今日の絶え間なく変化する太陽光発電業界では、ソーラーパネルの効率と耐久性が中心的な役割を果たしています。大きな課題であるホットスポット効果は、パネルの性能に影響を与えるだけでなく、安全上のリスクももたらし、業界の専門家や学術研究者から幅広い懸念を引き起こしています。
このブログ投稿では、ソーラー パネルのホットスポットの背後にある原因、問題のあるセルの起源、およびこれらの問題に対処するための対応する戦略についての包括的な分析を提供します。
ホットスポット効果とは何ですか?
ホットスポットは、動作電流が日陰のセルまたは欠陥のあるセルの短絡電流を超えると、太陽電池 (PV) モジュールで発生し、セルが逆バイアス状態で動作するようになります。セルは発電の代わりに熱源になります。この局所的な過熱により、セルが損傷し、その性能が低下し、安全上の事故のリスクが高まる可能性があります。
以下に示すように、一連の高短絡電流セルに少なくとも 1 つの低電流セルが含まれる場合、ホットスポットが発生します。
ホットスポット効果はソーラーパネルにどのような影響を与えますか?
ホットスポット効果は、ソーラーパネルの局所的な過熱を引き起こし、効率を低下させ、損傷を引き起こす可能性があります。
– **効率の低下:** ソーラー パネルにホットスポットが発生すると、局所的な温度が上昇し、通常は太陽電池の性能が低下します。温度が高くなると、太陽電池セルの電子伝導性が弱くなり、セルの発電能力に影響します。
– **熱膨張と熱収縮:** ソーラーパネルは、長期間太陽光にさらされると、光分解や熱膨張の影響を受けます。この表面の熱膨張と収縮は、材料疲労や応力などの構造上の問題を引き起こし、亀裂やその他の問題を引き起こす可能性があります。
– **ソーラーパネルの損傷:** ホットスポットは、高温により、バッテリーコネクタやワイヤーなどのソーラーパネルの内部電子部品を損傷する可能性もあります。この損傷により、パネルの全体的なパフォーマンスが低下する可能性があります。
– **熱応力の影響を受ける寿命:** 長期間高温にさらされるソーラーパネルは、頻繁に熱ストレスを受ける可能性があります。この応力により、パネルの寿命が短くなり、太陽光発電システムの信頼性が低下する可能性があります。
ホットスポット効果の原因は?
ソーラーパネルアセンブリでは、セルが直列に接続されます。セルが部分的に影になっているか、本質的に欠陥がある場合、その電気出力は低下します。これにより、正常なセルから流出する電流によって逆バイアスが発生し、損傷したセルが発熱します。バイパス ダイオードは欠陥のあるセルの周囲に電流を流すことで役立ちますが、これは完璧な解決策ではありません。ホットスポット効果の原因には、陰影、モジュールの欠陥、またはセルの不均一な経年劣化が含まれ、局所的な照明の不均一や特定の領域の過熱が引き起こされます。具体的な原因は以下のとおりです。
部分的な細胞老化: 時間の経過とともに、太陽光への偏りなどのさまざまな要因により、パネル内の個々の太陽電池が劣化し、電池の性能の不均衡が生じる可能性があります。これにより、一部のセルが他のセルよりも早く劣化し、ソーラーパネルの全体的な効率に影響を与えるため、ホットスポットが形成される可能性があります。
不一致のシリーズ パネル: 太陽光発電パネルを直列接続して設置する場合、パネルの仕様や条件の不一致により発電量が不均一になる場合があります。この不均衡により、一部のパネルが低電流で動作する可能性があり、特に太陽放射照度が高い期間にホットスポットが形成されやすくなります。
バイパスダイオードの故障: バイパス ダイオードは、ソーラー パネルへの日陰の影響を軽減するのに役立つ重要なコンポーネントです。これらのダイオードが製造上の欠陥や磨耗により適切に機能しなくなる場合、シェーディング緩和が無効になり、パネルの日陰領域でのホットスポットの発生が促進される可能性があります。
シェーディング： ソーラーパネルのホットスポットの主な原因の 1 つは日陰です。パネルの一部が遮られると、セルの直列接続により、影が付いているセルに大きな逆バイアス電圧が発生します。これにより、熱が蓄積し、温度が上昇し、ホットスポットが形成される可能性があります。さらに、陰影のあるセルはパネル全体の効率を低下させます。
ホットスポット効果研究の進歩
ジャーナル「Energy Procedia」に掲載された研究では、ANSYS シミュレーションを利用して、ホットスポット温度と太陽電池の欠陥との関係を調べました。この研究では、ホットスポットの温度とセル欠陥の数が逆相関しており、セル欠陥の数がモジュールの出力に関係していることが判明しました。
