太陽光発電システム

太陽光発電システムは、太陽電池によって太陽の光エネルギーを直接電気エネルギーに変換して発電するシステムである。太陽電池は光起電力効果を利用する素子であり、光を受けた半導体の内部で電子と正孔が生じ、起電力が発生する。太陽光発電システムは、太陽電池モジュールを直列と並列に組み合わせた太陽電池アレイ、複数の回路の直流を集める接続箱、直流を交流に変換するパワーコンディショナ（以下「PCS」という）などから構成される。試験では、各構成機器の役割と、出力を左右する要因の理解が中心になる。

太陽電池の特性と最大出力

太陽電池の電気的な特性は、電圧と電流の関係を示す電流-電圧特性（I-V特性）で表される。I-V特性の曲線上で出力が最大となる点を最大出力動作点といい、そのときの電圧を最適動作電圧、電流を最適動作電流という。太陽電池の最大出力は、最適動作電圧と最適動作電流の積で求められる。

最大出力は次の式で表される。

P_max = V_pm × I_pm

太陽電池を直列に接続すると、各太陽電池の電圧が加算されて回路全体の電圧が増える。一方、並列に接続すると、各太陽電池の電流が加算されて回路全体の電流が増える。直列接続による電圧の増加と並列接続による電流の増加は、区別して理解しなければならない。アレイの直列数と並列数は、必要な電圧と電流を得るために組み合わせて設計される。

最大電力点追従制御（MPPT）

日射強度や太陽電池の温度が変化すると、I-V特性が変化し、最大出力動作点の位置も変わる。このため、PCSは動作点を常に最大出力動作点の近傍に保つ制御を行う。この制御は、最大電力点を追いかけるように動作点を調整するものであり、最大電力点追従制御と呼ばれる。その目的は太陽電池の出力を最大限に引き出すことにあり、系統の電圧や周波数を維持する制御とは目的が異なる。