リパワリングによる 太陽光発電所の超長期運用

 太陽光発電は再生可能エネルギーのなかでも設置が容易でコストも低いことから最も有力な電源として普及が進んでいます。 特に日本では2012年のFIT開始により大幅に普及が進みました。 しかし、普及と同時に根本的な誤解に基づいた太陽光発電の欠点を殊更強調して批判する人も跡を絶ちません。 例えば、それらの人々は太陽光パネルの寿命が20年程度でかなり短いと思っている様です。 これは、FITの期間20年やメーカーの発電量保証の25年の数字からの誤解だと思われますが、多くの人がこの期間を過ぎたパネルは即座かつ同時に発電しなくなってしまい廃棄しなければならない為に、FIT終了後に太陽光パネルの大量廃棄が起こるという前提でものを考えています。 これは、反対派だけでなく経済産業省などの行政でも同様の考えで制度設計をしている様です。

しかし、当然ですがその様なことは決して起こりません。 実際のパネルの寿命は20年よりは遥かに長いですし、多くのパネルの寿命が同時に訪れるということもありません。 これは、私達の寿命と同じで、全員が平均寿命の日に一斉に旅立つ訳ではないことを考えると明白であると思われます。

その一方で、実際の太陽光パネルは確率事象としてゆっくりと不均一に劣化して行きます。 その結果、ストリングの中や同じMPPTの範囲にあるストリング間でのミスマッチが起こり、発電量のロスが発生します。 この様なミスマッチを避ける為には劣化したパネルを交換するしかないのですが、設置後何年も経過すると同じ性能のパネルを入手することは現実的に不可能になります。

このことを避ける為には同じMPPTの範囲のパネルの電圧を揃えてやる必要があり、その為には、実際に劣化したパネルの枚数よりも遥かに多くのパネルを交換しないといけなくなります。 これは全くもって非効率です。

割と多くの方がFITの売電期間が終わると太陽光発電所を分解撤去しなければならないと信じている訳なのですが、今後も再生可能エネルギーの需要が高まる傾向であることを考慮すると20年と言わずもっと長い期間太陽光発電所を維持した方が良いと考える人も多いことでしょう。 そうなって来ると、どの様に効率的に劣化したパネルを交換するのかということも重要なテーマになってきます。

現状で私が知っている方法のなかで最も良い方法は、オプティマイザーを用いたシステムを導入することでパネルの交換を容易にするというものです。 オプティマイザーを用いることで、ストリング中のパネルの種類が一様でなくてもパネル毎に最大電力を取り出した上でストリング電圧を一定に保つことができます。 また、オプティマイザーにはパネル毎の発電状況のデータを取得する機能もあるので、これにより劣化など不良パネルを迅速に特定できる様になります。  それらを実現する為には、パワコンをオプティマイザーと協調して動くSolarEdgeなどのシステムに変更する必要があります。 この様なパワコンの交換を通して発電所の品質を向上させる試みをリパワリングと呼んでおり、リパワリングにより発電量の改善により投資効率を改善させると同時に、故障時のシステム停止リスクなど太陽光発電に関わる様々なリスクを低減させることができます。

リパワリングのメリットに関してはこのブログの別な記事でも詳しく解説しておりますが、これらのメリットに加えて、発電所の運用期間が長期になればなるほど最小限のコストで最適なパネル交換が可能になる方法としてリパワリングが最適であると言えそうです。 

Repowering for decades of long-lasting operation

 Solar PV is one of the most promising energy sources among the renewable energies, due to its low cost and simplicity. Here in Japan, thanks to the governmental 20 years of FIT program, we could increase the capacity of PV significantly. However, some people complain about minor drawbacks, as if it was a fatal issue based on misunderstanding. For example, many people misunderstand the durability of PV modules and they believe the lifetime of the PV modules are very short such as 20 years or so and it stop their power generation immediately after the "lifetime", because it is written 25 years as a guarantee period. On this basis, many people, including governmental official worries about the disposal of old PV modules. Such people believe we will have a huge amount of waste of PV modules simultaneously at the end of FIT period or the end of the lifetime of PV modules. Of course we know it will not happen, because the expected lifetime of PV modules is much longer and the end of the all the life will not come at the same time coincidentally. Just imagine our lifetime if it is a kind of exact number and everybody has exactly the same number or not. 

On the other side of the truth, PV modules degraded  slowly as a probability issue, some degraded relatively slow and the others quickly. It will cause the mismatch of the maximum power point in its strings and the group of strings handled in the same MPPT group. To avoid such mismatch, we need to replace the degraded PV module, but due to the progress of PV module technology, it is not easy to find the same module to align the string condition several years after installation. To avoid this issue, we have to align the string voltage inside the MPPT group, to do it, we need to replace much more modules than the number of damaged modules. It is not efficient at all. 

