ソーラーパネルは熱に弱い？太陽光発電の熱対策や冷却対策について解説

太陽光発電は、使用するパネルの素材によっては熱に弱い特性があります。

とくに、太陽の光が燦々と降り注ぐ夏のシーズンは、発電量が増えると思いがちですが、熱に弱い太陽光発電は暑すぎる時期はかえって発電効率が悪くなるのです！

ソーラーパネルが最も発電量が多い時の条件は、測定時のモジュールが25度である時だと言われています。

太陽光発電を導入する上では、太陽光発電が熱から受ける発電量の影響や、発電量を低下させないための方法を理解しておくことが重要になりますので、しっかりと理解しておきましょう。

この記事では、太陽光パネルと熱の意外な関係・有効な熱対策3つなどを解説します。

太陽光パネルと熱の意外な関係

太陽光発電パネルと温度には、あまり知られない関係性があります。

• 25度以上になると発電効率が下がる
• 温度が下がれば発電効率は上がる

25度以上になると発電効率が下がる

太陽光パネルの性能は、基準温度である25度から1度上がる度に発電効率が約0.4〜0.5％低下します。

つまり、太陽光パネルが35度の状態で、基準温度の25度より10度高ければ、発電効率は約4%減少する計算です。

近年は地球温暖化の深刻化もあり、夏の気温は40度以上となる地域が多くあります。

真夏の炎天下で気温が上がった場合、太陽光パネルの温度は気温に比べ30〜40度高くなるのが一般的です。

そのため、気温が40度を超える真夏の太陽光パネルでは、パネル温度が70度前後となるため、10〜20%も発電効率が下がってしまいます。

温度が下がれば発電効率は上がる

太陽光発電パネルは表面温度が上昇するほど、発電効率が低下すると解説しましたが、その分パネル温度が低下すれば発電効率は上がります。

そのため、日中などでも太陽光発電パネルの表目温度を下げられれば、発電効率を維持できます。

熱に弱い太陽光設備はパネルを含めた3つある

太陽光パネルが熱に弱い理由は、太陽光パネルに使われるシリコンが熱に弱いといった理由が挙げられます。なぜ太陽光パネルに使用されているシリコンが熱に弱いのか、下記で詳しく解説します。

太陽光パネルに使われるシリコンが熱に弱い

太陽光発電で熱に弱い部材・機器として代表的なものが、太陽光パネルです。太陽光を直接吸収するパネルの表面は、冬場でも40度以上になります。

気温が30度以上となる夏においては、太陽光パネル面が70度を超えることもあり注意が必要です。

太陽光パネルとしてよく利用されているのが結晶シリコン系であり、シリコンで構成された半導体は熱に弱い特徴があるため、太陽光発電設備の中でも特に熱による影響を受けやすい部分になります。

結晶シリコン系は、温度が25度以上になると発電効率が下がるため、結晶シリコン系の太陽光パネルの設置を検討している場合、カタログスペックのみでなく、表面温度上昇による発電効率低下への考慮が必要です。

パワコンは40度以上の熱に弱い

引用：パナソニック　太陽光発電システム：住宅用パワーコンディショナ

パワーコンディショナーも結晶シリコン系のパネルと同じ半導体製品であり、熱に弱い性質です。

パワーコンディショナーは、利用する製品次第で差はあるものの、40度以上になると熱暴走を起こさないように、出力抑制機能といった保護装置が作動します。

パワーコンディショナーは、周辺温度だけでなく、本体内部の温度が上昇することで、熱放射量の多い設備です。

イメージとしてはコンピューターのサーバーに近く、熱による出力抑制を防止するためには、パワーコンディショナーを日陰で風通しの良い涼しいところに設置したり、排熱がスムーズに行えるようにしたりする工夫が必要になります。

