ソーラーパネルの接続方法 直列接続と並列接続の違いとメリットデメリット

ソーラーパネルの接続方法 直列接続と並列接続の違いとメリットデメリット ソーラーパネルの使い方
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電気料金の上昇に対抗するための一つの方法として、ベランダ発電が注目を集めています。電気料金が下がる見込みがない現状で、自分自身で工夫し、電力会社からの電気の使用を減らすことは我々にとって重要な自衛策となります。

一枚のソーラーパネルを使用して発電する際には問題は少ないのですが、発電量を増やすためにソーラーパネルを二つ以上使うとき、その接続方法『並列接続と直列接続』が重要なポイントとなります。

本記事では、これらの接続方法の利点と欠点を具体的に解説し、自宅でソーラーパネル発電システムを設置する際の参考になる情報を提供します。

各ポイントについては、図解や写真を添えて、より視覚的に理解を深めていただけるよう心掛けています。 それでも解決策が見つからない場合は、どんな質問でも大歓迎ですので、お気軽にコメント欄で教えてくださいね。

2枚のソーラーパネルを直列または並列に接続した場合の発電量を計算するツールを作成しました。よかったらご利用ください♪

  1. ソーラーパネルの並列接続と直列接続:基本説明
    1. ソーラーパネルの並列接続とは?
    2. ソーラーパネルの直列接続とは?
    3. 電圧が30Vを超えないように注意が必要(電気事業法施行令第1条)
    4. ソーラーパネルの電圧が30Vを超える場合、MC4ケーブルの接続は電気工事士の資格が必要か?
    5. ソーラーパネル 直列と並列の接続方法 違いを動画で確認しよう
  2. ソーラーパネルの並列接続と直列接続、それぞれのメリットデメリット
    1. 並列接続のメリットとデメリット
    2. 並列接続のメリット「低い電圧で動作するため、電圧降下の影響を受けにくい」とは?
    3. 直列接続のメリットとデメリット
    4. 直列接続は出力電圧が高くなるとのことですが、どのようなときに適していますか?
  3. 二つの異なるソーラーパネルで直列と並列接続を試してみる
    1. ALLPOWERSとエコフローのフレキシブル100Wを直列・並列接続した時の理論値
    2. 実際の検証結果
  4. ソーラーパネルの並列接続と直列接続 それぞれの影響を受けやすい要因は何ですか?
    1. ソーラーパネルを並列接続するときに特に気をつける点を教えてください
    2. ソーラーパネルを直列接続するときに特に気をつける点を教えてください
    3. システム全体の安全性や保護機能を考慮した場合、並列接続と直列接続のどちらが適していますか?
  5. ソーラーパネルの異なるタイプや出力を持つパネルを混在させる場合、どのように接続すべきか?
    1. 120W(18V/6.6A)と200W(18V/11.1A)を持っています。直列接続と並列接続、どちらで接続する方がいいですか?
    2. 電流が大きい方が発電量が多いのか?
  6. まとめ:並列接続と直列接続の概略

ソーラーパネルの並列接続と直列接続:基本説明

まず最初に知っておくべきことは、ソーラーパネルからの出力は電流と電圧によって決まるということです。そしてこれらは直列接続と並列接続で異なります。

直列接続では電圧が増加し、電流は一定です。これは簡単に言うと、電気の「力」が増えます。

一方、並列接続では電流が増加し、電圧は一定です。これは電気の「量」が増えます。

これがどのように動作するのか、具体的に見ていきましょう。

ソーラーパネルの並列接続とは?

ソーラーパネルの並列接続とは?ソーラーパネルの直列接続とは?

並列接続とは、具体的には、パネルのプラス端子同士を接続し、さらにマイナス端子同士を接続する方法を指します。

この接続方法の特徴として、システム全体の電圧が各パネルの電圧と同じまま保たれ、一方で電流が合計されるという点が挙げられます。つまり、ソーラーパネルが並列接続されていると、電流の増加によって全体の出力が増加するというメカニズムが働きます。

通常、並列接続は同じ電圧を持つパネル同士で行います。例えば、それぞれが100W(17.6V / 5.9A)の性能を持つソーラーパネルを並列接続した場合、結果として「17.6V / 11.8A」の性能を持つシステムが生まれます。

「EcoFlow 100W据え置き型ソーラーパネル(柔性)」を2枚使って並列接続

実際に並列接続するには、ジョイントパーツが必要になります。私は「RENOGY ソーラーパネル並列用Y字型MC4コネクター」を使っています。

RENOGY MC4Y字型 ソーラーパネル並列用Y字型MC4コネクター
RENOGY MC4Y字型 ソーラーパネル並列用Y字型MC4コネクター

※画像はクリックすると大きくなります。

ソーラーパネルの並列接続とは?

