2006.01.16

雷と住宅太陽光発電

雷は落ちないの?

この疑問は、下記の2つに整理できます。

1:太陽電池を設置することで雷被害が増えるか?
2:(高価な)太陽光発電システムが雷害に遭うことは無いのか?

まず雷害を心配する消費者は、自らが何を心配しているのかを自問自答し、1か2かを見極めてください。

なお、メーカーがFAQなどで答えているのは、この疑問を1と見なした回答です。
「太陽電池を設置したからと言って、雷が落ちやすくなることはありません。」
まさしくその通りです。弊社の経験でも間違いないところです。

ところが、2をするどく指摘するお客さんもあるのです。
全くその心配は的を得ています。
つまり、太陽光発電システムが雷害に遭うことはあります。
誘導雷によりパワコンが故障してしまうことがあるのです。
もちろん、カタログ内に「パワコンや接続箱内にZNRがあるので大丈夫」というメーカーさんもありますが、あまりにも雷エネルギーが大きい場合や襲来頻度が高い場合にはこれも焼損してしまいます。
これまでも、地域的にこれらの故障がありました。

そこで私達は襲来頻度が高い地域には、内線規程(JEAC8001-2005)の1-3-15や1-3-16にあるような形で避雷器を設置するようおすすめしています。衛兵としてこれを備えておけば、ここで波高値が下がり、パワコン内蔵のZNRを傷める度合いが少なくなると考える次第です。
この対策をやりはじめて7年ほど経ちましたが、弊社設置例に豪雪地や日本海側でパワコン故障が無いのを見ると、おまじない以上の効果があるようです。ここに、同業者様にも強くおすすめします。

なお、太陽電池は雷で故障したことはありません。
人が住む平野部では心配無用と言って良いでしょう。
何かあったとしてもそれはレアケースです。
一度、この件について保険会社に相談してみましたが保険料が50万円ほどもかかるとのこと。金額を聞くとここまで稀な天災に備えるのは、意味がないと思いました。
肝心なのは、必要なこととそうでないことの取捨選択に違いありません。

一方、独立型については、別の考え方をしなければなりません。
ホビイストや行政の環境アピール的な小規模のシステムの場合、せいぜい6~24V系です。この程度の電圧系では、法にも触れませんので雷エネルギーの侵入経路となるアースを施工しないのが良いです。コントローラの製造メーカーはアースの大切さをマニュアルに説きますが、これらは直流片線接地を採る米国の製品です。
日本では、直流非接地式の配線になりますからアースを取らずに却ってフローティングしているほうが、誘導雷による機器故障リスクは低くなります。
困ったことに木造の山小屋など、感電リスクが著しく低い場所では、100VインバーターのFGもフローティングさせるのが良い結果を生みます。法によらぬのが良いケースがあるのです。事実上、慣習になっていますし、規制に意味がない分野はやはり存在し、TPOがあります。

1月 16, 2006 FAQ(住宅太陽光) | | コメント (15) | トラックバック (0)

2005.10.18

太陽電池の表面は何で出来ているの?

nottemo「太陽電池の表面はプラスチックですよね?」と尋ねられる方が少なくないのでちょっと書いて見ることにしました。
住宅や産業用で 最も売れているタイプの結晶系太陽電池の表面はガラス(カバーガラスと云う)で出来ています。この素材、正式には「白板強化ガラス」といいます。
これら汎用太陽電池の構造は、カバーガラスに発電素子であるセルをくっつけているような感じです。裏は薄い樹脂のバックシートで防湿対策、電気的保護がなされています。このような汎用太陽電池の構造を”スーパーストレート”といいます。さらに、わが国のものは海外のそれに比べてとても頑丈に出来ていて、4辺がアルミフレームで覆われています。台風がひどいわが国では、太陽電池が戦車級に頑丈になるのは当然のことと思われます。高い高いと文句をいわれても飛んでしまっては意味がありませんから。

