太陽光パネルのPIDの発生原因と対策

PIDの発生原因と対策


 太陽光パネルの出力劣化であるPIDは、太陽光発電の普及と共に知られるようになり、かつて話題になりました。
現在では対策され、耳にすることは少なくなりましたが、被害は無くなったのでしょうか?


 こんにちは、天意です。
 今回はPIDの発生原因と対策について、お話しさせていただきます。




PIDとは?


 まず始めにPIDについてご説明します。PIDとは『Potential Induced Degradation』の略で、結晶系太陽光パネルの出力劣化現象のことを指します。


 PIDは太陽光パネルの内部回路(セル部分)とフレームの電位差によって起こります。気温や湿度が高くなったり、朝露などによりパネルの表面が結露すると、PIDが起こりやすくなります。


 2012年頃に広く知られるようになり、メーカーによる対策が行われました。しかし現在でも発生事例が報告されています。



    工具


PID への対策


【PID対策品】

 一般にPIDフリーパネルなどの対策は、セル製造段階の反射防止膜の製膜時に行われており、現在では珍しくありません。EPC(設計・調達・建設)企業がシステム設計をする段階で対策する場合や、封止材との組み合わせで PID対策を施した製品もあります。


【対策品でもPIDは起こり得る】

 しかし、反射防止膜は耐PIDの目的のために作られているわけではありません。更に、製品によって耐PIDの品質にはバラつきがあります。もちろんバラつきが出にくくなるよう管理されてはいますが、全ての製品で耐PIDの品質をクリアするのは難しいと言われています。したがって、対策されている製品だからといって、それを盲目的に信用することは危険だと言えます。




発見と再発防止策


【現場での発見は困難】

 PIDはパネルから電流が漏れて起こることも多いです。降雨時や朝露が降りた時に頻発し出力が落ちていれば、漏れ電流から発生するPIDを疑うべきでしょう。しかし、PIDを現場で発見することは困難と言われています。PIDが進行していると判断するには、開放電圧やI-V(電流-電圧)測定で分かるレベルでないと難しいからです。


 影響が先に出るのはストリングの低電圧側で、出力が落ちたり戻ったりを繰り返して、だんだん劣化していくのも発見を遅らせる要因です。



【再発の可能性】

 不良品は一般的には、不具合のある部品を交換すればいいのですが、PIDの場合、PID対策品と交換しないと再発する可能性は高いです。他にも、蓄電池を併設するとPIDが起こりやすくなるという説もあります。


 通常、蓄電池には基本的にON/OFFの制御部があり、夜間に電圧はかかりません。しかし該当のパネルがPIDに弱いと仮定すれば、電圧がかかってしまい、PIDが発生する可能性もあるのです。



    夕日パネル


まとめ


 PIDについて、その原因と対策、そして対策の難しさをお伝えしました。買取価格が引き下げられ、太陽光パネルも低コスト化が進んでいます。そのため、PIDは起こり得ると言えます。完璧な対策はなかなか難しいですが、蔑ろにしてはいけません。




 → 太陽光発電の保守・メンテナンスの重要性
 → 太陽光発電のトラブルとその影響
 → 太陽光発電のトラブルに注意!同じ失敗をしない為のO&M



太陽光発電のトラブルに注意!同じ失敗をしない為のO&M手法は?

 正直に申し上げて、太陽光発電所でのトラブルが目立ち始めています。あるO&M(オペレーション&メンテナンス)会社によると、携わった発電所の実に半分で何かしらのトラブルが発生しているとのことです。放置すれば、漏電や火災事故にも発展する可能性のある発電所トラブル。事業主や施工会社は今後どのような対策を講じればよいのでしょうか。


 よくある発電所トラブル

・トラブル1:パネルの初期不良があったが、メーカーが取り合ってくれない
 メーカーの中には代理店を通さないと対応しないところもあり、代理店が倒産してしまっていると泣き寝入りになるケースも。

・トラブル2架台の強度が足りていない
 台風や大雨で基礎や架台が崩れてしまったが、販売店や施工店と連絡が取れないことや、取れても修復する為の資金的・人的余力がなく、対応してもらえない。

・トラブル3:内部コネクタの断線・バイパスダイオードのショート
 多くは施工中の外部ダメージで発生します。トラブル1と同様、メーカー対応で問題になることが多い。

    断線・ショート

・トラブル4:パネルのクラック
 パネル内に並んでいるセルという片にひび割れが入る現象です。

・トラブル5:パネル固定金具や架台のボルトが外れている
 いわゆる施工不良ですが、順守すべき明確な基準がないため、業者の裁量にゆだねられている点が問題視されています。


