太陽光発電システム

太陽光発電システムは、PVシステムまたは太陽光発電システムとも呼ばれ、太陽光発電によって使用可能な太陽エネルギーを供給するように設計された電力システムです。太陽光を吸収して電気に変換するソーラーパネル、出力を直流から交流に変換するソーラーインバータ、および動作システムを構築するための取り付け、ケーブル、およびその他の電気アクセサリを含むいくつかのコンポーネントの配置で構成されています。多くの実用規模のPVシステムは、固定設置型システムよりも多くの電力を生成するために、空を横切る太陽の毎日の軌道を追う追跡システムを使用しています。 ^[1]

PV システムは光を直接電気に変換するもので、暖房や冷房に使用される集光型太陽熱発電や太陽熱など、他の太陽光技術と混同しないでください。ソーラー アレイは、PV システムの目に見える部分であるソーラー パネルのみで構成され、その他のハードウェア(BOS (バランス オブシステム) と要約されることが多い) は含まれません。PV システムには、数キロワットから数十キロワットの容量を持つ小型の屋上設置型または建物一体型システムから、数百メガワットの大規模な公共施設規模の発電所まで、さまざまなものがあります。現在、オフグリッド システムまたはスタンドアロン システムは、市場のごく一部を占めています。

PVシステムは静かに動作し、可動部品や大気汚染もなく、ニッチな市場アプリケーションから主流の発電に使用される成熟した技術へと進化しました。太陽光発電の成長により、PVシステムの価格は導入以来急速に低下していますが、市場やシステムのサイズによって異なります。今日では、太陽光発電モジュールがシステム全体のコストの半分以下を占めており、^[2]残りは残りのBOSコンポーネントと、顧客獲得、許可、検査と相互接続、設置作業、資金調達コストなどのソフトコストです。^{[3] ：14}

太陽光発電システムは、太陽からの放射を光の形で、使用可能な電気に変換します。太陽光発電システムは、太陽電池アレイと残りのシステム コンポーネントで構成されます。PV システムは、グリッド接続型とスタンドアロンシステム、建物統合型とラックマウント型、住宅用と公共システム、分散型と集中型、屋上設置型と地上設置型、追跡型と固定傾斜型、新築システムと改修システムなど、さまざまな側面で分類できます。その他の区別としては、マイクロインバータを使用したシステムと集中型インバータ、結晶シリコンを使用したシステムと薄膜技術を使用したシステム、モジュールを使用したシステム などがあります。

ヨーロッパ全体の約99％、米国の約90％の太陽光発電システムは電力網に接続されているが、オフグリッドシステムはオーストラリアと韓国でやや一般的である。^{[4] : 14} PVシステムではバッテリーストレージがほとんど使用されていない。分散型エネルギーストレージに対する政府のインセンティブが実施され、ストレージソリューションへの投資が小規模システムにとって徐々に経済的に実行可能になるにつれて、これは変化する可能性がある。^{[5] [6]}英国では、未使用の電気をグリッドにフィードバックできないグリッド制約と、電気料金の増加による経済性の向上の結果として、バッテリーストレージを使用する商用システムの数が徐々に増加している。^[7]一般的な住宅用ソーラーアレイは、大幅に高価な屋根や建物のファサードに組み込まれるのではなく、屋根にラックマウントされています。ユーティリティ規模の太陽光発電所は、高価な追跡装置を使用するのではなく、固定された傾斜したソーラーパネルを使用して地上に取り付けられています。結晶シリコンは、世界中で生産されるソーラーモジュールの90％で使用される主要な材料であり、そのライバルである薄膜は市場シェアを失っています。^{[8] : 17–20}太陽電池とモジュール全体の約70％は中国と台湾で生産されており、欧州と米国のメーカーによる生産はわずか5％です。^{[8] : 11–12}小規模な屋上システムと大規模な太陽光発電所の両方の設置容量は急速に増加しており、その割合は同程度ですが、新規設置の焦点が欧州から米国のサンベルトなどのより日照量の多い地域に移り、地上設置型太陽光発電ファームに対する反対が少なく、投資家が費用対効果をより重視するようになったため、ユーティリティ規模のシステムに向かう傾向が顕著です。^{[4] : 43}

技術の進歩と製造規模の拡大および高度化により、太陽光発電のコストは継続的に低下しています。^[9]世界中には数百万のPVシステムが設置されていますが、そのほとんどはヨーロッパで、ドイツだけで140万のシステムが設置されています^{[8] : 5} –北米では、米国に44万のシステムがあります^[10] 。従来の太陽電池モジュールのエネルギー変換効率は、2004年以降15パーセントから20パーセントに向上しており^{[8] : 17}、PVシステムは約2年で製造に必要なエネルギーを回収します。例外的に放射線量が高い場所や薄膜技術が使用されている場合、いわゆるエネルギー回収期間は1年以下に短縮されます^{[8] : 30–33} ネットメータリングや、太陽光発電の優遇固定価格買い取り制度などの財政的インセンティブも、多くの国でPVシステムの設置を大いに後押ししています。^{[11]大規模太陽光発電システムからの}電力の均等化発電コストは、拡大する地域で従来の電源と競争できるようになり、約30カ国でグリッドパリティが達成されました。^{[12] [13] [14] [15]}

2015年現在、急成長を遂げている世界の太陽光発電市場は、200GWの水準に急速に近づいており、これは2006年の設置容量の約40倍に相当します。^{[16]これらのシステムは現在、世界の発電量の約1％を占めています。容量の点で}PVシステムのトップインストール国は現在、中国、日本、米国ですが、世界の容量​​の半分はヨーロッパに設置されており、ドイツとイタリアはそれぞれ国内電力消費の7％から8％を太陽光発電で供給しています。^[17]国際エネルギー機関は、 2050年までに太陽光発電が世界最大の電力源になると予想しており、太陽光発電と集光型太陽熱発電がそれぞれ世界の需要の16％と11％を占めています。^[3]

グリッド接続システムは、より大きな独立したグリッド（通常は公共の電力グリッド）に接続され、グリッドに直接エネルギーを供給します。クレジットされるエネルギー生産が顧客のエネルギー消費とは独立して計算されるか（固定価格買い取り制度） 、またはエネルギーの差額のみに基づいて計算されるか（ネットメータリング）、に応じて、このエネルギーは収益測定ポイントの前または後に住宅または商業ビルで共有される場合があります。これらのシステムの規模は、住宅用（2～10 kW _p）から太陽光発電所（最大数十 MW _{p ）までさまざまです。これは}分散型発電の一種です。電力をグリッドに供給するには、特別な同期グリッド接続インバーターによって DC を AC に変換する必要があります。キロワット規模の設備では、抵抗損失を制限するために、DC 側のシステム電圧が許容される最大電圧（通常は米国の住宅用 600 V を除いて 1000 V）になります。ほとんどのモジュール（60 個または 72 個の結晶シリコンセル）は、36 ボルトで 160 W ～ 300 W を生成します。モジュールを全て直列に接続するのではなく、部分的に並列に接続することが必要または望ましい場合があります。直列に接続された個々のモジュールのセットは「ストリング」と呼ばれます。^[18]直列に接続された「ストリング」のセットは「アレイ」と呼ばれます。

太陽光発電システムは、一般的に、住宅用屋上、商業用屋上、地上設置型ユーティリティ スケールの 3 つの市場セグメントに分類されます。その容量は、数キロワットから数百メガワットまであります。一般的な住宅用システムは 10 キロワット程度で、傾斜した屋根に設置されますが、商業用システムはメガワット規模に達することもあり、通常は傾斜の緩い屋根や平らな屋根に設置されます。屋上設置型システムは小型で、大規模なユーティリティ スケールの設備よりもワットあたりのコストが高いものの、市場で最大のシェアを占めています。しかし、特に地球の「サンベルト」地域では、より大規模なユーティリティ スケールの発電所への傾向が高まっています。^{[4] : 43  [19]}