また、こうしたスーパーストレートタイプの太陽電池は、ガラス面に粘り強さがあり、作業時に歩くことも出来ます。JISによると227±2グラム、直径38ミリの鋼球を1mの高さから落下させたり、対角100ミリあたり2ミリのねじりを加えても著しい以上が無いことや電気的性能を満足することが規定されています。

heliつまり、このガラス、よほどの事でなければ割れることはありません。筆者の経験ではヘリコプターから角材を落下させた場合でしか壊したことはありません。(注:ヘリ物輸中にこの失敗をやることが2回もありました。なお写真のヘリは犯人ではありません)しかし、積雪が深い地域ではまた別のプロセスで破損する場面がありますので豪雪地や極寒地では注意は必要です。公共設備で割れまくっているのがあるのは、むしろ設計と製品選定の問題です。
なお、ガラスの割れ方ですが、粉々に飛散することはありません。自動車のフロントガラスのようにクモの巣状に割れます。積雪地に住む方で雪下ろしをマメにされる方には、時々角スコップの角で割ってしまうトラブルがあります。ご注意下さい。小まめな除雪によって稼動時間を長くしたい場合は、積雪の上の方だけ角スコで除雪し、ガラス面の除雪にはポリエチレンの100円チリトリをお使いになることをおすすめします。

subst他にホビー用の結晶系太陽電池や屋根材一体型のアモルファス太陽電池によくある形にサブストレートと呼ばれるタイプがあります。
これは基板が裏側にあり、表面の方が透明樹脂になります。黄砂が乗ったサブストレートの上に靴などやると擦過傷にやられるとは思いますが、この構造では軽量薄型かつ折りたたみ式にすることが可能なため、可搬性を求める軍隊などで好まれます。写真のサブストレート太陽電池はタイ軍のものです。素子は単結晶。背面は黒色のアルミになっていて放熱の工夫があります。出力リードの選択によって36セルと30セルの2出力が得られます。(チャーコン無しにバルク充電とフロート充電を選べるということですね。戦争をしているときにバッテリが弱くなったら無線機等のためにフロート使用したりも出来るわけです)

monomaltisub最後の写真は左から5インチ単結晶、5インチ多結晶、タイ軍サブストレートタイプの4インチ単結晶です。全て36セル。
左の二つはいずれも世界規格(1200*530程度)サイズです。この形状であれば、万が一盗難や破損があっても、架台や電気回路の調整や交換をせずに複数メーカーの中から代替品をチョイスできます。インフラ系目的で長期使用を考えている場合には、この(暗黙の了解的な)規格は助かります。

世界レベル・歴史レベルで見ると、左のふたつが標準的な太陽電池の例(独立用)ですが、わが国では採用例が少なくなってしまいました。(物好きな方は、ヒマな時に理由を考えてみてくださいね)

いずれもやや古い写真です。一番左のは補修用に処分してしまいました。中央の太陽電池はヨーロッパ向けの輸出用です。輸出用ですから裏ルート入手したのですが、構造がまずいため国内では耐えられないと判断。海外ボランティアさんにあげちゃいました。一番右のだけ道楽用途として保管しています。弊社に遊びに見える方にはいつでもお見せします。どうぞお気軽にリクエスト下さい。

10月 18, 2005 FAQ(住宅太陽光) | | コメント (6) | トラックバック (0)

太陽光発電。雨漏りはしないの?

amajimi 雨漏りネタは、よくある質問です。
多くの業者さんは、「メーカー指定工法によれば全く問題ない。」と簡単に済ませていますが、左図はメーカー指定工法で雨漏りしている例です。
もちろん、ウチが仕事したわけではありません。大手業者が施工した、某宅の例です。

ここは屋根自体が太陽光発電設置に耐えられる状態ではありませんでした。それで瓦が割れ、室内に滝のような雨が降りトラブルになっている次第です。メーカーも知らん振り、販売業者も知らん振りです。

