[電力・クリーンエネルギー測定機器]太陽光設備メンテナンスの要点集です。メンテナンスコストと測定器レンタルの関係のポイントをまとめました。9年から17年と長期間にわたります。投資回収を確実に行うためにも、まずは基本情報のポイントをおさえてください。各種測定器の使用頻度とレンタルの価格感1.太陽光発電設備の概要パネルが整然とズラーっと並んでいて、見るからに太陽光発電設備を感じさせるパネルの一群を太陽電池アレイといいます。太陽電池アレイは、パネルの一群が架台にしっかりと支えられ、機械的に一体化し、電気的に接続された集合体といえます。パネルはメーカーによってサイズが異なりますが、畳1枚ほどの大きさの交換可能な最小単位であり、モジュールとも呼ばれています。※太陽電池については、市販ではソーラーパネルと呼ばれていますが、太陽電池メーカーはモジュールと呼んでいます。この記事ではモジュールで表記を統一します。引用でパネルとなっている場合もあります。太陽光発電設備の概要アレイの元々の意味は、配置、配列であり、複数枚のモジュールを直列、さらにそれを並列に配線し、十分な出力が得られるように設置されています。モジュールを直列に配列したものをストリングといいます。ストリングは糸、ひもを意味します。複数のストリングは各々接続箱で個別の開閉器に接続されています。接続箱で並列に接続され、一つにまとめられた直流の発電出力が、パワーコンディショナー(PCS)で交流に変換されます。太陽電池の基本単位は一辺約15cmのセルで、太陽電池の素地そのものです。畳1枚ほどのモジュールには、このセルがびっしりと直列に接続され、屋外で利用できるように強化ガラスで保護されています。太陽電池ですから、影がかかれば電流が流れにくくなります。その一部のセルのためにモジュール全体の電流が流れにくくなってしまいますね。それを避けるために、モジュールを3つのセルのグループに分けて、影がかかって流れにくくなったグループに対する電流の迂回路(バイパス)を作っています。正常時は、迂回路を通る必要はありませんから図2のような電流経路になります。正常時の電流経路この迂回路は、グループに対してバイパスダイオードを並列に配置することで実現しており、この組み合わせをクラスタと呼んでいます。モジュールは、3つのクラスタを直列に接続した構成となっているわけです。図3に異常クラスタが生じモジュールに異常をきたすときの電流経路を示しました。バイパスダイオードとクラスタの関係をイメージできると思います。一つのセルの異常で、そのクラスタも異常となります。3クラスタで構成されているモジュールならば、モジュールの発電能力が1/3減ります。モジュール内に異常が生じた時の電流経路2.改正FIT法とは?改正FIT法とは、従来のFIT法(固定価格買取制度)で顕在化した課題に対して、再生可能エネルギーに対する位置づけそのものを変更した制度です。連動して、電気事業法も一部改正され、メンテナンス重視における民間のガイドラインの役割も明確化されました。ここでは、これらの動きを総合的に把握できるよう、要点をまとめています。従来のFIT法(固定価格買取制度)で顕在化した課題FIT法とは固定価格買取制度のことです。電力会社に売電できる制度が導入されました。比較的設置が容易である太陽光発電は、投資リスクがヘッジされ、高い利回りが期待できる魅力的な投資対象として、制度開始後4年で導入量が2.5倍にも増加しました。再生エネルギーの導入が促進されたものの、様々な課題が顕在化してきました。第1は、太陽光に偏った導入です。天候と日射時間に左右される決して安定とはいえない太陽光発電の認定量が約9割、未稼働の太陽光案件が31万件を占めました。第2は、国民負担の増大です。買取費用は2016年度に約2.3兆円、この内約1.8兆円が賦課金です。賦課金とは電力会社による買取費用の一部を国民が電気代と一緒に払っているお金のことで、一世帯、一か月あたり675円とのことです。第3は、小売自由化や広域融通への対応です。これらとバランスを取った仕組みに向けた電力システムの改革が迫られてきました。