大規模な公益事業規模のソーラーパークまたはファームは発電所であり、多数の消費者にエネルギーを供給することができます。発電された電気は、中央発電所（系統接続型または系統連系型発電所）によって電力を供給される送電網に送られるか、1台または多数の家庭用発電機と組み合わせて小規模な電力網（ハイブリッド型発電所）に送られます。まれに、発電された電気がアイランド/独立型発電所によって直接貯蔵または使用されることもあります。^{[20] [21]} PVシステムは一般に、特定の投資に対して最高のエネルギー収量を確保できるように設計されます。Solar Star、Waldpolenz Solar Park、Topaz Solar Farmなどの一部の大規模な太陽光発電所は、数十から数百ヘクタールの敷地をカバーし、最大数百メガワットの電力を出力します。

小型のPVシステムは、1軒の家、またはACまたはDC電気の形で独立したデバイスに電力を供給するのに十分なAC電力を供給できます。軍事および民間の地球観測衛星、街灯、建設および交通標識、電気自動車、太陽光発電テント、^[22] 、および電気飛行機には、設計と電力需要に応じて、ACまたはDC電力の形で主または補助電源を提供する統合型太陽光発電システムが含まれている場合があります。2013年には、屋上システムが世界中の設置の60％を占めました。ただし、新しいPV設置の焦点もヨーロッパから、地上設置型太陽光発電ファームへの反対がそれほど顕著ではない地球のサンベルト地域の国々に移っているため、屋上から離れ、ユーティリティ規模のPVシステムに向かう傾向があります。^{[4] ：43}ポータブルおよびモバイルPVシステムは、ユーティリティ接続から独立した電力を供給し、「オフグリッド」操作を実現します。このようなシステムは、 RVやボートで非常に一般的に使用されているため、これらの用途に特化した小売業者や、特にこれらを対象とした製品があります。RVは通常、バッテリーを搭載し、公称12ボルトのDC電源で照明やその他のシステムを動作させるため、RVシステムは通常、12ボルトのバッテリーを直接充電できる電圧範囲で動作するため、PVシステムを追加するには、パネル、充電コントローラー、配線のみが必要です。RVのソーラーシステムは、通常、RVの屋根のスペースの物理的なサイズによってワット数が制限されます。^[23]

都市部や郊外では、電力消費を補うために屋上に太陽光発電パネルを設置することが多い。建物は電力網に接続されていることが多く、その場合、太陽光発電パネルで発電した電力を何らかのネットメータリング契約に基づいて電力会社に売り戻すことができる。電力会社の中には、商業顧客の屋上や電柱を利用して太陽光発電パネルを設置しているところもある。^{[24]ソーラーツリーは、その名の通り、木の外観を模倣し、日陰を作り、夜間は}街灯として機能するパネルである。

収益の経時的不確実性は、主に太陽資源の評価とシステム自体のパフォーマンスに関係しています。最良のケースでは、不確実性は通常、年ごとの気候変動で 4%、太陽資源の推定 (水平面内) で 5%、アレイの平面での放射量の推定で 3%、モジュールの電力定格で 3%、汚れによる損失で 2% 、雪による損失で 1.5%、その他のエラーの原因で 5% です。管理可能な損失を特定して対処することは、収益と O&M の効率にとって重要です。アレイのパフォーマンスの監視は、アレイの所有者、ビルダー、および生成されたエネルギーを購入するユーティリティ間の契約上の合意の一部である場合があります。^[要出典]すぐに入手できる気象データを使用して「合成日」を作成する方法と、Open Solar Outdoors Test Field を使用した検証により、高い精度で太陽光発電システムのパフォーマンスを予測できます。^[25]この方法を使用すると、雪による損失メカニズム^{[26] [27]}や、表面コーティング（疎水性または親水性など）が汚れや雪による損失に与える影響など、ローカルスケールでの損失メカニズムを判断できます。^[28]（ただし、激しい地面の干渉がある大雪環境では、雪による年間損失が 30% になる可能性があります。^[29]）インターネットへのアクセスにより、エネルギー監視と通信がさらに改善されました。専用システムは、多くのベンダーから入手できます。マイクロインバータ（パネルレベルの DC から AC への変換）を使用する太陽光発電システムの場合、モジュールの電力データが自動的に提供されます。一部のシステムでは、制限に達したときに電話/電子メール/テキスト警告をトリガーするパフォーマンスアラートを設定できます。これらのソリューションは、システム所有者とインストーラにデータを提供します。インストーラは、複数のインストールをリモートで監視し、インストールベース全体の状態を一目で確認できます。^[要出典]

住宅、商業、または産業用のエネルギー供給用の太陽光発電システムは、ソーラー アレイと、多くの場合システム バランス(BOS) としてまとめられる多数のコンポーネントで構成されています。この用語は、「バランス オブ プラント」と同義です。qv BOS コンポーネントには、電力調整装置とマウント構造 (通常は 1 つ以上の DC からACへの電力コンバータ(インバータとも呼ばれます)) 、エネルギー貯蔵装置、ソーラー アレイをサポートするラック システム、電気配線と相互接続、および他のコンポーネントのマウントが含まれます。

オプションとして、バランスシステムには、再生可能エネルギークレジット収益グレードメーター、最大電力点トラッカー(MPPT)、バッテリーシステムと充電器、GNSS ソーラートラッカー、エネルギー管理ソフトウェア、太陽放射照度センサー、風速計、またはシステム所有者の特殊な要件を満たすように設計されたタスク固有のアクセサリのいずれかまたはすべてを含めることができます。さらに、CPVシステムには光学レンズまたはミラーが必要であり、場合によっては冷却システムも必要です。

「ソーラーアレイ」と「PV システム」という用語は、ソーラーアレイがシステム全体を網羅しているわけではないにもかかわらず、誤って同じ意味で使われることがよくあります。さらに、「ソーラーパネル」は「ソーラーモジュール」の同義語としてよく使用されますが、パネルは複数のモジュールの列で構成されています。「ソーラーシステム」という用語は、 PV システムを指す誤った呼び名としてもよく使用されます。

太陽光発電システムの構成要素は太陽電池です。太陽電池は、光子エネルギーを電気に直接変換できる電気デバイスです。太陽電池には3つの技術的世代があります。第1世代（1G）の結晶シリコンセル（c-Si）、第2世代（2G）の薄膜セル（CdTe、CIGS、アモルファスシリコン、GaAsなど）、第3世代（3G）の有機セル、色素増感セル、ペロブスカイトセル、多接合セルです。^{[30] [31]}

従来のc-Si 太陽電池は、通常は直列に配線され、天候から保護するために太陽電池モジュールに封入されています。モジュールは、カバーとしての強化ガラス、柔らかくて柔軟な封止材、耐候性と耐火性を備えた材料で作られた背面バックシート、および外縁の周りのアルミニウム フレームで構成されています。太陽電池モジュールは電気的に接続され、支持構造に取り付けられ、モジュールのストリング ( しばしば太陽電池パネル ) を構成します。太陽電池アレイは、1 つまたは複数のこのようなパネルで構成されます。^[32]光起電アレイ (またはソーラー アレイ) は、太陽電池モジュールを連結したコレクションです。1 つのモジュールで生成できる電力は、家庭やビジネスの要件を満たすのに十分ではないため、モジュールは相互に連結されてアレイを形成します。ほとんどの PV アレイでは、モジュールによって生成された DC 電力を、照明、モーター、およびその他の負荷に電力を供給できる交流に変換するためにインバータを使用します。PVアレイのモジュールは通常、最初に直列に接続されて必要な電圧が得られ、次に個々のストリングが並列に接続されて、システムがより多くの電流を生成できるようにします。ソーラーパネルは通常、STC（標準試験条件）またはPTC（PVUSA試験条件）に基づいてワット単位で測定されます。^[33]一般的なパネル定格は100ワット未満から400ワットを超える範囲です。^[34]アレイ定格は、ワット、キロワット、またはメガワット単位のパネル定格の合計で構成されます。

