太陽光発電システム評価方法

最新国際規格　PVモニタリング・評価の規格　IEC 61724-1:2017　解説

太陽電池(PV)の評価に必要な様々な機器を紹介いたします。

太陽電池パネルの設置方法(固定、追尾など)、メーカー、種類、方向、傾斜など様々な比較を行う際に最低必要な計測要素は以下の通りです。
日本では、JIS C 8906　に規定されています(地上用太陽電池モジュールで構成された太陽光発電システムの性能表示に用いる運転特性の測定方法)
国際的には、ASTM E2848-11の手法が国際的に規定されています。

○測定条件(JIS C 8906)

○基本計測項目

○詳細計測項目

○JIS C 8906計測項目

○ASTM E2848-11を満たす計測項目

系統連系の場合の太陽電池パネル(PV)計測の方法
発電したものは全て系統に吸収されると仮定して設計します。計測時はインバーターとは切り離しますが、電子負荷により計測可能なレンジの特性計測を行います。

独立電源(AC系統に接続していない)場合、比較的小規模なものが多いですが、一番の問題点は対象試験システムに適合する負荷が得られないことです。
PVアナライザーには電子負荷を搭載しているので最適な負荷をモジュールまたはストリングに与えての計測が可能になります。また、PVアナライザーで計測する場合、パネル以外のもの(負荷、蓄電池)は不要となります。
固定抵抗(ヒーター、モーター、電球など)による負荷は、MPPTが得られないので、実際のチャージコントローラーやインバーターを用いたシステムとは特性が異なってきます。

以下は、IVカーブ(緑)、PVカーブ(青)の例です。
緑線を見ると、PVの出力電流はある電圧までほぼ一定ですが、電力(VxI)は、ある点で最大となります。その点をPmaxといい、青線の極大点をがその場所を示しています。パワーコンディショナーやチャージコントローラーは自動的にその極大点で変換するように作られています(MPPT追従)。実際にはMPPTは理想的に働かないので、パワコンやチャーコンの前後に変換効率を測定する計器を取り付けたりする場合もあります。

PVモジュールやストリング(PVの直列)の中に不良品や、陰があると上手のようなきれいなIVカーブは描かれません。

スクロールすることができます

項目	写真	特徴
太陽エネルギーの評価	太陽光発電システムでもっとも重要な自然要素は日射量です。入力となる日射量を正しく測定することがシステムの性能評価をする上で重要です。 　日射計は、ISOでセカンダリースタンダード(準器クラス)、クラス1、クラス2と3つに分類されており、ランク外は簡易日射計と呼んでいます。クラスが高いほど高価で、精度も高くなります。太陽光発電システムで用いる日射計は、クラス2以上、トレーサビリティーが必要な太陽光発電所では気象庁検定付きの日射計をお勧めします。 　太陽追尾型の発電システムや、太陽熱を利用する場合は、直達日射計とトラッカーの組合せで入力エネルギーを評価します。 　太陽光発電システムの最低必要な計測要素は、 　　入力:日射量 　　PVパネルの発電量(電圧、電流)　可能であればIVカーブ 　　パワコンの発電量(電力:系統連系の場合) 　　負荷電力とチャーコンの充電電力量(電圧、電流:独立電源の場合)
日射計 (CHF-SR11)		ファーストクラス日射計 PV発電システムの入力エネルギーを計測する重要アイテム JISでは±5%精度だが、効率に大きく影響するのでファーストクラスを選択したい 予算が厳しい場合は、2ndクラスの日射計(CHF-LP02) シリコン日射計との違い:波長特性がフラット、劣化が小さい 2ndクラスとの違い:傾斜特性、温度特性に優れる(朝、夕精度良)
日射計 (CHF-SR03)		太陽電池評価研究目的に開発された高速応答 シリコンタイプ日射計にはない広範囲フラットなスペクトル特性 経年劣化が小さい WMOセカンドクラスに準拠しており、気象庁検定も取得可能
日射計 (CHF-SR12)		ISO9060　4.3.2節に規定されるPV用日射計 温度計とヒーターが内蔵
直達日射計 (CHF-DR01/DR02)		太陽光の直達成分のみを測定 太陽自動追尾装置と組合せ 高速応答タイプもあり WMOファーストクラス
PVの評価	PVの出力は、そのときの日射量に応じて最適な電圧と電流の組合せ(IVカーブ、PVカーブ)が変化します。通常パワコンや、高級なチャージコントローラーはその最大点を自動的に探して、追従して変換や充電をします(MPPT制御)。 　このPVカーブ(IVカーブ)を電力、環境や種類ごとにPVアナライザー(IVカーブトレーサー、PVスキャナー、IVチェッカーともいいます)により計測すると　太陽光発電システムのPVの特性が把握できます。 　PV出力は、メーカー毎にことなります。また、不良パネルや不良セル、接続設置不良があると2段になったりします。また、一部が陰になったりする場合も同様です。 また、PV出力は、日射の他に、気温やパネル温度にも左右されるので、これらの要素もできれば同時に計測します。
PVアナライザー IVカーブトレーサー (CNK-PVA12280)		IVカーブの測定が可能 IVカーブがは液晶画面に表示 測定データは、本器内部に保存 PC経由データ回収可能 PCによる操作、自動計測も可能
PVアナライザー IVカーブトレーサー (CNK-PVA11270)		太陽電池アレイをストリング単位で計測することを目的に開発 単結晶、多結晶、アモルファスなどの薄膜、また多層構造のもの、CdTe,CIGSなどシリコン以外の化合物材料など種類を選ばず測定できます 内蔵電子負荷装置には、パワーMOSFETを多数使用
PV計測と 気象計測の組合せ		PV計測(IV計測)の無人自動制御 気象との一体計測 PCを使用しない計測(海外推奨) ロガーによる複雑な計測制御 上記の通信データ収集・モニター
パワーコンディショナーの評価 MPPT追従型チャーコンの評価	パワーコンディショナー(パワコン)は、太陽電池のIV入力に対してPmaxに追従するよう設計されています。そこが、通常のインバーターとは異なります。 通常のDC電源では、パワコンが正しい出力をすることができません。DC電源のIVカーブは太陽電池と異なり、パワコンが最適なPmax点を見つけることができないからです。 そこで、1点(電力または電圧)の評価でも模擬電源を用いて評価する必要があります。
太陽電池模擬電源装置		パワーコンディショナーなどの試験用 基本は120Wの模擬モジュールを直列・並列に組み合わせるので、太陽電池パネルアレイに近い性能を有する。
可搬型 太陽電池模擬電源装置		手持ち可能で、コンパクトな可搬型 装置単体にカラー液晶画面を搭載し、動作点がリアルタイムに確認できる 半導体等価式に基づいた IVカーブを発生、運転中の設定変更も可能 4つのパラメータ(Voc、Isc、F.F.、Irra)を独立して設定可 電源の入力範囲が広い (AC85～264[V]) 出力端には低容量のフィルムコンデンサのみ使用 LANでPCと接続する事で、任意のIVカーブやスケジュール運転などを行う事ができる