～ 売電収益の最大化 ～

 太陽光パネル（モジュール）部分で発電を最適化する

「リパワリング」を強くおススメします！

１．「専用パワコン（MLPEｲﾝﾊﾞｰﾀ）」

２．「パワーオプティマイザー」

３．「モジュール・ストリング再構成」

この３つで発電所全体の出力の最適化（最大化）を実現！

Power Revolution: Pioneering the Future with Autonomous, Distributed, and Flexibly Grid-Connected Sources

In recent years, our lives are on the brink of significant change due to the widespread adoption of distributed renewable energy sources like solar power, along with the proliferation of large-capacity Li-ion batteries. The cost of solar has already become the cheapest among all methods of power generation. Due to the ease of installation coupled with this cost-effectiveness, solar is expected to be a most popular distributed power source everywhere. However, due to the inherent nature of solar, which limits its generation to certain hours and weather, the combination with storage batteries becomes crucial. Due to the drastic shift of vehicles from conventional ICEVs to BEVs in many countries around the world, it is almost promising that the age large capacity batteries everywhere is coming. This change will push us to change our power source from traditional large centralized power plants using a wide area distribution line which we have used it from the end of the 19th century to the distributed system consists of a bunch of small decentralized facilities.

In this context, we I-S3 proposes a new concept of future energy under the catchphrase consists of three following key words "Autonomous, Distributed, and Flexibly Grid-Connected Sources".

"Energy Revolution with Autonomous, Distributed and Flexibly Grid-Connected Sources"

Autonomous operation The operation of each demand site and energy facilities are conducted independently without central management. Distributed installation Decentralized installation of these facilities at each demand site. Loosely Grid Connected system The ability to connect to and disconnect from the power grid as required as to minimize the dependence on the distribution grid.

With our new concept, the sense of "stable power supply", which had been crucial in the traditional power supply system will be less important. At the same time the new sense of "stable power use" will be more important. Because it is obvious that we don't really care the power is supplied stably or not, if we still can use the power stably. Perhaps, this represents the biggest paradigm shift in about 130 years since the inception of power supply.

The Importance of Autonomous Energy Systems

What is an "autonomous" system?

An autonomous system we imagine is that each home or business place at the end of the power grid as a unit of electricity usage and generation, where each unit autonomously controls its operation based on the power demand and surplus information obtained through sensors and the internet. Typically, it operated automatically and capable of disconnecting from or reconnecting from the grid and supply excess electricity to the neighbors or the grid. Our envisioned system essentially operates as a standalone unit at very small scales like individual homes, with low grid dependency and flexible disconnection and reconnection capabilities.

Differences from Existing Centralized Systems

I believe the conventional power supply networks dating back to the end of the 19th century will not disappear so quickly, and their use will remain viable. However, as we enter the era of distributed power sources, significant investments in maintaining and modernizing these systems are expected to become increasingly difficult. Therefore, we propose to focus on upgrading each endpoint rather than upgrading the entire large-scale system, thereby transforming society from the endpoints.

In our autonomous system, since there is no central power supply nor information management, systems can be freely designed for each project. This enables us to develop the proper technology rather quickly with real-life feedback, obtaining optimal system insights in a very short period. This is in stark contrast to the traditional systems, which require significant investment and societal consensus for installation and upgrades, taking much time. With the rapid pace of today's world, upgrades to conventional systems may become obsolete or inadequate by the time they are implemented.

How does Autonomy Impact Energy Security?

Autonomy combined with decentralization will significantly improve the security of energy supply. This is not only because of the physical location of the generation and transmission facilities, but also due to the configuration of the system basically like a standalone system its information management and system control is less susceptible to widespread disasters. Additionally, as each system operates independently, risks like bugs or information security threats are less likely to spread, making the nationwide system extremely robust.

The Necessity of Flexible Grid Connection

Our goal is essentially to use large-capacity batteries in off-grid systems. However, considering the realistic supply of large-capacity batteries and the strategy for system popularization, it is necessary to utilize the existing power supply for smooth promotion. Especially, large capitalists, including countries and major power companies, are aiming to upgrade society with much larger systems than our target, such as smart grids (large-scale) and microgrids (small to medium-scale). While I believe these attempts will fail, the existing grid is expected to be somewhat updated and managed in the process, so it is wise to use it as far as it is avalable.

