「目に見えない」損失について:天候や経年劣化以外に、実際の発電量に影響を与える要因(例:塵や鳥の糞による汚れ、配線やインバータでの電力損失)には何がありますか?
太陽光発電システムにおける「見えない損失」の全体像
分類 | 典型的な損失メカニズム | 参考損失率(年平均) | 主な緩和策 |
---|---|---|---|
光学/遮蔽 | ① 塵埃・砂塵・鳥の糞・落葉 <br>② 積雪・霜・結氷 <br>③ モジュールガラスコーティング劣化・表面反射増加 | 0%~7%(地域差大) | 定期洗浄、撥水/自己洗浄コーティング、適切な傾斜角、除雪・融雪措置 |
影 | ④ 樹木/建物の移動影 <br>⑤ 架台配置不備(列間影) <br>⑥ 雲端効果の急変 | 0%~5% | 精密な影シミュレーション、配置最適化、ストリングオプティマイザ・マイクロインバータ活用 |
モジュール自体 | ⑦ LID・LeTID・PID <br>⑧ マイクロクラック・はんだ帯腐食・EVA黄変 <br>⑨ ホットスポットによる局所ミスマッチ | 0%~3%/年(新型は一般に<1%) | 耐PIDセル採用、品質検査強化、赤外線/EL定期点検 |
温度 | ⑩ 温度係数(-0.3%~-0.45%/℃) <br>⑪ モジュールバックシート放熱不良 <br>⑫ インバータ高温時出力抑制 | 1%~8%(盛夏ピーク時は更高) | 通気性バックシート、淡色屋根、インバータ冷却装置・空調追加 |
ミスマッチ | ⑬ 製造公差・ロット間劣化差 <br>⑭ 方位/傾斜角差異 <br>⑮ ケーブル長差による電圧降下 | 0%~3% | 同ロット接続、適切なグループ分け、パワーオプティマイザ活用 |
直流側抵抗 | ⑯ ストリングケーブル・接続箱・コネクタのI²R損失 | 0.5%~2% | 太径導線採用・配線短縮・圧着/緩み防止設計 |
交流側抵抗 | ⑰ 交流母線・変圧器・昇圧設備・系統連系ケーブル | 0.5%~2% | 電圧昇圧・低損失変圧器採用・定期温度測定 |
インバータ | ⑱ 変換効率(98.5% → 固定1.5%損失) <br>⑲ 軽負荷効率・夜間待機電力 <br>⑳ MPPT追従精度 | 1%~3% | 高効率インバータ選定・適切なDC/AC比・夜間消費電力低減 |
直流クリッピング | ㉑ モジュール最大出力>インバータ容量上限 | 0%~4%(過積載率による) | 過積載比最適化・時間帯別出力制限 |
系統連系 | ㉒ 電圧上昇による出力制限 <br>㉓ 周波数偏差/出力抑制指令 | 0%~10%(地域系統状況依存) | 連系点昇圧・電圧調整、蓄電池周波数調整、力率制御 |
運転保守 | ㉔ 計画点検停止 <br>㉕ 故障停止(ヒューズ溶断・接地不良・通信障害) | 0%~2% | 24×7監視・迅速修理・冗長設計 |
その他 | ㉖ 計測誤差・盗電・落雷・動物齧害 | 0%~1% | 計器校正・フェンス設置・SPD(避雷器)・齧害防止チューブ |
注:表中の数値は経験的な範囲値。実際は気候・モジュールメーカー・システム構成に基づき算定が必要。
「損失リスト」を活用した収益予測の推奨フロー
-
基本入力データ
• 地上/衛星日射量データ(10年以上)
• モジュール公称出力・温度係数・劣化曲線
• インバータ効率曲線・出力抑制曲線 -
光学-熱モデル構築
POA(アレイ面)モデル → 温度モデル(NOCT/Sandia)→ 理想直流発電量を算出。 -
損失項目別の段階的控除
a. 固定損失:反射2%・インバータ2%・ケーブル1%…
b. 変動損失:温度・影・浮遊塵;月次/時間単位で反復計算
c. 経年損失:モジュール劣化・PID等を関数設定 -
シナリオ分析
• 「最適保守」vs「通常保守」
• 「系統制限無」vs「5%出力抑制」
モンテカルロ法またはP90/P50統計でIRR・LCOEを算出 -
運転期間の閉ループ化
SCADA実績とモデルの突合 → 損失原因の迅速特定 → モデル/保守戦略の更新
結論
太陽光発電所の年間総損失は10%~20%に達し、気象要因や自然劣化を大幅に上回る。体系的な「見えない損失」の特定と対策により、通常3%~8%の発電量向上が可能であり、LCOE(均等化発電原価)とIRR(内部収益率)に顕著な影響を与える。
回答内容:天候変化(日照強度、日照時間、雲量など)やモジュール自体の経年劣化(年間約0.5%の出力低下など)に加え、太陽光発電システムの実際の発電量は、さまざまな「見えない」要因の影響も受けます。これらの要因は通常「システムロス」と呼ばれ、主に以下のカテゴリーに分類されます:
-
光学ロス (Optical Losses)
- 汚れによる遮蔽(Soiling/Dust):太陽光パネル表面には、ほこり、砂、鳥の糞、花粉、産業汚染物質などが堆積します。これらの汚れが太陽光のセルへの到達を妨げ、モジュールの光透過率を低下させるため、発電量が直接減少します。乾燥、多塵、または汚染の深刻な地域では、このロスが特に顕著で、数パーセントからそれ以上の発電量損失を引き起こす可能性があります。
