太陽光発電は新世代へ。性能を左右するインバータの驚くべき進化

200メガワット規模の発電所なら7億円超の設備投資を削減できる?

 太陽光発電が環境に良いことが分かっていても、どんなに頑張ったところで、太陽の光をこれ以上強くすることはできない。そこで、もっと高効率な太陽光発電所を作りたかった米ゼネラル・エレクトリック(GE)のエンジニア・チームは次善の策をとった。  彼らが用いたのは、インバータと呼ばれる、小さな小屋ほどの大きさの灰色のプラスチック製の箱。「インバータはPV(太陽光発電)パネルから直流を取り込んで、皆さんが使える交流に換えてくれます」と話すのはGEパワーコンバージョン事業のチーフ・エンジニアリング・オフィサーを務めるヴラトコヴィチ氏。  「インバータシステムは太陽光発電所の資本コストの約20%をも占めるもの。それを効率化できれば、大きな効果を得ることができる」(同氏)。  彼らは新しいパワー・エレクトロニクスを用いることで、インバータ出力を50%アップさせた。扱える電圧を業界基準と比べて1.5倍(1,000ボルトから1,500ボルトへ)にまで引き上げた。実用規模としては世界最大級の効率性を誇るインバータという。  このインバータはまた、太陽光発電装置が生み出す4メガワットの電力を処理することも可能(市場で提供されている製品は、通常1メガワット)。つまり、太陽光発電所は従来の4台分のインバータを1台に置き換えられることになる。  例えば、200メガワット規模の発電所なら600万ドル(約7億2,000万円)近くもの設備投資を削減できることになるという。ヴラトコヴィチ氏は「この新設計は、同じ投資額でより大きな電力送出を可能にしてくれるだけでなく“スケールメリット“ももたらしてくれる。発電所オーナーは、もう発電所のインフラ用に、従来のような幾つものファン、フィルター、コンクリート台やその他の部材を用意する必要がなくなる。発電所の設計をシンプルに変えられる」と話す。  太陽光発電の未来は明るいはず。業界の研究でも、世界中に設置された太陽光発電装置の出力は今後3年間で200ギガワット以上増えると予想され、北米だけでも11ギガワットの増加が見込まれている(参考:世界438カ所の原子力発電所の正味発電能力は379ギガワット)。  ヴラトコヴィチ氏とそのチームは当初、今や合併によりGEの一部となったアルストムのオフショアの風力発電所向けにインバータを開発していた。ところが、チームはやがてこの装置は太陽光発電所にとっても有用であることに気付いた。  次世代バージョンのインバータには、高強度ながら加工が難しいシリコンカーバイド(SiC;炭化ケイ素)のチップが内包されている。「このSiCチップは、装置の効率性を1~2%も高めてくれる。通常、電力会社は新しいガスタービンの効率性を1~2%向上させるために、数十億ドルも費やしている」とヴラトコヴィチ氏。小型の1メガワットのGE製SiCインバータはすでにドイツで稼働している。  SiCは世界で最も固いと言われる素材「ダイヤモンド」の最大の特徴を受け継いでおり、さらに全てのコンピューターやスマートフォンに入っているような「シリコン」の特性も持ち合わせている。とはいえ、SiCチップの製造には、クリーンルーム内での300もの異なる工程が求められる。  「私が開発を始めた当初はまだSiCチップは実用段階になかったが、今やSiCチップは様々な用途に活用される段階にきている」とヴラトコヴィチ氏。  ヴラトコヴィチ氏はGEのシリコンカーバイドの専門家のひとり。10年前、GEオイル&ガスおよびGEエナジーマネジメントのパワー・エレクトロニクスの設計部門に異動する前にはニューヨークのGEグローバルリサーチでSiCのリサーチプログラムの導入に携わった。  ラボから製品になるまで、技術が成熟していく様を見てきたのだ。SiCチップは機関車から飛行機、風力タービンまですべてのものの効率性を大幅に向上させることができる。  GEでは、このように異なる事業部門を跨いだ人材、知識、技術の共有・活用を進める取り組みを「GEストア」と呼ぶ。ここでの共有には製品や事業間での様々な組み合わせがある:ガスタービンがジェットエンジンのノウハウから恩恵を受けたり、医療用スキャナが油田用機械の検査に使われたりといった具合だ。  「技術は進化を続けている。インバータも、すでに“次世代“に入った」(ヴラトコヴィチ氏)。

続きを読む

特集