Steps for Realization

The concept described here may significantly alters the traditional way of energy supply, leading radical transformation of our lives and social structures. To achieve this, the first step is to install numerous solar power facilities for self-consumption and surplus power sales, thus increasing the basis for distributed power sources. Subsequently, in line with the proliferation of electric vehicles (EVs), we propose effectively utilizing the electricity generated for EV charging. The next phase involves the introduction of large-capacity batteries by adopting a DC-coupling system for the power supply at each demand site, we can increase the total amount of effectively extractable power from solar generation and avoid unnecessary losses from DC to AC conversion. Therefore, it becomes crucial to switch from the traditional AC-coupled system to a DC-coupled system for integrating solar power facilities, batteries, and loads at the right time. If we can extend the DC-coupling approach to household loads, new benefits emerge, such as proposing a smarter global-standard interface for home appliances and other domestic electrical devices, replacing traditional AC outlet plugs.

If you are going to hear more about it, Please feel free to contact us.

s_masuda@i-s3.com

日本語はこちら

エネルギー革命：自律・分散配置・柔軟なグリッド連系で描く未来のエネルギー （コンセプト）

はじめに

正直に言うと、私は新しいビジネスモデルや未来の世界についてのお話をしているつもりのことが多いのですが、どういう訳か、私が技術的な細かい話しをしていると誤解する人が多いようです。これは本当に謎で理由を真剣に追求したいです。 私は基本的に物理学の分野で教育を受けたため、実験で新しい事実や真理に気が付けることや、定量的に可能性や確率を議論することは好きです。 ただ、私は別に細かいことにこだわるわけでも、エンジニアっぽいことが好きなわけではまったくありません。寧ろ忌み嫌っているし、エンジニアという人種がそもそも好きではありません。

また、個人的にはエンジニアリングの取り組み自体は単にコストに過ぎず、できることならば、そんな取り組みは極限まで少なくするべきだと考えています。 必要な場合のみに最低限の優れたソリューションが必要という訳です。 個人的には、シンプルさを追求するためには整理するためのトライアルの数も最低限であるべきと考えています。 全体像についてゼロから話しをしましょう。 巨大なインフラを変える最適化するのではなく、末端のブロックをこっそり置き換えることで、世界をこっそりと全く別なものに変えるストーリーをお話します。 

そんな話の一つとして、これからエネルギーをどうやって扱って行こうかというお話をさせてもらいます。

近年、太陽光発電を始めとする分散型の再生可能エネルギー電源の普及や大容量のLi-ion電池の普及により私達の生活は大きく変化しようとしています。太陽光発電のコストは既にあらゆる発電方法のなかで最安になっており、設置のしやすさと相まってあらゆる場所へ設置可能な分散電源としてますます増えていくことが予想されます。しかしながら、太陽光発電はその特性上、発電時間が限られることから蓄電池との組み合わせが重要になってきます。実は、その蓄電池に関しても、既に大衆向けの電気自動車(EV)が世界中で本格普及期に入っており、私達の生活が大容量蓄電池があることが前提の形に変化していくことは半ば必然と言える状況になってきています。そうなって来ると私達が将来利用する電力は従来の大型発電所で発電したものを広域送電網で各需要家に送るという19世紀末以来のやり方から、電力系統（グリッド）の末端に近い分散された発電設備から近い需要場所への供給が中心の分散型システムにシフトして行くことが予想されます。

その様な状況のなかで弊社株式会社I-S3では、以下の三要素を中心に「エネルギー革命：自律・分散配置・柔軟なグリッド連系で描く未来のエネルギー 」というキャッチフレーズで新しい時代のエネルギーの提案をしていきます。

• 自律
  それぞれの需要場所やエネルギー設備が中央管理なしに自律的に動作すること
• 分散
  それぞれの需要場所に分散設置されていること
• 系統疎結合
  系統からの電力の取り込みは可能でも、必要に応じて電力系統との接続を切り離したり、再連系することが可能で電力系統への依存度が低いこと
  
  

これにより実現する電力の使用方法は従来のものとは大きく異なって来ます。従来の広域位送電を前提とする仕組みでは重要であった「電力の安定供給」というものが殆ど意味のないものになり、実際に私達が生活する上で必要なのはあくまで「電力の安定利用」であることが明らかになってきます。もしかしたら、これは電力供給が始まって約130年最大のパラダイムシフトかも知れません。

