エネルギア総合研究所太陽光発電装置の経年変化について

研究レポート
エネルギア総合研究所太陽光発電装置の
経年変化について
エネルギア総合研究所　系統・情報通信担当　八田　浩一
1
まえがき
エネルギア総合研究所構内の太陽光発電装置は，
小規模な太陽光発電が複数台系統連系したときの電
力品質等への影響を研究するとともに，今後太陽光
発電を住宅に設置しようとされるお客さまの参考に
していただくことを目的に設置している。近年は，
長期にわたる経年変化の研究を実施しており，設置
から約20年が経過した現在の状況を調査・整理した
ので報告する。
2
太陽光発電装置
本装置は複数台のシステムで構成され，外観と仕
様概要を写真1と表1に示す。各システムは，一般
の住宅に設置される規模のパネルをもち，全体の発
電容量は27kWである。パネルは全てシリコン系で，
実際の設置場所を模擬している。本装置は，平成6
年に8システムで運用を開始した後，平成16年に広
島市内の一般住宅に設置，データ収集していた1シ
ステムを移設し（システムNo.9）
，計9システムと
なった。ほとんどのパネルは製造後約20年が経過し
ているが，システムNo.8については，平成6年に広
島市内にあった旧技研※１から移設したもので，パネ
ルは30年以上経過している。
3
経年による発電状況の変化
平成16年10月以降の計測データを用い，発電量お
よび発電特性を分析した。
表1　太陽光発電装置の仕様概要
システムNo
設置方式
1
2
模擬屋根
模擬屋根
3
4
地上設置
（住宅用スレート）（工業用スレート）
模擬屋根
（屋根一体）
パネル出力
2.6kW
2.4kW
3.2kW
3.0kW
種類
多結晶
多結晶
アモルファス
多結晶
面積
22.8㎡
21.0㎡
44.8㎡
26.9㎡
20°
20°
20°
20°
製造年
1992
1992
1994
1994
PCS定格出力
3.0kW
3.0kW
3.0kW
3.0kW
5
6
7
8
9
設置角度
模擬屋根
実屋根
（和瓦）
（住宅用スレート）
3.2kW
3.1kW
5.4kW
1.6kW
3.2kW
単結晶
単結晶
多結晶
単結晶
単結晶
25.0㎡
23.3㎡
46.7㎡
15.6㎡
25.0㎡
20°
12°
地上設置
地上設置
（角度可変）
地上設置
20°
固定
30°
20°
（0°
∼60°
）
1994
1994
1994
1981
1994
3.0kW
4.0kW
5.5kW
1.5kW
3.0kW
（１）発電量の比較
平成16年10月から平成25年3月までのシステム
定格出力1kW当たりの発電量を，月ごとに1日当た
りの発電量に換算してグラフを作成した。定格出力
1kW当たりに換算したのは，パネルごとの発電量
を比較するためであり，1日当たりに換算したのは，
月により日数が異なるためである。なお，システム
定格出力は，パネル出力とPCS定格出力の小さい方
を用いた。結果を図1に示す。グラフからアモルファ
スのシステムNo.3の発電量の低下が著しいことが
わかる。
5
4.5
kWh/日
No.1
No.2
No.3
No.4
No.5
No.6
No.7
No.8
No.9
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
写真1　太陽光発電装置外観
※1 （旧）中国電力㈱技術研究センター：平成6年9月に広
島市南区大州から現在の東広島市鏡山に移転した。
Page 2
H17
H18
H19
H20
H21
H22
H23
H24 年度
図1　発電量の変化
（平成23年10月は計測システムの故障によりデータ欠損）
エネルギア総研レビュー　No.36
エネルギア総合研究所太陽光発電装置の経年変化について
（２）発電特性の分析
発電特性としてJIS C8906に記載されているシス
テム性能指標（以下の（a）∼（c）
）に関して分析した。
なお，平成23年度は10月分のデータがすべて欠損
していたため分析から除外した（計算値なし）
。
（a）等価システム稼働時間
等価システム稼働時間Yp［h］は，システム出
力電力量Ea［kWh］を定格出力Pas［kW］で除
した値であり，どれだけ発電したかを表わす。
各システムの発電量実績から，年間の等価シス
テム稼働時間を計算した結果が図2である。
（b）等価太陽日照時間
等価太陽日照時間Ys［h］は，傾斜面日射量
［kWh・m-2］を標準条件日射量［1.0kW・m-2］
で除した値であり，どれだけ日が照ったかを表わ
す。
今回の評価期間中の計測データとして揃ってい
るのは水平面日射量だけであったため，水平面日
射量を傾斜面日射量に変換して使用した。変換に
当たっては，経済産業省の補助事業「分散型新エ
No.1
No.2
No.3
No.4
No.5
No.6
No.7
No.8
No.9
