【発電量アップ】結晶系パネルの温度特性について【夢発電】第3回 (3/4)

スポンサーリンク

こんにちは、KMRRです。~~-v(* ̄・ ̄)。。o

今回は、前回、前々回記事に続きまして、太陽光パネル発電関連に記事の第3回です。

過去記事はこちら(携帯からだと作業が面倒なので後ほどリンク貼ります)
【発電量アップ】結晶系パネルのメリット/デメリット【夢発電】第1回 (1/4)
【発電量アップ】エネルギー損失とは何か【夢発電】第2回 (2/4)

一条工務店・夢発電関連の記事はこちら→「一条工務店 -夢発電

第1回、第2回と重複する部分もありますが、本記事の説明、便宜上必要な記述につきご容赦下さい

応援のポチっとお願いします。☆-( ^-゚)v

にほんブログ村

今回は温度特性について、また後半では温度上昇防止対策について書いていこうと思います。

■■■結晶系パネルの温度特性(素子温度の上昇による損失係数)■■■
いきなり核心から入らせて頂きます。ご存じかも分りませんが、結晶系のパネルは

モジュール温度が1℃上昇するごとに0.4%のエネルギー変換効率の低下が起こります。
夏、暑くなればなるほど、どんどん発電量が減っていく

という特性を持っています。
ここでエネルギー変換効率という言葉の説明を入れておきます。
(エネルギー変換効率とは、太陽光エネルギーを100%とした時に、太陽光発電システムを
利用して太陽光エネルギー→電力に変換することが出来る割合を示す数値です。)

第2回でも触れていますが、エネルギー変換損失(太陽光発電システム損失)は
・パワーコンディショナー損失
・パネル表面の汚れ、配線、回路による損失

・温度特性(素子温度の上昇による損失係数)
この3つが主なのですが、各所におけるエネルギー変換効率詳細につきましては、
以下に各企業のサイトから抜粋しましたので載せておきますね

太陽光発電システム損失/温度補正係数
PanasonicのHITタイプ(純粋な結晶系パネルではないので参考まで)
4~5月及び10~11月:8.7%、6~9月:11.6%、12~3月:5.8%
パワーコンディショナ(VBPC255A4)損失:4.5%
その他の損失(受光面の汚れ・配線・回路ロス):合計5%

Sharp(単結晶) ソース:www.sharp.co.jp/sunvista/select/blacksolar/
パワーコンディショナ(接続箱機能を含む)による損失…5%
素子温度上昇による損失
高効率単結晶モジュール(バックコンタクトタイプ):(12~3月)…8%
(4~5月、10~11月)…12% (6~9月)…16%

瓦型モジュール:(12~3月)…12% (4~5月、10~11月)…17% (6~9月)…22%

その他のモジュール:(12~3月)…10% (4~5月、10~11月)…15% (6~9月)…20%

その他の損失(配線、受光面の汚れによる損失等)…5%
また、瓦型モジュールに関しては、影による損失…1~8%(方位角により異なる)

京セラ(多結晶)ソース:www.kyocera.co.jp/solar/pvh/simuinfo/explain03.html
温度補正係数(素子温度の上昇による損失係数)
損失率は、12月~2月を10%、3月~5月及び9月~11月を15%、6月~8月を20%

三菱(単結晶)ソース:www.mitsubishielectric.co.jp/service/taiyo/jutaku/what/area/
太陽電池損失/素子温度上昇による損失:3~5月及び9~11月…15%、6~8月…20%、
12~2月…10%。パワーコンディショナ損失:2.5%、
その他損失(受光面の汚れ・配線・回路ロス):5%

サンテックパワー(単結晶・多結晶)ソース:www.suntech-power.co.jp/simulation/
素子温度上昇による損失:12~2月: 10%、3~5・9~11月:15%、6~8月:20%
パワーコンディショナによる損失:5%
その他損失(受光面の汚れ、配線・回路ロスなどによる損失):5%