一般的な 150 ワットのPV モジュールのサイズは約 1 平方メートルです。このようなモジュールは、天候と緯度を考慮すると、1 日あたり 5 時間の日照時間で、平均して 1 日あたり 0.75キロワット時(kWh) の電力を生産すると予想されます。モジュールの出力は、温度が上昇すると急速に低下します。周囲の空気が PV モジュールの上、可能であれば背後を流れるようにすると、空気の流れによって動作温度が下がり、結果としてモジュールの効率が向上する傾向があるため、この問題は軽減されます。ただし、実際の運用では、大規模な太陽光発電装置を考えると、風速の増加によってエネルギー損失が増加する可能性があることが最近実証されました。^[35]流体力学理論によれば、PV 装置と風の相互作用により、空気流の変化が誘発され、モジュールから空気への熱伝達が変化するためです。

モジュールの有効寿命は通常25年以上です。^[36]太陽光発電設備への投資の回収期間は大きく異なり、通常は投資収益率の計算ほど有用ではありません。^[37]通常は10年から20年と計算されますが、インセンティブがあれば財務回収期間ははるかに短くなることがあります。^[38]

太陽光発電モジュールに対する温度の影響は、通常、開放電圧、短絡電流、最大電力の変化と温度変化を関連付けるいくつかの係数によって定量化されます。この論文では、温度係数を推定するための包括的な実験ガイドラインを示します。^[39]

個々の太陽電池の電圧は低いため（通常約0.5V）、複数のセルを直列に配線して「ラミネート」を製造する（再生可能エネルギーにおける銅#太陽光発電を参照）。ラミネートは保護耐候性筐体に組み立てられ、光起電モジュールまたはソーラーパネルが作られる。その後、モジュールをつなげて光起電アレイを作ることができる。2012年、消費者が利用できるソーラーパネルの効率は最大約17％だったが、^[40]市販のパネルは27％に達することもある。太陽光を集中させることで、より高い効率を達成することができる。フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所のグループは、「297個の太陽」に相当する電力を使用して44.7％の効率に達することができるセルを開発した。^{[41] [42] [43] [44]}

太陽電池の電気出力は日陰の影響を非常に受けやすい（いわゆる「クリスマス ライト効果」）。^{[45] [46] [47]}セルまたはモジュールまたは並列セル アレイのごく一部でも日陰になり、残りの部分が日光に当たると、内部の「短絡」（日陰部分を通る電子の進路が逆になる）により出力が大幅に低下します。直列接続すると、セルの列から引き出される電流は、日陰のセルを流れる通常の小さな電流よりも大きくならないため、列によって生成される電流（したがって電力）は制限されます。外部負荷のインピーダンスが十分に低い場合、列内の他のセルから十分な電圧が得られ、接合部を破壊して日陰のセルにさらに電流を流すことができます。一般的なセルのこの破壊電圧は 10 ～ 30 ボルトです。パネルによって生成される電力を増やす代わりに、日陰のセルは電力を吸収して熱に変えます。日陰になったセルの逆電圧は、日が当たったセルの順方向電圧よりもはるかに大きいため、日陰になったセル 1 つがストリング内の他の多くのセルの電力を吸収し、パネル出力に不均衡な影響を与える可能性があります。たとえば、日陰になったセルは、高電流レベルで 0.5 ボルトを追加する代わりに 8 ボルトを降下し、他の 16 個のセルによって生成された電力を吸収する可能性があります。 ^[48]したがって、PV 設備が木やその他の障害物によって日陰にならないことが重要です。ダイオードを使用して損失を軽減する手法がありますが、これらの手法でも損失が発生します。

LiDAR ^[49]を使用する大規模な地域と、3Dモデリングソフトウェア [50] を使用して個々のシステムレベルで木からPVシステムへの日陰による損失を決定するためのいくつかの方法が開発されてい ます^。ほとんどの モジュールには、各セルまたはセルストリングの間にバイパスダイオードがあり、日陰の影響を最小限に抑え、アレイの日陰になった部分が供給する電力とダイオードで消費される電力のみが失われます。バイパスダイオードの主な役割は、アレイにさらなる損傷を与え、火災を引き起こす可能性のあるセル上に形成されるホットスポットを排除することです。

太陽光は、モジュール表面のほこり、雪、その他の不純物（総称して汚れと呼ばれる）によって吸収されることがある。汚れがあるとセルに当たる光が減少し、その結果、PVシステムの出力が低下する。汚れによる損失は時間の経過とともに蓄積され、適切に洗浄しないと大きくなる可能性がある。2018年には、汚れによる世界の年間エネルギー損失は少なくとも3～4％と推定された。^[51] ただし、汚れによる損失は地域ごとに、また地域内でも大きく異なる。^{[52] [53] [54] [55]} モジュール表面を清潔に保つと、PVシステムの耐用年数にわたって出力性能が向上する。降雪量の多い地域（オンタリオ州）で行われたある研究では、平面に設置されたソーラーパネルを15か月後に洗浄したところ、出力がほぼ100％増加した。しかし、5°傾斜したアレイは雨水で十分に洗浄された。^{[27] [56]} 多くの場合、特に乾燥地域や砂漠、道路、産業、農業に近い場所では、太陽光パネルの定期的な清掃は費用対効果が高い。2018年には、汚れによる収益損失は50億〜70億ユーロと推定されました。^[51]

太陽光発電モジュールの長期信頼性は、太陽光発電がエネルギー源として技術的、経済的に実現可能であることを保証する上で極めて重要である。太陽光発電モジュールの劣化メカニズムの分析は、現在の寿命が25年を超えることを保証する鍵となる。^[57]

太陽からの放射は、直射、拡散、反射から構成されます。PVセルの吸収係数は、セルに吸収される入射太陽放射照度の割合として定義されます。^[58]雲のない日に太陽が天頂にある場合、太陽のエネルギーは、太陽光線に垂直な面に対して、地球表面で約 1 kW /m 2 です。[59] そのため、PV アレイは毎日太陽^を追跡して、エネルギー収集を大幅に強化できます。ただし、追跡デバイスはコストを追加し、メンテナンスも必要になるため、PV アレイは固定マウントを使用してアレイを傾斜させ、北半球では真南、南半球では真北を向くのが一般的です。水平からの傾斜角度は季節によって変えることができますが、^[60]固定されている場合は、スタンドアロン システムの一般的な年間の電力需要のピーク時にアレイ出力が最適になるように設定する必要があります。この最適なモジュール傾斜角度は、年間アレイ エネルギー出力が最大になる傾斜角度と必ずしも同じではありません。^[61]特定の環境に対する太陽光発電システムの最適化は、太陽光束、汚れ、積雪による損失などの問題を考慮する必要があるため、複雑になることがあります。さらに、その後の研究では、スペクトル効果が最適な太陽光発電材料の選択に影響を与える可能性があることが示されています。たとえば、周囲のアルベドのスペクトルは、太陽光発電システムの周囲の表面^[62]や太陽電池材料の種類に応じて、出力に大きな役割を果たす可能性があります。^[63]ヨーロッパやアメリカの北緯にある太陽光発電設備では、1 kWh/m ² /日の発電が見込まれます。^[要出典]オーストラリアやヨーロッパやアメリカの南緯にある一般的な 1 kW の太陽光発電設備では、場所、方位、傾斜、日射量などの要因に応じて、1日あたり3.5～5 kWh を発電します。^[要出典]サハラ砂漠では、雲が少なく太陽の角度がよいため、ほぼ常に吹いている風が砂をユニットに吹き付けなければ、理想的には1日あたり8.3kWh/m ²に近い発電量を得ることができます。サハラ砂漠の面積は900万km ²を超えます。90,600km ²、つまり約1%で、世界中のすべての発電所を合わせた電力と同量の電力を発電できます。^[64]

