年間発電量のシミュレーションを二つ並べて、担当者が首をひねる。同じ出力帯のパワーコンディショナ(PCS)を積んだ、条件のよく似た二つの発電所。カタログの「最大変換効率」はどちらも96%台で、差はほとんどない。ところが一年動かしてみると、片方は当初のシミュレーションどおりの発電量を出し、もう片方はそれよりわずかに、しかし確実に下回る。
パネルの枚数も角度も、地域も同じだ。故障しているわけでもない。違うのはPCSの型番だけ。カタログの数字は同じに見えたはずなのに、なぜ差が出るのか。
答えの見当は、案外つきにくい。最大変換効率という数字が、発電所が一年のうちごくわずかな時間しか経験しない条件でしか測られていない——そう気づいたときに、ようやく違和感の正体が見えてくる。
最大変換効率とは何か——「一番条件のいい一点」の数字
カタログの効率は、最大変換効率・定格負荷効率・加重平均を区別して読む。最大値が生じる負荷率を定格出力付近と決めつけず、測定条件と効率曲線を確認する。パナソニックのVBPC255GC1の2018年仕様書は、定格電力変換効率95.0%を入力電圧DC330V・力率0.95の条件で示している。これはその機種と資料の例であり、日本メーカー全般の測定・表示慣行を示すものではない。
ここに、見落とされがちな条件がすでに二つ隠れている。一つは入力電圧、もう一つは力率だ。同じVBPC255GC1でも、力率を1.00にすると効率は「(参考)95.5%」へ0.5ポイント上振れする。つまりカタログの「95.0%」は、DC330Vという特定の入力電圧、0.95という特定の力率で測ったときの、一点の数字にすぎない。
その一点の値だけで年間発電量が同じ割合で増えるとは限らない。資料に部分負荷効率や効率曲線がある場合は併せて確認し、未掲載なら値を推測せずメーカーへ問い合わせる。
なぜ実際の発電はその条件で動き続けないのか——日射は一日中揺れ続ける
定格負荷効率は、その資料に記載された定格負荷と入力条件での値である。実際の運転がその条件と一致する時間は、設備と日射条件によって異なる。
日射量や入力電圧、設備容量の組合せによってPCSの負荷率は変動する。年間の運転分布は地域・設計・設備条件で異なるため、発電時間の大半が一定の負荷率範囲に収まると一律には扱わない。
オムロンのKPKシリーズの公式ページは、低出力500W時の変換効率94.7%を掲載している。このように部分負荷時の値が確認できる例もある。使用予定機種の測定条件をそろえ、最大値や定格値と区別して比較する。
最大変換効率だけでは、部分負荷時の性能差を比較できない。年間発電量の評価では、想定する運転条件と部分負荷特性を合わせて確認する。
欧州効率(Euro efficiency)とは何か——複数の負荷率を加重平均した「実運転に近い数字」
この視界の外を測るために考案されたのが、欧州で広く使われている欧州効率(Euro efficiency、Euro-eta)という指標だ。欧州委員会共同研究センター(JRC)が2018年のPV専門家会合で示した資料によれば、欧州効率は次の式で計算される。
η_EUR = 0.03×η5% + 0.06×η10% + 0.13×η20% + 0.10×η30% + 0.48×η50% + 0.20×η100%5%・10%・20%・30%・50%・100%という6段階の負荷率それぞれで測定した変換効率(η)に、決められた重みを掛けて足し合わせる。最大変換効率が「一番条件のいい一点」だとすれば、欧州効率は「実際に発電している時間の分布に合わせて、複数の点を混ぜ合わせた」数字だ。
JRCの資料は、実在するインバータの例として「最大効率/欧州効率」の組み合わせを二つ示している。一つは92.1%/90.9%、もう一つは93.5%/91.8%。どちらも、最大効率から1.2〜1.7ポイントほど低い数字が欧州効率として並ぶ。この差は測定誤差ではない。低負荷帯での効率の落ち込みが、加重平均という形でそのまま数字に織り込まれた結果だ。
なぜ50%負荷の重みが最も大きいのか——中央ヨーロッパの日射パターンという背景
先の式をよく見ると、6つの重みのうち最大は0.48、負荷率50%に割り当てられている。定格出力(100%)の重みは0.20しかない。カタログの顔になるはずの定格出力という条件が、欧州効率の計算の中では、むしろ軽い扱いを受けている。
なぜこうなるのか。JRCの資料は、この重み係数が「インバータの種類に応じて決まる」ものであり、系統連系形の場合は地域の日射時間分布曲線を基に設定されると説明している。欧州効率の重みは、中央ヨーロッパの実際の日射パターン——強い晴天が続く日が少なく、曇天や薄曇りの時間が長く挟まる気候——を統計的に反映して決められたものだ。定格出力に近い強い日射が得られる時間は年間を通じて限られており、中程度の負荷率で運転している時間の方がずっと長い。この実態を、重み係数という形でそのまま指標に落とし込んだのが欧州効率だった。
CEC効率(米国基準)との違い——同じ発想、違う気候
同じ発想に基づきながら、重みの配分がまったく異なる指標がもう一つある。米国カリフォルニアエネルギー委員会(CEC)が示したCEC効率だ。JRCの資料が示す計算式は次のとおりである。
η_CEC = 0.04×η10% + 0.05×η20% + 0.12×η30% + 0.21×η50% + 0.53×η75% + 0.05×η100%負荷率75%に0.53という、欧州効率の50%(0.48)を上回る最大の重みが置かれている。PVsystの技術文書は、CEC効率について「高日射地域である米国南西部向けに提案された加重平均」と説明する。日照が強く安定している地域では、PCSがより高い負荷率で運転している時間が長い。だからこそ、重みの山も75%側へ寄っている。