改正FIT法のポイント上記のような背景から、2017年4月1日に改正FIT法が施行されました。これまでの再生可能エネルギーを増やす仕組み作りから、地域と共生しつつ、長期間、安定的に稼働させるための仕組み作りへの位置づけの変更であり、発電所自体を認定する「設備認定」から、事業計画そのものに対する「事業認定」への変更がポイントといえましょう。メンテナンスの観点からは、「適切に保守点検及び維持管理するために必要な体制を整備し、実施するものであること」が認定基準に新たに追加されました。審査基準は、1保守点検及び維持管理の責任者が明確であること、2保守点検及び維持管理の計画が明確であること、の2点です。これらに基づき、適切なメンテナンスの実施等を含む事業計画が審査されます。未稼働案件の排除と、新たな未稼働案件の発生を防止する仕組み、適切な事業実施を確保する仕組みが、新たな認定制度に組み込まれています。いずれにせよ、メンテナンス強化、保守強化は明白です。認定基準を満たしていない場合は、認定IDを取り消す制度も設けられました。使用前自己確認の方法の解釈」が一部改正されました。背景には、中小規模の太陽光設備について、突風や台風等によるパネルが飛散し、近隣の家屋等への被害が発生していることがあげられます。前項で触れましたが、地域と共生できていない、長期的、安定的に稼働できない太陽光設備が増大していることに他なりません。基準強化といった技術基準の整備と、これまでは500Kw以上が対象だった事故報告義務が50Kw以上に範囲拡大されました。民間ガイドラインへの期待の高まり2016年6月に、経済産業省が「再生可能エネルギーの導入拡大に向けた施策の方向性について」において、「具体的に実施すべき内容を規定するガイドラインを、今後、国と民間において役割分担をして策定し、適切なメンテナンスの水準を確実に担保していく」と言明しました。より共同作成された「太陽光発電システム保守点検ガイドライン」が2016年12月28日に公開されました。ニュースリリースは「https://www.jema-net.or.jp/Japanese/res/solar/maintenanceGL.html」をご参照ください。2016.12.28制定ガイドラインに見られた測定方法の変化の一例として、4(6)項でバイパスダイオードオープン故障試験の変化のイメージを追記しました。詳細は、自ブログ「5.ガイドラインへの保守点検・メンテナンス基準作りの機運の高まり」を参照してください。バイパスダイオード試験が初めて明記されたことが、関係者の話題を呼びました。いずれにしても、今後もガイドラインの動向を注視し、変化に対応していくことが必要です。対象設備の規模から見た考慮すべきポイント10kw未満を住宅用、10kw以上を産業用で区別しています。電気事業法により50kw未満が低圧、50kw以上が高圧の連係となり、法令の取り扱いが大きく異なります。そのポイントを表2にまとめました。50kw以上では、専用のキュービクル(変圧器)が必須で、電気技術者による保安点検が義務づけられています。一方で、10~50kwの産業用は、技術者選定が必要ありませんが、設置者に保安責任があるため、自主的なメンテナンスが必要です。FIT法に関する規模別の制度見直しを表3に示します。・標準仕様の明確化(設計基準風速を把握していない、技術基準が十分に理解されていないケースがある。実施内容は、目視による外観検査と測定があり、実施時期は表4に示す通りです。目視による外観検査を(3)、測定項目、測定タイミングを(4)で説明します。目視による外見検査+測定*定期点検の頻度に対するガイドラインにおける考え方を以下に引用します。「定期的な点検及び保守は、太陽光発電システムの稼働中終始行い、また具体的なトリガーに応じて繰り返し行うことが望ましい。これらの頻度は、次に基づいて大きく変わりうる。用途、サイト及びシステム所有者の責任範囲によって様々な要因が多数あるため、この技術資料では点検の頻度を規定しない。(割愛)、システムと機器のレベルにおける点検作業を特定して、点検の頻度を決定するため、考慮すべき要因を提供する。」