自律的なエネルギーシステムの重要性

「自律」的システムとは何か？

自律的システムとは、現在の家や事業所などの電力グリッドの末端のそれぞれの需要場所を電力使用・発電のユニットと考えて、そのそれぞれのユニットが電力の需要や余剰の状況をセンサーやインターネットを介した情報をもとに自律的に判断して運用する仕組みです。基本的には自動で運用し、必要に応じてグリッドとの接続を遮断したり、再連系したり余剰電力を近隣やグリッドに供給したりも行います。つまり、私達が考えるシステムは個々の家などの非常に小さい単位が主体の基本的にはスタンドアローンでも動作し、遮断・再連系も柔軟にできるグリッド依存度の低いシステムです。

既存の中央集権的なシステムとの違い

基本的に私が考える近未来でも19世紀末以来の電力供給網は残っており、引き続き電力は供給されるので、それを用いることは可能という前提で考えています。但し、今後は分散電源の時代になるので、システムの維持や近代化・高度化の為の大きな投資は次第に困難になって行くと予測しています。そこで、私達は大規模な系統全体のアップグレードは諦めて末端を1箇所ずつ高度化していくアプローチを提案し、末端から社会を変えて行きます。

自律システムの場合、中央集権的な電力供給も情報管理もを行わないので、各案件ごとに自由な設計でシステムを構築することが可能です。これにより、技術開発や実生活からのフィードバックが短期間進むために、極短期間で最適システムの知見を得ることが可能です。この点は、従来のシステムの設置やアップグレードには多大な投資や社会的なコンセンサスが必要で非常に時間がかかることと対照的です。昨今は時間の流れも早いですから、従来システムのアップグレードではもしかすると着手する頃には技術が陳腐化していたり、アイディアが適切ではないことが実証されているなんてことも起こるかも知れません。

自律性がエネルギーセキュリティーにどう影響するか？

分散性と合わせて自律性はエネルギー供給のセキュリティーに大きく影響します。これは、もちろん物理的に発電設備や送電が分散型であるということにもよるのですが、それに加えて、情報管理やシステムの制御においても基本構造がスタンドローンなので基本的に広域災害の影響は受けにくいです。また、それぞれのシステムが同時に独立して動いているので、バグや情報セキュリティーのリスクも波及しにくい形になってて、国全体のシステムとしては非常に堅牢性の高いものになります。

柔軟なグリッド連系の必要性

私達が目指している方向は基本的には大容量蓄電池を用いたオフグリッドシステムです。しかし、現実的な大容量電池の供給やシステムの普及戦略を考えると、既存の電力供給が期待できる間はそれを用いるという前提で、円滑な普及を目指す必要があります。 特に、国や大手電力会社を始めとする大資本の方々はスマートグリッド（大規模）やマイクログリッド（中小規模）という私達が想定するスケールよりも何桁も大きいシステムを念頭に社会のアップグレードを目指しています。私はそれらの試みは尽く失敗に終わるとは思いますが、全体的な状況として、それらの試みのなかで既存のグリッドもある程度は更新管理される見込みがあるので、その間は利用させて貰うのが得策でしょう。

実現するためのステップ

• ここで述べたコンセプトは従来のエネルギー供給の概念を大きく変えるもの私達の生活や社会構造を激変させるものです。それを実現する為には、先ずは、自家消費や余剰電力売電などの目的の太陽光発電設備を多く設置し分散電源の拠点を増やすことが大切です。その後、EVの普及などに合わせてEV充電などに発電した電気を有効利用する提案を行います。その後大容量蓄電池を導入して行く訳ですが、その際に各需要場所の電力供給の仕組みをDC-coupling方式にすれば有効に取り出せる太陽光発電由来の電力の総量が多くなることや、不要なDCAC変換のロスも避けられるなどのメリットがあるため、適切なタイミングで太陽光発電設備と蓄電池や負荷を統合するシステムを従来のAC-coupling方式からDC-coupling方式のシステムに置き換えることも重要です。DC-coupling方式を住宅内の負荷まで拡張できれば、家電を始めとした生活家電のインターフェースも従来のACコンセントプラグに替わるよりスマートなものを全世界共通で提案できるなどの新しいメリットも見えて来ます。