モジュールは、地上設置、屋根設置、または柱設置に分類される、何らかの設置システム上にアレイとして組み立てられます。ソーラー パークの場合、大きなラックが地上に設置され、モジュールがラックに取り付けられます。建物の場合、傾斜した屋根用にさまざまなラックが考案されています。平らな屋根の場合は、ラック、ビン、建物統合ソリューションが使用されます。^[要出典]柱の上に設置されたソーラー パネル ラックは、固定式または可動式です。以下のトラッカーを参照してください。柱の側面に取り付ける方法は、照明器具やアンテナなど、柱の上部に何か他のものが取り付けられている場合に適しています。柱に取り付けると、本来は地上に取り付けられるアレイが雑草の影や家畜よりも高くなり、露出した配線にアクセスできないという電気コードの要件を満たすことができます。柱に取り付けられたパネルは、下側により多くの冷却空気が入るため、パフォーマンスが向上します。複数の柱上ラックを駐車場やその他の日よけ構造にすることができます。左から右に太陽を追わないラックでは、季節に応じて上下に調整できる場合があります。^[要出典]

ソーラーケーブルは屋外で使用されるため、紫外線や極端に高い温度変動に耐えられるよう設​​計されており、天候による影響は受けません。PVシステムにおける電気配線の使用法を規定する規格には、国際電気標準会議のIEC 60364のセクション 712「太陽光発電 (PV) 電源システム」、マイクロジェネレーションおよび太陽光発電システムに関する規制を組み込んだ英国規格BS 7671、および米国 UL4703 規格のサブジェクト 4703「太陽光発電用電線」などがあります。

ソーラー ケーブルは、太陽光発電で使用される相互接続ケーブルです。ソーラー ケーブルは、ソーラー パネルと太陽光発電システムのその他の電気部品を相互接続します。ソーラー ケーブルは、紫外線耐性と耐候性を持つように設計されています。広い温度範囲で使用できます。

ソーラーパネル設備の配線に使用する材料の具体的な性能要件は、地域の電気設備を規制する国および地域の電気規則で規定されています。ソーラーケーブルに求められる一般的な特性は、紫外線、天候、その地域の極端な温度に対する耐性、および機器の電圧クラスに適した絶縁です。感電防止および落雷防止のため、太陽光発電設備の接地 (アース) に関する具体的な規則は、管轄区域によって異なります。

太陽追跡システムは、日中を通して太陽電池パネルを傾けます。追跡システムのタイプに応じて、パネルは太陽に直接向けられるか、部分的に曇った空の最も明るい領域に向けられます。追跡システムは早朝と夕方遅くのパフォーマンスを大幅に向上させ、緯度に応じて、単軸追跡システムの場合は約20〜25％、二軸追跡システムの場合は約30％以上、システムによって生成される総電力量を増加させます。^{[65] [66]} 追跡システムは、太陽光の大部分を直接受ける地域で効果的です。拡散光（つまり、雲や霧の下）では、追跡の価値はほとんどないか、まったくありません。ほとんどの集中型太陽光発電システムは太陽光の角度に非常に敏感であるため、追跡システムを使用すると、1日のうちの短い時間以上、有用な電力を生成できます。^[67]追跡システムがパフォーマンスを向上させる主な理由は2つあります。第1に、太陽電池パネルが太陽光に対して垂直である場合、角度が付いている場合よりも表面に多くの光が当たる。第2に、直射光は角度の付いた光よりも効率的に使用されます。^[68]特殊な反射防止コーティングにより、直射光や斜め光に対する太陽電池パネルの効率が向上し、追跡の利点がいくらか減少します。^[69]

性能を最適化するためのトラッカーやセンサーはオプションと見なされることが多いが、実行可能な出力を最大45％増加させることができる。^[70] 1メガワットに近づくかそれを超えるアレイでは、多くの場合、太陽光トラッカーが使用される。雲、世界のほとんどが赤道上にないこと、そして太陽が夕方に沈むことを考慮すると、太陽光発電の正しい測定基準は日射量、つまり1日あたり1平方メートルあたりの平均キロワット時数である。米国とヨーロッパの気候と緯度では、典型的な日射量は、北半球で2.26 kWh/m ^{2 /日から、最も日照の多い地域で5.61 kWh/m 2} /日までの範囲である。^{[71] [72]}

大規模システムの場合、追跡システムを使用することで得られるエネルギーは、追加された複雑さを上回る可能性があります。非常に大規模なシステムの場合、追跡の追加メンテナンスは大きなデメリットとなります。 ^{[73]フラットパネルおよび低集中型}太陽光発電システムでは追跡は必要ありません。高集中型太陽光発電システムでは、2軸追跡が必須です。^[74]価格動向は、固定型ソーラーパネルを追加することと、追跡するパネルを減らすことのバランスに影響します。

単軸トラッカーの価格、信頼性、性能が向上したため、このシステムは公益事業規模のプロジェクトに導入される割合が増加しています。ウッドマッケンジー/GTMリサーチのデータによると、世界の太陽光トラッカーの出荷量は2017年に過去最高の14.5ギガワットに達しました。これは前年比32％の成長を示しており、大規模な太陽光発電の導入が加速するにつれて、同様またはそれ以上の成長が予測されています。^[75]

グリッド接続アプリケーションなどの交流（AC）を供給するように設計されたシステムでは、太陽光モジュールからの直流（DC）をACに変換するインバータが必要です。グリッド接続インバータは、グリッド周波数に同期した正弦波でAC電力を供給し、供給電圧をグリッド電圧以下に制限し、グリッド電圧がオフになっている場合はグリッドから切断する必要があります。^[76]単独運転インバータは、グリッド電源との同期や調整は必要ないため、正弦波の波形で調整された電圧と周波数を生成するだけで済みます。

ソーラーインバータは、ソーラーパネルのストリングに接続できます。一部の設置では、ソーラーマイクロインバータが各ソーラーパネルに接続されています。^[77]安全上の理由から、メンテナンスを可能にするために、AC側とDC側の両方に回路ブレーカーが設けられています。AC出力は、電気メーターを介して公共のグリッドに接続できます。^{[78]システム内の}モジュールの数によって、ソーラーアレイで生成できる合計DCワット数が決まりますが、最終的にはインバータが消費用に分配できるACワットの量を制御します。たとえば、11キロワットDC（kW _DC）相当のPVモジュールと10キロワットAC（kW _AC）インバータ1台を組み合わせたPVシステムでは、インバータの出力は10kWに制限されます。 2019年の時点で、最先端のコンバータの変換効率は98％を超えています。ストリングインバータは住宅用から中規模の商用PVシステムで使用されていますが、セントラルインバータは大規模な商用および公益事業規模の市場をカバーしています。セントラルインバータとストリングインバータの市場シェアはそれぞれ約44％と52％で、マイクロインバータのシェアは1％未満です。^[79]

最大電力点追従（MPPT）は、グリッド接続されたインバータが太陽光発電アレイから最大限の電力を得るために使用する技術です。これを実現するために、インバータのMPPTシステムは、太陽電池アレイの常に変化する電力出力をデジタル的にサンプリングし、適切なインピーダンスを適用して最適な最大電力点を見つけます。^[80]

