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太陽光発電システム評価方法
PV計測システム
CーPV
PDFカタログ

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

 概 要

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。

1)太陽電池(PV)パネルの特性を計測する方法
 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)
項目 内容 備考
連続最短測定期間 1ヶ月(30日) *季節(太陽高度、温度など気象条件)により効率は変化する。
測定周期 日射と連動するシステム:1分以下 その他のシステム:10分以下
PVアレイ表面の汚れ 運転開始後に汚れの清掃は行わない 洗浄が組み込まれているシステムの場合はこの限りではない
日射量の測定 太陽電池アレイと同方位、同傾斜面で測定する *日射量の精度が効率に大きく影響する
ファーストクラス以上を推奨
記録周期 1時間または、n分の1時間 例)30分、10分間隔など
適用範囲 1kW以上のシステムに適用
*当社コメント

○基本計測項目
項目 原因 測定器 測定要素 JIS C8906
要求精度
入力エネルギー 太陽エネルギー 全天日射計 全天日射量または傾斜日射量
CHF-SR12が温度計内蔵、傾斜データ付です。
±5%
気温 PV効率に影響する因子(ASTM E2848-11必須) Pt+シェルター ±1℃
風速 3杯風速計
超音波風速計
±0.5m/s (<=5m/s)
±10% (>5m/s)
電圧・電流 発電 テスター 太陽電池アレイ ±1%
電力 発電 テスター 太陽電池アレイ ±2%
PV出力電力 PVパネル特性 PVアナライザー Pmaxほか
 PV特性 PVの変換特性 IVカーブほか
パワコンの効率 パワコンの特性 電力計 パワコン前後の電力
基本は模擬電源で測定
MPPT追従が十分達成されているかの検証
±2%
PV変換効率 気温
パネル温度
熱電対温度計 パネル裏面温度
パネル温度が上昇すると効率が落ちます。
±1℃

○詳細計測項目
目的によって、以下の項目を追加します
項目 原因 測定器 測定要素
入力エネルギー 太陽エネルギー 直達日射計 太陽からの直接日射
全天日射計 散乱を含む全日射量
全天-直達から散乱日射量を計測
分光放射計 波長特性を計測
PV材料により波長吸収特性が異なる
PV出力電力 ストリングの特性 PVアナライザー 1ストリングだけでなく、多ストリングをスキャン計測
 PV特性
PV変換効率 風速 風速計 パネル付近の風速
パネル温度に影響します
チャーコン/インバーターの変換効率 チャーコン/インバーターの特性 電流、電圧、電力計 パワコン前後の電力
基本は模擬電源で測定
MPPT追従が十分達成されているかの検証
日射に対する応答 日射変動 高速日射計 全天日射量または傾斜日射量

○JIS C 8906計測項目

大項目 項目 変数 測定器 備考
気象因子 アレイ面日射強度
(傾斜日射量)
G1
H1
全天日射計
または
PV用全天日射計
通常タイプ
CHF-SR12:温度計内蔵、傾斜データ付
または、CHF-SR11
直達日射計(散乱は除外) 集光式システム
気温 Tam Pt温度センサー シェルターも必要
風速 Sw 3杯風速計
超音波風速計
オプション
太陽電池
アレイ
出力電圧 VA データロガー・分圧器の組合せ
出力電流 IA データロガー・シャント抵抗・アイソレーションアンプの組合せ 電流測定にはシャント抵抗を使用
出力電力 PA 上記VA,IAより演算
太陽電池温度 Tm フィルム型熱電対温度計 裏面に貼り付け
傾斜角・方位角 ポテンショメータなど 追尾式アレイの場合
蓄電池 端子電圧 Vs データロガー・分圧器の組合せ 系統連携のみのばあいは不要
充電電流 ITS データロガー・シャント抵抗・アイソレーションアンプの組合せ
充電電力 PTS 上記Vs,ITSより演算
放電電流 IFS データロガー・シャント抵抗・アイソレーションアンプの組合せ
放電電力 PFS 上記Vs,IESより演算
バックアップ電源 省略
商用電力系統 電圧 Vu AC電力計測モジュール CT,PTでAC電力を計測
受電電流 IFU
受電電力 PFU
逆潮流電流 ITU
逆潮流電力 PTU
負荷 出力電圧 VL AC電力計測モジュール CT,PTでAC電力を計測
DC負荷の場合は、V,Iそれぞれ計測
出力電流 IL
出力電力 PL

○ASTM E2848-11を満たす計測項目

項目 測定器 測定要素
傾斜日射量 全天日射計 CHF-SR12:温度計内蔵、傾斜データ付
または、CHF-SR11
気温 Pt温度センサー シェルターも必要
風速 3杯風速計
超音波風速計
ACの場合の
PV出力電力
電力計 精度1.5%以内
DCの場合の
PV出力電力
シャント抵抗
分圧器
電圧、電流より電力を計算する
2)系統連系PVシステムの計測イメージ

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。

3)独立電源PVシステムの計測イメージ

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。

4)IVカーブ PVカーブ
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。

機器選定
 項  目 写真 特徴 製品ページ
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)
CHF-SR11
日射計
(CHF-SR03)
高速応答 日射計 セカンドクラス 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
 CHF-SR03
日射計
(CHF-SR12)
 CHF-SR12
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
 CHF-DR01/DR02
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
CNK-PVA12280
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
CNK-PVA11270
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
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こちらから
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 太陽電池模擬電源
  • 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。
日本カーネルシステム(株)

または
左の写真をクリック
可搬型
太陽電池模擬電源装置
太陽電池模擬電源
  • 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

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東京都豊島区池袋4-2-11 CTビル 6F
TEL:03-3988-6616 FAX:03-3988-6613
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