EN
なぜほとんどの太陽光発電システムが停電時に停止するのか
系統連系型太陽光発電システムが電力会社の送電網に依存する理由
電力網に接続された太陽光パネルは、正しく動作するために電力網の周波数と電圧レベルを一致させる必要があります。これらのシステムは独立型システムのように内蔵バッテリーを持っていないため、完全に電力網が稼働していることに依存しています。どこかで停電が発生した場合、系統連系型の太陽光発電装置は自動的にシャットダウンします。これは技術的な問題があるためではなく、むしろ非常に重要な安全対策です。システムはもはや活動していない電力線路へ電気を逆送することを停止することで、停電中に電力網の修理作業などを行う作業員やその他の人々に対する潜在的な危険を防ぎます。
安全メカニズム：なぜインバータが停電時に自動的に停止するのか
停電が発生すると、ソーラーインバーターは「アイランド保護」と呼ばれる機能により自動的に停止します。この重要な安全対策により、現在修復作業中の電力線に電気が逆流するのを防ぎます。NEC（米国電気規格）では、系統の安定性に異常を検知したほぼ瞬時にこのシステムが作動することを義務付けています。さまざまなエネルギー分野での研究によると、このプロトコルにより、配電線の修理中に電気が誤って系統に逆潮流してしまう危険な状況の約90％を防止できています。現代のほとんどのインバーターは、動作するためにメイングリッドからの電圧信号を必要としています。つまり、特別なアイランド運転対応設備を設置しない限り、一般的なモデルは停電時には動作しないということです。
現実の影響：地域的大規模停電時の住宅用太陽光発電のケーススタディ
2020年にカリフォルニア州を襲った山火事により広範囲に停電が発生した際、空は完全に晴れていたにもかかわらず、太陽光パネルで電力網に接続されていたほぼすべての家庭が停電中に電気を使えなくなってしまいました。公益事業会社の報告によると、これらの太陽光発電システムのほとんどは、電力網の電圧が少なくとも5分間安定していなければ再起動しなかったのです。その結果、人々は食品の腐敗を防ぐための冷蔵庫すら使えず、さらに深刻なのは、酸素供給装置などの医療機器を利用している人々がバックアップ電源を持たなかったことです。これは非常に明確なことを示しています。つまり、一般的な太陽光発電設備は、緊急時に個人が確実に電力を得られるように設計されているのではなく、まず第一に電力網全体を保護するように構築されているということです。
バッテリー貯蔵：停電時における太陽光発電システムの稼働を可能にする
エネルギー貯蔵を伴わない太陽光のみのシステムの限界
系統連系型の太陽光発電システムのほとんどは、停電時に電力会社の作業員を保護するための安全プロトコルにより、自動的に運転を停止します。2023年のNRELの研究によると、バッテリーを備えていない家庭用太陽光発電装置の94%が、系統の故障から2秒以内に切断されることがわかりました。この「孤立運転防止」機能のため、太陽光パネルが正常に機能していながらも、 homeowners（住宅所有者）は予期せず停電状態に陥ることになります。
太陽光バッテリーが停電時にバックアップ電源を供給する仕組み
リチウムイオン太陽光用バッテリーは、昼間に発電された余剰電力を蓄えることで夜間や停電時にも使用できるため、この問題を非常にうまく解決します。主電源が停止した場合、これらのバッテリーシステムは即座に作動し、まず重要な機器の運転を維持します。1日あたり約1.5kWhを必要とする冷蔵庫、毎日約0.3kWhを要する医療機器、連続して約10ワットを消費するインターネットルーターなどを想像してみてください。システムは通常数分の1秒以内でバックアップ電源に切り替わります。エネルギーの回復力に関する研究によると、バッテリーの容量が適切に設計されていれば、標準的な5kWのソーラーシステムを備えた家庭のほとんどが、電力網に接続せずに3日以上基本的な機能を維持できることが示されています。
主要なソリューション：Tesla Powerwallおよびその他の太陽光＋蓄電システム
テスラのPowerwallは、13.5kWhの蓄電容量と5kWの定格出力で依然として市場をリードしていますが、LG RESU Prime（16kWh）など、UL-9540認証基準を通過した新しい選択肢も登場しています。業界のデータを見ると、現在の太陽光発電用蓄電システムは停電時に自動的に切り替わる信頼性が約98%に達しており、かつての鉛蓄電池が達成していた約72%と比べて大幅に改善されています。最近の試験では、停電発生後わずか15秒で、重要な電力需要の約90%を復旧できることが示されています。このような高い信頼性は、停電を心配する家庭にとって大きな違いをもたらします。
太陽光発電システムの継続的な性能を実現する高度なインバーター技術
太陽光発電システムにおける標準インバーターとグリッドフォーミングインバーターの比較
電力網に接続された太陽光発電システムで使用される通常のインバーターは、適切な電圧レベルと周波数を維持するために、主に外部の電力網に依存しています。どこかで停電が発生すると、これらの標準的な装置は、損傷したインフラの修理作業中の作業員への危険を防ぐという安全上の理由から、自動的に動作を停止します。これらはUL 1741規格などに示されているような一定の安全基準を遵守しなければならず、つまり電力網が停止した場合にはすべての接続を遮断する必要があります。一方、いわゆるグリッドフォーミング（grid-forming）インバーターはまったく異なる方式で動作します。こういったインバーターは、ソフトウェア技術を活用して電圧と周波数を自立的に制御し、外部からの信号を必要とせずにマイクログリッドを構築する、小さな発電機のような存在になります。さまざまな太陽光技術関連の学術誌に近年発表された研究によると、最新のグリッドフォーミングシステムは停電直後に自己起動し、既存のバッテリー蓄電システムと円滑に連携できるようになっています。これにより家庭の停電に対するレジリエンス（回復力）が確かに向上しますが、現在販売されている住宅用太陽光パネルの多くがこの機能を備えていないため、限定的な状況となっています。昨年エネルギー省が公表した統計によれば、太陽光発電を導入している家庭の約85％が、真のエネルギー自立に不可欠なこの機能をまだ備えていないのが現状です。