単独運転防止は、負荷への接続がなくなったときにインバータを即座にシャットダウンし、AC 電力を生成しないようにする保護メカニズムです。これは、たとえば停電の場合に発生します。この保護がなければ、停電中でも太陽電池アレイが DC 電力を供給し続けるため、供給ラインは「島」となり、電力は「海」のように無電力ラインに囲まれます。単独運転は、AC 回路がまだ通電していることに気付かない公益事業従事者にとって危険であり、デバイスの自動再接続を妨げる可能性があります。^[81]単独運転防止機能は、完全なオフグリッド システムでは必要ありません。

まだ高価ではあるものの、PV システムでは、夜間に使用するために余剰電力を蓄えるために充電式バッテリーの使用が増えています。また、グリッド ストレージに使用されるバッテリーは、ピーク負荷を平準化することで電力網を安定化させるほか、需要が低いときに充電し、需要が高いときに蓄えたエネルギーをグリッドに供給できるため、 スマート グリッドで重要な役割を果たします。

今日のPVシステムで使用されている一般的なバッテリー技術には、従来の鉛蓄電池 の改良版である制御弁式鉛蓄電池 、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池などがあります。他のタイプと比較すると、鉛蓄電池は寿命が短く、エネルギー密度も低くなります。しかし、信頼性が高く、自己放電が少なく、投資およびメンテナンスコストが低いため、現在（2014年現在）小規模の住宅用PVシステムで使用されている主な技術となっています。一方、リチウムイオン電池はまだ開発中であり、鉛蓄電池の約3.5倍の費用がかかります。さらに、PVシステムのストレージデバイスは固定式であるため、鉛蓄電池のエネルギー密度と電力密度が低く、したがって重量が重いことは、たとえば電気輸送の場合ほど重要ではありません^{[5] :4、9}分散型PVシステム用に検討されているその他の充電式バッテリーには、溶融塩とフロー電池の2つの主要なタイプであるナトリウム硫黄レドックス電池とバナジウムレド​​ックス電池があります。^{[5] : 4} 2015年にテスラモーターズは、エネルギー消費に革命を起こすことを目指して、充電式リチウムイオン電池「パワーウォール」を発売した。 ^[82]

バッテリーソリューションを統合したPVシステムには、充電コントローラも必要です。太陽電池アレイからの変化する電圧と電流を常に調整して、過充電による損傷を防ぐ必要があるためです。^[83]基本的な充電コントローラは、PVパネルのオン/オフを切り替えるだけの場合もあれば、必要に応じてエネルギーのパルスを計測する場合もあります。この方法は、PWMまたはパルス幅変調と呼ばれます。より高度な充電コントローラは、バッテリー充電アルゴリズムにMPPTロジックを組み込みます。充電コントローラは、バッテリー充電以外の目的にエネルギーを転用する場合もあります。不要なときに無料のPVエネルギーを単に遮断するのではなく、ユーザーはバッテリーが満充電になったら空気や水を加熱することを選択できます。

計測は両方向でエネルギー単位を蓄積できなければならない。そうでなければ、2 つのメーターを使用しなければならない。多くのメーターは双方向に蓄積し、いくつかのシステムでは 2 つのメーターを使用しているが、単方向メーター (戻り止め付き) は、結果として生じるグリッドへの供給からのエネルギーを蓄積しない。^[84]一部の国では、30  kW _pを超える設備には、すべての位相を切断した周波数および電圧モニターが必要である。これは、太陽光発電が電力会社で対応できる量を超えており、超過分を輸出または貯蔵できない場合に行われる。グリッド オペレーターは歴史的に、送電線と発電容量を提供する必要がある。現在では、ストレージも提供する必要がある。これは通常、水力貯蔵であるが、他の貯蔵手段も使用される。当初、ストレージはベースロード発電機が最大出力で動作できるようにするために使用されていた。変動性のある再生可能エネルギーでは、利用可能なときはいつでも発電し、必要なときはいつでも消費できるようにするために、ストレージが必要である。

送電網運用者が持つ2つの変数は、必要なときに電気を蓄えることと、必要な場所に送電することです。この両方が機能しなくなった場合、30kWp以上の設備は自動的にシャットダウンしますが、実際にはすべてのインバータが電圧調整を維持し、負荷が不十分な場合は電力供給を停止します。送電網運用者は、大規模システムからの過剰な発電を削減するオプションがありますが、これは太陽光発電よりも風力発電で一般的に行われ、収益の大幅な損失につながります。^[85]三相インバータには、無効電力を供給する独自のオプションがあり、負荷要件を満たすのに有利です。^[86]

太陽光発電システムは、故障を検出し、運用を最適化するために監視する必要がある。太陽光発電システムの監視戦略は、設備の出力とその性質に応じていくつかある。監視は、現場でも遠隔でも実行できる。発電量のみを測定したり、インバータからすべてのデータを取得したり、通信機器（プローブ、メーターなど）からすべてのデータを取得したりすることができる。監視ツールは、監視専用にすることも、追加機能を提供することもできる。個々のインバータとバッテリー充電コントローラーには、メーカー固有のプロトコルとソフトウェアを使用した監視が含まれる場合がある。^[87]インバータのエネルギー計測は精度が限られており、収益計測の目的には適さない可能性がある。サードパーティのデータ取得システムは、インバータメーカーのプロトコルを使用して複数のインバータを監視し、気象関連の情報も取得することができる。独立したスマートメーターは、 PVアレイシステムの総エネルギー生産量を測定できる。衛星画像分析や日射計（全天日射計）などの別の測定法を使用して、比較のために総日射量を推定することができる。^[88] 監視システムから収集されたデータは、OSOTFなどのワールドワイドウェブを介してリモートで表示することができます。^{[89] [90] [91] [92]}

電気料金明細書に記載されている、施設または家庭の年間エネルギー消費量（たとえば 2300Kwh）がわかれば、エネルギー需要を満たすために必要な太陽光発電パネルの数を計算することができます。https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/ のサイトに接続し、パネルを設置する場所を選択するか、地図をクリックするか、場所の名前を入力した後、「グリッド接続」と「結果の視覚化」を選択して、たとえばパレルモ市に関する次の表を取得する必要があります。 ${\displaystyle E_{d}}$

提供された入力:;
場所 [緯度/経度]:;38.111,13.352
地平線:;計算済み
使用されたデータベース:PVGIS-SARAH2
PV技術:;結晶シリコン
設置されたPV [kWp]:;1
システム損失 [%]:;14
シミュレーション出力:;
傾斜角度[°]:;35
方位角[°]:;0
年間太陽光発電エネルギー生産量[kWh]:;1519.1
年間面内日射量[kWh/m2]:;1944.62
年ごとの変動[kWh]:;47.61
出力の変化は次の理由によります:
入射角[%]:;-2.68
スペクトル効果[%]:;0.88
気温と低日射量[%]:;-7.48
総損失[%]:;-21.88
PV電気料金[kWhあたり]:;

wxMaximaプログラムを使用すると、年間消費量が 2300 kWh で、傾斜角が 35°、方位角が 0°、総損失が 21.88% の結晶シリコン技術に必要なパネルの数は、切り上げて 6 になります。

E_d : 2300 ; E_s : 1519.1 ; P : 300 ;パネル数: 1000 * E_d / ( P * E_s ) ;   
   
   
           

5.046847914335243

平均して、各家庭は太陽光発電から直接30%のエネルギーを消費しています。蓄電システムにより、自己消費を最大70%まで引き上げることができるため、特定のケースで必要なバッテリー蓄電容量は4.41 Kwhで、切り上げると4.8 Kwhになります。

バッテリー容量: 0.70 * E_d / 365 ;     

4.410958904109589

エネルギー価格が 0.5 ユーロ/Kwh の場合、税抜きエネルギーコストは年間 1150 ユーロになります。

エネルギーコスト: E_d * 0.5 ;    

1150.0

したがって、300W パネルのコストが 200 ユーロ、4.8Kwh バッテリーのコストが 3,000 ユーロ、直流を交流に変換するインバーターのコストが 1,000 ユーロ、充電レギュレーターのコストが 100 ユーロ、設置コストが 1,000 ユーロの場合、合計コストは 6,300 ユーロになります。

合計コスト: 200 * 6 + 3000 + 1000 + 100 + 1000 ;             

3150

5.46年かけて償却されます。

年数:総コスト/エネルギーコスト;     

5.46 ...