公共建築物でなくとも、設置前には必ず精細な現地調査が必要です。本来的に太陽光発電を設置するのが望ましくない建物には、設置以前に抜本的な屋根改修を行わなくてはなりません。もちろん、メーカーや製品を変更することでそのまま対応出来る場合もあります。しかし、専門業者には十分な経験を持たない職人集団が少なくありません。また販売者は必ずしも正直ではありません。こうした場面では、技術的な問題があっても契約や工事が継続してしまうことに設置者は注意する必要がありましょう。

また、確かに太陽電池メーカーは社会的信用に足るだけの技術力があります。しかし、あなたの家について彼らはいちいちやってきてくれるわけではありません。本気で考えてくれるのは販売施工店なのです。だから「メーカーが保証してくれる。」「メーカーが大丈夫だというから大丈夫だろう。」うんぬんという文言は「メーカーが想定する典型」を対象としているだけであって、あなたの家という特定の家にとっては、まるで当てはまらないことに注意すべきです。

業者から漫然と「大丈夫」「OK]という言葉が出る場合、その内容をもっと科学的に、つぶさに確認させてもらう必要があります。設置者は、業者からダマされたり、ウソをつかれたくなかったらある程度のシツコサや勉強が必要というわけです。あなたが、少々チープな建築物や痛んだ建築物に太陽光発電システムを設置したい場合は、真摯な業者を選び、少々ややこしい計算式や図示にも付き合って、リクツの上での技術的背景を聞かせてもらうことをおすすめします。

雨漏りの仕組みやプロセスはとても奥深く、難しいものです。太陽光発電カタログにあるほど甘くはありません。だから新築直後でもナメてかかってはならないのです。雨漏りという現象は、図面と現地状況を精細に追い、道理と経験から考えてナンボのものです。写真の雨漏りの家はそれほど古い住宅ではありませんが、太陽光発電を設置すれば雨漏りしやすい構造を持っていました。

しかしそのことは住宅居住者にはわかりません。販売業者もそのことに気づかなかったのだと思われます。プロにまかせることの大切さ、プロ(自称プロ)を疑うことの大切さがここからおわかりいただけるでしょうか。

10月 18, 2005 FAQ(住宅太陽光) | | コメント (13) | トラックバック (0)

2005.09.17

太陽光発電は変換効率が低いからダメじゃないの?

太陽光発電の変換効率は10~15%程度。(一般結晶系で総合13%程度)
一方で最新の石油火力などは40%もの効率が得られます。

こうした数値を比べると太陽光発電はひどく頼りないものに思えます。
よくある論議のひとつです。
ところが、太陽電池の効率を考える時には、化石燃料を用いた発電機が蒸気が良いかガスタービンが良いかという議論とない交ぜにしてはならないでしょう。
化石燃料をエネルギー資源とする発電は、お金を払って中東から買ってきた燃料の6割を無駄に燃やし、しかも大気を汚染しているのに対して、太陽エネルギーは元々タダですし、本来放棄していたエネルギーを拾い上げて有効利用するという点に大きな違いがあるのです。

正確に土俵を同じくして論議するためには
●EP(エネルギーペイバック)
●EPR(エネルギープロフィットレシオ)
●CO2P(二酸化炭素ペイバック)
●CP(コストペイバック)
といった価値論となる前提を等しく選ぶ必要があります。

無論、太陽光発電もその生産、流通・販売、設置、保守管理および解体の中でエネルギーを消費しますから、この点を無視してはなりません。しかし、こうしたマイナス要因を考慮しても太陽光発電の持つポテンシャルは、非常に大きなものです。(いずれ詳しく別項で述べます)

9月 17, 2005 FAQ(住宅太陽光) | | コメント (8) | トラックバック (0)

2005.09.11

設置角度・方位と発電量の関係は?

