太陽光発電コラムPV column
ソーラーパネル
2022/07/01
太陽光モジュールの品質評価レポートについて
太陽光発電所の顔、シンボルともいえる太陽光モジュールの品質について、以前はイメージ的な風評があったり、特定のトラブル実例が過大に伝わったりしたこと、特定の品質・部材や生産設備の良さが過剰評価されたりしておりました。現在は様々な第三者機関による評価レポートを通じて、風評に左右されない評価体制が整ってきております。
今回は最も有名なモジュール評価レポートである米国PV Evolution Labs (通称: PVEL) 発行の「2022年PVモジュール信頼性スコアカード: 2022 PV MODULE RELIABILITY SCORECARD」の概要をご紹介致します。
出典元: https://modulescorecard.pvel.com/
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トップ・パフォーマー
毎年、PVELの独自試験で優れた結果を出した太陽電池モジュールを製造しているメーカーを、スコアカードで表彰しています。
このランキングは、「PVEL PVモジュール製品適格性プログラム: PV Module Product Qualification Program」による性能と信頼性のデータに基づいております。このQualification Programは太陽光発電の調達と投資の意思決定に役立つ、ラボ試験とフィールド試験の組合せで構成されております。2022年は25社122種類のモジュールがトップパフォーマーとして選ばれました。
トップパフォーマー参照先: https://modulescorecard.pvel.com/top-performers/
メーカーの強靭性
昨年、メーカーは原料サプライチェーンの不安定さから物流のボトルネックに至るまで、大きな課題を克服しました。エクサワットのPV部門責任者アレックス・バロウズから、レジリエンス (回復力) の事例をご紹介します。
原材料の課題: PVガラス
2020年後半にPVガラス価格が急騰し、2020年7月から12月の間にスポット価格が約2倍になったのは、以下のような多くの理由があります。
ガラス/ガラスモジュールの需要増加:
- メーカーがより薄いガラスにシフトしたため、一時的に生産量が減少した事。
- しかしガラスメーカーは製造上の問題を迅速に解決し、新たな生産能力を増強しました。
価格は2021年初めに下落し、その後は生産上の課題が続いているにもかかわらず、比較的安定的に推移しています。
海運の課題: 1コンテナあたりのモジュール総出力をアップ
2020年初頭から、世界の平均海上輸送コストは約600%上昇しました。中国や東南アジアから米国西海岸への輸送コストは10倍以上に跳ね上がっています。
しかしPVウエハーの大型化傾向は、コスト上昇を部分的に相殺することができました。182mmと210mmウエハーに基づくモジュールの平均充填密度は、156.75mmウエハーに基づくモジュールより約40%高い結果となっております。
210mmベースのモジュールメーカーはこの1年で梱包密度を大幅に改善し、2022年第1四半期には40フィート (12m) ハイキューブコンテナあたりの平均出力が340kW超となり、12カ月前と比べてほぼ20%増加しました。
上記のデータは、高さ12mの40フィート (約12m) ハイキューブ型コンテナに基づいています。各シリーズは、その平均モジュール出力に基づいて、1つのモジュールシリーズのコンテナあたりの合計出力範囲を表しています。
方法論 (評価体系)
私たちは、PVモジュールのテストとランク付けに一貫した方法論であるProduct Qualification Programを使用しています。このプロセスにより、バイヤーは年ごとに、またScorecardごとに一貫して製品を比較することができます。
私たちのテストは、太陽電池モジュールのモデルタイプにとどまらず、部品表の評価にも及んでいます。このアプローチにより、バイヤーは私たちがテストで検証した特定の製品を確実に調達することができます。
方法論（評価体系）の概要について (https://modulescorecard.pvel.com/methodology/):
PVELのPVモジュール信頼性試験とベンチマークへの一貫したアプローチは、開発業者、金融機関、資産所有者のためのデータドリブン型 (データ分析による意思決定) の太陽光発電の調達と投資を促進します。
独自の部品表テスト:
トップパフォーマーはモデルタイプ別に掲載されていますが、これらはPVELが製品認定プログラム (PQP) でテストを行った独自の部品表 (BOM) を表しています。
