住宅用太陽光発電システムに適したインバータの選び方

June 12, 2026

（出典：ArgitopIA/stock.adobe.com；AIで生成）

世界的な住宅用太陽光市場は、不安定な2024年を経て、今後力強い成長が見込まれています。 McKinsey & Companyによると、政府の補助金などに支えられて2020年から2023年にかけて見られた好況は、持続可能なものではありませんでした。^[1] こうした支援策が縮小され、金利が上昇したことで、業界は逆風に直面しました。しかし、電気料金の上昇と住宅用太陽光発電設備のコスト低下により、支援策がなくても太陽光発電技術の競争力は維持されており、 McKinseyは、住宅用太陽光発電の累積導入容量が2020年代末までに2倍以上になると予測しています。

この成長産業のニーズに応えるため、メーカーはお客様一人ひとりに最適なソリューションを提供しなければなりません。住宅用太陽光発電システムの設置には特有の課題があり、安全に稼働し、必ずしも太陽光発電設備の設置を想定して設計されていない環境にも目立たず溶け込む、コンパクトで高出力密度、かつ低コストなシステムが求められています。住宅市場に最適なサービスを提供するためには、メーカーや施工業者は、太陽光用インバータのトポロジーに関する専門知識と、住宅用太陽光発電システムを構成する電子部品に関する詳細な知識を必要とします。本ブログでは、主要な太陽光発電のトポロジーについて詳しく解説し、効果的な住宅用太陽光発電システムの開発に不可欠な、信頼性が高く高速スイッチングが可能な電子部品について探っていきます。

ストリングインバータ

太陽光発電システムの設計においてインバータを選ぶ際、主なトポロジーの選択肢として、ストリングインバータとマイクロインバータが挙げられます。住宅用ストリングインバータは、直列接続された複数の太陽光発電（PV）パネルからの直流（DC）出力を取り込み、接続先の電力系統の周波数および電圧レベルに適合した交流（AC）電力に変換します。ほとんどのPVインバータと同様に、ストリングインバータには通常、最大電力点追従（MPPT）機能が組み込まれており、パネルの照度変化に応じて、PVパネルから可能な限り最大の電力を引き出すことができます。ストリングインバータの欠点の一つは、接続された多数のパネルのうち1つが部分的な日陰になった場合、そのパネル（「最も弱いリンク」）が利用可能な総出力電力を制限してしまうことです。

一般的なストリングインバータ（図1）では、パネル群が入力保護およびフィルタ回路に接続されています。この回路には、高いエネルギー吸収能力を備え、第三者機関の安全基準を満たす金属酸化物バリスタ（MOV）などの素子が組み込まれています。フィルタ段から直流電力は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）を採用したMPPT付きDC-DC昇圧コンバータへと流れ込みます。このDC-DC段は、DC-ACインバータに接続されています。このDC-ACインバータには、MOSFETや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）が組み込まれており、50Hzで230V（ヨーロッパやその他の多くの地域で一般的）や60Hzで120V（北米で一般的）など、電力系統に適合する交流電圧を生成します。最後に、出力フィルタおよび保護段では、MOV、ヒューズ、その他の保護デバイスを利用して、安全で安定した出力電圧を生成します。

図1：複数の太陽光パネルに接続されたストリングインバータの構成図。（出典：Littelfuse）

マイクロインバータ

一方、マイクロインバータは単一の太陽光パネルに接続され、個々のマイクロインバータのMPPTが、そのパネルの照度に応じて可能な限りの最大出力を引き出します。その結果、部分的にしか日光が当たっていないパネルがあっても、完全に日光が当たっている他のパネルからの出力が制限されることはなく、ストリングインバータに見られる「最も弱いリンク」の問題が解消されます。

図2の実装例に示すように、1枚のソーラーパネルがマイクロインバータの入力フィルタに接続され、そのフィルタはMOSFETを内蔵した高周波DC-ACインバータに接続されています。そのインバータの出力は、高周波トランスへと送られます。このトランスは、UL 1741やIEC 62109などの系統連系型再生可能エネルギーシステムに関する電気規格でしばしば要求される、パネルと系統接続間の電気的絶縁を提供します。高周波であるため、このトランスは、50Hzや60Hzの系統周波数で動作する場合に比べて、はるかに小型化することができます。変圧器の出力は整流され、その後、低周波DC-ACインバータに送られます。このインバータはMOSFETまたはIGBTを用いて、230V、単相50Hzまたは60Hzの電圧を生成し、出力フィルタおよび保護段で平滑化されます。