設置方位ごとに比較すると年間でどのくらいの差が出るか、下図は京セラがカタログ等で示しているものです。kchoui1
筆者自身、3次元図を描いてシミュレーターで検証してみました。
すると、この図はかなり正確だと考えて良いことがわかりました。
消費者の皆さんにとっては、考え方の整理の役に立つことでしょう。

ところが業者側は、この図を安易に使ってはなりません。
以下、重大な注意点があります。

●建物の軸が完全に南北方向か?
完全で無い場合、かなりの誤差が現れます。敷地図があればこれを参照すると良いでしょう。敷地図や有用な地図が無い場合は、
①オイルコンパスによる方位のチェック
②地磁気による磁北偏差を考慮
しか方法がありません。腕時計で方位を見るのも良いことですが、感覚的な部分を残します。

●建物は草原の中の一軒家のように周囲の影響が少ないか?
住宅密集地では隣家の影や電柱の影、木の枝葉の影響があります。(住んでいる人は意外にこの影響を知らないものです。)
また、総二階ではない、在来木造家屋では二階の建屋が落とす影(自己陰)についても注意が必要です。実際の住宅は、季節によって多かれ少なかれアレイに影が落ちると予想される建物が殆どです。なるべく3次元図によって机上シミュレーションする必要がありましょう。

●パワコンの効率は入力電力に対して変動します。
夏至など太陽高度の高い時期は定格に近い発電をする時間が長くなるため高効率帯域で稼動します。
一方、冬至になると太陽高度が低くなるため東西北に設置した太陽電池面に注ぐ日射のパワーは極端に落ちます。すると設置方位によっては入力電力が極端に低くなり、大幅な効率低下を起こす時間が長くなります。
例えば1KWシステムに対して4KWのパワコンを用いるなど、アレイ規模よりもパワコン定格が極端に大きい場合、本来よりも年間発電量が大きく減る場面も考えられます。

pccurve001 面倒かもしれませんが、シミュレーションをお客さんに提出する場面では、ここまでしなければ、ひどくいい加減な発電量予測となります。
メーカーが提供する発電予測ソフトの値が実際の発電量と比べて、2~3割も狂うことがあるのは、こうした要因があるからです。

結局は、周辺状況を含めた3次元図で時間軸を追いかけながら瞬時発電量を積み上げてゆく以外に、あまり正確な方法はありません。

大規模産業用では図面が完備していることや日影がかかる場所が全体に比して極小だという事情もあって、どんぶり勘定でも大きな誤差は出ないかもしれません。
しかし住宅には様々なパラメーターがあり、本当に難しいです。中でも日影による損失は、エクセルシートやメーカーが代理店に提供している簡易シミュレーション程度では、まるで読みきれないことが殆どです。

9月 11, 2005 FAQ(住宅太陽光) | | コメント (2) | トラックバック (0)

2005.08.16

夏涼しくなるって本当?

yaneuratemp1後付け換気工法の太陽光電池アレイは屋根面との間に隙間を設けてありますので、この隙間から直射日光による温熱が排出されます。事業所や住宅では冷房費が低減することが知られています。一方、屋根材の代わりに太陽電池を用いる屋根材一体型太陽電池アレイは通常の瓦屋根性能とあまり変わりありませんのでこうした効果にあまり期待してはならないでしょう。歴然とした差が現れるのは後付型の陸屋根など直接的な日射を遮る工法です。

なお一般には、ポラス暮らし科学研究所調べのデーターが公開されていますが、単なる公的な数字ではピンと来ないということで、筆者自身も友人宅で、放射温度計を使って測ってみました。

するとパネル設置部で22.5度。パネルが無い部分で31.0度と、明らかにパネル設置部の方が小屋裏の野地温度が低い状況です。より正しい評価のためには通年でのデーターロギングとエアコン負荷の調査が必要でしょう。

しかしながら、筆者が納品した後のお客様の感想によると涼しくなったという報告が少なくないのです。設置前に、筆者はこれらのお客様には「涼しくなる」情報は提供していません。お客様の実感がそうなっているという事実があるばかりです。

8月 16, 2005 FAQ(住宅太陽光) | | コメント (0) | トラックバック (0)

ごみやホコリによる発電への影響は?