まとめてみると以下の表になります。

太陽光発電システム損失各社比較

素子温度=パネル/モジュール温度と理解して一先ずOKです。

各社とも、パネル/モジュール温度が25℃の時と比較した時に、○○月は%の
システム損失が見込まれるのか
、という数値を公表しています。

真冬でも素子温度の上昇による損失が10%程度あるのは、でも太陽があたるとパネル/モジュールの温度は35℃~40℃、またはそれ以上の温度上昇があるからです。これは、パネルが黒いために太陽光の熱を吸収するためです。当然、配線抵抗により発生する熱もパネル/モジュールの温度を
上昇させているのですが、この損失分は上の表中、「その他(汚れ等)」に分類され、考慮されています。

第1回、第2回と言い続けていますが、太陽光発電システムの公称出力で○○○W、高出力!
と謳っていても、実際に発電して売電可能な電力は、パネル出力(公称最大出力)の70~80%
でしかない、ということになります。
一条工務店の太陽光発電システムの場合、公称最大出力は200Wなので、実際に売電可能な
電力、実効出力は140W~160W程度、と考えることが出来ます。

また、1年を通して最も効率良く発電してくれる時期は4月、5月でもなく、夏でもなく、
実は真冬である、ということが上の表から分かります。しかし、いくらパネル側は素子温度が
低くて発電準備万端!でも、冬は肝心な日照時間が少ないために発電量自体は少ないため
冬場の発電はあまり注目されません。

理想的には、日照時間が多い春、夏、秋の時期に真冬並みの環境を作ってあげること、
即ちパネル・モジュールの発熱を抑えることが発電量アップのカギになります。
発熱対策は次回、最終回で詳しくお伝え出来ればと思います。

なお、2013年7月現在、エネルギー効率を高める様々な研究がされており、液晶事業で
ガタガタ大変な
Sharpが今年4月に世界最高変換効率、37.9%を達成したことが発表されました。

■■■太陽光発電パネル/素子温度が上昇する原因■■■

なぜ太陽光発電パネル、素子は太陽光を受けると温度が上昇するのでしょうか?
1、気温によるパネル温度変化
2、太陽光の光吸収に伴う熱吸収
専門家ではないので詳しく分りませんが、素人考えと多少調べた結果、主な原因はこの2つでは
ないかと思います。

1の気温によるパネル温度変化ですが、夏は温度上昇、冬は冷却に一役かっていると思います。
コップに冷たい水を入れたとして、夏の炎天下に放置すれば生温かい水になりますし、
冬に放置すれば冷たい水になりますね。
専門的な言葉を使用すると、熱伝導、フーリエの法則、熱容量などを考えていく必要が
あるように思いますが、ここではあまり重要ではないためスキップします。

2の光吸収に伴う熱吸収ですが、これは次項の分光分布のお話しにて説明していきます。
結論としては、太陽光パネルが発電利用可能な太陽光波長は約1,100nmであり、
1,100nm以上の赤外線波長は全て熱に変換、吸収されるためにパネル/素子温度が
上昇すると考えられます。

■■■分光分布(太陽光のどの波長分布の光で発電するか)■■■

物理の世界でいう波には、音波、超音波、電波、遠赤外線、近赤外線、可視光線、紫外線、ガンマ線などがあります。波自体には熱はありませんが、波には物質を運動させて熱を発生させる能力があります。代表的で身近な生活にあるものとしては「電子レンジ」が挙げられます。

電子レンジは電波の中に分類されるマイクロ波を使うことが一般的ですが、マイクロ波は水分子を最も効率的に運動させることが出来る波であり、これを効率よく食べ物に照射することにより、
水分子を振動させることにより食べ物を温めています。(皆さんご存知かと思いますが、、、)

遠赤外線、近赤外線なども物質を温めるのに適した波・波長であり、赤外線ヒーター(ハロゲン
ヒーター)などで生活にも使用されております。

これらを波長で表すと、

light-spectrial
http://www.marusyosangyo.jp/etc/74 丸昌産業株式会社さんから画像拝借

紫外線:~380nm(肌が焼ける波長)
可視光線:380nm ~780nm (目に見える光の波長)
近赤外線:780nm~2500nm(物を温める波長)
遠赤外線:2.5μm~220μm(物を温める波長)

という波長域になります。

太陽光にはどのくらいの波長が含まれているのでしょうか?
これも丸昌産業株式会社さんから確認してみましょう。

Solar_Spectrum_jp

太陽光エネルギーの地上での内訳は、

地上で熱に変わってしまうエネルギーは約45%
海中に蓄えられるエネルギーは20数%
風や波を動かす原動力へ変わるエネルギーは0.2%程度
光合成に使われるエネルギーは0.02%程度
宇宙へ反射してしまうエネルギーは30%程度