 想像以上に難しい製品保証の適用

 発電所のトラブルは稼働後数年が経過してしまうと、施工業者と機器メーカーのどちらに責任があるのか判断が付かす、揉めるケースが良くあります。その原因は第三者機関の竣工検査を受けていないからだと言われています。仮に検査を行っていたとしても施工業者の自主検査によるものがほとんどで、客観的に発電所を検査できていないことが多いです。

 竣工検査を第三者機関が行うことで、竣工前にある程度設計や施工の不具合を特定することができます。それをその時点で修繕しておけば、稼働後にパネルの故障が見つかった場合、製品自体に不具合があったと判断しやすくなります。

 それでもまだ根深い問題として、その不具合を事業者側で立証しなければならないことがあります。厳密に検査しようとすると、設備が整った検査機関に持ち込まなければならず、現実問題難しいと言えます。しかも検査をして製品不具合を立証できたとしても、パネル保証では設置費用まで含まれておりませんので、費用対効果が合わず、そのまま放置されるケースもあります。

 仮に費用面で問題が無くても、25年、30年といった長期にわたってパネルメーカーが存在しているのかという問題もあります。大手パネルメーカーでは再保険が設定されている場合も多いですが、それでも事業者が直接海外の保険会社と交渉し、保険適用まで持っていけるかというと、それもなかなか難しいのではないでしょうか。

    火災

 まとめと対処法

 太陽光発電の不具合は、軽微なものでも放置しておくと火災などの大事故につながる恐れがありますので、早期に修理する必要があります。発電所トラブルを防ぐには、事業者自身が知見を高め、信頼できる製品や施工業者を選定する必要があります。そして、少なくとも、第三者機関による竣工検査は漏れなく実施し、経験豊富なO&M会社に保守・管理を委託して、遠隔監視装置で常時発電所の状態を監視し続けなければなりません。


 → 太陽光発電所の保守・メンテナンスの重要性
 → 太陽光発電所のトラブルとその影響


 

太陽光発電遠隔監視におけるストリングス監視の効用

 「売電量遠隔監視装置を選ぶ基準」で記述したとおり、監視装置で監視する範囲には発電所全体・パワコン毎・ストリングス毎の3種類があります。そしてその中で最もお奨めなのがストリングス毎の監視です。なぜお奨めなのかは下のストリングス毎の売電量グラフを見ていただければ一目瞭然です。

茨城県ストリング毎
 オレンジ色で示されているストリングス10がの売電が完全に止まっています。比較してみれば分かりやすいと思いますが、この日のグラフをパワコン(PCS)毎で表示したのが下の図です。

茨城県パワコン毎
 この時はたまたまパワコン1、2、5が同時に1ストリングずつ止まっていたのですが、故障しているパワコンの売電量が他のパワコンと比べて低いことは分かりますが、一時的な影の影響かなと勘違いして見過ごしてしまう可能性が高いです。怪しいと思ったとしてもどのストリングに異常があるかを1ストリングずつ調べなければなりませんので、時間も費用もかかってしまいます

 ちなみにこの時はパワコン3台とも「DC/DCコンバータ」の故障が原因でした。この部品は1個3万円以上しますので、部品代と作業料などで合計13万円ほどかかりましたが、ストリングス監視を行っていたおかげですぐに故障個所が分かり、その日の内に部品交換まで完了しました。もしパワコン毎の監視までしかできない監視装置を使っていたら、その日の内に原因を突き止めるのは難しかったかもしれません。そうなると作業料が2倍ほどかかってしまいますし、売電損失も2倍になっていました。

 そう考えると、やはりストリングス監視ができるパワコンと監視装置の組み合わせを選ぶ方が明らかに賢明です。20年という長い期間監視をする必要がありますので、その差はかなり大きなものになります。

 → 売電量遠隔監視装置の必要性
 

売電量遠隔監視装置を選ぶ基準

売電量遠隔監視装置の必要性 →

 遠隔監視装置のメーカーは現在数十社ありますので、選ぶにあたって重視するべき点を以下にまとめてみました。

価格
 本体価格と通信費がありますが、最近は通信費を初めに10年分をまとめて支払うタイプが増えています。もちろんその方がトータルでは安くなりますので、初期費用に余裕があればこのタイプを選ぶのが良いと思います。