実際に並列接続した状態を見てみましょう。

ALLPOWERSとエコフローのフレキシブル100Wを直列・並列接続した時の理論値

並列接続では、パネルの各メス端子をジョイントを使用して一つのメスポートに接続し、同様にオス端子も一つのオスポートに接続します。その後、MC4からXT60への変換ケーブルを使用して、最終的な出力をXT60コネクタとして提供します。

ソーラーパネルの直列接続とは?

ソーラーパネルの並列接続とは?ソーラーパネルの直列接続とは?

直列接続とは、具体的に言えば、一つのパネルのプラス端子を別のパネルのマイナス端子に接続する方法を指します。

この接続方法の特徴として、システム全体の電圧が各パネルの電圧の合計となり、それに対して電流は変わらないということが挙げられます。つまり、直列接続されたソーラーパネルでは、電圧の増加によって全体の出力が増える、という仕組みがあるということです。

通常、直列接続は同じ電流を持つパネル同士で行います。例えば、それぞれが100W(17.6V / 5.9A)の性能を持つソーラーパネルを直列接続した場合、結果として「35.2V / 5.9A」という性能を持つシステムが生まれます。

「EcoFlow 100W据え置き型ソーラーパネル(柔性)」を2枚使って直列接続

直列接続の場合、追加のパーツは不要です。実際の接続状態を見てみましょう。

ALLPOWERSとエコフローのフレキシブル100Wを直列・並列接続した時の理論値

まず、ソーラーパネルの一方のオスと他方のメスを接続します。そして、残りのオスとメス端子をMC4からXT60への変換ケーブルに接続し、出力をXT60コネクタとして提供します。

電圧が30Vを超えないように注意が必要(電気事業法施行令第1条)

直列接続や並列接続を行う際、電圧が30Vを超えないように注意が必要です(ただし、電気工事士の資格を持っている方は除きます)。DIYによる太陽光パネル設置が30V未満に制限されているのは、電気事業法の規定によるものです。

電気事業法施行令第1条には、電気工作物から除外される設備の定義が記載されています。その中に「電圧30ボルト未満の電気的設備で、かつ電圧30ボルト以上の電気的設備と電気的に接続されていないもの」(引用:電気事業法施行令)との規定が含まれています。

参照:電気事業法施行令第1条

ソーラーパネルの電圧が30Vを超える場合、MC4ケーブルの接続は電気工事士の資格が必要か?

経済産業省の作成した、電気工事士法について「よくある質問」より。

太陽光発電に利用する各パネル(太陽電池モジュール)から出ている電線同士を差し込み式端子を利用して接続する場合、電気工事士が実施する必要があるのか。

電線に付いている接続端子を介して、端子同士を接続する作業であり、「電気工事士施行規則」第2条第1項第1号イに定める「電線相互を接続する作業」に当たらないため、電気工事士が工事する必要はありません。
なお、差し込み式端子相互の接続ではなく、電線そのものを圧着スリーブ等を使用して接続を行う場合、電線を集合ボックスに接続する場合は、上記施行規則に該当するため、電気工事士が工事する必要があります。

上記の条件で、ソーラーパネルのMC4ケーブルとポータブル電源のMC4ケーブルを接続する場合、電気工事士の資格が必要だと思いますか?

私の解釈では、ソーラーパネルのMC4ケーブルとポータブル電源のMC4ケーブルを接続する際、接続はケーブルの既存の接続端子(つまりMC4コネクタ)を用いて行われると理解します。

この場合、端子同士を接続するだけの作業となるため、「電気工事士施行規則」第2条第1項第1号イに定められている「電線相互を接続する作業」に該当しないと考えられます。したがって、特に電気工事士がこの作業を行う必要はないと思われます。

ただし、もしケーブルそのものを改造する必要があったり、電線を集合ボックスなどに直接接続する場合には、施行規則に該当する作業となりますので、電気工事士の資格が必要となります。

ソーラーパネル 直列と並列の接続方法 違いを動画で確認しよう

このセクションでは、実際にソーラーパネルを2枚使って直列と並列の接続方法をご紹介します。興味のある方は、以下の動画(4分程度)をご覧になってください。

動画を見るのが面倒な方のために簡単に説明いたします。今回は、「レノジー 両面ソーラーパネル 220ワット」を2枚使用します。一枚あたりの出力電圧が18.78ボルト、電流が12.24アンペアのソーラーパネルです。