バッテリーの寿命は10年、パネルの寿命は25～30年

このセクションには、高度に専門化されて一般的ではないシステム、または重要性が限られている新興技術のシステムが含まれます。ただし、独立型またはオフグリッドシステムは特別な位置を占めています。これらは、PV 技術がまだ非常に高価で、小規模アプリケーションの純粋なニッチ市場であった 1980 年代と 1990 年代に最も一般的なタイプのシステムでした。電力網が利用できない場所でのみ、経済的に実行可能でした。新しい独立型システムは今でも世界中で導入されていますが、設置された太陽光発電容量全体に占める割合は減少しています。ヨーロッパでは、オフグリッドシステムは設置容量の 1 パーセントを占めています。米国では、約 10 パーセントを占めています。オフグリッドシステムは、オーストラリア、韓国、および多くの発展途上国で依然として一般的です。^{[4] : 14}

集光型太陽光発電 (CPV) および高集光型太陽光発電(HCPV) システムでは、光学レンズまたは曲面ミラーを使用して、小型で高効率な太陽電池に太陽光を集光します。CPV システムでは、集光光学系の他に、太陽光追跡装置や冷却システムも使用されることがあり、より高価です。

特にHCPVシステムは、太陽光を最大400倍以上集光し、効率は24～28パーセントと通常のシステムを上回るため、日射量の多い場所に最適です。様々な設計のシステムが市販されていますが、あまり一般的ではありません。しかし、現在も研究開発が行われています。^{[8] : 26}

CPV は、太陽光発電を使用しない CSP (集光型太陽光発電)と混同されることがよくあります。どちらの技術も、日光を多く受ける場所を好み、互いに直接競合します。

ハイブリッドシステムは、PVと他の発電形式（通常はディーゼル発電機）を組み合わせたものです。^[要出典]バイオガスも使用されます。他の発電形式は、需要に応じて電力出力を調整できるタイプである可能性があります。ただし、風力など、複数の再生可能エネルギー形式が使用される場合があります。太陽光発電は、再生不可能な燃料の消費を削減するのに役立ちます。ハイブリッドシステムは、島で最もよく見られます。ドイツのペルヴォルム島とギリシャのキトノス島は注目すべき例です（どちらも風力と組み合わせられています）。^{[93] [94]}キトノス発電所はディーゼル消費を11.2％削減しました。^[95]

2015年に7カ国で実施されたケーススタディでは、すべてのケースでミニグリッドと独立グリッドをハイブリッド化することで発電コストを削減できるという結論が出されました。しかし、このようなハイブリッドの資金調達コストは重要であり、発電所の所有構造に大きく依存します。国営電力会社にとってはコスト削減は大きなものになる可能性がありますが、この研究では、独立発電事業者などの非公営電力会社にとっては経済的利益はわずかか、マイナスになることもあると特定されました。^{[96] [97]}

米国では、PV+CHPハイブリッドシステムの分散ネットワークを展開することで、PVの普及限界を高めることができるという研究もある^[98]。米国の代表的な一戸建て住宅の太陽放射量、電力、暖房要件の時間的分布が分析され、その結果は、CHPとPVをハイブリッド化することで、従来の集中型発電システムで可能な範囲を超えて、追加のPV展開が可能になることを明確に示している。この理論は、1秒あたりの太陽放射量データを使用した数値シミュレーションによって再確認され、このようなハイブリッドシステムに必要なバッテリーバックアップは、比較的小型で安価なバッテリーシステムで可能であることがわかった。^[99]さらに、大規模なPV+CHPシステムは公共施設での使用が可能であり、これもまた断続的なPVのバックアップを提供し、CHPの実行時間を短縮する。^[100]

• PVT システム(ハイブリッド PV/T) は、光起電熱ハイブリッド太陽熱集熱器とも呼ばれ、太陽放射を熱エネルギーと電気エネルギーに変換します。このようなシステムは、太陽光 (PV) モジュールと太陽熱集熱器を相補的に組み合わせたものです。
• CPVT システム。集光型太陽光発電熱ハイブリッド(CPVT) システムは PVT システムに似ています。従来の PV 技術の代わりに集光型太陽光発電(CPV) を使用し、それを太陽熱集熱器と組み合わせます。
• CPV/CSPシステムは、集光型太陽光発電と集光型太陽熱発電（CSP）の非PV技術を組み合わせた、新しい太陽光ハイブリッドシステムとして提案されています。^[101]
• PVディーゼルシステムは、太陽光発電システムとディーゼル発電機を組み合わせたものです。^[102]他の再生可能エネルギーとの組み合わせも可能で、風力タービンも含まれます。^[103]

浮体式太陽光発電（FPV）は、浮体式太陽光発電とも呼ばれ、浮体構造物に取り付けられた太陽光パネルです。太陽光パネルを保持する構造物は通常、プラスチック製のブイとケーブルで構成されています。その後、水域に設置されます。通常、これらの水域は、貯水池、採石場の湖、灌漑用水路、浄化池、尾鉱池です。^{[104] [105] [106] [107] [108]}

このシステムは、陸上の太陽光発電（PV）よりも有利な点がある。水面は土地よりも安価である可能性があり、レクリエーションに使用されていない水域に建てられた構造物に対する規則や規制は少ない。ライフサイクル分析によると、フォームベースのFPV ^{[109]は、報告されている結晶シリコン太陽光発電技術の中で、}エネルギー回収期間（1.3年）が最も短く、温室効果ガス排出量対エネルギー比（11 kg CO ₂ eq/MWh）が最も低いことが示されています。^[110]

浮体式アレイは水でパネルを冷却するため、陸上のPVパネルよりも高い効率を達成できます。パネルには錆や腐食を防ぐために特殊なコーティングを施すことができます。^[111]

この再生可能エネルギー技術の市場は、2016年以降急速に成長しています。数十kWpの容量を持つ最初の20のプラントは、 2007年から2013年の間に建設されました。^[112]設置電力は、2020年の3GWから2022年には13GWに増加し、^[113] 2025年までに10GWという予測を上回りました。^[114]世界銀行は、浮体式太陽光発電に適した大規模な水域が6,600あり、その表面の10％が太陽光パネルで覆われた場合の技術的容量は4,000GWを超えると推定しています。^[113]

浮体式システムのコストは、地上設置型システムよりも約10～20％高くなります。^{[115] [116] [117]}国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の研究者によると、この増加は主に水上でパネルを固定するためのアンカーシステムの必要性によるもので、浮体式太陽光発電設備は陸上のものよりも約25％高価になっています。^[118]

DCグリッドは、鉄道、路面電車、トロリーバスなどの電気輸送に使用されています。このような用途のパイロットプラントは、ハノーバー・ラインハウゼンの路面電車車庫（太陽光発電装置を使用） ^[119]やジュネーブ（バシェ・ド・ペセイ）^{[120]など、いくつか建設されています。150kW} _/ジュネーブの施設は、600V DCを路面電車/トロリーバスの電力網に直接供給していますが、1999年の開業時には、電力の約15%を供給していました。