リパワリングによる 太陽光発電所の超長期運用

 太陽光発電は再生可能エネルギーのなかでも設置が容易でコストも低いことから最も有力な電源として普及が進んでいます。 特に日本では2012年のFIT開始により大幅に普及が進みました。 しかし、普及と同時に根本的な誤解に基づいた太陽光発電の欠点を殊更強調して批判する人も跡を絶ちません。 例えば、それらの人々は太陽光パネルの寿命が20年程度でかなり短いと思っている様です。 これは、FITの期間20年やメーカーの発電量保証の25年の数字からの誤解だと思われますが、多くの人がこの期間を過ぎたパネルは即座かつ同時に発電しなくなってしまい廃棄しなければならない為に、FIT終了後に太陽光パネルの大量廃棄が起こるという前提でものを考えています。 これは、反対派だけでなく経済産業省などの行政でも同様の考えで制度設計をしている様です。

しかし、当然ですがその様なことは決して起こりません。 実際のパネルの寿命は20年よりは遥かに長いですし、多くのパネルの寿命が同時に訪れるということもありません。 これは、私達の寿命と同じで、全員が平均寿命の日に一斉に旅立つ訳ではないことを考えると明白であると思われます。

その一方で、実際の太陽光パネルは確率事象としてゆっくりと不均一に劣化して行きます。 その結果、ストリングの中や同じMPPTの範囲にあるストリング間でのミスマッチが起こり、発電量のロスが発生します。 この様なミスマッチを避ける為には劣化したパネルを交換するしかないのですが、設置後何年も経過すると同じ性能のパネルを入手することは現実的に不可能になります。

このことを避ける為には同じMPPTの範囲のパネルの電圧を揃えてやる必要があり、その為には、実際に劣化したパネルの枚数よりも遥かに多くのパネルを交換しないといけなくなります。 これは全くもって非効率です。

割と多くの方がFITの売電期間が終わると太陽光発電所を分解撤去しなければならないと信じている訳なのですが、今後も再生可能エネルギーの需要が高まる傾向であることを考慮すると20年と言わずもっと長い期間太陽光発電所を維持した方が良いと考える人も多いことでしょう。 そうなって来ると、どの様に効率的に劣化したパネルを交換するのかということも重要なテーマになってきます。

現状で私が知っている方法のなかで最も良い方法は、オプティマイザーを用いたシステムを導入することでパネルの交換を容易にするというものです。 オプティマイザーを用いることで、ストリング中のパネルの種類が一様でなくてもパネル毎に最大電力を取り出した上でストリング電圧を一定に保つことができます。 また、オプティマイザーにはパネル毎の発電状況のデータを取得する機能もあるので、これにより劣化など不良パネルを迅速に特定できる様になります。  それらを実現する為には、パワコンをオプティマイザーと協調して動くSolarEdgeなどのシステムに変更する必要があります。 この様なパワコンの交換を通して発電所の品質を向上させる試みをリパワリングと呼んでおり、リパワリングにより発電量の改善により投資効率を改善させると同時に、故障時のシステム停止リスクなど太陽光発電に関わる様々なリスクを低減させることができます。

リパワリングのメリットに関してはこのブログの別な記事でも詳しく解説しておりますが、これらのメリットに加えて、発電所の運用期間が長期になればなるほど最小限のコストで最適なパネル交換が可能になる方法としてリパワリングが最適であると言えそうです。 

Repowering for decades of long-lasting operation

 Solar PV is one of the most promising energy sources among the renewable energies, due to its low cost and simplicity. Here in Japan, thanks to the governmental 20 years of FIT program, we could increase the capacity of PV significantly. However, some people complain about minor drawbacks, as if it was a fatal issue based on misunderstanding. For example, many people misunderstand the durability of PV modules and they believe the lifetime of the PV modules are very short such as 20 years or so and it stop their power generation immediately after the "lifetime", because it is written 25 years as a guarantee period. On this basis, many people, including governmental official worries about the disposal of old PV modules. Such people believe we will have a huge amount of waste of PV modules simultaneously at the end of FIT period or the end of the lifetime of PV modules. Of course we know it will not happen, because the expected lifetime of PV modules is much longer and the end of the all the life will not come at the same time coincidentally. Just imagine our lifetime if it is a kind of exact number and everybody has exactly the same number or not. 

