日射量と発電量の関係式

質問

ソーラー発電で、日射量の変化に伴い(最大)発電量が変わりますが、この関係式を教えて頂けないでしょうか。勿論、温度、光波長など一定の条件付きで結構です。宜しくお願い申し上げます。

回答No.3

angkor_h

No.1です。

目的が同一製品の固体評価なのか、製品に対する総体評価なのかで、データの扱いは変わると思います。
総体評価の場合は、固体データに大きな差があれば、上下限を逸脱するデータは排除するなどの方法も必要でしょう。

パネル面日射量(斜面日射量)と発電電力の関係を示して頂ければ、「そんなものです」「なんかおかしい」は助言できると思います。
或いは、測定地の東経緯度、平面日射量(実測地)、パネルの設置条件(方位、傾斜)をご提示いただければ、発電電力期待値はすぐに試算できますよ。

感覚的なお話はこれ以上無駄だとおもいます。

> 夕方では3倍近い差がでました。これは再現性があります。
⇒「夕方」といわずに、日射量や入射角、発電電力等の値を示していただければ、と思います。
これは、日射量が小さいからなのか、斜面受光の影響なのか、は、容易に確認できると思います。
日射量調整は昼の太陽光を半透明なものでさえぎればよいし、
斜面影響確認は、そのまま傾ければよい。

そのようにして得たデータは実働データなので、原理から追及するよりは、メーカーに直接提供して意見を伺ったほうがお互いのためと思います。

なお、「2点特性」については、低日射量での発電量は、快晴日に於いては全日発電電力量から見れば天候不順による変動以内なので、規定の意味はないのでしょう。
部分日陰による低発電セルの対策もパネル内で対策されていますので、さほど問題視しないで、そんなものとして利用するほう効果的と思います。

お礼

実際の事がよく解りました。どうもありがとうございました。今後とも宜しくお願い申し上げます。

回答No.2

angkor_h

N0.1です。
補足いただいた内容で「出力トレーサー(MP検出)」「MPP」「ｐｎの処」など、理解できない言葉がありますが、日射量と発電電力の比例関係について補足します。

太陽光パネルの方位と傾きは10枚とも同一にしてください。
日射量計の方位と傾きは、太陽光パネルと同一にしてください。
そうしないと、日射量計は太陽光パネルに当たった日射量を測定していることにはならないので、関係性がなくなります。

太陽光パネルと日射量計の方位と傾斜が一致している場合に於いて、時刻ごとに、
・測定された日射量を[kW/m2]に変換します→Q
・太陽光パネル発電電力測定値P[W]を最大定格発電電力(10枚の合計[W])で割ります→K
ここで、η=K÷Qを時刻毎に求めます。

時刻毎のηは、日の出日の入り付近は誤差が大きいですが、概ね9時から15時の間は、曇天であれば100%近く(或いは前後)、快晴であれば80%-100%の間に入ると思います。
快晴で落ちるのはパネル面温度の低下分です。

お礼

どうもありがとうございました。
単語の事、申し訳ありません。
出力トレーサー：ソーラー出力電流値を変え、その時の電圧値と掛算して出力電力を調べる装置
MPP：Max Power Point。その日射量における最大出力点
pnの処：pn接合部。禁制帯(内蔵電位)があるので光エネルギーに対する光電変換効率は直線にならない、と思います。光エネルギーが大きい領域での微小変化に対しては直線としても誤差は少ないでしょうが。
先に申し上げるべき事だったと反省していますが、各パネルに発電量計測器を搭載した同一規格のパネル8枚でストリングを構成し、市販の家庭用パワコンに接続し、太陽の移動に伴う各パネルの発電量を測定したところ、日射量が多い時間帯では各パネルとも同量の発電でしたが、少なくなるとパネル間の差が大きくなり、夕方では3倍近い差がでました。これは再現性があります。（サンテックの180Wクラスパネル）
出力が直線であればこれは起こらないので曲線と推測しています。
今のパネルは、1KW/m2、AM1.5、垂直入光で公称最大出力を規定していますが、上記の例は大きすぎるとしても、差があるのであれば日射量2点での出力を規定すべきと思っています。
これを実際に実施するのは多くの課題がでてきますが、2点特性の合ったパネルでストリング構成すると年間発電量は大分増える事になり、システムの発電量単価を下げる事ができるのでは、と思っています。

回答No.1

angkor_h

太陽光パネルの最大定格発電電力は、日射量1[kW/m2]を受けた時と定義されています。メーカー公表値はこの90%と言われています。
ただし、パネルモジュール温度25度基準です。温度影響はモジュール温度が上がるとこの変換効率は低下し、概ね△4-5%/10deg(低下)と言われています。真夏では20%も低下し、厚曇や雨天では0%、と言う差が生じます。
湿度は関係ありません(防湿構造で製作されます)。
光波長についてはモジュール素材の波長特性がありますが、先の基準日射量は自然光(太陽光)を基準とした波長成分で得られる日射量となっています。
よって、波長フィルターを通さない限り、自然光日射量に比例した発電電力が得られます。

以上をご理解いただいた上で、
一般的に紹介されている計算式は次のとおりです。

Q=H×P×K÷1
Q=求める発電電力[kW]
H=パネル面が受ける日射量[kW/m2]
P=パネルの最大定格発電電力[kW]
K=発電出力効率70-80[%]程度　‥温度損失、汚れ、出力回路損失等で目安の値
1=基準日射量1[kW/m2]

なお、「H=パネル面が受ける日射量」については、
　一般的な日射量データは地表(水平面)が受ける日射量であり、
　太陽電池パネルは水平に対して傾斜を持って設置されるため、
　この傾斜面で受ける日射量を用いる必要がある。
　　　これを「斜面◯度日射量」と言う。
この傾斜面日射量は、傾斜角度を関数とする三角関数で置換できます。

ついでに付け加えるならば、
太陽光日射量は時間とともに方位と入射角(仰角)が変化します。地表日射量はこのうち入射角の関数になります。
しかし、傾斜設置パネルに対しては、地表から見た方位・入射角を、傾斜面から見たそれに3次元変換して、パネル面入射角を求める必要があります。
厳密には散乱光・反射光まで分解しますが、これに占める量は少ないものとして誤差の範囲内としても構いません。

以上、ご参考まで。

補足

お教え頂きありがとうございました。
多結晶セル(10枚程接続し電圧を上げて)に自作の出力トレーサー(MP検出)をつなぎ、セルを裸で日光に当てた状態で、雲が掛かったりして日射量が変化するとMPPが変化します。同じ処で日照計で日射量を測って両者を対比させると、直線の関係に無い様に思えます。セル温度は測れていませんが、空中に裸で置いているので、大凡外気温＋α程度と思います。
ｐｎの処で光エネルギーを電気エネルギーに変える、と理解していますが、この両者の関係が直線であれば直線になりますが、エネルギー変換を読んでも理解できず・・・で悩んでいます。