ケーブルも熱の影響で発電効率が落ちる

引用：泉州電業株式会社「HCV　太陽光発電システム用ケーブル（PVケーブル）」

電力ケーブルも温度が上がると、それに伴い抵抗値も増加し、電力ケーブルで損失が発生し発電効率の低下に繋がります。

電力ケーブルの温度が上がると、流せる電気の量である許容電流が減少します。

許容電流が減少したことで、許容電流を超えた電流がケーブルに流れてしまうと、異常発熱が発生し、発火事故に繋がる場合も多いです。

また、ケーブルが重なっている状態だと、ケーブルが密集することで放熱性能が低下し、発火事故などに繋がる可能性も高くなるため注意しましょう。

太陽光発電に有効な熱対策は3つ

太陽光発電に有効な熱対策は、以下3つです。

• 熱に強い太陽光パネルを選ぶ
• 太陽光パネル用スプリンクラーを設置する
• 太陽光パネルの過積載を実施する

熱に強い太陽光パネルを選ぶ

パネル素材		熱への強さ
シリコン系	単結晶	△
	多結晶	△
	HIT	◎
	アモルファス	◎
化合物系	CIS	◎

太陽光パネルには、大きく分類しシリコン系と化合物系の２種類が存在します。

シリコン系その中でも単結晶、多結晶、HIT、アモルファスの４種類が存在し、シリコンが使われていない太陽光パネルではCISがあります。

前述したように太陽光パネルが熱に弱い理由は、素材に使われているシリコンの性質です。

■シリコン系ではアモルファスとHITが熱に強い■

シリコン系太陽光パネルの中でも、単結晶と多結晶の2種類が熱耐性が低く、同じシリコン系パネルでもシリコン量の使用が少ないアモルファスは熱に強い性質があります。

また、単結晶シリコンとアモルファスの2種類を組み合わせたHITも熱に強い性質です。

こちらも熱で発電量が下がってしまう単結晶の性質を、熱に強いアモルファスの性質がカバーしているからです。 

■化合物系のCISも熱に強い■

太陽光パネルにはシリコンが使われていないCISというパネルも存在します。

CISはシリコン以外の物質を混合して構成されている化合物系太陽電池です。

単独では半導体として機能しませんが、混合させることによりシリコンと似た特性を持たせられます。

太陽光パネルが熱に弱い理由は、素材のシリコンにあるため、シリコンが使用されていないCISは熱耐性が高く発電効率低下が起きにくいです。

太陽光パネル用スプリンクラーを設置する

すでに太陽光発電を設置しており、熱に強いパネルの選定が行えない場合は、太陽光パネル用スプリンクラーを利用しパネルの表面温度を低下させることで発電効率を維持できます。 

太陽光発電に関係するのメーカーの中には、太陽光パネル用スプリンクラーシステムを開発している企業も多いです。

ご存知の方も多いかと思いますが、スプリンクラーは受水槽に貯めた水を利用し、配管とポンプユニットにより太陽光パネルに水をかけるシステムになります。

効果は太陽光パネルの表面温度や、散水する水の量により異なりますが、水で冷却することで発電量を数%の改善が可能です。

しかし、水で冷却すれば良いと言うわけではなく、直接ホースなどで水を撒いてしまうと、感電や日光反射の分散による発電効率下がる可能があるため注意しましょう。

太陽光パネルの過積載を実施する

当然のことですが、太陽光発電の発電量は、太陽光パネルの枚数が増えれば、それに伴い増加するため太陽光パネルを増やすことで発電量を増やせます。

そのため、気温が高く発電効率が下がってしまっている場合は、太陽光パネルの枚数を増やすことで、全体の発電量を底上げできます。

太陽光発電はホットスポットにも注意が必要

太陽光発電でホットスポットも意識し注意が必要な理由は、以下の通りです。

ホットスポットが起こる原因

まずは、ホットスポットがどのような原因で起こるのかを確認しておきましょう。

■鳥のフンや落ち葉などによる汚れ■

ホットスポットが起こる原因として、鳥のフンや落ち葉などによる汚れがあります。

太陽光パネルは常に屋外に設置されていることがほとんどのため、どうしてもパネルが汚れてしまいます。

雨風に晒されたり、鳥の糞が付いたりすることでパネルが汚れ発熱し、クラスタ故障に繋がることが多いです。

また、太陽光パネルに影ができている場合も、影の部分が電気抵抗となり発熱します。

■配管不良やパネルのヒビや割れなど■

製造時の配管不良や長期間の使用による劣化で生じるパネルのヒビや割れも発生してしまう要因です。

このような製造における不良では、はんだ付け接続などに問題があるケースが多く、断線状態になることで電気の流れが止まってしまいます。

メーカーも品質管理を徹底しているため、このようなケースは稀ではありますが、何千万枚の数を製造している中では、そのような不良もあります。

また、その他にも利用しているうちに劣化し、セル本体にヒビや割れが生じたことで電気の流れが止まってしまうのもホットスポットの発生要因です。

屋外に設置されている太陽光パネルは、風や地震での揺れによるきしみ又はねじれ、温度変化や湿気などの負荷を長期間受け続けるため、パネルの内部に小さなヒビや割れが発生してしまうことも多々あります。

基本的に目に見えないような小さなヒビのため、気付かないことも多いですが、そのような些細な傷が蓄積されることも原因の一つです。

ホットスポットへの対策

ホットスポットへの対策には、以下があります。

■定期的にパネルを洗浄する■

前述した通り、鳥のフンや落ち葉などの汚れはホットスポットの原因の一つです。

このような汚れは電気を流しにくくし、流れにくくなった電流は熱に変換され放出されます。

ホットスポット現象を長い時間そのままにしておくと、パネルの一部が発火し破損する可能性が高いです。

そのため、定期的にパネルを洗浄し予防しましょう。

■毎日発電量を計測する■

毎日発電量を確認することも、有効なホットスポット対策です。

発電量は発電モニターや遠隔監視システムから確認できます。

ホットスポットが起きると、発電量が低下するため発電量を確認することで、異常があった際にすぐに気付くことが可能です。

しかし、微量な発電量の低下のため天気などの影響なのか見分けが困難という点もあります。

そのため、毎日発電量を確認することで、ホットスポットに限らず、どんなトラブルがあるか監視しておくことが大切です。

■発熱部分を赤外線サーモグラフィーで探す■

ホットスポットを肉眼で見つけることは困難です。

しかし、ホットスポットが発生している場合は、その箇所が発熱しているため赤外線サーモグラフィーを使えば、見つけられる可能性が高いです。

ホットスポットが起きると、発生していない部分と比較し、かなり発熱するため、赤外線サーモグラフィーにより発熱箇所を特定できます。

そのため、もしホットスポットが発生していると考えられる場合は、赤外線サーモグラフィーで確認するのも有効な手段です。

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まとめ

太陽光パネルでは、結晶シリコン系がよく利用されていますが、熱に弱く表面温度が25度から1度上昇するごとに発電効率が約0.4〜0.5％低下してしまいます。

熱がかかりやすい夏場では、発電効率が悪くなってしまうことも多く、費用対効果を考えると、しっかりと熱対策を行うことが大切です。

熱に強いパネルを導入したり、太陽光パネル用スプリンクラーを導入したりすることで、発電効率の低下を軽減できますので、対策法をしっかりと理解しておきましょう。