太陽電池の動作点はどう決まるのか？-電気系ものづくりブログ

どうも、こんにちは！

太陽電池には、「最大電力点」というのがあって、その付近で動作させるのが良い！という話を「太陽電池の基本と押さえておきたい特徴」でしました。

「最大電力点近くに動作点を持っていくのが良い」っていっても、そもそも動作点ってどうやって決まるの？という疑問も出てくると思います。

そこで今回は、「太陽電池の動作点はどうやって決まるのか？」についてやっていきたいと思います。

負荷が抵抗のとき（抵抗とみなせるとき）

まずは、太陽電池に抵抗（または抵抗とみなせるもの）を接続したときを考えていきます。

接続した負荷のI-Vカーブは直線になります。抵抗なので、オームの法則より、I=V/R。傾きは1/Rです。

そして、太陽電池のI-Vカーブと、負荷直線との交点が太陽電池の動作点となります。（2つのグラフの交点＝2つの特性を同時に満たすことができる点なので）

上の図で、負荷が「緑の直線」の時、太陽電池のI-Vカーブとの交点である「緑の点」が動作点となります。

抵抗が小さくなると直線の傾きが大きくなり（黄色の直線）、動作点は「黄の点」のようになります。逆に、抵抗が大きくなると直線の傾きが小さくなり（青の直線）、動作点は「青の点」のようになります。

このように、動作点は、（太陽電池から見た）負荷抵抗の大きさによって決まります。

日射が減少して太陽電池のI-Vカーブが変化したときに、動作点がどうなるか？を考えてみます。

太陽電池のI-Vカーブが「青の線」のときに、負荷抵抗が「紫の線」で、動作点が最大電力点（緑の点a）にあったとします。日射が減少して、太陽電池のI-Vカーブが「青の線」→「緑の線」に変化すると、動作点は「緑の点a」→「橙の点b」に移動します。

太陽電池のI-Vカーブが「緑の線」のときの最大電力点は「青の点c」で、動作点bは最大電力点から大きく外れた動作点です。

次に、太陽電池にバッテリを接続した場合を考えてみます。

太陽電池にバッテリを接続した場合、太陽電池の出力電圧＝バッテリ電圧となります。そのため、動作点はバッテリ電圧によって決まります。

バッテリは充放電することによって（SOCによって）電圧が変わります。そのため、充電・放電によってバッテリ電圧が変化するにつれて、太陽電池の動作点も変化します。

バッテリ負荷の場合で、日射が減少して太陽電池のI-Vカーブが変化したときに、動作点がどうなるか？を考えてみます。

太陽電池のI-Vカーブが「青の線」のときに、バッテリ電圧が「紫の線」で、動作点が「緑の点a」だったとします。日射が減少して、太陽電池のI-Vカーブが「青の線」→「緑の線」に変化すると、動作点は「緑の点a」→「橙の点b」に移動します。

これは余談ですが、太陽電池の出力にバッテリを接続するときは、バッテリ→太陽電池へと電流が逆流しないようにする必要があります。

光が当たらないと、太陽電池はダイオードと同等です。そのため、太陽電池の出力にバッテリを直結した場合、光が当たらなくなると、バッテリから太陽電池へと電流が逆流してしまいます。

これを防ぐために、太陽電池の出力にバッテリを接続するときには「逆流防止ダイオード」が必要です。