太陽光発電技術の進化に伴いインバータが PID 対策に貢献

ケルシー・ミスブレナー著 | 2023 年 1 月 24 日

薄膜太陽光発電プロジェクトにおけるYaskawa Solectriaストリング・インバータ。

潜在的誘起劣化（PID）は、その起源以来、太陽光発電業界を悩ませてきました。 この現象は、太陽光発電プロジェクトの高電圧 DC 側が電圧の異なる他の機器の隣に設置されている場合に発生します。 この不一致によりナトリウムの移動が引き起こされる可能性があり、モジュールのガラスに閉じ込められた電子が逃げてモジュールの劣化が加速します。

「モジュールやパワーエレクトロニクスがこれを軽減する特別な方法で設計されていない場合、この固有の大きな振幅がこの PID 動作を促進します」と、大規模開発会社オリジス エナジー社の技術および設計担当シニア ディレクターのスティーブン マーシュ氏は述べています。

薄膜モジュールは電圧と材料構成が高いため、PID の影響を受けやすくなっていますが、ウエハーに欠陥がある場合は結晶シリコン パネルも危険にさらされます。 開発者の Silicon Ranch は、両方のタイプのプロジェクトでストリング インバータの反 PID 機能を優先しています。

「それらは異なって作られていますが、ソーラー設計者が抱えなければならないのと同じ最大の懸念です。それはソーラーパネルの小さな弱点であり、インバーターのアンチPID機能で防ぐことができます。」と上級副社長のニック・デ・フリース氏は述べています。 Silicon Ranch におけるテクノロジーと資産管理の研究。

新しいパネル技術が登場すると、PID のリスクを軽減するために製品を改良するのに時間がかかることがよくあります。 マーシュ氏によると、ガラス・オン・ガラス両面受光モジュールの初期モデルにはPIDの問題があったが、それ以来メーカーは進歩を遂げているという。

「（PIDは）テクノロジーが進化するにつれて時々戻ってきます。それはそれが非常に新しく、進化しているからです。モジュールが通過しなければならない非常に厳しい条件です。」と彼は言いました。

PID を回避するには、セントラル インバータを使用するのが安全です。 これらには、マイナス接地された内蔵変圧器が含まれており、システムの DC 側と AC 側が絶縁されています。

しかし、トランスレス ストリング インバータは、薄膜パネルなどを備えた O&M の簡素化のために大規模プロジェクトに導入されることが増えており、プロジェクト オーナーは PID の軽減を考慮する必要があります。

「ガルバニック絶縁を達成するための重要な方法はいくつかありますが、トランスはその 1 つです。トランスレスに変更すると、残念ながらその問題が発生します」とマーシュ氏は述べました。 「PV アレイは最終的にフローティング状態になります。通常、これが意味するのは、システム全体のモジュールの約半分がグランドに対して負のバイアスを受けることです。」

トランスレスストリングインバーターで PID を回避するには、いくつかの方法を使用できます。 設置者は、接地された絶縁変圧器を追加したり、AC 側の昇圧変圧器を接地したりできます。 そしてメーカーは現在、PID に対抗するためにストリング インバーターに特別なハードウェアとソフトウェアを追加しています。

マーシュ氏は、ストリングインバータにおける PID 軽減には 2 つのカテゴリー、つまりアクティブな PID 対策方法とパッシブな PID 回復モードがあると述べました。 アクティブなアンチ PID ハードウェアおよびソフトウェア ソリューションは、システムの DC 側を利用して電圧を上昇させ、すべてのモジュールが地面よりも上になるようにします。 一方、PID 回復方​​法は夜間に機能し、日中に蓄積された PID を元に戻します。 しかし、薄膜メーカーのファースト・ソーラー社は、同社のモジュールはPID回復よりもアクティブなアンチPID機能に好意的に反応すると述べている。

Silicon Ranch 薄膜プロジェクトの SMA ストリング インバータ。

現在、市場にあるいくつかのストリング インバータ メーカーは、劣化から保護するための PID 対策ハードウェアと付随のソフトウェアを備えているか、保護機能を実行するための個別のアクセサリを販売しています。 たとえば、CPS America は CPS Energy Balancer を提供しており、Sungrow は SG125HV および SG250HX ストリング インバータに抗 PID ハードウェアを組み込んでいます。 Sungrow は、2018 年頃にアンチ PID ストリング インバータの提供を開始しました。

「当時、一般的にパネルの劣化速度について疑問があったため、私たちはソリューションを開発しました」と Sungrow 社の製品およびエンジニアリング担当ディレクターのダニエル・フリーバーグ氏は述べています。

Yaskawa Solectria は最近、First Solar 薄膜モジュールで動作するように調整された XGI 1500-250 シリーズ ストリング インバータの反 PID バージョンを発表しました。

「これには、インバーター内部の小さな変更がいくつか必要です。大したことではありませんが、エンジニアリングにある程度の時間と、このシリーズの新しい特定モデルのリスト更新が必要です。そのため、私たちはそれを証明している最中です。」実験室で」と安川ソレクトリア・ソーラーの製品管理ディレクター、マイルズ・ラッセル氏は語った。

Solectria と First Solar はどちらも米国で製品を製造しているため、設置業者は IRA に含まれる国内コンテンツ インセンティブの目標を達成するために簡単に組み合わせることができます。 しかし、彼らは IRA が作成されるかなり前に PID 緩和について議論しました。

「当社の製品と容易に互換性のある製品を実現するという技術レベルでの純粋な目標を持って、2年前にこの関係を開始しました」とファースト・ソーラー社のプロジェクトマネージャー、アレックス・カメラー氏は語った。 「私たちはシステムプロバイダーとの互換性を確保するためにさらに一歩を踏み出し、それがお客様に利益をもたらします。」

Origis の Marsh 氏によると、この技術が大規模プロジェクトで使用されることが増えているため、ストリング インバータにアンチ PID 機能を組み込むインバータ メーカーが増えていますが、エンジニアは依然として製品のアンチ PID 機能を確認するためにデータシートを調べなければならないことがあります。

「世の中にはいくつかの選択肢があることがわかりましたが、それらは必ずしもインバータの初期資本コストに大きな影響を与えるわけではありません」と彼は言いました。 「しかし、これらのインバータの機能はあまり宣伝されない傾向があります。これはおそらく、この話題が非常に技術的なため、または PID 自体が現場で検出するのが非常に難しいためです。したがって、トランスレス インバータがいくつか登場するのは確かです。この機能がなければ。」

しかし、太陽光発電会社には IRA で生産税額控除 (PTC) を利用できる選択肢が与えられているため、PID の軽減はさらに重要になるでしょう。 モジュールが可能な限り最大の電力を生成できるように劣化を抑制することは、税額控除を確実に行うために非常に重要です。

「おそらく、PID の要因について業界に広く理解してもらうことが、モジュールが PID になりやすい時期や検出方法についての教育を強化する必要があると思います」とマーシュ氏は述べています。