太陽電池にごみやほこりが付着する晴天が続き、砂ほこり等が付けば発電量3~5%程度ダウンすることもありますが、雨風で洗い流されるとほぼ元の能力に回復します(セルフクリーニング効果)
一般の住宅地区では塵などの汚れは降雨で流されるので、掃除の必要は殆どありません。平均的な都市部で汚れによる出力低下はおよそ5%以下といわれます。しかしそれも設置勾配角によりますので一概には言えません。低勾配であればゴミは滞留しやすく、30度を超えるような勾配では、鳥糞や落ち葉以外には気にする必要すら無いでしょう。なお油性の鳥糞等は非積雪地では自然に除去されることは少なく、ホットスポットの原因となることも考えられます。低勾配ではガラス表面に形作られる溝にゴミが滞留しやすいので、テクスチャガラスの採用を見送ることも考えた方が良いでしょう。
selfclean(よくある関連の話題)汚れとセルフクリーニングに関してメーカー差はありますか。
モジュール構造によってセルフクリーニング効果は異なります。太陽電池の断面例を左図に示 しますのでこちらをご覧下さい。
図に示すフレームとガラスの隙間は建物の窓サッシなどではパッキン等で処理されています。
一方太陽電池モジュールの場合、屋根上の高温や紫外線にさらされるため、シリコンやブチルゴム等の高耐性水密材がこの隙間に充填されます。しかし、この隙間がはじめから大きいとこの部分にゴミや水分が入り込みEVA(発電素子を浮かせている高分子)の劣化が加速すると考えられます。
これを防止するため、各メーカーではフレームとガラス面の密着度を高める工夫をしておりますが、この部分には少なからずモジュール化コストがのし掛かっています。実製品は機種により二分化出来るでしょう。しかしながら、フレームとガラスは膨張収縮の度合いも異なります。したがってガラスとフレームを密着させるとフレームが充分に柔軟でない場合にはフレームがガラス咥え部をいためてしまう危険があります。極まれに設置直後に太陽電池のガラスが割れているのはこうした背景によるものでしょう。これは架台の不陸を充分に調整すれば優れた対策になりますが、施工者全てが充分に注意深い仕事をするわけではありませんからこの点には注意を払う必要があります。

なお、現在、京セラには産業用モジュールとしてフレーム隅にトレンチ(溝)を設けて塵埃の排出をスムーズにしたものがあります(防汚モジュール)、しかし理屈で考えれば分かるとおり、サッシ隅の強度を犠牲にすることになりますのでいつでも採用するというものでもありません。トレードオフ(あちらを立てればこちらが立たず)をよく考えて見てください。筆者の観察では、昭和シェル石油のものや三洋のものは一般品でも塵埃滞留対策が良く出来ています。

8月 16, 2005 FAQ(住宅太陽光) | | コメント (0) | トラックバック (0)

曇りや雨の日にも発電しますか?

太陽電池は、天候というよりも曇りや雨というより日射量に依存した出力が得られます。私たちが太陽から受け取る日射成分には直達日射と散乱日射がありますが、日本の場合、散乱日射成分が多いため、晴天時にはこの両方を受け取ることになります。一方、雲ひとつない快晴時より雲のある日の方が発電する現象が観察されますが、これは双方の日射成分を理想的に受け取っている場合です。(雲の端の効果)
総じて私たちが曇りや雨と云う天候は感覚的なものですが、高曇りや大雨の日は実際に受け取る日射量が少なく、発電量も少なくなります。雪の日に関しても同様です。しかし雪がパネル面を覆うと日射が阻害されるので発電が阻害されます。そのため、雪が多い地域では、雪がパネルから滑り落ちる角度とし、積雪以上の高さの補高台に設置する等の考慮をして計画します。この補正台の計画はコストとのからみを含めてよく考える必要があります。

8月 16, 2005 FAQ(住宅太陽光) | | コメント (0) | トラックバック (0)