太陽光発電システムの I-V 曲線を解析するには、日陰や温度などの環境による影響を考慮しつつ、I-V 曲線トレーサーを使って測定した曲線と標準または予測曲線とを比較します。
「PV アレイのトラブルシューティング・フローチャート」は、幅広い現場経験と PV モジュールの信頼性に関する文献のレビュー、そして 国立再生可能エネルギー研究所 (NREL)の専門家による意見を基に作成した包括的ガイドです。Fluke Solmetric PVA-1500 などの I-V 曲線トレーサーは、太陽光発電システムにおけるハードウェア・パフォーマンスの問題を特定するための詳しい洞察を提供します。ところが、日陰や汚れ、放射照度、温度、また測定技術などの要素で、PV 性能の測定が複雑になることがあります。
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この記事で解説する 6 種類の I-V 曲線の偏差をこちらに示します。偏差は、フローチャートで検討する順に番号を付けています。
有効な I-V 曲線のキャプチャー
まず、テストで有効な I-V 曲線が返ることを確認します。有効な I-V 曲線が返ってこない場合、テスト・リードが正しく接続されていることを確認してください。正しく接続されている場合、電源回路が完全でない可能性があります。直列ヒューズが取り付けられていることを確認します。取り付けられている場合、ヒューズの導通を確認します。直列ヒューズを確認し、切断されている場合は、電源回路の配線に問題がある可能性があります。故障したモジュールをテストする前に、モジュール間の相互接続が断線していないかどうかを点検し、焼け跡などの損傷の兆候の有無を確認します。
まれに、狭い範囲で垂直に落ちる線や、えぐれた線を示す I-V 曲線がテストで返ってくることがあります。テスト・リードのもつれや、誤って圧着されたバット・スプライスなどの断続的な電気相互接続が原因の可能性があります。断続的な接続が PV 電源回路にある場合、絶縁して必要な修理を行います。
正常な形状の & パフォーマンス
現場での性能試験における問題では、モジュールの銘板データや隣接回路の測定値に基づいた比較基準が必要になります。Fluke Solmetric PVA-1500 のような I-V 曲線トレーサーは、ソフトウェアを使って標準的なテスト条件下での性能特性を予測し、現場条件に合わせて調整します。正常な I-V 曲線の形状と 90 % ～ 100 % の性能係数は、PV 電源回路やモジュールが正常に機能していることを示します。
I-V 曲線偏差の識別
I-V 曲線に発生する偏差にはいくつかのタイプがあり、それぞれに複数の原因が考えられます。こうした偏差には、段差やえぐれのある曲線が含まれ、日陰やセルの損傷などの問題による電流の不一致を表します。
1. 段差のある I-V 曲線
1 つ目のタイプの偏差は、えぐれや段差のある I-V 曲線で、テスト回路の電流の不一致が関係します。この曲線の段差は、バイパス・ダイオードが動作して、弱いセルや受信光の少ないセルの周りに電流を流すときに発生します。段差の数と幅は、日陰の濃さや範囲によって異なります。不均一な汚れ、部分的な日陰、セルやセル・ストリングの損傷、バイパス・ダイオードの短絡など、さまざまな条件が電流の不一致を引き起こします。
2. 短絡電流の低下
通常であれば正常な I-V 曲線で、Isc の値が予測よりも低い場合は、オペレーターによるエラー、照射の測定不良、日陰や汚れ、あるいはモジュールの性能の問題が原因の可能性があります。これらの問題には解決できるものもあるため、トラブルシューティング・フローチャートで、この 2 つ目のタイプの偏差を早期に解決します。
3. 開回路電圧の低下
トラブルシューティング・フローチャートの 3 つ目の偏差は、Voc の低下です。セル温度の測定値が誤っていると、Voc が低下する可能性があります。さらに、特定のテスト状況下において、日陰は Voc を低減するように見えることがあります。ハードウェアの問題の可能性もあります。ただし、開回路電圧は、すべての PV モジュール・パラメーターの中で最も経年劣化率が低いため、セルの劣化と Voc の劣化との間に因果関係があると結論づける前に、他の原因を考慮する必要があります。
4. 緩やかな曲線
4 つ目のタイプの I-V 曲線の偏差の特徴は、予想以上に緩やかな曲線です。緩やかである領域が、明らかな I-V 曲線の欠陥であるのか、それとも曲線の傾きの変化によって引き起こされた錯覚であるのかを見分けることは困難です。曲線自体が表しているのは、おそらく経年劣化のプロセスの徴候です。傾向を特定し、追跡するためには、時間をかけて回路を再テストして監視する必要があります。
5. 電圧比の低下
5 つ目の I-V 曲線の偏差の特徴は、I-V 曲線の垂直方向の線の勾配が予想よりも低い場合です。この状態は、測定曲線と予測曲線を視覚的に比較するか、ストリング測定の母集団全体の電圧比の値を比較することで検出できます。ただし、曲線に不一致の影響による段差がないことが前提です。電圧比の計算式 : VMP ÷ VOC。電圧比は、I-V 曲線の垂直方向の線で非定型勾配を持つストリングを識別するための優れた指標です。
6. 電流比の低下
I-V 曲線の水平方向の線の勾配が予想よりも高い特徴を持つものを、6 つ目であり最後の I-V 曲線の偏差とします。この状態は、測定曲線と予測曲線を視覚的に比較するか、曲線に不一致の影響による段差がない前提で、ストリング測定の母集団全体の電流比の値を比較して検出できます。電流比の計算式 : IMP ÷ ISC 電流比は、I-V 曲線の水平方向の線に非定型勾配を持つストリングを識別するための優れた指標です。ハードウェアの問題を探す前に、日陰や汚れ、照射の測定エラーを除外します。
トラブル・シューティングにおける I-V 曲線トレーサーの使用
Fluke Solmetric PVA-1500 などの I-V 曲線トレーサーは、PV システムのトラブルシューティングで重要な役割を果たします。問題を特定するための詳細なデータを提供するだけでなく、時間の経過に伴うシステム・パフォーマンスの文書化、監視にも役立ちます。
PV システムの効果的なトラブルシューティングを行うには、ハードウェアと環境の両方の要因を包括的に理解する必要があります。Fluke Solmetric PVA-1500 のような高度なツールと、次に示す構造化された方法を用いることで、太陽光発電システムの性能の問題を診断し、解決する確度と効率を大幅に向上させることができます。