジュールは、セルを組み合わせて1枚のパネルを作った単位です。

単にセルを組み合わせるのではなく、屋外で使えるように樹脂や強化ガラスで補強しています。セルのままでは、まだ「部品」という感じですが、モジュールは製品として完成した状態です。「太陽光パネル」「ソーラーパネル」と同じ意味で使われることが多いのは、このモジュールです。

モジュールは、各メーカーで大きさや形が変わるため、土地や屋根によって設置可能なモジュールの枚数に差が出ます。

ストリング

ストリングは、モジュールを直列に組み合わせた単位です。「1ストリング」という単位で呼ばれる事もあります。複数のモジュールを直列で組み合わせることで、より大きな電力を生み出す事ができます。 太陽光発電は、このストリングを適切に組まないと出力ロスが起こる事があります。

アレイ

アレイは、直列に組んだストリングを並列に組み合わせた単位で、太陽電池を構成する単位の中では最大の単位になります。「1つのアレイあたりのモジュール数」という風に、モジュールの単位としても使われます。

例えば、「1枚あたり200Wのモジュールが20枚使われたアレイ」であれば、200W×20枚=4000Wで、4.00kWの容量のアレイとなります。

アレイの容量(kW)が大きいほど、パネル全体の発電力が高いという事になります。 太陽光発電では、設備の規模に応じてアレイを複数設置していきます。

効率の良いストリング設計

ストリングの繋ぎ方次第で、そもそもの発電量や陰の影響による発電低下量が変わってきます。つまり、適切なストリングの繋ぎ方がポイントになります。ストリングの設計を行う際に重要な事は以下の二点です。

  1. 可能な範囲で、モジュールを多く結んだストリングを設計する
  2. ストリングが複数ある場合、ストリングの直列数をそろえる

モジュールを多く結ぶと、電圧が強くなるため発電量が多くなります。ストリングの直列数そろえると、電圧もそろうためさらに発電量を引き出せます。

ストリングの枚数がそろわない時は、「昇圧」といって、各回路の電圧をそろえる必要があります。 例えば、パターンAは南面に5枚、西面に15枚のモジュールを設置、パターンBは南面に5枚、西面に16枚のモジュールを設置するとします。

パターンAでは、5枚をひとくくりにし、その列を4つ設置するので、電圧をそろえる事ができます。 パターンBの場合、5枚ひとくくりは一緒ですが、西面は16枚なので1枚余ります。ストリングの枚数が異なるので、「昇圧」によって電圧をそろえる必要があります。

ストリングとパワーコンディショナーの関係

パワーコンディショナーには種類が2つあり、ストリングの繋ぎ方でどちらを選ぶかどうかに関わります。

昇圧機能が内蔵されたパワーコンディショナーを「マルチストリング型」といいます。入力回路が複数あるため、回路ごとに直列数が違っても問題なく機能します。 対して、昇圧機能が無い「集中型パワーコンディショナー」もあります。集中型を使う場合は、モジュールの直列数を同じ枚数にそろえる必要があります。

マルチストリング型は昇圧機能がある分、集中型パワーコンディショナーより費用が多くかかるデメリットがありますが、集中型パワーコンディショナーに昇圧機能や接続箱を追加するよりは費用が抑えられます。

パワコンに接続できるモジュール枚数の計算

パワーコンディショナーに接続できるモジュール枚数は、以下の計算式で算出できます。

1. パワコンの最大入力電圧(V)の90%÷モジュールの公称開放電圧(V)=直列で繋げる枚数
2. パワコン公称最大入力電流(A)÷モジュールの公称短絡電流(A)=並列で繋げる枚数

3. 直列で繋げる枚数×並列で繋げる枚数×パワコンの接続可能回路数=パワコン1台に繋げるモジュール枚数

計算式だけではイメージが難しいので、数値を当てはめてみます。

設備:ネクストエナジー製300WモジュールとSMA製9.9kWパワーコンディショナー

  • パワコンの最大入力電圧値=600 V
  • パワコンの最大入力電流=15 A
  • パワコンの接続可能回路数=6
  • モジュールの公称開放電圧値=39.64 V
  • モジュールの公称短絡電流=9.5 A

これらを上記の式に当てはめると…

1. 直列で繋げる枚数  600V×0.9×39.64V=13.62…
2. 並列で繋げる枚数  15A×9.5A=1.57…
3. パワコン1台の枚数 13×1×6=78枚

この例の組み合わせでは、パワーコンディショナー1台に付き78枚のモジュールを接続できます。 電圧や電流などの数値は、メーカーサイトで調べる事が出来ます。

余裕のある方は、自分が検討しているパワーコンディショナーやモジュールで何枚パネルが積めるか、計算しておくと、設置のイメージがしやすいかもしれません。

ストリングの直列数とアレイの並列数

設計のポイントでもご説明したように、ストリングの直列数は可能な限り増やした方が発電量を大きく出来ます。また、1回路の最大電圧が高い方が、パワーコンディショナーの起動を早めるためには良いとされています。

しかし、設置スペースや影の差し方の条件によっては、ストリングの直列数より並列数を増やした方が良い事もあります。 そのため、緻密なシミュレーションの作成やストリング構成を提案できる業者を選ぶ必要があります。

見積もりを取る時には、業者に言われるがままに契約するのではなく、自分なりのチェックポイントを考えておきましょう。
→太陽光発電の見積もりで特にチェックすべき4項目とは?

まとめ

お客様からのご相談にのる際、「セル」「モジュール」「ストリング」「アレイ」について聞くことはあまりありません。しかし、これらの単語や設置の考え方を知っておくと、どのようなシステム設計が良いのかというイメージがしやすくなるので、知っておいて損はありません。

当社、JCMAエネルギーでは、緻密な太陽光発電シミュレーションの作成や、ストリング構成のご提案が可能です。施工工事においても、実績ある優良業者を会員業者として登録しておりますので、安心・安全な太陽光発電所を提供いたします。

今回お話したストリングやパワーコンディショナー以外の事でも、豊富な経験をもとにアドバイスさせていだだきます。 ご不明な点があればお気軽にお問い合わせください。

JCMAエネルギーの太陽光発電事業については以下のリンクを参照ください。
→事業案内

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