On the other side of the truth, PV modules degraded  slowly as a probability issue, some degraded relatively slow and the others quickly. It will cause the mismatch of the maximum power point in its strings and the group of strings handled in the same MPPT group. To avoid such mismatch, we need to replace the degraded PV module, but due to the progress of PV module technology, it is not easy to find the same module to align the string condition several years after installation. To avoid this issue, we have to align the string voltage inside the MPPT group, to do it, we need to replace much more modules than the number of damaged modules. It is not efficient at all. 

Although some people believe we need to dismantle PV plants after FIT period, due to the expanding demands of renewable energies, it is better to keep our PV plants far more than 20 years. Then we need to think about how to replace PV modules in an efficient manner. As far as I know at this moment, I can introduce a good idea to make future module replacement easy is to use use optimizer. With optimizer, we can make string voltage aligned even with inhomogeneous string configuration. To do that, we need to replace the inverters to the one with optimizers such as SolarEdge system, we call this inverter replacement attempt as "repowering". With repowering, we can increase the power generation to make ROI better while reducing various risks of PV plats such as system fault and unnecessary replacement of components as I have mentioned about the merit of repowering in another article in this blog. Now we have found another good reason to recommend repowering your PV plants for decades of long-lasting operation. 

ストリングの組み換えで発電量の改善

 皆様の太陽光発電所は順調に稼働していますか？

実は、太陽光発電所は必ずしも機器の性能が最大限発揮できる様な施工がなされているとは限りません。 寧ろ、コスト低減や知識や経験の足りない施工者により思わぬロスが発生している場合の方が多いです。

下の図は、最近ストリングの調査をさせて頂いた発電所の一部のストリング構成図です。
この発電所では、施工業者がストリング図を作成していなかったので、その調査から始めました。

ここの例は、典型的なもったいないものでした。 パワコン自体はHuawei製のMPPTが6個（12ストリング入力可能）のものであり、厳しい条件でもしっかりと発電量を確保できそうな良いものでした。 ところが、下の図の左側の様に全てのストリングが架台の上から下まで通ってしまっているので、前の架台の影の影響が全てのストリングに出てしまうというものでした。

これでは、全てのストリングに影の影響が出てしまい発電量は期待以下になってしまうことは必然です。 私達は、ストリングの組み換えを行い、下の図の右側の様に上下でストリングを分けると共に、影に入るストリングの組と影には入らないストリングの組を別々のMPPTに接続する様に致しました。 結果的には、夏の時期でも発電量の違いを納得してもらえる位の改善が見られました。 秋になる前に改善できて良かったと思っております。

この様な不適切なストリング構成は、比較的多く見られますので、気になる方は是非、一度調査をされてはいかがでしょう？ 大規模な改修を伴わずに割と大きな改善効果が期待できますので、是非、お声がけ下さい。

Concept proposal of Mobile Smartcity PowerPack

Portable Battery for professional use（プロの仕事のためのバッテリー）  

Portable package of 10kWh scale rechargeable battery for urban professional works such as construction and cleaning, in addition to the use of the outdoor work in the wild. Covering all professional electric tools with three phase and single phase outlets with sufficient capacity.

野外での仕事に加えて、都市での工事や清掃などのプロの仕事用の10kWhスケールのポータブル蓄電池ユニット。そのために単相及び3相の出力を完備すること。

EV compatible charging
（EVと共用の充電）

Using numbers of normal speed AC200V EV charger to keep sufficient number of active batteries within reasonable operation and initial installation costs.

多数設置した電気自動車用の200V普通充電器を用いることで、運用コストや初期の設置コストを最小限に抑えながら、必要量の電池を常に確保する。

 

Sophisticated mobility
（洗練されたモビリティ） 

• Easy loading/unloading of the truck and van
  トラックやバンに容易に載せたり降ろしたりできる。

• Safety and barrier free entry
  安全性とバリアフリー

• Large diameter tires, safety brake, suspension, and shock absorber.
  大径タイヤ、安全ブレーキ、サスペンション、ショックアブソーバーを完

• Large scale reserve battery system (Parallel DC connection)
  並列接続による大容量化

• Cloud-connected battery delivery service
  クラウドで繋がった交換バッテリー配送サービス
  Providing filled battery delivery service to the working site using mobile communication integrated with cloud-based management system.クラウドベースの管理システムとモバイル通信を用いて現場に充電済バッテリーを配送するサービスを提供する。

• Carrying all necessary tools with energy! Make professional work more efficient.エネルギーと一緒にツールも運搬して業務を効率化する。

• Salvageable waterproof

水没しても安全に回収できる防水性能