https://www.jema-net.or.jp/Japanese/res/solar/pdf/161228_pv_maintenance.pdfの10.2「点検の頻度とトリガー」より引用として、ガイドラインに「点検作業並びに点検頻度を決定するための要因」がまとめてありますので参照ください。目視による外観検査については、各設備ごとに区分されており、概要は表5に示すとおりです。各項目の測定箇所の鳥瞰は図4のとおりです。太陽光発電設備の施工・保守に関わる測定は、表5に示すように1検電、2接地抵抗、3絶縁抵抗、4耐圧試験、5継電器試験からなる電機設備の安全試験に関係するものと、6電圧測定、7I-Vカーブ測定、8故障位置測定に関係する発電状況調査に大別することができます。モジュールの開放電圧。接続箱で測定するストリングの開放電圧。表6に測定項目と測定タイミングを示します。調査の目的と流れ故障診断は、正常性確認も含めたメンテナンスの各種測定と表裏一体の関係があり、調査の目的と流れは以下に示す通りです。図5に各種測定に必要な測定器の鳥瞰を示します。NTTRECのラインナップの一部ですが、太陽光発電のメンテナンスに必要な各種測定器を取り揃えています。太陽光発電の各種測定内容のワンポイント各種測定のイメージがつかめるように、ワンポイントで内容を説明します。感電しないために、電気が流れていないかを検電器で確認する。検電器を使用し、電流が流れていないことを確認する。落雷時等に機器や作業者に電気が流れないように、大地に電気を逃がす配線(アース)へ、電気が正常に流れることを確認する。電気は、高いところから低いところを通り、抵抗が小さいところへ流れる性質を踏まえ、アースの抵抗を測定する。抵抗は、限りなくゼロであることが望ましい。測定器を機器アース端子と大地プローブに接続する。測定器の電源をONにし、電圧をかける。抵抗が、限りなくゼロであることを確認する(定められた値以下であることを確認する)。絶縁不良または劣化による感電や漏電などの危険性がないかを確認する。高い電圧を印加して抵抗を測定する。抵抗は限りなく無限大「∞」であることが望ましい。測定器を測定する端子と接地(アース)端子に接続する。測定器の電源をONにし、電圧をかける。抵抗が、限りなく無限大「∞」であることを確認する。太陽光モジュール(パネル)に規格以上の電圧をかけ、壊れないことをストリング単位で試験する。太陽光パネルに耐圧試験機を接続する。測定器の電源をONにし、定められた電圧を一定秒間かける。規定以上の電流が流れないことを確認する。規定以上の電流が流れるなら、耐える能力が低い。規定以内の電流が流れるなら、耐える能力が高い。継電器とは、電流や電圧の急激な変化から電気回路を保護するための装置。規定以上の電流、電圧が印加された場合、継電器が正常に作動することを試験する。試験用端子に測定器を接続する。測定器の電源をONにし、電流、電圧を印加する。継電器が動作することを確認する。測定器を+と-端子に接続する。電圧が、メーカーが定める定格電圧に近いことを確認する。メーカーの規格が1000Vだった場合、1000Vを表示すれば、効率よく発電している。200Vを表示すれば、発電効率が悪い(モジュールの不良が考えられる)。メーカーが定める定格どおりの電圧が測定できれば、効率よく発電していることが確認できる。発電状況をI-Vカーブ試験機(I-V特性試験機)でグラフ化して、メーカーが定めた性能と同等であることを確認する。利用方法:・接続箱の端子に測定器のプローブをあてる。・ストリング毎に順次測定する。・グラフ化されたI-Vカーブを見て、性能を確認する。竣工時と同等の波形が得られることが望ましい。接続箱から各ストリングに信号を送信する。返信信号を分析して、異常ストリングを検知する。サーモグラフィーを太陽光モジュール(パネル)に向ける。高熱の部分がないかを確認する。高温箇所がなければ正常、高温箇所があれば異常あり。太陽光モジュール(パネル)の不良箇所(測定器が反応しない部分)を磁界測定より検出する。