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発電量

発電量の推移


この図は毎日の発電量を点で表しています。1日の発電量の最大は 65kWh、最小は 0 kWhです。日ごとのばらつきが大きすぎて発電量が日ごとに変化する傾向が読み取れません。前後の日のデータを線で結んでみても上下の変動が大きすぎて改善されません。このままデータ量が増えればデータの濃淡が見えてくるかも知れませんが点が重なっても点の大きさでそのことを表現することはできません。同じ「年内日数」の発電量を平均して描けば季節変化の傾向が見えt来るかも知れませんが、データ処理が面倒そうに見えます。


この図に発電開始以後の毎日の発電量の全ての情報が含まれています。横軸は各年内の日数、縦軸は年内発電累積量の計算値との差を表します。毎日の発電量の値をそのまま表示すると散らばってしまい、見にくくなります。また単純に積算量で表示すると縦長にしなければ詳細が読み取れません。それらを避けるために予想値との差の積算量を最大限縦方向に拡大して表示しました。毎日のデータを菱形のマークで表し、それを線で結びました。その日の発電量が予想値より多ければ前日より右上がり、少なければ右下がりになります。このグラフから日ごとの発電量の数値を計算することができます。

2013年8月26日の送電開始日から表示しています。1月、2月は予想を下回り、4月、5月、9月、10月は予想を上回り、12月には予想を下回る傾向があります。グラフの上昇が最も目覚ましいのは2014年5月、最もみすぼらしいのは2014年12月です。このときはは大雪でしたが2015年12月は積雪がほとんどありませんでした。発電量にもその差がはっきり見えます。2013年を除いて、グラフの右端の値から年間発電量を比較することができます。

2014年 < 計算 < 2016年 < 2015年

月間発電量の表示

上の図はランダムに変化する毎日の発電量を縮小表示していました。ランダムな変化を月毎に合計することによって取り除き、発電量の季節変化や発電設備の劣化による経年変化の有無を見ることができるような図にしてみましょう。


この図は発電開始以後の月間発電量を月毎に束ねて棒グラフで表示しています。月毎の集合には2013年〜2016年の3〜4年分の月間発電量の情報が含まれています。最も多かったのは2015年5月の1637kWh、最も少なかったのは2014年12月の259kWhです。この図の月毎の「棒束」から発電量の季節変化を読み取ることができます。また発電装置の性能低下があれば、束の中での棒を比較することによってそれを検出できるでしょう。今後のデータ蓄積によってこのグラフが横方向に広がっていきますので、スクリーンに収まるように棒の太さを減らしていきます。

冠雪の影響

2013/11/12 6:56 撮影2013/11/12 12:09 撮影

2013年11月11日昼過ぎから始まって12日は1日中雪が降りました。昼頃に小降りになって、日照はありませんでしたが、パネルから雪が自然落下しました。地熱で地面の雪も解けている所が見えます。西端の列ではその地面にパネルからの雪が落ちています。その後もまた雪が降り積もって、この日の発電量は小数点以下を四捨五入するとゼロでした。まだ厳冬期ではないので、30度というパネル傾斜角では短時間で雪が落下しました。

パネルが数センチ以上冠雪していると殆ど発電しません。初冬には雪が降っても雪が容易にパネルから自然落雪するので発電停止時間はそれほど問題ではありません。厳冬期になると自然落雪が難しくなり、降雪が止んでもにパネルから落雪しないうちに次の雪が降り始め、無発電日が続くことになります。「雪対策」のページでパネルからの落雪を促す工夫を紹介しました。この対策を冬の初めから講じておくべきでした。また発電予想計算では冠雪の影響を全く考慮していないことを認識しておくべきです。


南の山と杉林の効果

2013年11月27日は晴天に恵まれました。上の写真は13時52分〜55分に撮ったものです。左の写真では太陽電池パネルの南側部分が日陰になっています。発電量は全体が日に当たっていた時の10分の1くらいに低下していました。右側の写真は日当たりの境目へ行って太陽方向を写したものです。南西方向の山に生えている杉の隙間から太陽の光が漏れてきています。上空はまだ明るいのですが、これで「日没」になります。杉の木が毎年1メートルくらい伸びていて冬の日照時間がどんどん減らされています。

