導入
何十年もの間、エネルギー分野の常識では、再生可能電源、特に太陽光発電-は現代の電力システムのバックボーンとして機能するには断続的かつ信頼性が低すぎると考えられていました。太陽光パネルはすぐに劣化し、ストレスがかかると故障し、さらに悪いことに、電力網上の需要と供給の絶妙なバランスに混乱をもたらすという誤解が根強くあります。批評家は、太陽エネルギーは気まぐれであるだけでなく、電圧変動や停電を引き起こす可能性があり、送電網の安定性に対する脅威でもあるとしばしば主張してきました。
しかし、この見方はますます時代遅れになりつつあります。数十年にわたる運用データ、パワー エレクトロニクスの進歩、現実世界の送電網統合の経験を活用すると、まったく異なる状況が浮かび上がってきます。-太陽光発電技術は非常に信頼性が高いことが証明されており、思慮深く導入すると、送電網の回復力と安定性が積極的に強化されます。この記事は、太陽光発電の信頼性の背後にある技術的現実と、それが電力システムに与えるプラスの影響を解明することを目的としています。
太陽光発電技術の実証済みの信頼性
ソーラーパネルについて最初に考えるのは、信頼性が低いという人もいます。しかし実際には、これはもう当てはまらないのです。今日のほとんどの PV パネルは、以前よりもはるかに信頼性が高く、強度が高く、以前のエネルギー生成形式に比べてお客様によるメンテナンス作業がはるかに少なくなります。ガス タービン エンジンやディーゼル エンジン (回転機械がある) とは異なり、ソーラー パネルには回転部品がないため、磨耗、損傷、および/または潤滑の余地がありません。ソーラーパネルの主要コンポーネントである「半導体接合」は、エレクトロニクス分野で50年以上にわたって成功裏に使用され、絶対的な信頼性があることが証明されている実証済みのシリコン技術を使用して作られています。
-米国国立再生可能エネルギー研究所（NREL）が実施したような長期環境評価研究では、高品質の PV モジュールの定格出力の年間劣化は年間 0.5% 未満であることが示されています。 1980 年代と 1990 年代に設置された多くのシステムは、30 年以上使用された現在、当初の定格出力の 80% 以上を生産しています。ほとんどの PV モジュール メーカーは、PV モジュールに対して最低 25 年間の保証を提供しています。ただし、モジュールはこの日以降も長期間動作し続ける可能性があります。故障はほぼ外部要因（不適切な設置、極端な気象条件など）の結果として発生しますが、太陽光発電モジュールの固有の故障率は年間 0.05% 未満です。-化石燃料発電所のコンポーネントの多くを含む他のほとんどの発電技術の故障率は、太陽光発電モジュールの故障率と同等かそれ以下です。-そのため、太陽エネルギーはかなり信頼性の高いハードウェア オプションとなっています。
神話から現実へ: 最新のインバーターがどのように送電網を安定化させるか
2 番目の、より技術的な通説は、太陽光発電が送電網の安定性を「破壊する」というものです。この懸念は歴史的に、初期の系統接続インバータから生じていました。このインバータは、単純に可能な限り多くの電力を系統に送り込み、障害が発生した場合には直ちに切断するように設計されていました。{1}理論的には、この受動的な動作によりシステムの慣性が低減される可能性がありますが、それはもはや標準ではありません。
現在のグリッド-サポート インバータ-は、「スマート インバータ」または「グリッド-フォーミング インバータ」-と呼ばれることがあり、大きな変革をもたらします。-これらには、グリッドの健全性に積極的に貢献する高度な制御機能が組み込まれています。主な機能は次のとおりです。
電圧と周波数の制御:スマート インバータは、実出力電力と無効出力電力をミリ秒単位で調整することで、通常の同期発電機 AVR と同様に電圧と周波数の偏差を補正できます。
ライドスルー機能:{0}新しいインバータにはライドスルー機能があり、短時間の障害（落雷が発生した場合や送電線に木の枝が落ちた場合など）が発生した場合でも系統をサポートし続け、障害が解消されるとすぐに電力を系統に再注入できます。-
合成慣性:太陽光発電には蒸気タービンのような物理的な回転質量はありませんが、高度なインバータは、周波数が変化するときに慣性をシミュレートするために、高速で電力を取り出して注入する機能を備えています。この合成慣性により、従来の発電機は最大出力まで上昇するまでに貴重なミリ秒を得ることができます。
これらの機能により、送電網が不安定になるどころか、高浸透ソーラーゾーンがより高い回復力で運用できるようになります。{0}たとえば、南オーストラリア州では、-瞬間再生可能エネルギーが 60% 以上を占める地域-送電網-でインバーターを形成し、大規模なシステム分離の後、ローカル ネットワークのブラックスタートに成功しました。{6}}これまでは水力発電所またはガス発電所でのみ可能でした。
分散型太陽光発電: 送電ストレスの軽減と回復力の強化
分散型太陽エネルギー生成は、従来の送電網ベースの電力よりも使用地点に近い場所で生成されるため、既存の送電線へのストレスが軽減されます。{0}}従来の発電は、大規模な発電所で電気を生成し、その後高電圧送電線を介して数百キロメートル輸送され、最終的に必要な場所で使用されます。このモデル（ハブ-と-スポーク）では、元の発電量の 8 - 10% の損失が許容され、単一障害点が作成されます。たとえば、送電柱または鉄塔が倒れると、ハブとスポークのグリッドの一般的な設計の結果として大規模な停電が発生する可能性があります。--
消費地点の近くに分散型太陽光発電を使用して蓄電または発電した電力を生成することにより、変電所から消費地点まで輸送される電力の量が減少します。これは、消費者による電気エネルギーの需要が、従来の送電網を使用した場合に現在示されているものよりも減少していることを意味します。この需要の減少により、送電および配電システムの高価なアップグレードの必要性が遅れるか、あるいは不要になる可能性さえあります。さらに、山火事、ハリケーン、および/またはサイバー攻撃の際には、多数の分散型太陽光発電+蓄電施設が存在し、マイクログリッドを構築して、中央送電網全体が復旧に努めている間、少なくとも部分的に主要施設(水処理や病院など)に電力を供給し続けることができます。これがグリッドの回復力と呼ばれるものです。
結論
昔、人々は太陽光発電技術は信頼できず、送電網を破壊する可能性があると考えていました。数十年にわたる運用履歴から、太陽光発電 (PV) モジュールは信頼性が高く耐久性のあるコンポーネントであるため、メンテナンスはほとんど必要なく、長年にわたる信頼性が保たれることがわかります。インバーター技術は急速に進化し、電圧サポート、周波数調整、合成慣性を提供することにより、太陽光を受動的で時には問題のあるエネルギー源から、電力網の安定性に積極的に関与するものに変換しました。分散型アプリケーションで太陽光発電を利用することで、送電網の混雑を緩和し、大規模な中断に対する電力網の回復力を高めることができます。
エネルギー転換を加速するにあたり、すべての技術者、政策立案者、国民がテクノロジーそのものに対する過去の不安を利用するのではなく、利用可能な最新テクノロジーを活用することが重要です。したがって、太陽光発電は、21 世紀の電力網の最も弱い部分の 1 つから、最も重要で安定化するコンポーネントの 1 つに変わりつつあります。