アイランド運転可能なシステム：停電時にも太陽光発電が独立運転できる仕組み
停電時でも独立して運転可能な太陽光発電システムは、特別なインバーターとバッテリー貯蔵装置を組み合わせており、停電が発生しても重要な機器への電力供給を維持できます。これらのシステムは、送電網に異常を検知すると、ほぼ瞬時にリレーが作動して家庭を電力会社の配電線から切り離します。その後、太陽光パネルで発電された電気はハイブリッドインバーターを通じてバッテリーを充電し、必要な家電製品を動作させます。良好な結果を得るには、太陽光による発電量と蓄電量を適切にマッチングさせる必要があります。多くの場合、5kW程度の太陽光パネルに対して10kWhのバッテリーが適しており、曇りの日でも通常12〜24時間程度、基本的な電力需要を賄うことができます。近年、山火事や暴風雨などの自然災害が頻発していることから、こうした系統分離（アイランド運転）機能を持つシステムの導入が急速に進んでいます。再生可能エネルギー研究所が昨年発表したデータによると、停電リスクの高い地域に設置される新しい太陽光発電システムのうち、約42%がこのアイランド運転機能を備えるようになった一方で、2020年にはわずか18%でした。
ハイブリッド太陽光システム：信頼性と電力網からの独立を念頭に置いた設計
停電時にも対応可能な太陽光発電システムアーキテクチャと電力網接続の組み合わせ
ハイブリッド太陽光システムは、通常の電力網との接続に加えてバッテリー貯蔵とスマート制御を組み合わせており、停電時でも引き続き動作します。これらは至る所で見かける標準的な電力網連系型システムとは異なります。実際には、エネルギー管理システム（EMS）と呼ばれるものがあり、通常の電力、その時点で発電されている太陽光発電の電力、およびバッテリーに蓄えられた電力を自在に切り替えます。例えば、ある人が太陽光パネルを設置し、リチウムイオンバッテリーを併用して、UL 1741規格に準拠した特別なインバーターを導入する場合を考えてください。このようなシステムは、停電時に電力網から自立的に分離しても、重要な家電製品を引き続き稼働させることができます。昨年発表された再生可能エネルギーの動向に関する最近の報告書によると、すべてが適切に設定されていれば、単にバックアップ機能のない太陽光パネルだけを設置する場合と比べて、こうしたハイブリッドシステムにより家庭での完全な停電リスクが約92％低下する可能性があります。この種の設置に必要な主な構成機器は一般的に以下の通りです：
- 双方向インバーター 電源間のシームレスな切り替えを可能にする
- スマートバッテリー管理 長時間停電時における重要回路の優先供給
- グリッド形成機能 電力会社の支援なしで電圧を安定化するもの
ケーススタディ：カリフォルニア州の山火事リスク地域におけるハイブリッド太陽光発電システムの導入
ソノマ郡は、昨年だけで火災により郡全体で14,000時間以上もの停電が発生したことを受け、エネルギーのレジリエンス（回復力）に関するある種の試金石となっています。今年初めにカリフォルニア州エネルギー委員会が公表したデータによると、ハイブリッド型太陽光発電システムを導入した家庭では、毎年、停電時間があらゆる点で電力網に依存している家庭と比較して約83%短縮されました。調査対象となったある住宅を例に挙げると、15kWhのバッテリーと10kW分の太陽光パネルを組み合わせたこのシステムは、公共安全のための停電（PSPS）が実施された際も冷蔵庫の運転を維持し、必要な医療機器に電力を供給し、さらに3日間連続で基本的な通信機能を確保しました。数字にも興味深い傾向が現れています。このようなハイブリッド型システムは、火災リスクの高い地域において、新たに設置される太陽光発電のほぼ半数（約41%）を占めるまでになっています。地方政府は建築基準の見直しを進め、保険会社は非常用電源を備えた物件に対して優遇料率を提供しており、安全性と長期的なコスト削減という両面で多くの人々にとってウィンウィンの状況が生まれています。
よくある質問
なぜ太陽光発電システムは停電時に停止するのですか？
系統連系型の太陽光発電システムは、停電時に電気が停止した配電線に電力が逆流するのを防ぎ、電力作業員の安全を確保するために停止します。これは「島しょ運転防止保護」と呼ばれる安全機構によって実現されています。
太陽光発電システムは停電中に独立して運転できますか？
はい、グリッド形成インバータと蓄電池を備えた太陽光発電システムは、停電中でも独立して運転できます。このようなシステムはマイクログリッドを構築でき、主な電力網が停止している場合でも重要な家電機器に電力を供給することが可能です。
ハイブリッド太陽光発電システムの利点は何ですか？
ハイブリッド太陽光発電システムは、系統連系と蓄電池、スマート制御を組み合わせており、停電時にも電力を維持できます。これらのシステムは、標準的な系統連系型システムと比較して、より高い信頼性と独立性を提供します。
太陽光用バッテリーはどのようにバックアップ電源を供給しますか？
ソーラーバッテリーは、昼間に発電された余剰電力を夜間や停電時に使用できるよう蓄えます。主電源が停止すると自動的に作動し、冷蔵庫や医療機器などの重要な機器に電力を供給します。