ネルギー大量導入促進系統安定対策事業」で収集
1200
した水平面および傾斜面（20度）日射量データ
1000
800
No.1
No.2
No.3
No.4
No.5
No.6
No.7
No.8
No.9
1200
［h］600
1000
400
800
200
［h］600
0
400
H17
H18
H19
H20
H21
H22
H23
H24
H17
H18
H19
H20
H21
H22
H23
H24
年度
200
0
年度
図２　等価システム稼働時間 Yp
No.1
No.2
No.3
No.4
No.5
No.6
No.7
No.8
No.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
H17
H18
H19
H20
年度
H21
H22
H23
H24
図4　システム出力係数 K
を用い，月ごとの変換係数を求めて使用した。年
間の等価太陽日照時間を計算した結果を図3に示
す。
（c）システム出力係数
システム出力係数Kは，日射量の偏差を除くた
め，等価システム稼働時間Ypを等価太陽日照時
間Ysで除した値であり，発電性能がどうであっ
たかを表わす。
システム出力係数を1日単位で求め，1年間の
平均値を計算した結果を図4に示す。同図におい
て，システム出力係数の減少率を1次近似を用い
て計算した結果が表2である。表2から，アモル
ファスのシステムNo.3の低下が著しいことがわ
かる。また，システムNo.4について値が上昇し
ているが，理由は不明であり，今後の特性変化を
見ながら原因を分析していきたい。
参考として，文献（1）では全国1,172サイト
の分析結果を示しており，平成22年度の平均値
は，Yp＝1,097［h］
，Ys＝1,398［h］，K＝0.796
となっている。図4の発電特性は，設置後10年経
過してからのデータであるため，全国平均値より
低くなっていると考えられる。
1800
表2　システム出力係数Kの減少率
1600
1400
システムNo
1
2
3
4
1200
減少率（%）
−7.0
−5.8
−75.6
8.4
5
6
7
8
9
0.2
−5.9
−8.8
−8.4
−6.9
1800
1000
［h］
1600
800
1400
600
1200
400
1000
［h］
200
800
0
600
H17
400
H19
H20
年度
H21
H22
H23
H24
H23
H24
図3　等価太陽日照時間 Ys
200
0
H18
H17
H18
H19
H20
エネルギア総研レビュー　No.36
年度
H21
H22
4
モジュールの劣化測定
システムNo.9については，平成16年に当所へ移
設した際に，特定の2モジュールのI-V特性を測定し
Page 3
研究レポート
劣化状況を評価している。今回，同じ2モジュール
について，同様の測定を行い劣化状況を評価した。
測定は，栄弘精機製のI-Vカーブトレーサ（MP-123）
を用いてJIS C8953に準拠し実施した。
測定の結果は表3に示すとおりであり，出力経年
変化率は1回目の測定値よりも増加している。こ
こで出力経年変化率とは，モジュールの最大出力
Pmaxの前回測定値からの減少割合であり，次式で
計算した。
出力経年変化率＝
P max測定値ーP max前回測定値
P max前回測定値
表3　出力経年変化率（規格標準出力70W）
Pmax（W）
モジュール
1
モジュール
2
平均値
出力経年
変化率（%）
工場出荷値
73.319
73.223
73.271
H16/7/28
64.177
64.377
64.277
−12.3
H25/7/25
55.433
56.162
55.797
−13.1
上表のうち，初回については前回測定値がないた
め，工場出荷値を用いた。またPmaxの値は，実際
の計器の計測値を標準試験条件（STC）に変換し，
2モジュールの出力の平均値としている。STCとは，
JIS C8919で定義される放射強度1kW/㎡，分光分
布AM＝1.5およびセル・モジュール温度25℃とし
た試験条件である。
5
トスポットが見つかったパネルNo.7の結果を示す
（表4）。
測定の結果，写真2のAとBの箇所でホットスポッ
トが見つかった。撮影時のカメラ周囲の環境温度が
39.7℃に対し，最も高温だった箇所は，裏側から撮
影したホットスポットAで85.8℃であった。
図5に，赤外線サーモグラフィの撮影画像を示す。
今回見つかったホットスポットでは，目視でも劣化
を確認することができた。セルを通過する配線が劣
化し，温度が上昇しているものと考えられる。
（a）ホットスポットAの裏側
パネルの劣化箇所調査
パネル内の劣化箇所を調査するため，パネル表面
の温度とストリングごとの出力を測定した（2）。
（１）パネルの温度測定