となります。

上図から明らかなように、地上には近赤外線が多く降り注いでいることが分かります。

次に考えることは、一条工務店のパネルが発電に利用している波長範囲です。
が、この仕様について一条工務店に問い合わせたところ、製品仕様はない、ということでした。
ただし、「一般的な結晶系パネルと同等と考えてOK」ということでしたので、結晶系太陽光パネルがエネルギー変換に利用している太陽光波長を調べてみます。

コニカミノルタのWebsite
http://www.konicaminolta.jp/instruments/knowledge/solar/spectral_sensitivity/index.html
で計算・説明されている通り、Si結晶系のパネルの場合は400nm~1,100nmの波長を
利用して発電していることが分かります。(結晶系の種類によっては700nm~1,100nm
の波長域を活用しているパネルもあります)

つまり、「可視光域の波長~近赤外線の一部」 を利用して発電を行っており、
1,100nm以上の波長にあたる近赤外線は発電には不要である、ということが
分かります。そして、この近赤外線は熱に変わり易い波長でもあります。

!!!!!!!!!

そうなんです。地表に降り注いでいる太陽光の波長、約300nm~2,500nmのうち、
1,100nm~2,500nmの近赤外線域の波長は、発電に参加してくれないばかりか、
モジュール温度上昇(発電量を下げること)に一役かっているのです。
ということは、1,100nm以上の赤外線をカット出来れば・・・。

というのは残念ながらカラ振りでした~(苦笑)
詳細はまとめて次回、最終回です。(ヒッパリスギ・・・^^;)

夢発電(結晶系パネル)における夏場を基本とした温度上昇対策として色々検討を
してみたいと思いますので最後までお付き合い頂けますと幸いです。

m(_ _ )m ポチっとお願いしますっ


にほんブログ村

一条工務店・夢発電関連の記事はこちら→「一条工務店 -夢発電

■■■本記事をお読み頂く方へ~ご留意頂きたいこと■■■
・本記事は一条工務店夢発電の導入検討段階の方々に対する情報提供、および個人的意見をする内容ではありません。私は夢発電を否定も肯定もしません。余剰買い取り制度の場合はこの限りではありませんが、全量買い取りの場合、太陽光発電システムは「投資」である、と言えます。様々な情報、客観的事実に基づいて検討を重ね、最終的には各人が投資をするかしないか、の判断をするべきであり、夢発電自体の善し悪しを語るつもりはありません
・本記事は、タイトルの通り一条工務店の夢発電における発電量アップを試みる内容ですが、これはあくまでも自己責任の範疇にある提案事項です。間違っても一条工務店にサポートを依頼したり、意義を唱えるような原因、トラブル発生のトリガーになることは避けたい次第です。
・本記事で提唱する発電量アップ対策は、あくまでも自己責任で行うものであり、一条工務店のサポートを期待するようなことは一切考えておりません。もしKMRRに賛同頂けるような方がいらっしゃる場合は、くれぐれも自己責任でお願いします。

Android携帯からの投稿

スポンサーリンク

夢発電i-smart
スポンサーリンク
Smart house cool life

コメント

  1. ぱぱさん より:

    丁寧なレポート、ありがとうございます。参考にさせていただきます。
    メーカの公表しているパワコンの効率は、最大点のものですので、通常の動作時には、もう少し割り引いて考えたほうがよいと思います。また、パネルの電力を最大限絞り出すためには、MPPT(最大電力点追従)機構が必要ですが、メーカのパワコンに搭載されている制御機構の出来不出来で、発電量が大きく変動します。このあたりの考察もしていただけるとより参考になるのではないかと思います。どうぞよろしくお願いいたします。

  2. KMRR より:

    >ぱぱさん さん

    コメント有難うございます。
    パワコンに関するご指摘、有難うございます。
    ぱぱさんさんの仰る通り、パネルはバッファを見ているにも拘らず
    パワコンは定格出力で勘定してしまっていました。

    パワコンは調べることがたくさんありますので、情報収集を重ね、
    折を見てご報告させて頂きます。

    今後とも宜しくお願い致します。

    KMRR

%d人のブロガーが「いいね」をつけました。