Although some people believe we need to dismantle PV plants after FIT period, due to the expanding demands of renewable energies, it is better to keep our PV plants far more than 20 years. Then we need to think about how to replace PV modules in an efficient manner. As far as I know at this moment, I can introduce a good idea to make future module replacement easy is to use use optimizer. With optimizer, we can make string voltage aligned even with inhomogeneous string configuration. To do that, we need to replace the inverters to the one with optimizers such as SolarEdge system, we call this inverter replacement attempt as "repowering". With repowering, we can increase the power generation to make ROI better while reducing various risks of PV plats such as system fault and unnecessary replacement of components as I have mentioned about the merit of repowering in another article in this blog. Now we have found another good reason to recommend repowering your PV plants for decades of long-lasting operation. 

ストリングの組み換えで発電量の改善

 皆様の太陽光発電所は順調に稼働していますか？

実は、太陽光発電所は必ずしも機器の性能が最大限発揮できる様な施工がなされているとは限りません。 寧ろ、コスト低減や知識や経験の足りない施工者により思わぬロスが発生している場合の方が多いです。

下の図は、最近ストリングの調査をさせて頂いた発電所の一部のストリング構成図です。
この発電所では、施工業者がストリング図を作成していなかったので、その調査から始めました。

ここの例は、典型的なもったいないものでした。 パワコン自体はHuawei製のMPPTが6個（12ストリング入力可能）のものであり、厳しい条件でもしっかりと発電量を確保できそうな良いものでした。 ところが、下の図の左側の様に全てのストリングが架台の上から下まで通ってしまっているので、前の架台の影の影響が全てのストリングに出てしまうというものでした。

これでは、全てのストリングに影の影響が出てしまい発電量は期待以下になってしまうことは必然です。 私達は、ストリングの組み換えを行い、下の図の右側の様に上下でストリングを分けると共に、影に入るストリングの組と影には入らないストリングの組を別々のMPPTに接続する様に致しました。 結果的には、夏の時期でも発電量の違いを納得してもらえる位の改善が見られました。 秋になる前に改善できて良かったと思っております。

この様な不適切なストリング構成は、比較的多く見られますので、気になる方は是非、一度調査をされてはいかがでしょう？ 大規模な改修を伴わずに割と大きな改善効果が期待できますので、是非、お声がけ下さい。

Concept proposal of Mobile Smartcity PowerPack

Portable Battery for professional use（プロの仕事のためのバッテリー）  

Portable package of 10kWh scale rechargeable battery for urban professional works such as construction and cleaning, in addition to the use of the outdoor work in the wild. Covering all professional electric tools with three phase and single phase outlets with sufficient capacity.

野外での仕事に加えて、都市での工事や清掃などのプロの仕事用の10kWhスケールのポータブル蓄電池ユニット。そのために単相及び3相の出力を完備すること。

EV compatible charging
（EVと共用の充電）

Using numbers of normal speed AC200V EV charger to keep sufficient number of active batteries within reasonable operation and initial installation costs.

多数設置した電気自動車用の200V普通充電器を用いることで、運用コストや初期の設置コストを最小限に抑えながら、必要量の電池を常に確保する。

 

Sophisticated mobility
（洗練されたモビリティ） 

• Easy loading/unloading of the truck and van
  トラックやバンに容易に載せたり降ろしたりできる。

• Safety and barrier free entry
  安全性とバリアフリー

• Large diameter tires, safety brake, suspension, and shock absorber.
  大径タイヤ、安全ブレーキ、サスペンション、ショックアブソーバーを完

• Large scale reserve battery system (Parallel DC connection)
  並列接続による大容量化

• Cloud-connected battery delivery service
  クラウドで繋がった交換バッテリー配送サービス
  Providing filled battery delivery service to the working site using mobile communication integrated with cloud-based management system.クラウドベースの管理システムとモバイル通信を用いて現場に充電済バッテリーを配送するサービスを提供する。

• Carrying all necessary tools with energy! Make professional work more efficient.エネルギーと一緒にツールも運搬して業務を効率化する。

• Salvageable waterproof

水没しても安全に回収できる防水性能

Upgrading residential/building PV system with DC coupling

 In many Solar PV systems, we throw a significant amount of energy away in the conversion process from DC to AC. Because it is not possible to convert more energy exceeding AC rated power of the inverter, although the DC parts are generating significantly more energy. Especially in Japan, due to the domestic regulation of interconnection voltage upon the scale of AC output power, we have advantages to install significantly larger  DC capacity compared to the rated AC power, if the AC rated power is just below the limit of lower voltage interconnection. We can make our PV plant grid connected at 200V if the AC power is under 50kW, and 6600V if the AC power is under 2000kW(2MW) respectively. What I am going to emphasize is that we have a huge capacity of DC unused power everywhere in Japan, and probably something similar in many other countries around the world.  