同じ「加重平均」という手法でありながら、欧州効率とCEC効率がまったく違う数字になり得るのは、優劣の問題ではなく、前提にしている気候・日射条件が違うからだ。日本の気候はどちらの前提とも完全には一致しない。欧州効率やCEC効率の数値を、そのまま「日本での実効率」と読み替えることもできない。あくまで、最大変換効率という一点だけでは見えない部分負荷特性を映し出す、参考指標として捉える必要がある。
日本のカタログに「欧州効率」が載っていない理由
効率の表示方法は機種と資料ごとに確認する。LIXILが2017年に発行した資料では、掲載機種の値をJIS C 8961に基づく定格負荷効率と注記している。これはその資料の対象機種の例であり、日本メーカー全体が一点だけで測定・表示するという根拠にはならない。
欧州効率が未掲載であることから、部分負荷の測定データの有無や値は推定できない。規格上の測定点と、個々の製品が実際に測定・公開している条件も区別する。使用予定の機種の仕様書・部分負荷特性を確認し、不明な条件や未掲載の性能はメーカーへ照会する。
カタログを比較するときの注意点
以上を踏まえると、PCSのカタログを見るときに立てるべき問いは「最大変換効率は何%か」ではなく、次のようなものになる。
- その数値は、どの負荷率・どの条件で測られたものか。定格出力(100%)付近の一点なのか、力率1.00という理想条件下なのか。パナソニックVBPC255GC1のように、力率0.95時と1.00時で0.5ポイントの差が出る例もある。同じ機種の数値でも、条件が違えば読み方が変わる。
- 低負荷時の効率が公表されているか。オムロンKPKシリーズのように低出力時の数値をあえて明記しているメーカーがあれば、その数値自体が比較材料になる。逆に低負荷時の数値が一切公表されていない機種は、部分負荷特性が不明のまま選定することになる。
- 効率曲線(グラフ)が公開されているか。数値の羅列よりも、負荷率に対する効率のグラフを見れば、定格出力に向けて右肩上がりなのか、中負荷域でピークを迎えたあと緩やかに下がるのかが一目で分かる。
- 設置環境と発電パターンが、その機種の得意な負荷帯と合っているか。曇天が多く部分負荷の時間が長い地域・向きに設置するなら、最大変換効率が同程度でも、低負荷効率の高い機種の方が年間発電量で有利になり得る。
最大変換効率が同じ数字に見える二つの機種でも、その裏にある効率曲線の形はまったく別物であり得る。カタログの一点だけを比べて「同じくらいだろう」と判断するのは、欧州効率という指標が生まれた背景を踏まえると、いささか早計だ。
FAQ
Q. 最大変換効率と欧州効率、どちらを見て機種を選べばよいですか？
A. 用途によります。定格出力に近い状態で長時間運転する環境では最大変換効率も参考になりますが、住宅用など出力変動が大きい設置環境では、部分負荷での効率（欧州効率のような加重指標、または低出力時の公表値）の方が年間発電量への影響が大きくなります。両方を確認したうえで判断するのが安全です。
Q. 欧州効率の数値は日本の気候にもそのまま当てはまりますか？
A. そのまま当てはめることはできません。欧州効率の重み係数は中央ヨーロッパの日射時間分布に基づいて設定されたもので、日本の気候・地域ごとの日照パターンとは前提が異なります。あくまで「最大変換効率という一点だけでは見えない部分負荷特性がある」ことを示す参考指標として捉えるべきです。
Q. CEC効率とは何ですか。欧州効率と何が違いますか？
A. CEC効率は米国カリフォルニアエネルギー委員会が示した加重平均効率で、考え方は欧州効率と同じですが重み係数が異なります。欧州効率は負荷率50%に最大の重み(0.48)を置くのに対し、CEC効率は負荷率75%に最大の重み(0.53)を置いており、これは日照が強く安定した米国南西部の気候を反映したものとされています。
Q. 日本メーカーのカタログに欧州効率が載っていないのはなぜですか？
A. 表示する効率の種類と測定条件はメーカー・機種・資料によって異なります。たとえばLIXILの2017年資料は掲載機種の値を定格負荷効率と注記していますが、日本メーカー全体の掲載慣行を示すものではありません。欧州効率が未掲載でも、測定データの有無や値を推測せず、使用予定の機種の仕様書・部分負荷特性を確認し、不明な点はメーカーへ問い合わせてください。
Q. カタログの最大変換効率が同じ機種同士でも、発電量に差が出ることはありますか？
A. あり得ます。最大変換効率は公表された測定条件内の最高値であり、負荷率ごとの効率や年間の運転分布を表すものではありません。低負荷時の効率が公表されている機種であれば、その数値も比較材料にしたうえで選定することをおすすめします。
パワーコンディショナの選定・見積もりについて
「カタログの最大変換効率だけでなく、低負荷帯の効率や実際の効率曲線まで踏まえて機種を比較したい」「同容量帯のPCSを複数メーカーで比較検討したい」といったご相談を、施工店・発電事業者様からいただきます。
PCSの効率表示は入力電圧・力率・負荷率といった測定条件によって変わり、カタログの一点だけでは実際の年間発電量を推し量れない場面が少なくありません。当サービス「電材サーチ」では、PCS本体の仕様確認から、周辺部材まで含めた見積もりまでご相談いただけます。
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