太陽光発電を改善する、新材料でパワコンの効率98％以上へ：スマートグリッド（2/2 ページ）

安川電機が、小型かつ高効率なパワーコンディショナー（パワコン）を試作した。シリコン（Si）パワー半導体を用いた従来品に対して、体積を2分の1以下に抑え、実用域での変換効率を98.2％に高めた。このような改善が可能になったのは、窒化ガリウム（GaN）パワー半導体を採用したためだという。

[畑陽一郎，MONOist]

変換効率を98.2％まで高めた

　家庭用の太陽光発電システムは出力3k〜4kWの構成が最も多い。そこで、新型パワーコンディショナーの定格容量（最大出力）を4.5kWに定めた。ただし、太陽光発電システムには、定格容量で連続して動作することがないという特徴がある。時間によって太陽の高度が変わり、面積当たりに得られるエネルギーが変化する他、気象条件によっても出力が低下するからだ。

　そこで、定格容量の約半分の2kW前後の出力時に最高効率が得られるように設計したのだという。4.5kW出力時の効率は97.5％だが、2kW出力ではより高い98.2％の効率を達成できた（図2）。

図2　新型パワーコンディショナーの変換効率　赤線が開発試作品、黒字が現行品の変換効率を表す。出典：安川電機

パワー半導体で米社と協力

　安川電機は自社でパワー半導体の製造を手掛けていない。そこで、今回はGaNウエハーから、素子のパッケージングまでを事業化した米Transphorm（関連記事）のパワー半導体を採用した。

　「当社からGaNパワー半導体の仕様について要求を出し、それを満たすものを採用した。Transphormによれば、今回のGaNパワー半導体は『All GaN』であり、逆並列のダイオードは採用していない」（安川電機）。使われている素子は、AlGaN/GaN構造を採るHEMT（High Electron Mobility Transistor）だと考えられる。