To utilize such excess energy, it is possible to install DC based load and/or storage devices directly connected to the DC part. We call such architecture as DC-DC coupling from now on.

With DC-DC coupling architecture, we can utilize the excess energy efficiently before cutting off at the inverter. In other words, we can use or store the excess energy from the DC part.  To do this effectively, it is advantageous to set common DC busbar voltage over the system.

In addition to the possibility of utilizing excess energy, there are some more advantages of DC-DC coupling. The first thing is that we can use energy more efficiently without passing the unnecessary conversion process of DC-AC-DC power conversion. (Many of the devices are actually driven by DC power.) The second point is that we can configure a stable power supply system coworking with PV and batteries without having complicated sequences, just by setting the maximum DC voltage for each component.

Since it is not easy to differentiate the attraction of a battery system only by the difference of the battery itself, it is not at all promising to launch a battery business with conventional AC-coupling architecture without having other advantages. DC-DC coupling might be one of the most promising entry routes.

草刈り・除草の季節です。

 青葉茂れる新緑の季節になって参りました。 毎年のことではありますが、皆様の太陽光発電所でも草木が元気に成長しております。 今年も草刈りや除草について考える季節になりました。

弊社では年２回の草刈りを推奨しております。 一回目の草刈は4~5月ちょうど今頃、二回目は7~10月頃です。 草が伸びる前に、早めの予約をお勧め致します。 先ずは、お気軽に電話またはメールでご連絡下さい。

近隣に農地などがない場合には、除草剤散布にて1年に一回で済むオプションも用意しております。 こちらも併せてご検討下さい。

太陽光発電所は草刈りの季節です。https://t.co/LgS7linJSy pic.twitter.com/RFniyUggd0

— Suomi Masuda (@SuomiMasuda) May 9, 2022

草刈り前

草刈り後

　価格は低圧1区画　30,000円　〜　80,000円
（パネル設置枚数や乗用草刈機進入可否、同時作業可能な現場の有無による）
　近隣の農地などの問題がない場合は除草剤散布も可能です。

　高圧・メガソーラーも積極的に承ります。

電気や太陽光発電専門業者以外の草刈りによってケーブルの切断やパネルの損壊などの事象が多発しております（シルバー事案）。 切断事故後に弊社などに連絡が来て、改めて修理するという流れになるので余計な費用や売電機会の損失に繋がっています。 太陽光発電所の草刈りは是非、専門業者へご依頼下さい。 万が一の際にも責任を持って迅速に修理交換を行います。 同時に草刈り作業時に設備の目視点検も行います。 （本格的な点検は内容により別途料金がかかります。 弊社メンテナンスパックにご加入の場合は追加料金は発生致しません。）



平成29年4月1日より太陽光発電所のメンテナンスとフェンスの設置が義務化されております。 既存案件に関してもフェンス設置の義務が加わっておりますので注意が必要です。 放置すると認定取り消しなどの罰則が適用される恐れもあるので早めの対応が大切です。

特に50kW以下の低圧の発電所ではその点を見落とされる方が多いのでご注意下さい。

メンテナンスに関する相談、フェンス設置のお見積に関しては、いつでもお気軽にご一報下さい。 群馬近県（埼玉、栃木、茨城、福島、長野など）が対応エリアです。


株式会社I-S3
370-0831 群馬県高崎市あら町129-1 3F
TEL/FAX: 027-381-6583
s_masuda@i-s3.com

日常の工事風景 野立て太陽光発電

 太陽光発電所の建設は企画設計から始まり様々な準備が必要ですが、最後にはそれらを踏まえた確実な工事が必要です。 私達はお客様の設備のパフォーマンスが最大になるようにしっかりとした工事を心がけております。

石が出る現場でも確実に施工出来るように工事機器を取り揃えています。

自社施工チームで単なる作業ではない施工を行っております。

MPPT毎に回路を切り分けることで発電ロスを最小化しています。

Repowering, replacement of old central inverters from PV plants

In the early days of the PV industry, we had been using big central inverters covering the range of 100kWp-1MWp. Due to the smaller number of inverter installation, we could save the cost of labor and cabling. It was a cost efficient option to use such big inverters. 