最近 Yahoo Map で発電所付近の航空写真を見ることができるようになりました。上の写真の左右中心で上から4分の1付近の縦長の畑が見えます。サツマイモを栽培していましたが収穫が終わっています。この畑の北側3分の2くらいを占めるように太陽光発電設備を置きました。発電設備が見えないので、この写真は2011年以前のものであることが分かります。この畑の西側で写真の左端に「F」の字を90度右回転した形に稲杭が並んでいる水田が見えます。これは私の水田で、稲刈りが終わって稲干しが行われています。稲刈りは9月下旬、脱穀は10月末に行いますので、この写真を写したのは9〜10月ということになります。西〜南に広がる山とそこに生えている杉の木の影が写されています。この影の向きから時刻は14時前後と思われます。発電設備を置いた畑の南端に杉の木の影が見えます。杉の木は垂直に伸びていますので、この影の向きを逆に辿っていくと影を作った杉の木の塊が特定できます。「U」の字を右90度回転した形の道路の左で光を浴びています。これらの木が太陽光発電を妨げることになります。この木の北側にも光を浴び、北東に影を作る木が多数あります。秋分の頃、15時半にはこの影が発電所に移動してきます。なお、稲干しをしている水田は送電線からそれほど遠くないのですが、南側の杉林の影の影響がもっと深刻になりますので、発電所設置候補地から外しました。

この杉林は南東方向まで広がっていますので日の出の時刻も遅れますが、日没時と比べて深刻度は軽くなります。これらの影響を定量的に評価してみましょう。

この図は「発電量予測システム」で計算した太陽の動きと光を遮る地形と障害物とを表します。赤い曲線で太陽の時刻ごとの位置(方位角と仰角)を夏至、春分・秋分、冬至に対して表示しています。南東から西にかけて山がありますが、地図情報から算出した地形を緑で表しています。山に生えている杉林は南から東に60度、西に90度広がっていて、南西方向の仰角が最大になります。その情報を障害物として青い稜線で与えました。これらの情報を与えて地上の障害物が太陽光を遮蔽する効果を反映した発電量を計算することができます。これで年間発電量での損失は7.2%と計算されました。月別では12月が最も深刻で15.4%の減となります。意外かも知れませんが、6月でも6.0%の損失があります。これは直射日光だけでなく空気中での散乱光も計算に取り入れているからです。「毎日の発電量」のグラフの予想値ではこの効果も取り入れておきました。

 

2013年12月17日、一日中好天に恵まれました。写真左は8:45右は13:28撮影です。日の出から日の入りまで4時間43分しかありません。これらの写真が冬至に最も近いデータとなりました。上の「発電量予測システム」の入力データは日の出側でもっと厳しくする必要がありそうです。

落雷と停電の効果

2014年7月31日、落雷で発電所から2〜3キロの所で東北電力の送電線が切れ、複数の集落で8時間の停電になりました。パワーコンディショナーは交流100ボルトを東北電力から受けて働きますので、停電中は太陽光パネルが発電しても交流に変換せず、また変換しても送電できない状態が続きました。6時間経過後に高圧線の接続なしで、東北電力の発電車が私の集落の一部に電力を供給したのでパワーコンディショナーが働き始め、送電メーターがゆっくり回っていました。夕方で日照が弱いので発電力が弱いことは理解できますが、高圧線接続がされていなくても送電していることが不思議でした。午後7時ころに他の集落の作業が終了して、発電車から外来線への切り替えのための短い停電があり、通常状態に戻りました。好天にも関わらず、この日の発電量は通常の半分以下となりました。

翌8月1日の日没後、送電メーターを読んで異常に気づきました。積算値が前日のものと同じなのです。メーターを読むときは暗いのでパワーコンディショナーは空冷音を出さず静かです。そのため先日にメーターを読むときに異常に気づく余地がありませんでした。8月1日は好天にも関わらず、1日中パワーコンディショナーが働いていなかったことになります。

8月2日朝、日照があるのにパワーコンディショナーは空冷音を出していませんでした。ブレーカー等をチェックしましたが簡単に異常は見当たらず、送電量がゼロのままでした。電気工事店にチェックを依頼しました。すぐに対応していただき、回復しました。合計で48時間の損失となりましたが、発電車からの電力は電圧が不安定なのでパワーコンディショナーを停止しておくとよいことを聞きました。

8月7日の送電積算メーター読み取り後、激しい雷雨で近所に落雷があり、短い停電が複数回ありました。この停電では複数の家電機器内臓時計が狂っていました。8月8日の日没後に送電積算メーターを見てパワーコンディショナーが機能停止していたことに気づきました。8月9日朝に回復操作をしました。曇天で少量とは言え、8月8日分の発電を無駄にしてしまいました。

この発電所は「メンテナンスフリー」を売りにしていましたが、停電後に手動でパワーコンディショナーを再起動させなければならない事態が2度発生しました。発電所開設以来の1年近くの間に再起動の要らない停電があったかどうかは確認できませんが、家電機器の時計再設定の時にはパワーコンディショナーの異常もチェックする必要があるという教訓を得ました。これまでパワーコンディショナーの手動操作を避けてきましたが、落雷や停電が予想されるときにはパワーコンディショナーの入力(太陽電池側)と出力(東北電力側)のブレーカーを切っておく方がよいようです。

2015年8月、停電回復時にパワーコンディショナーが自動回復するように配線追加工事を行いました。メンテナンスフリーになったはずですが、その後停電が起こっていないので確認できていません。


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