赤外線サーモグラフィを用いて，全パネルを撮
影しホットスポット※2を調査した。撮影は，NEC/
AVIO製のG100を用いて，1年で最も気温が高く
なる時期の7月に実施し，地上設置のシステムにつ
いてはパネルの表と裏を撮影した。ここでは，ホッ
表4　ホットスポットの温度
ホット
スポット
高温度箇所
その他
高温度箇所
その他
A
85.8℃
57.3℃
67.6℃
48.6℃
B
62.1℃
55.7℃
60.4℃
49.0℃
パネル裏側
パネル表側
※2 太陽電池の一部が抵抗を持って発熱し，常態化すると
将来的に熱がセルの破損を招き発電量が低下する現象
Page 4
写真2　ホットスポット検出箇所 (パネルNo.7)
（b）ホットスポットBの表側
図5　赤外線サーモグラフィの画像
（２）ストリングの出力測定
パネルを構成する各ストリングについて，出力低
下箇所を調査した。測定は，戸上電機製のストリン
グトレーサを用いて全てのストリングについてI-V
特性を計測し，計測値をSTC変換して比較した。こ
こではホットスポットが発見されたパネルNo.7と，
発電量が最も減少しているパネルNo.3の結果を示
す。
パネルNo.7とNo.3は，各々，規格標準出力64W
と37.4Wのモジュールが，12直列×7並列，5直列
×17並列の構成になっている（図6，図7参照）。
測定の結果，パネルNo.7について，ホットスポッ
エネルギア総研レビュー　No.36
エネルギア総合研究所太陽光発電装置の経年変化について
トAを含むストリング⑦で直列抵抗の増加と見られ
る電圧の低下が見つかった（図8）。開放電圧Vocが
下がっていないため，断線には至っていないと考え
られる。
なお，ストリング⑦で電圧の低下が見られ，ホッ
トスポットBを含むストリング③で電圧の低下が見
られないのは，ストリング⑦はセルを通過する2本
の配線のうち両方の直列抵抗が上昇しているのに対
し，ストリング③では2本の配線のうち片方のみの
直列抵抗が増加しているためと考えられる。
パネルNo.3については，ほとんどのストリング
で最大出力が減少していた（図9）
。各々のストリン
グを比較すると，パネル下部よりも上部に配置され
ているストリングの最大出力が高い傾向にあった。
①
②
③
B
④
⑤
⑥
⑦
A
図６　ストリング構成（パネルNo.7）
①
⑤
⑨
⑬
②
⑥
⑩
⑭
③
⑦
⑪
⑮
④
⑧
⑫
⑯
⑰
図7　ストリング構成（パネルNo.3）
6
まとめ
以上，エネルギア総合研究所太陽光発電装置の発
電特性の変化と，モジュールの劣化について調査し
た。
●平成16年10月以降の計測データを用いて発電量・
発電特性を評価した結果，アモルファスパネルの
低下が大きいことを確認した。
●特定のモジュールのI-V特性について，設置10年
後の測定値と比較し劣化を確認した。
●パネルを赤外線サーモグラフィとストリングト
レーサで測定しパネル内の劣化箇所を確認した。
本装置はどのパネルも発電を続けており，引き続
き計測データを蓄積し，太陽光発電装置の経年変化
の評価に役立てたいと考えている。
エネルギア総研レビュー　No.36
（A）
I
（A）
I 4
4
2
2
ストリング①
ストリング⑤
ス
スト
トリ
リング②
ング①
ス
スト
トリ
リング③
ング②
ス
スト
トリ
リング⑥
ング⑤
ス
スト
トリ
リング⑦
ング⑥
ス
スト
トリ
リング④
ング③
ストリング⑦
ストリング④
100
200
V
（V）
100
200
V（V）
図8　ストリングごとのI-V特性（パネルNo.7）
（A）
I
（A）
I
1.2
1.2
1.0
1.0
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
50
100
150
200
250
V（V）
50
100
150
200
250
V（V）
図9　ストリングごとのI-V特性（パネルNo.3）
（用語説明）
セル：太陽電池の構成要素最小単位
モジュール：セルを外囲器に封入し，かつ規定の出力をも
たせた最小単位の発電ユニット
ストリング：所定の出力電圧を満足するようモジュールを直
列に接続したひとかたまりの回路
パネル：複数個のモジュールを機械的に結合し，結線した集
合体。通常，複数のストリングを並列接続して使用
パネル
ストリング
モジュール
セル
回路構成
[参考文献]
（1）三菱総合研究所：「平成23年度新エネルギー技術フィー
ルドテスト事業太陽光発電新技術等フィールドテスト
事業に関する運転データ分析評価等業務発電性能等
の分析・評価報告書」,（2012.2）.
（2）加藤和彦：
「太陽光発電システムの不具合事例ファイル」,
日刊工業新聞（2010）.
Page 5

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