独立型またはオフグリッドシステムは、電力網に接続されていません。独立型システムは、腕時計や電卓から遠隔地の建物や宇宙船まで、サイズや用途が多岐にわたります。負荷が太陽光照射とは無関係に供給される場合、生成された電力はバッテリーに蓄えられ、バッファーされます。^[121]建物内など、重量が問題にならない非ポータブル用途では、低コストで乱用にも耐えられる 鉛蓄電池が最も一般的に使用されています。

過度の充電や放電によるバッテリーの損傷を防ぐために、充電コントローラをシステムに組み込むことができます。また、最大電力点追従技術 ( MPPT ) を使用して、太陽電池アレイからの発電を最適化するのにも役立ちます。ただし、PV モジュールの電圧がバッテリー電圧に一致する単純な PV システムでは、バッテリー電圧が PV モジュールからほぼ最大の電力を収集するのに十分安定しているため、MPPT 電子機器の使用は一般に不要であると考えられています。小型デバイス (例: 計算機、パーキング メーター) では、直流(DC) のみが消費されます。より大規模なシステム (例: 建物、遠隔地の給水ポンプ) では、通常、AC が必要です。モジュールまたはバッテリーからの DC を AC に変換するには、インバータを使用します。

農業環境では、インバータを必要とせずに、アレイを使用してDCポンプに直接電力を供給することができます。山岳地帯、島、または電力網が利用できないその他の場所などの遠隔地では、通常、蓄電池を充電することにより、ソーラーアレイを唯一の電源として使用できます。スタンドアロンシステムは、マイクロジェネレーションおよび分散型発電と密接に関連しています。

太陽電池の製造コストは、生産規模の経済と製造技術の進歩により低下した。大規模設備の場合、2012年までにワット当たり1ドルを下回る価格が一般的となった。^[124]ヨーロッパでは2006年から2011年にかけて50%の価格低下が達成されており、2020年までに発電コストを50%削減できる可能性がある。^[125]結晶シリコン太陽電池は、より安価な多結晶シリコン太陽電池に大きく置き換えられており、薄膜シリコン太陽電池も製造コストが低いものが開発されている。単結晶「シワ」よりもエネルギー変換効率は低いが、製造コストが比較的低く、はるかに製造しやすい。^[126]

下の表は、太陽光発電システムで発電された1kWhあたりの総（平均）コストを米セントで示しています。^{[127] [128]}左側の行見出しは、太陽光発電設備のピークキロワット（kW _p）あたりの総コストを示しています。太陽光発電システムのコストは低下しており、たとえばドイツでは、2014年末までに1kW _{pあたり1389米ドルに下がったと報告されています。} ^[129]上部の列見出しは、設置されたkW _pごとに予想される年間エネルギー出力をkWhで示しています。平均日射量は平均雲量と太陽光が通過する大気の厚さに依存するため、これは地理的な地域によって異なります。また、パネルと地平線に対する太陽の軌道にも依存します。パネルは通常、緯度に基づいた角度で設置され、変化する太陽赤緯に合わせて季節ごとに調整されることがよく太陽光追跡を利用することで、より多くの垂直太陽光にアクセスし、総エネルギー出力を高めることもできます。

表の計算値は、生産されたkWhあたりのセントで表された総（平均）コストを反映しています。総資本コストは10％と想定されています（たとえば、金利4％ 、運用・保守コスト1％、^[130]、資本支出の減価償却は20年間）。通常、太陽光発電モジュールには25年間の保証が付いています。^{[131] [132]}

太陽光発電システムは、均等化発電原価（LCOE）の観点で学習曲線を示しており、容量が倍増するごとにkWhあたりのコストが32.6％削減されます。 ^{[134] [135] [136]}国際再生可能エネルギー機関（IRENA）の2010年から2017年までのLCOEと累積設置容量のデータから、 ^{[135] [136]} 太陽光発電システムの学習曲線の式は次のように与えられます^[134]

${\displaystyle LCOE_{photovoltaic}=151.46\,Capacity^{-0.57}}$

• LCOE: 均等化発電コスト（米ドル/kWh）
• 容量：太陽光発電システムの累積設置容量（MW）

太陽光発電システムの使用が増加し、太陽光発電を既存の供給・配電構造や技術に統合するにつれて、太陽​​光発電部品やシステムに関する一般的な規格や定義の必要性が高まっています。^[要出典]これらの規格は国際電気標準会議（IEC）で編集されており、セル、モジュール、シミュレーションプログラム、プラグコネクタやケーブル、取り付けシステム、インバータの全体的な効率などの効率、耐久性、安全性に適用されます。^[137]

英国では、太陽光発電設備は一般的に許可開発とみなされており、計画許可は必要ありません。ただし、その物件が登録されているか指定地域（国立公園、特別自然美観地域、特別科学的関心地域、ノーフォーク・ブローズ）にある場合は、計画許可が必要です。^[138]

英国の太陽光発電設備も、2010年建築規制の規制対象となっている。そのため、住宅用および商業用の太陽光発電の屋根設置には、必要な安全基準を満たすために建築規制の承認が必要である。これには、屋根が太陽光パネルの重量を支えられること、電気接続が安全であること、火災の危険がないことなどが含まれる。^[139]

米国では、国家電気規則の第 690 条に太陽光発電システムの設置に関する一般的なガイドラインが規定されていますが、これは地域の法律や規制によって置き換えられる場合があります。作業を開始する前に、計画の提出や構造計算が必要となる許可が必要になることがよくあります。また、多くの地域では、資格のある電気技師の指導の下で作業を行う必要があります。

管轄当局( AHJ) は、合法的に建設を開始する前に設計を審査し、許可証を発行します。電気設備の設置方法は、米国電気工事規程(NEC) に定められた基準に準拠する必要があり、建築基準法、電気基準法、および火災安全基準に準拠していることを確認するために AHJ による検査を受ける必要があります。管轄区域によっては、機器が少なくとも 1 つの国家認定試験所(NRTL) によってテスト、認証、リスト化、およびラベル付けされていることを要求する場合があります。^[140]多くの地域では、太陽光発電システムの設置に許可証が必要です。グリッド接続システムでは通常、システムと建物のグリッド接続配線を接続するために、資格のある電気技師が必要です。^[141]これらの資格を満たす設置業者は、ほぼすべての州にいます。^{[140]いくつかの州では、}住宅所有者協会が太陽光発電装置を制限することを禁止しています。 ^{[142] [143] [144]}

スペインは電力の約40%を太陽光発電やその他の再生可能エネルギー源で発電しており、ウエルバやセビリアなどの都市では年間3,000時間近くの日照時間を誇っているが、2013年にスペイン政府は投資によって生じた負債を補うために太陽光税を導入した。送電網に接続しない者は、最高3,000万ユーロ（4,000万米ドル）の罰金を科せられる可能性がある。 [145]こうした措置は、再生可能エネルギーの自家消費に対する課税を禁止する新法が導入された2018年にようやく撤回された。 [ ^{146 ]}

屋上太陽光発電システムのレベルが上昇するにつれて、エネルギーの流れは双方向になります。消費よりも地元の発電が多い場合、電気はグリッドに輸出されます。しかし、電力ネットワークは伝統的に双方向のエネルギー転送を処理するように設計されていません。そのため、いくつかの技術的な問題が発生する可能性があります。たとえば、オーストラリアのクイーンズランド州では、2017年末までに30％以上の世帯が屋上太陽光発電を導入しました。有名なカリフォルニアの2020ダックカーブは、2015年以降、多くのコミュニティで非常に頻繁に発生しています。電気がネットワークに逆流すると、過電圧の問題が発生する可能性があります。^[147]過電圧の問題を管理するためのソリューションは、PVインバーターの力率の調整、電力分配器レベルでの新しい電圧およびエネルギー制御機器、電線の再導体化、需要側管理などです。これらのソリューションには、多くの場合、制限とコストが伴います。これらのコストと利益を計算する方法の 1 つは、「太陽光の価値」(VOS) という概念を使用することです。^[148]には、回避されたコスト/損失が含まれます。これには、発電所の運用とメンテナンス (固定および変動)、燃料、発電能力、予備容量、送電容量、配電容量、環境および健康に関する責任が含まれます。Popular Mechanicsのレポートによると、VOS の結果から、米国のほとんどの地域で、グリッド接続された電力会社の顧客は、太陽の価値がネットメータリング料金と 2 段階料金を上回っているため、大幅に過少な補償を受けていることがわかりました。つまり、「隣人のソーラーパネルが密かにあなたのお金を節約している」ということです。^[149]

