設計の流れ
太陽電池モジュールの取り付ける場所や、最寄りの配電網を確認して系統との連系点について想定をします。
また、NEDOの日射量データベースや気象庁の過去の気象データ検索等より該当地域の日射量や気温といった気象データを入手します。
例)
日射量(kWh/m2/day)
角度 | 1 月 |
2 月 |
3 月 |
4 月 |
5 月 |
6 月 |
7 月 |
8 月 |
9 月 |
10 月 |
11 月 |
12 月 |
年 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
20° | 3.3 | 3.5 | 4.0 | 4.1 | 4.5 | 3.9 | 3.8 | 4.3 | 3.4 | 3.2 | 2.8 | 2.9 | 3.6 |
30° | 3.6 | 3.7 | 4.1 | 4.1 | 4.3 | 3.7 | 3.7 | 4.2 | 3.3 | 3.3 | 3.1 | 3.2 | 3.7 |
40° | 3.9 | 3.8 | 4.1 | 3.9 | 4.1 | 3.5 | 3.5 | 4.0 | 3.3 | 3.3 | 3.2 | 3.5 | 3.6 |
※方位角0°条件
気温(℃)
1 月 |
2 月 |
3 月 |
4 月 |
5 月 |
6 月 |
7 月 |
8 月 |
9 月 |
10 月 |
11 月 |
12 月 |
年 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
平均 | 6 | 6 | 9 | 14 | 19 | 22 | 25 | 27 | 24 | 18 | 13 | 8 | 16 |
最高 | 10 | 10 | 13 | 18 | 23 | 25 | 29 | 31 | 27 | 22 | 17 | 12 | 31 |
最低 | 2 | 2 | 5 | 11 | 15 | 19 | 23 | 24 | 21 | 15 | 10 | 5 | 2 |
以上より、発電量を最大化するために(日射量最大化)傾斜角を30°設置に設定をします。気温においては、最高で8月の31℃、最低で1月の2℃にて 不具合が無いように設計していきます。尚、傾斜角を上げすぎると風圧の影響を受け、架台の構造を強化することにより高価になりますので 注意が必要です。また、計画予定地でパネルを最大限に敷き詰めるために、設置角度を小さくして、4.で検討する日影長さを短くする場合もあります。 方位角は、発電量を最大化するために可能な限り0°(真南)になるように検討します。
2. パネル・パワコンの選定、発電量の予測
太陽電池モジュールやパワコンは核なる機器になりますので使用したい機器をお持ちの場合は初期段階で指定します。また設置角度、方位等の気象条件により
各機器の容量を算出します。また、「太陽光発電システムの発電電力量推定方法(JIS C 8907)」を参考にして発電量を推定します。大まかな目安としては
太陽電池モジュール容量の約1000倍が年間の発電電力量になります。(例 太陽電池1kWの場合、年間の発電電力量は約1000kWh以上)
尚、経済産業省が定める事業計画認定基準があり、10kW未満の場合はJIS基準(JISC8990、JISC8991、JISC8992-1、JISC8992-2)又はJIS基準に準じた認証
(JET(一般財団法人電気安全環境研究所))による認証等を受ける必要があります。
3. 太陽電池モジュールの直並列数選定
太陽電池モジュールの出力がパワーコンディショナーの入力範囲内(電圧、電流)に収まるように直列数や並列数を決定します。電気的な集合体としては、 その単位にて、必要容量に見合うように太陽電池モジュールおよびパワコンを比例的に増加減させます。
※実際には、太陽電池モジュールの出力においては、温度依存性の確認が必要です。
4. 日影の影響の検討、レイアウト図作成
緯度経度によって日影の長さは異なるので設置地域において、日影長さが最も長くなる冬至の日の9時から15時の間に、前方の太陽電池アレイ (複数の太陽電池モジュールを組み合わせた設置上の集合体)の影が後方の太陽電池アレイの表面にかからないように配置間隔を検討します。 あるいは周囲の構築物についても同様に検討します。
また、上記日影長さより太陽電池アレイの設置ピッチを決めて、配置場所の敷地にレイアウトさせます。この際、可能な限り電気的な集合体(パワコン、接続箱など)に合わせてレイアウトさせると 太陽電池モジュールからの出力ケーブルや各機器間のケーブルレイアウトを簡素化させることができます。すなわち、売電量を左右させるケーブルの電圧降下や ケーブル費用を低減することができます。
5. 架台、基礎の設計、強度計算
太陽電池アレイの形状に見合った架台を「太陽電池アレイ用支持物設計基準(JIS C 8955)」を基に、固定荷重G、風圧荷重W、積雪荷重S、地震荷重Kを考慮して設計します。
特に風圧荷重による影響度が高いので、当JIS基準で定められている各地域の設計用基準風速等より、設計した架台、基礎や太陽電池モジュールに対して十分に強度計算を行います。
また、多雪区域では積雪荷重についても考慮します。
◆一般地方
短期積雪時 G+S
暴風時 G+W
地震時 G+K
◆多雪区域
短期積雪時 G+S
暴風時 G+0.35S+W
地震時 G+0.35S+K
強度計算では、曲げモーメントやせん断応力等の計算式より求めた各応力が、選定した材質の許容応力度の範囲内であることを確認します。
6. 単線結線図の作成、電気設備の選定
2.で指定しなかった機器、接続箱や集電箱、計測機器、受電設備(キュービクルなど)を選定します。それぞれ、気象条件や効率といったパラメーターを考慮して 入出力電圧や電流を機器の仕様範囲内に収まるかを確認します。また配置レイアウトよりケーブル長を、またそれに伴って抵抗損失や許容電流を検討してケーブルを選定します。 また、合わせて接地設備や雷保護設備、電線管といった電気工事に必要な備品を検討します。以上が決定したら、電気的な機器間の接続等を示す単線結線図を作成します。