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ソーラーパネル 直列と並列の接続方法 違いを動画で確認しよう
レノジー 両面ソーラーパネル 220ワットの直列と並列時の電圧・電流

このパネルを直列接続した場合、合計の出力電圧は37.74ボルトになり、電流は一枚当たりの12.24アンペアが維持されます。一方、並列接続の場合、電圧は一枚当たりの18.78ボルトが維持され、電流は2枚合わせて24.48アンペアとなります。

ソーラーパネル 直列と並列の接続方法 違いを動画で確認しよう
直列接続

直列接続するために必要なツールはありません。直列接続は、一つのパネルのオスの端子を他のパネルのメスの端子に接続することで作ります。そして、残ったオス端子とメス端子をポータブル電源に接続するための変換ケーブルに繋げます。

全体としての電圧が増加しますが、電流は一定です。日照が一定で、パネル全体に均一に当たる状況で有効です。

ソーラーパネル 直列と並列の接続方法 違いを動画で確認しよう
並列接続

次に、並列接続について見てみましょう。必要なパーツは「並列用MC4コネクター Y字型」です。並列接続では、同じ形の端子をつなげます。つまり、オスの端子をオスの端子に、メスの端子をメスの端子に接続します。その時に並列用コネクターが必要となります。

ソーラーパネルの並列接続とは?

全体としての電流が増加し、電圧は一定となります。並列接続は、日照が不均一な場合やパネルに影がかかりやすい状況で効果的です。

ソーラーパネルの並列接続と直列接続、それぞれのメリットデメリット

ソーラーパネルの活用に際しては、配線方法として「直列接続」と「並列接続」が主に用いられます。これらは異なる特性を有するため、それぞれの特徴を理解し、目的に応じて選択することが重要です。

直列接続は、特に以下の特性を持っています。

  1. 電圧の増加:大型機器の運用に有用です
  2. 性能低下のリスク:一枚のパネルに影が落ちると全体の性能が低下します。
  3. パネル間で性能差が出ると性能が下がる可能性もあります

一方、並列接続は、次のような特性があります:

  1. 電流の増加:影の影響を受けにくいため、安定した電力供給が可能です
  2. 高電力供給の難しさ:高電力を必要とする機器への供給が難しいです
  3. コスト増:配線に必要なコストが増える可能性があります

直列接続と並列接続、それぞれには利点と欠点があります。たとえば、庭やベランダにソーラーパネルを設置し、自家消費を目指す場合、電気料金を節約するという観点からは並列接続が推奨されます。

並列接続のメリットとデメリット

並列接続の最大の利点は、全体の電流が増加することです。電力を必要とする機器やシステムに十分な電流を供給することが可能となります。さらに、一部のパネルが影に覆われても、全体の性能への影響は少なく、システムの安定性が向上します。

並列接続のデメリットとしては、高電圧が得られないことが挙げられます。また、全体の電流が増えるため、太いケーブルが必要となり、そのコストも増えることとなります。加えて、パネル間での性能差が大きい場合、全体の効率が低下する恐れもあります。

電流の増加による電力の向上や一部のパネルが影に覆われても他のパネルへの影響が少ないという利点がある一方で、電圧の上昇が少なく、配線が複雑になりがちであるというデメリットも理解しておくことが重要です。

並列接続のメリット「低い電圧で動作するため、電圧降下の影響を受けにくい」とは?

「低い電圧で動作するため、電圧降下の影響を受けにくい」とは、並列接続では各ソーラーパネルが同じ電圧で動作し、全体の電圧はそれほど高くならないことを意味しています。電圧降下とは、電線の抵抗によって電圧が低下する現象です。

電線は長くなるほど抵抗が増加し、電圧降下が大きくなります。しかし、並列接続の場合、電圧が低いため、電線の抵抗による電圧降下の影響が比較的小さくなります。これにより、安定した電力供給が得られやすくなります。

直列接続のメリットとデメリット

直列接続の一番の利点は、全体の電圧が増加することです。高い電圧が求められる機器やシステムに対応するのに適しています。さらに、ケーブルの太さを細くすることが可能で、ケーブルのコスト削減にもつながります。

DIYで太陽光パネルを設置できるのが30V未満に限定されている点には注意してください。

直列接続には欠点も存