黄砂による発電量への影響はないのか?

太陽光パネルは、開発時や製造時の抜き取り品を対象に、複数の加速試験などを重ね、性能や信頼性、安全性に関して評価している。しかし、それらは特定の環境要因ごとに過酷な条件に曝露させる試験装置が使われる。一方で、実際の発電所は、複数の環境要因が同時に変化する中に、さらされながら運用する。こうした実際の環境下で長期間、稼働した太陽光パネルが、どのような影響を受けるのか。産業技術総合研究所(産総研)九州センター(佐賀県鳥栖市)における研究や検証の例を、産総研 太陽光発電研究センター モジュール信頼性チーム 千葉恭男研究チーム長に聞いた(第1回の掲載記事)。

――九州センターの立地する佐賀県鳥栖市などの九州北部は、日照に恵まれて太陽光発電に向く一方、春には大陸から多くの黄砂が飛来します。太陽光発電は、黄砂によってどの程度、影響を受けますか。

 一般的に、太陽光パネルが一定以上の角度で傾けて設置されていれば、太陽光パネルの表面に、砂や粉塵が降り注いた場合でも、その後、雨が降ると洗い流されます。

それは、黄砂でも同じです。2017年5月8日の例で見てみましょう(図1~2)。この日は、黄砂が多く降り注ぐことが予想されていました。

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図1●春の曝露試験センター
下のように、黄砂が多く降る日もある(出所:産総研 太陽光発電研究センター)
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図2●黄砂は雨でほぼ流れ落ちる
2017年5月8日に黄砂が多く積もるも、2日後の雨でほぼ流れ落ちた例(出所:産総研 太陽光発電研究センター)
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この日の正午ごろ、九州センターの屋外曝露試験サイトに設置されている太陽光パネルを調べると、やはり黄砂と思われる汚れが、多く付着していました(図2上)。

この2日後の5月10日に、雨が降りました。降雨後に、再び屋外曝露試験サイトに設置されているパネルを調べると、2日前にあった黄砂の付着は、ほとんど流れ落ちていました(図2下)。

パネルを覆って発電量を減少させる現象としては、黄砂よりも影響の大きな要因があります(図3)。

図3●黄砂よりも他の付着物や雑草の方が、発電量に大きく影響
(出所:産総研 太陽光発電研究センター)

例えば、サクラの花びら、草木の葉、鳥のフンが太陽光パネルに付着したり、パネルの前で高く伸びた雑草が影を落としたりする現象は頻繁に見られます。

また、発電量への影響は不明ですが、太陽光パネルの裏側に、ハチが巣を作っていたのを見つけたこともあります。

積雪後の発電量の回復、品種間で違い

――九州北部は、この2年間、大雪に見舞われています。九州の太陽光発電システムは、北海道や東北、北陸などと違い、積雪への備えは十分でないと思います。どのような影響がみられましたか。

 2017年2月11日の降雪時には、屋外曝露試験サイトの様子を撮影しました。この日の積雪は約5cmで、それまでの「大雪」には達していませんでした。

午前8時の時点で、ほぼすべてのパネルが雪で全面を覆われていましたが、午前9時近くになると、一部のパネルでは、雪が溶けたり下に滑り落ちたりし始めました。

九州センターの屋外曝露試験サイトの太陽光パネルは、コンクリートによる架台一体型の基礎に支えられていて、設置角は26度と、九州の多くの太陽光発電所に比べると、高い設置角となっています。

早くから雪が溶け始めたパネルの発電量を調べてみると(図4)、アモルファス(非晶質)シリコン型と、結晶シリコンを使ったヘテロ接合型のいずれも、雪によって光が遮られることで、発電量が減っていることがわかります。

図4●2017年2月の積雪時の様子
(出所:産総研 太陽光発電研究センター)
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パネルの表面から、雪が溶けたり滑り落ちたりして、それまで上を覆っていた雪が減ってくると、発電量が回復していく様子もはっきり表れています。

こうした例は、発電量のデータだけでも確認できますが、太陽光パネルへの積雪状況と対比させながら把握していくことが重要です。実際の環境で起きている現象と、データを結びつけることに取り組んでいます。

太陽光パネルへの降雪が減り、発電量が回復していく様子は、パネルの種類によって違いがありました。

アモルファスシリコンと結晶シリコンを使ったヘテロ接合型では、発電量の回復具合に違いもありました(図5)。I-V(電流-電圧)特性を見ると、結晶シリコンを使ったヘテロ接合型は、回復の途上では、セルを直列に接続した列ごとの積雪状況が反映され、雪がかかっている部分は発電しないといった状態になるので、階段状の特性を示しました。

草木の影がパネルの一部を覆った時も、こうした階段状のI-V特性を示すことがあります。

図5●パネルによる発電量の回復具合の違い
アモルファスSi型(左)、結晶シリコンを使ったヘテロ接合型(右)(出所:産総研 太陽光発電研究センター)
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このほかに興味深いのは、パネルによって積もった雪が早くから溶けていくものから、すぐには溶け始めないものまで、差のあることです。

カバーガラス表面の接触角や、摩擦の状態によって差ができるようです。

 

2017年10月5日 カテゴリー: 未分類

 


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