シミュレーションと実験による深い理解
この研究では、MATLAB と ANSYS を使用して、さまざまな遮光条件下でのセルの熱放散をシミュレーションしました。結果は、バイパス ダイオードを備えた 350 ワットのモジュールが 200% の遮光条件下で 10°C もの高温に達する可能性があり、カプセル化の失敗を引き起こす可能性があることを示しました。ホットスポット効果は、局所的なセルの焼け、はんだ接合部の溶解、封止材料の老化などの永久的な損傷を引き起こす可能性があり、太陽光発電モジュールの出力と寿命に影響を与える可能性があります。したがって、IEC61215:2005 には、ホットスポット加熱の影響に耐える PV モジュールの能力を評価するためのホットスポット耐久性テストが含まれています。
太陽電池モジュールの設計上の考慮事項
これらの洞察は、ホットスポットのリスクを軽減する太陽光発電モジュールの設計が重要であることを示しています。戦略には、シェーディング効果を最小限に抑えるようにセルを配置することや、欠陥のあるセルを排除するために品質保証プロセスを改善することが含まれます。
ホットスポット効果を回避するには?
この研究では、ホットスポットを減らす最善の方法は、高出力モジュールのセル選別と回路最適化中に欠陥を厳密に制御することであると主張しています。
選択することが重要です 高性能ソーラーパネル。 まず、高効率のソーラーパネルは太陽放射をより効果的に電気に変換し、エネルギー損失とホットスポット効果の深刻さを軽減します。第 2 に、高性能ソーラー パネルは通常、温度感度が低いため、高温環境でもより高いエネルギー変換効率を維持でき、ホットスポット効果によるパフォーマンスへの悪影響が軽減されます。したがって、トプコン製ソーラーパネルなど、優れた性能を備えたソーラーパネルを選択することが重要です。
バイパスダイオード内蔵 ソーラーパネルが日陰になっている場合のホットスポット効果を防ぐのにも効果的です。この機能により、欠陥やシェーディングが存在する場合でも電流が影響を受ける領域をバイパスできるようになり、ホットスポット効果の形成が防止され、システムのパフォーマンスが維持されます。すべての Sungold ソーラー パネルには内部バイパス ダイオードが装備されています。
太陽光発電システムの正しい向きと設置 太陽電池への均一な日光曝露を確保し、ホットスポットの問題を回避するには不可欠です。太陽電池モジュールの向きと傾斜角を調整することにより、太陽電池システムのエネルギー捕捉効率を最大化できます。この設計により、光エネルギーが太陽電池の表面全体に均一に分散され、特定の領域の影を避けて過熱を防ぐことができるため、システムの全体的なパフォーマンスと安定性が向上します。
空気循環による冷却が重要です。 ホットスポットは熱の蓄積によって引き起こされることが多く、ソーラー パネル システム (保護カバーなど) 内の空気の流れの制限などの要因によって悪化する可能性があります。システムの適切な動作を確保するには、パネルの過熱を防ぐために適切な換気と空気の流れを維持する必要があります。電力オプティマイザーを導入することは、安定した生産を確保するために必要に応じて自動的に発電量を削減するため、これを防ぐ最良の方法の 1 つです。
ソーラーパネルの定期的な清掃 も重要です。汚れたパネルはホットスポットの影響を受けやすくなります。さらに、光エネルギーを最適に利用するには、木、葉、その他の破片がソーラーパネルへの直射日光を妨げないようにすることが重要です。これらの方法を組み合わせて使用することで、ソーラー パネル システムのホットスポット効果を効果的に防止し、安定した信頼性の高いパフォーマンスを確保できます。
最終的な考え
ホットスポットは、ソーラーパネルコンポーネントの安全性と効率に対する主な懸念事項です。参考文献で引用されている研究は、この問題を理解するための基礎を築き、ソーラーパネルの信頼性と安全性を確保するためにホットスポットを最小限に抑えることを目的とした業界慣行の重要性を強調しています。
ホットスポットは、ソーラーパネルコンポーネントの安全性と効率に対する主な懸念事項です。参考文献で引用されている研究は、この問題を理解するための基礎を築き、ソーラーパネルの信頼性と安全性を確保するためにホットスポットを最小限に抑えることを目的とした業界慣行の重要性を強調しています。