接続箱の端子に送信機を接続する。送信器の電源をONにし、磁界を発生させる。受信器を太陽光モジュール(パネル)に当て、反応しない箇所がないか確認する。すべて反応すればパネルは正常、反応しない箇所があれば異常あり。太陽光設備が定格どおりに正常な発電(電圧を発生)しているか、また開放電圧の確認は、汎用のテスターで測定可能です。汎用のテスターで測定した開放電圧は、太陽電池に不具合があっても正常な太陽電池と同じ値を示してしまいます。不具合をしっかりと検知するためには、ストリング、モジュールに負荷電流を流してI-V特性を測定する専用の機器が必要です。私にとっても疑問でした。その疑問解消の過程は、自ブログ「開放電圧測定の限界とI-Vカーブ特性測定の必要性」に詳述していますので、ご参照ください。I-Vカーブ測定と故障位置測定の関係1メガWの太陽光発電であれば、パネル(モジュール)の数は約4000枚です。1ストリング15直とすれば、267ストリングの規模感です。モジュールにおける異常クラスタ検出を行いますが、膨大なモジュール数がある場合は、まず異常ストリングを絞りこみ、それから異常モジュール、異常クラスタと段階的に測定していくのが合理的です。異常ストリングの絞り込みは、前項8-iのように、接続箱から発信した返信信号で判断する方法と、前項7I-Vカーブ測定のようにI-Vカーブの形状の異常から絞り込む方法と2つあります。その詳細は、「太陽光発電I-Vカーブトレーサーと故障位置測定器選び方」をご参照ください。故障交換はモジュール単位ですが、メーカー交渉等のためには、I-V特性のデータは必須であり、I-Vカーブ測定の機器は必要不可欠になります。バイパスダイオードオープン故障に対する新しい測定方法(ガイドラインに見られた測定方法の変化の一例)オープン故障とは迂回機能を失っている故障のことです。これまでのクラスタ毎に太陽電池を遮蔽して、発電状態を確認するこれまでの方法に対して、ガイドラインで合理的、実用的な方法が言及されました。イメージは以下のとおりです。詳細は、「太陽光発電バイパスダイオード故障判定原理と測定器選び方」、「太陽電池とバイパスダイオードの原理に関する基礎知識」をご参照ください。何がどう違うのか?レンタルは、必要な時に、必要なだけ借りて、いつでも中途解約ができ、資産管理も、メンテナンスも故障時等の代替機対応の一切合切をレンタル会社が対応します。リースは、いったん借りたら契約期間中はずっと借りていなければなりません。メンテナンス、故障時等の代替機対応は、お客様が自らメーカーと対応しなければなりません。購入は、自分の所有物ですから、そもそも中途契約という概念はありませんが、メンテナンス、故障時等の代替機対応はリースと同様に、お客様が自らメーカーと対応しなければなりません。資産管理も、自らの対応が必要です。測定器レンタルのメリット以下の観点から経営の合理化をサポートします。あり詳細は「https://www.nttrec.co.jp/」をご参照ください。上記測定器はNTTRECの太陽光発電関連のラインナップの一部で、購入価格は区々です。校正は年1回で3万円程度~10万円かかります。付属品価格、オプション価格も無視できません。故障、トラブル発生、費用増のリスクもあります。使用頻度と費用対効果を考え、メンテナンスの為の機器費用にどれだけ費やすことができるか、経営判断が必要です。設備メンテナンスの要点と測定のポイント」を解説させていただきました。新規参入領域の太陽光発電設備のメンテナンスをケースに、NTTRECの設立経緯、強み、新規参入の考え方、新規参入領域での取り組み姿勢等全般をストーリー化してとりまとめてありますので、ご一読ください。ようなラインナップをそろえております。NTTRECのラインナップ(一部)なお、この記事を含め下記コンテンツを太陽光関連としてシリーズ化しています。原理解説の他、多数の商品を比較するとともに、測定方式等解説していますので、併せてご一読ください。ネットワーク系以外の執筆を担当しています。Reserved.このページの先頭へ。