PVモジュールの内部へ:
スクロールしてPVモジュール内部の材料を見ることができます。ラベルをクリックすると、2022年版スコアカードのためにテストされた部品表で、それぞれの部品が何種類使用されているかを見ることができます。
フレーム & フレーム接着剤:
フレーム
機械的な補強を行い、モジュールをラックに取り付けることができるようにします。フレームの設計が不適切だと、機械的な故障やセルの損傷につながり、出力が低下します。
このスコアカードでテストしたフレームの高さ: 6
フレーム接着剤
フレームをモジュールに接着します。フレームの接着が不適切な場合、モジュールの損傷やセルの割れが発生する可能性が高くなります。
このスコアカードでテストしたフレーム接着剤の種類: 15
ガラス & ガラスコーティング
フロントガラス
湿気や衝撃からモジュールを保護しながら、セルへの光の到達を可能にします。ガラスの割れは腐食や安全性の問題につながる可能性があります。
本スコアカードでテストしたサプライヤー: 12
ガラスコーティング
ガラスの表面に施される材料で、光の反射を抑えることでモジュールの効率を上げます。コーティングが劣化すると、エネルギー収量が減少します。
このスコアカードでテストしたモデル: 24
前面封止材
太陽電池をモジュールの前面に接着させます。劣化すると、変色や剥離、腐食が発生します。
このスコアカードでテストされたモデル: 27
太陽電池セル層
セル
太陽光を取り込み、電気に変換します。故障すると、モジュールの出力が著しく低下します。
このスコアカードでテストしたメーカー: 23
インターコネクト
セルの相互接続は、セルとモジュールの導体間の接点を提供します。損傷すると、回路がショートし、電流が流れなくなる可能性があります。
このスコアカードでテストしたタイプ: >15
フラックス
セル間の接続とセル表面を清浄化し、適切なはんだ付けを可能にします。フラックスと他のモジュール化学物質との化学反応は、はんだ接合部の腐食を引き起こし、電力損失やホットスポットにつながる可能性があります。
BOMデータ: このスコアカードでは、14種類のフラックスモデルがテストされました。
背面封止材
太陽電池をモジュールの裏面に接着させます。劣化すると、変色や剥離、腐食が発生します。
本スコアカードでテストしたモデル: 33
バックシートまたはガラス
モジュールの裏面を覆い、保護します。両面発電モジュールでは、透明な裏面から反射光がモジュール内に入ります。バックシートや背面ガラスにひび割れがあると、剥離や腐食、安全性の懸念につながる可能性があります。
このスコアカードでテストされたタイプ: 34
71%のBOMがバックシートを使用、29%が背面ガラスを使用
端子箱 (ジャンクションボックス) & 接着剤
端子箱(ジャンクションボックス):
ジャンクションボックスは、内部モジュール回路と外部ケーブルの間のバイパスダイオードと電気的終端を収容し、保護します。密閉性が悪いと、水分やゴミがジャンクションボックス内に入り込み、腐食や電気的な不具合、火災の原因になることがあります。
このスコアカードでテストされたサプライヤー: 18
ジャンクションボックス用ポタント (封止材)
ジャンクションボックス内部の部品を密閉し保護するためのゲル。
ポタントや硬化の質が悪いと、ジャンクションボックス内に湿気が入り込み、相互接続部の腐食やジャンクションボックスの故障の原因となります。
このScorecardでテストしたポタントの種類: 14
ダイオード
モジュールの遮光時に電流を流し、ホットスポットの損傷を防止します。ダイオードが故障すると、モジュール出力の1/3がショートしたり、ホットスポットができてセルが割れたり、モジュール材料が溶けたりします。
このスコアカードでテストしたサプライヤー: 23
ジャンクションボックス用接着剤
ジャンクションボックスをモジュールに接着します。ジャンクションボックスの接着剤が不適切な場合、水分の侵入や安全性の問題が発生する可能性があります。
このスコアカードでテストされた接着剤の種類: 15
コネクタ
モジュール間の電気的接続点。コネクタの不一致や不適切な設置は、アーク放電や火災の原因になることがあります。
このスコアカードでテストしたサプライヤー: 17
BOM (部品) レベルのテストが重要な理由
PVELのラボおよびフィールドでのテスト結果は、個々のPVモジュール部品が製品品質に劇的な影響を与えることを証明しています。全く同じモデルタイプのPVモジュールが、全く異なる部品表 (BOM) から製造されることがあります。すべての構成部品がモデルのIEC認証報告書に記載されている限り、サプライヤーはモジュールを構成する材料 (セルも含む) を自由に組み合わせて製造することができるのです。