顧客にはそれぞれ異なる特定の状況があり、例えば、快適性や利便性のニーズ、電気料金、使用パターンが異なります。電気料金には、毎日のアクセスとメータリング料金、エネルギー料金（kWh、MWhに基づく）、ピーク需要料金（1か月間の最大30分間のエネルギー消費に対する料金など）などのいくつかの要素があります。オーストラリアやドイツのように電気料金がかなり高く、継続的に上昇している場合、PVはエネルギー料金を削減するための有望な選択肢です。ただし、ピーク需要料金が設定されている場所では、住宅地のようにピーク需要が主に午後遅くから夕方早くに発生する場合、PVはあまり魅力的ではない可能性があります。全体として、エネルギー投資は主に経済的決定であり、投資決定は運用改善、エネルギー効率、オンサイト発電、エネルギー貯蔵のオプションの体系的な評価に基づいています。^{[150] [151]}

系統接続型太陽光発電システム、または系統接続型PVシステムは、電力網に接続された太陽光発電システムです。系統接続型PVシステムは、ソーラーパネル、1つまたは複数のインバータ、電力調整ユニット、および系統接続機器で構成されています。小規模な住宅用および商業用の屋上システムから、大規模な公益事業規模の太陽光発電所まで多岐にわたります。条件が整えば、系統接続型PVシステムは、接続された負荷による消費量を超えた余剰電力を電力網に供給します。^[152]

10キロワット以上の容量を持つ、系統接続された住宅用屋上システムは、ほとんどの消費者の負荷を満たすことができます。 ^[153]これらのシステムは、余剰電力を系統に送り、他のユーザーが消費することができます。フィードバックは、伝送された電力を監視するメーターを通じて行われます。太陽光発電のワット数が平均消費量を下回る場合、消費者は引き続き系統エネルギーを購入しますが、以前よりも少ない量になります。太陽光発電のワット数が平均消費量を大幅に上回る場合、パネルによって生成されるエネルギーは需要を大幅に上回ります。この場合、余剰電力を系統に販売することで収益を得ることができます。地元の系統エネルギー会社との契約に応じて、消費者は消費した電気のコストから発電した電気の価値を差し引いた金額を支払うだけで済みます。消費した電気よりも発電した電気の方が多い場合は、マイナスの数字になります。^[154]さらに、場合によっては、系統運用者から消費者に 現金インセンティブが支払われます。

太陽光発電システムの接続は、消費者と電力会社との間の相互接続契約を通じてのみ行うことができます。この契約には、接続中に従うべきさまざまな安全基準が詳述されています。^[155]

太陽光発電パネルからの電力は、電力網に送電する場合は、特別な電力インバーターで交流に変換する必要があります。インバーターは、ソーラー アレイとグリッドの間に配置され、大きなスタンドアロン ユニットの場合もあれば、 AC モジュールとして個々のソーラー パネルに取り付けられた小さなインバーターの集合体の場合もあります。インバーターは、グリッド電圧、波形、周波数を監視する必要があります。インバーターは、グリッド供給の障害を検出し、その後、グリッドに電力を供給しないようにする必要があります。故障した電力線に接続されたインバーターは、管轄区域によって異なる安全規則に従って自動的に切断されます。故障電流の場所は、特に低中電力供給ネットワークの場合、インバーターの保護メカニズムが作動するかどうかを決定する上で重要な役割を果たします。保護システムは、供給ネットワーク上のインバーター外部の障害に対して適切な動作を保証する必要があります。特別なインバーターは、波形に従ってインバーターの電力フローがグリッドに正しく統合されるように、AC 周波数をグリッドと同期するように設計する必要があります。

• 一部のシステムオペレーターが提供するネットメータリングや固定価格買い取り制度などのシステムは、顧客の電気使用コストを相殺することができます。ただし、場所によっては、グリッド技術が分散型発電をグリッドに供給できないため、余剰電力の輸出は不可能であり、余剰電力は接地されます。^[要出典]
• 系統接続型PVシステムはバッテリーシステムを必要としないため、比較的簡単に設置できます。^{[152] [156]}
• 太陽光発電（PV）システムの系統連系は、蓄電損失がないため、発電した電力を有効活用できるという利点がある。^[157]
• 太陽光発電システムは、パネル構築に必要なエネルギーを超えて生産されるエネルギーが、化石燃料の燃焼の必要性を当初相殺するため、その寿命全体にわたって炭素排出量がマイナスです。太陽は常に輝いているわけではありませんが、どのような設備でも、炭素消費量の平均的な削減が合理的に予測できます。^{[引用が必要]}

• 系統接続型PVは電圧調整に問題を引き起こす可能性がある。従来の系統は一方向または放射状の電流の流れを前提に運用されている。しかし、系統に注入された電気は電圧を上昇させ、±5%の許容帯域幅を超えるレベルまで上昇させる可能性がある。^[158]
• 系統連系型太陽光発電は電力品質を損なう可能性がある。太陽光発電は断続的な性質を持つため、電圧が急激に変化する。頻繁な調整により電圧レギュレータが摩耗するだけでなく、電圧のちらつきも発生する可能性がある。^[159]
• 系統連系には多くの保護関連の課題がある。前述のように、孤立化に加え、系統連系されたPVのレベルが高すぎると、リレー感度の低下、不要なトリップ、自動再閉路装置との干渉、鉄共振などの問題が発生する。^[160]

単独運転とは、電力会社からの電力供給が停止したにもかかわらず、分散型発電機が引き続き電力を供給している状態をいいます。単独運転は、電力会社作業員にとって危険な場合があります。なぜなら、電力会社作業員は、電力会社からの電力供給が停止しているにもかかわらず、回路に電力が供給されていることに気付かない可能性があるからです。そのため、分散型発電機は単独運転を検出し、直ちに発電を停止する必要があります。^{[引用が必要]}これは、単独運転防止と呼ばれます。

グリッド接続された PV システムで停電が発生した場合、太陽光パネルは太陽が照っている限り電力を供給し続けます。この場合、供給ラインは「島」となり、電力は「海」のように電力供給されていないラインに囲まれます。このため、グリッドに電力を供給するように設計されたソーラー インバータには、通常、自動の孤立防止回路が内蔵されている必要があります。意図的な孤立では、発電機はグリッドから切断され、分散型発電機がローカル回路に電力を供給します。これは、通常グリッドに電力を販売している建物の電力バックアップ システムとしてよく使用されます。

単独運転防止制御技術には 2 種類あります。

• パッシブ:グリッド障害時の電圧および/または周波数の変化が測定され、正のフィードバックループを使用して電圧および/または周波数を公称値からさらに遠ざけます。負荷がインバータ出力と非常によく一致する場合、または負荷の品質係数 (有効電力に対する無効電力比) が非常に高い場合は、周波数または電圧が変化しないことがあります。そのため、非検出ゾーン(NDZ) が存在します。
• アクティブ：この方法では、周波数または電圧にいくらかの誤差を注入します。グリッドが故障すると、誤差が蓄積され、電圧や周波数が許容範囲を超えてしまいます。^[161]

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