パワコンに対応しているか
 発電設備に後付する場合は、設置済みのパワコンに対応しているかを確認しなければなりません。どんなパワコンにも接続できる監視装置はありませんので、必ずメーカーや販売店にご確認ください。

どれだけ細かい単位で売電量を監視できるか
 監視装置の機能として最も重要な要素は、どこまで細かい単位で監視できるかです。どういうことかと申しますと、発電設備の構成は色々な単位で分けることができます。細かい順にパネル1枚単位、1回路(ストリングス)単位、パワコン1台単位、発電所全体(売電メーター単位)となります。これが細かければ細かく見れる程、発電低下や停止があった際に原因となった箇所を絞り込むことができます。絞り込めればそれだけ早く少ない労力でその個所を特定できるという訳です。

 では、パネル1枚単位で見れるものが一番良いという事になりますが、残念ながらここまで細かく見るためには、監視装置以外の特殊なシステムを導入する必要があり、大変高価なものですので、ここでは割愛します。監視装置では次の1回路(ストリングス)単位で監視できるものが最も細かく監視できる種類になります。実はこれを満たす監視装置は意外に少なく、有名な監視装置でも実はパワコン単位でも見れないという事はよくあります。要するに細かさより見易さを重視している訳です。もちろん人によって重視するポイントは違っていて当然ですが、実用性を考えるとやはり細かく監視できる方が売電損失を少なく抑えることができます。

 こういった観点で監視装置を選んでいけば、自ずと選択肢は絞られてきますので、最後は表示画面の見易さやデータ更新の頻度などで決定していただければと思います。いずれにしましても、20年間という長い期間売電してくれる発電所の運営ですので、監視装置を使って常日頃から売電状況を監視し、売電損失を最小限にすることで、高いパフォーマンスを発揮してくれることは間違いないのです。

 → 太陽光発電所の保守・メンテナンスの重要性

売電量遠隔監視装置の必要性

 改正FIT法施行に伴う「事業計画策定ガイドライン」で、低圧発電所でも保守・メンテナンス体制の構築が義務付けられました。これはこれで良い方向だと思いますが、事業者としてはやはり保守・メンテナンス費用は最小限に抑えたいところです。そこで活躍するのが売電量の遠隔監視装置です。これを設置すればインターネット回線を介して自宅のパソコンやスマートフォンに発電量などを表示して監視することができます。

 メンテナンス費用を抑える有効な手立ての一つとして、現地へ行く回数を減らすということがあります。つまり、常時遠隔から発電所の稼働状況を把握し、異常時のみ現地に行くようにすればそれが可能になります。監視装置を設置すれば、売電に影響するどんな異常が発生した場合でも早期発見が可能になります。異常があることが分かればすぐにメンテナンス業者に点検修理を依頼できますので、売電損失は最小限で済みます。時間的にご自身で監視するのが難しい場合は、専門の業者に依頼することもできますので、導入を強くお勧めします。

  上田市雑草1_R  点検

 また、パネルにがかかるような発電所の場合、その影響度合も監視装置からの情報で知ることができますので、その対策にどれ位費用を掛けれるかを算出する事が出来ます。そうすると木を伐採したり、パネルの配置を変更したりといった対策を行う判断を迅速に行うことができるようになりますので、結果的に売電利益を最大化することができるのです。

 実際問題、これまで低圧発電所においては遠隔監視装置の導入はあまり進んでいませんでした。原因は間違いなくその導入費用です。低圧発電所は売電金額が少ないので、この費用はどうしても相対的に高くなってしまうのです。しかし今年に入って風向きが変わってきました。監視装置について、売電事業者は機能よりも価格をかなり重視しているという事を各メーカーが気付き始めたのです。よって、この半年程で価格はかなり下がりました。現在の相場は本体と10年分の通信費込みで30〜40万円くらいですので、20年の売電期間を考えると費用対効果はとても高くなりました。

 → 売電量遠隔監視装置を選ぶ基準
 → 雑草の影響はこんなにも大きい!@ 長野県上田市発電所


 

プロフィール

天意(てんい)

運営者:天意(てんい)
 太陽光発電初心者が投資に失敗しないための知識や業界の動向を現場目線でお伝えしていきます。
 メディアでは報道されない業界の現状や本当の姿を紹介していければと思います。
 → 詳しいプロフィール
 

 
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