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太陽光パネルの影の影響

響とPID

ホットスポットバイパスダイオード
太陽光パネルは、「太陽電池セル」という小さな半導体の集合体です。セルは直列につながっていて、発電した電気はセルの中にある電線を通って流れていきます。
セルを流れている電気が何らかの原因で流れにくくなると、抵抗が次第に大きくなって、電気が滞ってしまいます。
その際に太陽電池セルに直列で接続されている他の太陽電池セルの全電圧が印加され、発熱します。これを「ホットスポット」といいます。
太陽光パネルのガラスに鳥のフンや落ち葉がついたり、雑草が伸びてしまってになるなどした場合に起こる他、太陽電池セルに欠陥または特性劣化が生じた場合にも起こります。
これを防ぐために、太陽光パネルには通常、太陽電池セル数個単位で太陽電池セルの電流と逆方向になるよう、並列に「バイパスダイオード」がついています。
太陽光パネルは太陽電池セルを直列に接続した「ストリング」で構成されています。バイパスダイオードは、このストリングを保護します。セル表面に当たる光量に大きな差ができたとき、バイパスダイオードが働き電流を通します。
道路でいう「一般道路」と「バイパス」のような関係ですね。
太陽光パネルができる時、ストリングに沿ってができる場合は太陽光パネルの日陰面積に応じてI-V特性の電流が減ります。
一方で、すべてのストリングにまたがって、一部がになる場合は、太陽電池アレイの電圧がへっていく為、接続するパワーコンディショナが動作しなくなってしまいます。

PID現象について
PID(Potential Induced Degradation)現象とは、高圧の太陽光発電所などで太陽光パネルを多数、直列に接続し高電圧下で運用した場合に発生が懸念される劣化現象で、発電量が大幅に低下するのが特徴です。
太陽電池セルと大地との間の設置電圧は太陽光発電システムの設計によって異なりますが、1000Vの電圧を抑制しながら温度50℃、相対湿度50%の環境下で太陽光パネルを48時間維持すると出力特性が40%以下に低下するものがあることが、ドイツのフランフォーファー研究所から2012年6月に報告されました。
このPID現象は、太陽光パネルに高電圧が印加されることにより、ガラス中のナトリウムイオンが太陽光パネルの電気特性を低下させる現象として知られています。
システムを設計する上での対策も検討されていますが、どのような太陽光発電システムでも安心して利用できるように、太陽光パネルそのもののPID耐性を確認する公的な試験法の規格化が求められています。

・太陽光パネルの強度について
太陽光パネルは長時間にわたって屋外で風雨に晒されるため、その強度に対する信頼性が非常に重要です。
このため、太陽光パネルの仕様には耐風圧などの記載がされるようになっています。
試験方法はJISで定められており、結晶系太陽光パネルの環境試験法、耐久性試験方法(JIS C 8917)、アモルファス太陽光パネルの環境試験法、耐久性試験方法(JIS C 8938)で規定されています。
風による加重に耐えるための耐風圧試験については、送風機と圧力箱を用いた装置で行いますが、簡易的に乾燥砂を太陽光パネルの上から載せていく静荷重試験でも良いとされています。
雹による衝撃に耐えるための降雹試験は、アイスボールを用いて試験を行いますが、簡易的に鋼球を1mの高さから落下させて強度を確認する方法も許可されています。
太陽光パネルを取り付ける際の機械的強度に耐えるための耐久性試験は、ねじり試験として太陽光パネルを剛体枠に固定し、一隅を一定量変化させて問題がないことを確認しています。
また、太陽光パネルの認証を取得するための規格としては、「太陽光モジュールの安全性適合認定-第2部:試験に関する要求」(JIS C 8992-2)においては、破壊した際の壊れ方などを規定することにより、太陽光パネルの安全性を確保しています。

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