PVELのテストは、重要な調達情報を生み出します。
個々の部品表 (BOM) はバイヤーに販売されませんが、PQPレポートには、テストで良好な結果を出した各モデルのBOMが明確に記録されています。PVELのダウンストリームパートナーは、PQPレポートを活用して、供給契約にBOMを指定することができます。
スコアカード対象者
スコアカードの対象となるには、メーカーは以下を満たしている必要があります。
- 2022年から18ヶ月以内に工場での立会いを完了したこと。
- すべてのモジュールをすべての信頼性テストに提出したこと。
- 1つのテストシーケンスにつき最低2つの工場立会用PVモジュールサンプルを提出すること。
部品表（BOM）の採点方法について
2022年版PVモジュール信頼性スコアカードは、6つのPQPテストカテゴリーにおけるトップパフォーマーを示しています。
トップパフォーマーは、同じモデルタイプで販売されているPVELの全BOMのテスト結果を平均して決定されます。スコアカードに掲載されている各信頼性試験のトップ・パフォーマーは、特定の試験後の電力劣化が2%未満でなければなりません。PAN Performanceトップパフォーマーは、PVELのPVsystシミュレーションでエネルギー収量が上位4分の1に入っていなければなりません。
PVELの採点方法は、長期にわたって一貫しています。
過去のスコアカードはこちらをご覧ください。
各信頼性試験結果ページには、劣化の激しいモジュールの例をエレクトロルミネッセンス (EL) 画像とフラッシュテスト結果、および必要に応じて目視検査画像とともに掲載しています。
すべての製品・機種がすべてのテストに参加しているわけではありません。また、上位の結果を得たメーカーは、スコアカードへの掲載を見送ることも可能です。また、掲載時にテスト結果を入手できない場合もあります。
太陽電池モジュールの信頼性・性能試験
PVELのPVモジュールPQPは、PVモジュールのバンカビリティを評価するラボ試験とフィールド試験の包括的なセットです。PQPのテストシーケンスについては、こちらをご覧ください。
具体的な試験の内容は時代とともに変化していますが、2012年に初めてPVELのPQPが設定されて以来、同じ4つの原則が指針となっています。
実証的データ
PQPは、収益およびエネルギー収量モデリングのための実証的な指標を提供します。
標準プロセス
PQPは、校正された機器と一貫した試験環境において、すべてのBOMを同じ方法で試験します。
手選別のないサンプル
監査員はすべてのテストサンプルの製造に立ち会い、BOMの詳細を記録します。
定期的なプログラム更新
テストシーケンスの更新により、新しい技術や製造技術に関するデータを提供します。
不具合事例
成功の年となった今年、PVELはPVモジュール製品認定プログラムの試験で失敗も観察しています。2021年版スコアカードと比較すると、今年は失敗を経験したメーカーは少なかったのですが、BOMの4分の1はテスト中に少なくとも1回の不具合を経験しました。最も多くの不具合が発生したのはダンプヒートシーケンス中でした。2022年の不具合データで詳細をご覧ください。
テストでの不具合
2022年のスコアカードのテストでは、2021年に比べて失敗を経験したメーカーが減少しました。しかし、BOMレベルの不具合率は変わらず、26%のBOMが少なくとも1つの不具合を経験しました。
PQP不具合統計
このグラフは、PQPの各テストシーケンスで観測された不具合を、不具合の種類別に示したものになります。
最も多い故障の種類は安全性で、次いで出力低下、外観検査不良となっています。
初期不良は、試験前の採用特性評価で検出されたものです。
概要のダウンロード (https://modulescorecard.pvel.com/download-the-scorecard/)
2022年版PVモジュール信頼性スコアカードのサマリーをPDFでダウンロードいただけます。バイヤーの皆様には、トップパフォーマーやテストから得られたハイレベルな知見を簡単にご覧いただけるようになっています。
スコアカードのオンライン版では、トップパフォーマーの検索可能なデータベース、トップパフォーマーメーカーのプロファイル、各種テストによる財務的影響に関する考察などをご覧いただけます。
要約・翻訳: ヨーロッパ・ソーラー・イノベーション株式会社
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