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Jun 17, 2023

太陽電池モジュールの性能劣化の解析

太陽エネルギーはクリーンで環境に優しいエネルギー源です。 また、地球規模の二酸化炭素排出量の削減や気候変動の影響の緩和にも役立ちます。 ポジティブな理由から

太陽エネルギーはクリーンで環境に優しいエネルギー源です。 また、地球規模の二酸化炭素排出量の削減や気候変動の影響の緩和にも役立ちます。 太陽エネルギーには良い面があるため、その需要は急激に増加しています。

太陽光発電 (PV) モジュールは間違いなく太陽光発電システムの最も重要なコンポーネントです。 技術の進歩により、さまざまな技術の PV モジュールが市場で入手できるようになりました。 多結晶シリコン (poly-Si)、単結晶シリコン (mono-Si)、薄膜、およびモノ PERC (不動態化されたエミッタと背面コンタクト) は、最も頻繁に使用されるモジュールの一部です。 しかし、モノPERT（不動態化エミッタ背面全拡散）、ヘテロ接合（HJT）、量子ドット、ペロブスカイトなどのさまざまな技術の効率を向上させるために、継続的な研究開発（R&D）作業が行われています。

資産を最適な平準化エネルギー原価 (LCOE) でパフォーマンスを維持し、投資収益率 (ROI) を最大限に引き出すには、PV モジュールの健全性と定義された間隔での定期検査が最も重要です。 PV モジュールは非常にデリケートであるため、欠陥が発生しやすいことを理解する必要があります。 PV モジュールに数ミリメートルの亀裂があっただけでも、時間の経過とともに出力が大幅に低下する可能性があります。

この記事では、太陽電池モジュールの劣化解析について包括的に説明します。 太陽光発電モジュールの性能低下に影響を与える要因を扱います。これには、固有の要因だけでなく人為的要因も含まれます。

この記事は、太陽光発電資産所有者および太陽光発電分野の業界専門家を対象としています。 太陽光発電所の設置中、運用中、メンテナンス中であっても、PV モジュールの取り扱いに関してすべきこと、してはいけないことについて説明します。 この記事で説明されているように、いくつかの基本的な慣行に従うことで、PV モジュールの欠陥を最小限に抑えることができ、したがって PV モジュールの性能を向上させることができます。

最後に、適用される国際電気標準会議 (IEC) 規格に沿って、太陽光発電モジュールに対していくつかの診断テストを実行することが推奨されています。 これらの診断テストは、PV モジュールの状態を理解し、突然の劣化や欠陥があれば早期に検出するのに役立ちます。 この記事の調査結果は、インド全土 (補足記事を参照) および海外に広がる 7 GW 以上の太陽光発電資産に対する Mahindra Teqo のテスト経験に基づいています。

2023年6月30日時点で、インドの太陽光発電設備容量は70,096.83MWで、これは化石燃料と非化石燃料ベースの発電所の両方を含むインドの総発電設備容量の約16.1%を占めます（表1）。

インドが「グリーン環境とクリーンエネルギー」のビジョンに向けて強力に前進している中、中央電力庁（CEA）は、早ければ2029年にも再生可能エネルギー源による発電量が44％に増加する可能性があると述べた。また、CEAは、2029年までに、または2030年には、インドの太陽光発電容量が国の火力発電容量を超える可能性がある。

一般的な PV モジュールは、運用初年度に 2% ～ 3%、運用 2 年目以降は 0.5% ～ 0.7% 劣化すると予想されます。 動作初年度の劣化が大きくなるのは、光誘起劣化 (LID) によるものです。

PV 電池の製造中に使用されるウェーハに欠陥のあるホウ素酸素複合体が存在することが、LID の主な原因です。 チョクラルスキープロセスで製造されたシリコンウェーハに影響を与えます。 太陽光の下で PV モジュールを数時間動作させると、電力が安定化するため、動作 2 年目からは保証劣化率が低くなります。

ほとんどのモジュール メーカーは、25 年間の動作に対する線形性能保証を提供しています。 しかし、現在では、モジュールに 30 年間の性能保証を提供するモジュール メーカーが増えています (図 1)。 ただし、人為的な理由により、PV モジュールは加速度的に劣化する可能性があります。 N 型基板で構成されたモジュールは、P 型基板に比べて性能の低下が少なくなります。