- 部分影(Partial Shading):建物、樹木、電柱、煙突、隣接モジュール、さらにはモジュール自身の枠や積雪などが、一日の特定の時間帯にパネルに影を落とすことがあります。部分的な影は、影になったセルの発熱(ホットスポット現象)を引き起こし、バイパスダイオードが作動して直列接続されたストリング全体の電流が制限され、深刻な発電量損失につながります。
-
電気的ロス (Electrical Losses)
- 配線ロス(Cabling/Line Loss):太陽光発電システムの直流(DC)および交流(AC)ケーブルには抵抗があります。電流がケーブルを流れる際に熱が発生し、エネルギー損失が生じます。ケーブルの長さ、断面積(太さ)、材質、接続部の締め付け具合が損失の大きさに影響します。ケーブルが細すぎる場合や長すぎる場合は損失が増加します。
- インバーター効率(Inverter Efficiency):インバーターは太陽光モジュールで発電された直流電力を、電力系統や負荷で使用可能な交流電力に変換します。この変換プロセスは100%効率的ではなく、常に一部のエネルギーが熱として損失します。機種やメーカーによってインバーター効率は異なり、通常95%から99%の範囲です。また、インバーターの効率は出力レベルによっても変化し、通常は定格出力付近で最も高くなります。
- モジュール不整合ロス(Module Mismatch Loss):同一ロットで製造された太陽光モジュールであっても、電気的特性(最大電力点電圧や電流など)にはわずかなばらつきがあります。これらのモジュールを直列または並列に接続してアレイを構成する場合、性能の劣るモジュールがストリング全体または並列回路の出力を制限し、個々のモジュール出力の合計よりもシステム全体の発電量が低下します。
- 最大電力点追従(MPPT)効率(MPPT Efficiency):インバーターに内蔵された最大電力点追従(MPPT)機能は、太陽光アレイを最適動作点で動作させ、最大出力を得るためにリアルタイムで追従することを目的としています。しかし、MPPTアルゴリズムの精度と応答速度は完璧ではなく、特に日照が急激に変化する場合や部分影条件下では、MPPTが常に最適点を正確に追従できないため、わずかな効率損失が発生します。
- コネクター及び接続ボックスロス(Connector and Junction Box Losses):太陽光発電システム内の各種コネクター(MC4コネクターなど)やモジュール背面の接続ボックス内部のダイオード、バスバーなどには接触抵抗が存在します。接続が緩い、酸化している、品質が悪い場合などは抵抗が増加し、エネルギー損失や局所的な発熱を引き起こします。
-
温度関連ロス (Temperature-Related Losses)
- 高温影響(High Temperature Effect):太陽光モジュールの発電効率は温度の上昇とともに低下します。標準試験条件(STC)でのモジュール温度は25°Cですが、実際の運用では、特に暑い夏や通風が悪い設置環境では、モジュール表面温度は周囲温度よりはるかに高くなります。モジュール温度が1°C上昇するごとに、発電効率は通常0.3%から0.5%低下します。
-
システム運用・保守ロス (System Operation & Maintenance Losses)
- 系統制限/品質問題(Grid Curtailment/Quality Issues):系統電圧が高すぎる、周波数が不安定、または系統容量が太陽光発電量をすべて受け入れられない場合など、特定の状況下では、系統安定化保護のため、系統からの指令に基づきインバーターが出力を低下させたり停止したりすることがあります。これは出力制限または出力抑制と呼ばれます。
- システム故障と保守不足(System Faults & Insufficient Maintenance):太陽光発電システムの運用中には、モジュール破損、配線の緩み、インバーター故障、接地不良など、さまざまな故障が発生する可能性があります。効果的な監視システムや定期的な保守点検が不足していると、これらの故障が発見・修復されず、システムが長期にわたって最適な状態で稼働せず、継続的な発電量損失を引き起こします。例えば、モジュールの洗浄が遅れたり、雑草による遮蔽なども保守不足に該当します。
- 初期光誘起劣化(Initial Light-Induced Degradation - LID/LeTID):特定の種類の太陽光モジュール(特にP型結晶シリコンモジュール)は、太陽光に初めて曝露された後の最初の数日から数週間の間に、通常1%から3%の小さな不可逆的な出力低下を経験します。これはモジュールの長期的な緩やかな劣化とは異なり、モジュール材料の特性によって決定されます。
総合的に見ると、これらの「見えない」ロス要因は、実際の運用において太陽光発電システムの発電量に多大な影響を与え、システム性能を評価・最適化する際に考慮すべき重要な側面です。