図2：単一の太陽光パネルに接続されたマイクロインバータの構成図。（出典：Littelfuse）

ストリングインバータとマイクロインバータの両方に共通するその他の回路ブロックには、DC-DCコンバータやDC-ACインバータで使用されるパワースイッチを制御するゲートドライバがあります。高性能なゲートドライバは、コンパクトなパッケージでありながら、高速な立ち上がり・立ち下がり時間、高いラッチアップ耐性、そして迅速な熱応答性を備えています。また、インバータには補助電源も組み込まれており、パネル入力電圧から安定化された直流電圧を生成して、マイクロコントローラユニット（MCU）、DC-DCおよびDC-AC電力用コンポーネントのゲートドライバ、ならびに有線および無線通信インターフェイスなどのインバータ回路に電力を供給します。これらのインターフェイスは、パネル電圧、交流電圧、温度などの動作状態を、接続された他の機器に報告します。

Littelfuse住宅用ソーラーソリューション

住宅用太陽光発電環境における特定の電力管理要件に対応するには、さまざまなエネルギー需要に応じた幅広い部品オプションが必要となります。Littelfuseは、住宅用太陽光発電システム向けに、回路保護デバイス、MOSFET、ゲートドライバの幅広い製品ラインナップを提供しています。同社の住宅用太陽光発電ソリューションは、カートリッジヒューズからシリコン（Si）および炭化ケイ素（SiC）MOSFET、MOSFETモジュールに至るまで、インバータ設計全般で使用できる多様な部品を特徴としています。ディスクリートMOSFETは設計の柔軟性を最大限に高めます。一方、高速リカバリーダイオードを内蔵したリトルヒューズのMOSFETモジュールは、コンパクトで高電力密度の設計を可能にします。

MPPT機能を備えたストリングインバータのDC-DC昇圧段向けに、Littelfuseは超低オン抵抗（R_DS）かつ高電流処理能力を備えたMOSFETを提供しています。これらのデバイスは取り付けが容易であり、その結果、省スペース化を実現します。マイクロインバータの整流段には、Littelfuseのシリコン・ショットキーダイオードが極めて低い順方向電圧降下を実現します。これらのデバイスは低リーク電流を保証し、シングルスクリュー取り付けが可能な共通カソード構成で提供されています。

ストリングインバータおよびマイクロインバータのDC-AC段向けに、Littelfuseは、高いサージ電流に対応し、熱抵抗を低減し、高速スイッチングを実現することで損失を最小限に抑えるMOSFETおよびIGBTを提供しています。また、インバータの入力および出力フィルタ段向けには、高いエネルギー吸収能力を備え、第三者機関の安全基準に準拠することで認証期間を短縮できるMOVを提供しています。これらの住宅用太陽光発電ソリューションには、幅広い電圧、電流、エネルギー定格を備えた多様なMOVが採用されています。さらに、リトルヒューズのカートリッジヒューズ製品群は、出力段に最適です。さまざまなパッケージサイズとアンペア定格が用意されており、特定のアプリケーション要件に合わせて、速断型、中速断型、遅延型の特性を持つヒューズが利用可能です。

Littelfuseでは、電圧サージから保護する過渡電圧サプレッサ（TVS）ダイオードアレイや、過熱状態を検知できる負温度係数（NTC）センサなど、ストリングインバータやマイクロインバータ全般で使用できる部品も提供しています。

まとめ

急成長を遂げている住宅用太陽光発電市場は、インバータメーカーやシステム施工業者にとって大きなビジネスチャンスをもたらしています。業界の各プレイヤーは、各住宅用エンドユーザーの具体的な用途に最適なトポロジーを選択し、カートリッジヒューズからパワーMOSFETモジュールに至るまで、高性能かつ信頼性が高くコンパクトな部品を用いて必要な機器を実装することで、競争上の優位性を獲得することになるでしょう。

著者

Rick Nelson氏は、技術ジャーナリストであり、「Test & Measurement World」の編集長、「EDN」のチーフエディター、「EE-Evaluation Engineering」の編集長を歴任しました。また、「Vision Systems Design」や「Electronic Design」などの出版物にも寄稿しており、数多くのライブパネルディスカッションやウェブキャストにも参加しています。また、Rick氏はGeneral ElectricやLitton Industriesにおいて、システムエンジニアリングや製品開発の職務も務めてきました。ペンシルベニア州立大学で電気工学の学士号を取得しています。

[1]https://www.mckinsey.com/industries/electric-power-and-natural-gas/our-insights/residential-solar-down-not-out