However, such central inverters are not major PV inverters any more. Thanks to the cost reduction and a bunch of technical solutions, we can install small distributed inverter within the competitive cost. Honestly speaking, we have no way other than concluding that small distributed inverters are superior than ancient central inverters in almost all aspects if the cost is acceptable.

I can show you 4 advantages of the system using small distributed inverters in comparison with the system using only 1 or a few big central inverters.  

Energy loss due to the mismatching of the DC strings, it can be improved drastically by replacing to small distributed inverters. Additionally, we can compress the risk of plant operation significantly. pic.twitter.com/GL9uK0UTA7

— Suomi Masuda (@SuomiMasuda) February 19, 2022

Minimize the risk of inverter trouble

The first is that we can minimize the risk of inverter troubles. If we have only one inverter in an entire plant, it may cause the system halt of the entire plant. It is quite serious for almost all system owners if he/she used external finance. On the other hand, we can easily replace small inverters without taking long periods of inspection and repair. Even in the short period of inverter replacements, we can keep the PV plant running with other inverters. The cost of such replacements is orders of magnitude smaller than that of central inverters. 

Reduction of maintenance cost

The business model of central inverters are designed including replacement of expensive consumable components such as  air-conditioner/fan, inverter unit, condenser, etc. Therefore, user have to pay expensive maintenance fee or expensive repair cost. However, we can compress such costs by small distributed inverters, because we can simply replace faulty inverters without taking time.

Improvement of the power generation

PV inverters have mainly two major functions. One is to find the optimal point of DC voltage and current to get maximum power in specific moments. We call this function as Maximum Power Point Tracking(MPPT). And the other is AC/DC conversion. In many cases, central inverter has only 1 or a few MTTP per device. On the other hand, small inverters are taking care of only a small part of the system, the number of the MPPT will be larger in a distributed system as a result. In the PV system using  optimizers such as SolarEdge, we have MPPTs as much as the number of PV panels for example.

In the system of fewer MPPTs, each MPPT has to take care of many PV panels with different conditions, in such case optimal condition of such group of panels are not always optimal for each PV panel. This kind of mismatch will always cause the reduction of output power. The potential cause of such mismatch is typically by the partial shading by any kinds of objects such as trees and dirt. However, such mismatch is not only caused by such objects, but also caused by the ununiform nature of the degradation of each PV panel. Therefore the difference of power generation of central and distributed inverters will be bigger and bigger over time. It is the unavoidable intrinsic nature of central inverters.

Reuse of the PV panel

Since distributed inverters are taking care of a limited area of the plant, it is more flexible to replace PV panels. In older systems, it was difficult to replace old PV panels without suffering the mismatch loss, because it was not practically possible to get same old PV panels when it was broken. This flexibility encourages us to replace PV panels more easily if we recognize some mismatches to be improved. Additionally, if the old panels are not completely destroyed, we can reuse it in other place where the most up to date production ability  is not required, such as a standalone system in rural area for instance.

I-S3のちょっとした工夫 〜 パネルレベルの遠隔監視とカメラ（ラズベリーパイ）

I-S3の益田と申します。 

遠隔地の太陽光発電所を管理するためには、遠隔監視は絶対的に必要なものです。 これがないと、発電所の状況を正確に把握することが出来ないので、発電所がいつ止まったのかもわからなくなりますし、故障などの状況判断も遅くなってしまいます。 太陽光発電に限らず全ての営利事業に共通のことですが、適正な利益を得るためには、適切な費用をかけて管理しないといけません。

弊社としてもお客様には、最低限、パワコンのエラー内容までは確認できる遠隔監視システムの設置をお勧めしております。 その中でも、特にお勧めなのが弊社ブログでもよく話題に出るSolarEdgeです。 こちらだとパネル単位で発電状況や不具合の状況の把握が可能です。

さて、今回は弊社の発電所で最も遠くにある岩手県某所の発電所の管理に関するちょっとした工夫を紹介致します。 内容としては、ラズベリーパイという簡易なシングルボードコンピューターにカメラを搭載し、その中に写真の定期撮影とクラウド上にアップロードするプログラムを書き込むというものです。遠隔監視カメラは市販でも多く出回っていますが、まさかずっと見続けるわけでもありませんよね。私は、定期撮影したものを保存するという方法で十分と判断しました。

たまたま、雪が残った日の写真と遠隔監視のデータですが、何が起こっているか極めて正確にわかりますよね。

現在の岩手県某所の発電所の様子。SolarEdgeとラズパイの組み合わせで随分と具体的な状況がわかります。 pic.twitter.com/a9RhDbvWFw

— Suomi Masuda (@SuomiMasuda) January 15, 2022