新たな研究で明らかに：ストリングあたりの太陽光モジュール数を減らすことでホットスポットリスクを最小限に抑えられる

インドネシアのスラバヤ大学の研究者チームは、インドネシア西部のスマトラ島にある24.9MWの太陽光発電（PV）発電所の初期段階の運用上の不具合に関する包括的な研究を徹底的に行った。

研究は、発電所の稼働開始に合わせて2022年8月に開始され、2024年8月に終了しました。

主著者であるエリセル・タリガン氏は、「運用期間が比較的短いため、検出された欠陥は長期的な摩耗ではなく、運用初期段階で発生する要因が主な原因です。私たちの研究は、ホットスポット効果、ガラスの破損、ジャンクションボックスの故障、ガラスの曇りや変色など、私たちが観察した多様な種類の欠陥を分類・定量化し、これらがシステムのパフォーマンスにどのような影響を与えるかを理解することに重点を置いています。」と述べています。

スマトラ島にあるこの太陽光発電施設は、合計64,140枚の太陽光パネルで構成され、各パネルの発電容量は390Wです。これらのパネルはすべて地上設置型で、モジュールは直列に接続されてストリングを形成しています。各ストリングは、30枚のモジュールが連続的に接続された構造となっています。

研究者は次のように詳しく説明しました。「現地観察では、動作電圧と電流を綿密に監視し、モジュールの技術仕様と比較することで、潜在的な異常を発見しました。私たちは、特定のモジュールストリングにおける電力出力の異常を特定することに重点を置きました。インバーターが示す電力出力が、そのストリングの現在の環境条件下での理論値よりも著しく低い場合、そのストリングは異常と判断されました。その後、これらの異常をさらに詳しく調査し、モジュールに欠陥がないか確認しました。」

その後、個々のモジュールの調査では、目視検査と直接測定が行われました。より詳細な分析には、詳細な測定と熱画像技術が組み込まれました。目視検査と測定から収集されたデータは、各欠陥の種類の発生率と影響範囲を特定するために綿密に分析されました。

科学者たちは、「観察結果は、最初の2年間の運用期間中に、設置された合計64,400枚のPVモジュールのうち、約678枚のモジュールに、前述の様々な欠陥によって引き起こされた動作上の異常が生じたことを示しています。観測された故障率は約1.05%であり、PVシステムの信頼性と長期的な存続可能性を守るために、早期段階の監視とメンテナンスが極めて重要であることを強調しています」と説明しました。

調査結果によると、問題の大部分はホットスポットの形成に関連していました。具体的には、接続箱の故障が350件、ガラスのひび割れが282件、接続箱の膨張が42件、ガラスの曇りや変色が7件確認されました。さらに、周囲の樹木、電柱、建物などの物体による日陰や、PVアレイ自体による日陰も確認されました。

タリガン教授は次のようにまとめています。「私たちの分析により、ハーフカットモジュールはフルセルモジュールよりもホットスポットの影響を軽減する能力が高いことが明らかになりました。これは、セルあたりの電流値が低く、バイパスダイオードの構成が強化されているため、放熱と電力損失が低減されるためです。さらに、ストリング内のモジュール数を減らすことで、ストリング電圧と電流が効果的に低下し、ホットスポットの影響を最小限に抑えることができます。」